sâmbătă, 18 iulie 2009

Aventura particulelor elementare - Cum de se ştiu toate acestea?

Am discutat diverse aspecte ale Modelului Standard şi am examinat cu atenţie lumea particulelor subatomice, mărunte, invizibile, care au nume ciudate. Toată această teorie ştiinţifică poate să înceapă să semene a magie, însă este important să realizăm că fizicienii nu stau cu burta la scoare şi născocesc toate aceste chestii. Ei îşi testează ipotezele şi creează teorii noi din rezultatele experimentelor lor. Dar cum se testează o teorie?

particule elementare

Teoria trebuie să reflecte realitatea. Datele trebuie comparate cu modelul.

Pentru a testa teorii, fizicienii construiesc experimete şi folosesc ceea ce deja cunosc pentru a explora necunoscutul. Aceste experimente pot fi simple, sau pot fi uriaşe şi complicate.

Modelul Standard a luat naştere după mii de ani de cercetare ştiinţifică, dar cele mai multe dintre experimentele care au dat naştere actualei noastre concepţii despre fizica particulelor au apărut relativ recent. Povestea despre cum fizicienii au experimentat în a testa şi a crea teorii ale unei fizici moderne a particulelor este una care începe cu mai puţin de o sută de ani în urmă…

Cum s-a descoperit structura atomului

În 1909, teoria predominată despre structura atomilor era aceea că atomii erau fără mingiuţe semi-permeabile, cu câteva sarcini împrăştiate înlăuntrul lor. Acestă teorie explica suficient de bine majoritatea experimentelor din lumea fizică.

Cu toate acestea, fizica nu este doar interesată de cum pare să funcţionează lumea, ci şi de cum funcţionează efectiv. Şi astfel, în 1909, un om numit Ernest Rutherford a pregătit un proiect pentru a testa validitatea teoriei predominante. Astfel a stabilit o cale prin care, pentru prima oară, fizicienii au putut "privi" în lumea minusculă a particulelor pe care nu le puteau vedea cu microscoapele.

În experimentul lui Rutherford, o sursă radioactivă emite un flux de particule alfa spre o suprafată alcătuită dintr-o foiţă de aur foarte subţire care stătea în faţa unui paravan. Particulele alfa produc mici licăriri de lumină acolo unde lovesc paravanul. Se aştepta ca particulele alfa să treacă prin foiţa de aur foarte subţire şi să-şi lase urmele într-o mică jerbă de pe paravan, adică să fie localizate aproape toate în acelaşi loc.

Rezultatul experimentului lui Rutherford

Dacă atomii ar fi fost permeabili, mingiuţe neutre, atunci patriculele alfa ar fi trebuit să treacă pur şi simplu prin foiţa de aur şi să ajungă în spatele ecranului. Însă spre surprinderea tuturor, unele dintre particulele alpha au fost deviate la unghiuri mari faţă de foiţă. Unele chiar au lovit parvanul din faţa foiţei! Evident, nişte alte explicaţii erau necesare.

Analiza lui Rutherford

Rutherford a concluzionat că trebuie să fie ceva în interiorul atomului cu care particulele alfa să interacţioneze. Cum doar putine particule erau deviate mult, cam una la opt mii, Rutheford a conchis că acest ceva trebuie sa fie foarte, foarte mic. Cum particulele alfa erau pozitive din punct de vedere electric, Rutherford a dedus că acest ceva trebuie să fie şi încărcat pozitiv. Acest ceva este ceea ce numim acum … nucleul atomului.

Cum fac fizicienii experimente pentru a studia structura materiei

Experimentul lui Rutherford a dat tonul în domeniul experimentărilor în fizica particulelor. De fapt, aproape toate experimentele din fizica particulelor de astăzi folosesc aceleaşi elemente de bază pe care le-a folosit Rutherford: un fascicul de particule (în acest caz, particulele alfa), o ţintă (atomii de aur din foiţă), un detector (ecranul de sulfură de zinc)

Aşadar, Rutherford a stabilit practica de a “vedea” în lumea subatomică prin folosirea fasciculelor de particule. Fizicienii din fizica particulelor urmează şi astăzi exemplul său deducând adevarata structură a particulelor şi a interacţiunilor din rezultatele experimentelor lor.

Experimente în care corpuri de probă sunt deviate

Încercaţi singuri! În următoarele imagini, există o ţintă ascunsă după un nor negru. Pentru a ghici forma ţintei, am trimis câteva fascicule în nor şi am înregistrat pe unde ies fasciculele. Vă puteţi imagina forma ţintei?

Ţinta 1 ascunsă

Ţinta 1 revelată

Ţinta 2 ascunsă

Ţinta 2 revelată

Niciun comentariu:

Trimiteți un comentariu