26. Erdvinė intrafazių chromosomų organizacija branduolio viduje, euchromatinas, heterochromatinas.
Ir tarpfazinis branduolys kaip visuma, erdvinė chromosomų organizacija
Sukūrus metafazinių chromosomų preparatų gavimo metodus, atsirado galimybė analizuoti chromosomų skaičių ir apibūdinti jų morfologiją bei dydį. Tiesa, fiziniai chromosomos matmenys ir morfologija citologiniuose preparatuose yra labai
priklausė nuo mitozės stadijos ir atitinkamo citologinio preparato paruošimo sąlygų. Praėjo daug metų, kol buvo įrodyta, kad ląstelių ciklo G2 stadijos chromosomų dydis ir morfologija mažai skyrėsi nuo faktinių mitozinių chromosomų.
Ląstelių ir molekulinės biologijos raida leido vizualizuoti atskiras chromosomas tarpfaziniame branduolyje, jų
trimatis mikroskopija ir net atskirų sričių identifikavimas. Tyrimai šia kryptimi buvo atlikti tiek su fiksuotomis, tiek su gyvomis ląstelėmis. Paaiškėjo, kad ilgosios profazės ir prometafazės chromosomos, biologams gerai žinomos iš citologinių preparatų, yra tiesiog chromosomų ištempimo pasekmė, kai jos pasklinda ant stiklo. Vėlesnėse mitozės stadijose chromosomos veiksmingiau priešinasi tempimui ir išlaiko natūralų dydį. Eksperimentuose su gyvomis ląstelėmis naudojami įvairūs fluorescencinio žymėjimo metodai ir 4D mikroskopija. Taigi, atliekant intravitalinius atskirų chromosomų stebėjimus, į visų auginamų ląstelių chromosomų DNR pirmiausia buvo įvesta fluorescencinė etiketė, o tada maistinė terpė buvo pakeista
Be fluorochromų, ląstelėms buvo leista pereiti kelis ląstelių ciklus. Dėl to kultūroje atsirado ląstelių.
Šis terminas reiškia branduolinės DNR kompleksą su baltymais (histonais, nehistoniniais baltymais).
Yra hetero- ir euchromatinas.
Heterochromatinas - transkripcijos požiūriu neaktyvus, kondensuotas intarpfazės branduolio chromatinas. Jis yra daugiausia palei branduolio periferiją ir aplink branduolius. Tipiškas heterochromatino pavyzdys yra Barr kūnas.
Nors istoriškai mažiau suprantamas nei euchromatinas, nauji atradimai rodo, kad heterochromatinas vaidina lemiamą vaidmenį organizuojant ir tinkamai funkcionuojant genomams nuo mielių iki žmonių. Jo galimą svarbą pabrėžia faktas, kad 96% žinduolių genomo sudaro nekoduojančios ir pasikartojančios sekos. Nauji atradimai, susiję su heterochromatino susidarymo mechanizmais, atskleidė netikėtų dalykų
Euchromatinas – transkripciškai aktyvi ir mažiau kondensuota chromatino dalis, lokalizuota šviesesnėse branduolio vietose tarp heterochromatino, turtinga genų. Pasklinda žiemos fazėje. Aktyviai transkribuota. Euchromatinas pasižymi mažesniu DNR sutankinimu, palyginti su heterochromatinu, ir, kaip jau minėta, jame daugiausia lokalizuojasi aktyviai išreikšti genai.
Euchromatinas arba „aktyvus“ chromatinas daugiausia susideda iš koduojančių sekų, kurios sudaro tik nedidelę žinduolių genomo dalį (mažiau nei 4%).
Taigi bendras terminas „euchromatinas“ greičiausiai reiškia sudėtingą (-as) chromatino būseną (-es), apimančią dinamišką ir sudėtingą mechanizmų, kurie glaudžiai sąveikauja tarpusavyje ir su chromatino fibrile, mišinį, kad paveiktų funkcinių RNR transkripciją.
Mokslininkai labai seniai pradėjo manyti, kad Žemės viduje yra tvirta ir karšta šerdis, iškeldami įvairias hipotezes apie planetos kilmę. Tačiau tik neseniai mokslininkams pavyko tiksliai nustatyti, kad šerdis yra nevienalytė, jos išorinė dalis turi skystą struktūrą, o apačioje – kieta medžiaga. Spindulys, apytiksliais skaičiavimais, yra 1300 km.
Iš ko susideda kietoji branduolio dalis?
Mokslas gali atsakyti į šį klausimą tik hipotezėmis ir prielaidomis, nes šiuolaikinės technologijos neleidžia imti tiesioginių mėginių. Vidinės šerdies egzistavimą pirmasis įrodė Inge Lehmann, geofizikas iš Danijos, analizuodamas seismines bangas ir kitus geologinius procesus. Daroma prielaida, kad jis palaipsniui kristalizuojasi ir didėja dėl išorinio sluoksnio aušinimo medžiagos, tačiau šio padidėjimo greitis neviršija 1 mm per metus.
Šerdies sudėtį galima spręsti iš meteoritų tyrimo, nes šie kosminiai kūnai yra asteroidų ar kitų planetų branduolių fragmentai. Meteoritai daugiausia sudaryti iš geležies ir nikelio lydinių, todėl dauguma mokslininkų mano, kad šie elementai sudaro kietosios šerdies pagrindą. Tačiau kosminiai objektai yra mažesnio dydžio nei mūsų planeta dangaus kūnų fragmentai. Tai reiškia, kad cheminė sudėtis gali skirtis.
Mažiau paplitęs požiūris teigia, kad šerdis neturi kristalinės struktūros, bet yra amorfinėje būsenoje. Jo kietumas šiuo atveju yra dėl labai didelio slėgio, nes medžiagos tankis šerdies viduje, skaičiavimais, yra apie 13,1 g/cm3. Kai kurie mokslininkai teigia, kad azotas ir siera užima didelę vietą šerdies sudėtyje. Bendras požiūris šiuo klausimu greičiausiai neatsiras labai ilgai.
Vidinės šerdies fizinės savybės
Kompiuteriniai modeliai ir laboratoriniai eksperimentai leido mokslininkams įsivaizduoti, kas vyksta pačiame mūsų planetos centre, ir paaiškinti kai kurias paslaptis, pavyzdžiui, magnetinio lauko atsiradimo reiškinį. Dabar įrodyta, kad išorinė ir vidinė šerdys sukasi ir priešingomis kryptimis. Šio sukimosi greitis palaipsniui keičiasi atsižvelgiant į kryptį, todėl galbūt po kelių tūkstančių metų šiaurės ir pietų ašigaliai gali apsikeisti vietomis.
Vidinės šerdies temperatūra artėja prie Saulės paviršiaus temperatūros ir yra apie 6000 laipsnių Celsijaus. Kristalizacijos metu į išorinius apvalkalus išsiskiria šiluma, užtikrinanti geodinamiką. Seisminis zondavimas leido nustatyti, kad tektoninių bangų greitis gali skirtis, o tai lemia pokyčius visuose Žemės sluoksniuose. Žinios apie šerdies sandarą būtinos ne tik geofizikams, bet ir seismologams, kad būtų galima tiksliai numatyti žemės drebėjimus ir net užkirsti jiems kelią.
Vidinė žemės šerdis laukia naujų atradimų ir eksperimentų, kurie leis tiksliai nustatyti jos sudėtį ir numatyti mūsų planetos ateitį.
Kita paskaita, kurioje dalyvavo J. Tompkinsas, buvo apie vidinę branduolio, kaip centro, aplink kurį sukasi atominiai elektronai, struktūrą.
- Ponios ir ponai, - pradėjo profesorius. – Vis giliau gilindamiesi į materijos struktūrą, dabar savo protu pabandysime prasiskverbti į branduolio vidų, į paslaptingą regioną, kuris užima vos vieną tūkstantąją milijardąją viso atomo tūrio. Ir vis dėlto, nepaisant tokio neįtikėtinai mažo naujos mūsų tyrimų srities dydžio, mums tai buvo pati gyviausia veikla. Juk atomo branduolys yra atomo širdis, o jame, nepaisant santykinai mažo dydžio, yra sutelkta 99,97% visos atomo masės.
Patekę į atomo branduolio sritį po santykinai menkai apgyvendintos atomo elektronų atmosferos, mus iš karto nustebins neįprastas jo perteklius. Jei atominės atmosferos elektronai vidutiniškai juda atstumais, viršijančiais jų pačių skersmenį maždaug kelis tūkstančius kartų, tada branduolio viduje gyvenančios dalelės tiesiogine prasme būtų susigrūdusios petys į petį, jei turėtų pečius. Šia prasme vaizdas, kuris mums atsiveria branduolio viduje, labai primena įprasto skysčio vaizdą, tik tas skirtumas, kad branduolio viduje vietoj molekulių susiduriame su daug mažesnėmis ir daug elementaresnėmis dalelėmis, žinomomis kaip protonų Ir neutronų. Verta paminėti, kad, nepaisant skirtingų pavadinimų, protonai ir neutronai gali būti laikomi tiesiog dviem skirtingomis tos pačios sunkiosios elementariosios dalelės, žinomos kaip nukleonas, krūvio būsenomis. Protonas – teigiamai įkrautas nukleonas, neutronas – elektriškai neutralus nukleonas. Gali būti, kad egzistuoja ir neigiamo krūvio nukleonai, nors jų dar niekas nepastebėjo. Pagal savo geometrinius matmenis nukleonai nelabai skiriasi nuo elektronų: nukleono skersmuo yra apie 0,000 000 000 0001 cm, tačiau nukleonai yra daug sunkesni: ant svarstyklių protoną ar neutroną gali subalansuoti 1840 elektronų. Kaip jau sakiau, dalelės, sudarančios atomo branduolį, yra labai sandariai supakuotos ir tai paaiškinama specialių branduolinės sanglaudos pajėgos, panašiai į jėgas, veikiančias tarp skysčio molekulių. Kaip ir skystyje, branduolinės sanglaudos jėgos neleidžia nukleonams visiškai atsiskirti vienas nuo kito, bet netrukdo santykiniams nukleonų judėjimams. Taigi branduolinė medžiaga turi tam tikrą sklandumo laipsnį ir, netrukdoma išorinių jėgų, įgauna sferinio lašo formą, kaip paprastas skysčio lašas. Diagrama, kurią dabar jums parodysiu, paprastai vaizduoja įvairių tipų atomų branduolius, susidariusius iš protonų ir neutronų. Paprasčiausią vandenilio branduolį sudaro tik vienas protonas, o sudėtingiausią urano branduolį sudaro 92 protonai ir 142 neutronai. Žinoma, žiūrėdami į šias nuotraukas neturėtumėte pamiršti, kad tai tik labai įprasti realių branduolių vaizdai, nes dėl esminio kvantinės teorijos neapibrėžtumo principo kiekvieno nukleono padėtis iš tikrųjų yra „ištepta“. per visą branduolio tūrį.
Kaip jau minėjau, dalelės, sudarančios atomo branduolį, yra laikomos kartu galingų sanglaudos jėgų, tačiau be šių patrauklių jėgų yra ir kitų jėgų, veikiančių priešinga kryptimi. Iš tiesų, protonai, kurie sudaro maždaug pusę nukleonų populiacijos, turi teigiamą krūvį. Vadinasi, tarp jų veikia atstumiančios jėgos – vadinamosios Kulono jėgos. Lengviesiems branduoliams, kurių elektros krūvis yra palyginti mažas, šis Kulono atstūmimas nėra ypač svarbus, tačiau sunkesniuose branduoliuose su bo Esant didesniam elektros krūviui, Kulono jėgos pradeda rimtai konkuruoti su branduolinės sanglaudos jėgomis. Kai tai atsitiks, branduolys tampa nestabilus ir gali išskirti kai kurias jo sudedamąsias daleles. Būtent taip elgiasi kai kurie elementai, esantys pačiame periodinės lentelės gale ir žinomi kaip radioaktyvieji elementai.
Iš pirmiau pateiktų bendrųjų svarstymų galite daryti išvadą, kad tokie sunkūs nestabilūs branduoliai turi skleisti protonus, nes neutronai neturi jokio elektros krūvio ir todėl jiems neveikia Kulono atstūmimo jėgos. Tačiau, kaip rodo eksperimentai, kai kurie radioaktyvūs branduoliai išskiria vadinamuosius alfa dalelių(helio branduoliai), t.y. kompleksiniai dariniai, kurių kiekvienas susideda iš dviejų protonų ir dviejų neutronų. Tai paaiškinama specialia dalelių, sudarančių atomo branduolį, grupe. Faktas yra tas, kad dviejų protonų ir dviejų neutronų derinys, sudarantis alfa dalelę, pasižymi didesniu stabilumu, todėl tokią grupę lengviau visiškai atplėšti, nei padalinti į atskirus protonus ir neutronus.
Kaip tikriausiai žinote, radioaktyvaus skilimo reiškinį pirmasis atrado prancūzų fizikas Henri Becquerel ir garsus britų fizikas Lordas Rutherfordas, kurio vardą jau minėjau kitu ryšiu, kuriam mokslas labai dėkingas už svarbius atradimus pasaulyje. atomo branduolio fizika, pasiūlė radioaktyvųjį skilimą paaiškinti kaip savaiminį, t.y. savaiminį atomo branduolio suirimą į dalis.
Vienas iš ryškiausių alfa skilimo bruožų yra kartais neįprastai ilgas laikas, reikalingas alfa dalelėms pabėgti iš atomo branduolio į laisvę. Dėl uranas Ir torio manoma, kad šis laikotarpis yra milijardai metų, radžiui apie šešiolika amžių, ir nors yra elementų, kurių alfa skilimas įvyksta per sekundės dalį, jų gyvenimo trukmė taip pat gali būti laikoma labai ilga, palyginti su jų intrabranduolinio judėjimo sparta. judėjimas.
Dėl ko alfa dalelė kartais išlieka branduolyje daug milijardų metų? Ir jei alfa dalelė taip ilgai išbūna branduolio viduje, kas verčia ją palikti jį?
Norėdami atsakyti į šiuos klausimus, pirmiausia turime šiek tiek daugiau sužinoti apie santykinius intrabranduolinės sanglaudos jėgų stiprumus ir elektrostatines atstumiančias jėgas, veikiančias dalelę, kuri palieka atomo branduolį. Kruopštų eksperimentinį šių jėgų tyrimą atliko Rutherfordas, naudodamas vadinamąjį metodą atominis bombardavimas. Savo garsiuose eksperimentuose, atliktuose Cavendish laboratorijoje, Rutherfordas nukreipė į taikinį greitai judančių alfa dalelių spindulį, kurį skleidžia kažkokia radioaktyvioji medžiaga, ir stebėjo šių atominių sviedinių nukrypimus (sklaidymą), kai jie susidūrė su bombarduojamos medžiagos branduoliais. Rutherfordo eksperimentai įtikinamai parodė, kad dideliais atstumais nuo atomo branduolio alfa dalelės patyrė stiprų branduolinio krūvio elektrinių jėgų atstūmimą, tačiau atstūmimas buvo pakeistas stipria trauka tais atvejais, kai alfa dalelės skrisdavo arti išorinių branduolinio regiono ribų. . Galima sakyti, kad atominis branduolys yra kažkuo analogiškas tvirtovei, iš visų pusių apsuptas aukštomis, stačiomis sienomis, neleidžiančiomis dalelėms patekti į vidų arba ištrūkti. Tačiau ryškiausias Rutherfordo eksperimentų rezultatas buvo šio fakto nustatymas: alfa dalelių, išskrendančios iš šerdies radioaktyvaus skilimo metu arba prasiskverbiančios į šerdį bombarduojant iš išorės, turi mažiau energijos nei reikėtų tvirtovės sienų aukščiui arba potencialiam barjerui įveikti A, kaip mes paprastai sakome. Šis Rutherfordo atradimas visiškai prieštaravo visoms pagrindinėms klasikinės mechanikos koncepcijoms. Iš tiesų, kaip galite tikėtis, kad kamuolys nuriedės per kalvos viršūnę, jei metėte jį neturėdami pakankamai energijos, kad pasiektumėte kalvos viršūnę? Klasikinė fizika galėjo tik plačiai iš nuostabos atmerkti akis ir įtarti, kad Rutherfordo eksperimentuose kažkur įsivėlė klaida.
