俄罗斯化学家Dimtri Mendeleev在提出元素周期表增加了更深层次的理解和复杂性

2019-08-09 10:59:47

我们一直试图了解我们的世界。这项任务现在涉及的项目比任何一个国家都要大。它可能很快就会结束。但它远非初级。古希腊人认为世界只包含五个要素:地球,空气,水,火和以太。

1869年,俄罗斯化学家Dimtri Mendeleev在提出元素周期表时,增加了更深层次的理解和复杂性。现在共有118种元素,它们共同解释了希腊人对我们周围世界的化学反应和性质。

随着二十世纪的开始,我们了解到所有这些元素只是三个亚原子粒子的组合:电子,质子和中子。与以往不同,这种更深刻但更基本的启示降低了自然的复杂性,同时提供了对其属性的更深入的了解。

随着那个世纪 - 以及它的技术 - 先进,“基本”亚原子粒子的数量也在增加。从π介子到μ子等,发现了数百个奇怪的短寿命粒子(以及它们的反粒子)的动物园。

1964年,诺贝尔奖得主物理学家默里·盖尔曼(Murray Gell-Mann)开始通过提出这些粒子实际上都是由胶子结合在一起的夸克形成,从而再次简化事物。取两个“向上夸克”和一个“向下夸克”,你得到一个质子; 两个向下,一个向上形成一个中子。订单已恢复。

在过去的几十年中,我们确定了世界上剩余的基本构建块,就像拼图游戏的最终部分一样,形成了粒子物理学的标准模型。夸克的组合(由胶子结合在一起)形成强子,如质子和中子,由一系列类似电子的轻子轨道运行,每个轻子都具有几乎难以察觉的质量的相应中微子。

标准模型中这些粒子之间的相互作用是由四个“携带力”的粒子介导的,最着名的是电磁光子,以及W和Z玻色子和前面提到的胶子。在2012年,长期预测的最终粒子,希格斯玻色子(又名“神粒子”)在大型强子对撞机(LHC)中被发现。标准模型完成了。这是一个胜利。它也不完整。

没有提到重力,也没有提到将星系固定在一起的暗物质的可靠预测; 所有解释能够推动宇宙加速膨胀的暗能量的努力已经减少了120个数量级。和以前一样,只有在事情变得更糟之后才能得出答案,对自然的更基本的描述可以澄清一个更加混乱的情况。

二十一世纪将在各个方向看到庞大的项目,以找到我们宇宙的更基本的描述。大型强子对撞机继续采用升级后的高强度模式,而粒子物理学家则把目光投向了后继者 - 拟议的400亿美元的未来圆形对撞机,周长100公里,可以获得更高的能量,从而探测更小的自然尺度以寻找提示一个更基本的理论。

通过将敏感的探测器隔离在地下深处,等待偶尔的碰撞来揭示宇宙中这个看不见的一面,努力找到构成暗物质的难以捉摸的粒子。

这些探测器中目标的大小取决于所搜索的暗物质的质量,但像澳大利亚的SABRE这样的实验有50千克的碘化钠晶体,而Xenon1T则有一整吨的惰性气体氙作为其目标。

如果暗物质继续躲避我们,预计实验将继续增长并增加灵敏度。在某些时候,探测器可能变得足够大,以探测原始的鬼影状粒子,即中微子。

因为中微子可以在半个月停止之前经过光年,你需要一个巨大的探测器才能找到这些最稀有和最有趣的高能粒子。它们不会比IceCube更大,整个立方公里的南极冰与相机相结合,可以从冰中的相对论粒子中探测出Cherenkov光。

正如宇宙微波背景所揭示的那样,第四个中微子,即所谓的无菌中微子,有可能缓解今天宇宙膨胀率与大爆炸后仅38万年相比之间的某些张力。

有一个预测粒子的动物园,接下来的几十年将会发现或排除,甚至没有提到与引力相关的前景 - 引力子。

无论我们发现什么,所有这些检测新粒子的努力都遵循成功的科学记录,更加复杂,推断出一个更简单,潜在的事实。这是基本的。

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