La missa encara és un misteri per als físics

2024 Autora: Seth Attwood | [email protected]. Última modificació: 2023-12-16 16:00

La massa és un dels conceptes fonamentals i alhora misteriós de la ciència. En el món de les partícules elementals, no es pot separar de l'energia. És diferent de zero fins i tot per als neutrins, i la major part es troba a la part invisible de l'Univers. RIA Novosti explica què saben els físics sobre la massa i quins secrets hi estan associats.

Relativament i elemental

Als afores de París, a la seu de l'Oficina Internacional de Peses i Mesures, hi ha un cilindre fet d'un aliatge de platí i iridi que pesa exactament un quilogram. Aquest és l'estàndard per a tot el món. La massa es pot expressar en volum i densitat i es pot considerar que serveix com a mesura de la quantitat de matèria del cos. Però els físics que estudien el micromón no estan satisfets amb una explicació tan senzilla.

Imagineu-vos movent aquest cilindre. La seva alçada no supera els quatre centímetres; no obstant això, caldrà fer un esforç notable. Es necessitarà encara més esforç per moure, per exemple, la nevera. La necessitat d'aplicar una força de la física s'explica per la inèrcia dels cossos, i la massa es considera com un coeficient que connecta la força i l'acceleració resultant (F = ma).

La massa serveix com a mesura no només del moviment, sinó també de la gravetat, que fa que els cossos s'atraguin entre si (F = GMm / R2). Quan arribem a l'escala, la fletxa es desvia. Això es deu al fet que la massa de la Terra és molt gran i la força de la gravetat literalment ens empeny a la superfície. En una lluna més clara, una persona pesa sis vegades menys.

La gravetat no és menys misteriosa que la massa. La suposició que, mentre es mouen, alguns cossos molt massius poden emetre ones gravitatòries es va confirmar experimentalment només el 2015 al detector LIGO. Dos anys més tard, aquest descobriment va rebre el Premi Nobel.

Segons el principi d'equivalència proposat per Galileu i refinat per Einstein, les masses gravitatòries i inercials són iguals. D'això se'n dedueix que els objectes massius són capaços de doblegar l'espai-temps. Les estrelles i els planetes creen embuts gravitatoris al seu voltant, en els quals els satèl·lits naturals i artificials giren fins que cauen a la superfície.

D'on ve la massa

Els físics estan convençuts que les partícules elementals han de tenir massa. Està demostrat que l'electró i els blocs de construcció de l'univers -els quarks- tenen massa. En cas contrari, no podrien formar àtoms i tota la matèria visible. Un univers sense massa seria un caos de quants de radiació diversa, que corren a la velocitat de la llum. No hi hauria galàxies, ni estrelles, ni planetes.

Però d'on treu la seva massa la partícula?

"Quan es va crear el model estàndard en física de partícules, una teoria que descriu les interaccions electromagnètiques, febles i fortes de totes les partícules elementals, van sorgir grans dificultats. El model contenia divergències inevitables a causa de la presència de masses de partícules diferents de zero", diu Alexander Studenikin, Doctor en Ciències, a RIA Novosti, professor del Departament de Física Teòrica, Departament de Física, Universitat Estatal de Moscou Lomonosov.

La solució la van trobar científics europeus a mitjans dels anys 60, cosa que suggereix que hi ha un altre camp a la natura: un escalar. Impregna tot l'Univers, però la seva influència només es nota a nivell micro. Les partícules sembla que s'hi enganxin i així guanyen massa.

El misteriós camp escalar va rebre el nom del físic britànic Peter Higgs, un dels fundadors del model estàndard. Un bosó, una partícula massiva sorgida al camp de Higgs, també porta el seu nom. Va ser descobert l'any 2012 en experiments al Large Hadron Collider al CERN. Un any més tard, Higgs va rebre el Premi Nobel juntament amb François Engler.

Caça de fantasmes

Partícula-fantasma - neutrins - també havia de ser reconegut com a massiu. Això es deu a les observacions dels fluxos de neutrins del Sol i dels raigs còsmics, que no es van poder explicar durant molt de temps. Va resultar que una partícula és capaç de transformar-se en altres estats durant el moviment, o d'oscil·lar, com diuen els físics. Això és impossible sense massa.

"Els neutrins electrònics, que neixen, per exemple, a l'interior del Sol, en sentit estricte no es poden considerar partícules elementals, ja que la seva massa no té un significat definit. Però en moviment, cadascun d'ells es pot considerar com un superposició de partícules elementals (també anomenades neutrins) amb masses m1, m2, m3 A causa de la diferència de velocitat dels neutrins en massa, el detector detecta no només neutrins electrònics, sinó també neutrins d'altres tipus, com els neutrins muònics i tau. Aquesta és una conseqüència de la mescla i les oscil·lacions predites el 1957 per Bruno Maksimovich Pontecorvo ", explica el professor Studenikin.

S'ha establert que la massa d'un neutrino no pot superar les dues dècimes d'un electronvolt. Però encara es desconeix el significat exacte. Els científics ho estan fent a l'experiment KATRIN a l'Institut Tecnològic de Karlsruhe (Alemanya), llançat l'11 de juny.

"La qüestió de la magnitud i naturalesa de la massa de neutrins és una de les principals. La seva solució servirà de base per al desenvolupament de les nostres idees sobre l'estructura", conclou el professor.

Sembla que, en principi, tot se sap de la massa, queda per aclarir els matisos. Però aquest no és el cas. Els físics han calculat que la matèria, que és susceptible de la nostra observació, ocupa només el cinc per cent de la massa de la matèria de l'univers. La resta són hipotètiques matèria fosca i energia, que no emeten res i per tant no estan registrades. De quines partícules consten aquestes parts desconegudes de l'univers, quina és la seva estructura, com interaccionen amb el nostre món? Les properes generacions de científics hauran d'esbrinar-ho.