Ó scálaí macrascópacha síos go scálaí fo-adamhacha, níl ach ról beag ag méideanna na gcáithníní bunúsacha i méideanna na struchtúr ilchodach a chinneadh. Maidir le prótóin, is ar éigean go bhfuil ról ar bith ag na cairéil maidir lena mais a chinneadh. (FOIREANN MAGDALENA KOWALSKA / CERN / ISOLDE)

Faoi dheireadh, tuigeann fisiceoirí cá as a dtagann aifreann an ábhair

Níl baint ar bith ag an bhfreagra le bos Higgs.

Sa Cruinne seo, is beag airíonna bunúsacha nach féidir a dhíorthú ó rud éigin níos simplí. Tá na rialacha a rialaíonn córais bhitheolaíocha fréamhaithe in idirghníomhaíochtaí ceimiceacha, bannaí agus voltais fheidhmeacha. Is féidir rialacha na ceimice a dhíorthú ó dhlíthe fisiciúla níos bunúsaí a rialaíonn gach cáithnín. Agus má scriosann tú comhpháirteanna aon chórais fhisiciúil, tiocfaidh tú ar deireadh leis na tuairiscí is simplí ar réaltacht atá ar eolas againn: na cáithníní agus na hidirghníomhaíochtaí a chuimsíonn an réaltacht aitheanta uile atá againn. Cé go bhfuil a n-airíonna sainiúla uathúla féin ag na cáithníní uile atá ann, níl ach cúpla ceann ann a shainíonn iad, amhail mais, muirear leictreach, muirear datha, agus hipearcharge lag. Ach ní thuigtear go hiomlán an fáth go bhfuil na hairíonna ag na cáithníní; ní féidir luachanna na tairisigh bhunúsacha atá taobh thiar den Cruinne a dhíorthú ó aon rud atá ar eolas faoi láthair.

Luachanna na dtairisigh bhunúsacha, mar a tugadh orthu i 1998, agus a foilsíodh i leabhrán 1998 an Ghrúpa Sonraí Cáithníní. (PDG, 1998, BUNAITHE AR ER COHEN AGUS BN TAYLOR, REV. MOD. PHYS. 59, 1121 (1987))

Ar feadh na mílte bliain, rinne an chine daonna cuardach ar na bloic thógála is lú, is bunúsaí sa nádúr. Ó am ársa, cheapamar go mbeadh roinnt eintiteas is lú, nach féidir a ghearradh, a chum gach rud ann. Ciallaíonn an focal Gréigise ἄτομος, as a bhfaighimid ár bhfocal “adamh”, go doshannta, ach fós is féidir adamh féin a bhriseadh suas: ina bprótóin, ina neodróin agus ina leictreoin. Tá na leictreoin fíor-in-ghearrtha, ach is féidir prótóin agus neodróin a bhriseadh suas a thuilleadh: ina gcairéil agus ina gliúnna.

Tá muirear datha ar na cairéil, na seandachtaí agus na gliúnna sa mhúnla caighdeánach, i dteannta leis na hairíonna eile go léir cosúil le mais agus muirear leictreach. Tá na cáithníní seo go léir, chomh fada agus is féidir linn a rá, fíor-phointe, agus tá siad i gceann trí ghlúin. Ag fuinneamh níos airde, is féidir go mbeidh cineálacha breise cáithníní ann fós. (E. SIEGEL / BEYOND THE GALAXY)

Is anseo amháin a shroicheann muid na cáithníní fíor-doshannta atá mar fhormhór na maise ar domhan. Tógann cáithníní an tSamhail Chaighdeánaigh - agus na bealaí a gceanglaíonn siad le chéile - muid go dtí an tuiscint is doimhne atá againn ar an réaltacht.

Ach má thugaimid sracfhéachaint ar an bprótón (déanta as dhá quarc suas agus ceann síos) agus an neodrón (déanta as cairéal amháin suas agus dhá síos), tagann bhfreagra chun cinn. Cuimsíonn na trí chairéal laistigh de phrótón nó neodrón, fiú nuair a chuireann tú suas iad go léir, níos lú ná 0.2% de na maiseanna aitheanta de na cáithníní ilchodacha seo. Tá na glútan féin gan mhais, cé go bhfuil na leictreoin níos lú ná 0.06% de mhais prótóin. Tá an t-ábhar ar fad, ar bhealach éigin, i bhfad níos mó ná suim a chodanna.

Baineadh amach tuiscint níos fearr ar struchtúr inmheánach prótóin, lena n-áirítear an chaoi a ndéantar na cairéil agus na gliúnna “farraige” a dháileadh, trí fheabhsuithe turgnamhacha agus trí fhorbairtí teoiriciúla nua i dteannta a chéile. Baineann na torthaí seo le neodróin freisin, agus cabhraíonn siad le míniú a thabhairt ar an 99.8% de mhais an phrótóin atá in easnamh. (LEABHARLANN NÁISIÚNTA BROOKHAVEN)

D’fhéadfadh go mbeadh na Higgs freagrach as mais mhais na gcomhábhar bunúsach seo, ach tá adamh aonair iomlán beagnach 100 uair níos troime ná suim gach rud is eol dó a dhéanamh suas. Tá baint ag an gcúis le fórsa atá an-fhrithchúiteach dúinn: an fórsa láidir núicléach. In ionad cineál amháin luchtaithe (cosúil le domhantarraingt, atá tarraingteach i gcónaí) nó dhá chineál (na muirir “+” agus “-” ar leictreamaighnéadas), tá trí mhuirear datha ar an bhfórsa láidir (dearg, glas agus gorm), áit a bhfuil an tsuim tá na trí chúiseamh gan dath.

