Rosa Khatskelevich: Quiero presentarles a Igor Ivanov: de eso hablamos Ilya y yo durante tanto tiempo. Y... algunas reglas. Igor nos dijo de inmediato cuando comenzamos a organizar la conferencia que no quiero que la gente se siente en el salón, como soldados, mirándome, escuchando y... yéndose. Quiero que las personas que entren en la sala me interrumpan y me hagan preguntas en los lugares donde crean que es apropiado.

Nos gustó mucho esta idea, pero ahora, cuando vemos que ha venido tanta gente al salón, pensamos: “¿Cómo podemos hacer esto?”. Y entonces decidimos dejar las cosas ir. Es decir, Igor hablará, todavía esperamos preguntas de usted que interrumpirán su discurso, pero si resulta que hay tantas preguntas e Igor no podrá continuar su discurso, entonces nos reservamos el derecho de simplificar de alguna manera. este proceso espontáneo. Es decir, diremos: “Chicos, eso es todo. Todas las preguntas. Deje que Igor nos diga todo lo que quiera, y después de la conferencia, entonces, por favor, responda: ¿No sé cuánto tiempo podemos estar aquí? - hasta la noche responderá a sus preguntas.

¿Estás de acuerdo? Realmente nos gustaría que estuviera activo, realmente queremos que sea interesante hoy, y estamos casi seguros, o incluso bastante seguros, de que así será. Por favor, comencemos.

Ígor Ivanov: Muchas gracias. Estoy realmente muy contento de verlos a todos en esta sala, casi llena. (¿Puedes oírme bien? Bien. Toma. ¿Puedes ver la imagen? ¿No apagues la luz? ¿Puedes apagarla? Así está mejor, ¿verdad?)

De hecho, esto es lo que mostraré en las diapositivas: habrá muy poco, habrá tales declaraciones principales. Pero básicamente esta conferencia es así, agitando las manos: cuida tus manos, te mostraré todo lo que hay en mis dedos. Aquí.

Primero, les diré, bueno, por así decirlo, las ideas que existen en la física moderna, que estudia lo que sucede dentro de los núcleos atómicos e incluso más profundamente, dentro de las partículas, y luego, al final, mostraré algunas diapositivas. sobre el experimento, que los físicos han estado esperando durante años. Este experimento ya se empezó a armar, pieza por pieza, hace ya 10 años, y el próximo año se lanzará. Ahora se están preparando los elementos de la instalación experimental más grande del mundo: este es el Gran Colisionador de Hadrones en Suiza. Y este experimento, que se lanzará el próximo año, responderá a muchas preguntas y, de hecho, impulsará a la física a desarrollarse aún más. Por lo tanto, mostraré varias diapositivas, técnicas, experimentales y, aquí, sobre este experimento. Pues bien, vamos.

¿Cómo vive un protón?

Se han reunido aquí, y como se han reunido, significa que están interesados ​​en la física. Probablemente hayas leído algunos libros o artículos de divulgación científica y, por lo tanto, sepas un poco sobre la estructura del mundo. Si los primeros dos o tres minutos te parecen familiares, está bien, porque comenzaré con cosas simples. Pero ten cuidado, porque muy pronto pasaré a cosas de las que no se habla en la escuela. Pero son bastante simples, así que también quiero hablar de ellos. (Preguntas, si las hay, pregunte).

Entonces, comencemos con las cosas más simples que probablemente todos saben, bueno, o casi todos saben. Eso es todo lo que nos rodea: una lámpara de araña, por ejemplo, el piso, el aire, todo esto consiste en moléculas. Las moléculas están formadas por átomos. Usted sabe todo esto muy bien, esto probablemente se apruebe incluso en los grados medios o primarios de la escuela. Hay muchas moléculas en el mundo. No sé cuántos químicos han sintetizado sustancias, creo que millones. Y cada sustancia es especial porque tiene su propia molécula especial. Estos millones de moléculas diferentes en realidad se construyen a partir de átomos, que no son tantos. Usted también probablemente conoce el sistema periódico: ahora se han descubierto allí un poco más de cien átomos, cientos de elementos. En la naturaleza, se encuentra aún menos.

