44
עדכונים

מנוי במייל

קבלת עדכונים על רשומות חדשות ישירות לתיבת האמייל
יש להזין אימייל תקין על מנת להרשם לעדכונים
ברגעים אלו נשלח אליך אימייל לאישור/ביטול ההרשמה
*שים/י לב, מרגע עשית מנוי, כותב/ת הבלוג יוכל לראות את כתובת האמייל שלך ברשימת העוקבים.
X

חופשי ומאושר

ממה בנוי החומר?

לפני מספר ימים התבשרנו שמדעני המרכז לחקר חלקיקים CERN בשווייץ (מאיץ החלקיקים LHC) מצאו עדויות לקיומו של חלקיק תת־אטומי חדש בשם "פנטה־קווארק" (Pentaquark). הגילוי החדש קשור לשאלה ממה החומר מורכב ומה החלק הכי קטן של החומר. זו שאלה מסקרנת שעד היום אין לה פתרון, למרות שעשינו כבר כיברת דרך מרשימה בדרך לענות עליה. הפילוסופים היוונים, לדוגמה, היו חלוקים בדעותיהם. חלק חשבו שמבחינה לוגית הגיוני שאפשר לחלק עוד ועוד את החומר ללא גבול. מולם היו את הפילוסופים שטענו שאין זה הגיוני משום שאם נחלק את החומר עוד ועוד בסופו של דבר לא ישאר כלום ונגיע לריק. משום שלא הגיוני שחומר בנוי מריק, הם טענו שחייב להיות חלק הכי קטן בחומר אותו אי אפשר להמשיך ולחלק - האטום.

לאחר כאלפיים שנה רעיון האטום קיבל דחיפה רצינית. במאה ה-19 וה-20 אכן גילינו שכל החומר הנראה מורכב מאותו מבנה ולכן קראנו למבנה זה אטום כפי שחשדו היוונים הקדמונים. אך לא באמת מדובר בחומר שלא מורכב ממשהו קטן יותר. האטום מורכב מחלקיקים תת אטומיים. במרכזו הגרעין שמורכב מפרוטונים ונויטרונים ומסביבם ענן של אלקטרונים. לאחר מכן התגלו חלקיקים תת אטומיים רבים נוספים שלא מרכיבים את האטום.

הדמיה של אטום. במרכז בסגול ישנו גרעין האטום ומסביב בשחור את ענן האלקטרונים

כעת נשאלת השאלה, ממה מורכבים החלקיקים התת אטומים הללו? האם הם פיסות החומר הקטנות ביותר או שמה גם הם מורכבים מחלקיקים עוד יותר קטנים? והאם יהיה סוף לחלוקות הללו?

כיום עוד אין לנו תשובות לכל השאלות הללו, אך הגענו לתובנות רבות. בקרב החלקיקים התת אטומים יש משפחות שונות ולא כל החלקיקים התת אטומים מרכיבים כלל את החומר!
משפחת הבוזונים למשל הם חלקיקים אשר לא בונים את החומר אלא נושאים את הכוחות השונים בטבע (הכוח האלקטרומגנטי, הכוח ההגרעיני החזק והחלש. עדיין לא נמצאו החלקיקים שאמורים להעביר את כוח המשיכה). בוזון מוכר אחר הוא בוזון ההיגס. גם הוא אינו בונה את החומר, אך בזכות האינטרקציה איתו לחלקיקים שבונים את החומר יש מסה (ללא מסה קשה לדמיין חומר ולכן בוזון ההיגס כה חשוב). עד כמה שאנו יודעים, החלקיקים הללו הם נקודתיים ולא מורכבים מחלקיקים קטנים יותר. לעומתם משפחת הפרמיונים הם החלקיקים אשר מרכיבים את החומר עצמו. כעת ניתן לשאול, מהם החלקיקים הכי בסיסיים מתוך משפחת הפרמיונים. מסתבר שכאן יש כבר יותר מגוון. ישנם פרמיונים בסיסיים להם אנו קוראים לפטונים שנראה שהם נקודתיים ולא מורכבים מחלקיקים קטנים יותר. דוגמה ללפטון כזה הוא האלקטרון. לעומתו הפרוטונים והנויטרונים שבגרעים האטום אינם חלקיקים בסיסיים והם כן מורכבים מחלקיקים קטנים עוד יותר! זאת אומרת שכאשר נבחן מרחקים שקטנים מהגודל של הפרוטון למשל (וזמנים שקצרים יותר מזמני התגובה של הפרוטון), נגלה שבמקום חלקיק אחד אנחנו רואים שלושה חלקיקים קטנים יותר שפועל ביניהם כוח אשר מחזיק אותם יחד.

