Bro Su Rafi Zica Particu Lel Or

7/21/2019 Bro Su Rafi Zica Particu Lel Or

1/24


2/24


3/24

Pagina 1

Mai tarziu

Timpul a trecut, secole dup secole, iarstrdania de a cunoate lumea din

jurul nostru a continuat. Pe lng filosofiau aprut filosofi ai naturii, alchimiti i

astrologi. Filosofii naturii studiaufenomenele din viaa de zi cu zi;alchimitii studiau substanele incercau s le schimbe proporia deap, aer, pmnt i foc pentru a puteaproduce metale scumpe, precumaurul, sau un elixir al vieii venice;astrologii studiau micarea planetelorpe cer cu scopul de a determinaviitorul. Astfel era situaia n Evul Mediu,acum cam 500 de ani (circa anul1500).

Partea I

Povestea noastr ncepe n GreciaAntic, acum cam 2500 de ani (circa500 .Hr.). Atunci s-au creat primele colin care oamenii priveau atent n jur,observau o diversitate mare deanimale, de plante, de substane i sentrebau din ce sunt toate acesteaformate i cum au fost ele create. Altfel

spus, care sunt ingredientele i caresunt legile, reeta, dup care suntcreate obiectele din jurul nostru, bachiar din Universul ntreg. i cele mainelepte mini ale vremii au gsit unrspuns care i-a mulumit: totul ar ficreat din patru elemente

Viziunea in Grecia Antica

fundamentale - ap, aer, pmnt ifoc. n variate combinaii, acesteaddeau toat diversitatea din jurulnostru. Ingredientele Universuluipropuse erau clare, dar reeta dupcare acestea erau combinate nsubstanele din viaa de zi cu zirmnea un mister. Iat aadar prima

ncercare de a definiingredientele i reeta Naturii. Oameniicare i-au pus ntrebrile i au dataceste rspunsuri erau numii filosofi.

O fiinta umana este

o parte dintr-un

intreg, denumit de

noi univers, o parte

limitata in timp si

spatiu. (Albert

Einstein)

Alchimist din Evul Mediu

Elementelefundamentale:apa, aer, foc,pamant.

bordarea amuzanta a

elementelorfundamentale

Volumul 1, Numrul 1 Universul: Reteta si ingrediente

Timpul a trecut i uor-uor filosofii naturiiau devenit fizicieni, alchimitii audevenit chimiti, iar astrologii astronomi.i tiina adevrat a luat via, adicaceea care propune un rspunsmatematic pe care apoi l testeazexperimental. Experimentul este

judectorul suprem al unei teoriitiinifice.


4/24

Pagina 2

Apa-foc

Ultimii 250 de ani

Sfarsit

Astrolog din Evul Mediu

i iat c acum doar 250 de ani(circa 1750), au avut loc primelesemne c ingredientele Universuluinu ar fi cele patru considerate nAntichitate. Chimitii au artatatunci c exist substane care nu

sunt create la rndul lor din altesubstane. Erau substaneelementare, sau elemente. Maimult, cele pe care le credeauelemente erau de fapt substanecompuse: apa era format dinoxigen i hidrogen, aerul din oxigeni azot, pmntul era format dindiferite alte substane sfrmate, iarfocul... focul era nc un mister, darmcar se tia c focul nu poateexista fr oxigen i c arderea estecompunerea unei substanechimice cu oxigenul.

Iat, aadar, cum dup mai bine de 2250 de ani,civilizaia vestic descoperea c de faptingredientele Universului sunt o serie de cteva zecide elemente chimice, iar nu cele patru elemente dinAntichitate. Dar care era reeta dup care acesteaerau combinate n substane compuse era ncnecunoscut. Despre aceasta, n ediia viitoare.

Electroliza apei



5/24

Pagina 3

Descoperire recenta

Urmtoarea schimbare de paradigm(adic a modului n care omenireanelege Universul) a avut loc exactacum 200 de ani, cnd chimistulbritanic John Dalton a descoperit...atomii. Fiecrui element chimic i

corespundea cte un tip de atom,atomii se combinau dup legi ncnecunoscute pentru a crea diversetipuri de molecule, iar moleculelegenerau diversitatea de substane din

jurul nostru. A fost nevoie totui de circa50 de ani pentru ca ideea de atom sfie acceptat complet decomunitatea tiinific. Aceasta s-antmplat n 1860, n timpului primuluicongres internaional al chimitilor,care de altfel a fost organizat tocmai

pentru a dezbate chestiunea atomilor.Argumentul principal pentru existenaatomilor era faptul c nc din 1850 sedescoperise c acetia au ceva ninteriorul lor, o structur, pentru c dininterior, ei emit... lumin. Se explicase

astfel i misterul originii luminii. Dar totnu se cunotea reeta (legea,fenomenul) care fcea ca acetiatomi s se combine pentru a creamolecule. Oamenii de tiin trebuiaunti s gseasc cum pot fi aranjaiaceti atomi astfel nct s existe oregul de grupare a lor.

Partea a II-a

n articolul trecut am nceput sa vorbimdespre istoria tiinei n general i nparticular despre modul n care aevoluat imaginea omenirii despreingredientele fundamentale aleUniversului i despre reeta dup careaceste ingrediente se combin pentrua produce diversitatea de animale,

plante i minerale din jurul nostru. Amvzut atunci cum n Antichitate (circa500 . Hr.) se credea c ingredientelefundamentale ale Universului ar fi patruelemente (ap, aer, pmnt i foc)

Introducere

care se combinau dup leginecunoscute pentru a crea toatesubstanele din jur, inclusiv organismelevii. i am vzut cum tiina moderncredea, n jur de anul 1800, cingredientele fundamentale aleUniversului ar fi de fapt cteva zeci deelemente chimice, care se combin

tot dup legi nc necunoscute. nacest articol vom continua aventura nlumea ingredientelor i reeteiUniversului.

Este mai uor s

dezintegrezi un

atom dect o

prejudecat.

(Albert Einstein)

John Dalton

Nucleul atomului



6/24

Pagina 4

Mendeleev

atomii nu erau indivizibili, ci aveau ostructur, care n jur de 1904 eraneleas astfel: tot aa cum ctevastafide sunt rspndite ntr-un aluacontinuu de chec, tot aa electronii negativi erau rspndintr-un aluat ncrcat electric

pozitiv, astfel ca atomul per total sfie neutru. Pierderea unui electrontransforma atomul ntr-un ionncercat pozitiv, iar acceptareaunui electron ntr-un ion ncrcanegativ. Ionii pozitivi i cei negativse atrgeau electric i formaumolecule stabile.

Cercetari asupra atomului

Sfarsit

Alcatuirea atomului

A fost nevoie de nou ani, pentruca n 1869 rspunsul s vin de lachimistul rus Mendeleev, sub formatabelului su periodic alelementelor chimice: atomii erauaranjai n ordinea cresctoare amasei lor i rezulta c atomi aflai

pe aceeai coloan aveauproprieti chimice similare. Era unpunct de plecare spredescoperirea legii dup care atomiise combinau n molecule.

