Теоретические частицы: 10-ка, которая способна дать объяснение устройству мироздания (11 фото)

С самого своего появления человек пытался определить компоненты, входящие в состав нашей Вселенной. Первыми в этом деле преуспели древние греки, которые предполагали, что она состоит из атомов, являющихся «строительными блоками» всего того, что существует. Эта теория просуществовала в течении 1500 лет. Но в конце XIX века (в 1897 году) был открыт электрон, который разрушил все прежние представления о строении Вселенной. Выяснилось, что атомы, подобно молекулам, включают в себя определенные компоненты.

Дальше были еще более захватывающие открытия. Одно из них о том, что протоны и нейтроны состоят из частиц, которые называются кварки. Новые вопросы появлялись у исследователей с каждый новым открытием. Предлагаем вашему вниманию теоретические частицы, с помощью которых можно объяснить все. Но только в случае, … если они будут найдены.

Страпельки

Теоретические частицы: 10-ка, которая способна дать объяснение устройству мироздания (11 фото)

Итак, предлагаем начать с более-менее нам знакомых кварков. Существует 6 видов кварков: самыми распространенными являются «верхние» и «нижние» (они являются составными компонентами протонов и нейтронов); менее распространенными являются так называемые «странные» кварки. При соединении в равной пропорции этих трех разновидностей кварков получаются частицы «страпельки» (производное от «странный» и «капелька»). Эти частицы представляют собой тончайшие фрагменты, из которых состоит странная материя.

Теория странной материи гласит, что страпелька образуется в природе в процессе выдачи огромной нейтронной звездой (тяжелой коллапсирующей звездой) необходимого давления, в результате которого происходит слияние электронов и протонов в ядре. Далее состояние коллапса создает что-то напоминающее плотный кварковый пузырь, названный странной материей. В теории большие страпельки могут находиться и за границей звездных центров, обладающих высоким давлением. Однако более вероятно, что они смогли уплыть от своей звезды в другие системы, в том числе нашу, солнечную.

Тут же возникает вопрос: если они есть на самом деле, то большой страпельке под силу создать еще одну страпельку при столкновении с ядром атома. Этот процесс будет продолжаться до тех пор, пока вся материя на нашей планете не станет странной материей.

Эта лишь теория, на практике этот страх связан с Большим адронным коллайдером, создатели которого смогли испугать человечество. Очень сомнительно, что они случайно получили страпельку, способную разрушить Землю.

Суперпартнеры

Теоретические частицы: 10-ка, которая способна дать объяснение устройству мироздания (11 фото)

Согласно теории суперсимметрии, каждая частица Вселенной имеет частицу-близнеца, известную под названиями суперсимметричной частицы, счастицы либо суперпартнера. Исходя из этой теории, каждый кварк имеет скварк, разделяющий идеальную симметрию. Это правило действует в отношении каждой из 61 известной человечеству элементарной частицы. Но почему не обнаружена еще ни одна такая частица?

Существует еще одна теория, по которой физика элементарных частиц рассматривает скорый распад более крупных по массе частиц. Если тяжелая частица разрушается мгновенно после образования, то счастицы также должны быстро разрушаться. Поэтому возможно предположить, что частицы-суперпартнеры – тяжелые и разрушаются, составляя темную материю. Благодаря этому возможно найти объяснение перевеса темной материи во Вселенной: счастицы составляют поле, содержащее темную материю, которое недосягаемо для исследования.

Античастицы

Теоретические частицы: 10-ка, которая способна дать объяснение устройству мироздания (11 фото)

Подобно материи, состоящей из множества частиц, антивещество также включает в себя скопления античастиц, вес которых сопоставим с массой обычных частиц. Вся разница между ними заключается в противоположном заряде и угловом моменте (спине). Это можно сравнить с суперсимметрией, но здесь античастицы тоже принимают участие в образовании антиэлементов, как и частицы, образуя антиматерию.

Но на практике эту антиматерию пока не удалось обнаружить. Ее удалось создать исследователям. Таким образом, вне Большого адронного коллайдера антивещества пока никто не обнаружил.

