El atomismo, es decir, la doctrina de la existencia de las partículas indivisibles más pequeñas que componen la materia, surgió mucho antes de que los científicos pudieran verificar sus disposiciones mediante experimentos. Sin embargo, cuando lo hicieron, resultó que el microcosmos está lleno no solo de átomos, sino también de partículas aún más pequeñas que demuestran propiedades asombrosas.
Microcosmos del Sr. Lubin
El concepto de "átomo" fue devuelto al uso científico por John Dalton, un maestro de escuela de Manchester, quien creó una teoría convincente de la interacción química a principios del siglo XIX. Llegó a la conclusión de que existen sustancias simples en la naturaleza, a las que llamó "elementos", y cada una está formada por átomos que son característicos sólo de él. Dalton también introdujo el concepto de peso atómico, que permitió ordenar los elementos dentro de la famosa Tabla Periódica, propuesta por Dmitry Mendeleev en marzo de 1869.
norte
El hecho de que además de los átomos hay algunas otras partículas, los científicos comenzaron a adivinar al estudiar los fenómenos eléctricos. En 1891, el físico irlandés George Stoney sugirió llamar electrón a una partícula cargada hipotética. Después de 6 años, el inglés Joseph Thomson descubrió que el electrón es mucho más liviano que el átomo del elemento más liviano (hidrógeno), de hecho, habiendo descubierto la primera de las partículas fundamentales.
En 1911, Ernest Rutherford, basándose en datos experimentales, propuso un modelo planetario del átomo, según el cual en su centro se ubica un núcleo denso y cargado positivamente, alrededor del cual giran electrones cargados negativamente. La partícula subatómica con carga positiva, a partir de la cual se componen los núcleos, se llamó protón.
Pronto otro descubrimiento sorprendente esperaba a los físicos: el número de protones en un átomo es igual al número de un elemento en la tabla periódica. Entonces surgió la hipótesis de que hay algunas otras partículas en la composición de los núcleos atómicos. En 1921, el químico estadounidense William Harkins propuso llamarlos neutrones, pero se necesitaron otros 10 años para fijar y describir la radiación de neutrones, cuyo descubrimiento, como sabemos, fue de importancia clave para el desarrollo de la energía nuclear.
Video promocional:
Fantasmas del Antimundo
A principios de la década de 1930, los físicos conocían cuatro partículas fundamentales: fotón, electrón, protón y neutrón. Parecía que eran suficientes para describir el microcosmos.
La situación cambió drásticamente cuando Paul Dirac demostró la posibilidad teórica de la existencia de antielectrones. Si un electrón y un anti-electrón chocan, se producirá la aniquilación con la liberación de un fotón de alta energía. Al principio, Dirac creía que el protón es el anti-electrón, pero sus colegas ridiculizaron su idea, porque entonces todos los átomos del mundo se aniquilarían instantáneamente. En septiembre de 1931, el científico sugirió que debe haber una partícula especial (más tarde llamada positrón), que nace del vacío cuando chocan los rayos gamma duros. Pronto quedó claro que los científicos habían registrado tal partícula antes, pero no podían dar a sus manifestaciones una base razonable. El descubrimiento del positrón sugirió que el protón y el neutrón deben tener los mismos análogos.
El físico ruso Vladimir Rozhansky fue aún más lejos, publicando en 1940 un artículo en el que argumentó que algunos cuerpos del sistema solar (por ejemplo, meteoritos, cometas y asteroides) están compuestos de antimateria. El público educado, en primer lugar los escritores de ciencia ficción, asumió la idea, creyendo en la realidad física del antimundo que existe en algún lugar cercano.
El proceso de obtención artificial de antipartículas resultó ser bastante laborioso: para ello fue necesario construir un acelerador especial "Bevatron". Se detectaron antiprotones y antineutrones a mediados de la década de 1950. Desde entonces, a pesar de los crecientes costos laborales, ha sido posible obtener cantidades insignificantes de antimateria, por lo que continúa la búsqueda de sus "depósitos" naturales.