Chimitii au continuat efortul de astudia proprietile chimice alefiecrui element chimic n parte,dar pasul decisiv a venit de la...fizic. n 1897, britanicul J. J.Thomson descoperea c toatetipurile de atomi studiate emiteau,n anumite condiii, o radia-ie de

particule ncrcate cu electricitatenegativ. De aceea, au fostdenumite electroni. Iat aadar c

Iat deci cum n urm cu aproape 100 de ani secunotea pentru prima dat reeta Universului: foraelectric era cea care inea ingredientele mpreun,iar ingredientele erau cteva zeci de tipuri de atomi,

combinai pentru a forma molecule, cristale i toatdiversitatea din viaa noastr de zi cu zi. Dar desprecum a evoluat paradigma despre Univers vom aflamai multe n articolele viitoare.

Structura atomului



7/24

Victor Hugo

Pagina 5 Volumul 1, Numrul 1 Universul: Reteta si ingrediente

Unde? Cum? Cand?

S-a ntmplat n 1909 n cel mai binedotat laborator din lume - laUniversitatea Cambridge, MareaBritanie - sub comanda celui mai bunexperimentator din lume: ErnestRutherford. Rutheford dorea s testezedac modelul stafidelor din cozonacdescria cu acuratee atomul. i cumluase premiul Nobel cu doar un annainte pentru studiul detaliat al unorradiaii pe care le emiteau unii atomi, s-a folosit de acestea pentru a testa

experimental modelul teoretic alatomului. Mai precis, a luat o foi deatomi de aur i a bombardat-o cuaceste radiaii. Modelul stafidelor dincozonac sugera c radiaiile vor trecenedeviate prin foia de atomi de aur,sau c vor fi deviate foarte puin. Denotat c aceste radiaii purtau numelede particule alfa i Rutherford lenelesese misterul pe vremea cnd eracercettor chiar n Montreal, laUniversitatea McGill, cu civa ani mainainte.

Partea a III-a

n primele dou articole am vzutmpreun cum n Grecia Antic apa,aerul, pmntul i focul erauconsiderate ingredientele Universului icum despre reeta dup care secombinau ele nu se bnuia absolutnimic. Am vzut apoi cum tiinamodern a artat, n jur de anul 1770,

c elementele acestea nu erau cuadevrat fundamentale, ci erauformate la rndul lor din elementechimice. Am vzut cum n jur de 1810 s-a descoperit c fiecrui elementchimic i corespunde cte un tip deatom. Am aflat cum zeci de tipuri deatomi erau de fapt ingredienteleUniversului, iar reeta dup careacetia se combinau n molecule erafora electric, cci atomii erau formai

Introducere

din electroni negativi rspndii ntr-omaterie continu pozitiv, precumstafidele sunt rspndite ntr-uncozonac. Pierznd sau captndelectroni, atomii ce erau de obiceineutri din punct de vedere electricdeveneau ioni ncrcai electric, iarionii pozitivi i cei negativi se atrgeau,

crend o puzderie de tipuri demolecule, fr de care ntregul Universaa cum l tim noi nu ar fi putut exista.tiina a oferit ns noi surprize i s-adescoperit c nici atomii nu erau defapt ingredientele fundamentale aleUniversului, ci erau i ei la rndul lorformai din alte componente mai mici.n acest articol vom explora mpreunfascinanta poveste a descopeririinucleului atomic.

In universul unde se

estompeaza

notiunea de numar

si miscare, viziunea

spatiului pulseaza

imperceptibilul.

(Victor Hugo)

Ernest Rutherford

Dac ai fi un zeuatotputernic i ai crea

un Univers de la zero,cum ai proceda?Dac ai cuta ntr-ocarte cosmic debucate pentru reetai ingredienteleUniversului, ce ai gsi?Aceast serie dearticole i propune srspund exact lantrebrile de mai sus.


8/24

Pagina 6

raza nucleului: cam de o sut de mide ori mai mic dect razaatomului. Imaginai-v un stadioncu boabe de orez n parteasuperioar a tribunei, rotindu-se n

jurul unui mr din centrul terenului vei avea o imagine a atomulu

aproape la scar.

Rutherford a creat un nou modematematic al atomului n 1911 i l-adenumit modelul planetarAnalogia ntre atom i sistemul solaera evident. Aa cum planetele senvrtesc n jurul Soarelui, tot astfel electronii orbiteaz la diferitedistane n jurul nucleului; aa cumSoarele conine mai mult de 99%din masa ntregului sistem solar, lafel i nucleul conine practic masantregului atom; mai mult, precum

exist mult spaiu gol n sistemusolar, tot aa i n atom exist multspaiu gol.

Adevarul despre nucleul atomului

Sfarsit

Cozonac cu stafide

Tot aa cum ai trage cu un glonprintr-un zid de hrtie i te-aiatepta ca acesta s treacnedeviat prin zid, Rutherford seatepta ca particulele alfa s fiedoar puin deviate prin foia deatomi de aur. Nu mic i-a fost

mirarea cnd a observat c defapt cam una din opt mii departicule alfa revedea napoiaproape complet. Era ca i cumglonul s-ar fi lovit de o zonmetalic ascuns n zidul de hrtie!i atunci a neles: de fapt, atomulnu era plin, continuu, ca n modelulstafidelor din cozonac. Nu! Atomulera gol, cu un nucleu concentrat ncentru, n jurul cruia electronii seroteau. Nucleul era foarte, foartemic, iar atomul era mai ales gol.Aceasta era sugerat de faptul c

doar una din opt mii de radiaii alfalovea un nucleu i era deviatnapoi. Rutherford a msurat precis

Iat cum fora electric rmnea reeta Universului,dar ingredientele sale fundamentale nu mai erauconsiderate zeci de tipuri de atomi, ci electroni i zecide tipuri de nuclee atomice. Despre cum a evoluat

imaginea noastr despre cartea de bucate aUniversului vom continua n articolul urmtor.

Modelul Rutherford



9/24

Atom


Noul univers

n primul rnd, fizicienii au rafinatmodelul teoretic al atomului.Similitudinea ntre un sistem planetar i

un atom era de fapt imperfect, ccidac o planet se poate deplasa nprincipiu la orice distan n jurulSoarelui, un electron se poate roti doarla distane precise n jurul unui nucleu.La fiecare astfel de distan precisavea electronul o energie precis.Saltul unui electron ntre acestedistane precise cu energii precise sefcea prin absorbia sau emisia deenergie sub form de particule delumin. Emisia i absorbia luminii,

precum i funcionarea atomilor i amoleculelor a fost explicat aadar defizic prin intermediul unei teorii fizice

noi, revoluionare, ce a aprut n anul1925: mecanica cuantic. Reeta careexplica toate acestea (electricitate,magnetism i lumin) era foraelectromagnetic.

