Particules De Réalité - Vue Alternative

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Anonim

L'atomisme, c'est-à-dire la doctrine de l'existence des plus petites particules indivisibles qui composent la matière, est apparue bien avant que les scientifiques aient pu vérifier ses dispositions par l'expérience. Cependant, quand ils l'ont fait, il s'est avéré que le microcosme était rempli non seulement d'atomes, mais aussi de particules encore plus petites qui démontrent des propriétés étonnantes.

M. Lubin microcosme

Le concept d '«atome» a été ramené à un usage scientifique par John Dalton, un instituteur de Manchester, qui a créé une théorie convaincante de l'interaction chimique au début du 19e siècle. Il est arrivé à la conclusion qu'il existe des substances simples dans la nature, qu'il a appelées «éléments», et chacune est composée d'atomes qui ne sont caractéristiques que de lui. Dalton introduisit également le concept de poids atomique, qui permettait d'ordonner les éléments dans le fameux tableau périodique, proposé par Dmitry Mendeleev en mars 1869.

Le fait qu'en plus des atomes il y a d'autres particules, les scientifiques ont commencé à deviner lorsqu'ils étudiaient les phénomènes électriques. En 1891, le physicien irlandais George Stoney a suggéré d'appeler une particule chargée hypothétique un électron. Au bout de 6 ans, l'Anglais Joseph Thomson a constaté que l'électron est beaucoup plus léger que l'atome de l'élément le plus léger (l'hydrogène), en fait, ayant découvert la première des particules fondamentales.

En 1911, Ernest Rutherford, sur la base de données expérimentales, a proposé un modèle planétaire de l'atome, selon lequel il y a un noyau dense et chargé positivement en son centre, autour duquel tournent des électrons chargés négativement. La particule subatomique avec une charge positive, à partir de laquelle les noyaux sont composés, a été appelée un proton.

Bientôt une autre découverte surprenante attendait les physiciens: le nombre de protons dans un atome est égal au nombre d'un élément du tableau périodique. Ensuite, une hypothèse est apparue selon laquelle il existe d'autres particules dans la composition des noyaux atomiques. En 1921, le chimiste américain William Harkins proposa de les appeler neutrons, mais il fallut encore 10 ans pour fixer et décrire le rayonnement neutronique, dont la découverte, on le sait, était d'une importance capitale pour le développement de l'énergie nucléaire.

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Fantômes de l'antimonde

Au début des années 1930, les physiciens connaissaient quatre particules fondamentales: le photon, l'électron, le proton et le neutron. Il semblait qu'ils étaient suffisants pour décrire le microcosme.

La situation a radicalement changé lorsque Paul Dirac a prouvé la possibilité théorique de l'existence d'antiélectrons. Si un électron et un anti-électron entrent en collision, l'annihilation se produira avec la libération d'un photon à haute énergie. Au début, Dirac pensait que le proton était l'antiélectron, mais ses collègues ont ridiculisé son idée, car alors tous les atomes du monde s'anéantiraient instantanément. En septembre 1931, le scientifique a suggéré qu'il doit y avoir une particule spéciale (appelée plus tard un positron), qui naît d'un vide lorsque des rayons gamma durs entrent en collision. Il est vite devenu clair que les scientifiques avaient enregistré une telle particule plus tôt, mais ne pouvaient pas donner à ses manifestations une base raisonnable. La découverte du positron a suggéré que le proton et le neutron doivent avoir les mêmes analogues.

Le physicien russe Vladimir Rozhansky est allé encore plus loin, publiant en 1940 un article dans lequel il affirmait que certains corps du système solaire (par exemple, les météorites, les comètes et les astéroïdes) sont composés d'antimatière. Le public éduqué, tout d'abord les écrivains de science-fiction, a repris l'idée, croyant à la réalité physique de l'anti-monde qui existe quelque part à proximité.

Le processus d'obtention artificielle d'antiparticules s'est avéré assez laborieux: pour cela, il était nécessaire de construire un accélérateur spécial "Bevatron". Des antiprotons et des antineutrons y ont été détectés au milieu des années 1950. Depuis lors, malgré l'augmentation des coûts de main-d'œuvre, il n'a été possible d'obtenir que des quantités négligeables d'antimatière, de sorte que la recherche de ses «gisements» naturels se poursuit.

