Antzinako jendeak uste zuen lau "elementu"z osatuta gaudela: ura, lurra, sua eta airea; gaur egun ezagutzen ditugun elementuak ez direla. Gaur egun, 118 elementu inguru daude. Elementu guztiak garai batean zatiezinak zirela uste zen atomoz osatuta daude. mendearen hasieran, JJ Thompsonen eta Rutherforden aurkikuntzen ondoren, atomoak nukleoez (protoiz eta neutroiez osatuak) erdigunean eta elektroiez osatuta zeudela jakin zen. orbita inguruan. 1970eko hamarkadarako, jakina zen protoiak eta neutroiak ere ez direla oinarrizkoak, baina "up quark" eta "down quark"-z osatuta daudela, eta, beraz, "elektroiak", "up quark" eta "down quark" denaren hiru osagai nagusienak bihurtuz. urtean unibertsoa. Fisika kuantikoaren garapen apurgarriekin, partikulak benetan deribatuak direla jakin genuen, partikulak inplikatzen dituzten eremuetako energia-sortak edo paketeak ez direla oinarrizkoak. Oinarrizkoa dena haien azpian dagoen eremua da. Orain esan dezakegu eremu kuantikoak diren guztiaren oinarrizko elementuak direla unibertsoa (gu bezalako sistema biologiko aurreratuak barne). Guztiok eremu kuantikoz osatuta gaude. Karga elektrikoa eta masa bezalako partikulen propietateak beren eremuak beste eremu batzuekin nola elkarreragiten duten adierazpenak dira. Adibidez, elektroi baten karga elektrikoa deitzen diogun propietatea elektroien eremuak eremu elektromagnetikoarekin nola elkarreragiten duen adierazpena da. Eta. bere masaren propietatea Higgs eremuarekin nola elkarreragiten duen adierazpena da.
Antzinatik, jendeak galdetzen du zertaz osatuta gauden? Zer da unibertsoa osatuta? Zeintzuk dira naturaren oinarrizko elementuak? Eta, zeintzuk diren naturaren oinarrizko legeak dena arautzen dutenak unibertsoa? Eredu estandarra zientzia da galdera horiei erantzuten dien teoria. Azken mendeetan inoiz eraiki den zientziaren teoria arrakastatsua dela esaten da, teoria bakarra azaltzen duena. unibertsoa.
Jendeak goiz bazekien elementuz osatuta gaudela. Elementu bakoitza, berriz, atomoz osatuta dago. Hasieran, atomoak zatiezinak zirela uste zen. Hala ere, 1897an JJ Thompson-ek elektroiak aurkitu zituen izpi katodikoen hodiaren bidez deskarga elektrikoa erabiliz. Handik gutxira, 1908an, bere oinordekoak Rutherfordek bere urrezko paperezko esperimentu famatuaren bidez frogatu zuen atomo batek karga positiboko nukleo txiki bat duela erdian, zeinaren inguruan karga negatiboko elektroiek zirkulatzen dutela. orbitak. Gerora, nukleoak protoiz eta neutroiz osatuta daudela aurkitu zen.
1970eko hamarkadan, neutroiak eta protoiak ez direla zatiezinak eta, beraz, oinarrizkoak ez direla aurkitu zen, baina protoi eta neutroi bakoitza bi motatako quark izeneko hiru partikula txikiz osatuta dago: "up quarks" eta "down quarks". up quark" eta "down quark" quark desberdinak besterik ez dira "gora" eta "behera" terminoek ez dute inolako erlaziorik adierazten norabidearekin edo denborarekin). Protoiak bi "up quark" eta "down quark" batez osatuta daude, eta neutroi bat bi "down quark" eta "up quark" batek osatzen dute. Beraz, "elektroiak", "up quarks" eta "down quark-ak" hiru partikula oinarrizkoak dira, eta horiek guztiak osatzen dute. unibertsoa. Hala ere, zientziaren aurrerapenekin, ulermen honek ere aldaketak izan ditu. Eremuak oinarrizkoak dira eta ez partikulak.