Entonces, a partir de esta pequeña cantidad de átomos, puedes combinarlos para crear muchas moléculas diferentes. Los átomos, bueno, eso también lo sabes bien, no son elementales: consisten en un núcleo compacto, que está ahí, en el centro, es muy pesado, y capas de electrones que se asientan. (Te digo estas cosas simples ahora solo para introducir las palabras. Entonces estas palabras serán importantes). Y, al final, el núcleo que se encuentra dentro de cada átomo, que es muy pequeño en comparación con el átomo, pero muy pesado. , - tampoco es elemental: consta de protones y neutrones. Tú también lo sabes muy bien.

Todo esto se hace en la escuela, y parecería que todas estas son cosas muy simples, pero de hecho, esta situación se puede ver desde un ángulo ligeramente diferente, al que generalmente no se le presta atención. Lo diré de esta manera: en todas estas situaciones que tenemos aquí, moléculas, átomos y núcleos, en todas partes funciona el principio que llamé el "principio de combinación".

¿Lo que es? Dejame explicar. De hecho, la idea es muy simple, incluso demasiado simple a primera vista. Ella dice que los objetos más complejos y pesados ​​se pueden obtener de los más simples simplemente agregando algunas piezas adicionales. Cuanto más pesado es el objeto, más piezas tiene. Y así, la complicación del objeto está inevitablemente asociada con un aumento en el número de piezas. Esto también funciona en moléculas ordinarias (puedes imaginar lo que son las moléculas: son muy pequeñas, pero si las juntas, obtienes grandes, y hay moléculas completamente gigantes que consisten en una gran cantidad de átomos). Lo mismo funciona en los átomos y en los núcleos atómicos (hay núcleos muy pequeños; por ejemplo, una partícula alfa es un núcleo muy pequeño, pero si le agregas protones y neutrones adicionales, obtienes como resultado núcleos pesados).

Parecería, ¿por qué hablar tanto de eso? Es todo elemental. Parecería, ¿cómo podría ser de otra manera? Es muy obvio. Entonces, cuando nos sumerjamos en las profundidades del protón, allí será completamente diferente. No funcionará allí.

Pero eso será en cinco minutos, pero por ahora veamos qué ha llegado hasta el fondo la física.

Quizás también conozcas esta imagen, al menos en el grado 11 en física la pasan. La física moderna "escaló" a las profundidades mismas de la materia. No es tan simple como parece, porque las partículas pequeñas no se pueden sentir con los dedos y con la ayuda de unas pinzas pequeñas tampoco se pueden tomar y no se pueden ver con la ayuda de la luz. . Como resultado, los físicos han estado tratando durante mucho tiempo de descubrir cómo "mirar" dentro de algunas partículas y descubrieron que la forma más fácil es simplemente empujarlas una contra la otra.

Ahora estos experimentos se están llevando a cabo en diferentes centros del mundo: estos son aceleradores que aceleran partículas y las hacen chocar entre sí. Si hay dudas, les contaré los detalles más adelante, y al final también les contaré un poco sobre estos experimentos. Por ahora, es importante que sepamos que estos experimentos existen, que las partículas chocan entre sí, y cuando consideras los resultados de las colisiones, simplemente entiendes en qué consisten.

Después de analizar todo esto, y estos experimentos comenzaron hace unos 40 años, los físicos llegaron rápidamente a la conclusión de que el protón tampoco es elemental. También tiene una estructura, y esta estructura es bastante simple: hay tres pequeños objetos compactos llamados quarks...

I.I.: Espera espera...

I.I.: Está vacío. ¿Puedo responder de inmediato?

