Вселенная бесконечна как в сторону макро, так и в сторону микро мира... возможно.
А люди мутят перепланировки во вторичках, что бы лишний квадратный метр свободы перемещения был =)
Неделимая элементарная частица, три связанных кварка, сложный набор из разнообразных кварков и глюонов — по мере развития науки модель протона постоянно модифицировалась. Как со времен Эрнеста Резерфорда изменились представления о положительно заряженной частице в составе атомного ядра?
Название «атом» происходит от древнегреческого слова «ἄτομος», которое переводится как «неделимый». На протяжении веков считалось, что это самая маленькая частица вещества. Но в конце XIX и начале XX века физики опровергли эту гипотезу: были открыты субатомные частицы.
Протон — одна из трех таких стабильных субатомных частиц (две других — электроны и нейтроны), являющихся строительными блоками атомами. Это название (от древнегреческого «πρῶτος» — первый) предложил Эрнест Резерфорд в 1920 году. В серии экспериментов британский физик показал, что «ядро водорода» (самого легкого химического элемента) может быть извлечено из азота в результате столкновения с альфа-частицей (ядром атома гелия).
Эрнест Резерфорд 1-й барон Резерфорд Нельсонский
Спустя более века после того, как Резерфорд открыл положительно заряженные частицу в основе каждого атома, физики все еще пытаются понять, что представляет собой протон. Школьные учителя обычно описывают их как безликие шарики с одной единицей положительного электрического заряда. На более сложном уровне эти частицы представляют как пучок из трех связанных между собой кварков: двух верхних и одного нижнего.
Но даже эта модель — сильное упрощение. Десятилетия исследований открыли и продолжают изучать более глубокую картину, которая слишком причудлива, чтобы ее можно было полностью передать словами или изображениями.
Художественная иллюстрация изменения представлений о составе протона: 1980-ые - 2030-ые гг.
Доказательство того, что протон содержит множество частиц, было впервые получено в Национальной ускорительной лаборатории SLAC в Стэнфорде в конце 60-х годов прошлого века. В предыдущих экспериментах исследователи бомбардировали их электронами и наблюдали, как они рикошетят, как бильярдные шары.
Протонный микроскоп. Детектор SLAC 1968г.
В ускорителе частиц SLAC физикам впервые удалось разогнать электроны достаточно сильно, чтобы изменить результаты наблюдений. Электроны в процессе глубоко неупругого рассеяния ударялись о протон достаточно сильно, чтобы разбить его и отскакивали от точечных осколков протона, называемых кварками.
Авторы этого открытия, которое стало первым доказательством существования кварков, получили в 1990 году Нобелевскую премию по физике. А ученые по всему миру с тех пор провели сотни экспериментов по рассеиванию. Они делают выводы о различных аспектах внутренней части объекта, регулируя силу бомбардировки и выбирая, какие рассеянные частицы они изучают в результате эксперимента.
Используя электроны с высокой энергией, физики могут обнаружить более тонкие детали протона. Таким образом, энергия электрона устанавливает максимальную разрешающую способность эксперимента по глубоко неупругому рассеянию. Чем мощнее коллайдеры, тем более полную картину они дают о составе протона.
Коллайдеры с более высокой энергией также производят более широкий спектр результатов столкновений, позволяя исследователям выбирать различные подмножества для анализа. Эта гибкость оказалась ключом к пониманию кварков, которые перемещаются внутри протона с разной величиной импульса.
Измеряя энергию и траекторию каждого рассеянного электрона, исследователи могут сказать, от какого кварка он отскочил. Статистический анализ множества повторяющихся экспериментов подобно переписи населения «рассказывает» исследователям, как распределен импульс протона или из каких кварков он состоит.
Первые эксперименты на коллайдере SLAC подтвердили разработанную ранее Мюрреем Гелл-Манном и Джорджем Цвейгом теорию о составе протона из трех кварков. Электроны после столкновения разлетались таким образом, как будто они врезались в три отдельные частицы, каждая из которых несет треть импульса протона.
Кварковая модель Гелл-Манна и Цвейга описывает протон, как частицу, состоящую их двух «верхних» кварков с электрическим зарядом +2/3 каждый и одного «нижнего» кварка с зарядом -1/3, что дает общий заряд протона +1.
Но кварковая модель — это чрезмерное упрощение, имеющее серьезные недостатки. Например, она не работает, когда речь идет о вращении (спине) протона, квантовом свойстве, аналогичном угловому моменту. Спин этой субатомной частицы составляет ½, как и у каждого из его верхних и нижних кварков.
Первоначально физики предположили, что в расчетах, повторяющих простую арифметику заряда, половина единиц двух верхних кварков за вычетом доли нижнего кварка должна равняться половине единицы протона в целом. Но в 1988 году Европейское сотрудничество по мюонам рассчитало, что спины кварков в сумме составляют гораздо меньше половины.
Точно так же исследования показали, что массы двух верхних кварков и одного нижнего кварка составляют всего около 1% от общей массы протона. Это означало, что внутри него должно скрываться что-то еще — другие элементарные частицы, которые объяснят свойства этой субатомной частицы.
Упрощенная модель структуры протона.
Ускоритель частиц HERA в Немецком исследовательском центре DESY в Гамбурге с 1992 по 2007 год изучал столкновения электронов и протонов с силой, примерно в тысячу раз превышавшей ту, которой удалось достигнуть на SLAC. Хотя эксперимент был завершен более 10 лет назад, физики продолжают анализировать собранные данные.
В экспериментах HERA физики смогли изучить электроны, отскочившие от кварков с чрезвычайно низким импульсом, включая те, которые несут всего 0,005% от общего импульса протона. Результаты наблюдения подтвердили, что состав протона гораздо сложнее кварковой модели Гелл-Манна и Цвейга: электроны отскакивали от «водоворота» низкоимпульсных кварков и их аналогов из антиматерии, антикварков.
Сложная структура из множества кварков и антикварков.
Результаты подтвердили сложную и диковинную теорию квантовой хромодинамики. Это квантовая теория сильного взаимодействия, которое связывает кварки. Эта модель наделяет кварки новым свойством, условно называемым «цветом», и вводит новые частицы, глюоны, которые переносят сильное взаимодействие между кварками.
Каждый кварк и каждый глюон имеют один из трех типов «цветовых» зарядов, обозначенных красным, зеленым и синим. Эти заряженные цветом частицы естественным образом притягиваются друг к другу и образуют группу — например, протон, — чьи цвета в сумме дают нейтральный белый цвет.
Согласно теории квантовой хромодинамики, глюоны могут улавливать мгновенные всплески энергии. Обладая этой энергией, эти частицы распадаются на кварк и антикварк, каждый из которых несет лишь небольшой импульс, прежде чем пара аннигилирует и исчезнет. Именно это «море» переходных глюонов, кварков и антикварков было открыто чувствительными детекторами HERA.
Визуализация протона
Высокоэнергетические экстремальные столкновения показывают огромное разнообразие кварков, аникварков и глюонов, на которые распадаются протоны. Столкновения с меньшей энергией показывают только три валентных кварка, определяющих квантовое число элементарной частицы. Но новое исследование показывает, что иногда протон действует как структура, состоящая из пяти кварков.
Группа исследователей под руководством Хуана Рохо из Национального института субатомной физики в Нидерландах и Амстердамского университета VU проанализировала более 5 тыс. снимков протонов, сделанных за последние 50 лет, используя машинное обучение для определения движения кварков и глюонов внутри протона.
Новая проверка обнаружила размытие фона на изображениях, которые ускользнули от предыдущих исследователей. В относительно мягких столкновениях, едва разрывавших протон, большая часть импульса заключалась в обычных трех кварках: двух верхних и одном нижнем. Но небольшое количество импульса, как показали исследования, исходило от «очаровательного» кварка и очарованного антикварка. Это крупные элементарные частицы, каждая из которых тяжелее всего протона более чем на одну треть.
Исследование показало: хотя при высокоэнергетических столкновениях глюоны могут разделиться на любой из шести различных типов кварков, если у них достаточно энергии, очарованные кварк и антикварк формируются гораздо чаще, что делает их заметными даже в относительно мягких столкновениях.
В этих столкновениях протон появляется как квантовая смесь или суперпозиция нескольких состояний: электрон обычно сталкивается с тремя легкими кварками. Но время от времени он будет встречать более редкую «молекулу» из пяти кварков, таких как верхний, нижний и очарованный кварк, сгруппированные с одной стороны, и верхний кварк и очарованный антикварк с другой.