Ina theannta sin, tá trí fhrith-dathanna ann: cian (frith-dhearg), mageanta (frith-ghlas) agus buí (frith-ghorm), agus tá aon teaglaim dath-anticolor gan dath freisin. Sin é an fáth gur féidir leat baryons (déanta as 3 chairéal) nó mesón (déanta as teaglaim quark / antiquark) a bheith agat: toisc go gcaithfidh an dúlra do réad iomlán, faoi cheangal a bheith gan dath.

Feadáin flosc daite a tháirgtear trí chumraíocht de cheithre mhuirear statach quark-and-antiquark, a léiríonn ríomhanna a rinneadh i laitíse QCD. Bhíothas ag tuar go mbeadh tetraquarks i bhfad sula bhfacthas riamh iad den chéad uair, ach ní féidir leo a bheith ann ach mar gheall ar a nádúr gan dath. (PEDRO.BICUDO OF WIKIMEDIA COMMONS)

Tá an bealach a gceanglaíonn cairéil le prótóin difriúil go bunúsach ó na fórsaí agus na hidirghníomhaíochtaí eile go léir atá ar eolas againn. In áit an fórsa a bheith níos láidre nuair a thagann rudaí níos gaire - cosúil leis na fórsaí imtharraingthe, leictreacha nó maighnéadacha - téann an fórsa tarraingteach síos go nialas nuair a dhúnann cairéil go treallach. Agus in ionad an fórsa a bheith níos laige nuair a théann rudaí níos faide i gcéin, is láidre an fórsa a tharraingíonn cairéil ar ais le chéile an níos faide ar shiúl a fhaigheann siad.

Tugtar saoirse asymptotic ar an maoin seo den fhórsa láidir núicléach, agus tugtar glútan ar na cáithníní a dhéanann idirghabháil ar an bhfórsa seo. Ar bhealach, tagann an fuinneamh a cheanglaíonn an prótón le chéile, an 99.8% eile de mhais an phrótóin, ó na gliúnna seo.

Struchtúr inmheánach prótóin, le cairéil, gliúnna, agus casadh quark léirithe. Feidhmíonn an fórsa núicléach mar thobar, le fórsa neamhbhríoch nuair a bhíonn fórsaí sínte ach móra, tarraingteacha acu agus iad sínte go faid mhóra. Is é an fórsa seo, ní mais mhais na gcairéal, a thugann mais don phrótón. (LEABHARLANN NÁISIÚNTA BROOKHAVEN)

Mar gheall ar an gcaoi a n-oibríonn an fórsa láidir núicléach, tá éiginnteachtaí móra ann maidir le cá bhfuil na gliúnna seo suite ag am ar bith. Faoi láthair tá samhail dhaingean againn den mheán-dlús gluon taobh istigh de phrótón, ach teastaíonn sonraí turgnamhacha níos fearr agus samhlacha níos eolasaí uainn le go mbeidh a fhios againn cá bhfuil siad ag am ar bith.

Ach fiú amháin leis na rudaí nach bhfuil ar eolas againn, tá bhfreagra amháin ag teacht ar deireadh: conas an mhais a bhfuil súil leis ní amháin an prótón a ríomh, ach na núicléis adamhacha uile, bunaithe ar ábhar an quark amháin. Tá an fórsa láidir núicléach freagrach as maolú ar airíonna dochreidte an nádúir, lena n-áirítear:

  • an chaoi a gceanglaíonn prótóin agus neodróin le chéile chun núicléis adamhacha a dhéanamh,
  • cén fáth go bhfuil cóimheasa mais-in-núicléas difriúla ag eilimintí éagsúla,
  • conas agus cén ráta a tharlaíonn imoibrithe núicléacha sa Ghrian,
  • agus cén fáth gurb iad iarann, nicil agus cóbalt na heilimintí is cobhsaí.
D’fhéadfadh gurb é iarann-56 an núicléas is dlúithe, leis an méid is mó fuinnimh cheangailteach in aghaidh an núicléas. D’fhonn a bheith ann, áfach, caithfidh tú gné-ar-eilimint a thógáil suas. Tá fuinneamh ceangailteach an-íseal ag Deuterium, an chéad chéim suas ó phrótóin saor in aisce, agus dá bhrí sin déantar é a scriosadh go héasca trí imbhuailtí réasúnta measartha fuinnimh. (WIKIMEDIA COMMONS)

Is í an chuid dheacair leis an teoiric réimse chandamach a chuireann síos ar an bhfórsa láidir - crómatinimic chandamach (QCD) - nach bhfuil aon mhaith sa chur chuige caighdeánach a ghlacaimid le ríomhanna a dhéanamh. De ghnáth, bhreathnóimis ar éifeachtaí cúplála cáithníní: malartaíonn na cairéil luchtaithe gluón agus déanann sé sin an fórsa a idirghabháil. D’fhéadfaidís glútan a mhalartú ar bhealach a chruthaíonn péire cáithníní-antiparticle nó gluon breise, agus ba cheart gur ceartú é sin ar mhalartán simplí aon ghluóin. D’fhéadfaidís péirí nó gliúnna breise a chruthú, ar ceartúcháin ardoird iad.

