שאלה בנוגע לאטום

[Oali]

שאלה בנוגע לאטום

ידוע שהאטום הוא החלקיק הקטן ביותר. שמועה עברה לידי שהצליחו להגיע לחלקיק יותר קטן, שמו "קורק". זה נכון? תודה.

 

[shimonthecat]

דבר ראשון

האטום הוא לא החלקיק הכי קטן, גם ללא הקוורקים. קודם יש לך פרוטונים ,ניוטרונים,ואקטרונים שמהם האטום בנוי , ואפשר להפריד אותם ממנו (יש גם עוד הרבה חלקיקים שלא מופיעים כל כך הרבה בטבע כמו שני אלה, או שקשה לגלות אותם). הנ"ל מורכבים מקוורקים, שבהם אני לא ממש מבין. קוורקים זאת קבוצה של חלקיקים, זה לא סוג אחד.

 

[Oali]

תודה, רק עוד שאלה קטנה

יוצא שאיזה חלק הכי קטן, ואי אפשר לחלק אותו?

 

[shimonthecat]

אני לא בקיא במיוחד

אבל ככל שידוע לי אי אפשר לפרק פרוטון , ניוטרון ודומיהם לקווארקים. הם בנויים מהם , אבל הם לא מתפרקים. בסופו של דבר זאת תאוריה פיסיקלית שאני לא מכיר, אני מניח שהם יודעים על מה הם מדברים...

 

[שזלונג]

אתה מוכרח לזכור שזה הכל תיאוריה,

אמנם עד כה אין תוצאה שהפריכה את המודל האטומי, אין זה אומר שלא תהיה תוצאה כזו. ובאשר לקווארקים, קווארקים הם מה שנקרא- חלקיקים אלמנטריים, ייסודיים. צירוף מסוים של קווארקים ייתן חלקיק אחד, וצירוף אחר ייתן צירוף שני. גם חלקיקים כמו אלקטרונים, נחשבים לחלקיקים אלמנטריים, והם נכללים בקבוצה הנקראת לפטונים, שפירושה שמה הוא "קלים", בניגוד לחלקיקים כמו פרוטונים, שהם נקראים בוזונים, והם מאסיביים בהרבה מהלפטונים. יש תיאוריה נוספת, המכונה "תורת המיתרים". על פי תיאוריה זו, כל חלקיק אלמנטרי (כמו אלקטרון, או קווארק, למשל) הוא כזה, כיוון שבתוכו ישנם קרומים (ממברנות) רב מימדיות (11 מימדים- אל תשאל...) ה"רוטטות" בתדר מסוים. התדר המסוים, על פי התיאוריה, הוא שקובע את סוג החלקיק. תיאוריה זו היא בעייתית כרגע. אולי בהמשך היא תהיה יותר מבוססת.

 

[shimonthecat]

שמעתי שלתורת המיתרים אין תוצאות תומכות...

זאת אומרת, התוצאות הקיימות תואמות, היא פשוט לא אומרת שום דבר חדש. לעומת זאת על קוורקים מלמדים בתואר ראשון בפיסיקה בתור קורס חובה אז אני מניח שהתאוריה הזאת לא בעייתית. ואתה יודע אולי (בשתי מילים, או קישור אם לא קשה) איך הגיעו לכל הצירופים האלה של הקוורקים? הרי אי אפשר בפועל לפרק פרוטון ולראות ב"פינצטה" מה יוצא ממנו.

 

[מרחף1]

המודל הסטנדרטי

שהוא המודל הטוב ביותר שיש לנו היום (למרות שגם בו יש בעיות וחלק מהסיבה לבניית המאיץ בשוייץ היא לנסות למצוא פיזיקה מעבר למודל הסטנדרטי) מכיל את החלקיקים האלמנטריים הבאים (שלא ניתן לחלקם והם נקודתיים): לפטונים: אלקטרון + מיואון + טאו והאנטי חלקיקים שלהם (6) ניוטרינו משלושה סוגים + האנטי חלקיקים שלהם (6) הדרונים: 6 קוורקים והאנטי חלקיקים שלהם (12) בוזונים: פוטון (1) נושאי הכוח החלש (Z,W) עוד 3 גרוויטון (לא נצפה מעולם) (1) היגס - לא ברור כמה, יש כמה תאוריות שונות, החל מאחד ועד שלושה כל החומר ה*יציב* בטבע, לפחות היציב בקרבתנו בנוי מאלקטרונים ומפרוטונים או ניוטרונים שהם בתורם בנויים משני סוגי הקוורקים הקלים ביותר (UP ו-DOWN), לא ניתן לראות קוורק בודד בטבע, הם תמיג באים בקומבינציה. יש מגוון שלם של תאוריות נוספות המנבאות חלקיקים נוספים (כבדים יותר בדרך כלל או קלים יותר אשר לא "מדברים" עם החלקיקים הקיימים). כאמור, מאמץ מרכזי בפיזיקה (ולא רק חלקיקים) הוא למצוא ולהסביר פיזיקה של מעבר למודל הסטנדרטי. והערה אחרונה, חלק גדול מהפיזיקאים (ואני ביניהם) לא מרוצה מהמודל הסטנדרטי עקב העובדה שהוא מכיל מספר גדול (מעל 30) פרמטרים שצריך "לכייל" ע"י מדידה ולא נקבעים ע"י הסבר ראשוני. מבחינה אסטתית (ומבחינת התער של אוקהם...) זה לא נראה טוב, אפילו עם אחד הפרמטרים היה שונה בקצת לא היינו פה היום, כמובן שקיים ההסבר שהיו הרבה יקומים אחרים בהם הקבועים אחרים אבל רק בזה אנחנו נמצאים כדי למדוד אותם, אבל משנו לא מריח טוב בהסבר הזה.