Partikulak ez dira oinarrizkoak. Oinarrizkoa da horien azpian dagoen eremua. Guztiok eremu kuantikoz osatuta gaude.
Gaur egungo zientziaren ulermenaren arabera, dena unibertsoa Naturaren oinarrizko eraikuntza-blokeak adierazten dituzten "eremu" izeneko entitate abstraktu ikusezinek osatzen dute. Eremu bat zehar zabaltzen den zerbait da unibertsoa eta denborarekin alda daitekeen espazioko puntu guztietan balio jakin bat hartzen du. Jariakinaren uhinak bezalakoa da zehar kulunkatzen dena unibertsoa, adibidez, eremu magnetikoak eta elektrikoak zabaltzen dira unibertsoa. Eremu elektriko edo magnetikoak ikusi ezin ditugun arren, errealak eta fisikoak dira, bi iman hurbiltzean sentitzen dugun indarrak erakusten du. Mekanika kuantikoaren arabera, eremuak etengabeak direla uste da, beti zati diskretu batzuetan zatituta dagoen energia ez bezala.
Eremuen teoria kuantikoa mekanika kuantikoa eremuekin konbinatzeko ideia da. Horren arabera, elektroi-fluidoa (hau da, fluido honen uhinen uhinak) energia-sorta txikietan lotzen dira. Energia-sorta hauek elektroiak deitzen ditugunak dira. Beraz, elektroiak ez dira oinarrizkoak. Azpiko eremu bereko olatuak dira. Era berean, bi quark-eremuen uhinek "up quark-ak" eta "down quark-ak" sortzen dituzte. Eta gauza bera gertatzen da beste partikula guztietan unibertsoa. Eremuak dena azpian daude. Partikulatzat hartzen ditugunak energia sorta txikietan loturiko eremuen uhinak dira. Gure oinarrizko oinarrizko eraikuntza-blokeak unibertsoa eremuak deitzen ditugun fluido-itxurako substantzia hauek dira. Partikulak eremu horien deribatuak besterik ez dira. Hutsean, partikulak guztiz ateratzen direnean, eremuak existitzen dira oraindik.
Naturako hiru eremu kuantiko oinarrizkoenak "elektroia", "up quark" eta "down quark" dira. Neutrino izeneko laugarren bat dago, baina ez gaituzte osatzen, baina rol garrantzitsua betetzen dute beste leku batzuetan. unibertsoa. Neutrinoak nonahi daude, nonahi zeharkatzen dute elkarreragin gabe.
Materia eremuak: Oinarrizko lau eremu kuantikoek eta haiei lotutako partikulek (hots, "elektroia", "up quark", "down quark" eta "neutrino") osatzen dute. unibertsoa. Arrazoi ezezagunengatik, oinarrizko lau partikula hauek bi aldiz ugaltzen dira. Elektroiek "muoia" eta "tau" ugaltzen dituzte (elektroiak baino 200 aldiz eta 3000 aldiz astunagoak dira hurrenez hurren); gorako quarkek “quark arraroa” eta “beheko quark” sortzen dituzte; down quark-ek “xarma quark” eta “top quark” sortzen dituzte; neutrinoak, berriz, "muoi neutrinoa" eta "tau neutrinoa" sortzen ditu.
Horrela, partikulak sortzen dituzten 12 eremu daude, guk deitzen diegu materia-eremuak.
Jarraian, 12 partikula osatzen dituzten 12 materia-eremuen zerrenda dago unibertsoa.
Indar eremuak: 12 materia-eremuek elkarri eragiten diote lau indar ezberdinen bidez - grabitatearen, elektromagnetismoa, indar nuklear indartsuak (nukleoaren eskala txikian bakarrik funtzionatzen du, quark-ak elkarrekin eusten dituzte protoi eta neutroien barruan) eta indar nuklear ahulak (nukleoaren eskala txikian bakarrik funtzionatzea, desintegrazio erradioaktiboaren arduraduna eta fusio nuklearra abiarazten du). Indar horietako bakoitza eremu bati lotuta dago - indar elektromagnetikoa gluoi eremua, indar nuklear indartsu eta ahulekin lotutako eremuak dira W eta Z bosoien eremua eta grabitateari lotutako eremua da espazio-denbora bera.
Jarraian, lau indarrekin lotutako lau indar eremuen zerrenda dago.
| indar elektromagnetikoa | gluoi eremua |
| Indar nuklear indartsuak eta ahulak | w & z bosoien eremua |
| grabitatearen | espazio-denbora |
The unibertsoa 16 eremu hauekin betetzen da (12 materia eremu gehi lau indarrekin lotutako 4 eremu). Eremu hauek elkarrekin erlazionatzen dira modu harmoniatsuan. Adibidez, elektroi-eremua (materia-eremuetako bat) gora eta behera uhinka hasten denean (elektroi bat dagoelako bertan), horrek beste eremuetako bat abiarazten du, demagun eremu elektromagnetikoa, eta, aldi berean, oszilatzen eta uhintzen ere. Igortzen den argia egongo da, apur bat oszilatuko duena. Noizbait, quark-eremuarekin elkarreraginean hasiko da, eta, aldi berean, oszilatuko eta uhinka egingo du. Amaitzen dugun azken argazkia, eremu horien guztien arteko dantza harmoniatsua da, elkarren artean elkarri loturik.
Higgs zelaia
1960ko hamarkadan, beste eremu bat iragarri zuen Peter Higgsek. 1970eko hamarkadan, hori gure ulermenaren parte bihurtu zen unibertsoa. Baina ez zegoen froga esperimentalerik (hau da, Higgs eremuko uhina egiten badugu, lotutako partikula ikusi beharko genuke) 2012. urtera arte LHCko CERNeko ikertzaileek bere aurkikuntzaren berri eman zuten arte. Partikulak ereduak aurreikusitako moduan portatu zen. Higgs partikulak oso bizitza laburra du, 10 ingurukoa-22 segundo.
Hau izan zen azken eraikuntza-blokea unibertsoa. Aurkikuntza hau garrantzitsua izan zen eremu hau masa deitzen dugunaren arduraduna delako unibertsoa.
Partikulen propietateak (karga elektrikoa eta masa bezalakoak) beren eremuak beste eremu batzuekin nola elkarreragiten duten adierazpenak dira.
Bertan dauden eremuen elkarrekintza da unibertsoa guk bizi ditugun partikula ezberdinen masa, karga eta abar bezalako propietateak sortzen dituztenak. Adibidez, elektroi baten karga elektrikoa deitzen diogun propietatea elektroien eremuak eremu elektromagnetikoarekin nola elkarreragiten duen adierazpena da. Era berean, bere masaren propietatea Higgs eremuarekin nola elkarreragiten duen adierazpena da.
Higgs eremuaren ulermena benetan beharrezkoa zen, masaren esanahia ulertzeko unibertsoa. Higgsen eremua aurkitzea 1970eko hamarkadatik indarrean zegoen Eredu Estandarraren berrespena ere izan zen.
Eremu kuantikoak eta partikulen fisika ikasketa eremu dinamikoak dira. Higgs-en eremua aurkitu zenetik, eredu Standardarekin zerikusirik duten hainbat garapen gertatu dira. Eredu estandarraren mugen erantzunen bilaketak jarraitzen du.
Oinarrizko partikulen eredu estandarra: 12 oinarrizko fermioi eta 5 oinarrizko bosoi.
