Відповідь на постійний питання про найменшої речі у Всесвіті розвинувся разом з людством. Люди коли-то думали, що піщинки були будівельними блоками того, що ми бачимо навколо.

Потім був відкритий атом. Концепція атомів була вперше запропонована греками, які вважали, що об’єкти можуть бути нескінченно розділені на дві частини, поки не залишиться одна неподільна частинка матерії. Ця неймовірно мала одиниця не могла бути розділена далі і тому називалася «атомом», утворених від грецького слова A-tomos. Де «А» означає «ні» і «томос» – ділити.

Він вважався неподільним, поки він не розколовся, щоб виявити протони, нейтрони і електрони всередині. Вони теж здавалися фундаментальними частками, перш ніж вчені виявили, що протони і нейтрони складаються з трьох кварків кожен.

Так які ж з частинок є найменшими у Всесвіті?

10. Електрон

Електрон – негативно заряджена субатомна частинка. Він може бути вільним (не прив’язаним до якогось атома) або пов’язаним з ядром атома. Електрони в атомах існують в сферичних оболонках різного радіусу, що представляють енергетичні рівні. Чим більше сферична оболонка, тим вище енергія, що міститься в електроні електричних провідниках потік струму виникає внаслідок руху електронів від атома до атома окремо і від негативних до позитивних електричних полюсів в цілому. У напівпровідникових матеріалах ток також виникає як рух електронів.

9. Позитрон

Позитрони – це античастки електронів. Основною відмінністю від електронів є їх позитивний заряд. Позитрони утворюються при розпаді нуклідів, в ядрі яких є надлишок протонів в порівнянні з числом нейронів, коли відбувається розпад, ці радіонукліди випускають позитрон і нейтрино.

У той час як нейтрино виходить без взаємодії з навколишнім речовиною, позитрон взаємодіє з електроном. Під час цього процесу анігіляції маси позитрона й електрона перетворюються в два фотони, які розходяться майже в протилежних напрямках.

8. Протон

Протонна стабільна субатомна частинка з позитивним зарядом, рівним за величиною одиниці заряду електрона і масою спокою 1,67262 × 10 -27 кг

Близько десяти років тому здавалося, що і спектроскопія, і експерименти по розсіюванню сходилися на протонному радіусі 0,8768 фемтометров (мільйонні частки мільйонної частки міліметра).

Але в 2010 році новий поворот в спектроскопії поставив під сумнів цей ідилічний консенсус. Команда зміряла протонний радіус 0,84184 фемтометров.

7. Нейтрон

Ви знаєте, що нейтрони знаходяться в ядрі атома. В нормальних умовах протони і нейтрони злипаються в ядрі. Під час радіоактивного розпаду вони можуть бути вибиті звідти. Нейтронні числа здатні змінювати масу атомів, тому що вони важать приблизно стільки ж, скільки протон і електрон разом.

Нейтрони можна знайти практично у всіх атомах разом з протонами і електронами. Водень -1 є єдиним винятком. Атоми з однаковою кількістю протонів, але з різною кількістю нейтронів називаються ізотопами одного і того ж елемента.

Кількість нейтронів в атомі не впливає на його хімічні властивості. Однак це впливає на його період напіврозпаду, міру його стабільності. Нестабільний ізотоп має короткий період напіврозпаду, при якому половина його розпадається на більш легкі елементи.

6. Фотон

Уявіть собі промінь жовтого сонячного світла, сяючого через вікно. Згідно квантової фізики, цей промінь складається з мільярдів крихітних пакетів світла, званих фотонами, які течуть по повітрю. Але що таке фотон?

Фотон – це найменша дискретне кількість або квант електромагнітного випромінювання. Це основна одиниця всього світу.

Фотони завжди перебувають у русі та у вакуумі рухаються з постійною швидкістю всім спостерігачам 2,998 × 10 8 м/с. Зазвичай це називають швидкістю світла, позначається буквою с.

Згідно квантової теорії світла Ейнштейна, фотони мають енергію, рівну частоті коливань, помноженої на постійну Планка. Ейнштейн довів, що світло – це потік фотонів, енергія цих фотонів – це висота частоти їх коливань, а інтенсивність світла відповідає кількості фотонів.

5. Кварк

Кварк – одна з фундаментальних частинок у фізиці. Вони з’єднуються, щоб сформувати адрони, такі як протони і нейтрони, які є компонентами ядер атомів.

Кварк має обмеження, що означає, що кварки не спостерігаються незалежно, але завжди в поєднанні з іншими кварками. Це робить неможливим безпосереднє вимірювання властивостей (маси, спина і парності); ці риси повинні бути виведені з частинок, що складаються з них.

4. Глюон

Через мільйонну частку секунди після Великого вибуху Всесвіт був неймовірно щільною плазмою, настільки гарячою, що не могло існувати ні ядер, ні навіть ядерних частинок.

Плазма складалася з кварків, частинок, які складають нуклони і деякі інші елементарні частинки, і глюонов, безмассовых частинок, які «переносять» силу між кварками.

Глюони – це обмінні частинки для колірної сили між кварками, аналогічні обміну фотонів в електромагнітної сили між двома зарядженими частинками. Глюон можна вважати фундаментальною обмінної частинкою, що лежить в основі сильної взаємодії між протонами і нейтронами в ядрі.

3. Мюон

Мюоны мають такий же негативний заряд, як і електрони, але в 200 разів більше маси. Вони виникають, коли частинки високої енергії, звані космічними променями, врізаються в атоми в атмосфері Землі.

Подорожуючи зі швидкістю, близькою до швидкості світла, мюоны обсипають Землю з усіх боків. Кожна область планети розміром з руку вражена приблизно одним мюоном в секунду, і частинки можуть пройти через сотні метрів твердого матеріалу, перш ніж вони будуть поглинені.

За словами Христини Карлогану, фізика з Фізичної лабораторії Клермон-Ферран у Франції, їх всюдиприсутність і проникаюча здатність роблять мюоны ідеальними для візуалізації великих щільних об’єктів без їх пошкодження.

2. Нейтрино

Нейтрино – це субатомна частинка, яка дуже схожа на електрон, але не має електричного заряду і дуже маленької маси, яка може навіть бути нульовою.

Нейтрино є однією з найпоширеніших частинок у Всесвіті. Однак, оскільки вони дуже мало взаємодіють з матерією, їх неймовірно складно виявити.

Для виявлення нейтрино потрібні дуже великі і дуже чутливі детектори. Як правило, нейтрино з низькою енергією проходить через багато світлові роки нормальної матерії, перш ніж взаємодіяти з чим-небудь.

Отже, всі наземні нейтринні експерименти засновані на вимірі крихітної частки нейтрино, які взаємодіють в детекторах розумного розміру.

1. Бозон Хіггса

Фізики частинок зазвичай важко конкурувати з політикою і плітками знаменитостей за заголовки, але бозон Хіггса привернув серйозну увагу. Можливо, знамените і неоднозначне прізвисько знаменитого бозона, «Частинка Бога», змушувало гудіти засоби масової інформації.

З іншого боку, інтригуюча можливість того, що бозон Хіггса відповідає за всю масу у Всесвіті, захоплює уяву.

Бозон Хіггса є, якщо не сказати, найдорожчою часткою всіх часів. Це трохи несправедливе порівняння; наприклад, для відкриття електрона знадобилося трохи більше, ніж для вакуумної трубки і справжнього генія, а для пошуку бозона Хіггса було створення експериментальних енергій, які раніше рідко зустрічалися на планеті Земля.