Следуя теории Большого Взрыва, в момент Взрыва в его точке первоначально присутствовало одинаковое количество частиц и античастиц, то есть вещество и антивещество рождены одновременно.

Согласно другой теории, внутри других районов Вселенной это антивещество присутствует в больших количествах, чем просто вещество. Все космические объекты, доступные нашему изучению, включают в себя только материю. Однако возможно, что  доступное нам пространство представляет собой лишь небольшую часть Вселенной, тогда как недосягаемые области могут целиком состоять из антивещества.

Гравитоны

Теоретические частицы: 10-ка, которая способна дать объяснение устройству мироздания (11 фото)

В настоящее время изучение античастиц является одной из основных проблем, с которыми сталкивается современная теоретическая физика элементарных частиц. Не меньшей проблемой является гравитация. Если сравнивать ее с другими взаимодействиями, например, с электромагнитным, то гравитационное взаимодействие значительно проигрывает по силе. Гравитацию в полной мере можно ощутить в космических масштабах – при изучении звезд и планет. Однако она “теряется” на молекулярном уровне. Кроме того, гравитация не имеет своего носителя – частицу, переносящую ее (типа фотона в случае электромагнитного взаимодействия).

И тут на сцену выходит гравитон. В теории эта частица способна превратить гравитацию в модель, как и любую другую наблюдаемую силу. Гравитон электрически нейтрален и не имеет массы. Однако это не представляет проблемы, ведь фотоны также не имеют массы, хотя они распространены повсеместно. Сегодня в рамках квантовой теории поля возможно определить параметры гравитона. В этой связи в случае обнаружения частиц, соответствующих этим данным, мы получим гравитон.

А обнаружить его очень важно, так как на сегодняшний день наблюдается несовместимость теории относительности с квантовой физикой. Но существуют определенные уровни энергии, такие как масштабы Планка, на которых гравитация начинает подчиняться квантовым правилам. В этой связи разрешение задачи с гравитацией позволит найти ключ к единой теории.

Гравифотоны

Теоретические частицы: 10-ка, которая способна дать объяснение устройству мироздания (11 фото)

К еще одной гравитационной теоретической частице относят гравифотон. Он образуется в результате проявления гравитационного поля в 5-ом измерении. Он возникает по теории Калуцы-Клейна, предполагающей объединение электромагнетизма и гравитации в единую силовую характеристику, но с условием, что пространство-время будет иметь более 5-ти измерений. Гравифотоны имели бы характеристики, схожие с гравитонами. Кроме того, они проявляли бы свойства фотонов, что помогло бы создать так называемую «пятую силу» (пока существует лишь 4 фундаментальных вида взаимодействий).

Согласно другим теориям, гравифотон может быть суперпартнером гравитонов. Но в этом случае одновременно происходили бы процессы притяжения и отталкивания. Согласно теории, это помогло бы созданию эффекта антигравитации – в 5-ом измерении. По теории супергравитации также предполагается наличие гравифотона, однако она предлагает увеличить число измерений до 11.

Преоны

Теоретические частицы: 10-ка, которая способна дать объяснение устройству мироздания (11 фото)

Сначала давайте разберемся с размерами. Ядро атома золота содержит в себе 79 протонов. Они, в свою очередь, каждый по три кварка. Ширина ядра атома золота составляет около восьми фемтометров в поперечнике, а это, в свою очередь, восемь миллионных долей нанометра, а 1 нанометр составляет одну миллиардную метра. Размеры у кварков очень маленькие. В этом случае преоны должны быть настолько микроскопическими, что их невозможно измерить имеющимися способами.

Существуют другие определения, используемые в описании составных частей кварка (примоны, субкварки, квинки), но чаще всего употребляют преон. Он представляет собой важную часть теоретической физики, так как сегодня фундаментальной частицей выступают кварки. Если ученые определят, что и эта частица состоит из частей, что это даст возможность создать новые теории. Сейчас ученые полагают, что именно преоны являются вместилищем антивещества Вселенной. По этой причине все окружающее имеет частицы антиматерии, не исключая и нас с вами. Просто мы физически не в состоянии ее обнаружить.

