04 март 2021
Категории
  •  Космос
  •  Физика
  •  Науки за земята
  •  Биология
  •  Медицина
  •  Математика
  •  Научни дискусии
  •  Разни
FACEBOOK

Гравитацията може да изиграе малка, но важна роля в микромащаба на елементарните частици

| ПОСЛЕДНА ПРОМЯНА 22 февруари 2021 в 10:00 17880
Гравитацията сякаш ограничава влиянието си до явления в огромните мащаби на планетите и галактиките. Звездният център на Млечния път. Кредит: NASA

Гравитацията, поне в сравнение със силата на електромагнетизма и ядрените сили, изглежда слаба на микрониво и сякаш ограничава влиянието си до явления в огромните мащаби на планетите и галактиките.

Поради тази причина, заедно с предизвикателството да се съчетае Общата теория на относителността с квантовата физика, физиците са склонни да махат с ръка ролята на гравитацията при образуването на частици, като я заменят с доста произволна корекция.

Двама физици от Института за гравитация и космология към Руския университет за приятелство на народите (RUDN University) сега преосмислят мястото на гравитацията сред градивните елементи на природата, търсейки решения на уравнения, които биха дали на тази малка сила по-голяма роля в обяснението как могат да се появят елементарните частици.

На пръв поглед изглежда като ненужно търсене. За една типична елементарна частица, като електрона, нейното електромагнитно привличане е 1040 пъти по-мощно от гравитационната й сила.

Включването на ефектите на гравитацията при описване на движенията на електрона около ядрото на атома би било сравнимо с въздействието на комар при автомобилна катастрофа.

Изследователите Ахмед Алхарти (Ahmed Alharthy) и Владимир В. Касандров смятат, че комарът може да е по-важен, отколкото се мисли, поне на умопомрачително малкото ниво на скалата на Планк .

„Гравитацията потенциално може да играе важна роля в микросвета и това предположение се потвърждава от определени данни“, отбелязва Касандров.

Таблица на фундаменталните взаимодействия

Фундаментални взаимодействия и сегашни теории за тяхКалибро-въчни БозониЧастици, участващи във взаимодействието (примери)Време (s)Радиус (обхват) (м)Относи-телна сила
фундаменталните взаимодействия Квантова хромодинамика (QCD)фундаменталните взаимодействия Кварки (адрони) фундаменталните взаимодействия 10-23 10-15 1038
фундаменталните взаимодействия Квантова електродинамика (QED)фундаменталните взаимодействия Заредените частици фундаменталните взаимодействия 10-23 ÷1016 1036
фундаменталните взаимодействияТеория на електрослабите взаимодействияфундаменталните взаимодействия Всички частицифундаменталните взаимодействия 10-12 10-18 1025
фундаменталните взаимодействияОбща теория на относителността (ОТО)фундаменталните взаимодействия Всички частицифундаменталните взаимодействия 1

Гравитонът е хипотетична елементарна частица, която не е включена в Стандартния модел, но ако съществува, би трябвало да бъде калибровъчна.

Илюстрациите са от: ETH Zurich, Institute for Particle Physics, превод Наука ОFFNews

Установените решения на уравненията на фундаменталната теория на полето в изкривеното пространство-време изглежда оставят място за малко, но ненулево влияние на гравитацията, когато се приближим повече. С намаляването на разстоянията привличането на гравитацията в крайна сметка става сравнимо с  привличането на зарядите.

Съществуват и модели, описващи единични вълни в квантови полета, в които малкият ефект на гравитацията би могъл да засили вълната.

Квантовата теория на полето

Частиците са вълни в своето поле, а взаимодействието между частиците е въщност прехвърляне на енергия от едно поле в друго.

Илюстрация: coffeeshop physics, преведе и преработи: bgchaos

Двамата физици се връща към полукласическите модели на уравненията на електромагнитното поле, заменяйки с размах обикновено използваната корекцията и прилагайки правила, които им позволяват да променят някои величини, като същевременно осигурявайки константността на други.

Преравяйки известните стойности на заряда и масата на някои елементарни частици, екипът пристъпва към търсене на решения, които имат смисъл.

В по-голямата си част няма ясни ситуации, в които гравитацията да изглежда необходима, поне за известните частици.

Но откриват сценарии при разстояния до около 10 -33 метра за заредени частици с маса 10-5 грама, където се появяват решения.

Теоретиците не са сигурни дали техните отговори описват нещо, което бихме могли да открием във Вселената, въпреки че те определят някои граници на спектъра, който съответства на хипотетични полуквантови частици, наречени максимони. Максимоните са силно хипотетична частица, масата на която е равна на масата на Планк - вероятно максимално възможната маса в масовия спектър на елементарните частици. Предположението за съществуването на тази частица е направено през 1966 г. от академик Мойсей Марков.

Докато електрическият заряд изчезва в нищото в най-малкия мащаб, масите нарастват до звездна величина, става ясно, че гравитацията се превръща в ключов фактор за появата на някои обекти от квантовия свят.

Това може да звучи като полет на фантазията, но такива неутрални материални вълни са нещата, които изграждат хипотетични обекти, известни като бозонни звезди (за разлика от обикновените звезди, състоящи се от фермиони).

Засега ролята на гравитацията ще продължи да бъде смалена до незабележим статист във физиката на частиците, нейната мъничка сила и математическа сложност не помага за нейното решение.

Един ден вероятно ще се наложи да дадем на най-слабата от четирите основни сили дължимото в най-малките мащаби на Вселената.

„В бъдеще бихме искали да хвърлим светлина върху този проблем, който е интригуващ за физиците, но изключително сложен от гледна точка на математиката“, коментира Касандров.

Справка: On a Crucial Role of Gravity in the Formation of Elementary Particles
Ahmed Alharthy and Vladimir V. Kassandrov
Universe 2020, 6(11), 193; https://doi.org/10.3390/universe6110193

Източник: Gravity May Play a Tiny But Important Role in The Microworld of Particle Physics, ScienceAlert


Препоръчани материали

Няма коментари към тази новина !

 
Още от : Новини
Всички текстове и изображения публикувани в OffNews.bg са собственост на "Офф Медия" АД и са под закрила на "Закона за авторското право и сродните им права". Използването и публикуването на част или цялото съдържание на сайта без разрешение на "Офф Медия" АД е забранено.