Inakala ng mga sinaunang tao na tayo ay binubuo ng apat na 'elemento' – tubig, lupa, apoy at hangin; na alam na natin ngayon ay hindi mga elemento. Sa kasalukuyan, may mga 118 elemento. Ang lahat ng mga elemento ay binubuo ng mga atomo na dating naisip na hindi mahahati. Sa unang bahagi ng ikadalawampu siglo kasunod ng mga pagtuklas nina JJ Thompson at Rutherford, ang mga atomo ay kilala na binubuo ng nuclei (ginawa ng mga proton at neutron) sa gitna at mga electron orbiting sa paligid. Noong 1970s, napag-alaman na ang mga proton at neutron ay hindi rin fundamental ngunit binubuo ng 'up quark' at 'down quark' kaya't ginagawa ang 'electrons', 'up quark' at 'down quark' na tatlong pinakapangunahing bahagi ng lahat. nasa sansinukob. Sa mga pathbreaking development sa quantum physics, nalaman namin na ang mga particle ay talagang derivatives, ang mga bundle o packet ng enerhiya sa mga field na nagpapahiwatig ng mga particle ay hindi pangunahing. Ano ang pangunahing ay larangan na pinagbabatayan ng mga ito. Masasabi na natin ngayon na ang mga quantum field ay ang pangunahing mga bloke ng gusali ng lahat ng bagay sa sansinukob (kabilang ang mga advanced na biological system tulad namin). Lahat tayo ay binubuo ng mga quantum field. Ang mga katangian ng mga particle tulad ng electric charge at mass, ay mga pahayag tungkol sa kung paano nakikipag-ugnayan ang kanilang mga field sa ibang mga field. Halimbawa, ang property na tinatawag nating electric charge ng isang electron ay isang pahayag tungkol sa kung paano nakikipag-ugnayan ang electron field sa electromagnetic field. At. ang pag-aari ng masa nito ay ang pahayag tungkol sa kung paano ito nakikipag-ugnayan sa field ng Higgs.
Mula noong sinaunang panahon, ang mga tao ay nagtataka kung ano tayo ay binubuo? Ano ang sansinukob binubuo ng? Ano ang mga pangunahing bloke ng gusali ng kalikasan? At, ano ang mga pangunahing batas ng kalikasan na namamahala sa lahat ng bagay sa sansinukob? Pamantayang modelo ng agham ang teorya na sumasagot sa mga tanong na ito. Sinasabing ito ang matagumpay na teorya ng agham na binuo sa nakalipas na mga siglo, isang solong teorya na nagpapaliwanag sa karamihan ng mga bagay sa sansinukob.
Maagang alam ng mga tao na tayo ay binubuo ng mga elemento. Ang bawat elemento, sa turn, ay binubuo ng mga atomo. Sa una, naisip na ang mga atomo ay hindi mahahati. Gayunpaman, noong 1897 natuklasan ni JJ Thompson ang mga electron gamit ang electric discharge sa pamamagitan ng cathode ray tube. Di-nagtagal, noong 1908, pinatunayan ng kanyang kahalili na si Rutherford sa pamamagitan ng kanyang tanyag na eksperimento sa gold foil na ang isang atom ay may maliit na nucleus na may positibong charge sa gitna kung saan ang mga electron na may negatibong charge ay umiikot sa mga orbit. Kasunod nito, natagpuan na ang nuclei ay binubuo ng mga proton at neutron.
Noong 1970s, natuklasan na ang mga neutron at proton ay hindi mahahati samakatuwid ay hindi pangunahing, ngunit ang bawat proton at neutron ay binubuo ng tatlong mas maliliit na particle na tinatawag na quark na may dalawang uri - "up quarks'' at "down quarks'' (" up quark" at "down quark" ay magkaibang quark lamang Ang mga terminong 'pataas' at 'pababa' ay hindi nagpapahiwatig ng anumang kaugnayan sa direksyon o oras). Ang mga proton ay binubuo ng dalawang "up quark'' at isang "down quark'' habang ang isang neutron ay binubuo ng dalawang "down quark'' at isang "up quark''. Kaya, ang "electrons", "up quarks" at "down quarks" ay tatlong pinakapangunahing particle na bumubuo ng lahat ng bagay sa sansinukob. Gayunpaman, sa mga pagsulong sa agham, ang pag-unawang ito ay nakakita rin ng mga pagbabago. Ang mga patlang ay natagpuan na pangunahing at hindi mga particle.