Partea a IV-a

Iat-ne la al patrulea articol din seriade articole de istoria tiinei. Primulpopas a fost n Grecia Antic de acum2.500 de ani, cnd se credea c totUniversul este creat din patruingrediente elementare (ap, aer,pmnt i foc) care sunt combinatedup o reet necunoscut pentru a

crea diversitatea din jurul nostru.Cltoria ne-a dus apoi pe urmeledescoperirii elementelor chimice,atomilor i apoi a nucleelor atomice. iam vzut cum din 1910 umanitatea tia

Introducere

c de fapt ingredientele Universuluisunt electronii i cteva zeci de tipuride nuclee. Electronii se roteau n jurulunui nucleu tot aa cum planetele serotesc n jurul unei stele. ReetaUniversului era aadar fora electric,cci ea inea electronii n atomi iatomii n molecule.

Descoperirile tiinifice s-au succedatapoi cu rapiditate, iar pn n 1932 s-ascristalizat o nou viziune asupraUniversului.

Eu nu pot considera

universul ca fiind

rezultatul unei

intamplari oarbe si

totusi nu pot gasi

nici o dovada de

intentie buna, saumacar vreo intentie

oarecare, in cele

mai mici lucruri.

(Charles Darwin)

Atomul


10/24

Pagina 8

mecanicii cuantice artau c, nciuda intuiiei clasice, o particul nuputea avea n acelai timp i opoziie fix i o vitez fix. Astfeldac se tia sigur ca electronuexista n interiorul nucleului, atuncrezulta ca electronul putea avea

o vitez aa de mare nct ar fzburat din nucleu. i atunci nucleunu mai fi fost stabil. Din fericiredup un deceniu de observaiexperimentale riguroase, JamesChadwick a artat c neutronueste de fapt o particul de sinestttoare, care nu conineelectronul n ea, ci care efectivdispare i las n urma sa un protoni un electron atunci cnd are loc odezintegrare nuclear.

Protoni si neutroni

Sfarsit

James Chadwick

n al doilea rnd, la acelailaborator de la universitateaCambridge din Marea Britanie iacelai cercettor care adescoperit nucleul, ErnestRutherford, a descoperit n 1919 i ...protonul ca component a tuturor

nucleelor din lume. Totodat, celmai simplu nucleu existent eraformat dintr-un singur proton(nucleul de hidrogen). Protonul erapozitiv din punct de vedere electric.

Iar n 1932 tot la Cambridge a fostdescoperit i ... neutronul cacomponent a tuturor nucleelor,mai puin a celui de hidrogen. Lanceput s-a crezut c de faptneutronul ar fi un fel de atom formatdoar dintr-un proton i electron,cci existau unele cazuri de

dezintegrare nuclear cnd unneutron se transforma ntr-un protoni electron. Dar noile legi ale

Cu acestea, ingredientele Universului s-au simplificatuimitor. Dac ai fi un buctar cosmic, nu ar trebuis avei n camar zeci de tipuri de nuclee dejaformate i o cutie cu electroni. Ci ar fi suficient s

avei o cutie cu protoni, o cutie cu neutroni i una cuelectroni! Explicarea Universului prin ct mai puineingrediente este unul din scopurile tiinei. Dar dupce reet trebuie pui neutronii i protonii pentru a stampreun i a crea nuclee stabile care s creezeatomi stabili i s ne permit nou s existm? Dacsingura reet ar fi fora electric, protonii pozitivi s-arrespinge ntre ei, iar neutronii neutri nu ar participa lafora electric. i atunci cum de nucleul atomic estestabil? Dar despre aceasta n articolul urmtor ...

Atom



11/24


Fortele Universului

Reeta Universului este format de faptdin trei pri. Fiecare parte corespundeunei fore sau unei interaciunifundamentale ntre protoni, neutroni ielectroni. Cutnd s nelegem forelefundamentale ale Universului, este

important s subliniem cuvntulfundamental, care nseamn c nuexist o alt explicaie care s includo for mai profund. De exemplu, nviaa de zi cu zi simim o mulime defore diferite: fora de frecare, care nepermite s mergem pe pmnt imainilor s nainteze - ai vzut cegreu este s mergei pe ghea? frfrecare ar fi chiar imposibil; fora de

tensiune superficial - cea carepermite apei s urce din sol n tulpinilecopacilor sau cea care permitegzelor s peasc pe suprafaa apeifr s se scufunde; fora elastic -cea care ntinde un arc sau o pratie

pentru vntoare, sau care realizeazsuspensia la automobilul nostru; forade reaciune normal - cea care nu nelas s cdem prin podea. Niciuna dinaceste fore nu este nsfundamental. Fiecare este doaraspectul la scar mare a existeneiunei fore la scar mic (atomic):este vorba despre fora electric.

Partea a V-a

Primii oameni care s-au ntrebat din ceeste format Universul i care i sunt legiledup care elementele fundamentalese combin pentru a producediversitatea din jurul nostru au fostfilosofii din Grecia Antic, acum 2milenii i jumtate. Ei i imaginau c unbuctar cosmic ar trebui s aib

doar patru ingrediente: ap, aer,pmnt i foc. Dar nu tiau reeta dupcare aceste elemente trebuiaucombinate pentru a produce plante,animale i minerale. Dou milenii i

Introducere

jumtate mai trziu, n 1932, fizicieniitiau c de fapt elementele grecilorsunt create la rndul lor din zeci detipuri de atomi i c toi acetia suntformai doar din (alte) trei elemente:protoni, neutroni i electroni. Dar careeste reeta misteriosului buctarcosmic? Despre aceasta vom vorbi n

prezentul articol.

Sa nu incercam sa

cuprindem universul

in imensitatea sa, ca

nu cumva sa ne

cuprinda neputinta

de al sti vreodata pe

de-a intregul, ci mai

bine sa-l

descoperim pas cupas, ca niste

exploratori, asa cum

ramane de

descoperit universul

din noi, zi dupa zi,

an dupa an.

(Marius Torok)

James ClerkMaxwell

Faraday


12/24

Pagina 10

for cu doar dou degete, prinfora de frecare, adic prin atraciaelectric ntre atomii dintr-un degecu cei din celalalt deget!

Fora electric este una din forelefundamentale ale Universului

Povestea nu se termin ns aicicci mai exist o alt for, sor aei: fora magnetic. Ne estefamiliar de la magnetul pe care lipim pe frigider pentru a ine o foicu notie. Sau de la busola care nearat nordul, deoarece ntreguPmnt se comport ca unmagnet gigantic.

