ΦΥΣΙΚΗ Στοιχειώδη σωματίδια Από τι αποτελείται η ορατή ύλη Υπερσυμμετρικά σωματίδια

ΣΤΟΙΧΕΙΩΔΗ ΣΩΜΑΤΙΔΙΑ Η πρώτη γενιά των στοιχειωδών σωματιδίων: Μ' αυτά τα στοιχεία μπορούμε τώρα να περιγράψουμε όλη τη φύση, εμάς τους ίδιους, το σύμπαν ολόκληρο. Πράγματι, η σημερινή επιστήμη της δομής της ύλης, η ΦΥΣΙΚΗ ΤΩΝ ΣΤΟΙΧΕΙΩΔΩΝ ΣΩΜΑΤΙΔΙΩΝ, χρειάζεται μόνο 4 βασικούς δομικούς λίθους για να χτίσει τον σημερινό κόσμο. το άνω και το κάτω κουάρκ, το ηλεκτρόνιο και επιπλέον ένα πολύ παράξενο σωματίδιο, το νετρίνο. Αυτό το τελευταίο είχε προβλεφθεί από τον Πάολι (Wolfgang Pauli) από το 1930, αλλά μόνο το 1956 αποδείχθηκε και πειραματικά η ύπαρξή του.

ΣΤΟΙΧΕΙΩΔΗ ΣΩΜΑΤΙΔΙΑ Το νετρίνο, είναι ένα ουδέτερο ηλεκτρικά σωματίδιο με εκπληκτικά μικρή μάζα (στη πραγματικότητα η μάζα του είναι μικρότερη από το σφάλμα που κάνουν οι πειραματικές συσκευές και θεωρητικά το αντιμετωπίζουμε σαν να μην έχει μάζα). Το νετρίνο εμφανίζεται σαν προϊόν της διάσπασης του νετρονίου. Το ηλεκτρόνιο και το νετρίνο ονομάζονται λεπτόνια (από την λέξη "λεπτός"). ΝΕΤΡΙΝΟ

ΣΤΟΙΧΕΙΩΔΗ ΣΩΜΑΤΙΔΙΑ Η 2η ΚΑΙ 3η ΓΕΝΙΑ ΤΩΝ ΣΤΟΙΧΕΙΩΔΩΝ ΣΩΜΑΤΙΔΙΩΝ Παρόλο που τα τέσσερα αυτά σωματίδια σχηματίζουν την ύλη όλου του (σημερινού) σύμπαντος, στα πειράματα που γίνονται (και, όπως πιστεύουμε, επίσης κατά τα πρώτα δευτερόλεπτα της δημιουργίας του σύμπαντος), εμφανίζονται και άλλα σωματίδια που έχουν όμως εκπληκτικές ομοιότητες με τα τέσσερα που προαναφέραμε και που θα ονομάζουμε σαν 1η γενιά. Πράγματι λοιπόν, εμφανίζονται άλλες 2 γενιές σωματιδίων, η κάθε μια με 2 λεπτόνια και με 2 κουάρκ.

ΣΤΟΙΧΕΙΩΔΗ ΣΩΜΑΤΙΔΙΑ Στη 2η γενιά έχουμε το σωματίδιο μ και το δικό του νετρίνο (διαφορετικό από αυτό της πρώτης γενιάς) για λεπτόνια καθώς και το γοητευτικό (charm) και το παράξενο (strange) κουάρκ με φορτία ακριβώς αντίστοιχα με τα σωματίδια της πρώτης γενιάς. Οι ομοιότητες συνεχίζουν και σε άλλες ιδιότητες εκτός από τη μάζα: η 2η γενιά είναι πιο βαριά από την 1η.

ΣΤΟΙΧΕΙΩΔΗ ΣΩΜΑΤΙΔΙΑ Στη 3η γενιά εμφανίζονται το σωματίδιο τ και το δικό του νετρίνο για λεπτόνια και το υψηλό (top) και το χαμηλό (bottom) κουάρκ (κατ' άλλους κορυφή και πυθμένας). Και πάλι η 3η γενιά εμφανίζεται ακόμα πιο βαριά. Είναι γεγονός ότι η ύπαρξη των 3 γενιών, με πανομοιότυπα χαρακτηριστικά, αποτελεί ένα από τα αναπάντητα ακόμα ερωτήματα της Φυσικής των Στοιχειωδών Σωματιδίων. Πάντως τα πειράματα συνηγορούν στην ύπαρξη 3 και όχι περισσότερων γενιών. ΜΠΟΖΟΝΙΟ HIGGS

