Massa masih menjadi misteri kepada ahli fizik

2024 Pengarang: Seth Attwood | [email protected]. Diubah suai terakhir: 2023-12-16 16:12

Jisim adalah salah satu konsep asas dan pada masa yang sama misteri dalam sains. Dalam dunia zarah asas, ia tidak boleh dipisahkan daripada tenaga. Ia bukan sifar walaupun untuk neutrino, dan kebanyakannya terletak di bahagian Alam Semesta yang tidak kelihatan. RIA Novosti memberitahu apa yang ahli fizik tahu tentang jisim dan rahsia apa yang dikaitkan dengannya.

Secara relatif dan asas

Di pinggir bandar Paris, di ibu pejabat Biro Timbang dan Sukat Antarabangsa, terdapat silinder yang diperbuat daripada aloi platinum dan iridium dengan berat tepat satu kilogram. Ini adalah standard untuk seluruh dunia. Jisim boleh dinyatakan dari segi isipadu dan ketumpatan dan boleh dianggap ia berfungsi sebagai ukuran jumlah jirim dalam badan. Tetapi ahli fizik yang mengkaji dunia mikro tidak berpuas hati dengan penjelasan yang begitu mudah.

Bayangkan menggerakkan silinder ini. Ketinggiannya tidak melebihi empat sentimeter, namun usaha yang ketara perlu dilakukan. Ia akan mengambil lebih banyak usaha untuk memindahkan, sebagai contoh, peti sejuk. Keperluan untuk menggunakan daya fizik dijelaskan oleh inersia jasad, dan jisim dianggap sebagai pekali yang menghubungkan daya dan pecutan yang terhasil (F = ma).

Jisim berfungsi sebagai ukuran bukan sahaja pergerakan, tetapi juga graviti, yang menjadikan jasad menarik antara satu sama lain (F = GMm / R2). Apabila kita naik pada skala, anak panah menyimpang. Ini kerana jisim Bumi adalah sangat besar, dan daya graviti secara literal menolak kita ke permukaan. Pada bulan yang lebih ringan, berat seseorang enam kali lebih sedikit.

Graviti tidak kurang misteri daripada jisim. Andaian bahawa semasa menggerakkan beberapa jasad yang sangat besar boleh mengeluarkan gelombang graviti telah disahkan secara eksperimen hanya pada tahun 2015 pada pengesan LIGO. Dua tahun kemudian, penemuan ini dianugerahkan Hadiah Nobel.

Menurut prinsip kesetaraan yang dicadangkan oleh Galileo dan ditapis oleh Einstein, jisim graviti dan inersia adalah sama. Ia berikutan daripada ini bahawa objek besar mampu membengkokkan ruang-masa. Bintang dan planet mencipta corong graviti di sekelilingnya, di mana satelit semula jadi dan buatan berputar sehingga ia jatuh ke permukaan.

Dari mana datangnya jisim

Ahli fizik yakin bahawa zarah asas mesti mempunyai jisim. Dibuktikan bahawa elektron dan blok bangunan alam semesta - quark - mempunyai jisim. Jika tidak, mereka tidak boleh membentuk atom dan semua jirim yang kelihatan. Alam semesta tanpa jisim akan menjadi huru-hara kuanta pelbagai sinaran, bergegas pada kelajuan cahaya. Tidak akan ada galaksi, tidak ada bintang, tidak ada planet.

Tetapi dari manakah zarah itu mendapat jisimnya?

"Apabila mencipta Model Standard dalam fizik zarah - teori yang menerangkan interaksi elektromagnet, lemah dan kuat semua zarah asas, kesukaran besar timbul. Model itu mengandungi perbezaan yang tidak dapat dielakkan kerana kehadiran jisim bukan sifar zarah," kata Alexander Studenikin, Doktor Sains, kepada RIA Novosti. Profesor Jabatan Fizik Teori, Jabatan Fizik, Universiti Negeri Moscow Lomonosov.

Penyelesaian itu ditemui oleh saintis Eropah pada pertengahan 1960-an, menunjukkan bahawa terdapat satu lagi bidang dalam alam semula jadi - skalar. Ia meresap ke seluruh Alam Semesta, tetapi pengaruhnya hanya dapat dilihat pada peringkat mikro. Zarah-zarah itu kelihatan tersangkut di dalamnya dan dengan itu mendapat jisim.

Medan skalar misteri dinamakan sempena ahli fizik British Peter Higgs, salah seorang pengasas Model Standard. Boson, zarah besar yang timbul dalam medan Higgs, juga membawa namanya. Ia ditemui pada tahun 2012 dalam eksperimen di Large Hadron Collider di CERN. Setahun kemudian, Higgs telah dianugerahkan Hadiah Nobel bersama dengan François Engler.

Pemburuan hantu

Zarah-hantu - neutrino - juga terpaksa diiktiraf sebagai besar. Ini disebabkan oleh pemerhatian fluks neutrino dari Matahari dan sinaran kosmik, yang tidak dapat dijelaskan untuk masa yang lama. Ternyata zarah mampu berubah menjadi keadaan lain semasa pergerakan, atau berayun, seperti yang dikatakan ahli fizik. Ini adalah mustahil tanpa jisim.

"Neutrino elektronik, yang dilahirkan, sebagai contoh, di pedalaman Matahari, dalam erti kata yang ketat tidak boleh dianggap sebagai zarah asas, kerana jisim mereka tidak mempunyai makna yang pasti. Tetapi dalam gerakan, setiap daripada mereka boleh dianggap sebagai superposisi zarah asas (juga dipanggil neutrino) dengan jisim m1, m2, m3. Oleh kerana perbezaan kelajuan neutrino jisim, pengesan bukan sahaja mengesan neutrino elektron, tetapi juga neutrino jenis lain, seperti neutrino muonik dan tau. Ini adalah akibat daripada pencampuran dan ayunan yang diramalkan pada tahun 1957 oleh Bruno Maksimovich Pontecorvo, "jelas Profesor Studenikin.

Telah ditetapkan bahawa jisim neutrino tidak boleh melebihi dua persepuluh volt elektron. Tetapi makna sebenar masih tidak diketahui. Para saintis melakukan ini dalam eksperimen KATRIN di Institut Teknologi Karlsruhe (Jerman), yang dilancarkan pada 11 Jun.

"Persoalan tentang magnitud dan sifat jisim neutrino adalah salah satu yang utama. Penyelesaiannya akan menjadi asas untuk perkembangan selanjutnya idea kami tentang struktur, " kata profesor itu menyimpulkan.

Nampaknya, pada dasarnya, segala-galanya diketahui tentang jisim, ia masih untuk menjelaskan nuansa. Tetapi ini tidak berlaku. Ahli fizik telah mengira bahawa jirim, yang sesuai dengan pemerhatian kami, menduduki hanya lima peratus daripada jisim jirim di alam semesta. Selebihnya adalah jirim gelap dan tenaga hipotesis, yang tidak mengeluarkan apa-apa dan oleh itu tidak didaftarkan. Apakah zarah-zarah yang terdiri daripada bahagian-bahagian alam semesta yang tidak diketahui ini, apakah strukturnya, bagaimana ia berinteraksi dengan dunia kita? Generasi saintis seterusnya perlu memikirkannya.