O atomismo, isto é, a doutrina da existência das menores partículas indivisíveis que constituem a matéria, surgiu muito antes que os cientistas pudessem verificar suas disposições por meio de experimentos. No entanto, quando eles fizeram isso, descobriram que o microcosmo está cheio não apenas de átomos, mas também de partículas ainda menores que demonstram propriedades incríveis.
Microcosmo Sr. Lubin
O conceito de "átomo" foi trazido de volta ao uso científico por John Dalton, um professor de Manchester, que criou uma teoria convincente de interação química no início do século XIX. Ele chegou à conclusão de que existem substâncias simples na natureza, que ele chamou de "elementos", e cada uma é composta de átomos que são característicos apenas dele. Dalton também introduziu o conceito de peso atômico, o que permitiu que os elementos fossem ordenados dentro da famosa Tabela Periódica, proposta por Dmitry Mendeleev em março de 1869.
O fato de que, além dos átomos, existem algumas outras partículas, os cientistas começaram a adivinhar ao estudar fenômenos elétricos. Em 1891, o físico irlandês George Stoney sugeriu chamar uma partícula carregada hipotética de elétron. Após 6 anos, o inglês Joseph Thomson descobriu que o elétron é muito mais leve que o átomo do elemento mais leve (hidrogênio), de fato, tendo descoberto a primeira das partículas fundamentais.
Em 1911, Ernest Rutherford, com base em dados experimentais, propôs um modelo planetário do átomo, segundo o qual um núcleo denso e carregado positivamente está localizado em seu centro, em torno do qual giram os elétrons carregados negativamente. A partícula subatômica com carga positiva, da qual os núcleos são compostos, foi chamada de próton.
Em breve, outra descoberta surpreendente aguardava os físicos: o número de prótons em um átomo é igual ao número de um elemento na tabela periódica. Então, surgiu a hipótese de que existem algumas outras partículas na composição dos núcleos atômicos. Em 1921, o químico americano William Harkins propôs chamá-los de nêutrons, mas demorou mais 10 anos para consertar e descrever a radiação de nêutrons, cuja descoberta, como sabemos, foi de importância fundamental para o desenvolvimento da energia nuclear.
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Fantasmas do Anti-mundo
No início dos anos 1930, os físicos conheciam quatro partículas fundamentais: fóton, elétron, próton e nêutron. Parecia que eram suficientes para descrever o microcosmo.
A situação mudou drasticamente quando Paul Dirac provou a possibilidade teórica da existência de antielétrons. Se um elétron e um anti-elétron colidirem, a aniquilação ocorrerá com a liberação de um fóton de alta energia. No início, Dirac acreditava que o próton era o anti-elétron, mas seus colegas ridicularizaram sua ideia, porque então todos os átomos do mundo seriam aniquilados instantaneamente. Em setembro de 1931, o cientista sugeriu que deve haver uma partícula especial (mais tarde chamada de pósitron), que nasce do vácuo quando os raios gama duros colidem. Logo ficou claro que os cientistas haviam registrado tal partícula antes, mas não podiam dar uma base razoável para suas manifestações. A descoberta do pósitron sugeriu que o próton e o nêutron devem ter os mesmos análogos.
O físico russo Vladimir Rozhansky foi ainda mais longe, publicando um artigo em 1940 no qual argumentava que alguns corpos do sistema solar (por exemplo, meteoritos, cometas e asteróides) são compostos de antimatéria. O público educado, antes de tudo escritores de ficção científica, adotou a ideia, acreditando na realidade física do antimundo que existe em algum lugar próximo.
O processo de obtenção artificial de antipartículas revelou-se bastante laborioso: para isso foi necessário construir um acelerador especial "Bevatron". Antiprótons e antinêutrons foram detectados nele em meados da década de 1950. Desde então, apesar dos custos crescentes da mão de obra, só foi possível obter quantidades insignificantes de antimatéria, de modo que a busca por seus "depósitos" naturais continua.
