A mise a tudomány egyik alapvető és ugyanakkor rejtélyes fogalma. Az elemi részecskék világában nem választható el az energiától. Még a neutrinók esetében sem nulla, és a legtöbb az univerzum láthatatlan részén helyezkedik el. A RIA Novosti elmondja, mit tudnak a fizikusok a tömegről és milyen titkok kapcsolódnak hozzá.
Viszonylag és elemi
Párizs külvárosában, a Nemzetközi Súly- és Mérnöki Iroda székhelyén van egy henger, amely pontosan egy kilogramm súlyú platina- és irídiumötvözetből készül. Ez a szabvány az egész világ számára. A tömeg kifejezhető térfogatban és sűrűségben, és úgy lehet tekinteni, hogy ez a testben lévő anyag mennyiségének mérésére szolgál. A mikrovilágot tanulmányozó fizikusok azonban nem elégedettek egy ilyen egyszerű magyarázattal.
Képzelje el, hogy mozgatja ezt a hengert. Magassága nem haladja meg a négy centiment, ennek ellenére észrevehető erőfeszítéseket kell tennie. Még több erőfeszítést igényel, például egy hűtőszekrény mozgatása. A fizikai erő alkalmazásának szükségességét a testek tehetetlensége magyarázza, és a tömeget az erőt és az ebből eredő gyorsulást összekötő együtthatónak tekintik (F = ma).
A tömeg nemcsak a mozgás, hanem a gravitáció mérésére is szolgál, amely arra kényszeríti a testeket, hogy vonzzák egymást (F = GMm / R2). Amikor eljutunk a skálára, a nyíl elhajlik. Ennek oka az, hogy a Föld tömege nagyon nagy, és a gravitációs erő szó szerint a felszínre nyomja minket. Könnyebb holdon az ember hatszor kevesebb.
A gravitáció nem kevésbé titokzatos, mint a tömeg. Az a feltevés, hogy néhány nagyon hatalmas test mozgás közben képes gravitációs hullámokat bocsátani ki, csak 2015-ben történt meg a LIGO detektoron. Két évvel később ezt a felfedezést Nobel-díjjal jutalmazták.
A Galileo által javasolt és Einstein által finomított ekvivalencia elve szerint a gravitációs és a tehetetlenségi tömeg megegyezik. Ebből következik, hogy a hatalmas tárgyak képesek meghajolni a tér-időt. A csillagok és a bolygók körülötte gravitációs tölcséreket hoznak létre, amelyekben a természetes és a mesterséges műholdak addig forognak, amíg a felszínre esnek.
Promóciós videó:
Quark kölcsönhatásba lép a Higgs mezővel / Illusztráció RIA Novosti / Alina Polyanina.
Honnan származik a tömeg?
A fizikusok meg vannak győződve arról, hogy az elemi részecskéknek tömeggel kell rendelkezniük. Bebizonyosodott, hogy az elektron és az univerzum építőelemei - kvarkok - tömeggel rendelkeznek. Egyébként nem képezhetnek atomokat és minden látható anyagot. A tömeg nélküli világegyetem a fénysebességgel rohanó különféle sugárzások kvantumkáza. Nem lennének galaxisok, csillagok és bolygók.
De honnan származik a tömeg?
„Amikor a részecskefizikában elkészítettük a standard modellt - egy elmélet, amely leírja az elemi részecskék elektromágneses, gyenge és erős kölcsönhatását, nagy nehézségek merültek fel. A modell elkerülhetetlen eltéréseket tartalmazott a részecskékben a nem nulla tömeg jelenléte miatt”- mondta Alexander Studenikin, a tudományos doktor, a Lomonoszov Moszkvai Állami Egyetem Fizikai Tanszékének Elméleti Fizika Tanszékének professzora a RIA Novosti-nak.
Az 1960-as évek közepén az európai tudósok találták a megoldást, jelezve, hogy a természetben van egy másik terület is - a skaláris. Áthatol az egész világegyetemben, de befolyása csak mikrotársadalomban észlelhető. Úgy tűnik, hogy a részecskék elakadnak benne, és így tömeget szereznek.
A titokzatos skaláris mezőt Peter Higgs brit fizikus, a Standard Modell egyik alapítójának nevében kapta. A boszont is elnevezték - ez egy hatalmas részecske, amely a Higgs-mezõben keletkezik. Ezt 2012-ben fedezték fel a CERN Nagy Hadron-ütközőjén végzett kísérletek során. Egy évvel később Higgs François Englerrel együtt Nobel-díjat kapott.
Szellemvadászat
A szellemrészecskét - neutrinót - szintén hatalmasnak kellett felismerni. Ennek oka a Napból származó neutrino-fluxusok és a kozmikus sugarak megfigyelése, amelyek hosszú ideje nem voltak magyarázhatók. Kiderült, hogy egy részecske mozgás közben más állapotokba képes átalakulni, vagy oszcillálhat, ahogy a fizikusok mondják. Ez lehetetlen tömeg nélkül.
„Az elektronikus neutrinók, amelyek például a Nap belsejében születnek, szigorú értelemben nem tekinthetők elemi részecskéknek, mivel tömegüknek nincs meghatározása. De mozgásban mindegyik elemi részecskék (más néven neutrinók) szuperpozíciójának tekinthető, m1, m2, m3 tömeggel. A tömegű neutrinók sebességének különbsége miatt a detektor nemcsak az elektronneutrinókat, hanem más típusú neutrinókat is detektál, például muon és tau neutrinók. Ez a keveredés és az oszcillációk következménye, amelyeket Bruno Maksimovich Pontecorvo 1957-ben előre jelez”- magyarázza Studenikin professzor.
Megállapítást nyert, hogy a neutrino tömege nem haladhatja meg az elektronvolt két tizedét. De a pontos jelentése még nem ismert. A tudósok ezt a karlsruhei technológiai intézet (Németország) KATRIN kísérletében végzik, amelyet június 11-én indítottak.
„A neutrino tömeg nagyságának és természetének kérdése az egyik fő kérdés. Döntése alapul szolgál majd a szerkezet megértésének továbbfejlesztéséhez - zárja be a professzor.
Úgy tűnik, hogy elvileg minden a tömegről ismert, az árnyalatok tisztázása marad. De nem erről van szó. A fizikusok kiszámították, hogy az az anyag, amelyet megfigyelünk, az univerzum anyag tömegének csupán öt százalékát foglalja el. A többi hipotetikus sötét anyag és energia, amelyek semmit nem bocsátanak ki, ezért nem regisztráltak. Milyen részecskékből áll az univerzum ezen ismeretlen része, mi a szerkezetük, hogyan lépnek kölcsönhatásba a világunkkal? A tudósok következő generációinak meg kell tudniuk.
Tatiana Pichugina