Elementarni delci so najmanjši znani gradniki vesolja. Menijo, da nimajo notranje strukture, kar pomeni, da raziskovalci o njih razmišljajo kot o nič-dimenzionalnih točkah, ki ne zavzemajo prostora. Elektroni so verjetno najbolj znani osnovni delci, toda Standardni fizikalni model, ki opisuje interakcije delcev in skoraj vse sile, prepozna 10 skupnih osnovnih delcev.
Elektroni in sorodni delci
Elektroni so negativno nabiti sestavni deli atomov. Medtem ko velja, da so delci z ničelno dimenzijo, obkroža oblak drugih navideznih delcev, ki nenehno migljajo in izstopajo, ki v bistvu delujejo kot del samega elektrona. Nekatere teorije predvidevajo, da ima elektron nekoliko pozitiven in rahlo negativen pol, kar pomeni, da bi moral biti ta oblak virtualnih delcev nekoliko asimetričen.
Če bi šlo za to, bi se lahko elektroni obnašali drugače kot njihovi dvojniki, pozitroni in potencialno razložili številne skrivnosti o materiji in antimateriji. Toda fiziki so večkrat izmerili obliko elektrona in ugotovili, da je popolnoma okrogel po svojih najboljših močeh, zato so ostali brez odgovorov za protimožarne zagonetke.
Elektrona ima dva težja bratranca, imenovana muon in tau. Muoni se lahko ustvarijo, ko visokoenergijski kozmični žarki iz vesolja zadenejo vrh Zemljine atmosfere in ustvarijo tuš eksotičnih delcev. Taus je še redkejši in težji za proizvodnjo, saj je več kot 3.400-krat težji od elektronov. Nevtrini, elektroni, muoni in taus sestavljajo kategorijo temeljnih delcev, imenovanih leptoni.
Kvarki in njihova čudnost
Kvarki, ki sestavljajo protone in nevtrone, so druga vrsta temeljnih delcev. Skupaj z leptoni kvarki sestavljajo stvari, za katere menimo, da so pomembne.
Nekoč so znanstveniki verjeli, da so atomi najmanjši možni predmeti; beseda izvira iz grškega "atomos", kar pomeni "nedeljiv." Na prelomu 20. stoletja so pokazala, da so atomska jedra sestavljena iz protonov in nevtronov. Nato so skozi petdeseta in šestdeseta leta pospeševalniki delcev razkrivali kopico eksotičnih subatomskih delcev, kot so pioni in kotni.
Leta 1964 sta fizika Murray Gell-Mann in George Zweig neodvisno predlagala model, ki bi lahko razložil notranje delovanje protonov, nevtronov in preostalega živalskega vrta, kaže zgodovinsko poročilo Nacionalnega laboratorija za pospeševalnike SLAC v Kaliforniji. V notranjosti protonov in nevtronov so drobni delci, imenovani kvarki, ki so na voljo v šestih možnih vrstah ali okusih: gor, dol, čudno, čar, dno in vrh.
Protoni so sestavljeni iz dveh gorskih kvarkov in dol kvarka, nevtroni pa so sestavljeni iz dveh padcev in gor. Gornji in spodnji kvarki so najlažje sorte. Ker se bolj masivni delci navadno razpadajo v manj masivne, so kvarki navzgor in navzdol najpogostejši v vesolju; zato protoni in nevtroni sestavljajo večino snovi, ki jo poznamo.
Do leta 1977 so fiziki izolirali pet od šestih kvarkov v laboratoriju - navzgor, navzdol, čudno, očarljivo in spodaj - toda šele leta 1995 so raziskovalci v Nacionalnem laboratoriju za pospeševalnike Fermilab v Illinoisu našli končni kvark, zgornji kvark. Iskanje je bilo tako intenzivno kot poznejši lov na Higgsov bozon. Vrhunski kvark je bil tako težko izdelati, saj je približno 100 trilijonov krat težji od kvarkov, kar pomeni, da je za pospeševanje delcev potrebno veliko več energije.
Naravni temeljni delci
Potem so tu štiri temeljne sile narave: elektromagnetizem, gravitacija ter močne in šibke jedrske sile. Vsak od njih ima povezan temeljni delček.
Fotoni so najbolj znani; nosijo elektromagnetno silo. Gluoni nosijo močno jedrsko silo in prebivajo s kvarki znotraj protonov in nevtronov. Šibko silo, ki posreduje določene jedrske reakcije, nosita dva temeljna delca, bozona W in Z. Nevtrini, ki čutijo le šibko silo in težo, medsebojno delujejo s temi bozoni in tako so fiziki lahko prvič zagotovili dokaze o svojem obstoju z nevtrini, poroča CERN.
Gravitacija je tu zunanja stran. Ni vključen v standardni model, čeprav fiziki sumijo, da bi lahko imel povezan temeljni delček, ki bi ga imenovali graviton. Če gravitoni obstajajo, bi jih bilo mogoče ustvariti na Velikem hadronskem trkalniku (LHC) v Ženevi, Švica, vendar bi hitro izginili v dodatne dimenzije in pustili za seboj prazno cono, kjer bi bili, trdi CERN. Do zdaj LHC ni videl nobenih gravitonov ali dodatnih dimenzij.
Nedostopni Higgsov bozon
Končno je Higgsov bozon, kralj osnovnih delcev, ki je odgovoren za to, da vsem ostalim delcem da svojo maso. Lov na Higgsa je bil veliko prizadevanje znanstvenikov, ki so si prizadevali za dokončanje svojega kataloga Standardnega modela. Ko so leta 2012 končno opazili Higgsa, so se fiziki razveselili, a rezultati so jih pustili tudi na težkem mestu.
Higgsov izgleda skoraj tako, kot je bilo predvideno, a znanstveniki so upali na več. Znano je, da je standardni model nepopoln; na primer, manjka mu opis gravitacije in raziskovalci so menili, da bi iskanje Higgsa pomagalo pri iskanju drugih teorij, ki bi lahko nadomestile standardni model. A do zdaj so pri tem iskanju prišli prazni.
Dodatno viri:
