Atomii din care este compusă materia conţin un număr relativ mic de particule: quarci şi electroni. Comportamentul acestora este descris de către aşa-numitul Model Standard al fizicii particulelor elementare. Cât de mici sunt însă aceste particule? Experimentul ZEUS a încercat să măsoare quarcii – reuşind însă să pună doar o limita superioară asupra posibilei lor dimensiuni.
Materia din care suntem alcătuiţi noi şi lumea în care trăim este alcătuită din atomi. Au fost descoperiţi circa 100 de tipuri de atomi diferiţi, care compun practic tot ceea ce ne înconjoară şi organismul nostru. La rândul lor atomii sunt alcătuiţi din electroni care orbitează în jurul unui nucleu ce conţine protoni şi neutroni. Numărul de protoni, egal cu numărul de electroni, caracterizează atomii. Astfel, aromii de hidrogen conţin un singur proton, în timp ce cei de carbon, de exemplu, au în nucleu lor 6 protoni. Protonii şi neutronii sunt la rândul lor alcătuiţi din quarci – un proton conţine doi quarci “up” şi unul “down”, în timp ce un neutron doi quarci “down” şi unul “up”. Vedem deci că atomii la urmă urmei sunt cu toţii alcătuiţi doar din 3 ţiuri de particule diferite: quarci “up” şi “down” şi electroni. Cât de mari sunt aceste particule? La ora actuală sunt considerate elementare, întrucât nu a fost descoperită o structura a acestora. Mai multe experimente au încercat să măsoare dimensiunea quarcilor, efectuând ciocniri de electroni cu protonii, în ideea că dacă quarcii au dimensiuni măsurabile acestea se reflectă asupra modului în care electronii sunt împrăştiaţi în urmă ciocnirilor. Exact acesta metodă a fost folosită de către experimentul ZEUS care a achiziţionat date la acceleratorul HERA (Hadron-Elektron Ring Anlage) la Hamburg în perioada 1992-2007. În toţi aceşti ani colaborarea ZEUS a studiat diverse aspecte ale structurii materiei şi compoziţiei protonilor şi a publicat numeroase articole în reviste ştiinţifice. De curând datele achiziţionate de ZEUS au fost re-analizate pentru a se încerca măsurarea dimensiunii quarcilor. În final ZEUS nu a observat efecte măsurabile care să demonstreze cum că aceste particule considerate la ora actuală elementare ar avea o dimensiune, motiv pentru care a fost posibil doar stabilirea unei limite superioare asupra dimensiunii quarcilor. Aceaste este de 0.43 miliardesimi de miliardesimi de metru! Adică 0.43 x 10-18 m. O dimensiune cu adevărat extrem de mică! Cât de mic este acest număr? Să vedem o comparaţie cu alte dimensiuni din lumea atomică şi subatomică. Limita superioară a dimensiunii quarcilor este de circa 2000 de ori mai mică decât rază protonului, care, la rândul ei, este de aproximativ 60.000 de ori mai mică decât rază atomului de hidrogen. Atomul de hidrogen este de circa 40 de ori mai mic decât rază unei molecule de ADN, care este de un milion de ori mai mică decât un grăunte de nisip! Cu adevărat ameţitor! Putem deci afirmă cum că quarcii nu au dimensiuni şi, împreună cu electronii, sunt particule “punctiforme”? Nu, acest lucru nu este posibil, întrucât dacă am avea instrumente mai puternice – de exemplu acceleratoare cu energii mai mari – poate am descoperi că, la rândul lor, electronii şi quarcii sunt compuşi din alte particule şi mai mici şi au o dimensiune măsurabilă. Acesta este unul dintre obiectivele fizicii moderne – să descopere dacă Modelul Standard al fizicii particulelor elementare este o aproximaţie a unui model care descrie şi mai bine fenomenele care au loc în Univers. Ştim deja că această este realtiatea, întrucât în Univers pe lângă materia compusă din particulele din Modelul Standard există şi materie şi energie întunecate. Rămâne să vedem dacă în viitorul apropiat vom descoperi noi particule care să ne ajute să înţelegem care este mdelul care va înlocui actualul Model Standard.
Articol scris de Cătălina Oana Curceanu, prim cercetător în domeniul fizicii particulelor elementare şi al fizicii nucleare, Laboratori Nazionali di Frascati, Istituto Nazionale di Fisica Nucleare (Roma, Italia) şi colaborator al Scientia.ro
Recomandările noastre
