Quelle est la plus petite particule que nous connaissons?

7 MOLÉCULES les plus DANGEREUSES AU MONDE (Avril 2019).

Anonim

Lorsque les physiciens ont commencé à heurter des électrons avec des protons, ils ont constaté que ceux-ci rebondissaient sur trois petits noyaux durs à l’intérieur du proton. Les noyaux ont ensuite été appelés quarks et il s’est avéré que c’était des particules encore plus petites qui composaient le proton. Les quarks sont les plus petites particules que nous ayons rencontrées dans notre entreprise scientifique. La découverte de quarks signifiait que les protons et les neutrons n'étaient plus fondamentaux.

Pour une compréhension plus approfondie, séparons un morceau de matière et découvrons ses composants en enlevant chaque couche un par un.

À vol d'oiseau, la matière a l'air rigide et ses propriétés facilement mesurables. Mais même un enfant de 6 ans peut déduire que les piliers tenaces de son château de sable soigneusement conçu sont la somme de milliards de grains de sable microscopiques. La prochaine question est

.

qu'est-ce qui constitue le grain de sable?

L'atome

Étonnamment, la théorie n’a pas donné de bons résultats. La plupart des textes écrits sur les constituants élémentaires ont été perdus et récupérés après plusieurs siècles. Il a fallu près de deux millénaires pour que l’atome soit reconnu comme un véritable objet physique fondamental.

La spéculation a finalement été confirmée dans les années 1800 lorsque le chimiste John Dalton a mené une série d’ingénieuses expériences sur les gaz. Le diamètre moyen d'un atome mesurait environ 50 nanomètres, soit un millionième de grain de sable. L'atome était alors la plus petite chose connue de l'homme.

Particules subatomiques

Etant donné que les objets sont électriquement neutres, Thomson a imaginé que la charge négative des électrons devait être annulée par une petite masse de charge positive dans laquelle les électrons sont intégrés. C'était le fameux modèle «raisin dans le pudding».

Cette idée a été rejetée à juste titre en 1911 lorsque Rutherford a bombardé une mince feuille de feuille d'or avec des rayons alpha et a découvert que les atomes étaient pour la plupart vides, mais contenaient une charge centrale concentrée positive. Il a appelé ce centre le noyau de l'atome et a appelé la particule chargée positivement un proton . Le diamètre «moyen» d'un proton a été mesuré comme étant trois fois plus petit que celui d'un électron, mais en termes de masse, il est 1837 fois plus lourd!

Il a également émis l'hypothèse que les électrons tournaient autour du noyau, à l'instar du modèle de système solaire des planètes. Cependant, l’échelle des distances entre l’entité centrale et celles qui y sont adhérées dans les deux modèles présente une disparité astronomique.

Mais la fête n'a pas duré trop longtemps. Bientôt, les chimistes ont découvert les isotopes - des éléments chimiquement indiscernables mais dont la masse atomique diffère. Il semblait qu'une paire d'isotopes contenait le même nombre de protons, mais présentait encore une différence dans leurs masses globales.

Rutherford a expliqué cela en suggérant la présence d'une nouvelle particule fondamentale, légèrement plus lourde qu'un proton, mais électriquement neutre. Ses spéculations sont devenues une réalité lorsque, en 1932, James Chadwick a découvert cette particule laconique - le neutron. Les neutrons et les protons se sont avérés avoir la même taille et la même masse, soit environ 2000 fois la masse d’un électron.

Peut-on séparer davantage la matière? Je veux dire, les 0, 00000000000001 centimètres ne sont-ils pas assez petits?! bien

.

.. pas assez.

Le quark

(Crédit photo: chercheur / Youtube)

Les accélérateurs brisent les particules subatomiques à des vitesses énormes, ce qui les fait éclater en leurs composants. Cela revient à étudier les mécanismes internes d'une télévision en la jetant du haut d'un immeuble de 20 étages et en scrutant ses composants cassés.

