Gamle mennesker trodde vi består av fire "elementer" - vann, jord, ild og luft; som vi nå vet ikke er elementer. For tiden er det rundt 118 elementer. Alle grunnstoffene er bygd opp av atomer som en gang ble antatt å være udelelige. Ved begynnelsen av det tjuende århundre etter JJ Thompsons og Rutherfords oppdagelser, var atomer kjent for å være sammensatt av kjerner (laget av protoner og nøytroner) i sentrum og elektroner bane rundt rundt. På 1970-tallet var det kjent at protoner og nøytroner heller ikke er grunnleggende, men består av 'oppkvarker' og 'nedkvarker' og gjør dermed 'elektroner', 'oppkvarker' og 'nedkvarker' til de tre mest grunnleggende bestanddelene av alt. i univers. Med den banebrytende utviklingen innen kvantefysikk lærte vi at partikler faktisk er derivater, buntene eller energipakkene i feltene som antyder partikler er ikke grunnleggende. Det som er grunnleggende er felt som ligger til grunn for dem. Vi kan nå si at kvantefelt er de grunnleggende byggesteinene for alt i univers (inkludert avanserte biologiske systemer som oss). Vi består alle av kvantefelt. Egenskaper til partikler som elektrisk ladning og masse, er utsagn om hvordan feltene deres samhandler med andre felt. For eksempel er egenskapen som vi kaller elektrisk ladning til et elektron et utsagn om hvordan elektronfeltet samhandler med det elektromagnetiske feltet. Og. egenskapen til massen er utsagnet om hvordan den samhandler med Higgs-feltet.
Siden antikken har folk lurt på hva vi består av? Hva er univers består av? Hva er de grunnleggende byggesteinene i naturen? Og hva er de grunnleggende naturlovene som styrer alt i univers? Standard modell vitenskap er teorien som svarer på disse spørsmålene. Dette sies å være den vellykkede vitenskapsteorien som noen gang er bygget i løpet av de siste århundrene, en enkelt teori som forklarer det meste i univers.
Folk visste tidlig at vi består av elementer. Hvert element er i sin tur bygd opp av atomer. Opprinnelig trodde man at atomer er udelelige. Imidlertid oppdaget JJ Thompson i 1897 elektroner ved å bruke elektrisk utladning gjennom katodestrålerør. Like etter, i 1908, beviste hans etterfølger Rutherford gjennom sitt berømte gullfolieeksperiment at et atom har en liten positivt ladet kjerne i midten som negativt ladede elektroner sirkler rundt i. baner. Deretter ble det funnet at kjerner består av protoner og nøytroner.
På 1970-tallet ble det oppdaget at nøytroner og protoner ikke er udelelige og derfor ikke grunnleggende, men hvert proton og nøytron er bygd opp av tre mindre partikler kalt kvarker som er av to typer - "oppkvarker" og "nedkvarker" (" opp kvark" og "ned kvark" er bare forskjellige kvarker. Begrepene "opp" og "ned" antyder ikke noe forhold til retning eller tid. Protoner er bygd opp av to "oppkvarker" og en "nedkvarker" mens et nøytron består av to "nedkvarker" og en "oppkvarker". Dermed er "elektroner", "oppkvarker" og "nedkvarker" tre mest grunnleggende partikler som er byggesteiner for alt i univers. Men med fremskritt innen vitenskapen har også denne forståelsen sett endringer. Felt er funnet å være fundamentale og ikke partikler.
Partikler er ikke grunnleggende. Det grunnleggende er feltet som ligger til grunn for dem. Vi består alle av kvantefelt.
I henhold til gjeldende forståelse av vitenskap, alt i univers består av usynlige abstrakte enheter kalt 'felt' som representerer de grunnleggende byggesteinene i naturen. Et felt er noe som er spredt over univers og tar en bestemt verdi på hvert punkt i rommet som kan endre seg med tiden. Det er som krusninger av væske som svaier gjennom hele univers, for eksempel er magnetiske og elektriske felt spredt over univers. Selv om vi ikke kan se elektriske eller magnetiske felt, er de virkelige og fysiske, noe som fremgår av kraften vi føler når to magneter bringes nærmere. I følge kvantemekanikken antas felt å være kontinuerlige i motsetning til energi som alltid er pakket opp i enkelte diskrete klumper.
Kvantefeltteori er ideen om å kombinere kvantemekanikk til felt. I følge dette blir elektronvæsken (dvs. krusninger av bølgene til denne væsken) bundet til små energibunter. Disse energibuntene er det vi kaller elektroner. Dermed er ikke elektroner grunnleggende. De er bølgene til det samme underliggende feltet. På samme måte gir krusninger av de to kvarkfeltene opphav til "oppkvarker" og "nedkvarker". Og det samme gjelder alle andre partikler i univers. Felter ligger til grunn for alt. Det vi tenker på som partikler er faktisk bølger av feltene bundet opp i små energibunter. De grunnleggende grunnleggende byggesteinene i vår univers er disse væskelignende stoffene som vi kaller felt. Partikler er bare derivater av disse feltene. I rent vakuum, når partikler tas helt ut, eksisterer fortsatt felt.
