Kütle, fizikçiler için hala bir gizemdir

2024 Yazar: Seth Attwood | [email protected]. Son düzenleme: 2023-12-16 16:18

Kütle, bilimdeki temel ve aynı zamanda gizemli kavramlardan biridir. Temel parçacıkların dünyasında, enerjiden ayrılamaz. Nötrinolar için bile sıfır değildir ve çoğu Evrenin görünmez kısmında bulunur. RIA Novosti, fizikçilerin kütle hakkında ne bildiğini ve onunla hangi sırların ilişkili olduğunu anlatıyor.

Göreceli ve temel

Paris'in banliyölerinde, Uluslararası Ağırlık ve Ölçü Bürosu'nun merkezinde, tam olarak bir kilogram ağırlığında platin ve iridyum alaşımından yapılmış bir silindir var. Bu, tüm dünya için standarttır. Kütle, hacim ve yoğunluk olarak ifade edilebilir ve vücuttaki madde miktarının bir ölçüsü olarak hizmet ettiği düşünülebilir. Ancak mikro dünyayı inceleyen fizikçiler bu kadar basit bir açıklamadan memnun değiller.

Bu silindiri hareket ettirdiğinizi hayal edin. Yüksekliği dört santimetreyi geçmez, ancak yine de gözle görülür bir çaba sarf edilmesi gerekecektir. Örneğin, buzdolabını hareket ettirmek daha da fazla çaba gerektirecektir. Bir fizik kuvveti uygulama ihtiyacı, cisimlerin ataleti ile açıklanır ve kütle, kuvveti ve ortaya çıkan ivmeyi (F = ma) birleştiren bir katsayı olarak kabul edilir.

Kütle sadece hareketin değil, cisimlerin birbirini çekmesini sağlayan yerçekiminin de bir ölçüsüdür (F = GMm / R2). Tartıya çıktığımızda ok sapar. Bunun nedeni, Dünya'nın kütlesinin çok büyük olması ve yerçekimi kuvvetinin bizi kelimenin tam anlamıyla yüzeye itmesidir. Daha hafif bir ayda, bir kişi altı kat daha hafiftir.

Yerçekimi kütleden daha az gizemli değildir. Bazı çok büyük cisimleri hareket ettirirken yerçekimi dalgaları yayabileceği varsayımı, yalnızca 2015 yılında LIGO dedektöründe deneysel olarak doğrulandı. İki yıl sonra, bu keşif Nobel Ödülü'ne layık görüldü.

Galileo tarafından önerilen ve Einstein tarafından rafine edilen eşdeğerlik ilkesine göre, yerçekimi ve eylemsizlik kütleleri eşittir. Bundan, büyük nesnelerin uzay-zamanı bükme yeteneğine sahip olduğu sonucu çıkar. Yıldızlar ve gezegenler, etraflarında doğal ve yapay uyduların yüzeye düşene kadar döndüğü yerçekimi hunileri oluşturur.

kütle nereden geliyor

Fizikçiler, temel parçacıkların kütleye sahip olması gerektiğine inanıyorlar. Elektronun ve evrenin yapı taşlarının -kuarkların- bir kütleye sahip olduğu kanıtlanmıştır. Aksi takdirde atomları ve tüm görünür maddeleri oluşturamazlardı. Kütlesi olmayan bir evren, ışık hızında akan çeşitli radyasyon kuantalarının bir kaosu olurdu. Galaksiler, yıldızlar, gezegenler olmazdı.

Fakat parçacık kütlesini nereden alıyor?

Alexander Studenikin, "Parçacık fiziğinde, tüm temel parçacıkların elektromanyetik, zayıf ve güçlü etkileşimlerini tanımlayan bir teori olan Standart Modeli oluştururken büyük zorluklar ortaya çıktı. Model, sıfır olmayan parçacık kütlelerinin varlığından dolayı kaçınılmaz sapmalar içeriyordu," diyor. Bilim Doktoru, RIA Novosti'ye Lomonosov Moskova Devlet Üniversitesi Fizik Bölümü Teorik Fizik Bölümü Profesörü.

Çözüm, 1960'ların ortalarında Avrupalı bilim adamları tarafından bulundu ve doğada başka bir alan olduğunu öne sürdü - skaler alan. Tüm Evrene nüfuz eder, ancak etkisi yalnızca mikro düzeyde fark edilir. Parçacıklar içinde sıkışmış gibi görünüyor ve böylece kütle kazanıyor.

Gizemli skaler alan adını Standart Model'in kurucularından İngiliz fizikçi Peter Higgs'ten almıştır. Higgs alanında ortaya çıkan devasa bir parçacık olan bir bozon da onun adını taşıyor. 2012 yılında CERN'deki Büyük Hadron Çarpıştırıcısı'ndaki deneylerde keşfedildi. Bir yıl sonra Higgs, François Engler ile birlikte Nobel Ödülü'ne layık görüldü.

Hayalet avı

Parçacık-hayalet - nötrino - aynı zamanda kütlesel olarak kabul edilmek zorundaydı. Bunun nedeni, uzun süredir açıklanamayan Güneş'ten ve kozmik ışınlardan gelen nötrino akılarının gözlemlenmesidir. Fizikçilerin dediği gibi, bir parçacığın hareket veya salınım sırasında başka durumlara dönüşebildiği ortaya çıktı. Bu kütle olmadan imkansızdır.

"Örneğin, Güneş'in iç kısmında doğan elektronik nötrinolar, katı anlamda, kütlelerinin kesin bir anlamı olmadığı için temel parçacıklar olarak kabul edilemez. Ancak hareket halinde, her biri birer parçacık olarak kabul edilebilir. Temel parçacıkların (nötrinolar olarak da adlandırılır) kütleleri m1, m2, m3 olan süperpozisyonu Kütle nötrinolarının hızlarındaki farklılık nedeniyle, dedektör sadece elektron nötrinolarını değil, aynı zamanda müonik ve tau nötrinoları gibi diğer türdeki nötrinoları da algılar. Bu, 1957'de Bruno Maksimovich Pontecorvo tarafından tahmin edilen karıştırma ve salınımların bir sonucudur, "diye açıklıyor Profesör Studenikin.

Bir nötrino kütlesinin bir elektron voltunun onda ikisini geçemeyeceği tespit edilmiştir. Ama tam anlamı hala bilinmiyor. Bilim adamları bunu, 11 Haziran'da başlatılan Karlsruhe Teknoloji Enstitüsü'ndeki (Almanya) KATRIN deneyinde yapıyorlar.

Profesör, "Nötrino kütlesinin büyüklüğü ve doğası sorunu ana sorunlardan biridir. Çözümü, yapı hakkındaki fikirlerimizin daha da geliştirilmesi için temel teşkil edecektir."

Prensip olarak, kütle hakkında her şeyin bilindiği anlaşılıyor, nüansları netleştirmeye devam ediyor. Ama durum böyle değil. Fizikçiler, gözlemimize uygun olan maddenin, evrendeki madde kütlesinin yalnızca yüzde beşini kapladığını hesapladılar. Gerisi, hiçbir şey yaymayan ve bu nedenle kayıtlı olmayan varsayımsal karanlık madde ve enerjidir. Evrenin bu bilinmeyen parçaları hangi parçacıklardan oluşur, yapıları nedir, dünyamızla nasıl etkileşime girerler? Gelecek nesil bilim adamları bunu çözmek zorunda kalacak.