Эти результаты имеют не только теоретическое значение. Например, достаточное количество энергии может образовываться при столкновении протонов космического излучения с элементарными частицами в составе атомов земной атмосферы. В процессе таких столкновений протоны могут распадаться на очарованные кварки и «проливаться» на Землю в виде высокоэнергетических нейтрино. Это может сбить с толку наблюдателей, которые используют эти частицы для изучения далекой Вселенной.
Спустя сто лет после открытия протонов физики продолжают изучать внутреннюю структуру этих элементарных частиц. Эксперименты следующего поколения будут искать еще больше неизвестных особенностей. Например, физики из Брукхейвенской национальной лаборатории в США планируют запустить электронно-ионный коллайдер в 2030-х годах и продолжить с того места, где остановилась HERA. Они будут делать снимки с более высоким разрешением, которые позволят провести первые трехмерные реконструкции протона.
Это должно помочь исследователям окончательно определить происхождение вращения протона и ответить на другие фундаментальные вопросы о непонятной частице, которая составляет большую часть окружающей обычной (барионной) материи.
Масса глюонов в массе атома углерода: 1,99 × 10 в -26 степени килограмма (0,00000000000000000000000000199 кг)
Масса глюонов в массе человека: ~62 килограмма
Масса глюонов в массе Земли: 5,972 × 10 в 24 степени килограммов (5,972,000,000,000,000,000,000,000 кг)
Масса глюонов в массе Солнца: 1,989 × 10 в 30 степени килограммов
Масса глюонов в массе галактики Млечный Путь: в 1,5 триллиона раз больше массы нашего Солнца
Масса глюонов в массе видимой Вселенной: 10 в 53 степени килограммов
P.S.: Спасибо всем кто читает, подписывается, ставит "+" и поддерживает рублем (https://pay.cloudtips.ru/p/9c59405f). Всем хорошего настроения и удачного дня! Ещё увидимся.
P.P.S.: Данный пост появился благодаря комментарию @4OT4, и да - я копипастер, но подписчиков своих уважаю и всегда стараюсь ответить вам, в силу способностей и свободного времени. Да, наверное, я не ответил целиком на вопрос из комментария, но я хотя бы попытался)
Сегодня свой 88-й день рождения отмечает российский физик, доктор физико-математических наук, профессор кафедры физики элементарных частиц физического факультета МГУ, лауреат Государственной премии СССР Владимир Алексеевич Никитин. Авторитетный и известный в мире физик-экспериментатор, автор широко признанных научных работ, он совместно с коллегами разработал и внедрил принципиально новый метод исследования рассеяния протонов высоких энергий на протонах на малые углы и водородную струйную мишень, что позволило получить выдающиеся научные результаты. Также Владимир Алексеевич принимал участие в разработке сверхзвуковой струйной водородной мишени, которая нашла широкое применение в исследованиях на циклических ускорителях.
Для далёкого от научного мира человека все эти формулировки звучат, скажем так, загадочно. Однако сам учёный рассказывает о своей работе понятно и увлекательно! Чтобы послушать этот рассказ, предлагаю вашему вниманию сохранившийся в архивах телевидения фильм, снятый более 50 лет назад, о молодом перспективном советском учёном-экспериментаторе, физике-ядерщике, научном сотруднике Объединённого института ядерных исследований (г. Дубна) Владимире Никитине.
На видео запечатлён запуск ракеты-носителя Протон-К 20 ноября 1998 года с 21 пусковой установки 81-ой площадки космодрома Байконур. Данный запуск предназначался для выведения на орбиту первого модуля Международной космической станции — функционального-грузового блока "Заря".
Для тех, у кого нет возможности посмотреть Полярное сияние вживую, скачивайте удобные рисовалки (например https://www.sketchbook.com/) и рисуйте, может станет легче. А может нет.
Факты и видео со всего мира
Это кадры с завода ГКНПЦ им Хруничева в Москве, где уже долгие годы собирают "Протоны". Открытые источники говорят, что осталось не больше 5 пусков "Протона", после чего производство свернут и переключатся на "Ангару" (производство которой переехало в Омск).