***
Sources:
The Royal Institution 2017. Quantum Fields: The Real Building Blocks of the Universe - David Tong-ekin. Sarean eskuragarri https://www.youtube.com/watch?v=zNVQfWC_evg
***
OINARRIZKO PARTIKULAK – Begirada azkar bat
| Oinarrizko partikulak Fermioi eta Bosoietan sailkatzen dira spinaren arabera. |
| [A]. FERMIOIAK |
| Fermioiek erdi osoko balio bakoitietan dute spin-a (½, 3/2, 5/2, …). Hauek dira materia partikulak quark eta leptoi guztiek osatzen dute. - jarraitu Fermi-Dirac estatistikak, – Zenbaki oso-erdi bakoitia dute – Pauliren bazterketa-printzipioa betetzen dute, hau da, bi fermioi berdinek ezin dute egoera kuantiko bera edo espazioko kokapen bera okupatu zenbaki kuantiko berarekin. Ezin dute biek norabide berean biratu, baina kontrako norabidean biratu dezakete. – Fermioiek quark eta leptoi guztiak eta hauen kopuru bakoiti batez osatutako partikula konposatu guztiak barne hartzen dituzte. - Quarkak = sei quark (gora, behera, arraroa, xarma, beheko eta goiko quark). – Konbinatu hadroiak sortzeko, hala nola protoiak eta neutroiak. – Ezin da behatu hadroietatik kanpo. – Leptoiak = elektroiak + muoiak + tau + neutrinoa + muoi neutrinoa + tau neutrinoa. – 'Elektroiak', 'up quarks' eta 'down quarks' unibertsoan dagoen guztiaren hiru osagairik funtsezkoenak. - Protoiak eta neutroiak ez dira oinarrizkoak, baina "up quark" eta "down quark"z osatuta daude, beraz. partikula konposatuakProtoiak eta neutroiak hiru quarkez osatuta daude: protoi batek bi "gora" quark eta "behera" quark bat ditu, eta neutroi batek, berriz, bi "behera" quark eta "gora" quark bat. "Gora" eta "behera" quarken bi "zapore" edo aldaera dira. - Barioiak Hiru quarkez osatutako fermioi konposatuak dira, adibidez, protoiak eta neutroiak barioiak dira - Hadronak quarkez bakarrik osatuta daude, adibidez, barioiak (bi quark edo gehiagoz osatuta) eta mesoiak (quark batez eta antiquark batez osatua). |
| [B]. BOSONAK |
| Bosoiek zenbaki osoko spin-a dute (0, 1, 2, 3, ...). – Bosonek Bose-Einstein estatistikak jarraitzen dituzte; spin osokoa dute. – izena emana Satyendra Nath Bose (1894–1974), zeinak, Einsteinekin batera, bosoi gas baten termodinamika estatistikoaren atzean dauden ideia nagusiak garatu zituen. – ez bete Pauli-ren bazterketa-printzipioa, hau da, bi bosoi berdin-berdinak egoera kuantiko berdina edo leku berdina okupa dezakete espazioan zenbaki kuantiko berdinarekin. Biak norabide berean bira dezakete, – Oinarrizko bosoiak fotoia, gluoia, Z bosoia, W bosoia eta Higgs bosoia dira. Higgs bosoiak spin=0 du, gauge bosoiak (hau da, fotoia, gluoia, Z bosoia eta W bosoia) spin=1 dute. |
| [C] PARTIKULA KONPOSATUAK |
| Partikula konposatuak bosoiak edo fermioiak izan daitezke, osagaien arabera. – Fermoi kopuru bikoitiz osatutako partikula konposatu guztiak bosoiak dira (bosoiek spin osoa dutelako eta fermioiek spin erdi bakoitia dutelako). – Mesoi guztiak bosoiak dira (guztiak mesoiak quark eta antiquark kopuru berdinaz osatuta daude). – Masa-zenbaki bikoitiak dituzten nukleo egonkorrak bosoiak dira, adibidez, deuterioa, helio-4, karbono-12, etab. – Bosoi konposatuek ere ez dute Pauliren bazterketa printzipioa betetzen. - Egoera kuantiko berean dauden hainbat bosoi batu egiten dira "Bose-Einstein kondentsatua (BEC).» |
***