לחלקיקים שמרכיבים אותם נתנו את השם קוורקים ובינתיים נראה שהם חלקיקים נקודתיים שלא מורכבים מחלקיקים קטנים יותר. אם כך, הלפטונים והקוורקים הם אבני היסוד של החומר. אנחנו מכירים שישה קוורקים שונים ושישה לפטונים שונים.
בין הקוורקים פועל כוח הנקרא הכוח הגרעיני החזק. הכוח הזה יוצר מצב בו הקוורקים תמיד חייבים להימצא יחדיו. אי אפשר לבודד ולראות קוורק בודד. עד כדי כך שאם אנו מנסים לבודד קוורק אחד בניסוי, הוא יקח מהריק אנרגיה כדי שיווצר קוורק נוסף! (לחדי העין המשפט האחרון אמור להראות מאד מוזר. איך אפשר לקחת אנרגיה מהריק? הרי הריק ריק לא? אז זהו שלא. בזכות עקרון אי הודאות אפילו במה שנראה כמו ריק יש אנרגיה ומן האנרגיה הזו ניתן לייצר מסה).

כך, בזכות הכוח החזק, הקוורקים מסתדרים ביחד ויוצרים חלקיקים חדשים. יש חלקיקים המורכבים משני קוורקים (נקראים מזונים) ויש חלקיקים כבדים יותר המורכבים משלושה קוורקים (נקראים באריונים). הנויטרון והפרוטון בגרעין אטום למשל הם באריונים ולכן כל אחד מהם מורכב משלושה קוורקים. כמובן שיש עוד הרבה חלקיקים שונים שנוצרים מתוך הקוורקים שאינם נמצאים באטום.


המודל הסטנדרטי של החלקיקים התת אטומיים (מתוך סיינטיפיק אמריקן בעברית). בירוק רשומים החלקיקים ממשפחת הלפטונים. אדום - הקוורקים השונים. כחול - חלקיקים ממשפחת הבוזונים שנושאים את רוב הכוחות בטבע ובנוסף גם בוזון ההיגס שהתגלה לפני מספר שנים

הגילוי האחרון הוא חלקיק חדש שמורכב מחמישה קוורקים. לחלקיק קוראים פנטה קוורק (פנטה- חמש בלטינית). הוא מעין איחוד של המזונים והבאריונים. הוא בנוי בעצם משלושה קוורקים כמו הבאריונים ועוד שני קוורקים כמו המאזונים. בגלל שיש בו כל כך הרבה קוורקים החלקיק מסיבי בעל מסה גבוהה ולכן מתפרק מהר לחלקיקים קטנים יותר עם פחות קוורקים בחלקיק.


הדמיה של הקוורקים בתוך חלקיק הפנטה קוורק

לפי המשוואות שמתארות את הקוורקים וכיצד הם משתלבים ביחד ציפו כבר כמה עשורים למצוא מבנים כאלה, ועכשיו באמת אישרו זאת ומצאו חלקיק מסוג זה. זהו עוד צעד בדרך להבין לא רק ממה מורכב החומר, אלא גם איך המרכיבים היסודיים ביותר משתלבים ליצירת מבני חומר מורכבים ביקום ובסופו של דבר גם אותנו.

אך האם זהו סוף פסוק? האם הקוורקים והלפטונים אכן נקודתיים ולא מורכבים מחלקיקים קטנים יותר? את זה אנחנו עדיין לא יודעים. בכלל, מה הכוונה בחלקיק נקודתי? לנקודה אין שום גודל. איך יכול להיות שלחלקיק לא יהיה גודל ושהוא לא יתפוס מקום בחלל? יש תיאוריות שמתארות חלקיקים בדרך שונה ובהם לחלקיקים יש גודל. תאוריה כזו היא למשל תורת המיתרים. לפיה הדבר הבסיסי ביותר אינם חלקיקים אלא מעין מיתרים קטנים שרוטטים בתדירויות שונות. בגלל שהם כל כך קטנים אי אפשר לראות שמדובר במיתר וכל תדירות כזו נראית לנו כחלקיק שונה. עד היום לא ברור האם התיאוריה הזו נכונה ומחפשים דרכים כיצד ניתן יהיה לבחון את תורת המיתרים בניסויים שונים. אפשרות מעניינת אחת היא שלפי תורת המיתרים אנו חיים לא בארבעה מימדים (אורך, רוחב, גובה וזמן) אלא בעשרה מימדים! שישה מהמימדים הללו זעירים ולכן אנחנו לא רואים אותם, אך המיתרים קטנים מספיק ורוטטים הכל עשרת המימדים. אם המימדים הללו קיימים, החלקיקים (או המיתרים) כן מרגישים אותם וכך באופן עקיף ניתן לגלות את קיום המימדים הזעירים הללו. אם למשל במאיץ החלקיקים LHC ימדדו לאחר ניסוי שכמות המסה והאנרגיה ירדה באופן משמעותי וללא הסבר ידוע הדבר ירמוז על כך שהחלקיקים החסרים אולי עברו לתוך מימדים זעירים שאיננו יכולים למדוד. כעת צריך להמתין ולראות האם תתרחש האפשרות המשונה הזו.