I.I.: Estoy dispuesto a creer que usted puede explicarlo. El hecho es que, naturalmente, habrá una gran cantidad de simplificaciones en todas estas diapositivas, es decir, de hecho, desde un punto de vista científico, hay muchas inexactitudes. Pero como esta conferencia no es científica, simplemente omito estas inexactitudes, no las discuto.

I.I.:¿Así que crees que todo está mal?

I.I.: Asi que. Bueno, continuemos, y luego podemos discutir...

En realidad, solo quiero decir esto: que este tema es bastante peligroso, porque hay muchas personas que no están bien versadas en este tema. En realidad, en serio. Simplemente, de hecho, en la ciencia hay varios puntos sutiles en torno a los cuales hay disputas. Sin embargo, hay datos experimentales, hay muchos, que ahora se formulan comúnmente de esta forma: hay tres objetos compactos (por si acaso, en un protón en reposo), que están aproximadamente rodeados por tal ... algo que los rodea, que condicionalmente se puede llamar una "nube de gluones". Los gluones son las partículas que realmente conducen a la atracción de estos quarks. Y aquí, de hecho, está sucediendo algo muy interesante; además, incluso lo diré con valentía: algo que la humanidad nunca antes había conocido. Estas fuerzas de gluones son muy inusuales.

Lo que pasa es algo como esto. Nuevamente, con grandes simplificaciones, muy brevemente, pero se parece a esto. Las fuerzas que atraen a los quarks de repente dejan de ser solo fuerzas: se materializan. Es decir, en términos relativos, caen en forma de sedimento, envuelven a estos quarks y se encuentran junto a ellos. ¿Puedes imaginar? Es decir, no hay solo algunas partículas conectadas por fuerzas, sino que estos campos que las conectan de repente comienzan a cobrar vida propia. Tienen una esencia material.

Por ejemplo, pesan, tienen masa. Y dejan de ser solo "servidores" de estos quarks, no solo los atraen, sino que comienzan a atraerse a sí mismos, por ejemplo. Es decir, diferentes partes de la nube de gluones, que aquí se dibuja esquemáticamente, también se sienten entre sí y no permiten que esta nube se expanda, la retienen. Es gracias a esto que resulta que nuestro protón (después de todo, todo es un protón, de hecho) es bastante compacto.

Debido a esto, resulta que el quark no puede volar muy lejos. Entonces imagina que esto no es solo una nube, y los quarks son una nube generada por quarks. Es decir, al principio los quarks comienzan a atraerse, y luego esta fuerza, que los retiene, se precipita, por así decirlo, se condensa. E imagine que si ahora toma estos quarks y trata de separarlos, de hecho, tales experimentos se están llevando a cabo, literalmente puedo decir directamente: lo toman y golpean algún quark con un clic. Estos son solo experimentos reales; por supuesto, no usan un dedo como un clic, sino algún tipo de electrón: aceleran un electrón con gran energía: ¡bum! - Justo en el quark. El quark intenta alejarse con todas sus fuerzas, pero no puede alejarse de la nube de gluones: genera esa nube él mismo. Como resultado, resulta que la nube de gluones trata de estirarse, se hincha, se hincha, se vuelve más pesada y, como resultado, todo se desmorona en partículas. Un quark simplemente no puede salir de esto: esta es una de las manifestaciones de lo inusual de las fuerzas de gluones.

De hecho, será aún más interesante más adelante. Gracias a esto, resulta que, ¿recuerdas el principio de combinación, que funcionó perfectamente en los núcleos atómicos? funcionó en átomos y moléculas; bueno, no funciona en absoluto en el protón. Cómo se ve? Imaginemos, por ejemplo, por analogía con el núcleo atómico. Sea un protón, que consta de quarks. Agreguemos algunos quarks más: 9, 12, lo que sea. Queremos conseguir un megaprotón grande y grueso. Puede intentar hacer esto experimentalmente; de ​​hecho, no hay dificultades. Se llevaron a cabo experimentos, ¿y qué sucede? Resulta que estos quarks adicionales no quieren entrar. Intentamos empujarlos, pero no quieren subirse, quieren aislarse. Esta es una transición compleja que los físicos no entienden completamente ahora. En detalles, esto, por supuesto, se calcula de alguna manera, teórica o numéricamente, pero, desafortunadamente, todavía no existe una imagen comprensible tan general. Pero el resultado es tal que no es posible combinar muchos quarks entre sí.

Parecería, está bien, no, entonces no, intentemos estudiar qué es. Comenzamos a estudiar partículas y de repente vemos que, de hecho, hay análogos pesados ​​​​del protón. Hay un protón y hay otras partículas, he enumerado varias de ellas aquí, que se descubren experimentalmente, se estudian experimentalmente, todas son muy similares al protón. Hay alrededor de diez de ellos; tal vez casi dos docenas están abiertas ahora. Y, lo que es más interesante, tienen una gran masa. Es decir, hay varias partículas con diferentes masas, sigue aumentando, aumentando...

Los científicos están interesados, ¿cómo es eso? Entonces, ¿de qué están hechas estas partículas? Realizaron experimentos y descubrieron que todos consisten en los mismos tres quarks. Y hay tres quarks, y hay tres quarks. Estos quarks son todos iguales. En realidad, no dije: los quarks tienen sus propios nombres, varias variedades diferentes, pero todo esto es zoología, esta es una clasificación de quarks, que no dice mucho sobre ellos. Eso es lo realmente interesante: esta es su vida: cómo están conectados entre sí, cómo interactúan, eso es lo que estoy diciendo. Puedes leer la clasificación en alguna parte, no es importante.

Entonces, ¿qué resulta ser? Resulta que también hay tres quarks en estas partículas, pero la diferencia es que sentado de manera diferente. Están ubicados en una forma complicada entre sí y se mueven de manera un poco diferente. Si lo piensas, esto también es algo muy inusual, porque, bueno, mira, en la vida cotidiana ordinaria, si tomas y reorganizas partes de, por ejemplo, un cubo de Rubik, entonces no obtendrás nada nuevo de él. algún objeto más pesado. Y aquí resulta exactamente así: si de alguna manera reorganizas los quarks, como resultado, la nube de gluones se hincha y, dado que también pesa, la masa es mayor. Es decir, el principio de combinación se viola por completo, pero, sin embargo, existen análogos de protones más pesados.

Ni siquiera sé qué ejemplo dar de la vida ordinaria para que sientas cuánto es ... ( Del público: "Tetera con agua".) Hmm... Bueno, bueno, déjame decirte en qué se diferencia una nube de gluones, por ejemplo, del agua y, de hecho, de cualquier otra cosa. Verá, no hay un número fijo de partículas en esta nube de gluones, no hay una ley de conservación de la "materia de la nube". Si toma y saca insolentemente un pedazo de esta nube, esto también se puede hacer experimentalmente, entonces no desaparecerá allí en absoluto. Si tomas y sacas la mitad de la nube, crecerá allí nuevamente, porque los quarks no pueden prescindir de ella: los quarks propagan estas fuerzas en diferentes direcciones y luego estas fuerzas se materializan. Esto es muy importante para sentir que esto no es solo una especie de nube de materia, sino una estructura autocurativa que pesa, que actúa sobre sí misma.

Pregunta:¿Y por qué se restaura?