Fortele Universului (II)

Incredibila forta electromagnetica

Orsted

Fiecare material este format dinatomi, iar atomii sunt formai dinnuclee pozitive i electroni. Atomiidin material interacioneazelectric unii cu alii i, cnd se facesuma forei electrice, rezult o forelectric total care este

perceput la nivel macroscopic cai for de frecare, sau for detensiune superficial, sau forelastic, sau for de reaciunenormal. De exemplu, noi nucdem prin podea pentru catomii se atrag electric ntre ei i nuvor s se despart ca s formeze unhu prin care noi s cdem. Foraelectric este cu mult maiputernic dect foragravitaional: de miliarde demiliarde de miliarde de miliarde deori mai tare (1036)! Ce dovad mai

simpl dect faptul c ntregulimens Pmnt trage de un mr n

jos i noi putem contracara acea

n anii 1700, cnd au fost studiate detaliat, se credeac este vorba de dou fore complet diferite, ns n1820, danezul Orsted a fcut o descoperiresurprinztoare: un curent electric produce un cmp

magnetic! Se descoperea astfel cum ntre cele doufore exist o legtur. A nceput atunci goanapentru demonstrarea fenomenul invers: poate uncmp magnetic genera curent electric? Rspunsul afost da i a venit n 1931 de la britanicul Faraday,moment din care tim s producem curent electricalternativ n hidrocentrale, termocentrale saucentrale atomo-electrice. Iar n 1865, britaniculMaxwell a dezvoltat o teorie matematic careexplica att fora electric, ct i cea magnetic, cadou aspecte diferite ale uneia i aceleiai forefundamentale: fora electromagnetic. Pentru primadat, dou fore au fost unificate. Ce nseamnunificate? n loc de dou reete ale Universului, era

vorba doar de una. Ba chiar a existat i o cirea petort, cci teoria lui Maxwell explica totodat imisterioasa lumin: aceasta nu era altceva dect ound electromagnetic. Electricitatea, magnetismuli lumina erau aadar descrise de una i numai unadin forele fundamentale ale Universului, anume foraelectromagnetic. Ea este prima din cele trei priamintite din reeta Universului. Despre celelalte douvom povesti n articolele viitoare.

Forta electromagnetica



13/24

Imaginea unei nebuloase numiteOchiul lui Dumnezeu. Acesteveniment se poate observa o data la3000 de ani.


Forta electromagnetica

Fora electromagnetic ne estefamiliar din viaa de zi cu zi, sub celetrei aspecte ale sale: fora electric,

fora magnetic i lumina. Mai mult,toate forele din viaa de zi cu zi suntde fapt manifestri la scar mare aleforelor electrice dintre electroniiatomilor din diferitele substane. Astfel,nu sunt fore fundamentale fora defrecare, fora elastic, fora dereaciune normal sau fora detensiune superficial. De aceea nici nule gsim n reeta de baz a Universului.Acolo gsim ns foraelectromagnetic. Pe baza acestei

reete, folosind ca ingredienteelectronii i zeci de feluri de nucleeatomice, putem crea oricare din

tipurile de atomi cunoscute, iar dinacestea putem crea mii de moleculediferite, care pot crea sute de mii desubstane diferite, adic toatdiversitatea ce o vedem n jurul nostru.

Dar reeta Universului nu este nccomplet. Rmne nc ntrebarea:dup ce reet sunt create zecile detipuri de atomi plecnd doar de laprotoni i neutroni ca ingrediente?

Partea a VI-a

In articolele precedente, fascinantapoveste a cunoaterii Universului ne-apermis s cltorim din Grecia Antica anului 500 .e.n. pn n Anglia anului1932, cnd fizicienii au artat c unipotetic buctar cosmic care ar doris construiasc toat materia dinUnivers nu ar avea nevoie dect de

trei ingrediente de baz: protoni,neutroni i electroni. Dar ce carte debucate este necesar? Am discutatdetaliat despre foraelectromagnetic, acea reet a

Introducere

Universului care ine moleculele nsubstane, atomii n molecule ielectronii n atomi. Este fora care st labaza tuturor forelor din viaa de zi cuzi, precum fora de frecare sau foraelastic. Vom explora acum ns nco for fundamental a Universului.

Exista amintiri

despre viitor.

Universul ascunde

taine ramase pana

azi nedezlegate.

Poate ca unele vor fi

elucidate azi,maine, candva.

Universul nu

cunoaste timpul.

(Erich von Daniken)


14/24

Pagina 12

creai. Fr atomi, substanele implicit noi, nu am exista. Trebuieatunci c mai exist i o alt reeta Universului, o alt for a naturiprin care protonii i neutronii s seatrag. Mai mult, fiindc foraelectric de respingere exist

trebuie ca aceast nou for s fiemai puternic dect cea electric.

Ei bine, aceast for chiar exist poart numele de for nucleartare. I se spune nuclear pentruc explic cum pot exista nucleeleI se spune tare tocmai pentru creuete s contracareze foraelectric. Conform acestei fore, unproton i un proton se atrag (deconform forei electrice se resping!)Dar aceasta nu este tot! Conformaceleai fore tari, i un neutron i un

neutron se atrag! Ba mai mult, i unproton i un neutron se atrag! cum protonul i neutronul au omas foarte apropiat, n toatecazurile de mai sus fora areaceeai trie. Aadar, pentru foranuclear tare protonul i neutronusunt de fapt una i aceeaparticul, cunoscut sub numele denucleon. i oricare doi nucleoni seatrag reciproc.

Forta nucleara

Sfarsit

Cretinismul a fostncercarea de a "nvinge"

universul negndu-l.

Practic, un asemeneaatentat nebunesc - o

asemenea nebuneascngmfare uman n raport

cu universul - a dus la osrcire, depreciere, la o

ntunecare a fiinei umane:

doar categoria cea maimediocr, categoria

omului de turm, i-a pututgsi n asta rostul,

"chemarea", ca s-i zicemaa. (Friedrich Nietzsche)

Haidei s analizm singura reetpe care o tim deja: foraelectromagnetic. Poate ea ineprotoni i neutroni mpreun nnuclee? Aspectul foreielectromagnetice care are ceamai mic ans s fie relevant aici

este fora electric. Ori, din punctde vedere electric, un proton estepozitiv, iar un neutron este neutru.Mai tim c dou particule seresping prin for electric dacambele sunt pozitive sau ambelenegative i se atrag dac au semnediferite. Iar dac una din particuleare sarcin electric zero, atuncifora electric nu se manifestdeloc. Cu acestea, putem aplicareeta electric asupra protonilor ineutronilor strni la un loc: protoniise vor respinge cu ali protoni;

neutronii nici nu se vor respinge, nicinu se vor atrage cu ali neutroni; iarprotonii nici nu se vor respinge, nicinu se vor atrage cu ali neutroni.Protonii i neutronii sunt particulecomplet diferite din punctul devedere al forei electrice! Ei bine,rezult c protonii s-ar respinge uniipe alii, cu neutronii rmnndpasivi, i atunci nucleul ar exploda,nu ar fi stabil i atomii nu ar putea fi

Dar ... exist un dar. Dac un proton i un electron seatrag electric la orice distan s-ar afla, doi nucleoninu se atrag dect dac se afl la distane foartemici, de aproximativ lungimea a civa protoni sauneutroni pui cap la cap. Cu alte cuvinte, pentru aforma nuclee este necesar s se consume ocantitate de obicei foarte mare de energie pentru anvinge fora electric dintre protoni i a-i apropia.Dar odat apropiai, dac n acelai loc ajung ineutroni, atunci neutronii i protonii ncep s seatrag i s formeze nuclee stabile. Aceste condiii

speciale de temperaturi i presiuni uriae serealizeaz ntr-un loc special n Univers, un loc fr decare noi nu am exista, cci nucleele nu s-ar fi format.Este vorba de stele... Nucleele atomice au fostcreate ntr-adevr n stele i noi existm pentru cnaintea Soarelui nostru alte stele au trit i au murit.Iar reeta Universului datorit creia nucleeleatomice exist este fora nuclear tare. Darexplicarea Universului nu s-a terminat i mai exist oreet a Universului, pe care vom explora n articolulviitor.

