Mise ir viens no fundamentālajiem un vienlaikus noslēpumainajiem jēdzieniem zinātnē. Elementāru daļiņu pasaulē to nevar atdalīt no enerģijas. Pat neitrīniem tas nav nulle, un lielākā daļa no tā atrodas Visuma neredzamā daļā. RIA Novosti stāsta, ko fiziķi zina par masu un kādi noslēpumi ar to saistīti.
Salīdzinoši un elementāri
Parīzes priekšpilsētā, Starptautiskā Svaru un mēra biroja galvenajā mītnē, ir cilindrs, kas izgatavots no platīna un iridija sakausējuma, kas sver tieši vienu kilogramu. Tas ir visas pasaules standarts. Masu var izteikt kā tilpumu un blīvumu, un var uzskatīt, ka tā kalpo kā vielas daudzuma mērs ķermenī. Bet fiziķus, kas pēta mikro pasauli, neapmierina tik vienkāršs skaidrojums.
Iedomājieties, ka pārvietojat šo cilindru. Tā augstums nepārsniedz četrus centimetrus, tomēr būs jāpieliek ievērojamas pūles. Lai pārvietotu, piemēram, ledusskapi, vajadzēs vēl vairāk pūļu. Nepieciešamība pielietot fizikas spēku tiek izskaidrota ar ķermeņu inerci, un masa tiek uzskatīta par koeficientu, kas savieno spēku un no tā izrietošo paātrinājumu (F = ma).
Masa ir ne tikai kustības, bet arī smaguma mērs, kas liek ķermeņiem pievilkties viens otram (F = GMm / R2). Kad mēs nonākam uz skalas, bultiņa tiek novirzīta. Tas notiek tāpēc, ka Zemes masa ir ļoti liela, un gravitācijas spēks burtiski mūs nospiež uz virsmas. Uz gaišāka mēness cilvēks sver sešas reizes mazāk.
Smagums ir ne mazāk noslēpumains kā masa. Pieņēmumu, ka daži ļoti masīvi ķermeņi, pārvietojoties, var izstarot gravitācijas viļņus, eksperimentāli apstiprināja tikai 2015. gadā LIGO detektorā. Divus gadus vēlāk šis atklājums tika piešķirts Nobela prēmijai.
Saskaņā ar Galileo ierosināto un Einšteina precizēto ekvivalences principu gravitācijas un inerces masas ir vienādas. No tā izriet, ka masīvi priekšmeti spēj saliekt telpas laiku. Zvaigznes un planētas ap tām rada gravitācijas piltuves, kurās dabiskie un mākslīgie pavadoņi griežas, līdz tie nokrīt uz virsmas.
Reklāmas video:
Kvarks mijiedarbojas ar Higsa lauku / RIA Novosti ilustrācija / Alina Poljanina.
No kurienes nāk masa
Fiziķi ir pārliecināti, ka elementārdaļiņām jābūt ar masu. Ir pierādīts, ka elektronam un Visuma celtniecības blokiem - kvarkiem - ir masa. Pretējā gadījumā viņi nevarēja veidot atomus un visu redzamo lietu. Bezspēcīgs Visums būtu dažādu starojumu kvantu haoss, kas plosās gaismas ātrumā. Nebūtu galaktiku, ne zvaigžņu, ne planētu.
Bet no kurienes nāk masa?
“Veidojot standarta modeli daļiņu fizikā - teorijā, kas apraksta visu elementāro daļiņu elektromagnētisko, vājo un spēcīgo mijiedarbību, radās lielas grūtības. Modelis saturēja nenovēršamas atšķirības, kas saistītas ar daļiņās esošu masu, kas nav nulle,”saka Aleksandrs Studenikins, zinātņu doktors, Maskavas Valsts universitātes Lomonosova Fizikas nodaļas Teorētiskās fizikas katedras profesors, RIA Novosti.
Eiropas zinātnieki 1960. gadu vidū atrada risinājumu, liekot domāt, ka dabā ir vēl viens lauks - skalārs. Tas caurstrāvo visu Visumu, bet tā ietekme ir pamanāma tikai mikro līmenī. Šķiet, ka daļiņas tajā iestrēgst un tādējādi iegūst masu.
Noslēpumainais skalārā lauks tika nosaukts pēc britu fiziķa Pētera Higsa, kurš ir viens no standarta modeļa dibinātājiem. Arī viņa vārdā nosaukts bozons - masīva daļiņa, kas rodas Higsa laukā. Tas tika atklāts 2012. gadā, veicot eksperimentus lielajā hadronu sadursmē CERN. Gadu vēlāk Higss kopā ar Fransuā Engleru saņēma Nobela prēmiju.
Spoku medības
Arī spoku daļiņa - neitrīno - bija jāatzīst par masīvām. Tas ir saistīts ar neitrīno plūsmu novērojumiem no Saules un kosmiskajiem stariem, ko ilgu laiku nevarēja izskaidrot. Izrādījās, ka daļiņa kustības laikā spēj pārveidoties citos stāvokļos vai svārstīties, kā saka fiziķi. Tas nav iespējams bez masas.
“Elektroniskos neitrīno, kas dzimuši, piemēram, Saules iekšienē, tiešā nozīmē nevar uzskatīt par elementārdaļiņām, jo to masai nav noteiktas nozīmes. Bet kustībā katru no tiem var uzskatīt par elementāru daļiņu (ko sauc arī par neitrīniem) superpozīciju ar masu m1, m2, m3. Sakarā ar atšķirību starp masu neitrīnu ātrumu, detektors nosaka ne tikai elektronu neitrīnus, bet arī citu veidu neitrīnus, piemēram, muonu un tau neitrīnus. Tās ir sajaukšanas un svārstību sekas, kuras 1957. gadā paredzēja Bruno Maksimovičs Pontecorvo,”skaidro profesors Studenikins.
Ir noteikts, ka neitrīno masa nedrīkst pārsniegt divas desmitdaļas elektronu voltu. Bet precīza nozīme joprojām nav zināma. Zinātnieki to dara KATRIN eksperimentā Karlsrūes Tehnoloģiju institūtā (Vācija), kas tika uzsākts 11. jūnijā.
“Jautājums par neitrīno masas lielumu un raksturu ir viens no galvenajiem. Viņa lēmums kalpos par pamatu mūsu izpratnes par struktūru tālākai attīstīšanai, - secina profesors.
Šķiet, ka principā viss ir zināms par masu, atliek tikai noskaidrot nianses. Bet tas tā nav. Fiziķi ir aprēķinājuši, ka matērija, ko mēs novērojam, aizņem tikai piecus procentus no matērijas masas Visumā. Pārējais ir hipotētiska tumšā viela un enerģija, kas neko neizstaro un tāpēc nav reģistrēta. No kādām daļiņām sastāv šīs nezināmās Visuma daļas, kāda ir to struktūra, kā tās mijiedarbojas ar mūsu pasauli? Nākamajām zinātnieku paaudzēm tas būs jāizdomā.
Tatjana Pičugina