5 Partikel Subatom yang Membingungkan

Batman dan fisikawan partikel memiliki banyak kesamaan.

Tentu, mereka mungkin berbeda dalam hal kait bergulat dan codpiece vinil hitam, tetapi tentara salib berjubah dan CERN (Organisasi Eropa untuk Penelitian Nuklir) keduanya meraih gadget berteknologi tinggi terbaru dan bersaing dengan galeri penyamun yang sangat aneh.

Sementara Batman berkelahi dengan badut anarkis dan ekoteroris yang bermutasi , ilmuwan CERN berusaha mengidentifikasi dan menangkap musuh terkenal seperti Higgs boson .

Anda ingat Higgs. Partikel teoretis (saat tulisan ini dibuat) merupakan inti dari model standar fisika. Model standar menyatakan bahwa listrik, magnet, cahaya, dan beberapa jenis radioaktivitas adalah manifestasi dari sesuatu yang disebut gaya lemah listrik . Dan gaya elektrolemah menyatukan gaya elektromagnetik dan gaya lemah, dua dari empat gaya fundamental alam, bersama dengan gaya kuat dan gravitasi. Masih bersamaku? Baik.

Namun, model tersebut hanya berfungsi jika partikel di sekitar kita memiliki massa nol pada periode segera setelah big bang. Secara teoritis, partikel Higgs memancarkan medan Higgs , medan energi seluas kosmos yang memberikan segala sesuatu dengan massa -- jadi jika model standarnya valid, maka Higgs pasti ada. Kita hanya perlu menangkapnya terlebih dahulu.

Dengan kata lain, seseorang merampok bank dan, oh, lihat, itu pasti Joker karena -- pernah menjadi literalis -- dia meninggalkan kartu panggil dengan wajahnya di atasnya. Sementara itu, apa yang disebut "partikel dewa" hidup dalam keberadaan singkat setelah tabrakan partikel yang dipercepat -- dan kemudian meninggalkan tanda peluruhan subatomik.

Joker mungkin adalah musuh Batman yang paling terkenal, tapi dia bukanlah yang paling aneh. Hal yang sama dapat dikatakan tentang Higgs boson, jadi mari kita mengenal penjahat super subatomik lainnya.

1. Teka-teki Graviton
2. Dunia Liar Tachyons
3. Majorana Fermion, Iblis Berwajah Dua
4. Axion, Antek, dan Lubang Hitam
5. Partikel Bunglon

Teka-teki ini, Batman: Bagaimana cara kerja gravitasi?

Dengar, itu bukan topik yang suka dibicarakan Batman. Menurut fisikawan di University of Leicester, gravitasi akan memiliki kebiasaan aneh untuk menarik Batman ke kematiannya setiap kali penjahat berkostum mencoba menggunakan jubah yang tidak praktis secara fisik itu. Jadi dia cenderung meninggalkan seluruh teka-teki gravitasi dan mengejar Edward Nigma sebagai gantinya.

Namun, bagi fisikawan, pertanyaannya membawa lebih banyak -- ya -- bobot. Tentu, kami memiliki pemahaman langsung yang layak tentang efek gravitasi . Kita tahu bagaimana faktor kekuatannya menjadi mekanika langit dan pembentukan benda-benda kosmik. Namun tetap saja kita tidak memiliki jawaban yang pasti untuk teka-teki gravitasi.

Satu jawaban yang mungkin membawa kita ke partikel membingungkan lainnya di galeri penyamun subatom: graviton . Jika itu benar-benar ada, partikel hipotetis ini mentransmisikan gaya gravitasi, menyebabkan benda-benda saling menarik. Oh ya, dan keberadaannya juga memungkinkan kita untuk menyatukan relativitas umum dengan mekanika kuantum. Gravitasi, Anda lihat, sering bertindak sebagai kunci pas monyet dalam berbagai teori yang mencakup semua.

Jadi ya, graviton adalah masalah besar -- kecuali jika tidak ada.

Cepat. Seksi. Sulit untuk ditangkap.

Batman memiliki Catwoman-nya, dan fisikawan partikel harus bersaing dengan keberadaan tachyon yang sulit dipahami -- dan mungkin salah -- . Salah satunya adalah pencuri seksi yang mengenakan kulit, dan yang lainnya adalah partikel subatom yang bergerak lebih cepat dari kecepatan cahaya .