Ang mga particle ay hindi pangunahing. Ano ang pangunahing ay ang larangan na pinagbabatayan ng mga ito. Lahat tayo ay binubuo ng mga quantum field.
Ayon sa kasalukuyang pag-unawa sa agham, lahat ng bagay sa sansinukob ay binubuo ng invisible abstract entity na tinatawag na 'fields' na kumakatawan sa mga pangunahing gusali ng kalikasan. Ang isang patlang ay isang bagay na nakakalat sa kabuuan sansinukob at tumatagal ng isang partikular na halaga sa bawat punto sa espasyo na maaaring magbago sa paglipas ng panahon. Ito ay tulad ng mga ripples ng likido na sways sa buong sansinukob, halimbawa, ang mga magnetic at electrical field ay nakakalat sa buong sansinukob. Bagaman hindi natin nakikita ang mga electric o magnetic field, ang mga ito ay totoo at pisikal bilang ebidensya ng puwersa na nararamdaman natin kapag ang dalawang magnet ay inilapit. Ayon sa quantum mechanics, ang mga patlang ay naisip na tuluy-tuloy na hindi katulad ng enerhiya na palaging naka-parcel up sa ilang mga discrete lumps.
Ang quantum field theory ay ang ideya ng pagsasama-sama ng quantum mechanics sa mga field. Ayon dito, ang electron fluid (viz. ripples ng waves ng fluid na ito) ay nakatali sa maliliit na bundle ng enerhiya. Ang mga bundle ng enerhiya na ito ay tinatawag nating mga electron. Kaya, ang mga electron ay hindi pangunahing. Sila ang mga alon ng parehong pinagbabatayan na larangan. Katulad nito, ang mga ripples ng dalawang quark field ay nagbubunga ng "up quarks" at "down quarks". At ang parehong ay totoo sa bawat iba pang mga particle sa sansinukob. Ang mga patlang ay sumasailalim sa lahat. Ang iniisip natin bilang mga particle ay talagang mga alon ng mga patlang na nakatali sa maliliit na bundle ng enerhiya. Ang pangunahing pangunahing mga bloke ng gusali ng ating sansinukob ito ba ay mga likidong bagay na tinatawag nating field. Ang mga particle ay derivatives lamang ng mga field na ito. Sa purong vacuum, kapag ang mga particle ay ganap na tinanggal, ang mga patlang ay umiiral pa rin.
Tatlong pinakapangunahing larangan ng quantum sa kalikasan ay ang "electron", "up quark", at "down quark". Mayroong pang-apat na tinatawag na neutrino, gayunpaman, hindi sila ang bumubuo sa atin ngunit may mahalagang papel sa ibang lugar sa sansinukob. Ang mga neutrino ay nasa lahat ng dako, dumadaloy sila sa lahat ng bagay kahit saan nang hindi nakikipag-ugnayan.
https://www.scientificeuropean.co.uk/sciences/space/the-fast-radio-burst-frb-20220610a-originated-from-a-novel-source/Mga patlang ng bagay: Ang apat na pangunahing mga patlang ng quantum at ang mga nauugnay na particle nito (hal., “electron”, “up quark”, “down quark” at “neutrino”) ay bumubuo sa bedrock ng sansinukob. Para sa hindi kilalang mga kadahilanan, ang apat na pangunahing mga particle na ito ay nagpaparami ng kanilang mga sarili nang dalawang beses. Ang mga electron ay nagpaparami ng "muon" at "tau" (na 200 beses at 3000 beses na mas mabigat kaysa sa mga electron ayon sa pagkakabanggit); ang mga quark ay nagbubunga ng "kakaibang quark" at "bottom quark"; ang mga down quark ay nagbubunga ng "charm quark" at "top quark"; habang ang neutrino ay nagbibigay ng "muon neutrino" at "tau neutrino".
Kaya, mayroong 12 mga patlang na nagbibigay ng mga particle, tinatawag namin sila mga larangan ng bagay.
Nasa ibaba ang listahan ng 12 matter field na bumubuo ng 12 particle sa sansinukob.