La esperanza de los partidarios de la hipótesis de Rozhansky está alimentada por la discrepancia registrada (¡por un factor de 100!) Entre la intensidad real y teóricamente predicha de los flujos de antiprotones en los rayos cósmicos. Esta discrepancia puede explicarse, entre otras cosas, con la ayuda de la suposición de que en algún lugar fuera de nuestra Galaxia (o incluso de la Metagalaxia) existe realmente una vasta región que consta de antimateria.
norte
Partícula esquiva
En 1900, los físicos establecieron que los rayos beta producidos por la desintegración radiactiva son en realidad electrones.
En el curso de más observaciones, resultó que la energía de los electrones emitidos resulta ser diferente, lo que claramente violaba la ley de conservación de la energía. Ningún truco teórico y práctico ayudó a explicar lo que estaba sucediendo, y en 1930 Niels Bohr, el patriarca de la física cuántica, pidió el abandono de esta ley en relación con el micromundo.
El suizo Wolfgang Pauli encontró una salida: sugirió que durante la desintegración de los núcleos atómicos se libera otra partícula subatómica, a la que llamó neutrón y que no puede ser detectada por los instrumentos disponibles. Dado que fue en ese momento que finalmente se descubrió el neutrón previamente predicho, se decidió llamar neutrino a la hipotética partícula de Pauli (más tarde resultó que durante la desintegración beta, no nace un neutrino, sino un antineutrino).
Aunque la idea de los neutrinos se recibió inicialmente con escepticismo, con el tiempo se apoderó de las mentes. En este caso, surgió un nuevo problema: la partícula es tan pequeña y tiene una masa tan insignificante que es prácticamente imposible arreglarla incluso al pasar por las sustancias más densas. Sin embargo, los investigadores no se dieron por vencidos: cuando aparecieron los reactores nucleares, lograron ser utilizados como generadores de un poderoso flujo de neutrinos, lo que llevó a su descubrimiento en 1956.
Las partículas "fantasma" aprendieron a registrarse e incluso construyeron un enorme observatorio de neutrinos "Ice Cube" en la Antártida, pero ellas mismas siguen siendo en gran parte un misterio. Por ejemplo, existe la hipótesis de que los antineutrinos interactúan con la materia como un neutrino ordinario. Si la hipótesis se confirma mediante un experimento, quedará claro por qué, durante la formación del Universo, surgió una asimetría global y la materia hoy es mucho más grande que la antimateria.
Los científicos se asocian con el estudio posterior de los neutrinos obteniendo respuestas sobre la posibilidad de movimiento con velocidad superluminal, sobre la naturaleza de la "materia oscura", sobre las condiciones del Universo temprano. Pero, quizás lo más importante, la presencia recientemente probada de masa en los neutrinos destruye el Modelo Estándar, invadiendo los cimientos de la física moderna.
Fuera del modelo estándar
El estudio de los rayos cósmicos y la construcción de potentes aceleradores contribuyeron al descubrimiento de decenas de partículas previamente desconocidas, por lo que hubo que introducir una clasificación adicional. Por ejemplo, hoy en día todas las partículas subatómicas que no se pueden dividir en sus partes componentes se denominan elementales, y solo aquellas que se considera que no tienen estructura interna (electrones, neutrinos, etc.) se denominan fundamentales.
A principios de la década de 1960, el Modelo Estándar comenzó a tomar forma, una teoría que tiene en cuenta todas las interacciones de fuerzas y partículas conocidas, excepto la gravedad. La versión actual describe 61 partículas elementales, incluido el legendario bosón de Higgs. El éxito del modelo estándar es que predice las propiedades de las partículas que aún no se han descubierto, lo que facilita su búsqueda. Y, sin embargo, hay razones para hablar, si no de revisar, sino de ampliar el modelo. Esto es precisamente lo que están haciendo los partidarios de la Nueva Física, que está llamada a resolver los problemas teóricos acumulados.
Ir más allá del Modelo Estándar vendrá acompañado del descubrimiento de nuevas partículas elementales, que aún son hipotéticas. Quizás los científicos descubran taquiones (que se mueven a velocidad superluminal), gravitones (que llevan la interacción gravitacional) y vimps (que forman la materia "oscura"). Pero es igualmente probable que se topen con algo aún más fantástico. Sin embargo, incluso entonces no habrá garantía de que hayamos conocido el microcosmos como un todo.
Anton Pervushin