За годы производства на заводе было собрано более 400 ракет "Протон" разных модификаций (Протон, Протон-К, Протон-М). Все они отправлялись на космодром Байконур для запуска спутников/АМС/космических станций.
Источники
Лежал в кровати вечерком, и как обычно, размышлял о вселенной, смысле жизни и о всяком таком подобном.
И посетила меня одна забавная мыслишка. Писал уже когда-то про артефакт "Пустышка", упоминаемый в "Пикнике" Стругацких. Он представлял собой два металлических диска, разнесенных друг от друга на определенном расстоянии. Они сохраняют взаимоположение при нагрузках, хотя между ними нет ничего. Однажды придумал правдоподобное объяснение такому свойству - артефакт по сути является проекцией четырехмерного объекта на наше трехмерное.
Простой пример: пересечение U-образной трубки перпендикулярной плоскостью: результатом станет два круга, разнесенные друг от друга и размещенные в плоскости отсечения. При перемещении трубки, круги в сечении также будут перемещаться. Это вариант, при котором трехмерный объект проецируется на двухмерную плоскость.
Более простой вариант - одномерная изогнутая U-образная линия. Она будет проецировать две 0-мерных точки на двухмерную плоскость. Эти варианты легко представить визуально, воспользовавшись какой-нибудь подходящей программой для построения сечений.
Гораздо тяжелей представить себе внешний вид четырехмерного объекта, сечением которого в нашем трехмерном пространстве будут указанные диски. Я подумал, а могут ли существовать подобные объекты на самом деле. И тут меня осенило, ведь они всегда были у нас перед глазами - это протоны атомного ядра. Они нераздельно связаны друг с другом, несмотря на то, что имеют одинаковый положительный заряд. Для объяснения этого явления было введено понятие сильного ядерного взаимодействия. Но тут больше похоже, что ученые сначала придумали более-менее правдоподобное объяснение, а потом все свои усилия положили на то, чтобы его доказать. В таких случаях, обычно приходят к искомому результату, но будет ли он на самом деле истиной?
Гораздо проще объяснить тем, что протоны в ядре представляют собой один четырехмерный объект, проекцией которого в нашем трехмерном пространстве является определенное количество наблюдаемых частиц. Соответственно, им нет необходимости отталкиваться друг от друга, поскольку это по факту одна частица.
Эта теория на первый взгляд безумна, но при этом, ставит ряд интересных вопросов. Если проекция конкретного четырехмерного протона позволяет получить определенное количество протонов (у разных атомов, оно соответственно разное, чем их больше, тем более тяжелым является химический элемент), то не может ли один и тот же четырехмерный объект, при различном размещении в нашем пространстве давать разные количества частиц?
Чтобы было наглядней, представьте себе обычную Y-образную рогатку. Сечение в рукоятке будет давать один круг. В рогах - соответственно два.
Если взять предмет более сложной формы, то и разные варианты сечения будут давать разные наборы проекций. Еще один интересный момент - может ли один объект иметь одномерные, двухмерные, трехмерные, и четырехмерные элементы и поверхности? Это было бы еще более безумно, поскольку дает больше возможностей для получения сечений разной размерности.
Еще один момент: данная теория, хоть и бредово, позволяет разъяснить корпускулярно-волновой дуализм частиц. В зависимости от угла расположения, частица может быть 0-мерной, или одномерной. Что-то вроде такого:
На картинке изобразил варианты размещения трехмерной фигуры в двухмерном пространстве - при одном положении имеем в сечении двухмерный круг, при другом - прямоугольник (показал немного под углом, чтобы видно было что это трехмерный цилиндр), хотя это все одна и та же фигура. Ниже, вариант для одномерной фигуры в двухмерном пространстве. В одном положении 0-мерная точка, в другом - одномерная линия. Не исключено, что и свойства частицы определяются тем, каким образом она проецируется на наше трехмерное пространство. При одном положении 3-мерная сфера-корпускула, при другом - волновой объект.
Также можно применить бредовую теорию и к объяснению поведения электронов в ядре. Некоторые кстати, высказывают осторожные предположения, что в атоме он всего один, просто частота его обнаружения на орбиталях определяется волновой функцией. Еще читал мнение, что во всей вселенной электрон вообще один единственный. И эта теория даже была как-то подтверждена соответствующими выкладками, но если честно, особо в нее не углублялся.
Ну как-то вот так.