Tačiau iš tikrųjų klaidos nebuvo, o jei kas suklydo, tai ne lordas Rutherfordas, o... klasikinė mechanika! Situaciją vienu metu išaiškino mano geras draugas daktaras Gamovas ir daktarai Ronaldas Gurney bei E. W. Londonas. Jie atkreipė dėmesį į tai, kad sunkumų nekyla, jei į problemą žiūrime šiuolaikinės kvantinės teorijos požiūriu. Iš tiesų, kaip žinome, šiuolaikinė kvantinė fizika atmeta aiškiai apibrėžtas klasikinės teorijos trajektorijas-linijas ir pakeičia jas neaiškiais vaiduokliškais pėdsakais. Kaip geras senamadiškas vaiduoklis galėjo lengvai prasiskverbti pro storas akmenines senovinės pilies sienas, taip vaiduokliškos trajektorijos gali prasiskverbti per galimas kliūtis, kurios klasikiniu požiūriu atrodė visiškai neįveikiamos.
Prašau, nemanykite, kad juokauju: potencialių kliūčių pralaidumas dalelėms, kurių energija yra nepakankama, yra tiesioginė matematinė naujosios kvantinės mechanikos pagrindinių lygčių pasekmė ir yra labai įtikinama vieno iš reikšmingiausių skirtumų tarp kvantinės mechanikos iliustracija. senos ir naujos judėjimo sampratos. Tačiau nors naujoji mechanika leidžia tokius neįprastus efektus, ji tai daro tik esant labai griežtiems apribojimams: daugeliu atvejų tikimybė kirsti barjerą yra labai maža, o šerdies požemyje įstrigusią dalelę teks mesti prieš sienas neįtikėtinai daug kartų, kol jos bandymai ištrūkti į laisvę vainikuojami sėkme. Kvantinė teorija pateikia tikslias tokio pabėgimo tikimybės apskaičiavimo taisykles. Įrodyta, kad pastebėti alfa skilimo laikotarpiai visiškai sutampa su teorinėmis prognozėmis. Tuo atveju, kai alfa dalelės bombarduoja atomo branduolį iš išorės, kvantinių mechaninių skaičiavimų rezultatai puikiai sutampa su eksperimentu.
Prieš tęsdamas paskaitą, norėčiau parodyti keletą nuotraukų, kuriose užfiksuoti įvairių branduolių, kuriuos bombarduoja didelės energijos atominiai sviediniai, skilimo procesai (prašau, pirma skaidrė!).
Šioje skaidrėje (žr. pav. 174 psl.) matote du skirtingus skilimus, nufotografuotus burbulų kameroje, apie kurias kalbėjau ankstesnėje paskaitoje. Paveikslėlyje (A) matote azoto branduolio susidūrimą su greita alfa dalele. Tai pirmoji kada nors padaryta nuotrauka, kurioje užfiksuota dirbtinė elementų transformacija (transformacija). Už šią nuotrauką esame skolingi lordo Rutherfordo mokiniui Patrickui Blackettui. Aiškiai matoma daugybė alfa dalelių pėdsakų, kuriuos skleidžia galingas alfa dalelių šaltinis. Dauguma alfa dalelių skrenda per visą regėjimo lauką nepatiriant nė vieno rimto susidūrimo. Alfa dalelių takelis čia sustoja, o iš susidūrimo taško matosi dar du takeliai. Ilgas, plonas takelis priklauso protonui, išmuštam iš azoto branduolio, o trumpas storas takelis atitinka atatranką nuo paties branduolio. Bet tai nebėra azoto branduolys, nes praradęs protoną ir sugėręs krintantį alfa dalelę, azoto branduolys virto deguonies branduoliu. Taigi mes matome alcheminį azoto pavertimą deguonimi, o vandenilis yra šalutinis produktas.
Nuotraukose (B), (C) matote branduolio irimą, kai jis susiduria su dirbtinai pagreitintu protonu. Greitųjų protonų pluoštas sukuriamas specialia aukštos įtampos mašina, visuomenei žinoma kaip „atominis trupintuvas“ ir į kamerą patenka per ilgą vamzdelį, kurio galas matomas nuotraukose. Taikinys, šiuo atveju plonas boro sluoksnis, dedamas atvirame vamzdžio gale taip, kad po susidūrimo susidarę branduolio fragmentai turėtų skristi per kameros orą, sudarydami miglotus takelius. Kaip matote (B) paveikslėlyje, boro branduolys, susidūręs su protonu, skyla į tris dalis ir, atsižvelgiant į elektros krūvio išsaugojimą, darome išvadą, kad kiekvienas dalijimosi fragmentas yra alfa. dalelė, t.y. helio branduolys. Šios dvi branduolinės transformacijos yra labai tipiški kelių šimtų kitų šiuolaikinės eksperimentinės fizikos tyrinėtų branduolinių transformacijų pavyzdžiai. Visose tokio pobūdžio transformacijose, žinomose kaip branduolinės pakeitimo reakcijos, krintanti dalelė (protonas, neutronas arba alfa dalelė) prasiskverbia į branduolį, išmuša kokią nors kitą dalelę ir lieka jos vietoje. Protonas pakeičiamas alfa dalele, alfa dalelė – protonu, protonas – neutronu ir t.t. Visose tokiose transformacijose naujas elementas, susidaręs dėl reakcijos, yra artimas bombarduojamo elemento periodinėje lentelėje.
Tačiau tik palyginti neseniai, prieš Antrąjį pasaulinį karą, du vokiečių chemikai O. Hahnas ir F. Strassmannas atrado visiškai naują branduolinės transformacijos tipą, kurio metu sunkusis branduolys suyra į dvi lygias dalis, išskirdamas didžiulį energijos kiekį. Kitoje skaidrėje (prašau, kitoje skaidrėje!) matote (žr. p. 175) (B) paveikslėlyje du urano branduolio fragmentus, išsibarsčiusius skirtingomis kryptimis iš plonos urano vielos. Šis reiškinys vadinamas branduolio dalijimasis, pirmą kartą buvo pastebėtas, kai uranas buvo bombarduojamas neutronų pluoštu, tačiau fizikai netrukus išsiaiškino, kad ir kiti periodinės lentelės gale esantys elementai turi panašių savybių. Šie sunkieji branduoliai jau yra ties savo stabilumo slenksčiu ir pakanka menkiausio trikdymo, kurį sukelia susidūrimas su neutronu, kad jie suirtų į du fragmentus, kaip ir per didelis gyvsidabrio lašas skyla į gabalus. Sunkiųjų branduolių nestabilumas atskleidžia klausimą, kodėl gamtoje egzistuoja tik 92 elementai. Bet koks branduolys, sunkesnis už uraną, negali egzistuoti ilgą laiką ir iš karto suyra į mažesnius fragmentus. Branduolinio dalijimosi reiškinys yra labai įdomus praktiniu požiūriu, nes jis atveria tam tikras galimybes panaudoti branduolinę energiją. Faktas yra tas, kad kai branduolys skyla į dvi dalis, iš branduolio išsiskiria keli neutronai, kurie gali sukelti gretimų branduolių skilimą. Tolimesnis tokio proceso plitimas gali sukelti sprogstamą reakciją, kurios metu visa branduoliuose sukaupta energija išsiskiria per nedidelę sekundės dalį. Jei prisiminsime, kad viename svare urano sukaupta branduolinė energija prilygsta dešimčiai tonų anglies energijos, tampa aišku, kad branduolinės energijos išleidimo galimybė gali sukelti esminių pokyčių mūsų ekonomikoje.
Tačiau visos šios branduolinės reakcijos gali būti vykdomos tik labai nedideliu mastu ir nors jos suteikia mums daug informacijos apie vidinę branduolio sandarą, dar palyginti neseniai nebuvo nė menkiausios vilties, kad pavyks išleisti didžiulius kiekius branduolinės energijos. Ir tik 1939 metais vokiečių chemikai O. Hahnas ir F. Strassmannas atrado visiškai naują branduolinės transformacijos tipą: sunkusis urano branduolys, susidūręs su vienu neutronu, suyra į dvi maždaug lygias dalis, išskirdamas didžiulį kiekį energijos ir dviejų ar trijų neutronų emisija, kuri savo ruožtu gali susidurti su urano branduoliais ir padalinti kiekvieną iš jų į dvi dalis, išskirdama naują energiją ir naujus neutronus. Grandininis urano branduolių dalijimosi procesas gali sukelti sprogimus arba, jei bus kontroliuojamas, tapti beveik neišsenkamu energijos šaltiniu. Džiaugiuosi galėdamas pranešti, kad daktaras Tallerkinas, dalyvavęs kuriant atominę bombą, taip pat žinomas kaip vandenilinės bombos tėvas, maloniai sutiko atvykti pas mus, nepaisant didelio užimtumo, ir pateikti trumpą pranešimą. apie branduolinių bombų projektavimo principus. Tikimės, kad jis atvyks bet kurią minutę.
Vos spėjo ištarti šiuos žodžius profesorius, kai atsidarė durys ir į klasę įžengė labai įspūdingos išvaizdos vyras degančiomis akimis ir ištįsusiais antakiais. Paspaudęs ranką profesoriui, vyras kreipėsi į susirinkusius:
Hoolgyeim es Uraim“, – pradėjo jis. - Roviden kell beszelnem, mert nagyon sok a dolglom. Ma ryte tubb megbeszelesem volt a Pentagonban ir Feher Hazban. Delutanas... O, atsiprašau! - sušuko nepažįstamasis. – Kartais painioju kalbas. Leisk man pradėti iš naujo.
Ponios ir ponai! Pasakysiu trumpai, nes esu labai užsiėmęs. Šįryt dalyvavau keliuose susitikimuose Pentagone ir Baltuosiuose rūmuose, o šią popietę turiu būti French Flate, Nevadoje, kur turi įvykti požeminis sprogimas. Šį vakarą turiu kalbėti per banketą Vandenbergo oro pajėgų bazėje Kalifornijoje.
Dabar apie pagrindinį dalyką. Faktas yra tas, kad atomų branduoliuose išlaikoma pusiausvyra tarp dviejų rūšių jėgų – branduolinių traukos jėgų, kurios linkusios išlaikyti branduolį nepažeistą, ir elektrinių atstumiamųjų jėgų tarp protonų. Sunkiuosiuose branduoliuose, tokiuose kaip uranas ar plutonis, vyrauja atstumiančios jėgos, o esant menkiausiam sutrikimui branduoliai yra pasirengę suirti į du fragmentus – skilimo produktus. Toks sutrikimas gali būti vieno neutrono susidūrimas su branduoliu.
Atsigręžęs į lentą, svečias tęsė:
Čia yra skilusis branduolys, o štai neutronas susiduria su juo. Du dalijimosi fragmentai skrenda vienas nuo kito, kiekvienas neša apie milijoną elektronų voltų energijos. Be to, branduoliui irstant, jis išleido keletą naujų dalijimosi neutronų (paprastai du lengvojo urano izotopo atveju ir trys plutonio atveju). Reakcija – bam, bam! - tęsia taip, kaip pavaizdavau čia, lentoje. Jei skiliosios medžiagos gabalas yra mažas, tada bo Dauguma dalijimosi neutronų pabėga nuo jo paviršiaus dar nespėję susidurti su kitu dalijančiu branduoliu, o grandininė reakcija niekada neprasideda. Bet jei skiliosios medžiagos gabalas yra pakankamai didelis (tokį gabalą vadiname kritine mase), trijų ar keturių colių skersmens, tada dauguma neutronų pagaunama ir viskas sprogsta. Tokį įrenginį vadiname dalijimosi bomba (spaudoje ji dažnai neteisingai vadinama atomine bomba).
Daug geresnių rezultatų galima pasiekti, jei atsigręžtume į kitą periodinės elementų lentelės galą, kur branduolinės jėgos viršija elektrinį atstūmimą. Kai susiliečia du lengvieji branduoliai, jie susilieja, kaip du gyvsidabrio lašai ant lėkštutės. Toks susiliejimas gali įvykti tik esant labai aukštai temperatūrai, nes elektrinis atstūmimas neleidžia šviesos branduoliams priartėti ir liestis. Tačiau kai temperatūra pasiekia dešimtis milijonų laipsnių, elektrinis atstūmimas nebepajėgia sutrukdyti atomams priartėti vienas prie kito ir prasideda sintezės, arba termobranduolinės sintezės, procesas. Termobranduolinei sintezei tinkamiausi branduoliai yra deuteronai, t.y., sunkiųjų vandenilio atomų branduoliai. Dešinėje lentos pusėje nubraižiau paprastą termobranduolinės reakcijos deuteryje schemą. Kai pirmą kartą sugalvojome vandenilinę bombą, manėme, kad tai bus palaima visam pasauliui, nes po jos sprogimo nesusidarys radioaktyvūs skilimo produktai, kurie vėliau pasklis po visą žemės atmosferą. Tačiau mums nepavyko sukurti „švarios“ vandenilinės bombos, nes deuteris – geriausias branduolinis kuras, kurį galima lengvai išgauti iš jūros vandens, pats savaime neuždega. Deuterio šerdį turėjome apsupti urano apvalkalu. Tokie apvalkalai gamina daug dalijimosi fragmentų, o žmonės mūsų dizainą vadino „nešvaria“ vandenilio bomba. Panašūs sunkumai iškilo kuriant kontroliuojamą termobranduolinę reakciją su deuteriu ir, nepaisant visų pastangų, mes niekada negalėjome jos įgyvendinti. Tačiau esu tikras, kad anksčiau ar vėliau valdomos termobranduolinės sintezės problema bus išspręsta.
Daktaras Tallerkinas, ko nors iš publikos paklausė, ar branduolio dalijimosi fragmentai bandant nešvarią vandenilinę bombą gali sukelti mutacijas, pavojingas žmonių sveikatai viso Žemės rutulio populiacijoje?
Ne visos mutacijos yra kenksmingos“, – šypsojosi gydytojas Tallerkinas. – Kai kurios mutacijos pagerina paveldimumą. Jei gyvuose organizmuose mutacijų neatsirastų, tai tu ir aš vis tiek būtume amebos. Ar nežinote, kad gyvybės evoliucija Žemėje vyksta tik dėl mutacijų ir stipriausių mutantų išlikimo?
„Ar tikrai nori pasakyti, – isteriškai šaukė moteris iš auditorijos, – kad gimdytume dešimtis vaikų, o išrinkę geriausius, likusius nužudytume?
Matote... - pradėjo daktaras Tallerkinas, bet tuo metu atsidarė durys ir į auditoriją įžengė vyras su skrydžio uniforma.
Paskubėk, pone! - greitai pranešė jis. „Jūsų sraigtasparnis stovi prie įėjimo ir jei dabar nepakilsime, negalėsite laiku atvykti į oro uostą, kur jūsų laukia specialus lėktuvas!
Atsiprašau, – į publiką kreipėsi gydytojas Tallerkinas, – bet man laikas eiti. Dievas Veluk!
Ir abu – daktaras Tallerkinas ir pilotas – išskubėjo iš auditorijos.