Glaoimid ar an gcur chuige seo ag leathnú go fairsing i dteoiric réimse chandamach, agus an smaoineamh go dtabharfaidh ríomh ranníocaíochtaí níos airde agus ardoird toradh níos cruinne dúinn.

Sa lá atá inniu ann, úsáidtear léaráidí Feynman chun gach idirghníomhaíocht bhunúsach a chuimsíonn na fórsaí láidre, laga agus leictreamaighnéadacha a ríomh, lena n-áirítear i ndálaí ardfhuinnimh agus íseal-teocht / comhdhlúite. Fadhb uafásach sna hidirghníomhaíochtaí láidre is ea dul chuig ord lúb níos airde, áfach; is minic nach n-éiríonn leis an gcur chuige buartha seo. (DE CARVALHO, VANUILDO S. ET AL. NUCL.PHYS. B875 (2013) 738–756)

Ach teipeann ar an gcur chuige seo, a oibríonn chomh maith sin le haghaidh leictreodinimic chandamach (QED), go hiontach i gcás QCD. Oibríonn an fórsa láidir go difriúil, agus mar sin éiríonn na ceartúcháin seo an-mhór go han-tapa. Má chuirtear níos mó téarmaí leis, in ionad teacht le chéile i dtreo an fhreagra cheart, déanann sé tumadh agus tógann tú uaidh é.

Ar ámharaí an tsaoil, tá bealach eile ann le dul i ngleic leis an bhfadhb: go neamhchúiseach, ag baint úsáide as teicníc ar a dtugtar Lattice QCD. Trí spás agus am a láimhseáil mar ghreille (nó laitíse pointí) seachas contanam, áit a bhfuil an laitíse mór go treallach agus an spásáil beag go treallach, sáraíonn tú an fhadhb seo ar bhealach cliste. Cé gur i QCD caighdeánach, buartha, a chiallaíonn nádúr leanúnach an spáis go gcaillfidh tú an cumas láidreachtaí idirghníomhaíochta a ríomh ag achair bheaga, ciallaíonn an cur chuige laitíse go bhfuil gearradh siar ar mhéid an spásála laitíse. Tá cairéil ag crosbhealaí línte greille; tá gliúnna ann feadh na naisc a nascann pointí eangaí.

De réir mar a tháinig feabhas ar theicnící cumhachta ríomhaireachta agus QCD Laitíse le himeacht ama, tá cruinneas ann freisin maidir le cainníochtaí éagsúla faoin bprótón, mar shampla a ranníocaíochtaí casadh comhpháirte, a ríomh. (LABORATOIRE DE PHYSIQUE DE CLERMONT / ETM COLLABORATION)

Chomh fada agus a bhfuil go leor cumhachta ríomhaireachta agat, is féidir leat tuar QCD a aisghabháil go cibé cruinneas is mian leat, ach an spásáil laitíse a dhéanamh níos lú, a chosnaíonn níos mó i dtéarmaí cumhachta ríomhaireachta ach a fheabhsaíonn do chruinneas ríofa. Le tríocha bliain anuas, tá pléascadh tuartha soladacha mar thoradh ar an teicníc seo, lena n-áirítear maiseanna núicléis solais agus rátaí imoibriúcháin an chomhleá faoi dhálaí teochta agus fuinnimh ar leith. Is féidir mais an phrótóin, ó na chéad phrionsabail, a thuar go teoiriciúil anois laistigh de 2%.

B’fhiú Duais Nobel do Wilczek, Politzer agus Comhlán teoiric na saoirse asymptotic, ag cur síos ar neart na n-idirghníomhaíochtaí quark taobh istigh de núicléas. Tá malartú glútan freagrach as 99.8% de mhais an phrótóin agus an neodróin. (WIKIMEDIA COMMONS USER QASHQAIILOVE)

Ní amháin go bhfuil QCD Laitíse ag múineadh dúinn conas a bhíonn an chuid is mó de mhais an ghnáthábhair inár Cruinne mar thoradh ar na hidirghníomhaíochtaí láidre, ach tá an cumas aige gach cineál feiniméan eile a mhúineadh dúinn, ó imoibrithe núicléacha go hábhar dorcha.

Níos déanaí inniu, 7 Samhain, beidh an t-ollamh fisice Phiala Shanahan ag tabhairt léachta poiblí ó Institiúid Perimeter, agus beimid ag blagáil beo air anseo ag 7 PM ET / 4 PM PT. Is féidir leat féachaint ar an gcaint ar dheis anseo, agus leanúint le mo thráchtaireacht thíos. Is saineolaí í Shanahan ar fhisic theoiriciúil núicléach agus cáithníní agus speisialtóireacht sí in obair sár-ríomhaireachta a bhaineann le QCD, agus táim chomh fiosrach cad eile atá le rá aici.

Tiúnáil isteach anocht le fáil amach!

(Blag beo le rith thíos ag tosú ag 3:50 PM; tugtar cló trom i gcónaí i limistéar ama an Aigéin Chiúin.)

