Particulele elementare - modelul standard
Fizicienii au descoperit până acum 25 de particule elementare (care, din câte știm în prezent, nu sunt alcătuite din nimic altceva). Cele mai multe dintre aceste particule sunt instabile și se vor dezintegra în particule mai ușoare în câteva fracțiuni de secundă.
Dar cum se poate ca o particulă care se dezintegrează să fie elementară? Dacă se dezintegrează, asta nu înseamnă că a fost alcătuită din altceva? În plus, de ce se dezintegrează particulele?
Deși modelul standard al fizicii particulelor conține 25 de particule elementare, materia este aproape în întregime alcătuită doar din jumătate dintre acestea.
Particulele elementare
În primul rând, electronul. Apoi sunt constituenții nucleelor atomice, neutronii și protonii, care sunt formați din combinații diferite de quarcuri „up” și „down”. Trei particule până acum. Și acele particule sunt ținute împreună de fotoni și de 8 gluoni ai forței nucleare tari. Doisprezece în total.
Ce e cu celelalte particule? Să luăm de exemplu particula numită „tau”. Tau este foarte asemănător cu electronul, cu excepția faptului că este de circa 4.000 de ori mai greu. Este instabil și are o durată de viață de 3x10-13 s.
Tau se descompune, de exemplu, într-un electron, un neutrino tauonic și un anti-neutrino electronic. Să fie tau format din acele trei particule, iar când se dezintegrează, în fapt acestea se separă?
Nu, tau nu este format din alte particule, ci este particulă elementară.
Există mai multe motive pentru care fizicienii cred acest lucru.
În primul rând, dacă tau ar fi alcătuit din alte particule, ar trebui să existe o cale de a le ține împreună. Acest lucru ar necesita o nouă forță, despre care nu există alte dovezi că ar exista.
În al doilea rând, chiar dacă am găsi o nouă forță, asta nu ar ajuta, pentru că tau se poate dezintegra în multe feluri. Ar mai putea, de exemplu, să se descompună într-un miuon, un neutrin tauonic și un anti-neutrin miuonic sau într-un neutron tauonic și un pion (care este format din două quarcuri) sau într-un neutrin tauonic și un rho (format din două quarcuri, dar nu aceiași ca în cazul pionului); și există multe alte căi de dezintegrare pentru tau.
Așadar, tau nu poate fi alcătuit din tot felul de combinații de particule, pentru că aceste particule elementare sunt, în fapt, identice. Ideea că există diferite versiuni de tau este incompatibilă cu măsurătorile.
De ce nu pot avea particulele conștiință
Acesta este și motivul pentru care particulele elementare nu pot avea conștiință. Pentru că știm că nu au stări interne. Particulele elementare sunt numite elementare deoarece sunt simple. Singura modalitate prin care le poți atribui o proprietate suplimentară numită „conștiință” sau altfel, este să faci acea proprietate complet lipsită de caracteristici și inobservabilă. Acesta este motivul pentru care panpsihismul, care crede că tot ce există are conștiință, în diferite grade, inclusiv particulelor elementare, fie este complet greșit (asta dacă este observabilă conștiința particulelor elementare) sau complet inutil (pentru că dacă o proprietate precum conștiința nu este observabilă, atunci nu ne ajută cu nimic).
De ce se pot dezintegra particulele elementare?
Dar să revenim la întrebarea de ce particulele elementare se pot dezintegra.
O dezintegrare este de fapt un tip de interacțiune. Aceasta înseamnă, de asemenea, că toate aceste descompuneri, în principiu, se pot avea loc în ordini diferite.
Să rămânem cu tau. Faptul că tau se poate descompune în cei doi neutrini și un electron înseamnă doar că acele patru particule interacționează. Ei interacționează de fapt printr-o altă particulă, cu unul dintre bosonii care sunt particule purtătoare ale interacțiunii slabe.
Dar acest lucru nu este atât de important. Important este că această interacțiune ar putea avea loc în altă ordine. Dacă un electron cu energie suficient de mare intră într-un neutrin tauonic, acesta ar putea produce, de exemplu, un neutrin tauonic și un electron. În acest caz, din ce ați crede că este făcută oricare dintre acele particule? Această idee pur și simplu nu are niciun sens dacă te uiți la toate procesele în care știm că sunt implicați particule tau.
Ceea ce am menționat despre tau funcționează similar pentru toate celelalte particule instabile din modelul standard.
Răspunsul scurt, așadar, la întrebarea de ce particulele elementare se pot descompune este acela că dezintegrarea nu înseamnă că particulele observate în urma dezintegrării trebuie să fi fost în particula originală. O dezintegrare este doar un anumit tip de interacțiune.
Și nu avem măsurători care să indice că particulele elementare sunt formate din altceva; nu au nicio substructură. De aceea le numim elementare.
De ce se dezintegrează particulele elementare?
Dar acest lucru ridică cealaltă întrebare: de ce se dezintegrează particulele respective?
Deseori apare explicația conform căreia fac acest lucru pentru a ajunge la starea de energie cea mai scăzută, deoarece ce reprezintă rezultatul procesului de dezintegrare sunt mai ușoare decât originalul. Dar asta nu are niciun sens, deoarece energia este conservată în dezintegrare.
Motivul pentru care acele particule se dezintegrează nu are nimic de-a face cu energia, ci cu entropia.
Particulele grele se descompun pur și simplu pentru că pot și pentru că este posibil să se întâmple. După cum ne-a spus Einstein, masa este un tip de energie. Deci, o particulă grea se poate descompune în mai multe particule mai ușoare, deoarece are suficientă energie. Iar restul energiei care nu intră în masele noilor particule intră în energia cinetică a noilor particule.
Dar pentru ca procesul opus să se întâmple, acele particule de lumină ar trebui să se întâlnească în locul potrivit cu o energie suficient de mare. Acest lucru este posibil, dar este foarte puțin probabil să aibă loc întâmplător. Ar fi o creștere spontană a ordinii, deci ar fi o scădere a entropiei. De aceea, în mod normal, nu vedem cum se întâmplă, la fel cum în mod normal nu vedem ouă care se reîntregesc după ce au fost sparte. Pentru a rezuma: dezintegrarea este probabilă, procesul invers este puțin probabil.
Totuși, merită subliniat că inversul tuturor acestor procese de dezintegrare a particulelor există într-adevăr și se poate întâmpla în principiu. Din punct de vedere matematic, puteți inversa toate aceste procese, ceea ce înseamnă că legile naturii sunt reversibile în timp. Ca un film, le poți rula înainte și înapoi. Doar că unele dintre aceste procese sunt foarte puțin probabile în lumea noastră, motiv pentru care vedem o direcție clară a timpului.
De ce pot dezintegra particulele elementare?
Textul reprezintă traducerea și adaptare textului din videoclip.
