10 Theoretische Partikel, die alles erklären konnten

Die Menschheit hat seit Ewigkeiten die Geheimnisse um die genaue Zusammensetzung des Universums eingegraben. Die alten Griechen waren die ersten, die die Existenz von Atomen vermuteten, die sie als die kleinsten Partikel im Universum angesehen haben-die „Bausteine“ von allem. Seit etwa 1.500 Jahren war das das meiste, das wir über Materie kannten. Dann, 1897, verließ die Entdeckung des Elektrons die wissenschaftliche Welt in einem Trümmer. So wie Moleküle aus Atomen bestanden wurden, schienen die Atome jetzt ihre eigenen Zutaten zu haben.

Und je tiefer wir schauten, desto mehr schienen die Antworten durch die Fingerspitzen zu flitzen, immer außer Reichweite. Sogar Protonen und Neutronen-die Bausteine ​​von Atomen, die aus immer schlauen Stücken bezeichnet werden, namens Quars. Jede Entdeckung scheint einfach mehr Fragen aufzuwerfen. Sind Zeit und Raum nur Bündel und Cluster von kleinen geladenen Krümel, die zu klein sind, um es zu sehen? Vielleicht-aber dann könnten diese zehn theoretischen Partikel alles erklären. Wenn wir sie tatsächlich finden könnten:

Beginnen wir mit etwas, das dem, was wir bereits wissen, am nächsten sind. Es gibt mehr als eine Art von Quark: sechs, um genau zu sein. "Up" und "Down" Quarks sind die häufigsten Typen, und das bauen in den Protonen und Neutronen von Atomen auf. "Seltsame" Quarks hingegen sind nicht so häufig. Wenn Strange Quarks mit nach oben und unten gleichen Quarks verbinden, erzeugen sie ein Teilchen namens Seltelet, und Strappelets sind die wispigen Fragmente, die sich zu seltsamen Materie aufbauen.

Nach der Hypothese der Strange Materie werden in der Natur Schmoreletten erzeugt, wenn ein massiver Neutronenstern-a-hoher Masse so viel Druck stern Quark Blase, die wir seltsame Materie nennen. Und da große Schmorfalle theoretisch außerhalb dieser Hochdruck-Umgebungen von A-Stars existieren können, ist es wahrscheinlich, dass sie von diesen Sternen weggegangen sind und in andere Solarsysteme, die unsere eigenen enthalten.

Und hier wird es verrückt: Wenn diese Dinge existieren, kann ein groß. Das neue Seltelet konnte dann mit mehr Kernen kollidieren und sie in einer Kettenreaktion in mehr Schmoreletten umwandeln, bis alle Materie auf der Erde in seltsame Materie umgewandelt worden waren. Tatsächlich musste die große Hadron Collider -Einrichtung eine Pressemitteilung herausbringen, in der es unwahrscheinlich war,. So ernst nimmt die wissenschaftliche Gemeinschaft die Frage der Schmoreletten.

Die Theorie der Supersymmetrie besagt, dass jedes Partikel im Universum ein entgegengesetztes Zwillingspartikel hat, das als supersymmetrisches Teilchen oder Spartikel bekannt ist. Für jeden Quark da draußen gibt es eine Schwester-ein Squark-das hat eine perfekte Symmetrie damit, damit. Für jedes Photon gibt es ein Photino. Und so weiter für alle einundsechzig bekannten Elementarpartikel. Also, wenn es so viele von ihnen gibt, warum haben wir dann nicht entdeckt? beliebig dieser Spartikel noch?

Hier ist die Theorie: In der Teilchenphysik verfallen schwerere Partikel schneller als hellere Partikel. Wenn ein Teilchen schwer genug wird, bricht es fast sofort zusammen, sobald es erzeugt ist. Angenommen, die Spartikel sind unglaublich schwer, würden sie im Blinzeln eines Auges zusammenbrechen, während ihre Superpartner-die Partikel, die wir sehen und beobachten können. Dies könnte auch erklären, warum es so viel Materie im Universum gibt, aber kostbare kleine dunkle Materie.

Materie besteht aus Partikeln-und in ähnlicher Weise besteht Antimaterie aus Antipartikeln. Das alles macht Sinn, richtig? Antipartikel haben die gleiche Masse wie normale Partikel, aber eine entgegengesetzte Ladung und einen entgegengesetzten Winkelimpuls (Spin). Es klingt nach der Supersymmetrie-Theorie, aber im Gegensatz zu Partikeln verhalten sich Antipartikel genauso wie Partikel-sogar in Anti-Elemente, wie Antihydrogen. Grundsätzlich hat alle Materie entsprechende Antimaterie.