Lorsque les physiciens ont commencé à entrer en collision électrons avec des protons, ils ont constaté que les électrons rebondissaient sur trois petits noyaux durs à l'intérieur du proton. Les noyaux se sont avérés être des particules encore plus petites qui composent le proton. Ces particules élémentaires s'appellent des quarks, et la découverte des quarks signifie que les protons et les neutrons ne sont plus fondamentaux. Nous avons déjà écrit un article plus détaillé et fascinant spécifiquement consacré aux propriétés et au comportement des quarks. Vous pouvez le trouver ici.

Mais pouvons-nous creuser plus profondément?

Les particules élémentaires

Eh bien, contrairement à ses pairs, l'électron reste catégorique pour être une particule vraiment fondamentale. Il a résisté à la décomposition ultérieure en éléments plus élémentaires. Cependant, si les électrons et les quarks sont fondamentaux et que les quarks résident dans des protons, comment leur rayon est-il trois fois plus grand que celui d'un proton?!

Le rayon que nous attribuons à une particule subatomique découle de certaines hypothèses. Par exemple, lorsque le potentiel d'énergie de masse d'un électron est supposé être entièrement contenu, son rayon s'avère supérieur à celui d'un proton. Une meilleure approche pour calculer le rayon de l'électron a été reconnue comme utilisant les rapports de masse proton / électron.

En utilisant ces rapports, nous trouvons que le rayon d'un électron est environ dix fois plus petit que ce que nous pensions précédemment. un milliardième de milliardième ou 0, 00000000000000001 cm.

C'est pourquoi j'ai utilisé le mot «moyenne» pour décrire les propriétés physiques de ces particules. Le rayon est une construction dimensionnelle et n'a rien à voir avec le rayon réel.

De même, nous n'avons pas eu de chance avec les quarks non plus. Ils refusent d'être isolés et même s'ils le sont, ils ne durent pas trop longtemps. Certains vivent à peine un milliardième de milliardième de milliardième! Séparer une paire nécessite tellement d’énergie qu’il finit par être utilisé pour former deux quarks qui se lient aux deux originaux!

Ne soyez pas consterné par la quantité d'énergie ici. Pensez-y comme ça

.

vous essayez littéralement de déchirer le tissu même de la réalité.

Pourquoi notre conception de la «taille» est-elle fausse?

Néanmoins, les scientifiques ont réussi à mener des études astucieuses pour se rapprocher de la taille d’un quark. La dernière chose que j'ai pu trouver indique qu'il s'agit d'un milliardième de milliardième de centimètre, ce qui est dans la même catégorie qu'un électron.

À ce stade, il est impératif de réaliser que le modèle standard, joyau de la physique des particules, ne décrit pas les particules subatomiques en termes de taille ou de masse, mais plutôt en termes d’énergie. Le proton ou le neutron n'a pas de forme ou de volume fixe - son volume est conçu à partir de l'espace dans lequel ses constituants sont confinés.

Les quarks, électrons ou autres particules subatomiques ne sont que des énergies concentrées; elles n'ont pas d'ordre particulier, alors que les particules fondamentales, telles que les quarks et les électrons, sont réputées être ponctuelles. Ils n'ont aucune dimension et sont littéralement considérés comme un seul point sans dimension dans l'espace. Les considérer comme des points n’est qu’une simplification utile, car rien ne prouve le contraire.

Le modèle dans le cadre de ces considérations a capturé avec succès (jusqu'à présent) tout ce qui était connu avec une précision étonnante. Il est connu pour être la théorie la plus précise dans n'importe quel domaine. Bien entendu, cette supposition, comme toute scientifique, n'a pas peur d'être froissée et écartée lorsqu'un nouveau arrive. Les scientifiques ne craignent pas de revenir à la table à dessin, à condition qu'il existe des preuves. Dans ce cas, la découverte d'une particule à l'intérieur.