De tre mest grunnleggende kvantefeltene i naturen er "elektron", "oppkvark" og "nedkvark". Det er en fjerde kalt nøytrino, men de utgjør ikke oss, men spiller en viktig rolle andre steder i univers. Nøytrinoer er overalt, de strømmer gjennom alt overalt uten å samhandle.
https://www.scientificeuropean.co.uk/sciences/space/the-fast-radio-burst-frb-20220610a-originated-from-a-novel-source/Materiefelt: De fire grunnleggende kvantefeltene og deres tilhørende partikler (dvs. "elektron", "oppkvark", "nedkvark" og "nøytrino") danner grunnfjellet til univers. Av ukjente grunner reproduserer disse fire fundamentale partiklene seg selv to ganger. Elektroner reproduserer "myon" og "tau" (som er henholdsvis 200 ganger og 3000 ganger tyngre enn elektroner); opp kvarker gir opphav til "merkelig kvark" og "bunnkvark"; dunkvarker gir opphav til «sjarmkvark» og «toppkvark»; mens nøytrino gir opphav til "myonnøytrino" og "tau nøytrino".
Dermed er det 12 felt som gir opphav til partikler, vi kaller dem materiefelt.
Nedenfor er listen over 12 materiefelt som utgjør 12 partikler i univers.
Kraftfelt: De 12 materiefeltene samhandler med hverandre gjennom fire forskjellige krefter – gravitasjon, elektromagnetisme, sterke kjernefysiske styrker (fungerer bare i liten skala av kjerne, holder kvarker sammen inne i protoner og nøytroner) og svake kjernefysiske styrker (fungerer bare i liten skala av kjerne, ansvarlig for radioaktivt forfall og initierer kjernefysisk fusjon). Hver av disse kreftene er knyttet til et felt - elektromagnetisk kraft er assosiert med gluonfelt, felt assosiert med sterke og svake atomkrefter er W og Z bosonfelt og feltet knyttet til tyngdekraften er romtid selv.
Nedenfor er listen over fire kraftfelt assosiert med fire styrker.
| elektromagnetisk kraft | gluonfelt |
| Sterke og svake atomstyrker | w & z bosonfelt |
| gravitasjon | romtid |
De univers er fylt med disse 16 feltene (12 materiefelt pluss 4 felter tilknyttet fire styrker). Disse feltene samhandler på harmoniske måter. For eksempel, når elektronfeltet (et av materiefeltene) begynner å bølge opp og ned (fordi det er et elektron der), starter det et av de andre feltene, for eksempel elektromagnetisk felt som igjen vil også svinge og kruse. Det vil være lys som sendes ut så det vil svinge litt. På et tidspunkt vil den begynne å samhandle med kvarkfeltet, som igjen vil svinge og kruse. Det endelige bildet vi ender opp med, er den harmoniske dansen mellom alle disse feltene, som henger sammen.
Higgs felt
På 1960-tallet ble ett annet felt spådd av Peter Higgs. På 1970-tallet ble dette en integrert del av vår forståelse av univers. Men det var ingen eksperimentelle bevis (som betyr at hvis vi får Higgs-feltet til å kruse, bør vi se tilhørende partikkel) før 2012 da CERN-forskere ved LHC rapporterte om oppdagelsen. Partikkelen oppførte seg nøyaktig slik modellen forutsagt. Higgs-partikkelen har svært kort levetid, på rundt 10-22 sekunder.
Dette var den siste byggesteinen til univers. Denne oppdagelsen var viktig fordi dette feltet er ansvarlig for det vi kaller masse i univers.
Egenskaper til partikler (som elektrisk ladning og masse) er utsagn om hvordan feltene deres samhandler med andre felt.
Det er samspillet mellom feltene som er tilstede i univers som gir opphav til egenskaper som masse, ladning etc. til forskjellige partikler som vi opplever. For eksempel er egenskapen som vi kaller elektrisk ladning til et elektron et utsagn om hvordan elektronfeltet samhandler med det elektromagnetiske feltet. Tilsvarende er egenskapen til massen utsagnet om hvordan den samhandler med Higgs-feltet.
En forståelse av Higgs-feltet var virkelig nødvendig slik at vi forsto betydningen av masse i univers. Oppdagelsen av Higgs felt var også en bekreftelse på standardmodellen som var på plass siden 1970-tallet.
Kvantefelt og partikkelfysikk er dynamiske studieretninger. Siden oppdagelsen av Higgs-feltet har det skjedd flere utbygginger som har peiling på Standard-modellen. Jakten på svar på begrensningene til Standardmodellen fortsetter.
***
kilder:
The Royal Institution 2017. Quantum Fields: The Real Building Blocks of the Universe – med David Tong. Tilgjengelig online på https://www.youtube.com/watch?v=zNVQfWC_evg
***