3:50 PM: Ceart go leor! Táimid anseo, agus táimid réidh le tosú. Sula ndéanaimid, áfach, b’fhéidir go mbeadh cuid agaibh ag fiafraí cén fáth a bhfuil QCD Laitíse ag teastáil uainn, agus an difríocht atá idir é seo agus ríomh caighdeánach a dhéanfá in aon teoiric réimse chandamach eile. Tar éis an tsaoil, tá teicnící caighdeánacha QFT ar eolas go maith, tuigtear go maith iad, agus tá siad bunaithe ar léaráidí Feynman. B’fhéidir go bhfaca tú iad roimhe seo.

Sa lá atá inniu ann, úsáidtear léaráidí Feynman chun gach idirghníomhaíocht bhunúsach a chuimsíonn na fórsaí láidre, laga agus leictreamaighnéadacha a ríomh, lena n-áirítear i ndálaí ardfhuinnimh agus teocht íseal / comhdhlúite. (DE CARVALHO, VANUILDO S. ET AL. NUCL.PHYS. B875 ( 2013) 738–756)

3:54 PM: Is é an bealach a n-oibríonn na léaráidí seo ná go gcuidíonn siad leat, a luaithe a dhéanann tú a gcuid ranníocaíochtaí a ríomh, rannchuidiú leis an éifeacht fhoriomlán atá tú ag iarraidh a thuiscint. Cé chomh láidir agus atá idirghníomhaíocht scaipthe leictreon-fótón? Cé chomh láidir agus atá idirghníomhaíocht quark-gluon? Is é an cur chuige ná téarmaí níos mó agus níos mó a chur suas de réir a chéile le lúbanna, rinní agus cáithníní níos mó agus níos mó, ag fáil níos gaire agus níos gaire don fhreagra iarbhír.

3:57 PM: Ach tá teorainn leis an cruinneas is féidir leat a bhaint amach. Tá tú cleachtaithe le sraitheanna matamaitice a thagann le chéile, cosúil le 1/2 + 1/4 + 1/8 + 1/16… agus mar sin de. Tagann an tsraith seo le chéile go 1, agus má chuireann tú líon gan teorainn téarmaí leis, sin an freagra.

Ach tá cineál eile sraithe ann freisin a d’fhéadfadh teacht le chéile nó éagsúlacht a dhéanamh: sraith asymptotic, cosúil le / 2 + b / 4 + c / 8 + d / 16… agus mar sin de, áit a bhféadfadh an litir a bheith ina tairisigh ar chor ar bith. I roinnt cásanna, tiocfaidh do shraith le chéile; i gcásanna eile, beidh siad difriúil. I dteoiricí réimse chandamach mar QED, bíonn siad éagsúil, ach tar éis 1,000 téarma mar a chéile. Ach i QCD, teoiric na hidirghníomhaíochta láidre, tosaíonn siad ag éagsúlú go gasta, cosúil le téarma # 2.

Taispeánann léirshamhlú ar QCD an chaoi a n-imíonn péirí cáithníní / antiparticle as an bhfolús chandamach ar feadh méideanna an-bheag ama mar thoradh ar éiginnteacht Heisenberg. Níl cineálacha cur chuige léaráid Feynman chomh húsáideach do QCD ná do QED. (DEREK B. LEINWEBER)

3:59 PM: Is cur chuige iomlán difriúil é QCD Laitíse. In ionad sraith gan teorainn a scríobh amach a thagann salach ar a chéile tar éis roinnt ama, a dtugaimid cur chuige buartha air, is ceann trom-ríomhaireachta é seo a ghlacann le cur chuige neamh-bhacrach. Dá bhféadfá cumhacht ríomhaireachtúil atá mór go treallach agus spásáil laitíse beag go treallach a bhaint amach, bheifeá in ann amplitudes, cúpláil, agus fiú maiseanna cáithníní ilchodacha a ríomh go cruinneas treallach. Sin cumhacht an chur chuige seo, agus cén fáth go bhfuil mé chomh tógtha leis an gcaint seo!

4:00 PM: Ceart go leor, agus seo linn; go bhfeicfimid cad atá i ndán dúinn anois go bhfuilimid go léir anseo!

Cuireann Heather Clark an cainteoir, Phiala Shanahan, i láthair ag Institiúid Perimeter. Mo leithscéal as an rogha uafásach sa phictiúr. (INSTITIÚID PERIMETER)

4:02 PM: Hey, an féidir leat é a chreidiúint? Is í Heather Clark atá ag déanamh an réamhrá, ag marcáil an chéad uair a chonaic mé bean ag tabhairt an léachtóra ag Institiúid Perimeter dá léacht phoiblí. B’fhéidir gur bac beag bídeach é a bhriseadh, agus b’fhéidir nach bhfuil sé briste ach i m’intinn, ach táim sásta í a fheiceáil sa ról seo fós!

4:04 PM: Agus seo linn! Beidh sí ag caint faoi cheist thar a bheith mór agus existential anseo: cad iad bunchlocha na Cruinne? B’fhéidir go mbeimid in ann díriú ar an tSamhail Chaighdeánach, ach ní dhéanann sé sin an rud iomlán; is féidir linn dul chuig fostruchtúir níos doimhne agus níos doimhne, agus nílimid cinnte go bhfuil an teorainn bhunúsach buailte againn fiú. Ina theannta sin, tá a fhios againn cheana féin go bhfuil níos mó “stuif” amuigh ansin ná mar atá ar eolas againn: ábhar dorcha agus fuinneamh dorcha, agus b’fhéidir níos mó cáithníní a d’fhéadfadh a bheith ann ag fuinneamh níos airde agus níos airde. Níl a fhios againn go fóill.