Oder zumindest sollte es sollte. Das ist das Problem-es gibt viel Materie, aber Antimaterie taucht nirgendwo wirklich auf. (Mit Ausnahme der großen Offenlegung von Hadron Collider-Volle wurden Antipartikel gefunden und sind nicht mehr theoretisch).

Während des Urknalls sollte es eine gleiche Anzahl von Partikeln und Antipartikeln geben müssen. Die Idee ist, dass zu diesem Zeitpunkt alle Materie im Universum geschaffen wurden. Standardmäßig mussten alle Antimaterie gleichzeitig erstellt werden. Eine Theorie ist, dass es andere Teile des Universums gibt, die von Antimaterie dominiert werden. Alles, was wir sehen können, selbst die fernen Sterne, ist meistens Materie. Aber unser sichtbares Universum konnte nur ein kleiner Teil des Universums sein, während Antimaterie-Planeten, Sonnen und Galaxien in einem anderen Bereich des Universums schwärmen, wie Elektronen und Protonen entgegengeladener, die sich in einem Atom umeinander drehen.

Derzeit sind Antipartikel ein großes Problem in der aktuellen Partikelphysik -Theorien. Möchtest du von einem anderen Problem hören? Schwere. Im Vergleich zu anderen Kräften wie Elektromagnetismus ist die Schwerkraft schwächer, als sich durch einen Faustkampf zu niesen. Es scheint auch seine Natur zu verändern, basierend auf der Masse einer Objektgravitität zu beobachten, ist in Planeten und Sternen leicht zu beobachten, aber bringen Sie es auf die molekulare Ebene und es scheint zu tun, was es will. Und zusätzlich zu all dem gibt es nicht einmal ein Teilchen, um es zu tragen, wie die Photonen, die Licht tragen.

Dort kommt der Graviton ins Spiel. Das Graviton ist das theoretische Partikel, das die Schwerkraft in das gleiche Modell wie jede andere beobachtbare Kraft passen würde. Weil die Schwerkraft unabhängig von der Entfernung einen schwachen Zug für jedes Objekt ausübt, müsste es massenlos sein. Aber das ist nicht die Problemfotonen, die masoslos sind und sie wurden gefunden. Wir sind so weit gegangen, die genauen Parameter zu definieren, in die ein Graviton passen müsste, und sobald wir ein Partikel finden, das zu diesen Parametern entspricht, haben wir ein Graviton.

Es wäre wichtig, es zu finden, da die allgemeine Relativitätstheorie und die Quantenphysik inkompatibel sind. Aber auf einem bestimmten genauen Energieniveau, der als Planck -Skala bezeichnet wird. Das Lösen des Schwerkraftproblems könnte also der Schlüssel zu einer einheitlichen Theorie sein.

Es gibt ein weiteres theoretisches Gravitationsteilchen, und es ist absolut schön. Das Graviphoton ist ein Teilchen, das erzeugt wird, wenn das Gravitationsfeld in einer fünften Dimension erregt wird. Es stammt aus der Kaluza -Klein -Theorie, die vorschlägt, dass Elektromagnetismus und Gravitation unter der Bedingung in eine einzelne Kraft einheitlich sein können. Ein Graviphoton hätte die Eigenschaften eines Gravitons, aber es würde auch die Eigenschaften eines Photons tragen und das schaffen, was Physiker als „fünfte Kraft“ bezeichnen (derzeit gibt es vier grundlegende Kräfte).

Andere Theorien geben an, dass ein Graviphoton ein Superpartner (wie ein Spartikel) von Gravitonen sein würde, aber dass er sich tatsächlich gleichzeitig anziehen und abpackt. Auf diese. Und das ist nur in der fünften Dimension-die Theorie der Supergravität setzt auch die Existenz von Graviphotons auf, ermöglicht jedoch elf Dimensionen.

Was sind Quarks aus? Lassen Sie uns zunächst eine Vorstellung von Skala bekommen. Der Kern eines Goldatoms hat 79 Protonen. Jeder Proton besteht aus drei Quarks. Jetzt ist die Breite des Kern dieses Gold -Atoms etwa acht Femtometer über. Das sind acht Millionstel eines Nanometers, und ein Nanometer ist bereits eine Milliardenstel eines Messgeräts. Lassen Sie uns also nur einverstanden, dass Quarks klein sind, und erkennen, dass Präparat-Sub-Quark-Partikel so unendlich klein sein müssen, dass es momentan keine Skala gibt, die ihre Größe messen könnte.

