Tu și fizica particulelor

Aceasta este o traducere a unui articol din publicația Symmetry, editată de Fermi National Accelerator Laboratory și SLAC National Accelerator Laboratory. Articolul original, în limba engleză, poate fi accesat aici

Cu toții suntem formați din particule elementare. Mai mult, noi producem particule în mod constant și suntem bombardați cu ele în fiecare secundă a vieții.

În urmă cu 14 miliarde de ani, când bula densă și fierbinte care era Universul nostru și-a început expansiunea explozivă, toată materia și antimateria care exista ar fi trebuit să se anihileze reciproc, lăsând în urmă doar energie. Totuși, o mică parte din materie a supraviețuit și astfel ne găsim astăzi într-o lume a particulelor. Și nu orice particule, ci unele a căror masă și sarcină sunt destul de precise pentru a permite existența vieții!

Iată câteva informații legate de fizica particulelor elementare care vă vor pune electronii în mișcare!

Particulele care ne formează

Circa 99% din corpul uman este compus din atomi de hidrogen, carbon, azot și oxigen. Fiecare dintre noi conține, de asemenea, cantități minuscule din alte elemente esențiale vieții.

The particles we’re made of
Artwork by Sandbox Studio, Chicago with Ana Kova

Toate celulele corpului sunt reînnoite la fiecare 7-15 ani, însă particulele care formează aceste celule există deja de câteva miliarde de ani. Atomii tăi de hidrogen au fost creați încă la Big Bang, în timp ce oxigenul, carbonul și azotul s-au format în miezul unor stele. Elementele mai grele sunt rezultatul unor explozii ale unor stele la sfârșitul vieții.

Dimensiunea unui atom este dată de poziția medie a electronilor săi. Nucleul este cam de 100.000 de ori mai mic decât atomul în centrul căruia se găsește. Astfel, dacă un nucleu ar avea dimensiunile unei alune, atomul ar fi cât un stadion de fotbal. Dacă am putea elimina tot spațiul din interiorul atomilor, întreaga omenire ar încăpea în volumul unui cub de zahăr!

După cum vă imaginați, aceste particule răsfirate constituie numai o parte infimă din masa corpului uman. Protonii și neutronii din fiecare nucleu sunt formați fiecare din câte trei quarci. Masa quarcilor, care provine din interacțiunea lor cu câmpul Higgs, reprezintă doar câteva procente din masa protonului sau a neutronului. Gluonii, care conduc forța nucleară tare și țin quarcii împreună, nu au masă deloc.

Dar dacă masa unui om nu este dată de aceste particule, de unde vine ea?

Din energie! Oamenii de știință sunt de acord că aproape toată masa corpului uman provine din energia cinetică a quarcilor și din energia de legătură a gluonilor.

Particulele pe care le creăm

Corpul tău este o mină de particule radioactive. Primești anual o doză de 40 de miliremi de radioactivitate naturală de la propriul tău organism. Aceasta este echivalentul a 4 radiografii toracice! Nivelul radiației primite crește cu 1-2 miliremi în fiecare noapte petrecută alături de jumătatea ta, la fel de radioactivă!

Emitem radiații datorită mâncării și a băuturilor pe care le consumăm. Până și aerul pe care îl respirăm conține radionuclizi ca potasiu-40 sau carbon-14. Aceștia sunt încorporați în molecule și, după un timp, se dezintegrează producând radioactivitate.  

The particles we make
Artwork by Sandbox Studio, Chicago with Ana Kova

Când un atom de potasiu-40 se dezintegrează, el emite un pozitron, echivalentul antimaterial al electronului, așa că fiecare om conține și o cantitate de antimaterie. Un individ produce mai mult de 4.000 de pozitroni zilnic, circa 180 în fiecare oră. Dar ei nu supraviețuiesc mult timp fiindcă, imediat ce întâlnesc un electron, se anihilează reciproc producând raze gamma.

Particulele pe care le întâlnim

Radioactivitatea pe care o producem fiecare este doar o parte din cea cu care intrăm în contact natural (și benign) în fiecare zi. Un european primește, în medie, echivalentul a 620 de milirem anual. Mâncarea pe care o consumăm, casa în care trăim, solul pe care pășim ne expun fiecare la doze mici de radiație. O alună sau sala de așteptare a unui dentist ridică nivelul de radiație primită cu câțiva milirem. Fumatul poate să-l aducă până la 16.000 de milirem!

Razele cosmice, radiații cu energie înaltă provenind din spațiu, pătrund constant în atmosferă. Acolo intră în coliziune cu nuclee, producând mezoni, din care majoritatea se dezintegrează în particule precum muonii și neutrino. Acestea lovesc Pământul și trec prin fiecare dintre noi cu o rată de aproximativ 10 pe secundă, adăugând 27 de milirem la doza anuală de radiații la care suntem supuși. Aceste raze pot influența materialul genetic, ducând la mutații subtile care se pare că au jucat un rol în evoluție.

The particles we meet
Artwork by Sandbox Studio, Chicago with Ana Kova

Pe lângă fotonii cu care ne bombardează și care ne permit să vedem lumea din jurul nostru, Soarele emite în permanență o cantitate imensă de particule numite neutrino. Ele sunt vizitatori constanți ai corpului tău, 100 de trilioane trecând prin tine în fiecare secundă. În afara soarelui, neutrino sunt emiși și de alte surse, cum ar fi reacțiile nucleare din alte stele sau de pe Pământ.

Mulți neutrino s-au născut în primele secunde ale Universului, mult înainte de apariția atomilor. Însă ei interacționează foarte puțin cu materia astfel că trec neafectați prin noi, fără a lăsa nici o urmă.

Foarte probabil suntem expuși și unei băi permanente de materie neagră. Materia neagră nu emite, nu reflectă și nu reflectă lumina, fiind astfel foarte greu de detectat. Oamenii de știință apreciază însă că ea reprezintă circa 80% din materia din Univers. Calculele arată că sute de mii de particule de materie neagră trec prin fiecare dintre noi în fiecare secundă, una dintre ele interacționând cu atomii corpului cam o dată pe minut. Materia neagră nu pare să interacționeze semnificativ cu materia din care suntem constituiți astfel că e puțin probabil ca ea să aibă vreun efect notabil asupra noastră.

Data viitoare când te întrebi ce legătură ai cu fizica particulelor, uită-te în oglindă!

Leave a Reply

Your email address will not be published. Required fields are marked *

thirteen + eighteen =