Mass on teaduses üks fundamentaalseid ja samal ajal salapäraseid mõisteid. Elementaarosakeste maailmas ei saa seda energiast eraldada. See on isegi neutriinode jaoks null ja suurem osa sellest asub Universumi nähtamatus osas. RIA Novosti räägib sellest, mida füüsikud massist teavad ja milliseid saladusi sellega seostatakse.
Suhteliselt ja elementaarne
Pariisi äärelinnas, rahvusvahelise kaalu- ja mõõtebüroo peakorteris, on täpselt ühe kilogrammi kaaluv plaatina ja iriidiumi sulamist valmistatud silinder. See on kogu maailma standard. Massi saab väljendada mahu ja tihedusega ning võib arvata, et see on kehas sisalduva aine koguse mõõt. Kuid mikromaailma uurivad füüsikud pole sellise lihtsa seletusega rahul.
Kujutage ette, et liigutate seda silindrit. Selle kõrgus ei ületa nelja sentimeetrit, sellegipoolest tuleb teha märkimisväärset pingutust. Näiteks külmiku liigutamiseks kulub veelgi rohkem vaeva. Füüsika jõu rakendamise vajadust seletatakse kehade inertsusega ja massi peetakse koefitsiendiks, mis ühendab jõu ja sellest tuleneva kiirenduse (F = ma).
Mass on mitte ainult liikumise, vaid ka raskuse mõõt, mis sunnib kehasid üksteist ligitõmbama (F = GMm / R2). Kui jõuame skaalale, siis nool kaldub. Seda seetõttu, et Maa mass on väga suur ja gravitatsioonijõud surub meid sõna otseses mõttes pinnale. Kergemal kuul kaalub inimene kuus korda vähem.
Gravitatsioon pole vähem salapärane kui mass. Eeldus, et mõned väga massiivsed kehad võivad liikudes kiirgada gravitatsioonilaineid, kinnitati LIGO detektoril eksperimentaalselt alles 2015. aastal. Kaks aastat hiljem pälvis see avastus Nobeli preemia.
Galileo väljapakutud ja Einsteini täpsustatud ekvivalentsuspõhimõtte kohaselt on gravitatsiooni- ja inertsimassid võrdsed. Sellest järeldub, et massiivsed objektid on võimelised ruumi-aega painutama. Tähed ja planeedid loovad enda ümber gravitatsioonilehtrid, milles looduslikud ja tehislikud satelliidid pöörlevad kuni pinnale langemiseni.
Reklaamvideo:
Quark suhtleb Higgsi väljaga / RIA Novosti illustratsioon / Alina Polyanina.
Kust tuleb mass
Füüsikud on veendunud, et elementaarosakestel peab olema mass. On tõestatud, et elektronil ja universumi ehitusplokkidel - kvarkidel - on mass. Muidu ei saaks nad moodustada aatomeid ja kogu nähtavat ainet. Massitu universum oleks mitmesuguse kiirguse kvantide kaos, kiirustades valguse kiirusel. Poleks galaktikaid, tähti ega planeete.
Aga kust tuleb mass?
„Osakestefüüsikas standardmudeli loomisel - teoorias, mis kirjeldab kõigi põhiosakeste elektromagnetilist, nõrka ja tugevat koostoimet, tekkisid suured raskused. Mudel sisaldas vältimatuid lahknevusi osakesteta nullideta masside esinemise tõttu, “ütleb RIA Novosti Moskva Riikliku Ülikooli Lomonosovi füüsikaosakonna füüsikaosakonna professor, loodusteaduste doktor Aleksander Studenikin.
Euroopa teadlased leidsid lahenduse 1960. aastate keskel, viidates sellele, et looduses on veel üks väli - skalaarne. See läbistab kogu Universumit, kuid selle mõju on märgatav ainult mikrotasandil. Tundub, et osakesed takerduvad sellesse ja omandavad seeläbi massi.
Salapärane skalaarväli sai oma nime Briti füüsiku Peter Higgsi järgi, kes oli Standardmudeli üks asutajatest. Boson on nimetatud ka tema järgi - see on Higgsi väljal tekkiv massiivne osake. See avastati 2012. aastal CERNis asuva suure hadronite põrkeseadme katsetes. Aasta hiljem pälvis Higgs koos François Engleriga Nobeli preemia.
Kummituste jaht
Ka kummitusosake - neutriino - tuli tunnistada massiivseks. Selle põhjuseks on Päikesest ja kosmilistest kiirtest pärit neutriinovoogude vaatlused, mida pikka aega ei suudetud seletada. Selgus, et osake on liikumise ajal võimeline teisendama teistesse olekutesse või võnkuma, nagu väidavad füüsikud. Ilma massita on see võimatu.
“Elektroonilisi neutrinoosid, mis on sündinud näiteks Päikese sisemuses, ei saa otseses tähenduses pidada elementaarosakesteks, kuna nende massil puudub kindel tähendus. Kuid liikumises võib neid kõiki pidada elementaarosakeste (mida nimetatakse ka neutrinodeks) superpositsiooniks massidega m1, m2, m3. Massneutriinonite kiiruse erinevuse tõttu tuvastab detektor mitte ainult elektronide neutriinod, vaid ka muud tüüpi neutriinod, näiteks müoni ja tau neutriinod. See on segamise ja võnkumiste tagajärg, mida Bruno Maksimovitš Pontecorvo ennustas 1957. aastal,”selgitab professor Studenikin.
On kindlaks tehtud, et neutriino mass ei tohi ületada kahte kümnendikku elektronvolti. Kuid selle täpne tähendus on siiani teadmata. Teadlased teevad seda 11. juunil algatatud KATRINi katses Karlsruhe tehnoloogiainstituudis (Saksamaa).
“Neutriino massi suuruse ja olemuse küsimus on üks peamisi. Tema otsus on aluseks meie struktuuri mõistmise edasisele arendamisele, - lõpetab professor.
Näib, et massist on põhimõtteliselt kõik teada, jääb vaid nüansside täpsustamine. Kuid see pole nii. Füüsikud on välja arvutanud, et mateeria, mida me täheldame, võtab ainult viis protsenti universumi aine massist. Ülejäänud on hüpoteetiline tumeaine ja energia, mis ei eralda midagi ja seetõttu pole seda registreeritud. Millistest osakestest need universumi tundmatud osad koosnevad, milline on nende struktuur, kuidas nad mõjutavad meie maailma? Järgmised teadlaste põlvkonnad peavad selle välja mõtlema.
Tatjana Pichugina
