14 август 2020
Категории
  •  Космос
  •  Физика
  •  Науки за земята
  •  Биология
  •  Медицина
  •  Математика
  •  Научни дискусии
  •  Разни
FACEBOOK

Физиката на частиците в нас

| ПОСЛЕДНА ПРОМЯНА 23 май 2020 в 09:00 57730

Не само, че сме направени от фундаментални частици, ние ги произвеждаме и непрекъснато ни бомбардират от космоса.

Преди четиринадесет милиарда години, когато горещото, плътно зрънце, което е била нашата Вселена, бързо се разширява, цялата съществуваща материя и антиматерия е трябвало взаимно да се унищожи и да не остане нищо друго освен енергия. И все пак, малко количество материя оцелява.

Остава свят, пълен с частици. И не просто някакви частици, а точно такива частици, чиито маси и заряди да позволят човешкия живот. Ето няколко факта за физиката на частиците в нас, които ще развълнуват нашите електрони.

Частиците, от които сме направени


Artwork by Sandbox Studio, Chicago with Ana Kova

Около 99 % от тялото ни се състои от атоми на водород, въглерод, азот и кислород. Ние също така съдържаме и много малки количества от останалите елементи, които са от съществено значение за живота.

Докато повечето клетки в тялото ни се регенерират на всеки 7 до 15 години, много от частиците, които съставят тези клетки, всъщност съществуват в продължение на милиарди години. Водородните атоми в нас са произведени в Големия взрив, а въглеродните, азотните и кислородните атоми са направени в ядрените пещи на звездите. Много тежките елементи в нас са направени в избухналите звезди.

Размерът на един атом се управлява от средното местоположение на неговите електрони. Ядрата са около 100 000 пъти по-малки от атомите, в които се помещават. Ако ядрото е с размерите на фъстъче, атомът ще бъде с размерите на стадион. Ако махнем цялото това празно пространство вътре в нашите атоми, всеки от нас би могъл да се побере в една прашинка, а цялата човешка раса би се вписала в обема на кубче захар.

Както може би се досещате, тези разпръснати частици съставят само малка част от нашата маса. Протоните и неутроните вътре в ядрото на атома са съставени от три кварка. Масата на кварките, която идва от взаимодействието им с полето на Хигс, представлява едва няколко процента от масата на протона или неутрона. Глуоните, носители на силната ядрена сила, която държи тези кварки заедно, са напълно без маса.

Ако нашата маса не идва от масата на тези частици, откъде е тогава? От енергията. Учените смятат, че почти цялата маса на тялото ни идва от кинетичната енергия на кварките и енергията на свързване на глуоните.

Частиците, които правим

Artwork by Sandbox Studio, Chicago with Ana Kova

Нашето тяло е малка мина от радиоактивни частици. Получаваме годишна доза от 40 милирема (0.0004 Sv) естествена радиоактивност, идваща от самите нас. Това е същото количество радиация, на което бихте изложени, че си направим четири рентгенови снимки на гръдния кош. Нивото на нашата радиационна доза може да се повиши с един или два милирема на всеки осем часа, които прекарваме спейки до любимия си подобен на нас радиоактивен човек.

Излъчваме радиация, защото много от храните, които ядем, напитките, които пием и дори въздухът, който дишаме, съдържат радиоактивни изотопи като калий-40 и въглерод-14. Те се включват в нашите молекули и в крайна сметка се разпагат и произвеждат радиация в тялото ни.

Когато калий-40 се разпадне, той освобождава позитрон, антиматериален близнак на електрона, така че ние съдържаме малко количество антиматерия. Средният човек произвежда повече от 4000 позитрона на ден, около 180 на час. Но не минава много време и тези позитрони се срещат с нашите електрони и взаимно се унищожават и отделят радиацията под формата на гама лъчи.

Частиците, които срещаме

Artwork by Sandbox Studio, Chicago with Ana Kova

Радиоактивността, родена в нашето тяло, е само частица от радиацията, с която естествено (и безопасно) влизаме в контакт ежедневно. Средно човек получава доза радиация от около 620 милирема всяка година. Храната, която ядем, къщата, в която живеем, и скалите и почвата, по която вървим, ни излагат на ниски нива на радиоактивност. Само яденето на бразилски орех или отиването на зъболекар може да повиши нивото на радиационната ни доза с няколко милирема. Пушенето на цигари може да я увеличи до 16 000 милирема.

Космическите лъчи, високоенергийното излъчване от космоса, постоянно проникват в нашата атмосфера. Там те се сблъскват с други ядра и произвеждат мезони, много от които се разпадат в частици като мюони и неутрино. Всички те стигат до повърхността на Земята и преминават през нас със скорост около 10 в секунда. Те добавят около 27 милирема към годишната ни доза радиация. Тези космически частици понякога могат да нарушат нашата генетика, причинявайки фини мутации и могат да бъдат важен фактор за еволюцията.

Освен че ни бомбардира с фотони, които диктуват начина, по който виждаме света около нас, нашето слънце освобождава и частици, наречени неутрино. Неутриното са постоянни посетители в нашето тяло, близо 100 трилиона от тези частици преминават през нас всяка секунда. Освен от Слънцето, ни пронизва неутрино и от други източници, включително ядрени реакции в други звезди и на нашата собствена планета.

Много неутрино са наоколо от първите секунди на ранната Вселена, по-стари дори от нашите атоми. Но тези частици толкова слабо взаимодействат с останалата материя, че преминават през нас, без да оставят следи от посещението си.

Вероятно сме обливани непрекъснато от частици тъмна материя. Тъмната материя не излъчва, не отразява и не поглъща светлина, което я прави трудно откриваема, но учените смятат, че тя съставлява около 80 процента от материята във Вселената.

Имайки предвид плътността на тъмната материя във Вселената, учените изчисляват, че стотици хиляди от тези частици вероятно преминават през нас всяка секунда и се сблъскват с нашите атоми около веднъж в минута. Но тъмната материя не взаимодейства много силно с материята, от която сме изградени, така че е малко вероятно да окажат забележими ефекти върху тялото ни.

Следващия път, когато се чудите какво е приложението на физиката на елементарните частици в живота ви, просто погледнете към себе си.

Източник:

The particle physics of you, Symmetry magazine


Препоръчани материали

Няма коментари към тази новина !

 
Още от : Физика
Отговорът не е 42, а 1/137
10 ноември 2019 в 10:20
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.