מבנה החומר לפי תורת המיתרים. בבסיס כל החלקיקים שוכנים מיתרים זעירים הרוטטים בעשרה מימדים!

נקודה אחרונה מעניינת היא שכל החומר הנראה הזה שאנו מדברים עליו כלל לא מייצג את רוב החומר ביקום! כל החומר שמורכב מלפטונים ומקוורקים תופס כחמש אחוז מכלל החומר ביקום. 30% נוספים מהחומר ביקום נקרא חומר אפל. זהו חומר שאינו מאיר ואנו יודעים על קיומו רק בעקיפין דרך השפעתו על הכבידה. אין לנו עדיין מושג מהו החומר האפל הזה וממה הוא מורכב. יש כמה תיאוריות שמנבאות קיום של חלקיקים חדשים מעבר לחלקיקים המוכרים לנו במודל הסטנדרטי של החלקיקים אשר יכולים להוות את מרכיבי החומר האפל. גם תיאוריות אלו מצפות לתוצאות הניסויים במאיץ LHC כדי לראות האם יתגלו החלקיקים החדשים הללו. אך גם החומר הרגיל וגם החומר האפל הם רק מיעוט החומר ביקום. רוב היקום מלא בכלל באנרגיה אפלה. זהו שם מפוצץ למשהו שאנחנו לא יודעים מהו. 65% מהיקום מלא באותה אנרגיה אפלה והיא גורמת ליקום שלנו להתפשט יותר ויותר מהר. גם כאן הוצעו מספר תיאוריות להסבר מהי אותה אנרגיה אפלה, אך עד היום אין שום תיאוריה שמצליחה להסביר ולחזות את כמות האנרגיה האפלה ביקום באופן סביר. מפתיע לגלות שכל החומר המוכר לנו מחיי היום יום כלל אינו מייצג את רוב החומר ביקום. אומנם יש ביקום הנראה כשלושים מיליארד טריליון כוכבים אשר מורכבים מחומר רגיל, אך כל הכמות העצומה הזו מהווה אחוז קטן מכלל החומר והאנרגיה ביקום.

התפלגות החומר והאנרגיה ביקום. החומר הרגיל שמורכב מקוורקים ולפטונים מהווה רק 5% מכלל החומר והאנרגיה ביקום הנראה.

כעת תיאוריות רבות מצפות בכיליון עיניים לתוצאות של מאיץ החלקיקים LHC שבאזור שוויץ. התקווה היא שמעבר לאישושים שהמאיץ מספק לתחזיות המודל הסטנדרטי, יתגלו גם הפתעות במאיץ. תופעות חדשות וחלקיקים חדשים שהמודל הסטנדרטי לא חזה. בעזרתם נוכל להמשיך ולהתקדם לעבר הבנה מלאה יותר ממה מורכב החומר וממה מורכב היקום שלנו. שאלה פשוטה, ממה מורכב החומר, מובילה אותנו אל מחוזות רחוקים ומגלה לנו עד כמה המציאות שלנו מוזרה ושונה מחיי היום יום ומהשכל הישר שלנו. צעד אחר צעד אנחנו מתקדמים לעבר פתרון החידה המרתקת הזו. כך, בעזרת המחקר המדעי, אנו מצליחים להציץ אל סודות היקום.

הוספת תגובה

נשארו 150 תוים
נשארו 1500 תוים

3 תגובות

© כל הזכויות לתוכן המופיע בדף זה שייכות ל freenl אלא אם צויין אחרת