Se puede describir así. Déjame decirte esto en dos minutos. Hay fuerzas que conoces: fuerzas electromagnéticas. Estas son las fuerzas de atracción entre cargas eléctricas. Y, en cierto sentido, se pueden considerar como un intercambio de partículas: estas partículas se denominan "fotones". Lo más importante es que los fotones no interactúan entre sí. Si, digamos, hay una cantidad de fotones en algún lugar y se agregan más fotones allí, entonces esto no afectará en absoluto a los fotones anteriores. Esto se llama el "principio de superposición", en electrostática, por ejemplo. Los campos eléctrico y magnético simplemente se suman, y eso es todo. Pero con los campos de gluones, esto no funciona. Si aumenta la concentración de gluones, tienden a crear aún más gluones. Cada gluón puede dar lugar a más gluones, pueden recombinarse, colisionar. Como resultado, si hay muy pocos gluones en la nube (por ejemplo, tome una nube y elimine la mitad de la nube), los gluones restantes emitirán otros nuevos y se asentarán alrededor del protón para que todo sea estable. estacionario. Esta es una propiedad que la gente no conocía en absoluto antes.

Asi que. Ni el principio de combinación funciona aquí, ni siquiera un punto de vista normal sobre de dónde viene la masa. Por lo general, la masa se compone de una masa de algunos ladrillos. Si tenemos tres ladrillos, entonces la masa total de una pila de tres ladrillos será igual a tres veces la masa de un ladrillo. En física nuclear, cuando se combinan protones y neutrones, la masa del núcleo también es aproximadamente proporcional al número de nucleones, solo que hay una pequeña energía de enlace. Y todo dentro de los protones absolutamente otro.

De hecho, los físicos han calculado (comparado cálculos teóricos con datos experimentales) y calculado la masa de esos quarks que se encuentran allí, estos pequeños objetos compactos. Y resultó que su masa es de aproximadamente el 2%, ¡solo! - de la masa de todo el protón, ¿te imaginas? Imagínese: hay un hombre, su masa es de 60 kg, y solo 1 kg en él es realmente materia: todo tipo de electrones, quarks, es decir, lo que en realidad llamamos materia. Y los 59 restantes son nubes de gluones que se asientan perfectamente en cada protón y neutrón y pesan, pesan y atraen a la tierra, y le dan inercia al cuerpo. Es interesante imaginarlo.

También quería decir lo siguiente sobre estas partículas. Aquí resulta que la diferente disposición de los quarks entre sí parece generar una masa adicional, regenera la partícula de una nueva forma. Por lo que me viene a la mente, puedo sugerir que pienses en ellos como robots transformadores; ya sabes, los hay en los dibujos animados. Entonces reorganizaron, torcieron de alguna manera, y resultó algo completamente nuevo, y parece haber resultado aún más. Aquí sucede algo similar, solo que este no es un robot transformador ficticio, sino que es lo que realmente existe en nuestro mundo, en cada uno de nosotros. En cada molécula, átomo, todo esto se realiza. Resulta -y esta es una afirmación importante- que prácticamente toda la masa -al menos más del 90 por ciento- en cada protón, y de hecho en el cuerpo, consiste en una nube de gluones. La nube de gluones da inercia.

Los mismos físicos se sorprendieron un poco con todo esto, desconcertados cuando lo descubrieron. Debo decir que no se abrió tan abruptamente: se aclaró gradualmente, hubo varios experimentos, cálculos numéricos, hubo algunos modelos simples. Al principio no estaban un poco de acuerdo entre ellos, luego gradualmente comenzaron a construir puentes entre ellos, y todo esto gradualmente llegó a un entendimiento. Y los físicos pensaron: dado que tal imagen, ¿tal vez debería verificarse experimentalmente? Esta es una nube de gluones, porque los quarks... bueno, eso es comprensible, algún tipo de partículas. Pero la nube de gluones es algo nuevo. Entonces pensaron: ¿cómo se pueden estudiar estas propiedades de la nube de gluones?

En general, como dije, se estudian de esta manera: toman y chocan partículas, mientras se separan, puede nacer algo nuevo, hay detectores que captan todo, lo restauran. Entonces, este método funciona muy bien si quieres saber, por ejemplo, qué tipo de energía se encuentra en estos quarks. Está en los quarks, porque transportan la mayor parte de la energía. Pero, desafortunadamente, esto no ayuda a aprender sobre la estructura de la nube. Después de todo, esto no es solo algún tipo de densidad de gluones, es una nueva estructura que parece haberse condensado y surgido. Repito una vez más: este es un objeto muy interesante. Esta nube debe ser explorada de alguna otra manera.