Es gibt andere Wörter, mit denen die theoretischen Bausteine ​​von Quarks, einschließlich Primonen, Unterquellen, Quinks und Tweedles. Und Präponien sind wichtig, da Quarks derzeit ein grundlegendes Teilchen sind-sie sind so niedrig, wie Sie gehen können. Wenn sie sich als zusammengesetzter oder aus anderen Teilen befinden, könnte es die Tür für Tausende neuer Theorien öffnen. Zum Beispiel besagt zum Beispiel eine Theorie, dass das schwer fassbare Antimaterie des Universums tatsächlich in Vorgebühren enthalten ist und daher alles in ihm eingeschlossen ist, was in ihm eingeschlossen ist. Nach dieser Theorie sind Sie ein Teil der Antimaterie selbst-Sie können sie einfach nicht sehen, weil die Materie-Stücke zu größeren Blöcken aufbauen.

Nichts kommt näher an die Verstöße gegen die bekannten Gesetze der Relativität als ein Tachyon. Es ist ein Teilchen, das sich schneller als Licht bewegt, und wenn es existiert, würde dies darauf hindeuten, dass die Lichtgeschwindigkeitsbarriere… na ja, keine Barriere mehr ist. In der Tat würde dies bedeuten, dass die Geschwindigkeit, die wir als Lichtgeschwindigkeit kennen, der mittlere Punkt wäre-genau wie normale Partikel können sich unendlich langsam bewegen (überhaupt nicht bewegt), ein Tachyon, das auf der anderen Seite der Barriere existiert in der Lage, sich unendlich schnell zu bewegen.

Bizarr, ihre Beziehung zur Lichtgeschwindigkeit würde gespiegelt. Einfach ausgedrückt, wenn ein normaler Partikel beschleunigt, steigt seine Energiebedarf. Um die Lichtgeschwindigkeitsbarriere tatsächlich zu durchbrechen, würde sein Energiebedarf zu Unendlichkeit steigen-es würde unendliche Energie benötigen. Für einen Tachyon, je langsamer es ist, ist es umso mehr Energie, desto mehr Energie braucht es. Wenn es die Lichtgeschwindigkeit von der anderen Seite verlangsamt und nähert, werden der Energiebedarf unendlich. Wenn es jedoch beschleunigt wird, sinken die Energiebedarf, bis es überhaupt keine Energie benötigt, um sich mit unendlicher Geschwindigkeit zu bewegen.

Stellen Sie sich das an, als ob ein Magnet einen Magneten an eine Wand geklebt hat, und einen anderen in Ihrer Hand. Wenn Sie Ihren Magneten mit ausgerichteten Polen zur Wand schieben, wird Ihr Magnet abgestoßen. Je näher Sie es ausdrücken, desto schwieriger müssen Sie drücken. Stellen Sie sich nun vor, auf der anderen Seite der Wand ist ein weiterer Magnet, der dasselbe tut. Der Wandmagnet ist die Lichtgeschwindigkeit, und die beiden Magnete sind Tachyons und normale Partikel. Selbst wenn Tachyons existieren würden, wären sie für immer auf der gegenüberliegenden Seite einer Barriere gefangen, die wir selbst nicht passieren können. Wir haben jedoch vergessen zu erwähnen, dass sie technisch genutzt werden können, um Nachrichten in die Vergangenheit zu senden.

Fast alle Partikel, über die wir bisher gesprochen haben, werden als Punktpartikel bezeichnet. Quarks und Photonen existieren als einzelner Punkt-ein kleiner kleiner Punkt, wenn Sie mit Null-Dimensionen. Die String-Theorie legt nahe, dass diese Elementarpartikel nicht wirklich auf alle Strings sind, eine dimensionale Partikelstränge. Im Kern ist die String-Theorie eine Theorie von allem, die es schafft, sowohl mit Schwerkraft als auch mit der Quantenphysik zu koexistieren (basierend auf dem, was wir derzeit wissen, können diese beiden nicht physisch in derselben Raumfahrt existieren eben).