Rosa Khatskelevich: Norėčiau jus supažindinti su Igoriu Ivanovu – apie tai mes su Ilja taip ilgai kalbėjomės. Ir... kelios taisyklės. Igoris iš karto mums, kai pradėjome organizuoti paskaitą, pasakė, kad nenoriu, kad tik žmonės sėdėtų salėje, kaip kareiviai, ir žiūrėtų į mane, klausytų ir... išeitų. Noriu, kad į kambarį atėję žmonės mane pertrauktų ir užduotų klausimų ten, kur, jų nuomone, tai tinkama.
Ši idėja mums labai patiko, bet dabar, kai matome tiek daug žmonių, ateinančių į salę, galvojame: „Kaip mes galime tai padaryti? Taigi nusprendėme leisti viskam eiti savo vaga. Tai yra, Igoris kalbės, mes vis tiek tikimės iš jūsų klausimų, kurie nutrauks jo kalbą, bet jei paaiškės, kad yra tiek daug klausimų ir Igoris negali tęsti savo kalbos, mes pasiliekame teisę kažkaip supaprastinti šį spontanišką procesą. Tai yra, mes pasakysime: „Vaikinai, viskas. Visi klausimai. Tegul Igoris mums pasako viską, ko nori, o po paskaitos prašau atsakyti - nežinau, kiek laiko galime čia būti? „Jis atsakys į tavo klausimus iki nakties“.
Ar sutinki? Labai norėtume, kad būtumėte aktyvūs, labai norime, kad šiandien domėtųsi, ir esame beveik tikri – ar net visiškai tikri – kad taip ir bus. Prašome pradėti.
Igoris Ivanovas: Labai ačiū. Aš tikrai labai džiaugiuosi matydamas jus visus šiame kambaryje, beveik pilną. (Ar gerai mane girdi? Gerai. Čia. Ar matote paveikslėlį? Ar nereikia išjungti šviesos? Ar galite ją išjungti? Taip geriau, tiesa?)
Tiesą sakant, tai ir parodysiu skaidrėse – bus nemažai, bus tokių pagrindinių teiginių. Bet iš esmės ši paskaita yra tokia, mojuojant rankomis: žiūrėk rankas, aš tau viską parodysiu ant pirštų. Čia.
Pirmiausia papasakosiu, na, kai kurias šiuolaikinėje fizikoje egzistuojančias idėjas, kurios tiria, kas vyksta atomo branduoliuose ir dar giliau – dalelių viduje, o tada, pačioje pabaigoje, parodysiu kelias skaidres apie fizikų eksperimentą. laukė daug metų. Šis eksperimentas jau buvo pradėtas rinkti po gabalą, gabalas po gabalo jau prieš 10 metų, o kitais metais jis bus paleistas. Šiuo metu ruošiami didžiausio pasaulyje eksperimentinio objekto – Didžiojo hadronų greitintuvo Šveicarijoje – elementai. Ir šis eksperimentas, kuris bus pradėtas kitais metais, atsakys į daugelį klausimų ir, tiesą sakant, pastūmės fiziką vystytis toliau. Todėl parodysiu keletą skaidrių, techninių ir eksperimentinių, apie šį eksperimentą. Na, eime.
Kaip gyvena protonas?
Jūs čia susirinkote, o kadangi susirinkote, vadinasi, domitės fizika. Tikriausiai perskaitėte mokslo populiarinimo knygas ar straipsnius, todėl šiek tiek žinote apie pasaulio sandarą. Jei pirmos dvi ar trys minutės jums atrodo kažkiek pažįstamos, viskas gerai, nes pradėsiu nuo paprastų dalykų. Bet būkite atsargūs, nes pakankamai greitai pereisiu prie dalykų, apie kuriuos mokykloje nekalbama. Tačiau jie yra gana paprasti, todėl noriu ir apie juos papasakoti. (Jei turite klausimų, klauskite.)
Taigi, pradėkime nuo paprasčiausių dalykų, kuriuos tikriausiai žino visi arba beveik visi. Viskas, kas yra aplink mus – liustra, pavyzdžiui, grindys, oras – visa tai susideda iš molekulių. Molekulės sudarytos iš atomų. Jūs visa tai puikiai žinote, ko gero, net vidurinėje ar pradinėje mokykloje. Pasaulyje yra daug molekulių. Nežinau, kiek medžiagų chemikai susintetino – manau, milijonus. Ir kiekviena medžiaga yra ypatinga, nes turi savo ypatingą molekulę. Šie milijonai skirtingų molekulių iš tikrųjų yra sukonstruoti iš atomų, kurių nėra daug. Jūs taip pat tikriausiai žinote periodinę lentelę: dabar joje aptikta šiek tiek daugiau nei šimtas atomų ir šimtai elementų. Gamtoje iš tikrųjų randama dar mažiau.
Taigi iš šio nedidelio atomų skaičiaus galite sukurti daug skirtingų molekulių, jas sujungdami. Atomai - na, jūs irgi tai gerai žinote - nėra elementarūs: jie susideda iš kompaktiško branduolio, kuris yra ten, centre, jis yra labai sunkus, ir elektronų apvalkalų, kurie sėdi. (Šiuos paprastus dalykus dabar sakau tik norėdamas įvesti žodžius. Vėliau šie žodžiai bus svarbūs.) Ir, galų gale, tas branduolys, esantis kiekvieno atomo viduje, kuris yra labai mažas, palyginti su atomu, bet labai sunkus, - jis taip pat nėra elementarus: jis susideda iš protonų ir neutronų. Jūs taip pat tai puikiai žinote.
Viso to mokoma mokykloje, ir atrodytų, kad visa tai labai paprasti dalykai, tačiau iš tikrųjų į šią situaciją galima pažvelgti iš kiek kitos pusės, į kurią dažniausiai nekreipiama dėmesio. Aš tai suformuluosiu taip: visose šiose situacijose, kurias turime čia – molekulėse, atomuose ir branduoliuose – visur veikia principas, kurį pavadinau „derinimo principu“.
Kas tai yra? Leisk man paaiškinti. Tiesą sakant, idėja labai paprasta, net iš pirmo žvilgsnio per paprasta. Sakoma, kad sudėtingesnius ir sunkesnius objektus galima gauti iš paprastesnių tiesiog pridedant keletą papildomų dalių. Kuo objektas sunkesnis, tuo daugiau gabalų jame yra. Ir todėl objekto komplikacija neišvengiamai susijusi su vienetų skaičiaus padidėjimu. Tai veikia ir paprastose molekulėse (ar įsivaizduojate, kokios yra molekulės – kai kurios labai mažos, bet sujungus jas kartu gausite dideles, taip pat yra ir visiškai gigantiškų molekulių, susidedančių iš daugybės atomų). Tas pats veikia ir atomuose, ir atomo branduoliuose (yra labai mažų branduolių; pavyzdžiui, alfa dalelė yra labai mažas branduolys, bet jei į ją pridėsite papildomų protonų ir neutronų, rezultatas yra sunkūs branduoliai).
Atrodytų, kam tiek daug apie tai kalbėti? Visa tai yra visiškai elementaru. Atrodytų, kaip galėtų būti kitaip? Tai taip akivaizdu. Taigi, kai pasinersime į protono gelmes, viskas bus visiškai kitaip. Ten neveiks.
Bet tai įvyks po penkių minučių, bet kol kas pažiūrėkime, ką fizika pasiekė dabar.
Galbūt jūs taip pat žinote šį paveikslėlį, bent jau 11 klasėje jie pergyvena fiziką. Šiuolaikinė fizika „įkopė“ į pačias materijos gelmes. Tai nėra taip paprasta, kaip gali atrodyti, nes mažų dalelių pirštais nepajausite, o mažomis žnyplėmis jų nepaimsite, o šviesos pagalba nepamatysi. Dėl to fizikai jau seniai bandė išsiaiškinti, kaip „pažvelgti“ kai kurių dalelių viduje, ir išsiaiškino, kad paprasčiausias būdas yra tiesiog įstumti jas vieną į kitą.
Dabar šie eksperimentai atliekami skirtinguose pasaulio centruose – tai greitintuvai, kurie pagreitina daleles ir susiduria tarpusavyje. Jei kils klausimų, detaliau papasakosiu vėliau, o pabaigoje taip pat šiek tiek papasakosiu apie šiuos eksperimentus. Kol kas mums svarbu žinoti, kad šie eksperimentai egzistuoja, kad dalelės susiduria viena su kita, o panagrinėję susidūrimų rezultatus tiesiog supranti, iš ko jie susideda.
Visa tai išanalizavę – ir šie eksperimentai prasidėjo maždaug prieš 40 metų – fizikai greitai priėjo prie išvados, kad protonas taip pat nėra elementarus. Jis taip pat turi struktūrą, o ši struktūra yra gana paprasta: yra trys maži kompaktiški objektai, vadinami kvarkais...
I.I.: Palauk Palauk...
I.I.: Tai aišku. Ar galiu atsakyti iš karto?
I.I.: Aš lengvai tikiu, kad galite tai paaiškinti. Faktas yra tas, kad, žinoma, visose šiose skaidrėse bus daug supaprastinimų, tai yra, iš tikrųjų, moksliniu požiūriu, ten yra daug netikslumų. Bet kadangi ši paskaita yra nemokslinė, tai aš tiesiog praleidžiu šiuos netikslumus, neaptarinėju.
I.I.: Taigi, jūsų manymu, viskas neteisinga?
I.I.: Taigi. Na, tęskime, o tada galėsime diskutuoti...
Tiesą sakant, aš tiesiog noriu pasakyti štai ką: kad ši tema yra gana pavojinga, nes yra daug žmonių, kurie nėra gerai susipažinę su šia tema. Rimtai, tiesą sakant. Iš tikrųjų moksle yra keletas subtilių dalykų, dėl kurių kyla ginčų. Nepaisant to, yra eksperimentinių duomenų - jų yra daug -, kuriuos dabar visuotinai priimta suformuluoti tokia forma: yra trys kompaktiški objektai (tik tuo atveju protone, esančiame ramybėje), kurie yra maždaug tokių apsupti. .. kažkas, kas juos supa, kurį sąlyginai galima vadinti „gluono debesiu“. Gliuonai yra dalelės, kurios iš tikrųjų pritraukia šiuos kvarkus. Ir čia iš tikrųjų vyksta labai įdomus dalykas – be to, net drąsiai pasakysiu: dalykas, su kuriuo žmonija dar nebuvo susidūrusi. Šios gliuono jėgos yra labai neįprastos.
Tai, kas vyksta, atrodo maždaug taip. Vėlgi, su dideliais supaprastinimais, labai trumpai, bet atrodo maždaug taip. Tos jėgos, kurios traukia kvarkus, staiga nustoja būti tik jėgomis – jos materializuojasi. Tai yra, palyginti, jie iškrenta nuosėdų pavidalu, apgaubia šiuos kvarkus ir yra šalia jų. Ar gali įsivaizduoti? Tai yra, yra ne tik kažkokios dalelės, sujungtos jėgomis, bet šie jas jungiantys laukai staiga pradeda gyventi savo gyvenimą. Jie turi materialinę esmę.
Pavyzdžiui, jie sveria – turi masę. Ir jie nustoja būti tik šių kvarkų „pakalikai“, jie ne tik juos traukia – jie, pavyzdžiui, pradeda traukti save. Tai yra, skirtingos čia schematiškai nupiešto gliuono debesies dalys taip pat jaučia viena kitą ir neleidžia šiam debesiui plėstis, sulaiko jį. Dėl to paaiškėja, kad mūsų protonas (juk iš tikrųjų visa tai yra protonas) yra gana kompaktiškas.
Dėl to paaiškėja, kad kvarkas negali skristi labai toli. Įsivaizduokite, kad tai ne tik debesis, o ten yra kvarkų – tai debesis, kurį sukuria kvarkai. Tai yra, pirmiausia kvarkai pradeda traukti, o tada ši juos stabdanti jėga nusėda, tarsi kondensuota. Ir įsivaizduokite, kad jei dabar bandysite šiuos kvarkus atskirti – tiesą sakant, tokie eksperimentai yra atliekami – galiu tiesiogine prasme pasakyti: jie paima vieną ir paspaudžia ant kažkokio tokio kvarko. Tai tik tikri eksperimentai - žinoma, jie naudoja ne pirštą kaip paspaudimą, o kažkokį elektroną: jie pagreitina elektroną su didele energija - sprogimas! - tiesiai ant kvarko. Kvarkas bando nuskristi tiek, kiek gali, bet negali nuskristi nuo gliuono debesies: jis pats sukuria šį debesį. Dėl to paaiškėja, kad gliuono debesis bando ištempti, jis išsipučia, išsipučia, tampa sunkesnis ir dėl to visa tai skyla į daleles. Kvarkas tiesiog negali iš to išeiti - tai viena iš gliuono jėgų neįprastumo apraiškų.
Tiesą sakant, toliau bus dar įdomiau. Dėl to paaiškėja, kad - pamenate derinimo principą, kuris puikiai veikė atomo branduoliuose? jis dirbo atomuose ir molekulėse – taigi, protone jis visai neveikia. Kaip tai atrodo? Įsivaizduokime, pavyzdžiui, pagal analogiją su atomo branduoliu. Tebūnie protonas, susidedantis iš kvarkų. Pridėkime dar kelis kvarkus – 9, 12, bet ką. Mes norime gauti vieną didelį ir storą megaprotoną. Galite pabandyti tai padaryti eksperimentiškai - iš tikrųjų nėra jokių sunkumų. Eksperimentai buvo atlikti, o kas atsitiks? Pasirodo, šie papildomi kvarkai nenori patekti į vidų. Bandome juos įstumti, bet jie nenori patekti – nori atsiskirti. Tai sudėtingas perėjimas, kurio fizikai šiuo metu iki galo nesupranta. Detaliau tai, žinoma, kažkaip paskaičiuota, teoriškai ar skaičiais, bet, deja, tokio bendro, suprantamo vaizdo kol kas nėra. Tačiau rezultatas toks, kad neįmanoma sujungti daugelio kvarkų.
Atrodytų, gerai - ne, ne, pabandykime ištirti, kas ten yra. Pradedame tyrinėti daleles ir staiga matome, kad iš tikrųjų yra sunkūs protono analogai. Yra ir protonas, ir yra kitų dalelių – čia išvardijau keletą jų, kurios buvo eksperimentiškai atrastos, eksperimentiškai ištirtos – visos labai panašios į protoną. Jų yra apie keliolika; dabar atidaryta gal beveik dvi dešimtys. Ir, kas įdomiausia, jie turi didelę masę. Tai yra, yra kelios skirtingos masės dalelės - ji vis didėja ir didėja...
Mokslininkai susidomėjo – kaip tai įmanoma? Iš ko tada susideda šios dalelės? Atlikome eksperimentus ir nustatėme, kad jie visi susideda iš tų pačių trijų kvarkų. Ir ten yra trys kvarkai, ir ten yra trys kvarkai. Visi šie kvarkai yra vienodi. Tiesą sakant, aš nesakiau - kvarkai turi savo pavadinimus, keletą skirtingų veislių, bet visa tai yra zoologija - tai kvarkų klasifikacija, kuri apie juos daug nepasako. Štai kas iš tikrųjų yra įdomu – toks yra jų gyvenimas: kaip jie yra susiję vienas su kitu, bendrauja – tai aš sakau. Galite kažkur perskaityti klasifikaciją, tai nėra taip svarbu.