Forta nucleara tare



15/24

Big Bang


Primii atomi

Dac atomii nu ar exista, nici noi nu amexista. i nu doar noi, ci nici planetele,stelele sau praful interstelar. Iar atomiinu ar exista dac aceast diversitatede zeci de tipuri de nuclee nu ar exista.

Imediat dup Big Bang au luat fiindoar cele mai uoare tipuri de atomi:hidrogenul (cu nucleul format dintr-unproton), heliul (cu nucleul format dindoi protoni i doi neutroni) i foarte micicantiti de litiu. Toate celelalteelemente chimice au fost create nstele.

Partea a VII-a

Universul: reet i ingrediente - parteaa VII-a: forta nuclear slab, sau cumvisul alchimitilor devine realitate. Foranuclear slab permite atomilor s seschimbe dintr-un tip ntr-altul, exact can visul alchimitilor din Antichitate.

Dac am dori s recrem Universulnostru de la zero, cum am face-o?

Care i sunt ingredientele i care i estereeta? n cele ase articoleprecedente am cltorit, odat cuomenirea, de la credina din GreciaAntic n patru elementefundamentale, unite de o reetmisterioas pentru a crea diversitateadin jurul nostru, pn la anul decotitur 1932, cnd a fost descoperitneutronul. Cu aceast descoperire,ultima bucic de puzzle al reetei

Introducere

Universului a fost pus la locul ei, iarimaginea despre Univers s-acompletat. Ingredientele sale de bazerau aadar doar trei: protoni, neutronii electroni. Iar reeta dup careacestea se combinau erau tot trei:fora electromagnetic care inemoleculele n substane, atomii nmolecule i nucleele i electronii n

atomi; fora nuclear tare care ineprotonii i neutronii n nuclee; foranuclear slab - care permite atomilors se schimbe dintr-un tip ntr-altul,exact ca n visul alchimitilor dinAntichitate. Dac n articoleleprecedente am explorat n detaliufora electromagnetic i foranuclear tare, astzi vom povestidespre fora nuclear slab.

There is a theory

which states that ifever for any

reason anyone

discovers what

exactly the

Universe is for and

why it is here it will

instantly disappear

and be replacedby something even

more bizarre and

inexplicable. There

is another that

states that this has

already

happened.

(Adams Douglas)

Alchimistii Greciei Antice


16/24

Pagina 14

termonucleare din Soare. Ceea ceine cei doi protoni i doi neutrondin heliu mpreun, luptnd contraforei electrice care vrea sexplodeze nucleul (deoareceelectric cei doi protoni se resping ianeutronii nu au o for electric)

este fora nuclear tare, pentrucare protonul i neutronul sunt una aceeai particul (denumitgeneric nucleon) i oricare donucleoni se atrag, ba nc i maintens dect fora electric, deunde i denumirea de foranuclear tare.

Forta nucleara tare

Forta nucleara slaba

Forta nucleara slaba

Primele stele erau mari aglomerride hidrogen i heliu. Cu ct maimari, cu att era mai intensgravitaia n centrul norului gazos, icu att mai mari presiunea itemperatura. Dincolo de un anumepunct, ncepeau s aib loc reacii

termo-nucleare. Cu alte cuvinte,patru nuclee de hidrogen setransformau ntr-un nucleu de heliu.Era aadar o reacie nuclear, nsn urma ei era produs energie, deunde termenul de termo. Aceastenergie menine steaua fierbinte,genernd ca reaciatermonuclear s se autosusinpn cnd hidrogenul din stele setransform aproape n totalitate nheliu. Tot aceast energie esteemanat de stea sub form delumin. Cum aproape toat viaa

de pe Pmnt i ia energia de laSoare, putem spune c la bazavieii noastre sunt reaciile

Dar ... exist i aici un dar. Dac plecm de la patruatomi de hidrogen i ajungem la unul de heliu,nseamn c plecm de la patru protoni i ajungemla doi protoni i doi neutroni. Cum este posibil

aceasta? Ei bine, tocmai aici intervine cea de-a treiafora fundamental a Universului, anume foranuclear slab. Ea este cea care permite n anumitecondiii unui proton s se transforme ntr-un neutron,iar unui neutron s se transforme ntr-un proton. I sespune nuclear, cci schimbndu-se structuranucleelor, se schimb practic elementul chimic (oriacesta este exact visul celebru al alchimitilor antici,vis pe care tiina modern l-a fcut realitate). I sespune slab pentru c numai n anumite condiii inumai foarte rar are loc aceast transformare. Altfel,atomii s-ar schimba prea des ntre ei i lumea ar fiprea instabil. Dar exact atunci cnd trebuie, aparefora nuclear slab i permite stelelor s ard,

oferindu-ne nou energia de care avem nevoie.

i mai este un aspect: interiorul Pmntului estefierbinte (i putem lua energie geotermal, deexemplu) pentru c n interiorul Pmntului existanumii atomi (de uraniu) a cror neutroni setransform n protoni emind energie (acest processe numete dezintegrare nuclear sauradioactivitate). Iar aceast energie nclzeteinteriorul Pmntului, oferind energie pentrubacteriile ce triesc fr lumin solar sau nouoferindu-ne ener ie eotermal. Big Bang Istoria Universului



17/24

Pagina 15

1896: descoperirea radioactivitatii

Pentru aceasta, trebuie s nentoarcem puin n timp. n 1896 a fostdescoperit de fizicianul francezBecquerel un fenomen prin careanumite elemente chimice, precumuraniul, emit radiaii, adic particulesubatomice aruncate cu vitez mare

din interiorul atomului. Fenomenul afost apoi studiat detaliat de soii Curietot n Frana, care au descoperit, camprin anul 1902, noi elemente chimiceradioactive. Imediat a nceput sstudieze detaliat radioactivitatea ifizicianul englez Ernest Rutherford, cand

Partea a VIII-a

A aprut i al optulea meu articol dinseria "Universul: reet i ingrediente". nacest articol introduc pe nelesultuturor ideea de antimaterie, desprecare vom povesti i n urmtoareledou articole. Lectur plcut!n cele apte articole precedente amexplorat rspunsurile umanitii de-a

lungul mileniilor la ntrebarea profunddin ce suntem formai, att noi camaterie vie, ct i ceea ce nenconjoar ca materie nevie. Am vzutcum n Grecia Antic se credea cingredientele fundamentale aleUniversului sunt apa, aerul, pmntul ifocul, dar cum n ultimii 250 de anitiina modern a neles c acesteasunt de fapt elemente chimice, caresunt formate din atomi, care suntformai din protoni, neutroni i electroni.Am vzut cum grecii antici nu aveaunici cea mai mic idee despre reeta

dup care cele patru elemente

Introducere

fundamentale se combin, dar cumtiina modern a artat c reetaUniversului este format din trei forefundamentale, care in protonii,neutronii i electronii mpreun: foraelectromagnetic, fora nuclear tarei fora nuclear slab. n fascinantanoastr cltorie, am ajuns aadar la

borna kilometric a anului 1932.Oamenii de tiin credeau atunci cau neles cu totul Universul i chiarregretau c nu mai au ce descoperirinoi s fac n fizic. Nu mare le-a fostmirarea cnd imediat dup a fostdescoperit o nou particulsubatomic, un nou ingredient alUniversului, despre care nu se tia nsce rol ar putea juca n reetaUniversului. Vom vorbi n acest articoldespre una din aceste descoperirisurprinztoare: radiaiile cosmice, careau dus apoi la descoperirea ...

antimateriei i nu numai.