Y así, a los físicos se les ocurrió una manera: también es necesario hacer colisionar partículas, también a alta velocidad, con gran energía, pero es necesario prestar atención no a las colisiones frontales, cuando nace un montón de todo, sino a las colisiones, cuando se tocan ligeramente, así que aquí pasan, vuelan y se golpean ligeramente. Entonces estos quarks que vuelan aquí no sienten esta colisión, solo piensen, volaron y volaron. Pero aquí están las nubes que se tocan ligeramente, algo complicado les sucede en ese momento. Se pueden imaginar como un trozo de espuma. Aquí dos pedazos de espuma están volando, y en el momento en que se tocan, un pedazo de espuma se desliza entre ellos.

Hay un objeto que salta por aquí, se llama "pomeron". Este es un objeto muy complicado y, de hecho, los físicos lo están estudiando en este momento. Es decir, literalmente, si vas a la conferencia ahora, probablemente la mitad de los informes serán sobre el estudio experimental o teórico del pomeron. Quiero enfatizar nuevamente que este objeto no es solo una especie de partícula tomada e intercambiada, como un fotón. Este es un objeto muy complicado: emerge dinámicamente y no parece solo una partícula.

Hace unos diez años, ahora se han calmado, las personas en las conferencias literalmente se maldecían entre sí, porque todos tenían diferentes modelos de pomerones. Hay modelos simples, hay modelos complejos y por alguna razón no convergieron entre sí. Bueno, en realidad, algunos modelos todavía eran bastante torpes. Pero no obstante. Fue un período en el que la gente no sabía qué era un pomeron, en absoluto. E intentaron diferentes formas de resolverlo. No se trataba de agresión física, pero al menos las personas discutían entre sí. Ahora también juran, pero por otras razones: ya no juran sobre Pomeron, probablemente porque se dieron cuenta de que ya era inútil. Hay experimentos, especialmente en los últimos 10 años. Aquí en Hamburgo hubo un experimento que estudió muy bien las propiedades del pomeron, y ahora al menos un poco al respecto está claro.

Entonces, el pomerón es el objeto que aparece cuando tratamos de sacar un trozo de la nube de gluones del protón. Este objeto tiene que ir a alguna parte. Por ejemplo, puede saltar de una partícula a otra. En el proceso de saltar, existe por sí mismo. Verá: no está enganchado a ningún quark allí, sino que parece estar localizado en el espacio, como si viviera solo. E incluso hay sugerencias de que puede vivir por separado. Si golpeas un protón, entonces, bajo ciertas condiciones, un pomerón puede escapar, volar y vivir allí por su cuenta durante algún tiempo, sin quarks. En realidad es bastante interesante de imaginar.

Es decir, lo que solía ser solo una fuerza, ahora se materializó e incluso se separó de sus quarks progenitores y se asienta en el espacio. Las personas han estado buscando tales objetos durante mucho tiempo, pero, desafortunadamente, no los han encontrado. Se llaman "bolas de pegamento", de las palabras "pegamento" y "bola", es decir, "un trozo de pegamento". "Gluones" proviene de la palabra "pegamento", que parece unir estos quarks. Es decir, en principio, la existencia de esta parte del campo de gluones por separado es posible, pero, lamentablemente, aún no se ha encontrado experimentalmente. Tal vez esto no esté ahí, o tal vez sí, no está claro, debe estudiarse.

Bueno, a los físicos, por supuesto, se les ocurrió todo esto, especialmente a los teóricos, y dicen: eso es genial, ahora puedes explorar el pomeron de esta manera. Pero para los experimentadores, de hecho, es muy difícil. Porque cuando dos protones pasan volando, chocando ligeramente entre sí, entonces no hay una fuerte colisión entre ellos. El protón se desvía bastante, menos de un grado.

