…Tuhan pertama-tama memberikan materi berupa padat, masif,

partikel bergerak yang tidak dapat ditembus dengan ukuran dan bentuk seperti itu

dan dengan sifat dan proporsi seperti itu dalam kaitannya dengan

ruang yang paling sesuai dengan tujuannya

untuk itu Dia menciptakan mereka.

I. Newton

Dalam sejarah filsafat dan ilmu pengetahuan, ada 3 pendekatan untuk memahami struktur alam pada tingkat mikro:

ada sel-sel atau atom yang tak terpisahkan, dunia direduksi menjadi "batu bata" mendasar (Democritus, Newton);

materi terus menerus dan tak terbatas dibagi menjadi bagian-bagian yang lebih kecil dan lebih kecil, tidak pernah mencapai atom yang tidak dapat dibagi (Aristoteles);

di abad kedua puluh sebuah konsep muncul yang menjelaskan dunia atas dasar keterkaitan semua hal: partikel bukanlah "batu bata" materi, tetapi sebuah proses, tautan atau pola di Semesta integral (W. Heisenberg, J. Chu, F. Capra).

Partikel "dasar" pertama ditemukan pada tahun 1897 oleh J.J. Thomson, dalam studi sinar katoda, dia membuktikan keberadaan elektron . Di bawah pengaruh, listrik negatif mudah dilepaskan dari zat, yang ditetapkan sebagai kilatan cahaya di layar. Partikel listrik negatif disebut elektron. Jumlah minimum listrik yang sama dengan muatan satu elektron diamati selama pelepasan listrik dalam gas yang dijernihkan. Sampai tahun 70-an. abad ke-20 masalah struktur internal elektron belum terpecahkan, masih belum ada petunjuk tentang struktur internalnya (Anderson 1968; Weisskopf 1977).

Setahun sebelumnya, A. Becquerel menemukan peluruhan radioaktif garam uranium - emisi partikel alfa (inti He), partikel ini digunakan oleh Rutherford, yang secara eksperimental membuktikan keberadaan inti atom. Pada tahun 1919, E. Rutherford juga melakukan reaksi nuklir buatan pertama: dengan menyinari N dengan partikel alfa, ia memperoleh isotop O, dan membuktikan bahwa inti atom N mengandung proton 27 (dianggap sebagai partikel pembatas).

Pada tahun 1932, J. Chadwick menemukan partikel nuklir lain - yang tidak bermuatan neutron 28. Penemuan neutron, yang menandai awal dari ilmu baru - fisika neutron , sifat-sifat utama neutron, penerapan neutron adalah subjek buku oleh S.F. shebalina neutron . Jejak neutron diamati di ruang awan. Massa proton adalah 1836,1 massa elektron, massa neutron adalah 1838,6. W. Heisenberg, dan terlepas darinya D.D. Ivanenko, I.E. Tamm, mengajukan hipotesis tentang struktur inti atom dari proton dan neutron: inti C, misalnya, terdiri dari 6 proton dan 6 neutron. Pada awalnya. 30 detik percaya bahwa materi terdiri dari atom, dan atom dari 3 partikel "dasar", "blok pembangun": proton, neutron, dan elektron (Shebalin 1969; Folta, Novy 1987; Capra 1994: 66-67).

Pada tahun yang sama, E.O. Lawrence di California membangun siklotron pertama (sebuah akselerator partikel "dasar"). Akselerator partikel adalah fasilitas di mana partikel berenergi tinggi bertabrakan. Dalam tumbukan partikel subatom yang bergerak dengan kecepatan tinggi, tingkat energi tinggi tercapai dan dunia interaksi, medan, dan partikel lahir, karena tingkat unsur bergantung pada tingkat energi. Jika koin dipercepat ke kecepatan seperti itu, maka energinya akan sama dengan produksi energi untuk seribu juta dolar. Akselerator berbentuk cincin dengan keliling terowongan hingga 27 km dibangun di dekat Jenewa. Saat ini, untuk menguji beberapa teori, seperti teori penyatuan agung semua partikel, diperlukan akselerator sebesar tata surya (Folta, Nowy 1987: 270-271; Davis 1989: 90-91).

Partikel juga ditemukan dalam akselerator alami, sinar kosmik bertabrakan dengan atom perangkat eksperimental, dan hasil tumbukan dipelajari (ini adalah bagaimana positron, muon, dan meson yang diprediksi ditemukan). Dengan bantuan akselerator dan penelitian radiasi kosmik, dunia partikel subatom yang banyak dan beragam telah terbuka. Pada tahun 1932, 3 partikel ditemukan, pada tahun 1947 - 14, pada tahun 1955 - 30, pada tahun 1969 - lebih dari 200. Bersamaan dengan percobaan, studi teoritis juga dilakukan. Partikel sering bergerak dengan kecepatan cahaya,  , perlu memperhitungkan teori relativitas. Penciptaan teori umum partikel masih merupakan masalah yang belum terpecahkan dalam fisika (Capra 1994: 67).

Pada tahun 1967, sebuah hipotesis muncul tentang keberadaan tachyon - partikel yang kecepatan geraknya lebih tinggi dari kecepatan cahaya. "Blok pembangun" materi baru ditemukan, banyak partikel yang tidak stabil, berumur pendek ("resonansi" hidup 10 -27 detik) yang meluruh menjadi partikel biasa. Kemudian menjadi jelas bahwa partikel baru: resonansi dan hiperon, meson – keadaan tereksitasi dari partikel lain: proton dan lepton. Seperti atom H yang tereksitasi dalam berbagai keadaan, yang muncul sebagai 3 garis spektrum, bukanlah atom lain (Lahir 1967: 127-129).

Ternyata partikel-partikel itu tidak meluruh, tetapi berubah menjadi satu sama lain atau menjadi energi medan kuanta, masuk ke "yang lain", partikel apa pun dapat menjadi bagian integral dari yang lain. Partikel dapat "menghilang" menjadi radiasi dan menunjukkan sifat gelombang. Setelah implementasi transformasi buatan pertama, ketika inti Li diubah menjadi inti He, atom, fisika nuklir (Lahir 1967; Weiskopf 1977: 50).

Pada tahun 1963, M. Gell-Mann, J. Zweig mengajukan hipotesis quark . Semua hadron dibangun dari partikel yang lebih kecil - quark dari 3 jenis dan antiquarknya. Sebuah proton dan neutron terdiri dari 3 quark (mereka juga disebut baryon - berat atau nukleon - partikel nuklir). Proton stabil, bermuatan positif, neutron tidak stabil, berubah menjadi proton. Pasangan kuark-antikuark (setiap partikel memiliki antipartikel) membentuk meson (massa antara elektron dan proton). Untuk menjelaskan keragaman pola hadronik, fisikawan harus mendalilkan keberadaan quark tambahan. Ada 12 quark: 4 varietas atau rasa (atas, bawah, aneh dan menawan), yang masing-masing bisa ada dalam 3 warna. Kebanyakan fisikawan menganggap quark benar-benar elementer, tidak memiliki struktur. Meskipun semua hadron memiliki simetri quark, hadron sering berperilaku seolah-olah mereka benar-benar terdiri dari komponen titik, tetapi misteri quark masih ada (Davis 1989: 100; Hawking 1990: 69; Capra 1994: 228, 229).

Menurut bootstrap hipotesa alam tidak dapat direduksi menjadi "batu bata" materi seperti quark, tetapi harus dipahami berdasarkan konektivitas. Gambar bootstrap partikel sebagai pola dinamis dalam jaringan peristiwa yang saling berhubungan disetujui oleh Heisenberg, yang tidak percaya pada model quark (Capra 1996: 43-49).

Semua partikel alam semesta yang diketahui dapat dibagi menjadi dua kelompok: partikel materi "padat" dan partikel virtual, pembawa interaksi , tidak memiliki massa "istirahat". Partikel materi juga dibagi menjadi dua kelompok: hadron 29 , nukleon 30 , baryon atau partikel berat dan lepton 31 .

Lepton adalah elektron, muon , tau lepton dan 3 jenis neutrino . Hari ini adalah kebiasaan untuk menganggap elektron sebagai objek titik dasar. Sebuah elektron bermuatan negatif, 1836 kali lebih ringan dari proton (Weiskopf 1997: 79; Davis 1989: 93-102; Hawking 1990: 63; Feynman, Weinberg 2000).

Pada tahun 1931 W. Pauli meramalkan keberadaan partikel netral neutrino , pada tahun 1955, dalam reaktor nuklir, neutrino lahir dari proton dengan pembentukan elektron dan neutron.

Ini adalah partikel yang paling menakjubkan: dengan BV, neutrino hampir tidak berinteraksi dengan materi, menjadi lepton yang paling ringan. Massanya kurang dari sepersepuluh ribu elektron, tetapi mungkin merupakan partikel paling melimpah di alam semesta dan dapat menyebabkannya runtuh. Neutrino hampir tidak berinteraksi dengan materi, menembusnya, seolah-olah tidak ada sama sekali (contoh keberadaan bentuk non-dimensi). Sebuah gamma-kuantum bergerak 3 m dalam timbal dan berinteraksi dengan inti atom timbal, sedangkan neutrino harus menempuh jarak 4·10 13 km untuk berinteraksi. Neutrino hanya berpartisipasi dalam interaksi yang lemah. Masih belum pasti apakah neutrino benar-benar memiliki massa "istirahat". Ada 3 jenis neutrino: elektron, muon dan tau.

Pada tahun 1936, dalam produk interaksi sinar kosmik, muon , partikel tidak stabil yang meluruh menjadi elektron dan 2 neutrino. Pada akhir 70-an, partikel "terberat", lepton, ditemukan, tau lepton (Davis 1989: 93-95).

Pada tahun 1928, P. Dirac meramalkan, dan pada tahun 1932 menemukan elektron bermuatan positif ( positron - antipartikel elektron.): elektron dan positron lahir dari satu -kuantum - elektron bermuatan positif. Ketika elektron bertabrakan dengan positron, dua kuanta gamma lahir, karena untuk mempertahankan nol di penghancuran 32 membutuhkan dua foton yang terbang ke arah yang berbeda.

Belakangan ternyata semua partikel memiliki antipartikel , berinteraksi, partikel dan antipartikel memusnahkan dengan pembentukan kuanta energi. Setiap partikel materi memiliki antipartikel. Ketika sebuah partikel dan antipartikel bertabrakan, mereka musnah, akibatnya energi dilepaskan dan partikel lain lahir. Di Alam Semesta awal, ada lebih banyak partikel daripada antipartikel, jika tidak, pemusnahan akan memenuhi Semesta dengan radiasi, dan tidak akan ada materi (Silk 1982: 123-125; Hawking 1990: 64, 71-72).

Keadaan elektron dalam suatu atom ditentukan oleh deret bilangan yang disebut bilangan kuantum , dan menunjukkan lokasi dan bentuk orbit:

nomor (n) - ini adalah jumlah orbit, yang menentukan jumlah energi yang harus dimiliki elektron agar berada di orbit, jari-jari;

nomor (ℓ) menentukan bentuk yang tepat dari gelombang elektron di orbit;

nomor (m) disebut magnet dan menentukan muatan medan yang mengelilingi elektron;

nomor , disebut putaran (rotasi) menentukan kecepatan dan arah rotasi elektron, yang ditentukan oleh bentuk gelombang elektron dalam hal probabilitas bahwa partikel ada pada titik-titik tertentu dalam orbit.

Karena karakteristik ini dinyatakan sebagai bilangan bulat, ini berarti bahwa jumlah rotasi elektron tidak meningkat secara bertahap, tetapi melompat - dari satu nilai tetap ke nilai tetap lainnya. Partikel dicirikan oleh ada tidaknya massa, muatan listrik, spin (sifat rotasi, partikel materi memiliki spin +1/2, -1/2, interaksi pembawa partikel 0, 1 dan 2) dan Vp life (Erdei -Gruz 1976; Davis 1989: 38-41, 92; Hawking 1990: 62-63; Capra 1994: 63).

Pada tahun 1925, W. Pauli bertanya pada dirinya sendiri: mengapa elektron dalam sebuah atom menempati posisi yang ditentukan secara ketat (2 di orbit pertama, 8 di orbit kedua, 32 di orbit keempat)? Menganalisis spektrum, dia menemukan prinsip sederhana: dua partikel identik tidak dapat berada dalam keadaan yang sama , yaitu, mereka tidak dapat memiliki koordinat, kecepatan, bilangan kuantum yang sama. Semua partikel materi tunduk pada Prinsip larangan W. Pauli .

Prinsip ini menekankan organisasi struktur yang tepat, yang tanpanya partikel akan berubah menjadi jeli yang homogen dan padat. Prinsip pengecualian memungkinkan untuk menjelaskan sifat-sifat kimia unsur-unsur, yang ditentukan oleh elektron dari kulit terluar yang tidak terisi, yang memberikan alasan untuk tabel periodik unsur. Prinsip Pauli menyebabkan penemuan baru, pemahaman tentang konduktivitas termal dan listrik logam dan semikonduktor. Dengan bantuan prinsip pengecualian, kulit elektron atom dibangun, dan sistem unsur Mendeleev menjadi jelas (Dubnishcheva 1997: 450-452).

Tetapi ada partikel yang tidak mematuhi prinsip pengecualian W. Pauli (tidak ada batasan jumlah partikel yang dipertukarkan, gaya interaksi dapat berapa saja), partikel pembawa atau partikel virtual yang tidak memiliki massa "diam" dan menciptakan gaya antar partikel materi (Hawking 1990: 64 -65).

6. Dunia partikel subatom

Pemisahan atom

Sering dikatakan bahwa ada dua jenis ilmu - ilmu besar dan ilmu kecil. Pemisahan atom adalah ilmu besar. Ini memiliki fasilitas eksperimental raksasa, anggaran kolosal, dan menerima bagian terbesar dari Hadiah Nobel.