Force field: Ang 12 matter field ay nakikipag-ugnayan sa isa't isa sa pamamagitan ng apat na magkakaibang pwersa - grabidad, electromagnetism, malakas na pwersang nuklear (gumana lamang sa maliit na sukat ng nucleus, hawakan ang mga quark sa loob ng mga proton at neutron) at mahinang pwersang nuklear (gumana lamang sa maliit na sukat ng nucleus, na responsable para sa radioactive decay at nagpasimula ng nuclear fusion). Ang bawat isa sa mga pwersang ito ay nauugnay sa isang patlang - ang electromagnetic na puwersa ay nauugnay sa gluon field, ang mga patlang na nauugnay sa malakas at mahinang puwersang nuklear ay W at Z boson field at ang field na nauugnay sa gravity ay space-time mismo.
Nasa ibaba ang listahan ng apat na force field na nauugnay sa apat na pwersa.
| electromagnetic na puwersa | gluon field |
| Malakas at mahinang pwersang nuklear | w & z boson field |
| grabidad | space time |
Ang sansinukob ay puno ng 16 na field na ito (12 matter field kasama ang 4 na field na nauugnay sa apat na pwersa). Ang mga larangang ito ay nakikipag-ugnayan nang magkakasuwato. Halimbawa, kapag ang electron field (isa sa mga matter field), ay nagsimulang kumaway pataas at pababa (dahil mayroong isang electron doon), na nagsisimula sa isa sa iba pang mga field, sabihin ang electro-magnetic field na, naman, ay din oscillate at ripple. Magkakaroon ng liwanag na ibinubuga upang mag-oscillate ng kaunti. Sa ilang mga punto, ito ay magsisimulang makipag-ugnayan sa quark field, na siya namang, ay mag-a-oscillate at ripple. Ang pangwakas na larawan na natapos natin, ay ang maayos na sayaw sa pagitan ng lahat ng mga patlang na ito, na magkakaugnay sa isa't isa.
Higgs field
Noong 1960s, isa pang larangan ang hinulaan ni Peter Higgs. Sa pamamagitan ng 1970s, ito ay naging mahalagang bahagi ng aming pag-unawa tungkol sa sansinukob. Ngunit walang pang-eksperimentong ebidensya (ibig sabihin, kung gagawin natin ang Higgs field ripple, dapat nating makita ang nauugnay na particle) hanggang 2012 nang iniulat ng mga mananaliksik ng CERN sa LHC ang pagtuklas nito. Ang particle ay kumilos nang eksakto sa paraang hinulaang ng modelo. Ang particle ng Higgs ay may napakaikling buhay, mga 10-22 segundo.
Ito ang huling building block ng sansinukob. Ang pagtuklas na ito ay mahalaga dahil ang larangang ito ay responsable para sa tinatawag nating masa sa sansinukob.
Ang mga katangian ng mga particle (tulad ng electric charge at mass) ay mga pahayag tungkol sa kung paano nakikipag-ugnayan ang kanilang mga field sa ibang mga field.
Ito ay ang interaksyon ng mga patlang na naroroon sa sansinukob na nagdudulot ng mga katangian tulad ng masa, singil atbp. ng iba't ibang particle na nararanasan natin. Halimbawa, ang property na tinatawag nating electric charge ng isang electron ay isang pahayag tungkol sa kung paano nakikipag-ugnayan ang electron field sa electromagnetic field. Katulad nito, ang pag-aari ng masa nito ay ang pahayag tungkol sa kung paano ito nakikipag-ugnayan sa field ng Higgs.
Ang pag-unawa sa larangan ng Higgs ay talagang kailangan upang maunawaan natin ang kahulugan ng masa sa sansinukob. Ang pagtuklas sa larangan ni Higgs ay kumpirmasyon din ng Standard Model na nasa lugar mula noong 1970s.
Ang mga quantum field at particle physics ay mga dinamikong larangan ng pag-aaral. Mula nang matuklasan ang larangan ni Higgs, maraming mga pag-unlad ang naganap na may kaugnayan sa Standard na modelo. Ang paghahanap para sa mga sagot para sa mga limitasyon ng Standard na modelo ay nagpapatuloy.
***
Pinagmumulan:
The Royal Institution 2017. Quantum Fields: The Real Building Blocks of the Universe – kasama si David Tong. Available online sa https://www.youtube.com/watch?v=zNVQfWC_evg
***