Maiseanna na gcairéal agus na leptón den mhúnla caighdeánach. Is é an cáithnín múnla caighdeánach is troime an quark barr; is é an leictreon an neamh-neodrón is éadroime. Tá na neodrónna féin 4 mhilliún uair níos éadroime ná an leictreon: difríocht níos mó ná atá ann idir na cáithníní eile go léir. An bealach ar fad ag an taobh eile den scála, osclaíonn scála Planck ag GeV 10¹⁹ atá ag teacht chun tosaigh. Níl a fhios againn cad iad na cáithníní a d’fhéadfadh a bheith níos troime ná an quark Barr. (HITOSHI MURAYAMA OF HITOSHI.BERKELEY.EDU)

4:08 PM: Tá a fhios againn, áfach, go bhfuil na hairíonna a dhéanann siad faoi na fórsaí láidre, laga agus leictreamaighnéadacha ag cáithníní an tSamhail Chaighdeánaigh. Tá a fhios againn a gcuid maiseanna scíthe, agus is é sin an rud a thugaimid mais inertial air. Thugamar faoi deara gur cosúil go bhfuil na maiseanna táimhe seo comhionann leis an mais imtharraingthe a bhíonn ag cáithníní nuair a chuireann tú iad i measc creatlach an spáis Relativistic Ginearálta. Ach ní thuigimid fós cén fáth, nó an bhfuil coibhéis iomlán anseo.

Cáithníní agus fórsaí an tSamhail Chaighdeánaigh. Ní chruthaítear go n-idirghníomhaíonn ábhar dorcha trí aon cheann díobh seo seachas imtharraingt, agus tá sé ar cheann de go leor rúndiamhair nach féidir leis an tSamhail Chaighdeánach cuntas a thabhairt orthu (TIONSCADAL OIDEACHAIS FISIC COMHTHÉACSACH / DOE / NSF / LBNL)

4:11 PM: Más mian linn dul níos faide ná an tSamhail Chaighdeánach, agus Phiala ag cur pointe thar a bheith tábhachtach anseo, ní mór dúinn a thuiscint go hiomlán cad a thuar an tSamhail Chaighdeánach. Agus ciallaíonn sé sin tuiscint a fháil ar an gcaoi a dtéann gach cáithnín laistigh de le chéile, ag obair le chéile, ag cruthú, ag scriosadh, ag lobhadh, srl. D’fhéadfadh go mbeimis ag lorg ceartúcháin bídeacha ar thuar an tSamhail Chaighdeánaigh, mar sin ní mór dúinn ríomhanna thar a bheith mionsonraithe a dhéanamh chun tuiscint a fháil, ag cruinneas an-ard, an rud a thuar an tSamhail Chaighdeánach i ndáiríre.

4:12 PM: Táim chomh sásta go bhfuil sí cheana féin i bhfeoil a cuid cainte, ag míniú teicníc greille cosúil le Lattice QCD agus an dúshlán a bhaineann le fórsa láidir, glútan, cairéil, agus oibriú inmheánach na baryons a úsáid chun déan iarracht tuiscint a fháil ar an gcaoi a dtagann na cáithníní ilchodacha seo chun cinn, mar a fhanann siad seasmhach, agus ar an gcaoi a bhfaigheann siad a n-airíonna. (Mar shampla mais, mar shampla.)

4:14 PM: Seo toradh spéisiúil atá nua agus nach raibh a fhios agam: faigheann an difríocht mais idir prótón agus neodrón, atá thart ar 1.3 MeV / c² (nó thart ar 0.14% mais ceachtar acu), dearfach i ndáiríre ranníocaíocht ón bhfórsa láidir agus ranníocaíocht dhiúltach ón bhfórsa electroweak! Is mó an rannchuidiú dearfach ón bhfórsa láidir, agus sin an fáth go bhfuil neodrón níos troime ná prótón, agus go bhféadann sé lobhadh ina cheann (móide agus leictreon agus antineutrino), ach ní an bealach eile.

4:15 PM: Dúirt Phiala an chéad rud nach bhféadfainn easaontú leis: go dtógfaidh na Stáit Aontaithe imbhuailteoir cáithníní ceannródaíoch nua idir leictreoin agus iain. Tá sé á phleanáil agus tá súil agam go dtógfar é, ach níl muinín agam as rud ar bith in aeráid pholaitiúil an lae inniu.

