Masse er et av de grunnleggende og samtidig mystiske begrepene i vitenskapen. I en verden av elementære partikler kan den ikke skilles fra energi. Selv for nøytrinoer er det ikke noe, og det meste ligger i den usynlige delen av universet. RIA Novosti forteller hva fysikere vet om masse og hvilke hemmeligheter som er forbundet med det.
Relativt og elementært
I forstedene til Paris, i hovedkvarteret til Det internasjonale byrået for vekter og tiltak, er det en sylinder laget av en legering av platina og iridium som veier nøyaktig ett kilo. Dette er standarden for hele verden. Masse kan uttrykkes i form av volum og tetthet, og det kan vurderes at den fungerer som et mål på mengden stoff i kroppen. Men fysikere som studerer microworld, er ikke fornøyd med en så enkel forklaring.
Se for deg å flytte denne sylinderen. Høyden overstiger ikke fire centimeter, men en merkbar innsats må gjøres. Det vil ta enda mer krefter å flytte for eksempel et kjøleskap. Behovet for å anvende fysikkens kraft forklares med treghet av legemer, og masse anses som en koeffisient som forbinder kraften og den resulterende akselerasjonen (F = ma).
Masse fungerer som et mål ikke bare for bevegelse, men også for tyngdekraft, som tvinger kropper til å tiltrekke hverandre (F = GMm / R2). Når vi kommer på skalaen, blir pilen avbøyd. Dette er fordi jordas masse er veldig stor, og tyngdekraften skyver oss bokstavelig talt til overflaten. På en lysere måne veier en person seks ganger mindre.
Tyngdekraften er ikke mindre mystisk enn masse. Antagelsen om at noen veldig massive kropper kan avgi gravitasjonsbølger når de beveget seg, ble først eksperimentelt bekreftet i 2015 ved LIGO-detektoren. To år senere ble denne oppdagelsen tildelt Nobelprisen.
I henhold til ekvivalensprinsippet som er foreslått av Galileo og foredlet av Einstein, er gravitasjons- og treghetsmasser like. Det følger av dette at massive gjenstander er i stand til å bøye rom-tid. Stjerner og planeter lager gravitasjonstrakter rundt seg, der naturlige og kunstige satellitter kretser til de faller til overflaten.
Salgsfremmende video:
Quark samhandler med Higgs-feltet / Illustrasjon RIA Novosti / Alina Polyanina.
Hvor kommer massen fra
Fysikere er overbevist om at elementære partikler må ha masse. Det er bevist at elektronet og byggesteinene i universet - kvarker - har masse. Ellers kunne de ikke danne atomer og all synlig materie. Et masseløst univers ville være et kaos av kvanta av forskjellig stråling og skynde seg med lysets hastighet. Det ville ikke være galakser, ingen stjerner, ingen planeter.
Men hvor kommer massen fra?
“Når man opprettet standardmodellen i partikkelfysikk - en teori som beskriver den elektromagnetiske, svake og sterke samspillet mellom alle elementære partikler, oppsto det store vanskeligheter. Modellen inneholdt uunngåelige avvik på grunn av tilstedeværelsen av ikke-masse masser i partikler, sier Alexander Studenikin, doktor i naturvitenskap, professor ved Institutt for teoretisk fysikk ved fysikkavdelingen ved Lomonosov Moskva statsuniversitet, RIA Novosti.
Løsningen ble funnet av europeiske forskere på midten av 1960-tallet, og antydet at det er et annet felt i naturen - en skalær. Det gjennomsyrer hele universet, men dets innflytelse merkes bare på mikronivå. Partiklene ser ut til å sette seg fast i den og dermed tilegne seg masse.
Det mystiske skalarfeltet ble oppkalt etter den britiske fysikeren Peter Higgs, en av grunnleggerne av Standard Model. Boson er også oppkalt etter ham - en massiv partikkel som oppstår i Higgs-feltet. Det ble oppdaget i 2012 i eksperimenter på Large Hadron Collider på CERN. Et år senere ble Higgs tildelt Nobelprisen sammen med François Engler.
Spøkelsesjakt
Spøkelsespartikkelen - nøytrino - måtte også anerkjennes som massiv. Dette skyldes observasjoner av nøytrino-flukser fra solen og kosmiske stråler, som i lang tid ikke kunne forklares. Det viste seg at en partikkel er i stand til å transformere seg til andre tilstander under bevegelse, eller svingende, som fysikere sier. Dette er umulig uten masse.
Elektroniske nøytrinoer, for eksempel født i solens indre, i streng forstand kan ikke betraktes som elementære partikler, siden deres masse ikke har noen bestemt betydning. Men i bevegelse kan hver av dem betraktes som en superposisjon av elementære partikler (også kalt nøytrinoer) med massene m1, m2, m3. På grunn av forskjellen i hastigheten til masse nøytrinoer, oppdager detektoren ikke bare elektronnøytrinoer, men også nøytrinoer av andre typer, for eksempel muon og tau nøytrinoer. Dette er en konsekvens av blanding og svingninger spådd i 1957 av Bruno Maksimovich Pontecorvo,”forklarer professor Studenikin.
Det er fastslått at massen til en nøytrino ikke kan overstige to tideler av en elektron volt. Men den eksakte betydningen er fremdeles ukjent. Forskere gjør dette i KATRIN-eksperimentet ved Karlsruhe Institute of Technology (Tyskland), som ble lansert 11. juni.
Spørsmålet om nøytrinomassens størrelse og natur er et av de viktigste. Hans avgjørelse vil tjene som grunnlag for å videreutvikle vår forståelse av strukturen, - avslutter professoren.
Det ser ut til at i prinsippet alt er kjent om massen, gjenstår det å avklare nyansene. Men dette er ikke tilfelle. Fysikere har beregnet at saken som vi observerer bare opptar fem prosent av massen av materie i universet. Resten er hypotetisk mørk materie og energi, som ikke avgir noe og derfor ikke er registrert. Hvilke partikler består disse ukjente delene av universet av, hva er deres struktur, hvordan samhandler de med vår verden? De neste generasjonene av forskere må finne ut av det.
Tatiana Pichugina
