Modelul StandardAm prezentat diverse aspecte ale Modelului Standard şi am examinat cu atenţie lumea particulelor subatomice. Toată această teorie ştiinţifică poate că seamănă a magie, însă este important să înţelegem faptul că fizicienii nu născocesc pur şi simplu toate aceste lucruri.

 

 

 

Mistere încă neelucidate (5)

 

Ei îşi testează ipotezele şi creează teorii noi pe baza rezultatelor experimentelor lor. 

Cum se testează o teorie?

teorie si realitate
Teoria trebuie să reflecte realitatea. Datele trebuie comparate cu modelul teoretic.

 

Pentru a testa teorii, fizicienii construiesc experimente şi folosesc ceea ce deja cunosc pentru a explora necunoscutul. Aceste experimente pot fi simple, dar pot fi, de asemenea, uriaşe şi complicate.

Modelul Standard a luat naştere după mii de ani de cercetare ştiinţifică, dar cele mai multe dintre experimentele care au dat naştere actualei noastre concepţii despre fizica particulelor au apărut relativ recent. Povestea despre cum fizicienii experimentează pentru a testa idei şi a crea teoriile fizicii moderne a particulelor este una care începe cu mai puţin de o sută de ani în urmă...

 

Cum s-a descoperit structura atomului

În 1909, teoria predominată despre structura atomilor era aceea că atomii erau nişte mingiuţe moi, semi-permeabile, cu câteva bucăţele de sarcină electrică împrăştiate înlăuntrul lor. Acestă teorie explica suficient de bine majoritatea experimentelor din lumea fizică.

Cu toate acestea, fizica nu este doar interesată de cum pare să funcţionează lumea, ci şi de cum funcţionează efectiv. Şi astfel, în 1909, un om pe nume Ernest Rutherford a pregătit un proiect pentru a testa validitatea teoriei predominante. Astfel, el a stabilit o cale prin care, pentru prima oară, fizicienii au putut "privi" în lumea minusculă a particulelor pe care nu le puteau vedea cu microscoapele.

experiment Rutherford

În experimentul lui Rutherford, o sursă radioactivă emite un flux de particule alfa spre o suprafaţă alcătuită dintr-o foiţă de aur foarte subţire care stătea în faţa unui paravan. Particulele alfa produc mici licăriri de lumină acolo unde lovesc paravanul. Se aştepta ca particulele alfa  să treacă prin foiţa de aur foarte subţire şi să-şi lase urmele într-o mică jerbă de pe paravan, adică să fie localizate aproape toate în acelaşi loc.

 

Rezultatul experimentului lui Rutherford

rezultat prevazut
Rezultatul aşteptat

 

rezultat obtinut
Rezultatul obţinut

 

Dacă atomii ar fi fost permeabili, mingiuţe neutre, atunci particulele alfa ar fi trebuit să treacă pur şi simplu prin foiţa de aur şi să ajungă în spatele ecranului. Însă, spre surprinderea tuturor, unele dintre particulele alfa au fost deviate la unghiuri mari faţă de foiţă. Unele chiar au lovit paravanul din faţa foiţei! Evident că erau necesare explicaţii suplimentare.

 

Analiza lui Rutherford

Extrapolare rezultat
Extrapolarea rezultatului

 

Analiza rezultat
Nucleul pozitiv reflectă particulele alfa

 

Rutherford a concluzionat că trebuie să fie ceva în interiorul atomului cu care particulele alfa să interacţioneze. Cum doar puţine particule erau deviate mult, cam una la opt mii, Rutherford a conchis că acest ceva trebuie să fie foarte, foarte mic. Cum particulele alfa erau pozitive din punct de vedere electric, Rutherford a dedus că acest ceva trebuie să fie şi încărcat pozitiv. Acest ceva este ceea ce numim acum ... nucleul atomului.

 

Cum concep fizicienii experimente pentru a studia structura materiei

Metoda de studiu

Experimentul lui Rutherford a dat tonul în domeniul experimentărilor în fizica particulelor. De fapt, aproape toate experimentele din fizica particulelor de astăzi folosesc aceleaşi elemente de bază pe care le-a folosit Rutherford: un fascicul de particule (în acest caz, particulele alfa), o ţintă (atomii de aur din foiţă), un detector (ecranul de sulfură de zinc).

Aşadar, Rutherford a stabilit practica de a “vedea” în lumea subatomică prin folosirea fasciculelor de particule. Fizicienii din fizica particulelor urmează şi astăzi exemplul său, deducând adevărata structură a particulelor şi a interacţiunilor din rezultatele experimentelor lor.

 

Experimente în care corpuri de probă sunt deviate

Încercaţi singuri! În următoarele imagini, există o ţintă ascunsă după un nor negru. Pentru a ghici forma ţintei, am trimis câteva fascicule în nor şi am înregistrat pe unde ies fasciculele. Vă puteţi imagina forma ţintei?

tinta
Ţinta 1 ascunsă

 

tinta
Ţinta 1 revelată - formă triunghiulară

 

tinta
Ţinta 2 ascunsă

 

tinta
Ţinta 2 revelată - formă circulară

Acceleratoare şi detectoare de particule (7)

Traducere de Marinela Spiridon de pe Particle Adventure.