Struchtúr inmheánach prótóin, le cairéil, gliúnna, agus casadh quark léirithe. Feidhmíonn an fórsa núicléach mar thobar, le fórsa neamhbhríoch nuair a bhíonn fórsaí sínte ach móra, tarraingteacha acu agus iad sínte go faid mhóra. (LEABHARLANN NÁISIÚNTA BROOKHAVEN)

4:17 PM: Tá sé chomh tábhachtach, más mian linn tuiscint a fháil ar an gcaoi a n-oibríonn prótóin, chun a struchtúr inmheánach a thuiscint i ndáiríre. Is féidir linn é seo a dhéanamh go teoiriciúil, agus is féidir linn é a iniúchadh go turgnamhach trí scaipthe domhain neamhshiméadrach, trí cháithníní pointe aonair a lasadh orthu. Sin é an fáth go bhfuil leictreon-prótón nó imbhuailteoir leictreon-ian chomh tábhachtach: na sonraí turgnamhacha a fháil a inseoidh dúinn conas atá ag éirí lenár dteoiricí! Is maith liom go mór an chaoi a bhfuil Phiala ag cur béime ar an nasc teoirice turgnaimh, seachas luach a chur ar cheann amháin thar an gceann eile.

4:20 PM: Seo cuid de na fadhbanna gan réiteach is mó san fhisic theoiriciúil:

  • Cén fáth go bhfuil níos mó ábhar ann ná frithmhéadair?
  • Cad é nádúr an ábhair dhorcha dhealraighigh, a theastaíonn chun braislí réaltraí a choinneáil le chéile?
  • Cén fáth a leathnaíonn an Cruinne ag an ráta luathaithe a bhreathnaímid?
  • Agus cén fáth go bhfuil na maiseanna a dhéanann siad ag na cáithníní ar a bhfuil eolas againn?

Spreagúil (domsa), geallann Phiala go mbeimid ag díriú ar chodán mór den chaint atá fágtha ar fhadhb an ábhair dhorcha. Ní eol dom nasc leis seo le fisic núicléach nó QCD, mar sin tá lúcháir mhór orm. (Ar ndóigh, d’fhéadfadh sé a bheith díreach mar analaí supercomputer, seachas analaí Lattice QCD, ach is cluiche mé ceachtar bealach.)

Ligeann lionsaí imtharraingthe, ag méadú agus ag saobhadh foinse cúlra, dúinn rudaí níos laige, níos faide i gcéin ná riamh a fheiceáil. (ALMA (ESO / NRAO / NAOJ), L. CALÇADA (ESO), Y. HEZAVEH ET AL.)

4:23 PM: Tá sraith iomlán fianaise ann a thacaíonn le hábhar dorcha a bheith ann go réalteolaíoch, go háirithe ar scálaí móra. Áirítear leis seo lionsa imtharraingthe, idir láidir agus lag, gluaiseachtaí réaltraí aonair laistigh de chnuasaigh, scaradh mais infheicthe agus mais thátal i struchtúir imbhuailte mórscála, agus sonraí cosmeolaíochta i gcúlra na micreathonn cosmaí agus i struchtúr mórscála na Cruinne. .

Go sona sásta, tá a lán cúlra réaltfhisice á cur isteach aici anseo, lena n-áirítear sonraí faoi chnuasaigh réaltraí a imbhualadh!

Ceithre bhraisle réaltraí imbhuailte, a thaispeánann an scaradh idir X-ghathanna (bándearg) agus imtharraingt (gorm). (X-RAY: NASA / CXC / UVIC. / A.MAHDAVI ET AL. ROGHNACH / LÍNIÚ: CFHT / UVIC. / A. MAHDAVI ET AL. (BARR LEFT); X-RAY: NASA / CXC / UCDAVIS / W. DAWSON ET AL .; ROGHNACH: NASA / STSCI / UCDAVIS / W.DAWSON ET AL. (CEART BARR); ESA / XMM-NEWTON / F. GASTALDELLO (INAF / IASF, MILANO, ITALY) / CFHTLS (BOTTOM LEFT); -RAY: NASA, ESA, CXC, M. BRADAC (OLLSCOIL CALIFORNIA, SANTA BARBARA), agus S. ALLEN (OLLSCOIL STANFORD) (CEART BOTTOM))

4:25 PM: Is maith liom an smaoineamh seo atá á cur amach aici: ní fhéadfaidh an t-ábhar dorcha sin, de na ceithre fhórsa bunúsacha, idirghníomhú go himtharraingteach. Ní idirghníomhaíonn sé go leictreamaighnéadach, ní idirghníomhaíonn sé tríd an bhfórsa láidir, agus féadfaidh sé idirghníomhú leis an bhfórsa lag ach má dhéanann sé, tá sé an-srianta. Is é an rud is mó a fhéadfaimid a rá faoi ábhar dorcha ná na rudaí nach ndéanann sé, agus na samhlacha d’ábhar dorcha atá srianta nó nach gcuirtear as dóibh.

Na fórsaí sa Cruinne, agus cibé an féidir leo cúpláil le hábhar dorcha nó nach bhfuil. Is cinnteacht í domhantarraingt; tá na cinn eile go léir uimhriúil nó an-srianta ag an leibhéal seo. (INSTITIÚID PERIMETER)

4:28 PM: An féidir leat ábhar dorcha a chruthú i saotharlann? Cinnte: trí cháithníní aitheanta a bhualadh lena chéile agus iad a fheiceáil ag imeacht. Caithfidh ábhar dorcha, ós rud é go bhfuil sé chomh deacair é a bhrath, a bheith dofheicthe. Ar an drochuair, déanann neutrinos é seo freisin, ag tabhairt le tuiscint go gcaithfimid an cúlra neutrino in idirghníomhaíochtaí cáithníní-cáithníní a thuiscint go han-mhaith, agus ansin comhartha breise a fháil os cionn chúlra na Múnla Caighdeánach. Sin é an fáth go bhfuil sé chomh deacair iarracht a dhéanamh síniú ábhair dhorcha a fháil ag imbhuailteoirí; arís, níl le déanamh againn ach srianta.