Mengapa fisikawan perlu membelah atom? Jawaban sederhana - untuk memahami cara kerja atom - hanya mengandung sebagian kecil dari kebenaran, tetapi ada juga alasan yang lebih umum. Berbicara secara harfiah tentang pemecahan atom tidak sepenuhnya benar. Pada kenyataannya, kita berbicara tentang tabrakan partikel berenergi tinggi. Dalam tumbukan partikel subatom yang bergerak dengan kecepatan tinggi, dunia interaksi dan medan baru lahir. Fragmen materi yang membawa energi yang sangat besar, tersebar setelah tumbukan, menyembunyikan rahasia alam, yang sejak "penciptaan dunia" tetap terkubur di perut atom.

Instalasi di mana tumbukan partikel berenergi tinggi dilakukan - akselerator partikel - memukau dengan ukuran dan biayanya. Mereka mencapai beberapa kilometer, dan dibandingkan dengan mereka, bahkan laboratorium di mana tumbukan partikel dipelajari tampak kecil. Di bidang penelitian ilmiah lainnya, peralatan terletak di laboratorium; dalam fisika energi tinggi, laboratorium dilekatkan pada akselerator. Baru-baru ini, Pusat Penelitian Nuklir Eropa (CERN), yang terletak di dekat Jenewa, mengalokasikan beberapa ratus juta dolar untuk pembangunan akselerator cincin. Lingkar terowongan yang dibangun untuk tujuan ini mencapai 27 km. Akselerator, yang disebut LEP (LEP, Cincin Elektron-Positron Besar - cincin elektron-positron besar), dirancang untuk mempercepat elektron dan antipartikelnya (positron) ke kecepatan yang hanya berjarak sehelai rambut dari kecepatan cahaya. Untuk mendapatkan gambaran tentang skala energi, bayangkan bahwa alih-alih elektron, satu sen koin dipercepat ke kecepatan seperti itu. Pada akhir siklus akselerasi, itu akan memiliki energi yang cukup untuk menghasilkan listrik senilai $1.000 juta! Tidak mengherankan bahwa eksperimen semacam itu biasanya diklasifikasikan sebagai fisika "energi tinggi". Bergerak menuju satu sama lain di dalam cincin, berkas elektron dan positron mengalami tabrakan langsung, di mana elektron dan positron musnah, melepaskan energi yang cukup untuk membuat lusinan partikel lain.

Apa partikel-partikel ini? Beberapa di antaranya adalah "batu bata" tempat kita dibangun: proton dan neutron yang membentuk inti atom, dan elektron yang beredar di sekitar inti. Partikel lain biasanya tidak ditemukan dalam materi di sekitar kita: masa hidupnya sangat singkat, dan setelah habis masa berlakunya, mereka meluruh menjadi partikel biasa. Jumlah varietas partikel berumur pendek yang tidak stabil seperti itu luar biasa: beberapa ratus di antaranya sudah diketahui. Seperti bintang, partikel yang tidak stabil terlalu banyak untuk dibedakan "dengan nama". Banyak dari mereka hanya ditunjukkan dengan huruf Yunani, dan beberapa hanya angka.

Penting untuk diingat bahwa semua partikel tidak stabil yang banyak dan beragam ini sama sekali bukan dalam arti harfiah bagian penyusun proton, neutron atau elektron. Bertabrakan, elektron berenergi tinggi dan positron sama sekali tidak tersebar ke banyak fragmen subatomik. Bahkan dalam tumbukan proton berenergi tinggi, yang jelas terdiri dari objek lain (quark), mereka, sebagai aturan, tidak terpecah menjadi bagian-bagian penyusun dalam arti biasa. Apa yang terjadi dalam tumbukan seperti itu lebih baik dilihat sebagai produksi langsung partikel baru dari energi tumbukan.

Sekitar dua puluh tahun yang lalu, fisikawan benar-benar dibingungkan oleh kelimpahan dan keragaman partikel subatomik baru, yang sepertinya tidak ada habisnya. Itu tidak mungkin untuk dipahami untuk apa begitu banyak partikel. Mungkin partikel elementer seperti penghuni kebun binatang dengan kepemilikan implisitnya dalam keluarga, tetapi tanpa taksonomi yang jelas. Atau mungkin, seperti yang diyakini oleh beberapa orang optimis, partikel elementer memegang kunci alam semesta? Partikel apa yang diamati oleh fisikawan: fragmen materi yang tidak signifikan dan acak atau garis besar tatanan yang dirasakan secara samar yang muncul di depan mata kita, yang menunjukkan keberadaan struktur dunia subnuklir yang kaya dan kompleks? Saat ini tidak ada keraguan tentang keberadaan struktur seperti itu. Mikrokosmos memiliki tatanan yang dalam dan rasional, dan kita mulai memahami apa arti dari semua partikel ini.

Langkah pertama menuju pemahaman mikrokosmos diambil sebagai hasil sistematisasi semua partikel yang dikenal, seperti pada abad ke-18. ahli biologi menyusun katalog rinci spesies tumbuhan dan hewan. Karakteristik terpenting partikel subatom adalah massa, muatan listrik, dan putaran.

Karena massa dan berat terkait, partikel dengan massa besar sering disebut sebagai "berat". hubungan Einstein E \u003d mc ^ 2 menunjukkan bahwa massa partikel bergantung pada energinya dan karenanya pada kecepatannya. Partikel yang bergerak lebih berat daripada partikel yang diam. Ketika orang berbicara tentang massa partikel, mereka bersungguh-sungguh. massa istirahat, karena massa ini tidak bergantung pada keadaan gerak. Sebuah partikel dengan massa diam nol bergerak dengan kecepatan cahaya. Contoh paling jelas dari partikel dengan massa diam nol adalah foton. Diyakini bahwa elektron adalah partikel yang paling ringan dengan massa diam yang tidak nol. Proton dan neutron hampir 2.000 kali lebih berat, sedangkan massa partikel terberat yang pernah dibuat di laboratorium (partikel Z) sekitar 200.000 kali massa elektron.

Muatan listrik partikel bervariasi dalam kisaran yang agak sempit, tetapi, seperti yang kita catat, itu selalu merupakan kelipatan dari unit dasar muatan. Beberapa partikel, seperti foton dan neutrino, tidak memiliki muatan listrik. Jika muatan proton yang bermuatan positif dianggap +1, maka muatan elektron adalah -1.

Dalam bab. 2 kami telah memperkenalkan satu lagi karakteristik partikel - spin. Itu juga selalu mengambil nilai yang merupakan kelipatan dari beberapa unit dasar, yang karena alasan historis dipilih menjadi 1 /2. Jadi, proton, neutron, dan elektron memiliki spin 1/2, dan spin foton adalah 1. Partikel dengan spin 0, 3/2, dan 2. Juga diketahui Partikel fundamental dengan spin lebih besar dari 2 belum ditemukan, dan teoritikus percaya bahwa partikel dengan spin seperti itu tidak ada.

Putaran partikel merupakan karakteristik penting, dan tergantung pada nilainya, semua partikel dibagi menjadi dua kelas. Partikel dengan putaran 0, 1 dan 2 disebut "boson" - untuk menghormati fisikawan India Chatyendranath Bose, dan partikel dengan putaran setengah bilangan bulat (yaitu dengan putaran 1/2 atau 3/2 - "fermion" untuk menghormati Enrico Fermi. Milik salah satu dari dua kelas ini mungkin yang paling penting dalam daftar karakteristik partikel.

Karakteristik penting lain dari sebuah partikel adalah masa hidupnya. Sampai saat ini diyakini bahwa elektron, proton, foton, dan neutrino benar-benar stabil, yaitu. memiliki masa hidup yang tak terbatas. Neutron tetap stabil selama "terkunci" di dalam inti, tetapi neutron bebas meluruh dalam waktu sekitar 15 menit. Semua partikel lain yang diketahui sangat tidak stabil, masa hidupnya bervariasi dari beberapa mikrodetik hingga 10-23 detik. Interval waktu seperti itu tampaknya sangat kecil, tetapi tidak boleh dilupakan bahwa partikel yang terbang dengan kecepatan mendekati kecepatan cahaya (dan sebagian besar partikel yang dihasilkan dalam akselerator bergerak dengan kecepatan yang tepat) berhasil terbang sejauh 300 m dalam jarak mikrodetik.

Partikel yang tidak stabil mengalami peluruhan, yang merupakan proses kuantum, dan karena itu selalu ada unsur ketidakpastian dalam peluruhan. Umur partikel tertentu tidak dapat diprediksi sebelumnya. Berdasarkan pertimbangan statistik, hanya umur rata-rata yang dapat diprediksi. Seseorang biasanya berbicara tentang waktu paruh sebuah partikel, waktu yang diperlukan untuk populasi partikel yang identik menjadi setengahnya. Eksperimen menunjukkan bahwa penurunan populasi terjadi secara eksponensial (lihat Gambar 6) dan waktu paruhnya adalah 0,693 dari umur rata-rata.

Tidaklah cukup bagi fisikawan untuk mengetahui bahwa partikel ini atau itu ada - mereka berusaha untuk memahami apa perannya. Jawaban atas pertanyaan ini tergantung pada sifat-sifat partikel yang tercantum di atas, serta sifat gaya yang bekerja pada partikel dari luar dan dalam. Pertama-tama, sifat-sifat partikel ditentukan oleh kemampuannya (atau ketidakmampuannya) untuk berpartisipasi dalam interaksi yang kuat. Partikel yang berpartisipasi dalam interaksi kuat membentuk kelas khusus dan disebut andron. Partikel yang berpartisipasi dalam interaksi lemah dan tidak berpartisipasi dalam interaksi kuat disebut lepton, yang berarti "paru-paru". Mari kita lihat secara singkat masing-masing keluarga ini.

Lepton

Lepton yang paling terkenal adalah elektron. Seperti semua lepton, tampaknya menjadi objek titik dasar. Sejauh yang diketahui, elektron tidak memiliki struktur internal; tidak terdiri dari partikel lain. Meskipun lepton mungkin atau mungkin tidak memiliki muatan listrik, mereka semua memiliki putaran yang sama 1/2, maka mereka adalah fermion.

Lepton terkenal lainnya, tetapi tanpa muatan, adalah neutrino. Seperti yang telah disebutkan dalam Bab. 2, neutrino sulit dipahami, seperti hantu. Karena neutrino tidak berpartisipasi dalam interaksi kuat atau elektromagnetik, mereka hampir sepenuhnya mengabaikan materi, menembusnya seolah-olah tidak ada sama sekali. Daya tembus tinggi neutrino untuk waktu yang lama membuatnya sangat sulit untuk mengkonfirmasi keberadaan mereka secara eksperimental. Tidak sampai hampir tiga dekade setelah neutrino diprediksi, mereka akhirnya ditemukan di laboratorium. Fisikawan harus menunggu penciptaan reaktor nuklir, di mana sejumlah besar neutrino dipancarkan, dan baru pada saat itulah dimungkinkan untuk mendaftarkan tabrakan satu partikel dengan nukleus dan dengan demikian membuktikan bahwa itu benar-benar ada. Saat ini dimungkinkan untuk melakukan lebih banyak eksperimen dengan sinar neutrino, yang muncul selama peluruhan partikel dalam akselerator dan memiliki karakteristik yang diperlukan. Sebagian besar neutrino "mengabaikan" target, tetapi dari waktu ke waktu neutrino masih berinteraksi dengan target, yang memungkinkan untuk memperoleh informasi yang berguna tentang struktur partikel lain dan sifat interaksi yang lemah. Tentu saja, eksperimen dengan neutrino, tidak seperti eksperimen dengan partikel subatomik lainnya, tidak memerlukan penggunaan perlindungan khusus. Kekuatan penetrasi neutrino begitu besar sehingga mereka sama sekali tidak berbahaya dan melewati tubuh manusia tanpa menyebabkan kerusakan sedikit pun.

Meskipun tidak berwujud, neutrino memegang posisi khusus di antara partikel lain yang diketahui karena mereka adalah partikel paling melimpah di alam semesta, melebihi jumlah elektron dan proton hingga satu miliar kali lipat. Semesta pada dasarnya adalah lautan neutrino, di mana inklusi dalam bentuk atom kadang-kadang ditemukan. Bahkan mungkin saja massa total neutrino melebihi massa total bintang, dan oleh karena itu neutrinolah yang memberikan kontribusi utama terhadap gravitasi kosmik. Menurut sekelompok peneliti Soviet, neutrino memiliki massa diam yang kecil, tetapi tidak nol (kurang dari sepersepuluh ribu massa elektron); jika ini benar, maka neutrino gravitasi mendominasi alam semesta, yang di masa depan dapat menyebabkan keruntuhannya. Jadi, neutrino, pada pandangan pertama, partikel yang paling "tidak berbahaya" dan tidak berwujud, mampu menyebabkan keruntuhan seluruh alam semesta.

Lepton lainnya termasuk muon, ditemukan pada tahun 1936 dalam produk interaksi sinar kosmik; ternyata menjadi salah satu partikel subatomik tidak stabil pertama yang diketahui. Dalam segala hal, kecuali stabilitas, muon menyerupai elektron: ia memiliki muatan dan spin yang sama, berpartisipasi dalam interaksi yang sama, tetapi memiliki massa yang lebih besar. Dalam waktu sekitar dua persejuta detik, sebuah muon meluruh menjadi sebuah elektron dan dua neutrino. Muon tersebar luas di alam, mereka merupakan bagian penting dari radiasi kosmik latar belakang, yang direkam di permukaan bumi oleh penghitung Geiger.

Selama bertahun-tahun, elektron dan muon adalah satu-satunya lepton bermuatan yang diketahui. Kemudian, pada akhir 1970-an, lepton bermuatan ketiga ditemukan, yang disebut "tau lepton". Dengan massa sekitar 3500 massa elektron, tau lepton jelas merupakan "kelas berat" dalam trio lepton bermuatan, tetapi dalam semua hal lain ia berperilaku seperti elektron dan muon.