Universul are

desavarsirea

proportiilor

armonice, dar

armoniile trebuie sa

se lase patrunse .

(Johannes Kepler)

Diferenta dintre materie siantimaterie.

Cantitatea de radiaiescade pe msur ce

be ridicm de la sol,pn la 1-2 kilometri.Apoi ncepe iari screasc pe msur cecrete altitudinea,datorit radiaiei carevine din spaiul cosmici lovete atmosferaPmntului. Radiaiaconsmic a fostdescoperit de VictorHess n 1912.



18/24

radiaii gama (fotoni, adicparticule de lumin). Pentruaceasta a luat premiul Nobepentru Chimie n 1907. Dup ce s-antors n Anglia, a folosit radiaiilealfa pentru a bombarda o foi deatomi de aur, iar cu aceasta adescoperit n 1910, acum o sut deani, nucleul atomului.

1932: descoperirea antimateriei

Descoperirea pozitronuluiDescoperirea antimateriei a fost foarte profund i un ocpentru fizica modern exact n anul 1932, cnd se credeac totul fusese neles odat cu identificarea neutronului. icum descoperirea antimateriei nu ar fi fost posibil fr des-coperirea radiaiilor cosmice, premiul Nobel pentru fizic afost acordat n 1936 cercettorilor Victor Hess i CarlAnderson.Despre antimaterie vom vorbi mai pe larg n articoleleurmtoare. La fel, vom afla c i alte particule elementaresurprinztoare au fost descoperite tot n radiaiile cosmice.

1936: Premiul Nobel pentru radiatii

cosmice si antimaterie

O pereche de materie i antimaterieuor produs este cea de electron-

pozitron.

fost trimis la universitatea McGill dinMontreal, pentru a pune pepicioare un departament serios defizic i n Canada. n acei civaani la McGill, Rutherford a neles cparticulele emise sunt de trei tipuri:radiaii alfa (nuclee de heliu, adicformate din doi protoni i doineutroni), radiaii beta (electroni) i

Descoperirea sa a fost reprodus cu succes de fizicianulamerican Robert Millikan n 1925. Imediat acesta a creat unprogram intens de cercetare a radiaiilor cosmice launiversitatea Caltech, n California, unde, n 1932, studentulsu Carl Anderson a descoperit n radiaiile cosmice un nouingredient fundamental al Universului, un frate geamn al

electronului, anume particula de antimaterie cores-punztoare electronului. Este vorba de o particul cu toateproprietile electronului, numai c n loc s fie negativ dinpunct de vedere electric, este pozitiv. I s-a dat numele deantielectron sau pozitron.n1932, n radiaia cosmic, a fost descoperit un nouingredient fundamental al Universului, positronul, o particulde antimaterie corespunztoare electronului. El este fratelegeamn al electronului, numai c loc s fie negativ dinpunct de vedere electric, este pozitiv.

1912: descoperirea radiatiilor cosmicei mai mari, Hess a aranjat szboare cu un balon pn la 5.00de metri. A realizat msurtori atziua ct i noaptea, pentru a avetoate datele disponibile. La sfrit, artat lumii o mare descoperircantitatea de radiaie scade nadevr pe msur ce ne ridicde la sol i face aa timp de cam 2 kilometri. Dar apoi, surprinztoncepe iari s creasc. i cretncontinuu pe msur ce cret

altitudinea. Exist o singuexplicaie, a conchis Hess: existradiaie care vine din spaiul cosmi lovete atmosfera PmntuluVictor Hess descoperise aadradia iile cosmice.

Ajungem aadar n anul 1912.Atunci se tia c i solul are oradioactivitate natural, pentru cn sol sunt cantiti foarte mici, darmsurabile, de uraniu i alteelemente chimice radioactive. Seconstruiser deja detectoareperformante de radiaie i preaevident c pe msur ce te ridici lao nlime mai mare, cantitatea deradiaie provenit de la sol trebuies scad. Ei bine, chiar asta i-a

propus s verifice experimentalfizicianul austriac Victor Hess n 1912.La nceput a realizat experimentul nturnul Eiffel din Paris, pe atunci ceamai nalt construcie din lume.Pentru a studia fenomenul la nlimi



19/24

Cum a fost descoperita antiateria?

Antimateria nu este un subiect descience-fiction, ci este o componentreal a Universului nostru, descoperitexperimental acum 78 de ani. Cu patruani mai nainte ns, n 1928, o teorierevoluionar a fizicii de la acea vremeprezisese existena antimateriei fr canimeni - nici mcar autorul ei - s-i fidat seama de aceasta. Pentru anelege despre ce este vorba, vomcobor i mai nainte n timp.Teoria care explic legile dup care unelectron se mic sub aciunea uneifore electrice, dup care lumina esteemis sau absorbit de atomi, dupcare un magnet interacioneaz cu un

alt magnet, poart numele de teoriaelectromagnetic. A fost creat n1865 de fizicianul britanic James ClarkMaxwell, unificnd electricitatea imagnetismul ntr-o singur teorie. Maimult, ea a prezis existena unor undeelectromagnetice, care se deplasaucu o vitez ce depinde de constantelevidului pentru electricitate imagnetism. Formula respectiv reieeadin teoria lui Maxwell iar cnd acesta aintrodus valorile msurate n formul,stupoarea a fost uria. Viteza undelorelectromagnetice era egal cu vitezadeja msurat a luminii n vid!

Partea a IX-a

n 1932, fizicienii credeau cneleseser misterele materiei. Eirealizeaser c ingredientelefundamentale ale Universului suntprotonii, neutronii i electronii i creeta dup care acestea se combinpentru a produce diversitatea materieidin jurul nostru se constituie din trei fore

elementare: fora electromagnetic,

Introducere

fora nuclear tare i fora nuclearslab. n articolul precedent am vzutcum fizicienii au avut ns, tot n 1932, osurpriz de proporii: pentru fiecareingredient fundamental al Universuluiexist nc unul geamn, care areaceeai mas, dar sarcin electric desemn opus. Este vorba de antimaterie.

Nu poi face nimic ca

s ai stil. Pentru cstilul nu l ai, ci l eti. E

engramat acolo, n

ingineria vertebrelor

din coloana ta

vertebral, n

dinamica fluidelor

corpului tu, n spotul

de lumin de pe

pupila ta catifelat. n

nelepciunea minii

tale, care nainteaz

cnd universul

nainteaz i se

retrage cnd universul

se retrage.