Taigi, kas atsitiks? Pasirodo, šios dalelės taip pat turi tris kvarkus, tačiau skirtumas tas, kad jie jie sėdi skirtingai. Jie yra tam tikros sudėtingos formos vienas kito atžvilgiu ir juda šiek tiek kitaip. Jei pagalvoji, tai irgi labai neįprastas dalykas, nes, na, pažiūrėk, įprastame kasdieniame gyvenime paėmęs ir perstatęs, pavyzdžiui, Rubiko kubo dalis, nieko naujo iš jo negausi. - bet koks sunkesnis daiktas. Ir čia išeina tiksliai taip: jei kažkaip pertvarkote kvarkus, dėl to gliuono debesis išsipučia, o kadangi jis taip pat sveria, masė pasirodo didesnė. Tai yra, derinimo principas yra visiškai pažeistas, tačiau vis dėlto yra ir sunkesnių protonų analogų.
Net nežinau, kokį pavyzdį iš paprasto gyvenimo duoti, kad pajustumėte, kiek tai yra... ( Iš žiūrovų: „Vandens virdulys“... Matote, šiame gliuono debesyje nėra fiksuoto dalelių skaičiaus, nėra „debesų materijos“ išsaugojimo dėsnio. Jei paimsite šio debesies gabalėlį ir ištrauksite – tai galima padaryti ir eksperimentiškai – tada jo iš viso nebus. Jei paimsi ir ištrauksi pusę debesies, jis ten vėl augs, nes kvarkai negali be jo gyventi – kvarkai šias jėgas skleidžia įvairiomis kryptimis, o šios jėgos tada materializuojasi. Labai svarbu jausti, kad tai ne šiaip koks materijos debesis, o save išgydanti struktūra, kuri sveria, veikia pati save.
Klausimas:Kaip ji atkuriama?
Tai galima apibūdinti maždaug taip. Leiskite tai pasakyti po dviejų minučių. Yra jėgų, kurias žinote – elektromagnetinės jėgos. Tai traukos jėgos tarp elektros krūvių. Ir tam tikra prasme jas galima įsivaizduoti kaip dalelių mainus – šios dalelės vadinamos „fotonais“. Svarbiausia, kad fotonai nesąveikauja tarpusavyje. Jei, tarkime, kur nors yra keletas fotonų, o jūs ten pridėsite dar daugiau fotonų, tai tai visiškai neturės įtakos tiems ankstesniems fotonams. Pavyzdžiui, elektrostatikoje tai vadinama „superpozicijos principu“. Elektriniai ir magnetiniai laukai tiesiog susideda ir viskas. Bet tai neveikia su gliuono laukais. Jei padidinsite gliuonų koncentraciją, jie linkę gaminti dar daugiau gliuonų. Kiekvienas gliuonas gali generuoti daugiau gliuonų, jie gali rekombinuotis ir susidurti. Dėl to, jei debesyje bus per mažai gliuonų (pavyzdžiui, paimkite debesį ir pašalinkite pusę debesies), tada likę gliuonai išskirs naujus, o jie nusės aplink protoną, kad viskas būtų stabilu, stacionarus. Tai turtas, kurio žmonės anksčiau visiškai nežinojo.
Taigi štai. Čia neveikia nei derinimo principas, nei net normalus požiūris, iš kur atsiranda masė. Paprastai masė susideda iš kai kurių plytų masės. Jei turime tris plytas, tai bendra trijų plytų krūvos masė bus lygi trigubai vienos plytos masei. Branduolinėje fizikoje, kai protonai ir neutronai sujungiami kartu, branduolio masė taip pat yra maždaug proporcinga nukleonų skaičiui, tik yra nedidelė rišimosi energija. Ir viskas protonų viduje absoliučiai kitas.
Tiesą sakant, fizikai atliko matematiką – patikrino teorinius skaičiavimus su eksperimentiniais duomenimis – ir apskaičiavo ten esančių kvarkų, šių mažų kompaktiškų objektų, masę. Ir paaiškėjo, kad jų masė yra maždaug 2% - tik! - Ar įsivaizduojate iš viso protono masės? Įsivaizduokite: čia yra žmogus, jo masė yra 60 kg, o tik 1 kg jame yra tikroji materija: visokie elektronai, kvarkai - tai yra, ką mes iš tikrųjų vadiname materija. O likę 59 yra gliuono debesys, kurie tvarkingai įsitaiso kiekviename protone ir neutrone ir sveria, sveria ir traukia prie žemės, o kūnui suteikia inerciją. Tiesiog įdomu įsivaizduoti.
Taip pat norėjau pasakyti apie šias daleles. Čia paaiškėja, kad skirtingas kvarkų išdėstymas vienas kito atžvilgiu sukuria papildomą masę ir dalelę degeneruoja nauju būdu. Iš to, kas ateina į galvą, galiu pasiūlyti apie juos galvoti kaip apie transformuojančius robotus – žinote, animaciniuose filmuose tokių yra. Taigi jie kažkaip persitvarkė, susuko ir gavosi kažkas visiškai naujo, ir atrodė, kad atrodė dar geriau. Čia atsitinka kažkas panašaus, tik tai ne koks nors išgalvotas transformuojantis robotas, o tai, kas tikrai egzistuoja mūsų pasaulyje, kiekviename iš mūsų. Visa tai realizuojama kiekvienoje molekulėje ir atome. Pasirodo – ir tai yra svarbus teiginys – kad praktiškai visa masė – bent 90 procentų – kiekviename protone, o iš tikrųjų kūne apskritai, susideda iš gliuono debesies. Gliuono debesis suteikia inerciją.
Patys fizikai visa tai atradę kiek nustebo ir suglumo. Turiu pasakyti, kad tai nebuvo taip staigiai atvira – pamažu aiškėjo, buvo įvairių eksperimentų, skaitinių skaičiavimų, buvo keletas paprastų modelių. Iš pradžių jie šiek tiek nesutarė vienas su kitu, paskui pradėjo palaipsniui tiesti tiltus tarp jų ir visa tai pamažu suprato. O fizikai pagalvojo: kadangi yra toks paveikslas, gal reikėtų jį išbandyti eksperimentiškai? Tai yra gliuono debesis, nes kvarkai yra, tai suprantama, tam tikros dalelės. Tačiau gliuono debesis yra kažkas naujo. Ir taip jie pagalvojo: kaip galima ištirti šias gliuono debesies savybes?
Apskritai, kaip jau sakiau, jie tiriami taip: paima daleles ir susiduria su jomis, procese jos praskrenda, gali gimti kažkas naujo, yra detektoriai, kurie viską sugauna ir atstato. Taigi, šis metodas puikiai veikia, jei norite sužinoti, pavyzdžiui, kokia energija slypi šiuose kvarkuose. Jis yra kvarkuose, nes jie neša didžiąją dalį energijos. Bet, deja, tai nepadeda išsiaiškinti debesies struktūros. Juk tai ne tik kažkoks gliuonų tankis – tai nauja struktūra, kuri tarsi kondensavosi ir atsirado savaime. Dar kartą kartoju – tai labai įdomus objektas. Šį debesį reikia ištirti kitu būdu.
Ir taip fizikai sugalvojo būdą: mes taip pat turime susidurti su dalelėmis, taip pat dideliu greičiu, su didele energija, bet reikia atkreipti dėmesį ne į kaktos susidūrimus, kai gimsta krūva dalykų, o į susidūrimus, kai jie šiek tiek liečia vienas kitą - kaip tai Čia jie praeina, praskrenda ir lengvai vienas kitą subraižo. Tada šie čia skraidantys kvarkai nejaučia šio susidūrimo – tik pagalvokite, jie praskrido ir praskrido. Bet čia yra debesys, kurie šiek tiek liečia vienas kitą – tą akimirką jiems nutinka kažkas keblaus. Juos galima įsivaizduoti kaip putų gumulą. Štai skraido du putplasčio gabalai, o tuo metu, kai jie liečiasi vienas su kitu, tarp jų nuslysta putplasčio gabalas.
Šis objektas, kuris čia praslysta, vadinamas „pomeronu“. Tai labai sudėtingas objektas, ir fizikai šiuo metu jį tiria. Tai yra, jei dabar eisite į konferenciją, tikriausiai pusė pranešimų bus apie eksperimentinį ar teorinį Pomerono tyrimą. Noriu dar kartą pabrėžti, kad šis objektas nėra tik kažkokia paimta ir sukeista dalelė, pavyzdžiui, fotonas. Tai labai sudėtingas objektas: jis atsiranda dinamiškai ir neatrodo kaip tik dalelė.
Maždaug prieš dešimt metų – dabar jie nurimo – konferencijose žmonės tiesiogine prasme ginčydavosi tarpusavyje, nes visi turėjo skirtingus pomeronų modelius. Yra paprastų modelių, yra sudėtingų modelių ir dėl tam tikrų priežasčių jie nesutarė. Tiesą sakant, kai kurie modeliai vis dar buvo gana gremėzdiški. Bet vis dėlto. Tai buvo laikotarpis, kai žmonės iš viso nežinojo, kas yra pomeronas. Ir jie bandė įvairiais būdais suprasti šį reikalą. Iki užpuolimo nepriėjo, bet bent jau žmonės tarpusavyje ginčijosi. Dabar jie taip pat prisiekia, bet dėl skirtingų priežasčių - jie daugiau neprisiekia apie Pomeroną, tikriausiai todėl, kad suprato, kad tai jau nenaudinga. Yra eksperimentų, ypač per pastaruosius 10 metų. Hamburge buvo atliktas eksperimentas, kuris labai gerai ištyrė pomerono savybes, ir dabar mes bent šiek tiek apie tai suprantame.
Taigi, pomeronas yra objektas, kuris atsiranda, kai bandome iš protono ištraukti gliuono debesies gabalėlį. Šis objektas turi kažkur nukeliauti. Pavyzdžiui, jis gali peršokti nuo vienos dalelės prie kitos. Peršokimo procese jis egzistuoja savaime. Matote: jis ten neprisikabinęs prie kokių nors kvarkų, o tarsi lokalizuotas erdvėje, tarsi gyvena pats. Ir netgi yra pasiūlymų, kad jis gali gyventi atskirai. Jei pataikote į protoną, tam tikromis sąlygomis pomeronas gali išsiveržti, išskristi ir kurį laiką ten gyventi pats, be jokių kvarkų. Iš tikrųjų įdomu įsivaizduoti.
Tai yra, tai, kas anksčiau buvo tik jėga, dabar materializavosi ir net atitrūko nuo pirminių kvarkų ir sėdi erdvėje. Tokių objektų žmonės ieškojo jau seniai, bet, deja, nerado. Jie vadinami „klijų rutuliukais“ - nuo žodžių „klijai“ ir „rutulys“, tai yra, „klijų gabalas“. „Gluons“ kilęs iš žodžio „klijai“, kuris, atrodo, suklijuoja šiuos kvarkus. Tai yra, iš principo, šis gliuono lauko gabalas gali egzistuoti atskirai, bet, deja, jis dar nebuvo rastas eksperimentiškai. Galbūt taip nėra, o gal taip - neaišku, turime tai ištirti.
Na, žinoma, visa tai sugalvojo fizikai - ypač teoretikai - ir jie sako: puiku, dabar galite tokiu būdu studijuoti pomeroną. Tačiau eksperimentuotojams tai iš tikrųjų labai sunku. Nes kai du protonai praskrenda, lengvai braukdami vienas į kitą, tarp jų nėra stipraus susidūrimo. Protonas nukrypsta tik šiek tiek – mažiau nei laipsniu.
Klausimas:Kai praeina du protonai, kvarkai - jie taip pat turi masę, tiesa? – ar jie taip pat bendraus tarpusavyje?
Taip, leisk man tai pakartoti dar kartą. Kai daužote protonus vienas į kitą, jūs iš tikrųjų net negalite kontroliuoti, kaip jie susiduria – kaip jie susiduria, jie susiduria. Tai yra, tau gali nutikti bet kas. Tai gali baigtis žiauriu kaktomuša, kai vienas kvarkas susiduria su kitu; jie išskrenda ir atsitinka kažkas neįsivaizduojamo. Susidūrimai įvyksta, kai du kvarkai iš vieno protono ir du kvarkai iš kito protono savarankiškai susiduria – taip irgi gali atsitikti. Ir dažniausiai taip nutinka – tai vadinama „sunkiais susidūrimais“, kai daugybė dalykų gimsta esant didelei energijai. Tačiau per šiuos susidūrimus negalite ištirti pomerono - šio debesies gabalo sunku ištirti. Štai kodėl fizikai taip elgiasi: jie viską sujungia. Šiame greitintuve protonai keletą metų susidurs 40 milijonų kartų per sekundę. Jie surinks visus šiuos susidūrimus ir iš jų ieškos, pavyzdžiui, tokio ar kito tipo.
Tai yra, iš tikrųjų kvarkai sąveikauja – viskas sąveikauja. Tai sukuria visokią įvairovę, bet tada, kai fizikai bando tai išsiaiškinti, jie išsitraukia būtent tai, ko jiems reikia.
Klausimas:Kaip jie išvis pamatė visus šiuos kvarkus, gliuono debesis ir pan.? Ar tai buvo įrodyta eksperimentiškai?
Taip. Yra toks Rutherfordo eksperimentas 1905 m. Tada buvo atrasti atomai, bet jie dar nežinojo jų sandaros – tiesiog žinojo, kad tam tikra forma egzistuoja elektronai. Taigi, jis atliko šį eksperimentą.
Jis paėmė kai kurias daleles – alfa daleles – ir paleido jas į atomą. Jis turėjo tokią ploną auksinę foliją, jis iššaudė daleles tiesiai ant šios folijos ir žiūrėjo į kampą, kuriuo jos nukrypo. Taigi, mes tikime klasikine fizika, o tada buvo klasikinė fizika; Ši klasikinė fizika numato dėsnį, pagal kurį dalelės bus nukreiptos dėl elektrinės traukos arba atstūmimo, kai jos skris viena pro šalį. Šis dėsnis aiškiai numato, koks bus sklaidos modelis (tai vadinama sklaida – kai dalelės nukreipiamos į skirtingas puses) priklausomai nuo konkretaus atomo modelio, priklausomai nuo konkretaus įrenginio. Pavyzdžiui, jei atomas yra „laisvas“, tada jie daugiausia skris į priekį ir nukryps nedideliu kampu. Jei, kaip paaiškėja, atomo centre yra labai mažas ir kompaktiškas branduolys, vaizdas bus visiškai kitoks. Tai yra, eksperimentuotojai mato tai, kad mato, kokiu kampu dalelės išsibarstė, o po to, pasitelkę klasikinės elektrodinamikos dėsnius, atkuria šio atomo struktūrą.
Eksperimentiniu požiūriu protonas yra beveik tas pats. Vienintelis dalykas yra tai, kad, žinoma, formulės yra sudėtingesnės. Tačiau geriausias būdas konkrečiai pamatyti kvarkus yra toks: jei susidursite su dviem protonais, tada, priklausomai nuo energijos, gausite skirtingas nuotraukas. Jei protonų energija yra maža, tada protonai tiesiog skrenda, ir viskas. Jei energijos yra šiek tiek daugiau – tarkime, jei greitis artimas šviesos greičiui, bet nėra labai artimas – tada rezultatas yra toks, kad galite sukurti dalelių porą. Visa tai ištirta, tačiau naudojant šį metodą sunku nustatyti protono struktūrą. Galite nustatyti jo savybes ir tai, kaip jos sąveikauja viena su kita. Norint pamatyti nedidelę struktūrą, reikia vis labiau paspartinti daleles vien dėl to, kad, kaip ir mikroskopu, matomi vis mažesni atstumai.
Kai susiduriate su dalelėmis – na, protonais – energija, 50–100 kartų didesne už jų ramybės energiją, paaiškėja, kad šie kvarkai gali susidurti ir smarkiai išskristi. Kai jie skrenda vienas nuo kito, rezultatas yra čiurkšlė. Ši srovė yra dalelių srautas, kuris eina maždaug pirminių kvarkų kryptimi. Tai yra, kvarkai skraido, beldžiasi, sklaidosi ir dėl to eksperimento metu matome dalelių srautą šia kryptimi, dalelių srautą šia kryptimi. Negalime to apibūdinti kitaip, kaip tik manydami, kad yra kompaktiškas mažas objektas, kuris buvo labai arti ir buvo labai stipriai nustumtas. Tai yra, galbūt kai kurie žmonės gali visiškai perrašyti visą fiziką, bet, deja, tokios kitos teorijos dar nėra.
