Das Universum ist ein großer Ort, aber es besteht aus kleinen Stücken. Das Periodensystem Enthält Artikel wie SauerstoffUnd der Kohlenstoff Und andere Bausteine, aus denen Sterne, Katzen oder Kaffeetassen bestehen. Aber seit der Wende zum 20. Jahrhundert denken Wissenschaftler darüber nach, immer kleinere fundamentale Teilchen zu finden – solche, die kleiner sind als sie Atome das füllt das universum. Welches dieser fundamentalen Teilchen ist das kleinste? Umgekehrt, was ist größer?
Don Lincoln, ein leitender Wissenschaftler am Fermi National Accelerator Laboratory (Fermilab) in der Nähe von Chicago, ist einer der Wissenschaftler, die versuchen, diese Frage zu beantworten. Bei Fermilab verwenden Wissenschaftler einen Teilchenbeschleuniger, um einzelne Teilchen zusammenzuschlagen und sich Trümmer – oder potenziell neue fundamentale Teilchen – anzusehen, die herauskommen. Lincoln sagte, dass es zwei Möglichkeiten gibt, die Größe eines Teilchens zu messen: die Untersuchung seiner Masse und das Messen seines physikalischen Volumens, wie die Berechnung des Durchmessers einer Kugel.
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Bezogen auf die Masse sind diese Fragen relativ einfach zu beantworten. Das niedrigste uns bekannte Teilchen ungleich Null ist Neutrinosagte Lincoln. Er merkte jedoch an, dass wir keine genaue Messung der Neutrinomasse haben, da die Werkzeuge zur Berechnung der Masse der fundamentalen Teilchen nicht empfindlich genug sind.
„Das Neutrino ist ein Teilchen, eine Art Geist der subatomaren Welt“, sagte Lincoln. Neutrinos wechselwirken sehr schwach mit Materie und sind nach Photonen (die sich eher wie Wellen als tatsächliche Teilchen verhalten) das zweithäufigste Teilchen. Tatsächlich passieren in diesem Moment Billionen von Neutrinos durch Sie. Neutrinos wiegen fast nichts und bewegen sich fast mit Lichtgeschwindigkeit.
Der Atomkern besteht aus Neutronen, Protonen und Elektronen. Lincoln sagte, dass die Protonen und Neutronen selbst etwa ein Zehntel der Größe des gesamten Kerns haben. Das Elektron hat eine Masse nahe Null, aber es wiegt tatsächlich 500.000 Mal mehr als ein Neutrino (auch hier ist es unmöglich, zu diesem Zeitpunkt genau zu messen).
Lincoln sagte, Physiker verwenden das Elektronenvolt (eV), um die Masse subatomarer Teilchen zu messen. Technisch gesehen ist die Einheit eV/c^2, wobei c die Lichtgeschwindigkeit ist. Ein Elektronenvolt entspricht etwa 1,6 x 10^-19 Joule. Der Einfachheit halber verwenden Physiker eine Reihe von Einheiten, bei denen die Lichtgeschwindigkeit 1 ist. Um die Masse eines subatomaren Teilchens herauszufinden, können Sie dann verwenden Albert Einstein Die berühmte Gleichung E = mc^2, um die Masse (m) in Kilogramm zu erhalten.
Ein Elektron wiegt nach Lincoln 511.000 Elektronenvolt, was 9,11 x 10^-31 Kilogramm entspricht. Zum Vergleich: Ein typisches Proton im Kern eines typischen Atoms wiegt 938 Millionen Elektronenvolt oder 1,67 x 10^-27 kg.
Umgekehrt ist das größte uns bekannte fundamentale Teilchen (in Bezug auf die Masse) ein Teilchen, das als Top-Quark bezeichnet wird und laut Lincoln 172,5 Milliarden Elektronenvolt misst. Quarks sind ein weiteres fundamentales Teilchen, das unseres Wissens nicht in andere Teile zerlegt werden kann. Wissenschaftler haben sechs Arten von Quarks gefunden: up, down, strange, charm, down and up. Die Up- und Down-Quarks bilden die Protonen und Neutronen und wiegen 3 Millionen bzw. 5 Millionen Elektronenvolt. Zum Vergleich: Das Top-Quark hat das 57.500-fache Gewicht des Top-Quarks.
Die Frage nach der Körpergröße ist schwer zu beantworten. Wir kennen die physikalische Größe einiger Teilchen, aber nicht die kleinste. Manche der „feinen“ Partikel, von denen die Menschen im Alltag hören, etwa die eines Virus, sind tatsächlich recht groß.
Lincoln vermittelte dieses Größengefühl: Ein typisches Viruspartikel ist etwa 250 bis 400 Nanometer lang (ein Nanometer ist ein Milliardstel Meter oder 10^-9 m), und ein typischer Atomkern misst etwa 10^-14 m (0,0000000000000001 .). )m). Das bedeutet, dass der Atomkern für das Virus so klein ist wie das Virus für uns.
Derzeit ist die kleinste physikalische Größe, die Wissenschaftler mit einem Teilchenbeschleuniger messen können, 2.000-mal kleiner als ein Proton oder 5 x 10^-20 m. Bisher konnten Wissenschaftler zwar feststellen, dass Quarks kleiner sind, aber nicht nach ihrer Menge.
Ursprünglich auf Live Science veröffentlicht.