Daftar lepton yang diketahui ini sama sekali tidak habis. Pada 1960-an, ditetapkan bahwa ada beberapa jenis neutrino. Neutrino dari satu jenis dilahirkan bersama dengan elektron selama peluruhan neutron, dan neutrino jenis lain - selama kelahiran muon. Setiap jenis neutrino dipasangkan dengan lepton bermuatannya sendiri; karenanya, ada "neutrino elektron" dan "neutrino muon". Kemungkinan besar, juga harus ada neutrino tipe ketiga, yang menyertai kelahiran tau lepton. Dalam hal ini, jumlah total varietas neutrino adalah tiga, dan jumlah lepton adalah enam (Tabel 1). Tentu saja, setiap lepton memiliki antipartikelnya sendiri; jadi jumlah total lepton yang berbeda adalah dua belas.

Tabel 1

Enam lepton sesuai dengan modifikasi bermuatan dan netral (antipartikel tidak termasuk dalam tabel). Massa dan muatan masing-masing dinyatakan dalam satuan massa dan muatan elektron. Ada bukti bahwa neutrino dapat memiliki massa yang kecil

hadron

Tidak seperti segelintir lepton hadron yang dikenal, jumlahnya ratusan. Ini saja menunjukkan bahwa hadron bukanlah partikel dasar, tetapi dibangun dari komponen yang lebih kecil. Semua hadron berpartisipasi dalam interaksi yang kuat, lemah dan gravitasi, tetapi mereka terjadi dalam dua varietas - bermuatan listrik dan netral. Di antara hadron, neutron dan proton adalah yang paling terkenal dan tersebar luas. Hadron yang tersisa berumur pendek dan meluruh baik dalam waktu kurang dari sepersejuta detik karena interaksi yang lemah, atau jauh lebih cepat (dalam urutan 10-23 detik) karena interaksi yang kuat.

Pada 1950-an, fisikawan sangat bingung dengan kelimpahan dan keragaman hadron. Tapi sedikit demi sedikit, partikel diklasifikasikan menurut tiga karakteristik penting: massa, muatan, dan putaran. Lambat laun, tanda-tanda keteraturan mulai tampak dan gambaran yang jelas mulai muncul. Ada petunjuk bahwa simetri tersembunyi di balik kekacauan data yang tampak. Sebuah langkah yang menentukan dalam mengungkap misteri hadron diambil pada tahun 1963, ketika Murray Gell-Mann dan George Zweig dari California Institute of Technology mengusulkan teori quark.

Gbr.10 Hadron dibangun dari quark. Proton (atas) terdiri dari dua u-quark dan satu d-quark. Pion yang lebih ringan (bawah) adalah meson yang terdiri dari satu u-quark dan satu d-antiquark. Hadron lainnya adalah segala macam kombinasi quark.

Ide dasar dari teori ini sangat sederhana. Semua hadron dibangun dari partikel yang lebih kecil yang disebut quark. Quark dapat bergabung satu sama lain dalam salah satu dari dua cara yang mungkin: baik dalam kembar tiga atau pasangan quark-antiquark. Partikel yang relatif berat terdiri dari tiga quark - baryon, yang berarti "partikel berat". Baryon yang paling terkenal adalah neutron dan proton. Pasangan quark-antiquark yang lebih ringan membentuk partikel yang disebut meson -"partikel perantara". Pilihan nama seperti itu dijelaskan oleh fakta bahwa meson pertama yang ditemukan menempati posisi menengah dalam massa antara elektron dan proton. Untuk menjelaskan semua hadron yang dikenal saat itu, Gell-Mann dan Zweig memperkenalkan tiga jenis ("rasa") quark yang berbeda, yang menerima nama yang agak aneh: dan(dari ke atas- atas), d(dari turun- lebih rendah) dan s (dari aneh- aneh). Dengan asumsi kemungkinan berbagai kombinasi rasa, keberadaan sejumlah besar hadron dapat dijelaskan. Misalnya, proton terdiri dari dua dan- dan satu d-quark (Gbr. 10), dan neutron terdiri dari dua d-quark dan satu u-quark.

Agar teori yang diajukan oleh Gell-Mann dan Zweig valid, perlu diasumsikan bahwa quark membawa muatan listrik fraksional. Dengan kata lain, mereka memiliki muatan, yang nilainya 1/3 atau 2/3 dari unit dasar - muatan elektron. Kombinasi dua dan tiga quark dapat memiliki muatan total sama dengan nol atau satu. Semua quark memiliki putaran 1/2. jadi mereka adalah fermion. Massa quark belum ditetapkan seakurat massa partikel lain, karena energi ikatnya dalam hadron sebanding dengan massa quark itu sendiri. Namun, s quark diketahui lebih berat dan- dan d quark.

Di dalam hadron, quark dapat berada dalam keadaan tereksitasi, dalam banyak hal mirip dengan keadaan tereksitasi atom, tetapi dengan energi yang jauh lebih tinggi. Kelebihan energi yang terkandung dalam hadron tereksitasi meningkatkan massanya sedemikian rupa sehingga, sebelum penciptaan teori quark, fisikawan secara keliru menganggap hadron tereksitasi sebagai partikel yang sama sekali berbeda. Sekarang telah ditetapkan bahwa banyak hadron yang tampaknya berbeda sebenarnya hanya keadaan tereksitasi dari kumpulan quark fundamental yang sama.

Seperti yang telah disebutkan dalam Bab. 5, quark disatukan oleh interaksi yang kuat. Tetapi mereka juga berpartisipasi dalam interaksi yang lemah. Gaya lemah dapat mengubah rasa quark. Ini adalah bagaimana peluruhan neutron terjadi. Salah satu d-quark dalam neutron berubah menjadi u-quark, dan kelebihan muatan membawa elektron yang lahir pada waktu yang sama. Demikian pula, dengan mengubah rasa, interaksi yang lemah menyebabkan pembusukan hadron lainnya.

Keberadaan s-quark diperlukan untuk konstruksi apa yang disebut partikel "aneh" - hadron berat, yang ditemukan pada awal 1950-an. Perilaku yang tidak biasa dari partikel-partikel ini, yang mendorong nama mereka, adalah bahwa mereka tidak dapat meluruh karena interaksi yang kuat, meskipun mereka sendiri dan produk peluruhannya adalah hadron. Fisikawan telah bingung mengapa, jika partikel ibu dan anak termasuk dalam keluarga hadron, gaya kuat tidak menyebabkan mereka meluruh. Untuk beberapa alasan, hadron ini "lebih menyukai" interaksi lemah yang jauh lebih intens. Mengapa? Teori quark secara alami memecahkan teka-teki ini. Gaya kuat tidak bisa mengubah rasa quark - hanya gaya lemah yang bisa. Dan tanpa perubahan rasa, disertai dengan transformasi s-quark menjadi dan- atau d-quark, peluruhan tidak mungkin.

Di meja. Gambar 2 menunjukkan berbagai kemungkinan kombinasi quark tiga rasa dan namanya (biasanya hanya huruf Yunani). Banyak keadaan tereksitasi tidak ditampilkan. Fakta bahwa semua hadron yang diketahui dapat diperoleh dari berbagai kombinasi tiga partikel dasar melambangkan kemenangan utama teori quark. Namun terlepas dari keberhasilan ini, hanya beberapa tahun kemudian bukti fisik langsung tentang keberadaan quark diperoleh.

Bukti ini diperoleh pada tahun 1969 dalam serangkaian eksperimen historis yang dilakukan pada akselerator linier besar di Stanford (California, AS) - SLAC. Para peneliti Stanford beralasan sederhana. Jika memang ada quark di dalam proton, maka tumbukan dengan partikel-partikel ini di dalam proton dapat diamati. Yang dibutuhkan hanyalah "proyektil" subnuklear yang dapat diarahkan langsung ke perut proton. Tidak ada gunanya menggunakan hadron lain untuk tujuan ini, karena memiliki dimensi yang sama dengan proton. Sebuah proyektil yang ideal bisa menjadi lepton, seperti elektron. Karena elektron tidak berpartisipasi dalam interaksi kuat, elektron tidak akan "terjebak" dalam medium yang membentuk quark. Pada saat yang sama, elektron dapat merasakan keberadaan quark karena adanya muatan listrik pada mereka.

Meja 2

Tiga rasa quark, u, d, dan s, sesuai dengan muatan +2/3, -1/3, dan -1/3; mereka bergabung menjadi tiga untuk membentuk delapan baryon yang ditunjukkan pada tabel. Pasangan quark-antiquark membentuk meson. (Beberapa kombinasi seperti sss dihilangkan.)

Dalam percobaan Stanford, akselerator tiga kilometer pada dasarnya berfungsi sebagai "mikroskop" elektron raksasa yang memungkinkan untuk menggambarkan bagian dalam proton. Mikroskop elektron konvensional memungkinkan untuk membedakan detail yang berukuran lebih kecil dari sepersejuta sentimeter. Proton, di sisi lain, beberapa puluh juta kali lebih kecil, dan hanya dapat "diselidiki" oleh elektron yang dipercepat menjadi energi 2,1010 eV. Pada saat percobaan Stanford, beberapa fisikawan berpegang pada teori quark yang disederhanakan. Sebagian besar ilmuwan memperkirakan bahwa elektron akan dibelokkan oleh muatan listrik proton, tetapi diasumsikan bahwa muatan itu didistribusikan secara merata di dalam proton. Jika ini benar, maka hamburan elektron yang paling lemah akan terjadi, mis. ketika melewati proton, elektron tidak akan mengalami defleksi yang kuat. Percobaan menunjukkan bahwa pola hamburan berbeda tajam dari yang diharapkan. Semuanya terjadi seolah-olah beberapa elektron menabrak inklusi kecil yang keras dan memantulkannya pada sudut yang paling luar biasa. Sekarang kita tahu bahwa quark adalah inklusi keras di dalam proton.

Pada tahun 1974, versi sederhana dari teori quark, yang pada saat itu telah mendapat pengakuan di antara para ahli teori, mendapat pukulan sensitif. Dalam beberapa hari, dua kelompok fisikawan Amerika - satu di Stanford dipimpin oleh Burton Richter, yang lain di Brookhaven National Laboratory yang dipimpin oleh Samuel Ting - secara independen mengumumkan penemuan hadron baru, yang disebut partikel psi. Dalam dirinya sendiri, penemuan hadron baru tidak akan menjadi sangat penting, jika bukan karena satu keadaan: kenyataannya adalah bahwa dalam skema yang diusulkan oleh teori quark, tidak ada tempat untuk satu partikel baru. Semua kemungkinan kombinasi u, d, dan s quark dan antiquarknya telah "habis". Terbuat dari apakah partikel psi?

Masalah ini dipecahkan dengan beralih ke ide yang telah mengudara selama beberapa waktu: pasti ada aroma keempat yang belum pernah dilihat siapa pun sebelumnya. Parfum yang baru sudah memiliki nama sendiri – pesona (charm), atau c. Disarankan bahwa partikel psi adalah meson yang terdiri dari c-quark dan c-antiquark (c), mis. cc. Karena antiquark adalah pembawa antiaroma, pesona partikel psi dinetralkan, dan oleh karena itu, konfirmasi eksperimental tentang keberadaan rasa baru (pesona) harus menunggu sampai dimungkinkan untuk mendeteksi meson, di mana quark yang terpesona dipasangkan dengan anti quarkamps rasa lain. . Seluruh rangkaian partikel terpesona sekarang dikenal. Mereka semua sangat berat, sehingga quark pesona lebih berat daripada quark aneh.

Situasi yang digambarkan di atas terulang pada tahun 1977, ketika apa yang disebut upsilon meson (UPSILON) memasuki tempat kejadian. Kali ini, tanpa banyak keraguan, rasa kelima diperkenalkan, yang disebut b-quark (dari bawah - bawah, dan lebih sering keindahan - keindahan, atau pesona). Meson upsilon adalah pasangan quark-antiquark yang terdiri dari b quark dan karena itu memiliki keindahan yang tersembunyi; tetapi, seperti dalam kasus sebelumnya, kombinasi quark yang berbeda akhirnya memungkinkan untuk menemukan "keindahan".

Massa relatif quark dapat dinilai setidaknya dari fakta bahwa meson yang paling ringan, pion, terdiri dari pasangan dan- dan d-quark dengan antiquark. Meson psi sekitar 27 kali, dan meson upsilon setidaknya 75 kali lebih berat daripada pion.

Perluasan bertahap daftar rasa yang diketahui terjadi bersamaan dengan peningkatan jumlah lepton; jadi pertanyaan yang jelas muncul apakah akan pernah ada akhir. Quark diperkenalkan untuk menyederhanakan deskripsi seluruh variasi hadron, tetapi bahkan sekarang ada perasaan bahwa daftar partikel bertambah terlalu cepat.

Sejak zaman Democritus, ide dasar atomisme adalah pengakuan bahwa, dalam skala yang cukup kecil, pasti ada partikel yang benar-benar elementer, yang kombinasinya membentuk materi di sekitar kita. Atomistik menarik karena partikel fundamental yang tidak dapat dibagi (menurut definisi) harus ada dalam jumlah yang sangat terbatas. Keanekaragaman alam disebabkan oleh banyaknya bukan bagian penyusunnya, melainkan kombinasinya. Ketika ditemukan bahwa ada banyak inti atom yang berbeda, harapan menghilang bahwa apa yang sekarang kita sebut atom sesuai dengan gagasan orang Yunani kuno tentang partikel dasar materi. Dan meskipun menurut tradisi kita terus berbicara tentang berbagai "elemen" kimia, diketahui bahwa atom sama sekali tidak elementer, tetapi terdiri dari proton, neutron, dan elektron. Dan segera setelah jumlah quark menjadi terlalu besar, ada godaan untuk berasumsi bahwa mereka juga merupakan sistem kompleks yang terdiri dari partikel yang lebih kecil.