Tačiau yra įvairių kitų būdų, kaip nustatyti kvarkų buvimą protone. Pavyzdžiui, jei protonas yra nejudantis, tada jis turi statinių savybių, tai yra, nejudančio protono savybes - gerai, masė, tai suprantama; jis gali turėti sukimąsi, sukimas yra kvantinis dalykas; jis turi magnetinį momentą. Jis turi keletą charakteristikų, kurias galima eksperimentiškai išmatuoti labai tiksliai ne tik protone, bet ir kitose tokio tipo dalelėse. Pasirodo, jei šį paprastą kvarko modelį pritaikysime stacionariam protonui, rezultatas atrodo labai panašus į tai, ką stebime realybėje.
Na, taip pat yra trečias ir ketvirtas eksperimentų tipas ir pan.
Tiesą sakant, šie kvarkai – čia, žinoma, viskas yra subtilu, nes kvarkai, kurie yra nejudančiame protone, yra tie patys kvarkai, o kvarkai, kurie yra greitai judančiame protone, yra visiškai skirtingi objektai. Visa tai labai sunku, bet nekreipkite į tai dėmesio. Tiesiog patikėkite, kad iš tikrųjų iš įvairių eksperimentų susidaro vaizdas, kad yra kompaktiškų dalelių, kurias jungia skirtingos jėgos. Ir visa tai panardinta į gliuono debesį. Kitas paveikslas, kuris lygiai taip pat apibūdina eksperimentinius duomenis, kurių, deja, yra daug. Deja – nes būtų įdomu, jei susidarytų visai kitoks vaizdas, kuris taip pat apibūdintų šį reikalą.
Klausimas:Protonas matomas iš tolo kaip magnetinis momentas ir elektros krūvis. Jei labai arti, tai gal šie jį sudarantys kvarkai turi ir savų magnetinių momentų? Iš tolo ši struktūra atrodo kaip baklažanai, tačiau atidžiau pažvelgus atrodo, kad jie yra apaugę spygliais, tarsi kaktusas.
Tai iš tikrųjų yra to, ką sakiau, pakartojimas. Yra protonas, kurį anksčiau matėme kaip protoną, kažkokią dalelę branduolyje, o tada, kai atlikome eksperimentus ir pažiūrėjome į vidų, pamatėme kažkokią smulkią struktūrą. Kitas klausimas: ar kvarkas turi puikią struktūrą? Iki šiol atlikti eksperimentai su didžiausia energija rodo, kad ši struktūra nėra matoma. Galbūt jis yra, bet dar nematomas. Na, teoretikai, žinoma, yra labai kūrybingi, jie jau yra sugalvoję daugybę modelių.
Neseniai mačiau vieną straipsnį - bus tokia dalelė, Higso bozonas, įdomi dalelė, visi apie tai šneka - taigi, normalus mokslinis straipsnis, bet jis ne visai eilinis: nieko ypatingo ten nėra. Tai yra straipsnis, kuriame tiesiog išvardinta 200 nuorodų į įvairias tyrėjų grupes, kurios numatė tokią masę, tokią masę, tokią... Rezultatas – kad ir kuri būtų atrasta, kažkas jau bus. Tai yra, teoretikai pateiks šimtus modelių su skirtingu teisingumo laipsniu. Galutinis atsakymas, žinoma, slypi eksperimente.
Savaime atsirandantys reiškiniai
„Savaime atsirandantys reiškiniai yra reiškiniai, kurie iš pradžių nebuvo būdingi, o atsirado savaime. Fizikoje randama visur. Siaubingai įdomus reiškinys!“
Šią dalį baigiau, bet dabar noriu padaryti trumpą pertraukėlę, mažą nukrypimą. Man atrodo, kad dabar pravartu plačiame kontekste kalbėti apie masių atsiradimo tarsi iš nieko fenomeną. Nes tai gana paprastas dalykas, bet labai svarbus fizikoje. Mano nuomone, tai vienas pagrindinių teorinės fizikos atradimų. Atradimas yra tas, kad yra reiškinių, kurie gali atsirasti patys, jų iš pradžių nereikia dėti į kai kurias detales, plytas ir formules. Jie patys pasirodys būtent tokiu pavidalu, kokiu mes juos matome gamtoje. Tai yra pats nuostabiausias dalykas. Tai, ką sakiau anksčiau, iš tikrųjų yra masė (pavyzdžiui, protono), kuri pasirodė 90 proc. spontaniškai, jos pačios. Tokio tipo savaime atsirandantys reiškiniai fizikoje aptinkami visur.
Paimkime pavyzdį iš visiškai kitos srities. Yra toks reiškinys – superlaidumas. Gal net žinai. Superlaidumas yra tada, kai kūnas visiškai praranda elektrinę varžą ir srovė gali tekėti per jį visiškai be pasipriešinimo. Jeigu superlaidininkas uždarytas apskritime ir per jį praeina srovė, be jokios įtampos, tai jis suksis valandas, dienas, metus – tokių eksperimentų buvo daroma. Jis neblunka, sukasi, sukasi... Tai vadinama superlaidumu. Šis reiškinys, žinoma, yra nuostabus, ir fizikai bandė išsiaiškinti, kaip jis atsiranda.
Jei į gamtos supratimą žiūrime visiškai naiviai, galime pasakyti: kadangi toks reiškinys egzistuoja tokioje substancijoje, padalinkime jį į atomus ir įsigilinkime į kiekvieną atomą ar kiekvieną molekulę, pabandykime surasti kilmę – tai, kas suteikia jai superlaidumą. Žinoma, galite tai padaryti: supjaustyti į atomus, purkšti, tirti atskirus atomus – teoriškai, eksperimentiškai, kaip tik norite. Ir nieko ten nepamatysi! Nebus nė menkiausios užuominos apie superlaidumą, nes superlaidumas nieko – beveik nieko – nežino apie atomus, o atomai nieko – beveik nieko – apie superlaidumą.
Jei paimsite vieną atomą, tada jame nebus superlaidumo, tiesiog bus atomas, ir viskas. Jei yra du, trys atomai – tas pats. Na, tai pasirodys kažkokia maža molekulė. Jei paimsite daug atomų, staiga jis pasirodys. Na, žinoma, ne staiga, ne staigiai - pasirodo sklandžiai, tai tarsi gėlė, kylanti iš pumpuro, kai paimi daug daug atomų. Tačiau tokie reiškiniai atsiranda savaime, vien todėl, kad dalelės sąveikauja. Jų iš pradžių nereikėjo kloti.
papasakosiu tau istoriją. Vaikystėje – tada neturėjau kompiuterinių žaidimų – mėgau fantazuoti. Visokius virtualius pasaulius sugalvojau sau, o kadangi nebuvo kompiuterių, tai ir piešiau. Sugalvojau planetą ir nusprendžiau: tegul joje būna gyvūnai, ir nupiešiau šios planetos zoologiją. Tada sugalvojau kitą idėją: tegul turi savo chemiją. Tai, žinoma, yra kvailystė, nes mes suprantame, kad chemija visoje Visatoje yra vienoda, o cheminiai elementai visur yra vienodi. Bet aš norėjau būti kūrybingas, nubraižiau periodinę elementų sistemą, pavadintą Ivanovo vardu, ir tiesiog užpildžiau ją naujais elementais. Žiūrėjau į mane supantį pasaulį ir galvojau: ką galėčiau sugalvoti? Nusprendžiau, kad, pavyzdžiui, tokios ir tokios serijos elementai bus magnetiniai. Tai yra, aš nusprendžiau, kad atomo viduje bus toks mažas magnetas, specialus, kuris veda į magnetizmą, jei iš šio elemento sukuriama medžiaga.
Tai irgi labai naivus požiūris į dalykus, nes vadovaujamasi tuo, kad jeigu yra magnetizmas (tiksliau, fizikoje jis vadinamas „feromagnetizmu“ – kad magnetas traukia metalinius daiktus), tai jis turėtų išlikti net jei mes supjaustykite jį į atskirus atomus. Tai yra, jei pažodžiui imame atskirus atomus, tada geležis, kuri, kaip žinome, yra feromagnetinė, turi kažkaip skirtis nuo visų kitų, nes turi tokį stiprų magnetizmą.
Tiesą sakant, magnetizmas – feromagnetizmas – jau seniai tyrinėtas, ir pasirodo, kad feromagnetizmas geležyje atsiranda būtent dėl sąveikos. Geležies atomuose – konkrečiai atomuose – nėra nieko ypatingo ar specifinio. Visa tai atsiranda po to, kai įdėsite daug šių atomų ir atsižvelgsite į tai, kaip jie sąveikauja vienas su kitu – štai čia ir atsiranda triukas – ir paimsite didelį tūrį, o tada skirtumas tarp geležies ir kitų elementų palaipsniui didės. pasirodyti. Žinoma, yra ir kitų medžiagų, kurios yra magnetinės, tačiau geležis yra pati garsiausia.
Taip pat noriu pasakyti, kad šis dalykas kyla ne tik fizikoje ir įvairiose jos srityse. Matematikoje yra savaime vykstančių reiškinių, ekonomikoje yra savaime vykstančių reiškinių, net biologijoje jie egzistuoja. Jei pageidaujama, daug kas gali būti interpretuojama kaip savaime atsirandantis reiškinys – reiškinys, atsirandantis dėl sąveikos.
Tiesą sakant, tai siaubingai įdomu, nes taip iš tikrųjų dirba teorinis fizikas? Kai jis nori ištirti objektą, jis kažką apie jį žino – pavyzdžiui, tyrinėdamas medžiagą, jis žino, kad medžiaga susideda iš atomų. Jis rašo lygtis: yra atomai ir jų tarpusavio sąveikos jėgos – tai tarsi pradiniai duomenys. Tai labai paprasta ir nieko jose nesimato. Bet tada jis bando išspręsti šias lygtis. Kaip ir mokykloje, labai sunku išspręsti šias lygtis, nes jos labai painiojamos viena su kita. Tačiau vis tiek stengiamės tai išspręsti. O kai pradedame jas spręsti, atsiranda kažkokios formulės, ir čia staiga viskas atsiranda. Ir tai labai žavus vaizdas, nes iš pradžių nieko nepaguldėte, bet kažkoks reiškinys, kurį matote mūsų pasaulyje, staiga gimsta iš formulių savaime. Labai įspūdinga, kai matai visa tai iš tikrųjų.
Higso laukas
„Kitas masės šaltinis: visa Visata užpildyta nematomu Higso lauku. Dalelės „prilimpa“ prie jo ir tampa masyvios. LHC greitintuvas ištirs, kaip tiksliai atsiranda šis laukas.
Masės šaltinis, apie kurį kalbėjau – protonų masė – iš tikrųjų yra tik vienas iš galimų. Iš tikrųjų gamtoje veikia bent du – gal jų yra daugiau, mes nežinome. Antrasis masės šaltinis suteikia masę šviesos dalelėms, tokioms kaip elektronai, kvarkai ir t.t. Ir tai yra visiškai kitoks mechanizmas, o jį aprašanti teorija taip pat visiškai kitokia. Ši teorija dar nėra iki galo patikrinta, tačiau daugelis jos spėjimų jau išsipildė, ir ji bus labai aktyviai tiriama šiame dideliame, didžiuliame susidūrime, šiame dideliame eksperimente.
Trumpai tariant, teorija yra tokia. Tiesą sakant, yra daug detalių, griežtai matematinės teoremos, tačiau pagrindinis teiginys yra toks. Iš pradžių visos dalelės – kvarkai, elektronai ir pan. – buvo absoliučiai bemasės. Tai reiškia, kad, pavyzdžiui, skraido elektronų spiečius, jį veikė nedidelė jėga ir jis nuskrido kažkur į šoną. Tai yra, tai yra dalelės, kurios praktiškai neturi inercijos, veikiamos mažų jėgų, lengvai nuskrenda kažkur į šoną. Tada dėl kažkokio mechanizmo, kai kurių ypatybių – visa tai taip pat tiriama – visa Visata užpildoma kažkokiu nematomu Higso lauku. „Higsas“ - iš anglų mokslininko Peterio Higgso, kuris išrado šį dalyką, anglų mokslininko vardo, visa tai pavadinta jo vardu.
Šis laukas tolygiai užpildo visą Visatą, jis nėra matomas, nes per jį juda visos dalelės. Bet kai jie juda per jį, jie šiek tiek atsilieka prikibti. Sunku įsivaizduoti, bet patikėkite manimi, tam tikra prasme jie prie to laikosi. Tai reiškia, kad laukas neleidžia dalelėms įsibėgėti per greitai. Dalelės praskriejo, jas veikė kažkokia jėga, jie bandė nuskristi, bet laukas sutrukdė. Dėl to jie, žinoma, nuskrenda, bet kažkaip nenoromis, tarsi turėtų papildomos inercijos, tarsi tiesiog nenorėtų judėti. Dėl to formulėse atrodo, kad jie turi masę. Tai visiškai kitoks masinės išvaizdos tipas. Čia nėra pradinės energijos, kuri, atrodo, buvo kondensuota. Tiesiog vyksta judėjimas per kokią nors terpę, kurios mes nematome, bet ši terpė turi poveikį, būtent suteikia šioms dalelėms masę.
Šiame mechanizme yra daug smulkmenų, aš jų nesakysiu, bet noriu, kad jūs pajustumėte šį mechanizmą. Norėdami tai padaryti, papasakosiu jums analogiją, kurią galite atlikti net namuose, tai tik tikras eksperimentas. Paimkite gabalėlį putplasčio ir sutrupinkite. Kai jis subyrės į mažus gabalėlius, gausite mažus putplasčio rutuliukus. Tai labai lengvas. Galite sutrupinti jas ant stalo ir pūsti ant jų – jie išskris. Tai analogija bemasėms dalelėms, ty dalelėms, kurios turi labai mažą inerciją.
Dabar atsargiai supilkite vandenį ant stalo ir ant viršaus sutrupinkite putas. Palaukite, kol jis šiek tiek sušlaps, ir vėl lengvai papūskite. Pamatysi, kad kamuoliukai plaukia šalin, bet kažkaip nenoromis. Jei nebūtume matę šio vandens, mums atrodytų, kad jie turėjo kažkokią keistą inerciją, kurios anksčiau nebuvo. Ši inercija atsiranda dėl to, kad judėdami jie turi stumtis per aplinką. Šiuo atveju – per vandenį, bet realiai – per Higso lauką.
Klausimas:Iš kur atsiranda Higso laukas?
Tiesą sakant, tai yra sudėtingas dalykas, iš kur jis kilęs. Kai konstruoji mikropasaulio modelius, įvedi dalykus, kurie dar neaiškūs – ar jie iš kažkur atsiranda, ar ne. Vėliau gali paaiškėti. Pavyzdžiui, gali pasirodyti, kad ji iš tiesų neišvengiamai paimta iš kokios nors gilesnės teorijos. Fizikos istorijoje vienu metu buvo pavyzdžių, kai kažkas buvo postuluojama, o paskui išvesta iš gilesnės teorijos. Kol kas neaišku, kas bus su Higgso lauku. Pabrėžiu, kad tai dar neįrodyta. Tai yra, ši teorija, kuri jau yra laikoma visuotinai priimta, atrodo, veikia remiantis netiesioginiais įrodymais, tačiau norint tai galutinai įrodyti, būtina atlikti eksperimentą Didžiajame hadronų greitintuve ir rasti šią dalelę - Higso bozoną, dalelė, už kurią žmonės nori gauti Nobelio premiją (ir, greičiausiai, gaus).