 

[shimonthecat]

כמה שאלות

ההסבר שנתת מעניין מאוד, ויש לי כמה שאלות... איך יודעים על קיום ותכונותיהם של כל אותם הקווארקים שאי אפשר למצוא בנפרד בטבע? ואיך יודעים שהחלקיקים האלה נקודתיים ? שמעתי משהו על זה שאם מניחים שלאלקטרון יש רדיוס שונה מ0, יש סתירה כלשהי לתורת היחסות (הכללית אני חושב), אבל לא הבנתי בדיוק.

 

[מרחף1]

קוורקים

לגבי קיום הקוורקים יש כמה עדויות: הראשונה כרונולוגית היא זו שניתן להסביר את קיום הניוטרונים/פרוטונים וכל שאר החלקיקים המושפעים מהכוח החזק ואת מסותיהם ע"י הנחה שהם מורכבים מששה קוורקים (במקור הניחו שלושה ואז הרחיבו). זה תיאור שניתן בנפרד ע"י הפיזיקאי מורי גל-מן וע"י יובל נאמן (הישראלי). מלבד זו בניסויים בהם מפוזרים אלקטרונים באנרגיה גבוהה על הפרוטון רואים כי האלקטרון מתבזר מחלקיק נקודתי שנמצא בתוך הפרוטון (כמובן שזה הרבה יותר מורכב אבל בהפשטה זה נכון). כלומר רואים עדויות *עקיפות* לקיום הקוורקים ולא ישירות. לגבי הנקודתיות, זה ניתן לראות בניסויי פיזור של אלקטרונים בהם רואים כי התכונות מתאימות עם מניחים כי האלקטרון נקודתי ואת כל הסטיות הקטנות מסבירים בצורה קרוב למושלמת ע"י התאוריה (למען האמת, QED, התאוריה של הכוח האלקטרומגנטי שפיתח פיינמן היא התורה שנמדדה בדיוק הטוב ביותר עי פעם בניסוי). כמובן שבעצם מתקבל בניסוי חסם עליון על גודל האלקטרון, ככלל אפשר רק לקבל חסמים על גודל כזה ולא להוכיח בוודאות אולם החסם הוא מאוד מאוד מאוד קטן וכל דור חדש של ניסויים מקטין אותו.

 

[מרחף1]

תורת המיתרים

כרגע בגדר תאוריה בלבד, יש לה כמה מאפיינים יפים כמו האיחוד (החלקי)של הכבידה עם שאר הכוחות (מה שלא קורה במודל הסטנדרטי) אבל אין אף תחזית של תורת המיתרים שניתן לבדוק כרגע בניסוי (אולי בדור הבא של המאיצים וגם זה לא בטוח) ולכן היא נידונה כרגע להישאר בגדר תאוריה בלבד.

 

[שזלונג]

זה בדיוק מה שאמרתי...

אין תוצאות תומכות לתורת המיתרים, וגם אין מה שיפריך אותן. קווארקים הם גם לא מוכחים במאה אחוז, אבל זו התיאוריה היחידה כיום, ולכן מלמדים אותה. שחושבים על זה, אין שום דבר שידוע במאה אחוז, אפילו אי אפשר לדעת אם מה שאתה רואה זה אכן מה שקורה. לכל קווארק יש תכונה, ופועלים ביניהם כוחות, והתכונות שלהם (מטען וכדומה) ביחד יוצרות את תכונות הבוזון. לדוגמא, אם יש קווארק אם מטען חשמלי +1/2 וקווארק אם מטען חשמלי +1 אז יתקבל חלקיק אם מטען +1.5 ואת פירוק הפרוטון למרכיביו הקווארקים לכאורה- ינסו לבצע במאיץ LHC בצרן, שיתחיל לפעול ביום רביעי הבא (ובלי חורים שחורים). ינסו לפרק שם קבוצות של פרוטונים וכך ליצור את פלזמת הקווארק- גלואון (גלואון, כידוע, החלקיק המעביר את הכוח הגרעיני החזק), שהרכיבה את היקום בראשית דרכו.

 

[מרחף1]

גם QGP

לא יאפשר לראות קוורקים בודדים. לא ניתן לראות קוורקים בודדים בטבע בשום ניסוי, ניתן רק להסיק באופן עקיף על התכונות שלהם.