(Mircea Cartarescu)

Magnetismul

Teoria cuantic explican 1925 faptul c natomi electronii sunt

aezai pe diferitestarturi energetice.



20/24

exist atomi, dar nu tia c existelectroni i nu tia nimic desprestructura atomilor). Cnd unelectron trece de la un nivel deenergie la un altul n interioruatomului, atunci trece i de la oanumit vitez la alta, fiind astfe

accelerat sau frnat. Ori, Maxwelexplicase c atunci cnd unelectron este accelerat sau frnael emite lumin. Frecvena luminiemise era dat de diferena deenergie ntre nivelul iniial i cel finaal electronului n atomi. Iar acestenivele energetice ale unui atom daputeau fi calculate precis plecndde la ecuaia lui Schrodinger, careera de fapt ecuaia lui Maxwecuantificat. Cuantificarea esteun procedeu matematic prin carese trece de la legile clasice din

viaa de zi cu zi la legile din lumeaatomic, legi ce sunt contraintuitivei diferite de cele ale materiei lascar mare.

Teoria cuantica

Teoria dezvoltata de

matematicianul Adrien PaulMaurice Dirac

Antimaterie: pentru fiecare ingredient fundamental al Universuluiexist nc unul geamn, care are aceeai mas, dar sarcin

electric de semn opus.

Reflectnd la aceast coinciden,Maxwell a neles c de fapt nu estevorba de o coinciden. Emisia iabsorbia luminii erau legate deelectricitate i magnetism. Se tiadeja, nc de la 1850, c luminaeste emis i absorbit de atomi.

Maxwell a artat c un electron,atunci cnd este accelerat saufrnat, emite lumin. Iat aadarcum n 1865 omenirea a produsprima teorie care unifica treifenomene ce se consideraucomplet diferite: electricitatea,magnetismul i lumina.Detaliile despre emisia i absorbialuminii n atomi au fost explicateteoretic n anul 1925, atunci cndaproape din senin s-a dezvoltat oteorie matematic care artaprecis frecvenele de lumin emise

sau absorbite de diferii atomi. Estevorba de teoria cuantic. Aceastaexplica faptul c n atomi electroniisunt aezai pe diferite straturienergetice (n 1865, Maxwell tia c

Iat aadar cum mecanica cuantic explica n 1925descoperirea lui Maxwell: lumina este legat de

electron prin proprietile lui electrice. Dar areelectronul i proprieti magnetice? n 1922 fusesedescoperit, experimental ntr-adevr, c electronulchiar i n afara atomului, singur, se comport ca unmic magnet. O teorie a electronului care s ia ncalcul magnetismul su intrinsec (denumit spin) a fostdezvoltat n 1928 de ctre matematicianul britanicAdrien Paul Maurice Dirac. i tocmai aceast teoriea prezis existena antimateriei, fr ca mcr Diracs bnuiasc. Mai multe despre aceasta n articolulurmtor.

Crciunul 2004 Volumul 1, Numrul 1 Numele familiei (242) 555-0193



21/24

Electronul ca punct

nti, s ne mai ntoarcem puin n timpfa de anul 1925, cel al teorieicuantice. n 1922, doi fizicieni germani,Stern i Gerlach, au realizat unexperiment prin care au artat celectronul se comport ca un... micmagnet! Se tia deja c atunci cndorbiteaz n jurul nucleului, electronulreprezint o micare de sarcinelectric, ceea ce reprezint uncurent electric. Cum orice curentelectric creeaz un cmp magnetic,micndu-se ntr-un atom, electronulformeaz un mic magnet. De altfel,aa se i face c diferite materiale suntmagnetice. Lucrul aceste se tia dejade un secol, ns ceea ce Stern iGerlach au artat este c electronul,chiar i atunci cnd nu se afl ntr-un

atom, ci liber, deplasndu-se cu vitezconstant, este totui un mic magnet.Ca i cum electronul s-ar nvrti n jurulaxei sale. n realitate, toateexperimentele de pn acumsugereaz c electronul este un punct.Nu are raz, nu are volum. Nu areaadar o ax i nu se poate nvrti n

jurul acesteia. Lumea atomic are altelegi dect cele din viaa noastr de zicu zi. Este vorba de legile mecaniciicuantice i nu este o exagerare c elesunt contraintuitive de multe ori.Electronul se comport ca i cum s-arnvrti n jurul propriei axe, dei este unpunct i nu are o ax. Aceastproprietate cuantic a electronului afost denumit spin, de la englezesculto spin, adic a se roti.

Partea a X-a

n ultimele dou episoade am discutatdespre antimaterie. Am artat cum nmod surprinztor, n 1932, ea fostdescoperit experimental n radiaiicosmice, sub forma unui electron deaceeai mas cu electronul obinuit,dar cu sarcin electric de semn opus.Am artat cum n 1928 a aprut o

Introducere

teorie care a prezis antimateria, frns ca autorul ei s i fi dat seama.Am artat, de asemenea, evoluiateoriilor fizice de la 1865 (teoriaelectromagnetic) la 1925 (teoriacuantic) pentru a explicaelectricitatea, magnetismul i lumina. nacest articol vom continua expunerea.

Demiurgul voind, ca

totul sa fie bun, si

nimic sa nu fie rau,

atat cat lucrul acesta

este posibil, a luat

masa lucrurilor vizibile,

care se agita intr-o

miscare neinfranata si

fara norma, si din haos

facu sa nasca ordine,

gandind ca ordinea

era mult mai buna.

(Platon)

Schordinger



22/24

energia de micare a unui corpEnergia de micare este de forma ori masa ori viteza la ptrat. i cummasa este mereu pozitiv, energiade micare este pozitiv. i atuncprocedai aa cum ai fost nvala fizic n liceu: aruncai soluia

negativ ca neavnd semnificaiefizic. Ei bine, aa a fcut i Diraccnd noua sa ecuaie spunea cenergia la ptrat are o anumitvaloare pozitiv. Era evident cenergia ar fi radical din aceavaloare. De ce ar trebui ca energias poat fi i minus radical din aceavaloare? O energie de micarenegativ nu are sens, dect daccumva ar fi vorba de masnegativ. Iar o mas negativ nuare sens, pentru c foragravitaional este doar de

atracie. La fora electric exist sarcini negative pe lng celepozitive pentru c fora electricpoate fi i repulsiv, nu doaatractiv. Dar fora gravitaionaleste doar atractiv i atunci masa edoar pozitiv. Nu e aadar demirare c Dirac a aruncat aceastsoluie imediat ce a vzut-omatematic, cci nu avea suporfizic.