Klausimas:Pasirodo, dalelės nepraranda energijos eidamos per Higso lauką?
Svarbu suprasti skirtumą tarp Higso lauko ir mano vandens analogijos: Higso laukas trukdo paspartinti, o vanduo neleidžia judėti. Galite saugiai skristi per Higso lauką pastoviu greičiu, ir tai netrukdys; tai neleidžia įsibėgėti. Iš tiesų yra įprasto gyvenimo pavyzdžių, kai atsiranda kažkokia jėga, kuri neleidžia įsibėgėti.
Skirtingos dalelės prie šio Higso lauko prisitvirtina skirtingai: vienos stipriau, kitos silpniau. Kai kurios dalelės visai neprilimpa. Pavyzdžiui, elektromagnetinės bangos ir šviesa nesąveikauja, todėl susidaro be masės. Tos dalelės, kurios labai stipriai prilimpa, tampa labai masyvios.
Klausimas:Norėčiau patikslinti: ar Higso laukas yra vienintelis dalykas, suteikiantis dalelėms masyvumo ir inercijos, ar tam yra kitų priežasčių?
Jau sakiau, kad tai antrasis mechanizmas, bet buvo ir pirmasis, pagal kurį protonai tapo masyvūs. Tai, kad protonai tapo didžiuliai, neturi nieko bendra su Higso lauku. Galima įsivaizduoti pasaulį, kuriame iš viso nebūtų Higso lauko. Tada elektronai būtų bemasės, kvarkai – be masės, o protonai – tiek masyvūs, kiek mūsų pasaulyje sveria, nes tai visai kitas mechanizmas.
Pirmasis mechanizmas apibūdinamas gliuono debesies kondensacija. Gana sudėtinga matematiškai, bet esmė yra maždaug tokia. Čia jis apibūdinamas kaip kažkoks laukas, per kurį reikia bristi. Taip pat yra ir kitų mechanizmų - greičiausiai yra, bet apie juos nekalbėsiu.
Klausimas:Pasirodo, yra du masės atsiradimo mechanizmai. Ar Higso laukas veikia gliuono debesį?
Higgso laukas neveikia tiesiogiai gliuonų. Tačiau tai reikia pasakyti atsargiai, nes jis neveikia gliuonų kaip dalelių, bet veikia kondensatą. Tai nėra paprasta. Yra daug subtilybių, tačiau, paprasčiausiai tariant, tai neturi tiesioginės įtakos gliuono laukui. Ir vis dėlto dėl virtualių pataisų jis yra su juo susijęs.
Klausimas:Manau, kad šviesos greitį galima paaiškinti per Higgso lauką. Kadangi Higgso laukas suteikia kūnui masę, paaiškėja, kad jo energija, padalinta iš šviesos greičio, yra masė? Higso laukas turi turėti tam tikrą poveikį šviesai, kitaip jis neturėtų energijos.
Šie dalykai nesusiję. Yra toks terminas iš fizikos istorijos – eteris. "Šviečiantis eteris" Tai tam tikra postuluota terpė, kurios virpesiai yra elektromagnetinės bangos. Taip jie manė daugiau nei prieš šimtą metų. Tiesą sakant, dabar manoma, kad šis eteris yra visiškai nereikalingas, šiuolaikinė elektromagnetinių reiškinių teorija gali apsieiti ir be jo.
Higso laukas gali atrodyti šiek tiek panašus į eterį, nes jis taip pat persmelkia visą visatą. Tiesą sakant, jis neturi eteriui reikalingų savybių. Pavyzdžiui, jis visiškai neturi įtakos fotonams. Fotonai tiesiog ateina ir išeina ir jiems nerūpi. Ir tai galima lengvai suprasti, gerai, nelabai suprantama - tai tik eksperimentinis faktas. Tai, kad matome labai tolimus kvazarus, kurių šviesa mus pasiekė per 10 milijardų metų, reiškia, kad per tą laiką fotonams nieko neatsitiko. Priešingu atveju jie kažkaip būtų paskirstyti, ištepti, bet mes matome aiškų šių kvazarų vaizdą. Ir per visą šį laiką šviesa iš tikrųjų eina per Higso lauką. Na, jei, žinoma, ši teorija yra teisinga – ir ji yra 99% tiesa.
Tai yra, iš tikrųjų tai yra du skirtingi reiškiniai – elektromagnetinės bangos ir Higso laukas – nesusiję vienas su kitu.
LHC Collider dizainas
Dabar keletas nuotraukų.
Greitintuvas yra susidūrimo dalelių greitintuvas. Ten dalelės įsibėgėja išilgai dviejų žiedų ir susiduria viena su kita. Tai didžiausia eksperimentinė instaliacija pasaulyje, nes šio žiedo – tunelio – ilgis siekia 27 km. Tai yra, jam dar reikia tilpti į kalnus. Jis yra ant Šveicarijos ir Prancūzijos sienos, ten prasideda Alpės, nuo šios vietos matosi Monblanas, o kitoje pusėje yra kiti kalnai, todėl vis tiek reikia atidžiai įsilieti į šiuos tektoninius sluoksnius, kad viskas būtų gerai. Tiesą sakant, šis paveikslas yra ne pagal mastelį, nes skersmuo yra beveik 9 km, o gylis yra 100 m.
Yra žiedas, kuriuo skrenda dalelės. Jie greitinami, greitinami – yra specialios greitėjimo atkarpos. Jie įsibėgėja iki siaubingų energijų ir tada susiduria. Jie sustumiami tam tikrose vietose, aplink kurias yra jautrūs jutikliai. Tai labai dideli jutikliai, jie vadinami „detektoriais“, parodysiu vėliau.
LHC pagreitins šiuos protonus iki baisios energijos. Įsivaizduokite: dalelės skrenda per vakuuminį vamzdelį, jo skersmuo yra keli centimetrai ir driekiasi 27 km įvairiomis kryptimis, palei perimetrą. Ten skrendančios dalelės – jas reguliuoja magnetinis ir elektrinis laukai – yra atskiri gumulėliai, tarsi adatos. Jie yra labai ploni, mažiau nei žmogaus plauko storio ir kelių centimetrų ar keliasdešimties centimetrų ilgio. Jie skrenda tokiu klaikiu greičiu, kad generuoja daug energijos. Jei paimsite visą šių dalelių energiją, ji bus maždaug tokia pati kaip judančios reaktyvinės plokštumos energija. Atrodytų, kokia smulkmena: jei visos šios dalelės ir protonai bus surinkti ir sudėti, tada nieko nepamatysi, nes jų labai mažai, bus tik vienas nanogramas. Bet kai jie įsibėgės iki tokių energijų, jei kur nors pataikys, jie ne tik viską sunaikins – nukeliaus daugybę kilometrų.
Taip atrodo tunelis viduje. Viduje yra kažkoks žmogus – darbininkas ar fizikas, aš nežinau. Žinoma, tunelis nėra labai erdvus. Čia yra vakuuminis vamzdis, kuriame yra daugybė įrangos, nes pirmiausia reikia stebėti ir valdyti spindulį. Tada visa tai vyksta labai žemoje temperatūroje: yra tik 2 laipsniai Kelvino, nes helis turi būti superskystas. Rezultatas yra tokia stora bandura, į kurią viskas supakuota. Ir visa tai driekiasi 27 km. Tai ne tik tam tikra techninė įranga – tai gana tiksli technologija. Pavyzdžiui, kai šios sekcijos lyginamos viena su kita, jos išlygiuojamos pagal aukštį mikronų tikslumu. Tai nėra tik vamzdžio gabalo paėmimas ir pritvirtinimas prie kito gabalo. Ši instaliacija labai ilga, todėl, kaip matote, žmonės nejuda pėsčiomis. Įsivaizduokite, kad norint pasiekti kitą eksperimentinės sąrankos galą, reikia nemažai pasivažinėti dviračiu. Kartais jie važinėja mažais automobiliais, ypač kai pristatomos kai kurios detalės.
Pavyzdžiui, štai kaip atrodo sekcija skerspjūvyje. Tai tik vienas iš skyrių, turintis specifinę funkciją. Čia net negali iš karto pasakyti, kur yra vamzdis, iš kur skrenda sija. Tiesą sakant, čia yra tokie maži geltoni kuokšteliai (nupiešta, žinoma, viskas nerealu), jie lekia šiais vamzdžiais. Bet tada šie vamzdžiai jau yra apstatyti magnetais, izoliacijos dalimis ir pan. Taigi viskas sudėtinga ir labai brangu.
Čia yra tipiškas detektoriaus vaizdas. Tai ATLAS detektorius, kuris veiks LHC. Kaip manai, jis didelis ar mažas? Tai didelis, nes žmonės čia traukia į mastą. Įsivaizduokite, tai yra 4-5 aukštų pastato dydis. Visa šita bandura nuleidžiama į veleną - ne iki galo, o dalimis - ir ten sumontuojama... Tiesą sakant, ATLAS jau praktiškai sumontuotas ir tikrai veikia. Tiesa, dabar jis tiria ne spindulių susidūrimą, o kosminius spindulius. Čia spinduliai atkeliauja iš kosmoso, jie taip pat palieka pėdsaką detektoriuje, jis juos tiesiog patikrina – išties viskas veikia taip, kaip priklauso. Svarbiausia, kad čia įdiegta ne tik techninė įranga – visa tai labai sudėtinga įranga. Jis tiesiogine prasme prigrūstas elektronikos, o čia naudojama medžiaga yra labai reta ir sudėtinga. Jei įsivaizduojate, stulbina, kiek tam reikia pinigų. Tiesą sakant, natūralu, kad tai ne viena grupė sukūrė keletą tūkstančių žmonių.
Klausimas:Kiek ATLAS detektorių bus sumontuota šiuose greitintuvuose?
ATLAS yra tinkamas pavadinimas, taip buvo vadinamas šis detektorius. Kalbant apie detektorius apskritai, čia parodyta: bus du dideli detektoriai, skirti viskam pasaulyje - ATLAS ir CMS (tai tokios didžiulės bandūros), plius du mažesni detektoriai - ALICE ir LHCb. Na, ir dar keletas labai mažų. Tai yra, realiai ten veiks septyni eksperimentai, bet bus du tokie dideli.
Per minutę papasakosiu, kaip visa tai daroma. Atvažiuoji į kokią nors tyrimų grupę – pavyzdžiui, į Italijos pietus. Yra žmonių, užsiimančių fizika, yra nedidelė grupė – du žmonės plius trys studentai, kurie taip pat iš tikrųjų dirba ATLAS. Kaip atrodo jų konkretus darbas? Jie turi laboratoriją, o ten kūrė, surinko, išbandė, sujungė kokį mažą gabaliuką, pavyzdžiui, šiam kampeliui. Atidžiai mokosi – metus, gal dvejus. Turite iki galo suprasti, kaip veikia šis įrenginys, kad vėliau, kai viskas bus prijungta, viskas būtų tip top. Studentai apgina kursinius ar diplomus ir pan.
Tada, kai visi šie dalykai buvo ištirti ir baigti pažodžiui dešimtyse, o gal net šimtuose laboratorijų visame pasaulyje, jie visi surenkami į vieną vietą, o tada surenkamos didelės dalys. Pavyzdžiui, čia centre yra labai svarbus centrinis detektorius, jis surinktas vienoje vietoje. Kitur jie renka gabalus šiems ir pan. Visa tai surinkus, jie visi atvežami į CERN, kur yra ši instaliacija, nuleidžiami į šachtas ir surenkami vietoje. Taigi tai labai kruopštus darbas.
Matai tą centrinį detektorių, kuris, sakiau, labai svarbus? Atrodo labai maža, bet iš tikrųjų tai yra žmogaus ūgis. Štai paveikslėlis. Čia sėdi žmogus ir surenka paskutinius šio didelio (tokio masto) centrinio detektoriaus gabalus. Tai cilindras, pilnas sudėtingos elektronikos. Čia buvo padarytas nedidelis padidinimas, kad būtų parodyta, kiek laidų ten eina. Ir palei kiekvieną laidą bus signalas, kad čia tokia ir tokia dalelė atskrido, paliko tiek krūvio ir pan. Kai visa tai analizuojama kartu – iš dešimčių, šimtų tūkstančių laidų – visa tai kartu suteikia vaizdą, kas nutiko.
O štai medžiagos, kuri buvo sukurta specialiai dalelių fizikos eksperimentams (ne šiame LHC eksperimente, o anksčiau), pavyzdys. Tai aerogelis, kartais vadinamas „kietais dūmais“. Tai medžiaga, kuri yra labai lengva ir gana trapi, taip pat yra lengvesnė už putų polistireną. Jis tik kelis kartus sunkesnis už orą, nesvarus, permatomas. Jo ypatumas yra tas, kad jo lūžio rodiklis yra toks, kad gamtoje nėra medžiagos - 1,05. Kažkodėl to gamtoje nėra. Arba kaip vanduo – 1,3, arba kaip dujos – 1,00002. Tačiau tokios substancijos nebuvo ir ją reikėjo sukurti. Nes šio gabalo pagalba labai patogu išmatuoti dalelės greitį.
Bet maždaug taip jis atrodys – tai, žinoma, modeliavimas – dalelės, kurią gaudome (Higso bozono), skilimas. Sakiau, kad susidūrimai įvyksta labai dažnai, gaunami milijardai, trilijonai duomenų. Jei per juos eini kompiuteriu, kartais tokių įvykių pasitaiko. Kiekvienas toks paveikslas vadinamas įvykiu. Na, ką čia galima pamatyti? Tai imituotas TVS detektoriaus galinis vaizdas. Čia matosi, kad yra dalelių, kurios taip išsibarstė, yra dalelių, kurios nuskrido iki pat čia ir išleido daug energijos, ir yra tokių, kurios skrenda mažomis. Taip atrodys Higso bozono gimimas ir irimas; Žmonės medžios tokius renginius.
Įvykiai ne visada bus tokie paprasti, kartais sudėtingi. Čia parodytas dar vienas susidūrimas: ne protonas ant protono, o dviejų branduolių susidūrimas ALICE detektoriuje (tai irgi modeliavimas). Įsivaizduokite: susidūrė du švino branduoliai, juose kartu jau yra 400 dalelių, gimė dar krūva, ir šie tūkstančiai dalelių iš vieno taško išsisklaido į skirtingas puses. Detektorius neturėtų tiesiog žiūrėti ir pasakyti: „O, tiek daug dalelių! Jis turi išmatuoti visas šias trajektorijas, suskaičiuoti dalelių skaičių, jų energijas, viską susumuoti ir suprasti, kaip šios dalelės išsisklaido. Tai yra, pirmą akimirką, kai jie tiesiog susidūrė, kaip viskas pradėjo judėti. Viso to reikia, todėl ir sukuriama tokia sudėtinga technologija.
Jūs ir aš žinome, kad yra du masės atsiradimo mechanizmai, apie kuriuos tikrai žinome, kad jie egzistuoja. Tačiau tai dar ne pabaiga, nes gali būti, kad yra ir kitų būdų generuoti masę. Tai, ką mes matome kaip masyvų kūną, iš tikrųjų gali gauti savo masę iš labai skirtingų mechanizmų.
Šis didelis kolaideris ne tik pateiks atsakymus į ilgus metus fizikus kankinusius klausimus, nes teoretikai nebežino, ką sugalvoti, nes gamtai reikia į juos atsakyti. Tai taip pat atvers naują kelią tolimesnėms teorijoms. Fizikai supras, kur toliau judėti ir ką tobulinti.
Klausimai po paskaitos
Klausimas: Buvo pasakyta apie Higso bozoną. Higgso laukas... Ar... Higso bozonas yra tarpusavyje susiję – ar tai... ką iš tikrųjų domina...?