Meskipun untuk alasan ini ada beberapa ketidakpuasan dengan skema quark, sebagian besar fisikawan menganggap quark sebagai partikel yang benar-benar elementer - seperti titik, tidak dapat dibagi dan tanpa struktur internal. Dalam hal ini mereka menyerupai pepton, dan telah lama disarankan bahwa harus ada hubungan yang mendalam antara dua keluarga yang berbeda tetapi secara struktural serupa ini. Alasan untuk sudut pandang seperti itu muncul dari perbandingan sifat lepton dan quark (Tabel 3). Lepton dapat dikelompokkan berpasangan dengan mengasosiasikan setiap lepton bermuatan dengan neutrino yang sesuai. Quark juga dapat dikelompokkan berpasangan. tab. 3 dirancang sedemikian rupa sehingga setiap sel mengulangi struktur yang terletak tepat di depannya. Misalnya, di sel kedua, muon direpresentasikan sebagai "elektron berat", dan pesona dan quark aneh direpresentasikan sebagai varian berat. dan- dan d quark. Dari sel berikutnya, Anda dapat melihat bahwa tau lepton adalah "elektron" yang lebih berat lagi, dan quark b adalah versi berat dari d quark. Untuk analogi lengkap, satu lagi (tau-leptonian) neutrino dan rasa keenam quark, yang telah menerima nama true (kebenaran, t). Pada saat penulisan buku ini, bukti eksperimental keberadaan t quark belum cukup meyakinkan, dan beberapa fisikawan meragukan bahwa t quark benar-benar ada.

Tabel 3

Lepton dan quark secara alami berpasangan. seperti yang ditunjukkan pada tabel. Dunia di sekitar kita terdiri dari empat partikel pertama. Tetapi kelompok berikutnya, tampaknya, mengulangi yang atas dan terdiri, di mahkota neutrino, partikel yang sangat tidak stabil.

Bisakah ada yang keempat, kelima, dll. uap yang mengandung partikel yang lebih berat? Jika demikian, maka akselerator generasi berikutnya kemungkinan besar akan memberi fisikawan kemampuan untuk mendeteksi partikel semacam itu. Namun, pertimbangan yang aneh diungkapkan, yang darinya dapat disimpulkan bahwa pasangan lain, kecuali tiga yang disebutkan, tidak ada. Pertimbangan ini didasarkan pada jumlah jenis neutrino. Kita akan segera mengetahui bahwa pada saat Ledakan Besar, yang menandai munculnya Semesta, terjadi kelahiran neutrino yang intens. Semacam demokrasi menjamin setiap jenis partikel bagian energi yang sama dengan yang lain; oleh karena itu, semakin banyak jenis neutrino, semakin banyak energi yang terkandung dalam lautan neutrino yang mengisi luar angkasa. Perhitungan menunjukkan bahwa jika ada lebih dari tiga jenis neutrino, maka gravitasi yang diciptakan oleh mereka semua akan memiliki efek gangguan yang kuat pada proses nuklir yang terjadi dalam beberapa menit pertama kehidupan Semesta. Oleh karena itu, dari pertimbangan tidak langsung berikut ini kesimpulan yang sangat masuk akal bahwa tiga pasangan ditunjukkan pada Tabel. 3, semua quark dan lepton yang ada di alam habis.

Sangat menarik untuk dicatat bahwa semua materi biasa di alam semesta hanya terdiri dari dua lepton paling ringan (sebuah elektron dan satu elektron neutrino) dan dua quark paling ringan ( dan dan d). Jika semua lepton dan quark lain tiba-tiba tidak ada lagi, maka di dunia di sekitar kita, tampaknya, sangat sedikit yang akan berubah.

Ada kemungkinan bahwa quark dan lepton yang lebih berat memainkan peran sebagai pengganti quark dan lepton yang paling ringan. Semuanya tidak stabil dan cepat hancur menjadi partikel yang terletak di sel atas. Misalnya, tau lepton dan muon meluruh menjadi elektron, sedangkan partikel aneh, mempesona, dan indah meluruh dengan cepat menjadi neutron atau proton (dalam kasus baryon) atau lepton (dalam kasus meson). Muncul pertanyaan: untuk apa apakah semua partikel generasi kedua dan ketiga ini ada? Mengapa alam membutuhkan mereka?

Partikel - pembawa interaksi

Enam pasang lepton dan quark, yang membentuk bahan penyusun materi, sama sekali tidak menghilangkan daftar partikel yang diketahui. Beberapa dari mereka, seperti foton, tidak termasuk dalam skema quark. Partikel yang "ditinggalkan ke laut" bukanlah "batu bata alam semesta", tetapi membentuk semacam "lem" yang tidak memungkinkan dunia hancur berantakan, mis. mereka terkait dengan empat interaksi mendasar.

Saya ingat pernah diberitahu sebagai seorang anak bahwa Bulan menyebabkan lautan naik dan turun selama pasang surut harian. Itu selalu menjadi misteri bagi saya bagaimana lautan tahu di mana bulan berada dan mengikuti pergerakannya di langit. Ketika saya belajar tentang gravitasi di sekolah, kebingungan saya semakin meningkat. Bagaimana bulan, setelah mengatasi seperempat juta kilometer ruang kosong, berhasil "menjangkau" lautan? Jawaban standar - Bulan menciptakan medan gravitasi di ruang kosong ini, yang aksinya mencapai lautan, membuatnya bergerak - tentu saja masuk akal, tetapi masih belum sepenuhnya memuaskan saya. Lagi pula, kita tidak bisa melihat medan gravitasi Bulan. Mungkin hanya itu yang dikatakan? Apakah ini benar-benar menjelaskan sesuatu? Tampaknya bagi saya bahwa bulan entah bagaimana harus memberi tahu lautan di mana ia berada. Harus ada semacam pertukaran sinyal yang terjadi antara bulan dan lautan sehingga air tahu ke mana harus pergi.

Seiring waktu, ternyata gagasan tentang gaya yang ditransmisikan melalui ruang dalam bentuk sinyal tidak jauh dari pendekatan modern untuk masalah ini. Untuk memahami bagaimana representasi semacam itu muncul, perlu untuk mempertimbangkan secara lebih rinci sifat medan gaya. Sebagai contoh, mari kita ambil bukan gelombang laut, tetapi fenomena yang lebih sederhana: dua elektron saling mendekati, dan kemudian, di bawah pengaruh tolakan elektrostatik, terbang terpisah ke arah yang berbeda. Fisikawan menyebut proses ini sebagai masalah hamburan. Tentu saja, elektron tidak secara harfiah saling mendorong. Mereka berinteraksi di kejauhan, melalui medan elektromagnetik yang dihasilkan oleh setiap elektron.

Gbr.11. Penghamburan dua partikel bermuatan. Lintasan partikel melengkung saat mereka mendekati satu sama lain karena aksi gaya tolakan listrik.

Tidak sulit membayangkan gambaran hamburan elektron oleh elektron. Awalnya, elektron dipisahkan oleh jarak yang jauh dan saling mempengaruhi secara lemah. Setiap elektron bergerak hampir dalam garis lurus (Gbr. 11). Kemudian, ketika gaya tolak mulai bekerja, lintasan elektron mulai melengkung sampai partikel sedekat mungkin; setelah itu, lintasannya menyimpang, dan elektron menyebar, sekali lagi mulai bergerak sepanjang bujursangkar, tetapi lintasannya sudah menyimpang. Model semacam ini mudah didemonstrasikan di laboratorium menggunakan bola bermuatan listrik, bukan elektron. Dan sekali lagi muncul pertanyaan: bagaimana partikel "tahu" di mana partikel lain berada, dan karenanya mengubah gerakannya.

Meskipun gambaran lintasan elektron melengkung cukup ilustratif, itu sama sekali tidak cocok dalam beberapa hal. Faktanya adalah bahwa elektron adalah partikel kuantum dan perilakunya mematuhi hukum khusus fisika kuantum. Pertama-tama, elektron tidak bergerak di ruang angkasa sepanjang lintasan yang ditentukan dengan baik. Kita masih dapat menentukan dengan satu atau lain cara titik awal dan akhir dari jalan - sebelum dan sesudah hamburan, tetapi jalan itu sendiri dalam interval antara awal dan akhir gerakan tetap tidak diketahui dan tidak terbatas. Selain itu, gagasan intuitif tentang pertukaran energi dan momentum yang berkelanjutan antara elektron dan medan, seolah-olah mempercepat elektron, bertentangan dengan keberadaan foton. Energi dan momentum dapat ditransfer bidang hanya dalam porsi, atau kuanta. Gambaran yang lebih akurat tentang gangguan yang ditimbulkan oleh medan ke dalam gerakan elektron dapat diperoleh dengan mengasumsikan bahwa elektron, yang menyerap foton medan, mengalami, seolah-olah, dorongan tiba-tiba. Oleh karena itu, pada tingkat kuantum, tindakan penghamburan elektron oleh elektron dapat digambarkan seperti yang ditunjukkan pada Gambar. 12. Garis bergelombang yang menghubungkan lintasan dua elektron sesuai dengan foton yang dipancarkan oleh satu elektron dan diserap oleh elektron lainnya. Sekarang tindakan hamburan muncul sebagai perubahan mendadak dalam arah pergerakan setiap elektron

Gambar 12. Deskripsi kuantum hamburan partikel bermuatan. Interaksi partikel terjadi karena adanya pertukaran pembawa interaksi, atau foton maya (garis bergelombang).

Diagram semacam ini pertama kali digunakan oleh Richard Feynman untuk secara visual mewakili berbagai istilah persamaan, dan awalnya mereka memiliki makna simbolis murni. Tapi kemudian diagram Feynman mulai digunakan untuk menggambarkan interaksi partikel secara skematis. Gambar-gambar seperti itu, seolah-olah, melengkapi intuisi fisikawan, tetapi mereka harus ditafsirkan dengan tingkat kehati-hatian tertentu. Misalnya, tidak pernah ada jeda tajam dalam lintasan elektron. Karena kita hanya mengetahui posisi awal dan akhir elektron, kita tidak mengetahui secara pasti momen pertukaran foton, dan partikel mana yang memancarkan dan mana yang menyerap foton. Semua detail ini disembunyikan oleh selubung ketidakpastian kuantum.

Terlepas dari peringatan ini, diagram Feynman telah terbukti menjadi cara yang efektif untuk menggambarkan interaksi kuantum. Foton yang dipertukarkan antara elektron dapat dilihat sebagai semacam pembawa pesan dari salah satu elektron, memberi tahu yang lain: "Saya di sini, jadi bergeraklah!". Tentu saja, semua proses kuantum bersifat probabilistik, jadi pertukaran semacam itu hanya terjadi dengan probabilitas tertentu. Mungkin terjadi bahwa elektron bertukar dua atau lebih foton (Gbr. 13), meskipun hal ini kecil kemungkinannya.

Penting untuk disadari bahwa kita tidak benar-benar melihat foton berlarian dari satu elektron ke elektron lainnya. Pembawa interaksi adalah "urusan internal" dari dua elektron. Mereka ada semata-mata untuk memberi tahu elektron bagaimana cara bergerak, dan meskipun mereka membawa energi dan momentum, hukum kekekalan fisika klasik yang sesuai tidak berlaku untuk mereka. Foton dalam hal ini dapat diibaratkan seperti sebuah bola yang dipertukarkan di lapangan oleh para pemain tenis. Sama seperti bola tenis menentukan perilaku pemain tenis di taman bermain, foton mempengaruhi perilaku elektron.

Deskripsi sukses interaksi menggunakan partikel pembawa disertai dengan perluasan konsep foton: foton ternyata tidak hanya partikel cahaya yang kita lihat, tetapi juga partikel hantu, yang "dilihat" saja. oleh partikel bermuatan yang mengalami hamburan. Terkadang foton yang kita amati disebut nyata, dan foton yang membawa interaksi adalah maya, yang mengingatkan pada keberadaan mereka yang sekilas dan hampir seperti hantu. Perbedaan antara foton nyata dan maya agak sewenang-wenang, tetapi konsep-konsep ini telah menyebar luas.

Deskripsi interaksi elektromagnetik menggunakan konsep foton virtual - pembawanya - dalam maknanya melampaui ilustrasi alam kuantum belaka. Faktanya, kita berbicara tentang teori yang dipikirkan dengan detail terkecil dan dilengkapi dengan peralatan matematika yang sempurna, yang dikenal sebagai elektrodinamika kuantum, disingkat QED. Ketika QED pertama kali dirumuskan (ini terjadi tak lama setelah Perang Dunia Kedua), fisikawan memiliki teori yang memenuhi prinsip dasar teori kuantum dan relativitas. Ini adalah kesempatan besar untuk melihat manifestasi bersama dari dua aspek penting dari fisika baru dan. menguji mereka secara eksperimental.

Secara teoritis, penciptaan QED merupakan pencapaian yang luar biasa. Studi sebelumnya tentang interaksi foton dan elektron memiliki keberhasilan yang sangat terbatas karena kesulitan matematika. Tetapi begitu para ahli teori belajar cara menghitung dengan benar, segala sesuatu yang lain jatuh pada tempatnya. QED mengusulkan prosedur untuk mendapatkan hasil dari proses kompleks yang melibatkan foton dan elektron.

