Het universum is een grote plaats, maar het is gemaakt van kleine stukjes. De Periodiek systeem Bevat items zoals: ZuurstofEn de koolstof En andere bouwstenen waaruit sterren, katten of koffiemokken bestaan. Maar sinds het begin van de 20e eeuw hebben wetenschappers nagedacht over het vinden van kleinere en kleinere fundamentele deeltjes – die kleiner zijn dan zij atomen die het universum vult. Dus welke van deze fundamentele deeltjes is de kleinste? Omgekeerd, wat is groter?
Don Lincoln, een senior wetenschapper bij Fermi National Accelerator Laboratory (Fermilab), in de buurt van Chicago, is een van de wetenschappers die die vraag probeert te beantwoorden. Bij Fermilab gebruiken wetenschappers een deeltjesversneller om individuele deeltjes tegen elkaar te slaan en te kijken naar puin – of mogelijk nieuwe fundamentele deeltjes – die eruit komen. Lincoln zei dat er twee manieren zijn om de grootte van een deeltje te meten: het onderzoeken van de massa en het meten van het fysieke volume, zoals het berekenen van de diameter van een bol.
Verwant: Hoe weeg je maïs?
In termen van massa zijn deze vragen relatief eenvoudig te beantwoorden. Het laagste niet-nuldeeltje dat we kennen is neutrinozei Lincoln. Hij merkte echter op dat we de exacte meting van de neutrinomassa niet hebben, omdat de instrumenten die worden gebruikt om de massa van fundamentele deeltjes te berekenen niet gevoelig genoeg zijn.
“Het neutrino is een deeltje, een soort geest van de subatomaire wereld”, zei Lincoln. Neutrino’s hebben een zeer zwakke wisselwerking met materie en zijn het op één na meest voorkomende deeltje na fotonen (die zich meer als golven gedragen dan echte deeltjes). In feite gaan er op dit moment biljoenen neutrino’s door je heen. Neutrino’s wegen bijna niets en reizen dicht bij de snelheid van het licht.
De atoomkern is opgebouwd uit neutronen, protonen en elektronen. Lincoln zei dat de protonen en neutronen zelf ongeveer een tiende van de grootte van de kern als geheel zijn. Het elektron heeft een massa die dicht bij nul ligt, maar het weegt in werkelijkheid 500.000 keer meer dan een neutrino (nogmaals, het is op dit punt onmogelijk om nauwkeurig te meten).
Lincoln zei dat natuurkundigen de elektronvolt (eV) gebruiken om de massa van subatomaire deeltjes te meten. Technisch gezien is de eenheid eV/c^2, waarbij c de lichtsnelheid is. Eén elektronvolt komt overeen met ongeveer 1,6 x 10^-19 joule. Om het simpel te houden, gebruiken natuurkundigen een reeks eenheden waarmee de lichtsnelheid 1 is. Om de massa van een subatomair deeltje te achterhalen, kun je vervolgens Albert Einstein De beroemde vergelijking E = mc ^ 2 om de massa (m) in kilogram te krijgen.
Een elektron weegt 511 duizend elektronvolt, wat volgens Lincoln overeenkomt met 9,11 x 10^-31 kilogram. Ter vergelijking: een typisch proton in de kern van een typisch atoom weegt 938 miljoen elektronvolt, ofwel 1,67 x 10^-27 kg.
Omgekeerd is het grootste fundamentele deeltje dat we kennen (in termen van massa) een deeltje dat een top-quark wordt genoemd, en het meet 172,5 miljard elektronvolt, volgens Lincoln. Quarks zijn een ander fundamenteel deeltje dat, voor zover we weten, niet in andere delen kan worden opgesplitst. Wetenschappers hebben zes soorten quarks gevonden: omhoog, omlaag, vreemd, charme, omlaag en omhoog. De up- en down-quarks vormen de protonen en neutronen en wegen respectievelijk 3 miljoen en 5 miljoen elektronvolt. Ter vergelijking: de top-quark heeft 57.500 keer het gewicht van de top-quark.
Het is moeilijk om de vraag naar fysieke grootte te beantwoorden. We kennen de fysieke grootte van sommige deeltjes, maar niet de kleinste. Sommige van de “fijne” deeltjes waar mensen in het dagelijks leven over horen, zoals virusdeeltjes, zijn eigenlijk vrij groot.
Lincoln gaf dit gevoel van grootte: een typisch virusdeeltje is ongeveer 250 tot 400 nanometer lang (een nanometer is een miljardste van een meter, of 10^-9 m), en een typische atoomkern meet ongeveer 10^-14 m (0.0000000000000001 )m). Dit betekent dat de atoomkern net zo klein is voor het virus als het virus voor ons is.
Momenteel is de kleinste fysieke grootte die wetenschappers kunnen meten met een deeltjesversneller 2000 keer kleiner dan een proton, of 5 x 10^-20 m. Tot nu toe hebben wetenschappers kunnen vaststellen dat quarks kleiner zijn dan dat, maar niet door hun hoeveelheid.
Oorspronkelijk gepubliceerd op WordsSideKick.com.
“Reisliefhebber. Onruststoker. Popcultuurfanaat. Kan niet typen met bokshandschoenen aan.”