Tiesą sakant, pamiršau pasakyti. Taigi, žiūrėk. Higso bozonas yra šio Higso lauko virpesiai, tai visiškai naujo tipo dalelės. Bet tai taip pat galima iliustruoti – ši analogija su vandeniu. Prisimink, ką tau sakiau: putos ant stalo ir vandens. Pučiant ant šio vandens ne tik matosi, kad pačios dalelės kažkur išplaukė, bet kartais, ypač stipriai pučiant ant vandens, vandens paviršiuje pamatysi bangas, kurios išsisklaido. Taigi, bangos yra terpės virpesiai, kurie sulaiko daleles. Ar tu supranti? Ir jų buvimas yra svarbus įrodymas, kad tikrai yra tam tikra aplinka. Taigi, Higso bozonas taip pat yra Higso lauko svyravimai. Kad ji gimtų, dalelė turi būti susidūrusi dideliu greičiu ir didele energija. Ir todėl jį reikia atidaryti. Jei jis nėra atidarytas, tai iš tikrųjų reiškia, kad ši teorija yra neteisinga.
Klausimas:Kokia yra apskaičiuota Higso bozono masė?
Bet tai yra pats sunkiausias dalykas. Nes, sakau, skirtingi modeliai numato visiškai skirtingus dalykus. Kai kurie išvis nieko neprognozuoja. Kai kurie kažką prognozuoja. Yra eksperimentiniai apribojimai – na, kai kurie, nelabai svarbūs. Bėda ta, kad dar neaišku, kokia jo masė.
Klausimas:Kalbėjote apie Higso masės atsiradimo mechanizmą. Aišku, kodėl dalelės tampa inertiškos, bet neaišku, kodėl jos turėtų traukti viena kitą, jei taip įgauna masę? Na, aš turiu galvoje, gravitacinė. Iš kur tada atsiranda gravitacija?
Tai aišku. Taigi, žiūrėk. Darykime taip. Higso mechanizmas nėra tiesiogiai susijęs su gravitacija. Gravitacija, kalbant labai atsargiai, nevyksta tarp masių – Niutono atveju ji atsiranda tarp masių, tačiau reliatyvumo teorijoje, bendrojoje reliatyvumo teorijoje, ji atsiranda tarp objektų, kurie turi energiją. Ar tu supranti? Taigi, jei turite bemasę dalelę, bet ji kažkur skrenda, tada ji taip pat turi energijos. Ir iš principo ji taip pat traukia. Tiesiog kai dalelė turi masę, ją galima sustabdyti, tada iš jos energijos liks tik masė. Bet tai ypatingas atvejis. Tiesą sakant, gravitacija egzistuoja ir tarp bemasių dalelių. Higso mechanizmas tiesiog parodo tai kitaip, bet gravitacija vis tiek egzistuoja.
Klausimas:Sakėte, kad neutronas ir protonas, ypač protonas, susideda iš trijų kvarkų, kurie sukuria gliuono lauką. Kaip jie apskaičiavo kvarkų skaičių neutrone ir protone ir apskritai – kaip jų egzistavimą galima patikrinti eksperimentiškai, kaip tai įrodyti?
Pasikartosiu dabar, aš iš esmės jau sakiau, kad jei jų nebūtų, jei viskas būtų užpildyta kietosiomis medžiagomis, tada dalelėms susidūrus viskas kažkaip daugiau ar mažiau izotropiškai išskristų. Įvairiomis kryptimis, bet maždaug vienoda. Eksperimentai rodo, kad pradėjus susidurti su didelėmis energijomis dalelėmis, susidaro purkštukai, labai siaurai nukreipti purkštukai. Skaičiavimai rodo, kad jie gali atsirasti tik tada, kai turite mažų kompaktiškų objektų, kurie skrenda ir generuoja purkštukus. Jų skaičius taip pat susijęs su eksperimentiniais duomenimis – tai techniniai dalykai, tai yra, juos taip pat galima atkurti.
Klausimas:Sakėte, kad protonai skiriasi tik skirtingu kvarkų išsidėstymu...
Ne protonai, bet yra daug protonų brolių – dalelių, kurios panašios į protonus. Ir visi jie šioje serijoje skiriasi vienas nuo kito ne kiekiu, o tik kvarkų išsidėstymu.
...ir tuo pačiu sakei, kad yra įvairių kvarkų. Tai yra, tai taip pat priklauso nuo skirtumo tarp kvarkų?
Taip, tai yra, tiesiog yra kvarkų, tarkime, sunkieji, kurie patys savaime yra sunkūs. Jie nestabilūs, bet gyvena kurį laiką. Ir iš jų taip pat galite padaryti protono analogą. Šios dalelės yra žinomos, jos yra atviros, tai tik sunkesnės dalelės – jose sėdi kiti kvarkai.
Klausimas:Norėčiau paklausti, greičiau ne apie pačią paskaitą, o apie klausimą apskritai. Kokie dar galimi masės atsiradimo mechanizmai?
Tai aišku. Na, leiskite man pasakyti dar porą. Pirma, yra supervienijimosi teorija, kuri sujungia tris žinomas sąveikas – silpną, stiprią ir elektromagnetinę. Visa tai vyksta dar mažesniais atstumais, kurių šiuolaikiniai eksperimentai dar nepasiekė. Šiuolaikinės teorijos, kurios bando tai aprašyti, turi ir Higso lauko analogą, tik jis sunkesnis. Taigi, ko gero, yra dalelių, kurios savo masę įgyja ne dėl šio Higso lauko, kuris yra tarsi „mūsų“, kuris bus tiriamas LHC, o dėl sunkesnio. Na, tikriausiai tai tas pats mechanizmas, tačiau tokių dalelių yra.
Visiškai kitoks būdas yra superstygų teorija. Yra tokia madinga superstygų teorija. Ten stygų vibracijos nėra Higso laukas, ne energijos koncentracija – tai tik naujas masės generavimo mechanizmas.
Apskritai, aš nežinau, kaip jūs įsivaizduojate masę. Galbūt tai jums atrodo kažkas ypatingo. Tiesą sakant, jei rašote lygtį, čia pasirodo tik papildomas terminas. Šis terminas atrodo kaip masė. Mes tai vadiname masėmis. Tai yra, nėra nieko ypač stebina tame, kad masė tam tikru būdu atsiranda.
Klausimas:Sakėte, kad jiems susidūrus branduoliai išsisklaido į kelis šimtus dalelių. Jie išskris į kvarkus – o kas dar?
Priklausomai nuo energijos, jie išsisklaido skirtingai. Jie gali daug ką. Bet jie neskris į kvarkus. Ten situacija tokia. Jau sakiau, kad negalima tiesiog ištraukti kvarko iš protono. Jei bandysite tai padaryti, jūsų gliuono laukas pradės „brinkti“, o tam tikru momentu jis nutrūks - tiesiog energetiškai naudinga jį tokiu būdu sulaužyti. Jai nutrūkus, lūžio vietoje gimsta kvarko-antikvarko pora (jeigu šiek tiek susipažinote su terminologija). Pasirodo, jie bandė išplėšti kvarką iš protono – bet atsiskyrė ne kvarkas, o pi-mezonas (tai dalelė, susidedanti iš kvarko ir antikvarko). Kai šios dalelės iš tikrųjų gimsta procese, tai atrodo maždaug taip: pirmiausia susiduria pirmieji kvarkai, jie bando prasiskristi. Kai jie nuskrenda į tam tikrą atstumą, šis debesis lūžta, čia atsiranda „kvarkas + antikvarkas“, o čia „kvarkas + antikvarkas“, tada lūžta skirtingose vietose. O po to, kai visa tai nutrūko ir energija jau nurimo (nes iš pradžių energija buvo per didelė), tada dalelės išskrenda: pi-mezonai, K-mezonai, įvairūs hadronai ir pan.
Klausimas:Kodėl, jei imtume Higgso lauko teoriją, skirtingų dalelių masė skiriasi?
Ir tai taip pat neaišku. Į šį klausimą šios teorijos rėmuose neatsakyta. Deja, yra klausimų, į kuriuos ši teorija neatsako. Be šios teorijos žinome, kad yra skirtingų dalelių, turinčių skirtingą masę. Ši teorija sako tą patį, tik skirtingais žodžiais: šios dalelės skirtingai prilimpa prie lauko. Tačiau kodėl jie taip kabinasi, visiškai nežinoma. Fizikai tikisi, kad tai pradės aiškėti po to, kai jie pagaliau aptiks šį Higso bozoną, nes yra daug variantų, ir jie pradės aiškintis, koks tai Higso laukas, koks konkretus mechanizmas jį generuoja visoje Visatoje. Bet tai vis dar atviras klausimas.
Klausimas:Ar dualizmo reiškinys susijęs su gliuono debesiu?
Ne, tai nesusiję. Dualizmas – bangų-dalelių dualizmo prasme – tiesiog atsiranda kvantinėje mechanikoje, be jokių papildomų dalelių, be jokių gliuonų.
Klausimas:Stygų teorija bando paaiškinti ne tik kaip, bet ir kodėl. Tačiau ar Higgso lauko teorija paaiškina, kodėl egzistuoja tokia dalelių įvairovė?
Ne, ne, žinoma, tai nepaaiškina. Ši Higgso teorijos versija (jos oficialus pavadinimas yra „elektro silpnumo teorija su spontanišku elektrosilpnų jėgų pažeidimu“) to nepaaiškina. Tiesą sakant, tai visai nėra alternatyva šiai stygų teorijai. Tai teorijos, kurios veikia „skirtinguose aukštuose“, taip sakant. Superstygų teorija taip pat dar nieko nesako apie šį Higgso mechanizmą.
Klausimas:Ar šios teorijos gali sutapti?
Jie nesikerta, gali sekti vienas kitą. Superstygų teorija suformuluota esant labai didelėms energijoms. Viską sutankinus gaunama maža energija. Superstygų teorija dar negali atsakyti, kas atsitiks esant žemai energijai. Dabar, jei jai pavyks atskleisti Higgso lauką, tai bus didžiulė sėkmė, bet kol kas ji to negali padaryti.
Klausimas:Sakėte, kad kažkas iš Higgso teorijos jau buvo patvirtinta. Kas tiksliai?
Iš jo pasitvirtino štai kas. Yra dalelių, kurios toleruoja silpną sąveiką: W- ir Z-bozonai. Jie turi masę, o šią masę taip pat generuoja Higso mechanizmas. Tačiau skirtingai nuo įprastos materijos – elektronų ir kvarkų – ten nėra neapibrėžtumo, viskas teoriškai aiškiai apibrėžta. Tai yra, teorija gali tiesiog aiškiai apskaičiuoti, pavyzdžiui, šių dalelių masių santykį viena su kita. Ši vertė buvo apskaičiuota ir prognozuota aštuntajame dešimtmetyje. Po to jie pradėjo eksperimentiškai medžioti šiuos W ir Z bozonus. Jie buvo atrasti ir jų masė sutampa su šios teorijos prognoze 1-2%. Sunku galvoti apie kitus modelius, kurie užtikrintų vienodai gerą susitarimą. Bet, mano nuomone, jie egzistuoja, tai yra iš principo dar yra alternatyvų. Šį kartą. Antra, dar neatrastos dalelės gali būti jaučiamos, net jei jų nematote. Kvantinėje mechanikoje yra tokios virtualios korekcijos - sunkiųjų dalelių fluktuacijos, kai sunkiosios dalelės negimsta, o kurį laiką atsiranda vakuume, o paskui vėl išnyksta (bet tai tik žodžiai, tiesą sakant, nereikia įsivaizduokite šią nuotrauką vizualiai). Šis mechanizmas turi įtakos dalelių savybėms ir jų sklaidos reakcijoms – na, paprastoms dalelėms, pavyzdžiui, protonams. Šios pataisos, pataisos koeficientai, buvo apskaičiuoti pagal Higgso teoriją ir, atrodo, sutampa su eksperimentu. Tai yra, Higso bozonas dar neatrastas, bet jau netiesiogiai tarsi jaučiamas.
Klausimas:Girdėjau apie teoriją – galbūt tai superstygų teorija – kuri teigia, kad mūsų Visata yra pulsuojanti banga ir kad esant dideliam padidinimui iš šių bangų taip pat susidaro atomai. Ar jūsų versijoje įmanomas Visatos lizdas?
Negaliu pasakyti, kad tai neįmanoma, bet nežinau tokios teorijos, kuri iš tikrųjų veiktų.
Klausimas:Ar nelaimingų atsitikimų įvyksta susidūrime? Tikriausiai ten didžiulė radiacija?
Yra, taip. Retai, bet pasitaiko. Paprastai jie stengiasi jų užkirsti kelią. Statant LHC dėl saugos pažeidimo žuvo vienas darbuotojas. Vienoje kasykloje jie kėlė krovinį, kuris pasirodė laisvas. Darbininkas buvo žemiau, o jis buvo tiesiog prikaltas. Jie taip pat sako (nežinau, kiek tuo galima patikėti), kad kažkokiam vyrui sija trenkė į galvą. Jis turėjo skylę tiesiai per jį, bet jis vis tiek gyveno po to.
Ten, žinoma, yra didžiulės energijos, ir jos tikrai nieko nepalieka toje vietoje, kur nusileidžia. Tai yra, jie gali lengvai prasiveržti per šį kanalą visur. Bet tai nereiškia, kad jie viską suplėšys į gabalus, kaip rodoma filmuose. Iš esmės tai įmanoma, bet kiek tai realu - nežinau.
Tačiau buvo tik nedideli sužalojimai, pavyzdžiui, kai žmonės pamiršo išjungti magnetinį lauką. Kai praeini pro šalį ir, pavyzdžiui, kišenėje yra veržliaraktis, su tokiu spaudimu jis tiesiog išskrenda iš kišenės ir gali susižaloti.
Klausimas:Kas neleidžia „kvarko + antikvarko“ dalelei tiesiog sunaikinti?
Niekas netrukdo, jie tikrai sunaikina. Tiesą sakant, tai priklauso nuo to, kokią dalelę paimsite. Čia yra pi-nulis mezonas – jis susideda iš kvarko ir to paties antikvarko. Jie gali sunaikinti, o jūs galų gale suyra į fotonus. Pi mezonas iš tikrųjų skyla į fotonus.
Kaip jie sužinos, kad jis egzistuoja?
Yra dalelių, kurios gyvena gana ilgai – pavyzdžiui, mikrosekundes. Per mikrosekundes šviesos greičiu jie gali nuskristi gana didelį atstumą. Jie palieka pėdsakus aptikimo įrangoje: galite tiesiog pamatyti, kad dalelė judėjo, o tada padalinta į dvi dalis. Viskas atrodo tikra. Tačiau pi-nulis mezonas gyvena labai trumpai, todėl neturi laiko niekur skristi. Tokio tipo dalelės atkuriamos pagal jų nekintamą masę, tai yra, bendrą skilimo produktų energiją. Jei turite dalelę, pavyzdžiui, pi-nulio mezoną, kuri gali suskaidyti į du fotonus, tada jūs stebite jos reakcijas tam tikro susidūrimo metu. Ne viename, o daugelyje: tiesiog tūkstančiai panašių susidūrimų. Ir sukurkite šių dviejų fotonų bendros energijos pasiskirstymą. Paprastai vaizdas yra toks: esant skirtingoms energijoms, jūs gaunate keletą fotonų, bet prie tam tikros energijos gaunate daug. Pasirodo, tokia viršūnė. Jeigu tikėsime kvantine elektrodinamika, kvantine teorija, tai taip atsitinka tik todėl, kad susidarė dalelė, kuri suskyla. Taip jie atkuriami.