Gambar 13. Penghamburan elektron disebabkan oleh pertukaran dua foton maya. Proses tersebut merupakan koreksi kecil untuk proses utama yang digambarkan pada Gambar. sebelas

Untuk menguji seberapa baik teori tersebut sesuai dengan kenyataan, fisikawan berfokus pada dua efek yang menarik. Yang pertama menyangkut tingkat energi atom hidrogen, atom paling sederhana. QED memperkirakan bahwa level akan sedikit bergeser dari posisi yang akan mereka tempati jika tidak ada foton virtual. Teori itu sangat akurat dalam memprediksi besarnya pergeseran ini. Eksperimen untuk mendeteksi dan mengukur perpindahan dengan akurasi ekstrim dilakukan oleh Willis Lamb dari University of pc. Arizona. Untuk menyenangkan semua orang, hasil perhitungan sangat cocok dengan data eksperimen.

Tes menentukan kedua dari QED menyangkut koreksi yang sangat kecil untuk momen magnetik elektron itu sendiri. Dan sekali lagi, hasil perhitungan teoritis dan eksperimen benar-benar bertepatan. Para ahli teori mulai menyempurnakan perhitungan, para peneliti - untuk meningkatkan instrumen. Namun, meskipun akurasi prediksi teoretis dan hasil eksperimen terus ditingkatkan, kesepakatan antara QED dan eksperimen tetap sempurna. Saat ini, hasil teoretis dan eksperimental masih konsisten dalam akurasi yang dicapai, yang berarti kecocokan lebih dari sembilan tempat desimal. Korespondensi yang mencolok seperti itu memberikan hak untuk menganggap QED sebagai yang paling sempurna dari teori-teori ilmu alam yang ada.

Tak perlu dikatakan, setelah kemenangan serupa, QED diadopsi sebagai model untuk deskripsi kuantum dari tiga interaksi mendasar lainnya. Tentu saja, bidang yang terkait dengan interaksi lain harus sesuai dengan partikel pembawa lainnya. Untuk menggambarkan gravitasi diperkenalkan gravitasi, memainkan peran yang sama sebagai foton. Selama interaksi gravitasi dua partikel, pertukaran graviton terjadi di antara mereka. Interaksi ini dapat divisualisasikan menggunakan diagram yang mirip dengan yang ditunjukkan pada Gambar. 12 dan 13. Gravitonlah yang membawa sinyal dari Bulan ke lautan, yang kemudian naik saat air pasang dan turun saat air surut. Graviton berlarian antara Bumi dan Matahari menjaga planet kita di orbit. Graviton mengikat kita dengan kuat ke Bumi.

Seperti foton, graviton bergerak dengan kecepatan cahaya, oleh karena itu, graviton adalah partikel dengan "massa diam nol". Tapi di sinilah kesamaan antara graviton dan foton berakhir. Sementara foton memiliki putaran 1, graviton memiliki putaran 2.

Tabel 4

Partikel-pembawa empat interaksi mendasar. Massa dinyatakan dalam satuan massa proton.

Ini adalah perbedaan penting, karena menentukan arah gaya: dalam interaksi elektromagnetik, partikel bermuatan serupa, seperti elektron, saling tolak, dan dalam interaksi gravitasi, semua partikel tertarik satu sama lain.

Graviton bisa nyata dan virtual. Graviton nyata tidak lain adalah kuantum gelombang gravitasi, sama seperti foton nyata adalah kuantum gelombang elektromagnetik. Pada prinsipnya, graviton nyata dapat "diamati". Tetapi karena interaksi gravitasi sangat lemah, graviton tidak dapat dideteksi secara langsung. Interaksi graviton dengan partikel kuantum lainnya sangat lemah sehingga kemungkinan hamburan atau penyerapan graviton, misalnya, oleh proton, sangat kecil.

Ide dasar pertukaran partikel pembawa meluas ke interaksi lain (Tabel 4) - lemah dan kuat. Namun, ada perbedaan penting dalam detailnya. Ingat bahwa interaksi yang kuat memastikan ikatan antara quark. Koneksi semacam itu dapat dibuat oleh medan gaya yang mirip dengan elektromagnetik, tetapi lebih kompleks. Gaya listrik mengarah pada pembentukan keadaan terikat dua partikel dengan muatan yang berlawanan tanda. Dalam kasus quark, keadaan terikat dari tiga partikel muncul, yang menunjukkan sifat medan gaya yang lebih kompleks, yang sesuai dengan tiga jenis "muatan". Partikel - pembawa interaksi antara quark, menghubungkannya berpasangan atau kembar tiga, disebut gluon.

Dalam kasus interaksi yang lemah, situasinya agak berbeda. Jari-jari interaksi ini sangat kecil. Oleh karena itu, pembawa interaksi lemah harus berupa partikel dengan massa diam yang besar. Energi yang terkandung dalam massa seperti itu harus "dipinjam" sesuai dengan prinsip ketidakpastian Heisenberg, yang telah dibahas pada hal. 50. Tetapi karena massa "pinjaman" (dan karenanya energinya) begitu besar, prinsip ketidakpastian mensyaratkan bahwa jatuh tempo pinjaman semacam itu sangat pendek - hanya sekitar 10^-28 detik. Partikel berumur pendek seperti itu tidak punya waktu untuk bergerak sangat jauh, dan jari-jari interaksi yang dibawa oleh mereka sangat kecil.

Sebenarnya ada dua jenis pembawa interaksi yang lemah. Salah satunya seperti foton dalam segala hal kecuali massa diam. Partikel ini disebut partikel Z. Intinya, partikel Z adalah jenis cahaya baru. Jenis lain dari pembawa interaksi lemah, partikel-W, berbeda dari partikel-Z dengan adanya muatan listrik. Dalam bab. 7 kita membahas secara lebih rinci sifat-sifat partikel Z dan W, yang baru ditemukan pada tahun 1983.

Klasifikasi partikel menjadi quark, lepton, dan pembawa gaya melengkapi daftar partikel subatom yang diketahui. Masing-masing partikel ini memainkan perannya sendiri, tetapi menentukan dalam pembentukan Semesta. Jika tidak ada partikel pembawa, tidak akan ada interaksi, dan setiap partikel akan tetap mengabaikan pasangannya. Sistem yang kompleks tidak dapat muncul, aktivitas apa pun tidak mungkin. Tanpa quark, tidak akan ada inti atom atau sinar matahari. Tanpa lepton, atom tidak akan ada, struktur kimia dan kehidupan itu sendiri tidak akan muncul.

Apa tugas fisika partikel elementer?

Surat kabar Inggris yang berpengaruh, The Guardian, pernah menerbitkan sebuah editorial yang mempertanyakan kebijaksanaan pengembangan fisika partikel, sebuah usaha mahal yang menghabiskan tidak hanya bagian signifikan dari anggaran sains nasional, tetapi juga bagian terbesar dari para pemikir terbaik. "Apakah fisikawan tahu apa yang mereka lakukan? Jika mereka tahu, apa gunanya? Siapa, selain fisikawan, yang membutuhkan semua partikel ini?"

Beberapa bulan setelah publikasi ini, saya berkesempatan menghadiri kuliah di Baltimore oleh George Keworth, Penasihat Ilmu Kepresidenan AS. Keyworth juga beralih ke fisika partikel, tetapi kuliahnya disampaikan dengan nada yang sama sekali berbeda. Fisikawan Amerika terkesan dengan pengumuman baru-baru ini dari CERN, laboratorium Eropa terkemuka untuk fisika partikel elementer, tentang penemuan partikel dasar W dan Z, yang akhirnya diperoleh pada akselerator berkas tumbukan proton-antiproton besar (collider). Orang Amerika terbiasa dengan kenyataan bahwa semua penemuan sensasional dibuat di laboratorium fisika energi tinggi mereka. Bukankah fakta bahwa mereka memberi jalan ke telapak tangan, tanda kemunduran ilmiah dan bahkan nasional?

Keworth tidak ragu bahwa demi kemakmuran Amerika Serikat pada umumnya dan ekonomi Amerika pada khususnya, negara tersebut perlu menempati posisi terdepan dalam penelitian ilmiah. Proyek penelitian fundamental utama, kata Keyworth, berada di garis depan kemajuan. Amerika Serikat harus mendapatkan kembali dominasinya dalam fisika partikel,

Pada minggu yang sama, saluran informasi beredar tentang proyek Amerika dari akselerator raksasa yang dirancang untuk melakukan eksperimen generasi baru dalam fisika partikel dasar. Biaya utamanya adalah $2 miliar, menjadikan akselerator ini sebagai mesin paling mahal yang pernah dibuat oleh manusia. Raksasa Paman Sam ini, dibandingkan dengan yang bahkan akselerator saluran listrik CERN yang baru akan tampak seperti kurcaci, begitu besar sehingga seluruh negara bagian Luksemburg bisa muat di dalam cincinnya! Magnet superkonduktor raksasa dirancang untuk menciptakan medan magnet yang kuat yang akan membungkus berkas partikel di sepanjang ruang annular; itu adalah struktur yang sangat besar sehingga akselerator baru seharusnya ditempatkan di padang pasir. Saya ingin tahu apa pendapat editor The Guardian tentang ini.

Dikenal sebagai Superconducting Super Collider (SSC), tetapi lebih sering disebut sebagai "dezertron" (dari bahasa Inggris. gurun- gurun. - Ed.), mesin dahsyat ini akan mampu mempercepat proton menjadi energi sekitar 20 ribu kali lebih besar dari energi diam (massa). Angka-angka ini dapat ditafsirkan dengan cara yang berbeda. Pada percepatan maksimum, partikel akan bergerak dengan kecepatan hanya 1 km / jam lebih kecil dari kecepatan cahaya - kecepatan yang membatasi di alam semesta. Efek relativistik begitu kuat sehingga massa setiap partikel 20 ribu kali lebih besar daripada saat diam. Dalam kerangka yang terkait dengan partikel semacam itu, waktu diregangkan sedemikian rupa sehingga 1 s sama dengan 5,5 jam dalam kerangka acuan kita. Setiap kilometer ruang yang dilalui partikel akan "tampak" terkompresi menjadi hanya 5,0 cm.

Apa kebutuhan mendesak yang mendorong negara-negara untuk menghabiskan sumber daya yang begitu besar untuk pembelahan atom yang semakin merusak? Apakah ada kegunaan praktis dalam penelitian semacam itu?

Ilmu besar apapun tentunya tidak asing dengan semangat perjuangan untuk prioritas nasional. Di sini, seperti dalam seni atau olahraga, menyenangkan untuk memenangkan hadiah dan pengakuan dunia. Fisika partikel telah menjadi semacam simbol kekuasaan negara. Jika berhasil berkembang dan memberikan hasil yang nyata, maka hal ini menunjukkan bahwa ilmu pengetahuan, teknologi, serta perekonomian negara secara keseluruhan pada dasarnya berada pada taraf yang wajar. Ini mempertahankan kepercayaan pada produk berkualitas tinggi dari industri teknologi lain yang lebih umum. Untuk membuat akselerator dan semua peralatan terkait membutuhkan tingkat profesionalisme yang sangat tinggi. Pengalaman berharga yang diperoleh dalam pengembangan teknologi baru dapat memiliki efek yang tidak terduga dan bermanfaat pada bidang penelitian ilmiah lainnya. Misalnya, penelitian dan pengembangan magnet superkonduktor yang diperlukan untuk Desertron telah berlangsung di AS selama dua puluh tahun. Namun, mereka tidak memberikan manfaat langsung dan karena itu sulit untuk dievaluasi. Apakah ada hasil yang lebih nyata?

Argumen lain terkadang terdengar untuk mendukung penelitian fundamental. Fisika umumnya di depan teknologi sekitar lima puluh tahun. Aplikasi praktis dari penemuan ilmiah ini atau itu sama sekali tidak jelas pada awalnya, tetapi hanya beberapa pencapaian signifikan dari fisika dasar yang belum menemukan aplikasi praktis dari waktu ke waktu. Ingat teori elektromagnetisme Maxwell: dapatkah penciptanya meramalkan penciptaan dan keberhasilan telekomunikasi dan elektronik modern? Dan bagaimana dengan kata-kata Rutherford bahwa energi nuklir tidak mungkin pernah menemukan aplikasi praktis? Apakah mungkin untuk memprediksi apa yang dapat dibawa oleh perkembangan fisika partikel elementer, kekuatan baru dan prinsip baru apa yang akan ditemukan yang akan memperluas pemahaman kita tentang dunia di sekitar kita dan memberi kita kekuatan atas rentang fenomena fisik yang lebih luas. Dan ini dapat mengarah pada pengembangan teknologi yang tidak kalah revolusionernya dengan radio atau energi nuklir.

Sebagian besar cabang ilmu pengetahuan akhirnya menemukan beberapa aplikasi militer. Dalam hal ini, fisika partikel elementer (tidak seperti fisika nuklir) sejauh ini tetap tidak tersentuh. Secara kebetulan, kuliah Keyworth bertepatan dengan hype seputar proyek anti-rudal kontroversial Presiden Reagan, yang disebut balok, senjata (proyek ini adalah bagian dari program yang disebut Inisiatif Pertahanan Strategis, SDI). Inti dari proyek ini adalah menggunakan sinar partikel berenergi tinggi untuk melawan rudal musuh. Aplikasi fisika partikel ini benar-benar jahat.

Pendapat yang berlaku adalah bahwa pembuatan perangkat semacam itu tidak layak. Mayoritas ilmuwan yang bekerja di bidang fisika partikel elementer menganggap ide-ide ini tidak masuk akal dan tidak wajar, dan sangat menentang usulan presiden. Setelah mengutuk para ilmuwan, Keyworth mendesak mereka untuk "memikirkan peran apa yang dapat mereka mainkan" dalam proyek senjata balok. Seruan Keyworth kepada fisikawan ini (tentu saja murni kebetulan) mengikuti kata-katanya mengenai pendanaan fisika energi tinggi.