Тахионы

Теоретические частицы: 10-ка, которая способна дать объяснение устройству мироздания (11 фото)

Именно эта частица в большей степени может нарушить известные законы относительности. Она движется со скоростью, превышающую световую. Теоретически скорость света оказывается некой промежуточной центровой точкой, с одной стороны которой бесконечно медленно движущиеся частицы, а с другой – тахионы, движущиеся бесконечно быстро.

Это может показаться необычным, но их отношение к скорости света носит зеркальный характер.  Другими словами, когда происходит ускорение обычных частиц, их потребности в энергии также увеличиваются. Для прорыва барьера скорости света необходимо бесконечное количество энергии. Если же рассматривать тахион, то скорость его движения обратно пропорциональна количеству потребляемой энергии. При его замедлении и приближении к скорости света с другого конца ему необходимо бесконечное количество энергии. Однако при увеличении его скорости необходимость в энергии снижается вплоть до нулевой (для движения с бесконечной скоростью).

Струны

Теоретические частицы: 10-ка, которая способна дать объяснение устройству мироздания (11 фото)

Практически все вышеописанные частицы являются точечными. Например, кварк и фотон представляют собой микроскопическую точку, имеющую нулевые значения измерений. Согласно теории струн, данные частицы – не точки, а струны, одномерные нити частиц. Теория струн представляет собой совокупность многих теорий, основной задачей которой является объединение квантовой физики и гравитации, которая “не работает” на квантовом уровне.

Обобщая, можно сказать, что теория струн является аналогом квантовой теории гравитации. Можно привести сравнение: преоны могут быть заменены струнами как строительными блоками кварка. По теории струн они способны трансформироваться в любую из частиц. В случае с открытой струной она превращается в фотон. Концы струны закручиваются в петлю – гравитон и так далее.

Браны

Теоретические частицы: 10-ка, которая способна дать объяснение устройству мироздания (11 фото)

Для тех, кто хочет разобраться в гравитации, следует изучить  мембранную теорию (М-теорию). Мембрана (брана) представляет собой частицу, способную двигаться в нескольких измерениях. Так, 0-брана является точечной браной, существующей в нулевых измерениях как кварк. 1-брана имеет одно измерение и является струной. Многомерная брана обладает любым размером и подводит теоритические взгляды к тому, что пространство нашей Вселенной представляется в виде большой браны, имеющей четыре измерения.

А гравитацию, в свою очередь, наша Вселенная (4-мерная брана) не в состоянии содержать. В этой связи гравитационная энергия уходит в другие браны многомерного пространства. Нам остается лишь небольшая ее часть.

Существует большое количество бран, которые могут двигаться сквозь пространства бесконечных бран. Основываясь на этом, появились теории мультивселенной и циклической вселенной, в которых Вселенная существует на основе циклов: она увеличивается вследствие энергии Большого Взрыва, позже силы гравитации стягивают все в одну точку, что является причиной нового взрыва. Вся эта цепочка – бесконечна.

Частица Бога

Теоретические частицы: 10-ка, которая способна дать объяснение устройству мироздания (11 фото)

Бозон Хиггса обнаружили 14 марта 2013 года на Большом адронном коллайдере. Эта находка была удостоена премии Нобеля. То, что он существует, ученые предсказывали еще в 60-х гг XX века. Эти частицы дают массу другим частицам.

Бозон Хиггса появился из поля Хиггса. Он был предложен, чтобы объяснить причину, по которой некоторые разновидности частиц должны обладать массой, но ей не обладают. Теоретически это поле существует во Вселенной и дает силу, благодаря которой частицы обладают массой.

Бозон помогает доказать существование поля Хиггса и объяснить, каким образом энергия этого поля может выступать в качестве массы.

Эти частички способны перевернуть многие наши представления о картине мира. Дело осталось лишь за малым – окончательно доказать их существование.