Elementaarsed osakesed on universumi väikseimad teadaolevad ehitusplokid. Arvatakse, et neil puudub sisemine struktuur, mis tähendab, et teadlased mõtlevad neile kui nullmõõtmelistele punktidele, mis ei võta ruumi. Elektronid on ilmselt kõige tuttavamad põhiosakesed, kuid füüsika standardmudel, mis kirjeldab osakeste ja peaaegu kõigi jõudude vastasmõjusid, tunneb ära 10 elementaarset osakest.
Elektronid ja nendega seotud osakesed
Elektronid on aatomite negatiivselt laetud komponendid. Ehkki kui neid arvatakse olevat nullmõõtmelisi punktosakesi, ümbritsevad elektronid pilve teisi virtuaalseid osakesi, mis pidevalt pilgu alla heidavad ja eksisteerivad, toimivad sisuliselt elektroni osana. Mõned teooriad on ennustanud, et elektronil on kergelt positiivne ja pisut negatiivne poolus, mis tähendab, et see virtuaalsete osakeste pilv peaks seetõttu olema pisut asümmeetriline.
Kui see nii oleks, võivad elektronid käituda teisiti kui nende antimaterjalide kahekordistused, positronid, selgitades potentsiaalselt paljusid mateeria ja antimaterjali saladusi. Kuid füüsikud on korduvalt mõõtnud elektroni kuju ja leidnud, et see on neile teadaolevalt täiesti ümmargune, jättes antimaterjalide järeldustes vastusteta vastused.
Elektronil on kaks raskemat nõo, neid nimetatakse müoniks ja tau-ks. Kuule saab luua siis, kui kosmose kõrge energiaga kosmilised kiired satuvad Maa atmosfääri tippu, tekitades eksootiliste osakeste duši. Tausi on veelgi harvem ja raskem toota, kuna need on elektronidest enam kui 3400 korda raskemad. Neutrinnad, elektronid, kuunid ja taus moodustavad põhiosakeste kategooria, mida nimetatakse leptoniteks.
Kvargid ja nende nutikus
Kvargid, mis moodustavad prootonid ja neutronid, on veel üks põhiliste osakeste tüüp. Koos leptonitega moodustavad kvargid asjad, mida peame oluliseks.
Kunagi uskusid teadlased, et aatomid on võimalikult väikesed objektid; sõna pärineb kreeka keelest "atomos", mis tähendab "jagamatut". 20. sajandi vahetuse paiku näidati, et aatomituumad koosnevad prootonitest ja neutronitest. Seejärel paljastasid osakeste kiirendid kogu 1950. ja 60. aastate vältel eksootiliste subatomaatiliste osakeste, nagu pioonid ja kaoonid, haaratsit.
1964. aastal pakkusid füüsikud Murray Gell-Mann ja George Zweig iseseisvalt välja mudeli, mis selgitaks prootonite, neutronite ja ülejäänud osakeste loomaaia sisemist toimimist, selgub Californias asuva SLAC riikliku kiirendi labori ajaloolise raporti andmetest. Prootonite ja neutronite sisemuses asuvad pisikesed osakesed, mida nimetatakse kvarkideks. Neid on kuut tüüpi või maitset: üles, alla, imelikku, sarmi, põhja ja ülaosa.
Prootonid on valmistatud kahest kvarkist ja allapoole kvarkist, neutronid aga kahest langusest ja ülespoole. Üles ja alla kvargid on kergeimad sordid. Kuna massiivsemad osakesed kipuvad lagunema vähem massiivseteks, on ka üles- ja allapoole kvargid universumis kõige tavalisemad; seetõttu moodustavad prootonid ja neutronid suurema osa meile teada olevast asjast.
1977. aastaks olid füüsikud eraldanud laboris asuvast kuuest kvarkist viis - üles, alla, imelikku, sarmi ja põhja -, kuid alles 1995. aastal leidsid Illinoisi Fermilabi riikliku kiirendi labori teadlased lõpliku kvargi, ülemise kvargi. Selle otsimine oli olnud sama intensiivne kui hilisem jaht Higgsi bosoni suhtes. Ülemist kvarki oli nii raske toota, kuna see on umbes 100 triljonit korda raskem kui kvargid, mis tähendab, et osakestekiirendite tootmiseks kulus palju rohkem energiat.
Looduse põhiosakesed
Siis on olemas neli looduslikku põhijõud: elektromagnetism, gravitatsioon ning tugevad ja nõrgad tuumajõud. Neil kõigil on seotud põhiosa.
Kõige tuntumad on footonid; nad kannavad elektromagnetilist jõudu. Gluonid kannavad tugevat tuumajõudu ja paiknevad prootonite ja neutronite sees olevate kvarkidega. Nõrka jõudu, mis vahendab teatud tuumareaktsioone, kannavad kaks põhiosa, W ja Z bosonid. Neutrinod, mis tunnevad ainult nõrka jõudu ja gravitatsiooni, suhtlevad nende bosonitega ja nii suutsid füüsikud CERNi andmetel esmalt oma olemasolu kohta tõendeid saada, kasutades neutriinoid.
Gravitatsioon on siin autsaider. See pole standardmudelisse sisse viidud, kuigi füüsikud kahtlevad, et sellel võib olla sellega seotud põhiosake, mida kutsutaks gravitoniks. Kui gravitonid on olemas, võib olla võimalik neid luua Šveitsis Genfis asuvas suure hadronite põrkeseadmes (LHC), kuid need kaovad kiiresti lisamõõtmeteks, jättes tühja tsooni, kus nad oleksid olnud, väidab CERN. Siiani pole LHC näinud gravitonide ega lisamõõtmete kohta mingeid tõendeid.
Püüdmatu Higgsi boson
Lõpuks on olemas Higgsi boson, elementaarosakeste kuningas, kelle ülesandeks on anda kõigile teistele osakestele nende mass. Higgsi jaht oli teadlaste jaoks suur püüdlus standardmudeli kataloogi koostamiseks. Kui Higgsi lõpuks märgati, rõõmustasid füüsikud 2012. aastal, kuid tulemused on jätnud nad ka keerulisse kohta.
Higgs näeb välja üsna täpselt selline, nagu ennustati, kuid teadlased lootsid enamat. Standardmudel on teadaolevalt puudulik; näiteks puudub gravitatsiooni kirjeldus ja teadlased arvasid, et Higgsi leidmine aitab osutada teistele teooriatele, mis võiksid standardmudeli asendada. Kuid seni on nad selles otsingus tühjaks tulnud.
Lisaks ressursse:
