Gåtan, Jokern, Catwoman and the Penguin hamna i filmen 1966 "Batman". Se fler Batman -bilder. Silver Screen Collection/Contributor/Getty Images Batman- och partikelfysiker har mycket gemensamt.
Säker, de kan skilja sig åt när det gäller gripkrokar och svart, vinylstycken, men den kappade korsfararen och CERN (European Organization for Nuclear Research) når båda det senaste inom högteknologisk pryl och strider med ett exceptionellt bisarrt skurkgalleri.
Medan Batman bråkar med anarkistiska clowner och muterade ekoterrorister, CERN -forskare försöker identifiera och gripa sådana anmärkningsvärda motståndare som Higgs boson .
Du kommer ihåg Higgs. Denna teoretiska (när detta skrivs) partikel är central för fysikens standardmodell. Standardmodellen föreslår att el, magnetism, ljus och vissa typer av radioaktivitet är alla manifestationer av något som kallas elektriskt svag kraft . Och den elektriskt svaga kraften förenar de elektromagnetiska och svaga krafterna, två av de fyra grundläggande naturkrafterna, tillsammans med den starka kraften och tyngdkraften. Fortfarande med mig? Bra.
Dock, modellen fungerar bara om partiklarna runt omkring oss hade noll massa under perioden omedelbart efter big bang. Teoretiskt sett Higgs -partikeln avger Higgs -fältet , ett kosmosomfattande energifält som ger allt med massa-så om standardmodellen är giltig, då måste Higgs existera. Vi måste bara fånga det först.
Med andra ord, någon rånade banken och Oh titta, det måste vara Jokern eftersom - någonsin bokstavaren - han lämnade efter sig ett telefonkort med ansiktet på. Under tiden, den så kallade "gudspartikeln" lever en kort existens i kölvattnet av en accelererad partikelkollision-och efterlämnar sedan en subatomär sönderfallssignatur.
Jokern kan vara Batmans mest kända fiende, men han är knappast den konstigaste. Detsamma kan sägas om Higgs boson, så låt oss lära känna de andra subatomära superskurkarna.
Innehåll
Något av en E. Nigma, den gåtaren. Silver Screen Collection/Contributor/Getty Images Gissa mig till detta, Batman:Hur fungerar gravitationen?
Se, det är inte ett ämne Batman gillar att diskutera så mycket. Enligt fysiker vid University of Leicester, tyngdkraften skulle ha den märkliga vanan att dra Batman till sin död varje gång den utklädda vigilanten försökte använda den fysiskt opraktiska udden. Så han tenderar att lämna hela tyngdkraftsrundan ensam och jaga efter Edward Nigma istället.
För fysiker, dock, frågan bär mycket mer - ja - vikt. Säker, vi har en anständig praktisk förståelse av gravitationens effekter. Vi vet hur dess kraftfaktorer in i den himmelska mekaniken och bildandet av kosmiska kroppar. Men vi har fortfarande inget fast svar på tyngdkänslan.
Ett möjligt svar leder oss rätt till en annan förvirrande partikel i det subatomära skurkgalleriet:the graviton . Om det verkligen existerar, denna hypotetiska partikel överför tyngdkraften, föremål som lockar varandra. Åh ja, och dess existens skulle också göra det möjligt för oss att förena allmän relativitet med kvantmekanik. Allvar, du ser, fungerar ofta som en apnyckel i olika alltomfattande teorier.
Så ja, graviton är en stor grej - om det inte existerar.
Julie Newmar, den typiska Catwoman Silver Screen Collection/Hulton Archive/Getty Images Snabb. Sexig. Svårt att fånga.
Batman har sin Catwoman, och partikelfysiker måste kämpa med den svårfångade - och möjligen felaktiga - existensen av takyoner . En är en sexig inbrottstjuv klädd i läder, och den andra är en subatomär partikel som färdas snabbare än ljusets hastighet.
Jag vet vad du undrar:Hur kan en takyon färdas snabbare än ljusets hastighet om ljushastigheten verkligen är "universell hastighetsgräns"? Det är som att säga "inga ankor kan bära byxor, "och sedan panorerar kameran över till en gräsand iförd friggin corduroys. Vi har universella lagar av en anledning, människor.
Det blir ännu värre:Om principerna för särskild relativitet stämmer, takyoner bryter inte bara den universella hastighetsgränsen, de kränker också själva kausaliteten. I detta universum åtminstone, orsaken kommer alltid före verkan. Utan den lagen gäller, universums väv upplöses.
Om takyoner finns, det beror troligen på detta kryphål:Medan relativitet hindrar materia från att accelerera till ljusets hastighet (eftersom detta skulle kräva oändlig energi), det gäller inte partiklar som alltid färdas snabbare än ljus. För takyoner, lägsta hastighet är ljusets hastighet, och det skulle kräva oändlig energi bara för att sakta ner dem till subluminala hastigheter.
Tachyoner:De är totalhastighetsdemoner, och de kanske bara existerar.
Two-Face och Riddler, fest för tre Getty Images Kan något vara sin egen motsats?
Ja, Batman vet en sak om det här.
Du kommer ihåg historien:Heroic advokat Harvey Dent drabbas av fruktansvärda brännskador på 50 procent av hans kropp, och hans sinne knäpper. Ett ont, kriminell personlighet stiger upp till ytan, och han blir Two-Face, den myntbesatta galningen med löjlig smak i halv och halv kläder.
Partikelfysiker har också ett paradoxalt två-ansikte i sitt skurkgalleri:the Majorana fermion , en partikel som fungerar som sin egen antipartikel.
Låt oss uppdatera. Enligt standardmodellen, partiklar och kvasipartiklar delas in i två kategorier:fermioner och bosoner. Fermionlägret innehåller kvarker och leptoner som elektroner, bland andra. Vi kallar dessa Dirac fermioner . Här skulle du hitta negativt laddade elektroner som kvadrerar av med motpartiklar som kallas positroner , som packar en positiv laddning. När dessa partiklar kommer i kontakt med varandra, de förintar varandra.
Det är precis den typen av dualitet Två ansikten skulle uppskatta. Myntet har två sidor, och det är antingen det ena eller det andra, krona eller klave. Släpp honom ett mynt med två huvuden eller något och det driver honom uppför väggen.
Bosonlägret innehåller fotoner som utgör ljus; dessa lysande partiklar är deras egna antipartiklar, producerar en helt neutral laddning. Verkligen, du förväntar dig den här typen av saker från en boson.
Men är sådant möjligt i fermionlägret? På 1930 -talet, fysiker förutspådde att det var, men ingen såg faktiskt någonsin en så kallad Majorana fermion . Under 2012, ett team av nederländska partikelfysiker upptäckte indirekt dessa små tvåsidor i laboratorieexperiment, men detta saknar en officiell bekräftelse på att de finns.
När vi väl fångat de experimentella bevisen, dock, spännande saker kan hända. Majorana fermioner skulle skryta med en unik förmåga att "komma ihåg" tidigare positioner med hänvisning till varandra, vilket gör dem mycket användbara inom området kvantberäkning. En teori hävdar till och med att all mörk materia i universum faktiskt består av Majorana fermioner.
Datorer med mörk materia. Tänk bara på det en stund.
Vilket fantastiskt par! Michael Li/Creative Commons Batman tenderar att ha en ganska omtumlande tid med damerna. Om han inte undviker dödliga kyssar från Poison Ivy, då är det något slags drama med Catwoman. Se, antingen gifta sig med henne eller kasta henne i fängelse redan.
Och så finns det Harley Quinn, den mordiska clownen med en odödlig (och ohälsosam) kärlek till Batmans ärkefiende Jokern. Säker, många superskurkar har sina hängare och hantlangare, men hon skiljer sig åt som en sann sidekick.
I den subatomära världen, fysiker fortsätter att hålla utkik efter en hypotetisk partikel som kallas en axion . Axionen är särskilt viktig eftersom dess existens skulle täppa till ett stort gap i standardmodellen för partikelfysik. Det är också möjligt mörk materia komponent.
Men låt oss återgå till Batman -jämförelserna. Om axioner är Harley Quinn, vem är då Jokern? Varför inget annat än svarta hål. Det är rätt, forskare teoretiserar att medan svarta hål suger in allt från fotoner till stjärnor, axioner är immuna mot deras destruktiva kraft. Istället för att falla in i den krossande singulariteten, axioner skulle kretsa kring den kollapsade stjärnan i ett enormt bosonmoln.
Ännu galnare, detta moln blir så småningom ganska massivt, trots den extremt låga massan av dess axioner. Skulle molnet äntligen kollapsa i det svarta hålet, det resulterande bosenova skulle rocka själva tyget av rymdtid [källa:O'Neill]. Prata om ett obalanserat förhållande.
Clayface:skådespelare, formskiftande och kriminella Tim Deering/Creative Commons Även med alla galna kostymer, det är svårt att hålla reda på super-skurkaktiviteten i Gotham City-särskilt när du har en formskiftande som Clayface som springer omkring. Han kan ta formen av vem som helst:en bankkassör, Bruce Wayne, du heter det. Han anpassar sitt fysiska utseende för att passa sin miljö, vilket gör honom till en ganska listig motståndare.
Partikelfysiker har sin egen Clayface i form av kameleontpartiklar . Än så länge, vi kan bara spekulera i dessa speciella bosoner som kanske eller inte kan driva universums expansion. Forskare förutspådde först sin existens 2003 som en möjlig förklaring till all den mystiska mörka energin som utgör 70 procent av vårt universum [källa:Johnston]. Liksom kriminella formskiftningar, kameleontpartiklarna anpassar sina egenskaper för att passa deras lokala miljö. Till exempel, om en kameleontpartikel hänger här på jorden, där materialtätheten är hög, det skulle uppvisa hög massa, för, men dess ämnesinteraktioner skulle vara mycket svaga och korta.
Men det är här på jorden. Ute i rymden, kameleontpartiklar skulle uppvisa låg massa och reagera starkt med materia över stora avstånd. I teorin, dessa spekulativa partiklar kan skjuta isär universum i det vi kallar kosmisk inflation .
Inte överraskande, kameleontpartiklar skulle vara ganska svåra att upptäcka här på jorden. Vi måste gå ut i djupet, tomt utrymme för att registrera sin närvaro.
Fortfarande, fysiker har ett antal högteknologiska detekteringsscheman i sina ärmar, och sökningen fortsätter efter den svårfångade kameleonen.
Och så återvänder Dark Knight än en gång till sin underjordiska fladdermusgrotta och fysiker försvinner också, att hantera sina underjordiska partikelkolliderare.
Som jag förklarade i avsnittet Stuff to Blow Your Mind "Det var en gång en boson som hette Higgs, "Jag tenderar att tänka på partikelfysik som en chokladtäckt urinalkaka. Det är inte en kommentar om vikten av fältet eller det fantastiska hos de inblandade individerna, men snarare min syn på dess tillgänglighet som ett allmänt publikämne. Bita i kakan bara lite, och allt är choklad och gott. Bita i lite för djupt, dock, och saker blir mindre smaskiga.
Så jag försökte hålla den här artikeln så chokladaktig som möjligt genom att diskutera några av de fantastiska egenskaperna hos våra konstigaste subatomära partiklar - både verkliga och spekulativa. Det är den glittrande omslagsbilden på en mycket djupare bok, eftersom den bakomliggande vetenskapen här är enorm. Trots allt, partikelfysikens område syftar till att riva upp existensstrukturen - att bryta ner materien till dess mest grundläggande form och utöka vår förståelse för vad detta universum handlar om.