ΑΝΤΙΣΩΜΑΤΙΔΙΑ Επομένως θα μπορούσαμε να πούμε ότι συνολικά 12 σωματίδια αποτελούν τους βασικούς δομικούς λίθους του σύμπαντος, από τη γέννησή του μέχρι σήμερα. Όχι ακριβώς! Η σύγχρονη θεωρία που περιγράφει τον μικρόκοσμο, η κβαντομηχανική, προβλέπει (και έχει αποδειχθεί πειραματικά) την ύπαρξη του αντισωματίδιου: σε κάθε σωματίδιο αντιστοιχεί άλλο ένα, με ίδια μάζα και αντίθετο ηλεκτρικό φορτίο. Έτσι ο συνολικός αριθμός των σωματιδίων διπλασιάζεται.

ΟΡΑΤΗ ΥΛΗ Η ύλη αποτελείται από τα πρωτόνια, τα νετρόνια και τα ηλεκτρόνια. Σχηματίζει αστέρια, σκόνη και αέριο. Παρατηρείται με τα τηλεσκόπια.

ΥΠΕΡΣΥΜΜΕΤΡΙΚΑ ΣΩΜΑΤΙΔΙΑ Τα υπερσυμμετρικά σωματίδια είναι ένα υποτιθέμενο πλήρες σετ από σωματίδια, συζυγή αντίστοιχα για καθένα από τα δώδεκα σωματίδια που περιγράφει το καθιερωμένο πρότυπο. Κατά μια υπόθεση, αποτελούν συστατικά της σκοτεινής ύλης, η οποία συνεισφέρει κατά μεγάλο ποσοστό στη συνολική μάζα του σύμπαντος.

ΥΠΕΡΣΥΜΜΕΤΡΙΚΑ ΣΩΜΑΤΙΔΙΑ Τι σχέση έχει η υπερσυμμετρία με τη σκοτεινή ύλη; Αν η θεωρία της υπερσυμμετρίας είναι σωστή, τότε θα έπρεπε να έχουν παραχθεί πολλά υπερσυμμετρικά σωματίδια κατά τη Μεγάλη Έκρηξη. Τα περισσότερα από αυτά θα ήταν ασταθή και θα είχαν διασπαστεί, αλλά τα πιο ελαφρά από τα υπερσυμμετρικά σωματίδια θα ήταν σταθερά.

ΥΠΕΡΣΥΜΜΕΤΡΙΚΑ ΣΩΜΑΤΙΔΙΑ Και είναι αυτά τα πλέον ελαφριά υπερσυμμετρικά σωματίδια που μπορεί να παραμένουν στο Σύμπαν και να είναι συσσωρευμένα σχηματίζοντας μεγάλες σφαίρες σκοτεινής ύλης, οι οποίες πιστεύεται ότι αποτελούν τη «σκαλωσιά» για το σχηματισμό των γαλαξιών και των άστρων σε αυτούς.

ΥΠΕΡΣΥΜΜΕΤΡΙΚΑ ΣΩΜΑΤΙΔΙΑ Όμως, κανένα από αυτά τα υπερσυμμετρικά σωματίδια δεν έχει ανιχνευτεί ακόμη. Αν κάποιο από τα πειράματα στον LHC μπορεί να ανιχνεύσει και να μετρήσει τις ιδιότητες τέτοιων σωματιδίων, αυτό θα σήμαινε μια σημαντική πρόοδο στην κατανόηση του Σύμπαντος.

ΠΗΓΕΣ ΕΥΧΑΡΙΣΤΟΥΜΕ ΠΟΛΥ!  http://www.physics.ntua.gr/POPPHYS/articles/elpart.html http://www.physics4u.gr/articles/cosmoconstant.html http://www.scienceinschool.org/node/1896 ΕΥΧΑΡΙΣΤΟΥΜΕ ΠΟΛΥ!  ΝΥΧΑ ΚΑΤΕΡΙΝΑ, ΖΑΦΕΙΡΟΠΟΥΛΟΥ ΓΕΩΡΓΙΑ, ΜΑΓΓΙΝΑΣ ΓΙΩΡΓΟΣ, ΜΙΧΑΛΑΚΟΣ ΓΙΩΡΓΟΣ, ΝΙΚΟΛΑΡΑΣ ΧΡΗΣΤΟΣ, ΠΙΤΣΙΑΒΑΣ ΛΕΥΤΕΡΗΣ, ΚΟΒΙΟΣ ΝΙΚΟΣ ΓΥΜΝΑΣΙΟ ΔΡΟΣΙΑΣ ΣΧΟΛΙΚΟ ΕΤΟΣ 2015-16 ΤΜΗΜΑ Γ1