Saya sangat yakin bahwa fisikawan energi tinggi tidak perlu membenarkan perlunya penelitian fundamental dengan mengacu pada aplikasi (terutama yang militer), analogi sejarah, atau janji samar tentang kemungkinan keajaiban teknis. Fisikawan melakukan studi ini terutama atas nama keinginan mereka yang tidak dapat dihancurkan untuk mengetahui bagaimana dunia kita bekerja, keinginan untuk memahami alam secara lebih rinci. Fisika partikel tak tertandingi di antara aktivitas manusia lainnya. Selama dua setengah milenium, umat manusia telah berusaha menemukan "batu bata" asli alam semesta, dan sekarang kita hampir mencapai tujuan akhir. Instalasi raksasa akan membantu kita menembus ke dalam inti materi dan merebut dari alam rahasia terdalamnya. Umat ​​manusia dapat mengharapkan penerapan tak terduga dari penemuan baru, teknologi yang sebelumnya tidak diketahui, tetapi ternyata fisika energi tinggi tidak akan memberikan apa pun untuk latihan. Tapi bagaimanapun juga, ada sedikit kegunaan praktis dari katedral megah atau gedung konser. Dalam hal ini, seseorang tidak dapat tidak mengingat kata-kata Faraday, yang pernah berkata: "Apa gunanya bayi yang baru lahir?" Jenis-jenis aktivitas manusia yang jauh dari praktik, yang mencakup fisika partikel elementer, berfungsi sebagai bukti manifestasi jiwa manusia, yang tanpanya kita akan hancur di dunia kita yang terlalu material dan pragmatis.

Elektron subatom, proton partikel, dan neutron

Teori atomistik modern pertama dikemukakan oleh John Dalton. Dia menyarankan bahwa setiap unsur kimia terdiri dari atom yang sama dalam ukuran dan massa. Partikel-partikel ini diasumsikan tidak dapat dibagi dan tidak berubah selama reaksi kimia. Dalton ditugaskan untuk atom unsur-unsur seperti hidrogen, oksigen, nitrogen, dan belerang berat relatif tertentu (lebih tepatnya, massa), dan juga memberikan setiap elemen simbol tertentu.

Namun, pada akhir abad ke-19, sejumlah penemuan dibuat yang menunjukkan bahwa atom bukanlah partikel yang tidak dapat dibagi sama sekali, tetapi terdiri dari partikel subatom. Penemuan pertama didasarkan pada studi tentang sinar yang dipancarkan oleh elektroda bermuatan negatif. Keberadaan sinar katoda ini ditunjukkan pada tahun 1870-an dalam serangkaian percobaan yang dilakukan oleh Crookes dan Goldstein. Misalnya, dalam percobaan Crookes dengan turbin, sinar katoda memutar impeller kecil pada suspensi kaca. Pada tahun 1895, Wilhelm Roentgen menemukan sinar-X, yang kemudian disebut sinar-X. Tahun berikutnya, Antoine Henri Becquerel menunjukkan bahwa garam uranium secara spontan memancarkan radiasi tak terlihat mirip dengan sinar-X; fenomena itu disebut radioaktivitas. Roentgen dan Becquerel dianugerahi Hadiah Nobel untuk penelitian mereka.

Elektron.

Elektron adalah partikel subatomik pertama yang ditemukan. Pada tahun 1874, J. J. Stoney mengemukakan bahwa arus listrik adalah aliran partikel bermuatan negatif, yang ia sebut elektron pada tahun 1891. Namun, prioritas penemuan elektron hampir secara universal diberikan kepada J. J. Thomson, yang menentukan muatan spesifik dan massa relatif elektron.

Joseph John Thomson, penemu elektron pada tahun 1897. Pemenang Hadiah Nobel dalam fisika pada tahun 1906. Putranya, George Paget Thomson, dengan studinya tentang difraksi elektron yang melewati kertas emas, membenarkan teori Louis de Broglie, yang menurutnya elektron bebas berperilaku baik sebagai gelombang dan sebagai partikel. J. Paget Thomson, bersama dengan K. Davisson, menerima Hadiah Nobel dalam Fisika pada tahun 1937 untuk penemuan difraksi elektron oleh kristal.

Beras. 1.1. Perangkat Thomson, 1 - katoda (-); 2 - anoda (+) dengan lubang; 3 - elektroda sekunder untuk membelokkan sinar katoda; 4 - tempat yang ditolak; 5 - tempat yang tidak ditolak; 6 - layar bercahaya.

R.E. Milliken.

R.S. Mulliken.

Terkadang, karena kesamaan nama keluarga, Millikan dikacaukan dengan Mulliken. Keduanya adalah pemenang Hadiah Nobel.

Robert Andrus Milliken adalah seorang fisikawan Amerika yang menentukan muatan elektron dalam percobaan dengan tetesan minyak. Dalam percobaan ini, ia menciptakan muatan listrik pada tetesan minyak terkecil dengan memaparkannya ke sinar-x. Tetesan perlahan menetap di ruang antara dua pelat horizontal kondensor. Massa tetesan individu dapat ditentukan dengan mengukur laju jatuhnya. Kemudian pelat kapasitor diisi, dan ini menyebabkan perubahan laju jatuhnya tetesan bermuatan. Mengukur kecepatan tetesan memungkinkan Millikan untuk menghitung biaya pada mereka. Meskipun muatan pada tetesan tidak sama, ditemukan bahwa mereka semua kelipatan dari beberapa nilai, yang merupakan muatan elektron. Millikan menerima Hadiah Nobel dalam Fisika pada tahun 1923.

Robert Sanderson Mulliken - ahli kimia dan fisikawan Amerika, dianugerahi Hadiah Nobel Kimia pada tahun 1966 untuk studi teoretis tentang sifat ikatan kimia dan struktur molekul. Pada 1920-an ia menerapkan mekanika kuantum pada deskripsi teoritis ikatan kimia dan interpretasi spektrum molekul. Secara khusus, ia memperkenalkan gagasan orbital molekul dan menunjukkan bahwa elektron dapat terdelokalisasi pada ikatan yang dijelaskan oleh orbital molekul (lihat Bab 2).

Thomson menemukan elektron sebagai hasil penelitian dengan sinar katoda. Sebuah representasi skema dari tabung pelepasan, yang digunakan untuk menghasilkan sinar katoda, ditunjukkan pada gambar. 1.1. Setelah menciptakan tekanan rendah dan tegangan tinggi (1500 V dan lebih) di tabung pelepasan, Thomson memperoleh sinar katoda, yang membentuk titik yang terlihat jelas pada layar luminescent. Bintik ini dapat dibelokkan ke samping melalui medan listrik yang diciptakan oleh elektroda sekunder. Bintik itu juga dibelokkan ke samping di bawah aksi medan magnet yang diarahkan tegak lurus terhadap medan listrik (ini tidak ditunjukkan pada gambar). Pengamatan ini membawa Thomson pada kesimpulan bahwa sinar katoda adalah aliran partikel bermuatan negatif yang disebut elektron. Dengan mengukur kekuatan medan magnet dan listrik dan yang sesuai

Beras. 1.2. Sinar kanal ditemukan oleh Goldstein. 1 - anoda (+); 2 - katoda (-) berlubang; 3 - elektroda sekunder untuk membelokkan balok saluran.

penyimpangan tempat. Thomson mampu menghitung rasio muatan terhadap massa untuk partikel-partikel ini. Dia menemukan bahwa tidak peduli gas apa yang digunakan untuk mengisi tabung pelepasan, nilainya tetap sama. Atas dasar ini, Thomson menyimpulkan bahwa atom dari semua unsur mengandung elektron.

Pada tahun 1909 R.E. Millikan, yang melakukan eksperimennya yang terkenal dengan tetesan minyak, menentukan muatan elektron. Dikombinasikan dengan nilai rasio yang ditemukan oleh Thomson, ini memungkinkan untuk menghitung massa elektron. Nilai kuantitas yang diterima saat ini adalah

Proton.

Kedua untuk menemukan partikel subatomik adalah proton. Pada tahun 1886, Goldstein mengamati sinar bermuatan positif yang dipancarkan oleh katoda berlubang. Dia menyebutnya sinar kanal (Gbr. 1.2).

Pada tahun 1899, Rutherford menemukan radioaktif dan radiasi. Sekitar waktu yang sama, Thomson mengusulkan model struktur atomnya sendiri, yang memungkinkan untuk menjelaskan keberadaan bagian bermuatan negatif dan positif dalam atom (model "puding plum", lihat di bawah).

Ernest Rutherford.

Ernest Rutherford lahir di Selandia Baru pada 30 Agustus 1871. Pada usia 27 tahun, ia menjadi profesor fisika di Universitas McGill di Montreal, Kanada, dan segera menjadi salah satu ahli terkemuka di bidang penelitian radioaktivitas yang berkembang pesat. Dia menemukan beberapa unsur radioaktif dan menetapkan adanya dua jenis radiasi radioaktif: dan -radiasi. Bersama dengan Frederick Soddy, ia menemukan bahwa radioaktivitas memiliki waktu paruh tertentu. Pada tahun 1907, Rutherford pindah ke Inggris, di mana di Universitas Manchester pada tahun 1909, bersama dengan Hans Geiger, ia sekali lagi membuktikan bahwa -partikel adalah ion helium bermuatan ganda. Pada tahun 1908, Rutherford menerima Hadiah Nobel untuk penelitian tentang radioaktivitas. Pada tahun 1910, bersama dengan Geiger dan Marsden, ia menemukan bahwa partikel-partikel yang melewati lembaran logam tipis menyimpang dari arah gerak aslinya. Penemuan ini membawa Rutherford pada tahun 1911 untuk menciptakan model struktur atom planet yang baru. Pada tahun 1914 ia mengusulkan keberadaan proton, dan pada tahun 1920 ia meramalkan keberadaan neutron. Untuk jasa ilmiah pada tahun 1914, Rutherford, menurut kebiasaan Inggris, diangkat menjadi ksatria, dan pada tahun 1921 ia dianugerahi Order of Merit. Dari tahun 1915 hingga 1930 ia adalah Presiden Royal Society of London, dan pada tahun 1931 menerima gelar kebangsawanan. Oi meninggal pada 19 Oktober 1937. Rutherford tidak diragukan lagi adalah salah satu ilmuwan paling terkemuka di abad ke-20.

Beras. 1.3. percobaan Geiger dan Marsden. a - hamburan partikel-a setelah melewati selembar kertas emas tipis. Sebagian besar partikel melewati foil tanpa defleksi, tetapi beberapa partikel memantul kembali ke sumbernya; b - menurut asumsi Rutherford, partikel yang memantul mengalami tumbukan dengan inti atom oleh nukleusnya. Pengamatan ini mendorong Rutherford untuk mengajukan model baru struktur atom.

Pada tahun 1909, Rutherford menunjukkan bahwa radiasi yang dia temukan sebelumnya disebabkan oleh atom helium yang bermuatan positif. Namun, pembentukan sifat sebenarnya dari partikel positif ini baru terjadi pada tahun 1914 setelah eksperimen Geiger dan Marsden yang terkenal.

Hans Geiger dan Ernest Marsden adalah murid Rutherford. Pada tahun 1910, mereka melakukan eksperimen di mana mereka membombardir lembaran tipis kertas emas dengan seberkas partikel-a (Gbr. 1.3). Beberapa partikel a melewati foil tanpa defleksi (garis A), sementara yang lain menyimpang dari arah aslinya (garis B). Yang mengejutkan semua orang, sekitar 1 dari 20.000 partikel dibelokkan ke belakang (garis C). "Itu hampir sama luar biasa," kata Rutherford kemudian, "seolah-olah Anda menembakkan proyektil 15 inci ke selembar kertas tisu, dan proyektil itu memantul kembali dan mengenai Anda." Dari percobaan ini diikuti bahwa di pusat atom terdapat inti atom yang sangat kecil yang bermuatan positif, dikelilingi oleh elektron-elektron bermuatan negatif yang ringan dan relatif jauh.

Rutherford kemudian meramalkan keberadaan proton dan menunjukkan bahwa massanya pasti lebih dari 1800 kali massa elektron.

neutron.

Keberadaan neutron diprediksi oleh Rutherford pada tahun 1920 untuk menjelaskan perbedaan antara massa atom dan nomor atom (lihat di bawah). Neutron secara eksperimental ditemukan pada tahun 1932 oleh J. Chadwick saat mempelajari hasilnya

bombardir berilium oleh partikel-a. Pada saat yang sama, berilium memancarkan partikel dengan daya tembus tinggi, yang tidak menyimpang dalam medan listrik dan magnet. Karena partikel-partikel ini netral, mereka disebut neutron.

Paradoks dunia subatomik

Mari kita simpulkan beberapa hasil, dengan jelas menggambarkan semua paradoks dunia subatom yang kita kenal.

1. Pada tingkat atom, inti dan partikel dasar, materi memiliki aspek ganda, yang dalam satu situasi memanifestasikan dirinya sebagai partikel, dan di lain - sebagai gelombang. Selain itu, partikel memiliki lokasi yang kurang lebih pasti, dan gelombang merambat ke segala arah di ruang angkasa.

2. Sifat ganda materi menentukan "efek kuantum", yang terdiri dari fakta bahwa sebuah partikel yang terletak di volume ruang terbatas mulai bergerak secara intens, dan semakin signifikan pembatasannya, semakin tinggi kecepatannya. Hasil dari "efek kuantum" yang khas adalah kekerasan materi, identitas atom dari satu unsur kimia dan stabilitas mekaniknya yang tinggi.

Karena keterbatasan volume atom, dan terlebih lagi dari inti, sangat signifikan, kecepatan pergerakan partikel sangat tinggi. Untuk mempelajari dunia subatom, kita harus menggunakan fisika relativistik.

3. Sebuah atom sama sekali tidak seperti sistem planet kecil. Bukan partikel – elektron – yang berputar mengelilingi inti, tetapi gelombang probabilistik, dan elektron dapat berpindah dari orbit ke orbit, menyerap atau memancarkan energi dalam bentuk foton.