Saya tahu apa yang Anda tanyakan: Bagaimana tachyon dapat bergerak lebih cepat daripada kecepatan cahaya jika kecepatan cahaya memang merupakan "batas kecepatan universal"? Itu seperti mengatakan "tidak ada bebek yang bisa memakai celana," dan kemudian kamera beralih ke mallard yang mengenakan korduroi sialan. Kami memiliki hukum universal karena suatu alasan, orang-orang.

Lebih buruk lagi: Jika prinsip relativitas khusus berlaku, tachyon tidak hanya melanggar batas kecepatan universal, mereka juga melanggar kausalitas itu sendiri. Setidaknya di alam semesta ini, sebab selalu mendahului akibat. Tanpa hukum itu berlaku, tatanan alam semesta terurai.

Jika tachyon ada, kemungkinan karena celah ini: Sementara relativitas mencegah materi dari percepatan ke kecepatan cahaya (karena ini akan membutuhkan energi tak terbatas), itu tidak berlaku untuk partikel yang selalu bergerak lebih cepat dari cahaya. Untuk tachyon, kecepatan minimum adalah kecepatan cahaya, dan itu akan membutuhkan energi tak terbatas hanya untuk memperlambatnya ke kecepatan subluminal.

Tachyons: Mereka adalah iblis kecepatan total, dan mereka mungkin benar-benar ada.

Bisakah sesuatu menjadi kebalikannya sendiri?

Ya, Batman tahu satu atau dua hal tentang ini.

Anda ingat ceritanya: Pengacara heroik Harvey Dent menderita luka bakar yang mengerikan di 50 persen tubuhnya, dan pikirannya terkunci. Sosok kriminal yang jahat muncul ke permukaan, dan dia menjadi Dua Wajah, maniak yang terobsesi dengan koin dengan selera konyol dalam pakaian setengah-setengah.

Fisikawan partikel juga memiliki dua wajah paradoks dalam galeri penyamun mereka: fermion Majorana , sebuah partikel yang bertindak sebagai antipartikelnya sendiri.

Mari menyegarkan. Menurut model standar, partikel dan partikel kuasi terbagi dalam dua kategori: fermion dan boson. Kamp fermion termasuk quark dan lepton seperti elektron, antara lain. Kami menyebutnya fermion Dirac . Di sini Anda akan menemukan elektron bermuatan negatif yang dikuadratkan dengan rekan antipartikel yang disebut positron , yang mengemas muatan positif. Ketika partikel-partikel ini bersentuhan satu sama lain, mereka saling memusnahkan.

Itulah jenis dualitas yang akan dihargai oleh Two-face. Koin memiliki dua sisi, dan itu salah satu atau yang lain, kepala atau ekor. Selipkan dia koin berkepala dua atau sesuatu dan itu mendorongnya ke dinding.

The boson kamp termasuk foton yang membentuk cahaya; partikel cemerlang ini adalah antipartikelnya sendiri, menghasilkan muatan yang benar-benar netral. Sungguh, Anda mengharapkan hal semacam ini dari boson.

Tetapi apakah hal seperti itu mungkin terjadi di kamp fermion? Kembali pada tahun 1930-an, fisikawan memperkirakannya, tetapi tidak ada yang pernah benar-benar melihat apa yang disebut fermion Majorana . Pada tahun 2012, sebuah tim fisikawan partikel Belanda secara tidak langsung mendeteksi dua wajah kecil ini dalam percobaan laboratorium, tetapi ini kurang dari konfirmasi resmi bahwa mereka ada.

Namun, begitu kita menangkap bukti eksperimental, hal-hal menarik mungkin terjadi. Fermion Majorana akan membanggakan kemampuan unik untuk "mengingat" posisi masa lalu dalam referensi satu sama lain, membuat mereka sangat berguna dalam bidang komputasi kuantum. Satu teori bahkan menyatakan bahwa semua materi gelap di alam semesta sebenarnya terdiri dari fermion Majorana.

Komputer materi gelap. Pikirkan itu sebentar.

Batman cenderung memiliki waktu yang agak kacau dengan para wanita. Jika dia tidak menghindari ciuman mematikan dari Poison Ivy, maka itu semacam drama dengan Catwoman. Dengar, nikahi dia atau lempar dia ke penjara.

Dan kemudian ada Harley Quinn, badut pembunuh dengan cinta abadi (dan tidak sehat) untuk musuh bebuyutan Batman, Joker . Tentu, banyak penjahat super memiliki gantungan dan antek mereka, tetapi dia berdiri terpisah sebagai sahabat karib sejati.