A esperança dos defensores da hipótese de Rozhansky é alimentada pela discrepância registrada (por um fator de 100!) Entre a intensidade teoricamente prevista e a real dos fluxos de antiprótons nos raios cósmicos. Essa discrepância pode ser explicada, entre outras coisas, com a ajuda da suposição de que em algum lugar fora de nossa Galáxia (ou mesmo da Metagaláxia) realmente existe uma vasta região constituída de antimatéria.
Partícula evasiva
Em 1900, os físicos estabeleceram que os raios beta produzidos pelo decaimento radioativo são na verdade elétrons.
No decorrer de outras observações, descobriu-se que a energia dos elétrons emitidos era diferente, o que claramente violava a lei de conservação de energia. Nenhum truque teórico e prático ajudou a explicar o que estava acontecendo, e em 1930 Niels Bohr, o patriarca da física quântica, pediu o abandono dessa lei em relação ao micromundo.
O suíço Wolfgang Pauli encontrou uma saída: sugeriu que durante a decadência dos núcleos atômicos, outra partícula subatômica seja liberada, que ele chamou de nêutron e que não pode ser detectada pelos instrumentos disponíveis. Como foi nessa época que o nêutron previamente predito foi finalmente descoberto, decidiu-se chamar a hipotética partícula de Pauli de neutrino (mais tarde descobriu-se que durante o decaimento beta, não nasce um neutrino, mas um antineutrino).
Embora a ideia dos neutrinos tenha sido inicialmente recebida com ceticismo, com o tempo ela tomou conta das mentes. Ao mesmo tempo, surgiu um novo problema: a partícula é tão pequena e tem uma massa tão insignificante que é praticamente impossível fixá-la, mesmo passando pelas substâncias mais densas. Mas os pesquisadores não desistiram: quando surgiram os reatores nucleares, eles conseguiram ser usados como geradores de um poderoso fluxo de neutrinos, o que levou à sua descoberta em 1956.
Partículas "fantasmas" aprenderam a se registrar e até construíram um enorme observatório de neutrinos "Ice Cube" na Antártica, mas elas mesmas permanecem um mistério. Por exemplo, existe a hipótese de que os antineutrinos interagem com a matéria como um neutrino comum. Se a hipótese for confirmada por experimento, ficará claro porque, durante a formação do Universo, surgiu uma assimetria global e a matéria hoje é muito maior que a antimatéria.
Os cientistas associam com o estudo posterior dos neutrinos a obtenção de respostas sobre a possibilidade de movimento com velocidade superluminal, sobre a natureza da "matéria escura", sobre as condições do Universo primitivo. Mas, talvez o mais importante, a presença recentemente comprovada de massa em neutrinos destrói o Modelo Padrão, invadindo os fundamentos da física moderna.
Fora do modelo padrão
O estudo dos raios cósmicos e a construção de poderosos aceleradores contribuíram para a descoberta de dezenas de partículas até então desconhecidas, para as quais uma classificação adicional teve que ser introduzida. Por exemplo, hoje todas as partículas subatômicas que não podem ser divididas em suas partes componentes são chamadas de elementares, e apenas aquelas que são consideradas sem estrutura interna (elétrons, neutrinos, etc.) são chamadas de fundamentais.
No início dos anos 1960, o Modelo Padrão começou a tomar forma - uma teoria que leva em consideração todas as partículas conhecidas e interações de força, exceto a gravidade. A versão atual descreve 61 partículas elementares, incluindo o lendário bóson de Higgs. O sucesso do Modelo Padrão é que ele prevê as propriedades das partículas que ainda não foram descobertas, tornando mais fácil encontrá-las. E ainda há motivos para falar, se não em revisão, pelo menos em expandir o modelo. É exatamente isso que estão fazendo os partidários da Nova Física, que é chamada a resolver os problemas teóricos acumulados.
Ir além do Modelo Padrão será acompanhado pela descoberta de novas partículas elementares, que ainda são hipotéticas. Talvez os cientistas descubram tachyons (movendo-se em velocidade superluminal), grávitons (carregando interação gravitacional) e vimps (constituindo matéria "escura"). Mas é igualmente provável que tropecem em algo ainda mais fantástico. No entanto, mesmo assim, não haverá garantia de que conhecemos o microcosmo como um todo.
Anton Pervushin