Ecuatia lui Schordinger

Descoperirea lui Anderson

Ecuaia lui Schordinger nu lua ns nconsiderare i nici nu explica spinulelectronului. Cel care a reuit sdezvolte pentru prima dat o teoriecuantic a electronului care sinclud i spinul su a fost fizicianulbritanic Paul Adrien Maurice Dirac,

n 1928. Teoria sa a fost unarevoluionar, care a venit la doartrei ani de la o alt teorierevoluionar, mecanica cuantic,pe care a extins-o i a dus-o maideparte. Dirac a explicat cumexist sau cum se deplaseaz prinspaiu un electron ce are sarcinelectric (adic are proprietielectrice) i spin (adic areproprieti magnetice).Dar cum prezicea aceast teorie nmod subtil existena antimateriei?S vedem o analogie. Dac vi se

cere un numr care ridicat la ptrateste 9, vei spune c numrulcutat este 3. Un matematician v-arrspunde c ar mai exista o soluie,anume minus 3. Dumneavoastr i-ai rspunde c are dreptate, darc din pcate pentru el tii dinsurse sigure c numrul cutat emusai pozitiv, ca de exemplu

Descoperirea experimental a antimateriei n 1932 l-andemnat s se mai uite odat la ecuaiile sale.Antielectronul observat de Carl Anderson n radiaiilecosmice era un electron de aceeai mas, numai c aveasarcin electric de semn opus. Dirac i-a dat seama cmatematic acel semn minus de la a doua soluie dinecuaie putea fi interpretat nu doar ca o mas negativ, cii ca un mers negativ n timp (adic mers spre trecut) saumers negativ n spaiu (adic mers n sens opus dect armerge un electron cu aceeai energie). Dar nici acestea nuaveau sens. Sau se mai putea (i de aici a licrit sperana!)ca acel semn minus s fie interpretat ca un semn minus lasarcina electric. Adic un electron cu aceeai mas ca ielectronul, dar cu semn electric pozitiv. i tocmai aceasta,un antielectron, denumit apoi i pozitron, descoperiseAndersen.

Iat aadar cum ingredientele Universului trebuie nmulitecu doi, pentru c i protonul i neutronul au partenerii lor deantimaterie (antiprotonul i antineutronul), chiar dac aufost descoperii experimental ceva mai trziu.

n 1928, fizicianul britanic Paul Adrien Maurice Dirac aexplicat cum se deplaseaz prin spaiu un electron ce are

sarcin electric (adic are proprieti electrice) i spin(adic are proprieti magnetice).



23/24

Structura atomului

Din aceast serie de articole de istoriatiinei suntem deja familiari cu ideeac totul n jurul nostru este format dinatomi, care sunt formai din cte unnucleu n jurul cruia se nvrt electroni.Nucleele sunt formate la rndul lor dinprotoni i neutroni. Aadar, nucleele nusunt punctiforme, ci au o raz i unvolum. Dar nici protonii i neutronii nu

sunt punctiformi, ci au o raz i unvolum. Aceasta pentru c fiecare dinei are o structur. Sunt constituii dincte trei particule elementaredenumite cuarci care schimb ntre eialte particule denumite gluoni. Protonulare, prin urmare, o raz care este datde structura sa i de micrile

particulelor elementare din interiorulsu. Un proton singur reprezint i celmai mic nucleu de atom din natur.Este chiar nucleul de hidrogen, cci unproton n jurul cruia se nvrte unelectron formeaz atomul dehidrogen. Spre deosebire demajoritatea atomilor care sunt creai nstele care transform hidrogen i heliu

n atomi mai grei, atomii de hidrogenau fost creai chiar imediat dup BigBang prin acelai mecanism din care s-a format Universul nostru.n ceea ce privete electronul, acestanu are o structur, ci este o particulelementar, cu raz zero i volum zero.

Partea a XI-a

Dup 10 articole de introducere nfizica subatomic (din seria UNIVERSUL:REET I INGREDIENTE), a venit rnduls discutm despre o nou particulelementar, frate al electronului:muonul, sau particula mu. Iar ocoinciden fericit ne aduce chiar otire mare din fizica particulelor,

aprut pe coperta ultimului numr din

Introducere

prestigioasa revist Nature. Muonul aajutat la msurarea precis a razeiprotonului i spre surpriza tuturor,valoarea obinut este cu 4% mai micdect valoarea oficial. Aceasta areimplicaii imense asupra nelegeriinoastre a Universului mic, care vatrebui ajustat corespunztor.

Tehnologia este un

mod de a organiza

universul astfel nct

omul s nu fie nevoit

s-l experimenteze.

(Max Frisch)

Protonii, unele din prile componente ale atomului, sunt mai mici dect se credea - odescoperire surprinztoare care poate altera cele mai de ncredere legi ale fizicii.



24/24

Muonul este o alt particulelementar. Este de fapt tot un fede electron, numai c de aproape200 de ori mai masiv. Are tot sarcinelectric negativ i tot raz volum zero. Dar dac un electroneste stabil, adic triete la infinit

un muon moare dup cam 2milionimi de secund, disprnd lsnd n locul su un electron i doneutrino, particule de care vomvorbi n articolele viitoare. E suficiens nelegem c un muon este unelectron mai masiv, instabil, care sedezintegreaz ntr-un electron i alteparticule dup un timp foarte scurpentru ochii notri, dar foarte marepentru lumea subatomic.

Raza protonului Ce este muonul?

Raza protonului a fost msuratacum aproximativ 40 de ani i deatunci nu s-au mai fcut altemsurtori. Dar iat c unexperiment nou, de zece ori maiprecis, a fost finalizat recent, dupdoisprezece ani de munc, ntre

care ase doar de verificare arezultatului incredibil observat: razaprotonului este cu 4 procente maimic dect valoarea msurat ntrecut. n condiiile n care teoriilefizicii particulelor elementare suntprecise la a treia zecimal, odiferen la zecimala a doua esteocant i retrimite fizicienii, att peteoreticieni, ct i peexperimentatori, la foaia de hrtie,respectiv la acceleratoarele departicule.

Att de mare, nct fizicienii au reuit s creeze cuajutorul unui accelerator de particule de la InstitutulPaul Scherrer din Elveia (CERN nu are singurulaccelerator de particule din Elveia!) un fascicul demuoni cu care au bombardat un recipient ceconinea atomi de hidrogen. Cteodat un muondisocia o molecul de hidrogen n doi atomi de

hidrogen, unuia dintre acetia trimindu-i electronuln afar, pentru ca locul su s fie luat chiar demuon!

Cum muonul este tot un fel de electron, numai cmai masiv i care triete mai puin, iat c se poatecrea un nou tip de atom: un hidrogen muonic, unden jurul protonului se nvrte un muon, nu un electron.Dac atomul cu electron triete la infinit, atomul cumuon triete doar vreo dou milionimi de secund.Cum acesta este un interval de timp mare pentrulumea subatomic, fizicienii au putut studia interaciadintre proton i muon. Fiind cam 200 de ori mai masivca electronul, muonul este mult mai aproape deproton dect ar fi electronul, iar acest lucru a permis

msurarea razei protonului mult mai precis ca pnacum. Rezultatul surprinztor c de fapt razaprotonului era supradimensionat cu 4% cerefizicienilor s revizuiasc parametrii teoriei fiziciiparticulelor i apoi prediciile pe care aceasta leface. Va influena acest rezultat experimentele de laacceleratorul LHC? Rmne de vzut continuareaacestei poveti.

Bro Su Rafi Zica Particu Lel Or

Documents

Transcript of Bro Su Rafi Zica Particu Lel Or