L'espoir des partisans de l'hypothèse Rozhansky est alimenté par le décalage enregistré (d'un facteur 100!) Entre l'intensité théoriquement prévue et réelle des flux d'antiprotons dans les rayons cosmiques. Cet écart peut être expliqué, entre autres, à l'aide de l'hypothèse que quelque part en dehors de notre galaxie (ou même de la métagalaxie), il y a vraiment une vaste région constituée d'antimatière.

Particule insaisissable

En 1900, les physiciens ont établi que les rayons bêta produits par la désintégration radioactive sont en fait des électrons.

Au cours d'observations ultérieures, il s'est avéré que l'énergie des électrons émis s'avère différente, ce qui a clairement violé la loi de conservation de l'énergie. Aucune astuce théorique et pratique n'a aidé à expliquer ce qui se passait et, en 1930, Niels Bohr, le patriarche de la physique quantique, a appelé à l'abandon de cette loi par rapport au micromonde.

Une issue a été trouvée par le Suisse Wolfgang Pauli: il a suggéré que lors de la désintégration des noyaux atomiques, une autre particule subatomique est libérée, qu'il a appelée neutron et qui ne peut pas être détectée par les instruments disponibles. Comme juste à ce moment-là, le neutron précédemment prédit a finalement été découvert, il a été décidé d'appeler la particule hypothétique de Pauli un neutrino (plus tard, il s'est avéré que pendant la désintégration bêta, pas un neutrino, mais un antineutrino est né).

Bien que l'idée des neutrinos ait été initialement accueillie avec scepticisme, avec le temps elle a envahi les esprits. Dans le même temps, un nouveau problème se pose: la particule est si petite et a une masse si insignifiante qu'il est pratiquement impossible de la fixer même en passant à travers les substances les plus denses. Pourtant, les chercheurs n'ont pas abandonné: lorsque les réacteurs nucléaires sont apparus, ils ont réussi à être utilisés comme générateurs d'un puissant flux de neutrinos, ce qui a conduit à sa découverte en 1956.

Les particules "fantômes" ont appris à enregistrer et ont même construit un énorme observatoire de neutrinos "Ice Cube" en Antarctique, mais elles restent elles-mêmes largement un mystère. Par exemple, il existe une hypothèse selon laquelle les antineutrinos interagissent avec la matière comme un neutrino ordinaire. Si l'hypothèse est confirmée par l'expérience, on comprendra pourquoi, lors de la formation de l'Univers, une asymétrie globale est apparue et que la matière est aujourd'hui beaucoup plus grande que l'antimatière.

Les scientifiques s'associent à une étude plus approfondie des neutrinos pour obtenir des réponses sur la possibilité d'un mouvement à une vitesse supraluminale, sur la nature de la «matière noire», sur les conditions de l'Univers primitif. Mais, peut-être plus important encore, la présence récemment prouvée de masse dans les neutrinos détruit le modèle standard, empiétant sur les fondements de la physique moderne.

En dehors du modèle standard

L'étude des rayons cosmiques et la construction de puissants accélérateurs ont contribué à la découverte de dizaines de particules jusque-là inconnues, pour lesquelles une classification supplémentaire a dû être introduite. Par exemple, toutes les particules subatomiques qui ne peuvent pas être divisées en leurs parties constituantes sont appelées aujourd'hui élémentaires, et seules celles d'entre elles considérées comme n'ayant pas de structure interne (électrons, neutrinos, etc.) sont appelées fondamentales.

Au début des années 1960, le modèle standard a commencé à prendre forme - une théorie qui prend en compte toutes les particules connues et les interactions de force, à l'exception de la gravité. La version actuelle décrit 61 particules élémentaires, dont le légendaire boson de Higgs. Le succès du modèle standard est qu'il prédit les propriétés des particules qui n'ont pas encore été découvertes, ce qui facilite leur recherche. Et pourtant, il y a des raisons de parler, sinon de révision, d'élargissement du modèle. C'est précisément ce que font les partisans de la Nouvelle Physique, appelés à résoudre les problèmes théoriques accumulés.

Le dépassement du modèle standard s'accompagnera de la découverte de nouvelles particules élémentaires, encore hypothétiques. Peut-être que les scientifiques découvriront des tachyons (se déplaçant à une vitesse supra-luminale), des gravitons (transportant une interaction gravitationnelle) et des vimps (constituant de la matière "noire"). Mais il est tout aussi probable qu'ils tombent sur quelque chose d'encore plus fantastique. Cependant, même alors, il n'y aura aucune garantie que nous avons connu le microcosme dans son ensemble.

Anton Pervushin