Klausimas:Buvo išsakyta mintis, kad tylūs kvarkai ir judantys kvarkai yra skirtingi dalykai. Paaiškinkite, kuo jie skiriasi. Ar tai tikrai skirtingi dalykai? Ar šie nereikšmingi skirtumai – pavyzdžiui, ramybės būsenos objektas ir judantis objektas susitraukia – ar ne?
Ne, tai sudėtingesni skirtumai.
Ar išsaugomas reliatyvistinės teorijos invariantiškumas? Juk viskas turi atitikti reliatyvumo teoriją.
Ten viskas nuoseklu. Dabar nedrįstu to paaiškinti tokiu lygiu. Tai sudėtingesni santykiai. Jei norite, apie tai galime pasikalbėti atskirai.
Klausimas: Turiu keletą patikslinančių klausimų.
1. Ar LHC yra pp ar anti-pp greitintuvas?
Taip, tai yra pp, tai yra protonų ir protonų greitintuvas. Taip yra todėl, kad tokiais kiekiais antiprotonų gauti labai sunku. Gamtoje jie neegzistuoja; Kolideryje yra daug labai koncentruotų dalelių, kurias reikia pagaminti labai greitai.
2. Jūs kalbėjote apie superlaidumą ir apie tai, kad šis efektas egzistuoja dideliais kiekiais. Ar tiesa, kad nanodalelės vakuume tomis pačiomis sąlygomis neturės superlaidumo?
Tai neaišku. Tiesą sakant, aš sakiau, kad nėra ribos, žemiau kurios jo visiškai nėra, o virš kurios ji yra visiškai. Tiesiog yra reiškinys, kuris palaipsniui įsijungia, kai dalelių daugėja.
3. Bandome nuplėšti gabalėlį protone esančio gliuono debesies. Sakei, kad nuplėšus gabalą išauga debesis. Kaip protonas žino, kiek jį reikia padidinti?
Nereikia įsivaizduoti gliuonų taip, lyg jie tiesiog sėdėtų savo vietoje ir viskas. Tiesą sakant, kiekvienas gliuonas nėra kažkas tokio mažo, bet sėdi visame protone vienu metu. Jie tiesiog tam tikru gudriu būdu trukdo vienas kitam. Jei nuplėšsite gliuono debesies gabalėlį, visos dalelės „pajus“, kad kažkas atsitiko, ir pradės daugintis, kad užpildytų viską.
Iki kada jie tai darys?
Tiek, kad viskas užpildyta. Čia galiu pateikti paprastesnę analogiją su Maksvelo greičių pasiskirstymu. Jei imsite dujas tylioje būsenoje kambario temperatūroje ir išmatuosite greitį, tai bus Maksvelo pasiskirstymas. Dabar pašalinkime didelės energijos daleles (iš esmės tai galima padaryti – jų nepašalinti, o smarkiai pristabdyti). Rezultatas yra toks iškreiptas profilis. Ką darys likusios dalelės? Ar jie judės tuo pačiu keliu? Ne: jei palauksite šiek tiek laiko, tada viskas išsilygins ir vėl taps Maxwell distribucija, na, galbūt šiek tiek pasislinkusi. Sąveikos metu neteisingos, nestabilios būsenos palaipsniui virsta stabiliomis. Tas pats ir su gliuono debesiu.
4. Jei gliuonai nusprendžia padauginti ir užpildyti tūrį, ar padidėja jų bendra energija?
Ne, kai vienas gliuonas skleidžia kitą, energija pasidalija tarp jų.
Tai yra, skaičius didėja, kai išsaugoma energija?
Kvantinės dalelės yra tokios: jų skaičius nėra fiksuotas, bet jų energija yra .
Klausimas:Kai nuplėšiame gabalėlį gliuono debesies, nuimame ir šiek tiek masės. Po to debesis atkuriamas. Galiu daug kartų nuplėšti. Ar tai kada nors sustos?
Jei iš tikrųjų nuplėšiate gabalą, tai paveikiate tą protoną. Negalite tiesiog paimti gabalo ir atkabinti. Pats protonas nesuyra į apatinį protoną ir kitą gliuono lauko gabalėlį, nes jie traukia vienas kitą. Jei norite iš jo paimti gabalėlį gouno debesies, turite kažkaip jį ištraukti. Ir šiuo metu jūs įdedate papildomos energijos į šį protoną. Ši energija visiškai išleidžiama kuriant naują homobranduolinį debesį. Tai yra, jums tereikia atidžiai įsivaizduoti, kaip tai iš tikrųjų vyksta.
Klausimas: Ar eksperimentiškai buvo atrasti atvirkštiniai procesai – nuo gliuono laukų iki kvarkų?
Taip, gliuono laukai gali susidurti ir gimsta poros „kvarkas + antikvarkas“.
Klausimas:Ar Higso laukas gali padėti paaiškinti tamsiosios energijos prigimtį?
Energija? Na, materija, žinoma, gali padėti, bet kaip su energija? Tai sudėtingas dalykas. Vėlgi, negaliu pasakyti, kad negali. Tačiau tamsioji energija vis tiek yra labiau paini nei tamsioji medžiaga. Tamsioji energija turi atsižvelgti į Higso lauką. Jei kas nors imasi apibūdinti tamsiąją energiją kokiame nors modelyje, jis turi atsižvelgti ir į Higso lauko energijos tankį. Dar nieko konkretesnio pasakyti negaliu.
Klausimas:Kaip teoriškai buvo atskirtos skirtingos dalelės, kurios neturėjo masės prieš Higso lauką?
Jie nesiskyrė. Faktas yra tas, kad tada – „tada“ tai reiškia, prieš tai, kai ši simetrija buvo pažeista, tarp šių dalelių buvo visiška simetrija. Jie atrodė vienodai. Dabar žinomi trys leptonai: elektronas, miuonas ir tau leptonas. Jie skiriasi mase. Ir tada jie visi buvo be masės ir atrodė visiškai vienodai. Ir tada simetrija buvo pažeista, atsirado masės ir pan.
Klausimas:Jei galime nuplėšti gliuono debesies gabalus, ar galime turėti tą pačią energiją, bet be kvarkų viduje?
Taip, teoriškai tai įmanoma. Bet tai dar nebuvo atrasta eksperimentiškai, nors jie to ieškojo 40 metų. Tai vadinama klijų kamuoliuku.
Klausimas:Ar galėtumėte parašyti gerų fizikos knygų sąrašą pradedantiesiems?
Na, neaprašysiu visos fizikos, bet tikriausiai parašysiu atranką apie elementariųjų dalelių fiziką ir viską, kas susiję su LHC.
Ląstelės branduolys yra centrinė organelė, viena iš svarbiausių. Jo buvimas ląstelėje yra aukšto organizmo organizuotumo požymis. Ląstelė, turinti suformuotą branduolį, vadinama eukariotu. Prokariotai yra organizmai, susidedantys iš ląstelės, kuri neturi susiformavusio branduolio. Jei išsamiai apsvarstysime visus jo komponentus, galime suprasti, kokią funkciją atlieka ląstelės branduolys.
Pagrindinė struktūra
- Branduolinis apvalkalas.
- Chromatinas.
- Branduoliai.
- Branduolinė matrica ir branduolių sultys.
Ląstelės branduolio struktūra ir funkcijos priklauso nuo ląstelės tipo ir jos paskirties.
Branduolinis apvalkalas
Branduolinis apvalkalas turi dvi membranas – išorinę ir vidinę. Juos vieną nuo kito skiria perinuklearinė erdvė. Apvalkalas turi poras. Branduolinės poros būtinos tam, kad įvairios didelės dalelės ir molekulės galėtų judėti iš citoplazmos į branduolį ir atgal.
Branduolinės poros susidaro susiliejus vidinei ir išorinei membranoms. Poros yra apvalios angos su kompleksais, kurie apima:
- Plona diafragma, uždaranti skylę. Į jį prasiskverbia cilindriniai kanalai.
- Baltymų granulės. Jie yra abiejose diafragmos pusėse.
- Centrinės baltymų granulės. Jis yra susijęs su periferinėmis granulėmis fibrilėmis.
Porų skaičius branduolio membranoje priklauso nuo to, kaip intensyviai ląstelėje vyksta sintetiniai procesai.
Branduolinį apvalkalą sudaro išorinė ir vidinė membranos. Išorinis patenka į šiurkščią ER (endoplazminį tinklą).
Chromatinas
Chromatinas yra svarbiausia medžiaga, įtraukta į ląstelės branduolį. Jo funkcijos yra genetinės informacijos saugojimas. Jį atstovauja euchromatinas ir heterochromatinas. Visas chromatinas yra chromosomų rinkinys.
Euchromatinas yra chromosomų dalys, kurios aktyviai dalyvauja transkripcijos procese. Tokios chromosomos yra difuzinės būsenos.
Neaktyvios sekcijos ir ištisos chromosomos yra kondensuoti gumulėliai. Tai yra heterochromatinas. Pasikeitus ląstelės būklei, heterochromatinas gali virsti euchromatinu ir atvirkščiai. Kuo daugiau heterochromatino branduolyje, tuo mažesnis ribonukleino rūgšties (RNR) sintezės greitis ir mažesnis branduolio funkcinis aktyvumas.
Chromosomos
Chromosomos yra specialios struktūros, kurios atsiranda branduolyje tik dalijimosi metu. Chromosoma susideda iš dviejų rankų ir centromero. Pagal formą jie skirstomi į:
- Strypo formos. Tokios chromosomos turi vieną didelę ranką, o kitą mažą.
- Lygiai ginkluotas. Jie turi santykinai vienodus pečius.
- Mišrūs pečiai. Chromosomos rankos vizualiai skiriasi viena nuo kitos.
- Su antriniais susiaurėjimais. Tokia chromosoma turi necentromerinį susiaurėjimą, kuris atskiria palydovinį elementą nuo pagrindinės dalies.
Kiekvienoje rūšyje chromosomų skaičius visada yra vienodas, tačiau verta paminėti, kad organizmo organizuotumo lygis nuo jų skaičiaus nepriklauso. Taigi žmogus turi 46 chromosomas, višta – 78, ežiukas – 96, beržas – 84. Daugiausia chromosomų turi papartis Ophioglossum reticulatum. Vienoje ląstelėje yra 1260 chromosomų. Myrmecia pilosula rūšies skruzdžių patinas turi mažiausią chromosomų skaičių. Jis turi tik 1 chromosomą.
Būtent tyrinėdami chromosomas mokslininkai suprato ląstelės branduolio funkcijas.
Chromosomose yra genų.
Gene
Genai yra dezoksiribonukleino rūgšties (DNR) molekulių sekcijos, koduojančios specifines baltymų molekulių kompozicijas. Dėl to organizme atsiranda vienokių ar kitokių simptomų. Genas yra paveldimas. Taigi ląstelėje esantis branduolys atlieka genetinės medžiagos perdavimo kitoms ląstelių kartoms funkciją.
Branduoliai
Branduolys yra tankiausia dalis, patenkanti į ląstelės branduolį. Jo atliekamos funkcijos yra labai svarbios visai ląstelei. Paprastai turi apvalią formą. Branduolių skaičius skirtingose ląstelėse skiriasi – gali būti dvi, trys arba iš viso nėra. Taigi, susmulkintų kiaušinių ląstelėse branduolio nėra.
Branduolio struktūra:
- Granuliuotas komponentas. Tai granulės, esančios branduolio periferijoje. Jų dydis svyruoja nuo 15 nm iki 20 nm. Kai kuriose ląstelėse HA gali būti tolygiai pasiskirstęs visame branduolyje.
- Fibrilinis komponentas (FC). Tai plonos fibrilės, kurių dydis svyruoja nuo 3 nm iki 5 nm. Fk yra difuzinė branduolio dalis.
Fibriliniai centrai (FC) yra mažo tankio fibrilių sritys, kurios, savo ruožtu, yra apsuptos didelio tankio fibrilių. Kompiuterių cheminė sudėtis ir struktūra yra beveik tokia pati kaip mitozinių chromosomų branduolinių organizatorių. Jos susideda iš iki 10 nm storio fibrilių, kuriose yra RNR polimerazės I. Tai patvirtina faktas, kad fibrilės yra nudažytos sidabro druskomis.
Struktūriniai branduolių tipai
- Nukleoloneminis arba retikulinis tipas. Pasižymi daugybe granulių ir tankios fibrilinės medžiagos. Šio tipo branduolinė struktūra būdinga daugumai ląstelių. Jį galima pastebėti tiek gyvūnų, tiek augalų ląstelėse.
- Kompaktiškas tipas. Jai būdingas mažas nukleonomos sunkumas ir daug fibrilinių centrų. Jis randamas augalų ir gyvūnų ląstelėse, kuriose aktyviai vyksta baltymų ir RNR sintezės procesas. Šio tipo branduoliai būdingi ląstelėms, kurios aktyviai dauginasi (audinių kultūros ląstelėms, augalų meristeminei ląstelėms ir kt.).
- Žiedo tipas.Šviesos mikroskope šis tipas matomas kaip žiedas su šviesos centru – fibriliniu centru. Tokių branduolių dydis yra vidutiniškai 1 mikronas. Šis tipas būdingas tik gyvūnų ląstelėms (endoteliocitams, limfocitams ir kt.). Ląstelės, turinčios tokio tipo branduolį, turi gana žemą transkripcijos lygį.
- Likutinis tipas.Šio tipo branduolių ląstelėse RNR sintezė nevyksta. Tam tikromis sąlygomis šis tipas gali tapti tinklinis arba kompaktiškas, ty suaktyvėti. Tokie branduoliai būdingi odos epitelio spygliuočių sluoksnio ląstelėms, normoblastams ir kt.
- Atskirtas tipas. Ląstelėse su tokio tipo branduoliais rRNR (ribosominės ribonukleino rūgšties) sintezė nevyksta. Taip atsitinka, jei ląstelė yra apdorojama kokiu nors antibiotiku ar chemine medžiaga. Žodis „atskyrimas“ šiuo atveju reiškia „atskyrimas“ arba „atskyrimas“, nes visi branduolių komponentai yra atskirti, o tai lemia jo sumažėjimą.
Beveik 60% sausos branduolių masės sudaro baltymai. Jų skaičius labai didelis ir gali siekti kelis šimtus.
Pagrindinė branduolių funkcija yra rRNR sintezė. Ribosomų embrionai patenka į karioplazmą, tada per branduolio poras patenka į citoplazmą ir į ER.
Branduolinė matrica ir branduolių sultys
Branduolinė matrica užima beveik visą ląstelės branduolį. Jo funkcijos yra specifinės. Jis ištirpina ir tolygiai paskirsto visas tarpfazės būsenoje esančias nukleino rūgštis.
Branduolinė matrica arba karioplazma yra tirpalas, kuriame yra angliavandenių, druskų, baltymų ir kitų neorganinių bei organinių medžiagų. Jame yra nukleino rūgščių: DNR, tRNR, rRNR, mRNR.
Ląstelių dalijimosi metu ištirpsta branduolio membrana, susidaro chromosomos, karioplazma susimaišo su citoplazma.
Pagrindinės branduolio funkcijos ląstelėje
- Informacinė funkcija. Būtent branduolyje yra visa informacija apie organizmo paveldimumą.
- Paveldėjimo funkcija. Dėl chromosomose esančių genų organizmas gali perduoti savo savybes iš kartos į kartą.
- Sujungimo funkcija. Visos ląstelės organelės yra sujungtos į vieną visumą branduolyje.
- Reguliavimo funkcija. Visas biochemines reakcijas ląstelėje ir fiziologinius procesus reguliuoja ir koordinuoja branduolys.
Viena iš svarbiausių organelių yra ląstelės branduolys. Jo funkcijos yra svarbios normaliai viso organizmo veiklai.