Di dunia subatomik, fisikawan terus mengawasi partikel hipotetis yang dikenal sebagai axion . Axion menjadi perhatian khusus karena keberadaannya akan menutup celah besar dalam model standar fisika partikel. Ini juga merupakan kemungkinan komponen materi gelap .

Tapi mari kita kembali ke perbandingan Batman. Jika axion adalah Harley Quinn, lalu siapa Jokernya? Mengapa tidak lain adalah lubang hitam . Itu benar, para ilmuwan berteori bahwa sementara lubang hitam menyedot segala sesuatu mulai dari foton hingga bintang, axion kebal terhadap kekuatan penghancurnya. Alih-alih jatuh ke singularitas yang menghancurkan, axion akan mengorbit bintang yang runtuh dalam awan boson yang sangat besar.

Lebih gila lagi, awan ini akhirnya menjadi sangat masif, meskipun massa sumbunya sangat rendah. Jika awan akhirnya runtuh ke dalam lubang hitam, bosenova yang dihasilkan akan mengguncang struktur ruang-waktu [sumber: O'Neill ]. Bicara tentang hubungan yang tidak seimbang.

Bahkan dengan semua kostum gila, sulit untuk melacak aktivitas penjahat super di Kota Gotham -- terutama saat Anda memiliki pengubah bentuk seperti Clayface berlarian. Dia bisa berbentuk siapa saja: teller bank, Bruce Wayne, sebut saja. Dia menyesuaikan penampilan fisiknya agar sesuai dengan lingkungannya, membuatnya menjadi musuh yang agak licik.

Fisikawan partikel memiliki Clayface mereka sendiri dalam bentuk partikel bunglon . Sejauh ini, kita hanya dapat berspekulasi tentang boson - boson aneh yang mungkin atau mungkin tidak mendukung perluasan alam semesta. Para ilmuwan pertama kali meramalkan keberadaan mereka pada tahun 2003 sebagai penjelasan yang mungkin untuk semua energi gelap misterius yang membentuk 70 persen alam semesta kita [sumber: Johnston ]. Seperti pengubah bentuk kriminal, partikel bunglon menyesuaikan sifat mereka agar sesuai dengan lingkungan lokal mereka. Misalnya, jika partikel bunglon menggantung di sini di Bumi, di mana kepadatan materinya tinggi, ia akan menunjukkan massa yang tinggi juga, tetapi interaksi materinya akan sangat lemah dan jarak pendek.

Tapi itu di sini di Bumi. Di ruang hampa, partikel bunglon akan menunjukkan massa rendah dan bereaksi kuat dengan materi dalam jarak yang jauh. Secara teori, partikel spekulatif ini dapat mendorong alam semesta terpisah dalam apa yang kita sebut inflasi kosmik .

Tidak mengherankan, partikel bunglon akan agak sulit dideteksi di Bumi ini. Kami harus pergi ke tempat yang dalam dan kosong untuk mendaftarkan kehadiran mereka.

Namun, fisikawan memiliki sejumlah skema deteksi berteknologi tinggi di lengan baju mereka, dan pencarian terus berlanjut untuk bunglon yang sulit ditangkap.

Dan Ksatria Kegelapan kembali sekali lagi ke Gua Kelelawar bawah tanah dan fisikawan juga menghilang, untuk mengelola penumbuk partikel bawah tanah mereka.

Catatan Penulis: 5 Partikel Subatom yang Membingungkan

Seperti yang saya jelaskan dalam episode Stuff to Blow Your Mind "Dulu Ada Boson Bernama Higgs," saya cenderung menganggap fisika partikel sebagai kue urinoir berlapis cokelat. Itu bukan komentar tentang pentingnya lapangan atau kehebatan individu yang terlibat, melainkan pendapat saya tentang aksesibilitasnya sebagai topik khalayak umum. Gigit kuenya sedikit saja, dan semuanya terasa cokelat dan lezat. Menggigit sedikit terlalu dalam, bagaimanapun, dan hal-hal menjadi kurang enak.

Jadi saya mencoba untuk membuat artikel ini secokelat mungkin dengan membahas beberapa sifat menakjubkan dari partikel subatomik kita yang paling aneh -- baik nyata maupun spekulatif. Ini adalah seni sampul yang mewah pada buku yang jauh lebih dalam, karena sains yang mendasari di sini sangat besar. Bagaimanapun, bidang fisika partikel bertujuan untuk mengungkap struktur keberadaan -- untuk memecah materi ke bentuk paling dasar dan memperluas pemahaman kita tentang apa sebenarnya alam semesta ini.

Artikel Terkait