4. Pada tingkat subatomik, tidak ada benda padat dari fisika klasik, tetapi model probabilistik gelombang, yang mencerminkan kemungkinan adanya hubungan.

5. Partikel dasar sama sekali tidak elementer, tetapi sangat kompleks.

6. Semua partikel elementer yang diketahui memiliki antipartikelnya sendiri. Pasangan partikel dan antipartikel terbentuk ketika ada cukup energi dan diubah menjadi energi murni dengan proses kebalikan dari pemusnahan.

7. Dalam tumbukan, partikel mampu melewati satu sama lain: misalnya, dalam tumbukan proton dan neutron, pi-meson lahir, dll.

8. Tidak ada eksperimen yang secara simultan dapat menghasilkan pengukuran variabel dinamis yang akurat: misalnya, ketidakpastian posisi suatu peristiwa dalam waktu ternyata terkait dengan ketidakpastian jumlah energi dengan cara yang sama dengan ketidakpastian posisi spasial partikel terkait dengan ketidakpastian momentumnya.

9. Massa adalah suatu bentuk energi; karena energi adalah kuantitas dinamis yang terkait dengan suatu proses, partikel dianggap sebagai proses dinamis menggunakan energi, yang memanifestasikan dirinya sebagai massa partikel.

10. Partikel subatomik dapat dibagi dan tidak dapat dibagi. Selama tumbukan, energi dua partikel didistribusikan kembali dan partikel yang sama terbentuk. Dan jika energinya cukup tinggi, maka selain yang sama dengan yang asli, juga dapat terbentuk partikel baru.

11. Gaya tarik menarik dan tolak menolak antar partikel mampu berubah menjadi partikel yang sama.

12. Dunia partikel tidak dapat didekomposisi menjadi komponen terkecil yang independen satu sama lain; partikel tidak dapat diisolasi.

13. Di dalam atom, materi tidak ada di tempat-tempat tertentu, melainkan "mungkin ada"; fenomena atom tidak terjadi di tempat-tempat tertentu dan dengan cara tertentu secara pasti, melainkan “mungkin saja terjadi”.

14. Hasil percobaan dipengaruhi oleh sistem persiapan dan pengukuran, yang mata rantai terakhirnya adalah pengamat. Sifat-sifat suatu objek hanya penting dalam konteks interaksi objek dengan pengamat, karena pengamat memutuskan bagaimana dia akan melakukan pengukuran, dan, tergantung pada keputusannya, menerima karakteristik properti objek yang diamati.

15. Di dunia subatom, ada koneksi non-lokal.

Tampaknya ada cukup banyak kerumitan dan kebingungan di dunia subatom yang mendasari makrokosmos. Tapi tidak! Itu tidak semua.

Realitas yang ditemukan sebagai hasil studi tentang dunia subatom mengungkapkan kesatuan konsep yang selama ini tampak berlawanan dan bahkan tidak dapat didamaikan. Tidak hanya partikel secara bersamaan dapat dibagi dan tidak dapat dibagi, materi juga terputus dan terus menerus, energi berubah menjadi partikel dan sebaliknya, dll, fisika relativistik bahkan menyatukan konsep ruang dan waktu. Kesatuan fundamental inilah yang ada dalam dimensi yang lebih tinggi (ruang-waktu empat dimensi) yang merupakan dasar untuk penyatuan semua konsep yang berlawanan.

Pengenalan konsep gelombang probabilitas, yang sampai batas tertentu memecahkan paradoks "gelombang partikel", memindahkannya ke dalam konteks yang sama sekali baru, menyebabkan munculnya sepasang oposisi baru yang jauh lebih global: ada dan tidak ada(satu). Realitas atom terletak di luar oposisi ini juga.

Mungkin oposisi ini adalah yang paling sulit untuk persepsi dari kesadaran kita. Dalam fisika, model konkret dapat dibangun yang menunjukkan transisi dari keadaan partikel ke keadaan gelombang dan sebaliknya. Tetapi tidak ada model yang dapat menjelaskan transisi dari ada ke tidak ada. Tidak ada proses fisik yang dapat digunakan untuk menjelaskan transisi dari keadaan yang disebut partikel virtual ke keadaan diam dalam ruang hampa di mana benda-benda ini menghilang.

Kita tidak dapat mengatakan bahwa partikel atom ada pada satu titik atau lainnya, dan kita tidak dapat mengatakan bahwa partikel itu tidak ada. Menjadi skema probabilistik, sebuah partikel dapat eksis (bersamaan!) pada titik yang berbeda dan mewakili jenis realitas fisik yang aneh, sesuatu antara keberadaan dan non-eksistensi. Oleh karena itu, kita tidak dapat menggambarkan keadaan partikel dalam istilah konsep yang berlawanan (hitam-putih, plus-minus, dingin-hangat, dll.). Partikel tidak terletak pada titik tertentu dan tidak absen di sana. Dia tidak bergerak atau beristirahat. Hanya pola yang mungkin berubah, yaitu kecenderungan partikel untuk berada pada titik-titik tertentu.

Robert Oppenheimer mengungkapkan paradoks ini paling tepat ketika dia berkata: “Jika kita bertanya, misalnya, apakah lokasi elektron adalah konstan, kita harus mengatakan tidak; jika kita bertanya apakah lokasi elektron berubah dari waktu ke waktu, kita harus mengatakan tidak. , jika kita bertanya apakah elektron tidak bergerak, kita harus mengatakan tidak, jika kita bertanya apakah elektron itu bergerak, kita harus mengatakan tidak. Anda sebaiknya tidak mengatakannya!

Bukan kebetulan bahwa W. Heisenberg mengakui: “Saya ingat banyak perselisihan dengan Tuhan sampai larut malam, yang berpuncak pada pengakuan ketidakberdayaan kita; ketika, setelah berdebat, saya berjalan-jalan di taman terdekat, saya bertanya pada diri sendiri berulang kali pertanyaan yang sama: "Bisakah ada begitu banyak absurditas di alam seperti yang kita lihat dalam hasil eksperimen atom?"

Pasangan konsep yang berlawanan seperti gaya dan materi, partikel dan gelombang, gerak dan istirahat, keberadaan dan non-eksistensi, digabungkan menjadi satu kesatuan simultan, saat ini mewakili posisi teori kuantum yang paling sulit untuk dipahami. Sulit untuk memprediksi apa paradoks lain yang mengubah semua ide kita, sains akan hadapi.

dunia yang mengamuk . Tapi itu tidak semua. Kemampuan partikel untuk merespon kompresi dengan meningkatkan kecepatan gerakan berbicara tentang mobilitas dasar materi, yang menjadi jelas ketika masuk ke dunia subatomik. Di dunia ini, sebagian besar partikel dirantai ke struktur molekul, atom, dan nuklir, dan semuanya tidak diam, tetapi dalam keadaan gerak kacau; mereka bersifat mobile. Teori kuantum menunjukkan bahwa materi terus bergerak, tidak pernah diam sejenak.

Misalnya, mengambil sepotong besi di tangan kita, kita tidak mendengar atau merasakan gerakan ini; itu, besi, bagi kita tampaknya tidak bergerak dan pasif. Tetapi jika kita melihat sepotong besi "mati" ini di bawah mikroskop yang sangat kuat, yang memungkinkan kita melihat segala sesuatu yang terjadi di dalam atom, kita akan melihat sesuatu yang sama sekali berbeda. Mari kita ingat model atom besi, di mana dua puluh enam elektron berputar di sekitar inti yang terdiri dari dua puluh enam proton dan tiga puluh neutron. Angin puyuh yang cepat dari dua puluh enam elektron di sekitar nukleus adalah seperti segerombolan serangga yang kacau dan selalu berubah. Sungguh menakjubkan bagaimana elektron yang berputar liar ini tidak saling bertabrakan. Tampaknya masing-masing memiliki mekanisme bawaan di dalamnya, dengan waspada memastikan bahwa mereka tidak bertabrakan.

Dan jika kita melihat ke dalam nukleus, kita akan melihat proton dan neutron menari dalam ritme lambada yang panik, dengan penari bergantian dan pasangan berganti pasangan. Singkatnya, dalam logam "mati", dalam arti harfiah dan kiasan, gerakan beragam proton, neutron, dan elektron berkuasa, yang tidak mungkin dibayangkan.

Dunia yang berlapis-lapis dan mengamuk ini terdiri dari atom dan partikel subatom yang bergerak dalam berbagai orbit dengan kecepatan liar, "menari" tarian indah kehidupan dengan musik yang telah digubah seseorang. Tetapi bagaimanapun juga, semua benda material yang kita lihat di sekitar kita terdiri dari atom-atom yang saling berhubungan oleh berbagai jenis ikatan intramolekul dan dengan demikian membentuk molekul. Hanya elektron dalam molekul yang tidak bergerak di sekitar setiap inti atom, tetapi di sekitar sekelompok atom. Dan molekul-molekul ini juga berada dalam gerakan osilasi kacau yang konstan, yang sifatnya tergantung pada kondisi termal di sekitar atom.

Singkatnya, dalam ritme dunia subatomik dan atomik, gerakan dan perubahan yang tak henti-hentinya berkuasa. Namun semua perubahan itu bukan kebetulan dan tidak sembarangan. Mereka mengikuti pola yang sangat jelas dan berbeda: semua partikel dari satu jenis atau lainnya benar-benar identik dalam massa, muatan listrik, dan indikator karakteristik lainnya; semua partikel bermuatan memiliki muatan listrik, yang sama dengan muatan elektron, atau berlawanan tanda, atau melebihi dua kali; dan karakteristik partikel lainnya tidak dapat mengambil nilai sembarang, tetapi hanya dalam jumlah terbatas, yang memungkinkan para ilmuwan untuk membagi partikel menjadi beberapa kelompok, yang juga dapat disebut "famili" (24).

Pertanyaan tanpa sadar muncul: siapa yang menggubah musik untuk tarian partikel subatom yang menakjubkan, siapa yang mengatur program informasi dan mengajari pasangan menari, pada titik mana tarian ini dimulai? Dengan kata lain: bagaimana materi terbentuk, siapa yang menciptakannya, kapan terjadinya? Inilah pertanyaan-pertanyaan yang sedang dicari jawabannya oleh sains.

Sayangnya, pandangan dunia kita terbatas dan mendekati. Pemahaman kita yang terbatas tentang alam mengarah pada pengembangan "hukum alam" terbatas yang memungkinkan kita untuk menggambarkan sejumlah besar fenomena, tetapi hukum alam semesta yang paling penting yang mempengaruhi pandangan dunia manusia sebagian besar masih belum kita ketahui.

“Sikap sebagian besar fisikawan mengingatkan pada pandangan dunia seorang penderita skizofrenia,” kata fisikawan kuantum Fritz Rohrlich dari Universitas Syracuse. Di satu sisi, mereka menerima interpretasi standar teori kuantum. Di sisi lain, mereka bersikeras pada realitas sistem kuantum, bahkan jika mereka pada dasarnya tidak dapat diamati.”

Posisi yang sangat aneh yang dapat diungkapkan seperti ini: "Saya tidak akan memikirkannya, bahkan jika saya tahu itu benar." Posisi ini membuat banyak fisikawan tidak mempertimbangkan konsekuensi logis dari penemuan fisika kuantum yang paling menakjubkan. Seperti yang ditunjukkan oleh David Mermin dari Cornell University, fisikawan terbagi dalam tiga kategori: pertama, minoritas kecil yang dihantui oleh implikasi logis yang muncul di benak; yang kedua adalah kelompok yang menghindari masalah dengan bantuan banyak pertimbangan dan argumen, yang sebagian besar tidak dapat dipertahankan; dan, akhirnya, kategori ketiga - mereka yang tidak memiliki pertimbangan, tetapi mereka tidak peduli. “Posisi ini, tentu saja, paling nyaman,” kata Mermin (1).

Namun demikian, para ilmuwan sadar bahwa semua teori mereka yang menjelaskan fenomena alam, termasuk deskripsi "hukum", adalah produk kesadaran manusia, konsekuensi dari struktur konseptual gambaran kita tentang dunia, dan bukan sifat realitas itu sendiri. Semua model dan teori ilmiah hanyalah perkiraan untuk keadaan sebenarnya. Tak satu pun dari mereka dapat mengklaim sebagai kebenaran tertinggi. Ketidakpastian teori dimanifestasikan terutama dalam penggunaan apa yang disebut "konstanta fundamental", yaitu jumlah yang nilainya tidak diturunkan dari teori yang sesuai, tetapi ditentukan secara empiris. Teori kuantum tidak dapat menjelaskan mengapa sebuah elektron memiliki massa dan muatan listrik seperti itu, dan teori relativitas tidak dapat menjelaskan nilai kecepatan cahaya hanya seperti itu.

Tentu saja, sains tidak akan pernah bisa menciptakan teori ideal yang akan menjelaskan segalanya, tetapi sains harus terus-menerus berjuang untuk ini, bahkan jika itu adalah batas yang tidak dapat dicapai. Untuk lebih tinggi bar diatur, di mana pelompat harus melompat, semakin tinggi ketinggian yang akan dia ambil, bahkan jika dia tidak membuat rekor. Dan para ilmuwan, seperti pelompat dalam pelatihan, terus-menerus meningkatkan standar, secara konsisten mengembangkan teori parsial dan perkiraan individu, yang masing-masing lebih akurat daripada yang sebelumnya.

Saat ini, sains telah memiliki sejumlah teori dan model pribadi yang cukup berhasil menggambarkan beberapa aspek realitas kuantum gelombang yang menggairahkan kita. Menurut banyak ilmuwan, teori yang paling menjanjikan - tumpuan untuk pengembangan lebih lanjut fisika teoretis berdasarkan kesadaran, adalah hipotesis "bootstrap" dari Jeffrey Chu, teori David Bohm dan teori medan puntir. Dan karya eksperimental unik para ilmuwan Rusia di bawah bimbingan Akademisi V.P. Kaznacheev sebagian besar menegaskan kebenaran pendekatan untuk mempelajari Alam Semesta dan Kesadaran, yang tertanam dalam hipotesis dan teori ini.