In einem breiten Sinne ist die String -Theorie tatsächlich eine Quantentheorie der Schwerkraft. Und zum Vergleich würden Zeichenfolgen die Voreinheiten als Bausteine ​​von Quarks ersetzen und auf höherem Niveau alles gleich bleibt. Und in der String -Theorie kann die String in alles, was auf der Art und Weise geformt ist, in alles verwandeln. Wenn die Saite ein offener Strang ist, wird sie zum Photon. Wenn die Enden derselben Saite eine Schleife verbinden und bilden, wird es zu einem Graviton-In, ähnlich wie das gleiche Stück Holz entweder zu einem Haus oder zu einer Flöte werden kann.

Es gibt tatsächlich mehrere String -Theorien, und interessanterweise prognostiziert jeder eine andere Anzahl von Dimensionen. Die meisten dieser Theorien geben an, dass es zehn oder elf Dimensionen gibt, während die bosonische String-Theorie (oder die Superstring-Theorie) nicht weniger als 26 fordert. In diesen anderen Dimensionen hätte die Schwerkraft die gleiche oder größere Stärke als andere grundlegende Kräfte, was erklärt, warum sie in unseren drei räumlichen Dimensionen so schwach ist.

Wenn Sie wirklich eine Erklärung für die Schwerkraft wünschen, müssen Sie nach M-Theorie oder Membrantheorie suchen. Membranen oder Kleie sind Partikel, die mehrere Dimensionen umfassen können. Zum Beispiel ist eine 0-Brane eine punktähnliche Brane, die in null Dimensionen wie ein Quark vorhanden ist. Eine 1-Brane hat eine Dimension-eine Zeichenfolge. Eine 2-Brane ist eine zweidimensionale Membran und so weiter. Höhere dimensionale Kleie können beliebige Größe für die Theorie haben, dass unser Universum wirklich eine große Brane mit vier Dimensionen ist. Das Brane-Our-Universum ist nur ein Stück mehrdimensionaler Raum.

Und was die Schwerkraft betrifft, kann unsere vierdimensionale Brane es nicht einfach enthalten, so dass die Energie von Gravity in andere Branes verläuft, wenn sie sie in den mehrdimensionalen Raum weitergibt. Wir haben nur die Dribbles dessen, was übrig ist, weshalb es im Vergleich zu anderen Kräften so schwach erscheint.

Extrapolieren, dass es sinnvoll ist, dass sich viele Kleie durch diese räumlich gebliebenen Kleie in einem unendlichen Raum bewegen. Und von dort aus haben wir die Multiversum- und zyklischen Universumstheorien. Letzteres besagt, dass das Universum selbst zykliert. Diese Komprimierungsenergie löst einen weiteren Urknall aus, der das Universum in einen anderen Zyklus hüpft, wie eine Zelle, die ins Leben aufgeht und dann stirbt.

Der Higgs -Boson, der allgemein bekannt als das Gott -Partikel, wurde am 14. März 2013 im großen Hadron -Kollider vorläufig gefunden (9). Als ein bisschen Hintergrund wurde der Higgs -Boson in den 1960er Jahren zuerst als das Teilchen angenommen, das anderen Partikeln Masse verleiht.

Grundsätzlich wird das Gottteilchen im Higgs -Feld erzeugt und wurde vorgeschlagen, um zu erklären, warum einige Partikel, die Massen hätten haben sollen. Das Higgs-Feld, das nie beobachtet worden war, müsste im gesamten Universum existieren und die Kraft bereitstellen, die für Partikel erforderlich war, um ihre Masse zu erwerben. Und wenn das wahr wäre, würde es enorme Lücken im Standardmodell füllen, was die grundlegende Erklärung von buchstäblich alles ist (außer wie immer die Schwerkraft).

Der Higgs -Boson ist von entscheidender Bedeutung, weil es beweist, dass das Higgs -Feld existiert, und erklärt, wie Energie im Higgs -Feld sich als Masse manifestieren kann. Aber es ist auch wichtig, weil es einen Präzedenzfall festlegt. Bevor es entdeckt wurde, war der Higgs Boson nur eine Theorie. Es hatte mathematische Modelle, physikalische Parameter, die es zu ermöglichen würden, wie es spinnen sollte. Wir hatten einfach keine Beweise für seine Existenz. Aber basierend auf diesen Modellen und Theorien konnten wir ein bestimmtes Teilchen genau bestimmen-die kleinste Sache im bekannten Universum-, das alles entsprach, was wir hypothet hatten.

Wenn wir es einmal tun können, wer soll sagen, dass eines dieser Partikel nicht real sein könnte? Tachyons, Schmoreletten, Gravitonen-Partikel, die alles, was wir über das Leben und das Universum wissen, verändern und uns dem Verständnis der Grundlagen der Welt, in der wir leben.