4:31 PM: “Má fheicimid ábhar dorcha ag ceann de na turgnaimh seo amárach, sula bhféadfaimis a thuiscint i ndáiríre cad é, caithfimid i bhfad níos mó oibre a dhéanamh chun an teoiric a thuiscint." Is pointe ollmhór é seo: ní bheidh a fhios ag na turgnaimh bhrath dhíreacha atá á ndéanamh againn, áit a bhfuil súil againn go dtarlóidh idirghníomhaíocht ábhair dhorcha gnáth-ábhair nó idirghníomhaíocht ábhair dhorcha dhorcha i láthair gnáthábhar. a dhéanamh de má fheicimid comhartha neamh-nialasach i ndáiríre. Tógfaidh sé an-chuid oibre ríomhaireachta chun é a bhaint amach, agus sin rud ar féidir le laitíse QCD cabhrú linn, ach sin amháin má tá leid thurgnamhach againn chun cabhrú linn a threorú. Tá sé rí-chostasach ríomhanna dall a dhéanamh gan faisnéis bhreise, fiú sa lá atá inniu ann.

Halla B de LNGS le suiteálacha XENON, agus an brathadóir suiteáilte taobh istigh den sciath mór uisce. Má tá aon trasghearradh neamh-nialasach idir ábhar dorcha agus gnáthábhar, ní amháin go mbeidh deis ag turgnamh mar seo ábhar dorcha a bhrath go díreach, ach tá seans ann go mbeidh ábhar dorcha ag idirghníomhú le do chorp daonna sa deireadh. (INFN)

4:34 PM: Smaoinigh air seo: má imbhuaileann cáithnín ábhair dhorcha le núicléas adamhach, beidh sé ag athoiliúint. Ach déanann go leor de na turgnaimh, chun an deis idirghníomhaíochta a uasmhéadú, trasghearradh na gcáithníní a uasmhéadú, rud a chiallaíonn go n-úsáideann siad núicléas trom. Is sampla é turgnamh XENON, ach cad a tharlóidh má imbhuaileann cáithnín ábhair dhorcha le núicléas xeanón, agus níos mó ná 100 núicléas (prótóin agus neodróin) istigh ann? Tá dúshlán mór QCD romhat chun tuiscint a fháil ar a bhfuil ar siúl, agus chun é a athchruthú.

Ní fadhb deas í, ach is fadhb thábhachtach í. B’fhéidir lá éigin, beidh an t-ádh linn go gcaithfimid an fhadhb seo a réiteach, mar tá athghairm / braite os cionn chúlra an tSamhail Chaighdeánaigh.

4:35 PM: Tá ceisteanna eile, níos simplí, cosúil le “cad é méid prótóin?” Éilíonn sé seo dul chun cinn ríomhaireachtúil, go háirithe toisc nach n-aontaíonn na tuartha teoiriciúla agus na breathnuithe turgnamhacha ar an leibhéal ~ 4%, agus gan ach 0.5% neamhchinnteachtaí. Tá sé sin buartha, ceart?!

4:38 PM: Mar sin, cad is féidir leat a dhéanamh? Thaispeáin Phiala an chaoi a bhfuil cumhacht ríomhaireachtúil ag méadú, agus fós, fiú má leanann sí ag méadú ag ráta easpónantúil don chuid eile dá saol (agus í faoi 30!), Ní bheimid in ann na ríomhanna a theastaíonn chun na fadhbanna a réiteach tá sí ag tagairt. Ciallaíonn sé sin nach gá dúinn ach ríomhairí níos fearr, teastaíonn teicnící níos fearr uainn. Teastaíonn halgartaim níos fearr uainn, agus is tasc deacair dúshlánach é sin!

Ar an drochuair, ní féidir léi ach an spreagadh chun é sin a dhéanamh, ní na halgartaim iarbhír iad féin.

D’fhéadfadh ríomhairí a bheith cumhachtach go leor chun Cruinne iomlán a insamhail mar thoradh ar Chiorcad Cearnóg Qubit de chuid IBM, dul chun cinn ceannródaíoch i ríomhanna. Ach tá réimse an ríofa chandamach fós ina thús. (TAIGHDE IBM)

4:39 PM: Tá sí ag caint faoi acmhainneacht na ríomhaireachta chandamach, agus an bhféadfaimis dul chun cinn iontach a dhéanamh, nó píosa beag bídeach de ríomhaireacht chandamach a úsáid chun dul chun cinn a dhéanamh ar na fadhbanna atáimid ag iarraidh a réiteach?

Ba chóir go mbeadh aon lucht teicneolaíochta ag éisteacht leis an gcaint seo ar bís go mór timpeall an phointe seo; Is dóigh liom go bhfuil sí ag caint i ndáiríre faoi thodhchaí ríomhairí anseo, agus ní amháin ar an mbealach “déanaimis leictreon amháin a úsáid chun giota dénártha a stóráil”, ach ar bhealach “déanaimis méid prótóin a ríomh” le bealach speisialaithe, níos simplí ríomhaire ná na sár-ríomhairí cineálacha atá againn inniu.