Dari buku Hyperborean Teaching penulis Tatishchev B Yu

2. 1. Paradoks Rusia modern. Waktu telah berubah. "Demokrat" saat ini untuk melanjutkan perampokan Rusia dan rakyatnya harus melakukan beberapa upaya untuk "menstabilkan ekonomi." Dan "patriot - penguasa" telah lama melewati semua persyaratan yang diberikan kepada mereka untuk

Dari buku Phenomena of Other Worlds pengarang Kulsky Alexander

Bab 11. PARADOKS YANG TIDAK PERNAH ADA Salah satu batu penjuru, batu fundamental yang mendasari fisika dan filsafat tradisional, adalah prinsip kausalitas. Artinya, "besi" kemanunggalan dalam hubungan sebab dan akibat. Pertama, oleh karena itu,

Dari buku Fundamentals of the Physics of the Spirit pengarang Sklyarov Andrey Yurievich

Bab 6 "Semuanya hidup, tetapi dengan syarat kami hanya mempertimbangkan apa yang terasa cukup kuat untuk hidup." K. Tsiolkovsky Dalam makrokosmos material, seperti diketahui, materi (sebagai satu)

Dari buku The Last Testament of Don Juan: Toltec Magic and Esoteric Spirituality pengarang Kapten (Omkarov) Yuri (Arthur) Leonardovich

6. PARADOKS KESEHATAN DARI POSISI MAGIC DAN SPIRITUALITAS Meskipun banyak aspek keajaiban penyembuhan diri telah disebutkan di atas, dan saya harus mengulanginya lebih dari sekali, masuk akal untuk mensistematisasikan dan menyatukan poin-poin yang terkait dengannya. mendapatkan kesehatan yang langgeng melalui

Dari buku UFO: Pengunjung dari Keabadian pengarang Komissarov Vitaly Sergeevich

Paradoks pengetahuan kuno "... Dalam pandangan kita yang berakar pada masa lalu, nenek moyang Neolitik selalu disajikan dalam bentuk anak berbulu yang mengejar mamut. Tapi penemuan tak terduga jatuh satu demi satu ... " Siapa nenek moyang kita? Pertanyaan ini sepertinya sudah lama sekali

Dari buku The Nature of Time: A Hypothesis on the Origin and Physical Essence of Time pengarang Pantai Anatoly Makarovich

3.3. Teka-teki dan paradoks waktu Keraguan tentang apakah bagian ini akan dimasukkan dalam karya ini atau tidak, tidak meninggalkan saya sampai menit terakhir. Di satu sisi, saya ingin mencoba menjelaskan beberapa misteri waktu dan fenomena parapsikologi, tetapi di sisi lain, ini

Dari buku Life Without Borders. hukum moral pengarang

3.3.1. Paradoks fisik waktu “Pada musim panas 1912 ... surat kabar Inggris Raya menggambarkan kisah misterius yang terjadi di kereta ekspres dari London ke Glasgow. Saksi kejadian di salah satu mobil adalah dua penumpang yang tidak saling kenal -

Dari buku Mengajar Kehidupan pengarang Roerich Elena Ivanovna

Dari buku Buku 3. Cara. jalan. Rapat pengarang Sidorov Georgy Alekseevich

Dari buku Mengajar Kehidupan pengarang Roerich Elena Ivanovna

Dari buku The Art of Managing the World pengarang Vinogrodsky Bronislav Bronislavovich

[Simbol Bunda Dunia menyembunyikan Wajahnya dari dunia] Izinkan saya mengingatkan Anda bahwa Bunda Dunia menyembunyikan Wajahnya dari kemanusiaan juga karena alasan kosmik. Karena ketika Lucifer memutuskan untuk mempermalukan seorang wanita untuk merebut kekuasaan atas umat manusia, kondisi kosmik mendukungnya

Dari buku Life Without Borders. Hukum Moral pengarang Zhikarentsev Vladimir Vasilievich

Mengelola Paradoks Kesadaran Negara Begitu ada keinginan untuk memperbaiki kondisi seseorang, itu berarti kemerosotan telah terjadi. Segera setelah Anda akan memperbaiki diri sendiri, itu berarti Anda telah menemukan ketidaksempurnaan baru. Niat lahir di mana ia ditemukan

Dari buku Bagaimana mimpi dan tulisan tangan akan membantu memperbaiki kesalahan masa lalu oleh Antis Jack

Manajemen negara Paradoks yang agung Prinsip-prinsip pengembangan kesadaran dapat dinyatakan dalam definisi yang stabil: Keadaan internal kejelasan dalam memahami kesempurnaan dapat memanifestasikan dirinya secara eksternal sebagai kegelapan kesalahpahaman Keadaan internal kemajuan di sepanjang jalan kesempurnaan

Dari buku The Code of Immortality. Kebenaran dan mitos tentang kehidupan abadi pengarang Prokopenko Igor Stanislavovich

Paradoks kehidupan Rusia Hukum dan logika tidak berfungsi di Rusia, karena hukum utama di negara kita adalah jantung, pusat di mana semua hal yang berlawanan bertemu. Hati menilai dunia, manusia dan fenomena, berdasarkan kesatuan dunia dan benda-benda, oleh karena itu tidak ada hukum untuk itu,

Dari buku penulis

Bab 14 Mimpi yang membangunkan kita (Atau mimpi-paradoks) NABI, atau prediksi, mimpi, paling sering kita bedakan dengan pewarnaan cerah dan ketajaman sensasi. Tetapi hal yang sama berlaku untuk PARADOKSALITAS plot atau gambar ... Mari kita kembali ke Alice kita. Saya akan mengambil gambar yang terkait secara paradoks di luar konteks

Dari buku penulis

Bab 3. Paradoks umur panjang Pada musim panas 2013, para ilmuwan membuat prediksi sensasional: secara harfiah dalam 10 tahun, rentang hidup rata-rata seseorang bisa berlipat ganda, dan dalam jangka panjang, adalah mungkin untuk mengalahkan penuaan, dan kemudian kematian Ilmuwan Jerman dari Kiel

Fisika subatomik sangat populer. Untuk penelitian ke arah ini, para ilmuwan sering menerima Hadiah Nobel. Neutrino sangat populer. Empat penghargaan diberikan untuk partikel ini. 1988 menandai penemuan muon neutrino. Pada tahun 1995, Fred Reiners menerima hadiah untuk mendaftarkan neutrino. Pada tahun 2002, Ray Davis dan Masatoshi Koshiba mengukur berapa banyak neutrino yang dikirim Matahari ke Bumi. Tahun ini, Takaaki Kajita dan Arthur McDonald berbagi hadiah karena mendemonstrasikan bagaimana neutrino dapat berubah dari satu bentuk ke bentuk lainnya.

Wolfgang Pauli, yang meramalkan neutrino, juga menerima Hadiah Nobel, tetapi untuk penemuan yang berbeda dalam fisika partikel. Mungkin dia akan menerima satu lagi untuk neutrino, tetapi dia menerbitkan penemuannya dalam bentuk surat kepada konferensi fisikawan, yang tidak dia hadiri.

Namun, partikel subatomik yang paling populer bukanlah satu-satunya kejutan mikrokosmos. Ada selusin penemuan berbeda yang bisa disebut menakjubkan.

10. Keberadaan partikel subatom

Sepanjang abad ke-19, keberadaan atom dipertanyakan, berkat keberhasilan teori atom dalam kimia, yang disuarakan oleh guru sekolah Inggris John Dalton. Sebelum dia, atom adalah konsep filosofis abstrak yang digunakan dalam diskusi tentang sifat materi yang terbatas, tetapi dianggap di luar penelitian eksperimental. Banyak fisikawan, secara umum, menganggap atom sebagai fiksi, nyaman untuk menjelaskan eksperimen ini, tetapi tidak realistis.

Data terakumulasi, dan harus diakui bahwa jika atom tidak ada, maka pasti ada semacam struktur tak terpisahkan yang serupa dengan mereka. Batu yang mengkonfirmasi keberadaan atom adalah pengulangan sifat-sifat unsur dalam sistem periodik Mendeleev. Pada tahun 1897, Thomson mengumumkan penemuan partikel elementer pertama, elektron, yang sepenuhnya menyangkal atom tidak dapat dibagi.

9. Inti atom

Sebelum fisikawan sempat menerima gagasan bahwa atom ada, mereka harus mulai menerima kenyataan bahwa mereka terdiri dari bagian-bagian individu. Thompson menyarankan bahwa elektron negatif mengapung seperti ceri dalam puding bermuatan positif. Tetapi ketika Ernest Rutherford dan asistennya berhasil menembakkan lembaran emas tipis dengan partikel alfa, beberapa "kartrid" memantul kembali. Ini mengejutkan Rutherford, katanya itu akan sebanding dengan menembaki kertas tisu, di mana peluru artileri terbang kembali. Ilmuwan menyarankan bahwa di dalam atom ada bola kecil, hari ini kita menyebutnya inti.

8. Neutron

Pada 1930-an, fisikawan tahu tentang keberadaan dua partikel subatomik, proton dan elektron, dan mereka tampaknya menjelaskan semua kecuali satu alasan mengapa proton bermuatan positif tidak terbang terpisah. Pada tahun 1920, Rutherford menyarankan bahwa mereka disatukan oleh partikel lain dalam inti, neutron. Pada tahun 1932, James Chadwick menemukan partikel netral. Jumlah partikel elementer terus bertambah.

Penemuan neutron datang sebagai kejutan besar bagi fisikawan. Ketika Rutherford mengemukakan gagasan tentang keberadaan neutron, hanya sedikit orang yang mempercayainya, mungkin hanya Chadwick.

7 Partikel Subatomik Sebenarnya Gelombang

Kejutan ini terhubung dengan cerita yang agak lucu. Pada tahun 1906, Thomson menerima Hadiah Nobel untuk membuktikan secara eksperimental keberadaan partikel subatomik, elektron. Pada tahun 1973, putranya George juga menerima penghargaan ini karena ia mampu menunjukkan bahwa elektron adalah gelombang, setidaknya kadang-kadang. Dualitas gelombang-partikel ini merupakan pusat fisika kuantum.

6. Deteksi neutrino

Pada tahun 1934, Bethe dan Rudolf Peierls membuktikan bahwa neutrino berinteraksi secara lemah dengan materi, dan akan bodoh untuk mencoba mendeteksi satu pun. Anda membutuhkan reservoir materi padat dengan diameter 1000 tahun cahaya. Tetapi peluruhan atom segera ditemukan dan reaktor nuklir ditemukan. Fisikawan telah memperoleh sumber neutrino yang produktif.

5. Partikel dasar ternyata tidak begitu dasar

Sudah pada tahun 1950, banyak partikel subatom ditemukan, tidak hanya atom yang tidak dapat dibagi ternyata dapat dibagi, tetapi jumlah partikelnya melebihi lima puluh. Salah satu pemenang Hadiah Nobel, Leon Laderman, bahkan bercanda bahwa jika dia harus mempelajari nama-nama semua partikel subatom, dia akan menjadi ahli botani. Fisikawan mulai curiga bahwa partikel elementer memiliki detailnya sendiri.

4. Quark

Pada tahun 1950, fisikawan belajar tentang partikel subatom, yang bukan bagian dari atom. Pada tahun 1960, muncul gagasan bahwa partikel elementer terdiri dari batu bata kecil yang memiliki muatan fraksional. Murray Gell-Mann menyebut partikel-partikel ini quark, idenya inovatif, karena sebelumnya diyakini bahwa muatan fraksional adalah omong kosong. Beberapa tahun kemudian, kejutan lain dari para peneliti - mereka berhasil mengkonfirmasi keberadaan quark.

3. Pemecahan simetri

Jauh sebelum ledakan penemuan partikel subatom, matematikawan terhormat Hermann Weyl menunjukkan bahwa alam tidak tahu apa-apa tentang paritas. Tidak ada keraguan bahwa semua hukum alam tidak berubah di bawah penataan ulang kanan dan kiri. Tetapi pada tahun 1956, Chen Ning Yang dan Zong-Dao Li mengusulkan gagasan bahwa aturan simetri kiri-kanan tidak berfungsi dalam beberapa kasus ketika menyangkut partikel subatom. Itu adalah sensasi, terutama ketika konfirmasi dari para peneliti muncul.

2. Stabilitas proton

Di luar inti atom, neutron sangat tidak stabil dan meluruh dalam beberapa menit menjadi proton, elektron, dan antineutrino. Tetapi tampaknya proton sangat stabil dan dapat tetap tak terpisahkan selamanya. Meskipun pada tahun 1970-an para ahli teori mulai percaya bahwa proton harus meluruh setidaknya dalam triliunan triliun tahun, terlepas dari semua upaya untuk mengidentifikasi peristiwa semacam itu, para ilmuwan tidak dapat memperbaikinya. Hal ini menyebabkan kejutan besar. Semuanya meluruh, tetapi proton tidak.

1. Antimateri

Pada tahun 1932, tidak hanya neutron, tetapi juga positron ditemukan. Itu dihitung oleh Karl Anderson, menganalisis jejak sinar kosmik di ruang awan. Di antara cetakan, fisikawan menemukan satu yang tampak seperti elektron, tetapi ditekuk ke arah yang salah. Ternyata positron, antipartikel elektron, Anderson menyebutnya elektron positif. Penemuan partikel antimateri adalah kejutan besar, tetapi sepenuhnya sesuai dengan perhitungan teoritis Paul Dirac. Sungguh menakjubkan bahwa seseorang dapat menyimpulkan adanya sesuatu yang begitu aneh hanya dengan bermain-main dengan persamaan.