Nuair a théann muid chuig scálaí achair níos lú agus níos lú nochtann sé radhairc níos bunúsaí ar an dúlra, rud a chiallaíonn más féidir linn na scálaí is lú a thuiscint agus cur síos a dhéanamh orthu, is féidir linn ár mbealach a thógáil chun tuiscint a fháil ar na cinn is mó. (INSTITIÚID PERIMETER)

4:42 PM: “Sheas an tsamhail chaighdeánach gach tástáil a rinneamar air… seachas na cinn a luaigh mé.” Tá sé sin fíor ghreannmhar, agus fíor, agus sonraítear ann cé chomh suarach agus atá an staid reatha. Tá an tSamhail Chaighdeánach againn a oibríonn chomh maith, chomh maith sna réimsí uile a bhfuil a fhios againn conas imscrúdú a dhéanamh. Ach sna réimsí nach bhfuil a fhios againn conas imscrúdú a dhéanamh orthu i dtéarmaí na Múnla Caighdeánach, tá an oiread sin ann nach dtuigeann muid ar chor ar bith.

4:43 PM: Agus sin é! Caint thapa, ach pacáilte lán le faisnéis. Am Q&A anois!

Nuair a bhriseann siméadracht an electroweak, is féidir leis an teaglaim de shárú CP agus sárú uimhreacha baryon neamhshiméadracht ábhair / frithmhéadair a chruthú nuair nach raibh a leithéid ann roimhe seo. (OLLSCOIL HEIDELBERG)

4:46 PM: An bhféadfadh baint a bheith ag ábhar dorcha leis an siméadracht ábhair-fhrithmhéadair? Is ceist dhomhain í. Tá ceithre mhór-chás ann don neamhshiméadracht ábhair-fhrithmhéadair:

  • Baryogenesis ar scála GUT,
  • baryogenesis nua-electroweak-fisice,
  • leptogenesis a tháirgeann neamhshiméadracht baryon trí idirghníomhaíochtaí sphaleron,
  • nó baryogenesis réimse-scálaithe-bhunaithe trí mheicníocht mar Affleck-Dine.

Má tá fisic nua ann, d’fhéadfadh baint a bheith aici leis an bhfisic a ghineann ábhar dorcha. Go traidisiúnta féachaimid orthu seo mar fhadhbanna ar leithligh, ach d’fhéadfadh baint a bheith acu leo.

4:48 PM: Mar sin frustrating di, ach freagra macánta! Is í an fhadhb is mó atá sí ag iarraidh a réiteach ná fadhb gha an phrótóin. Deir sí, le ríomhaire a bhfuil go leor cumhachta aici, go bhféadfadh sí ga an phrótóin a ríomh go díreach, agus go mbeadh a fhios againn cén teoiric a thuar i ndáiríre, agus an bhfuil rud éigin cearr le turgnamh. Ach gan ríomhaire saincheaptha nó algartam níos fearr nó rud éigin “nua,” ní bheidh sí in ann cuid mhaith de na fadhbanna eile a theastaíonn uaithi an freagra uirthi a réiteach.

Maidir le, “puzail a choinníonn suas tú san oíche,” is cinn an-mhaith iad sin!

4:50 PM: Ceann de na rudaí is breá liom faoin gcaint seo ná in ainneoin na rudaí nach bhfuil ar eolas againn, níl gach rud indéanta. Tá an oiread sin smaointe ann ar cosúil go bhféadfaidís cuid de na fadhbanna móra móra seo a réiteach, ach tá beagnach gach ceann acu curtha as an áireamh cheana féin. Is é an chúis atá leis ná go bhfuil an leibhéal beachtais is eol dúinn dlíthe agus rialacha bunúsacha agus airíonna na fisice chomh srianta sin, go bhfuil sé beagnach dodhéanta na fadhbanna seo a réiteach gan rud éigin “nua” agus úrscéal, a théann níos faide ná ár dtuiscint chaighdeánach reatha. .

4:51 PM: Agus aontaím go hiomlán lena freagra ar an gceist dheireanach: tóg do bhunús thar réimse leathan disciplíní más mian leat oibriú ar na ceisteanna bunúsacha san fhisic theoiriciúil. Foghlaim ríomhchlárú. Foghlaim sraith iomlán eolaíochta, ó bhitheolaíocht go ceimic go fisic go matamaitic. Foghlaim teicnící éagsúla; aistreofar iad seo i do bhosca uirlisí chun fadhbanna a réiteach. Agus gabháil do thionscadail agus oibrigh ar fhadhbanna a bhfuil spéis agat iontu agus, más féidir leat, nach bhfuil gach duine faoin nGrian ag obair orthu.

Is é an luach saothair a bheidh agat ná oideachas uathúil agus tacar uirlisí a d’fhéadfadh tú a threorú síos bóthar nár thaistil aon duine eile roimhe seo.

Go raibh maith agat as tiúnadh isteach, agus tá súil agam gur bhain tú taitneamh as an gcaint agus as an mblag beo!

Tá Starts With A Bang ar Forbes anois, agus athfhoilsithe ar Meán a bhuíochas lenár lucht tacaíochta Patreon. Tá dhá leabhar ag Ethan, Beyond The Galaxy, agus Treknology: The Science of Star Trek ó Tricorders go Warp Drive.