Pregunta:Cuando pasan dos protones, los quarks también tienen masa, ¿verdad? ¿También interactuarán entre ellos?

Sí, déjame repetirlo de nuevo. Cuando golpeas protones entre sí, en realidad ni siquiera puedes controlar cómo chocan, cómo chocan, entonces chocan. Es decir, puedes hacer cualquier cosa con él. Puede haber una colisión frontal fuerte donde un quark choca con otro; se dispersan, y resulta algo inimaginable. Hay colisiones cuando dos quarks de un protón y dos quarks de otro protón chocan de forma independiente; esto también puede suceder. Y esto suele ser lo que sucede: se llama "colisiones duras", cuando un montón de todo nace con mucha energía. Pero en estas colisiones, no puedes estudiar el pomeron, este trozo de nube es difícil de estudiar. Por lo tanto, los físicos hacen esto: juntan todo. Aquí, en este colisionador, los protones chocarán 40 millones de veces por segundo durante varios años. Recogerán todas estas colisiones, y luego buscarán aquellas que, por ejemplo, sean de este tipo o de otro tipo.

Es decir, de hecho, los quarks interactúan, todo interactúa. Resulta todo tipo de variedad en este caso, pero luego, cuando los físicos intentan resolverlo, obtienen exactamente lo que necesitan.

Pregunta:¿Cómo lograron ver todos estos quarks, nubes de gluones, etc.? ¿Se ha probado esto experimentalmente?

Sí. Aquí hay un experimento de este tipo realizado por Rutherford, en 1905. Luego se descubrieron los átomos, pero aún no conocían su estructura, simplemente sabían que había electrones en alguna forma. Así que hizo este experimento.

Tomó algunas partículas, partículas alfa, y las dejó atravesar el átomo. Tenía una hoja de oro tan delgada que disparó partículas directamente a esta hoja y miró en qué ángulo se desviaron. Entonces, creemos en la física clásica, pero luego estaba la física clásica; esta física clásica predice la ley por la cual las partículas serán desviadas por atracción o repulsión eléctrica cuando pasan volando entre sí. Esta ley predice claramente cuál será el patrón de dispersión (esto se llama dispersión, cuando las partículas se desvían en diferentes direcciones) según el modelo específico del átomo, según el dispositivo específico. Por ejemplo, si el átomo está "suelto", volarán principalmente hacia adelante y se desviarán en un pequeño ángulo. Si el átomo, como se vio después, tiene un núcleo muy pequeño y compacto en el centro, entonces la imagen será completamente diferente. Es decir, lo que ven los experimentadores: ven en qué ángulo se dispersaron las partículas, y luego, usando las leyes de la electrodinámica clásica, restauran la estructura de este átomo.

Desde el punto de vista del experimento, el protón es casi el mismo. Lo único es que ahí, claro, las fórmulas son más complicadas. Pero específicamente, los quarks se ven mejor de esta manera: si empujas dos protones juntos, entonces, dependiendo de la energía, obtienes imágenes diferentes. Si la energía de los protones es pequeña, entonces los protones simplemente se dispersan y eso es todo. Si la energía es solo un poco más, digamos, si la velocidad es cercana a la velocidad de la luz, pero no muy cercana, entonces el resultado es que puedes crear un par de partículas. Todo esto ha sido estudiado, pero es difícil determinar la estructura del protón de esta manera. Puede definir sus propiedades y cómo interactúan entre sí. Para ver una estructura pequeña, es necesario dispersar las partículas cada vez más, simplemente porque, como en un microscopio, se hacen visibles distancias cada vez más pequeñas.

Cuando chocas partículas entre sí, bueno, protones, con una energía que es 50-100 veces mayor que su energía en reposo, resulta que estos quarks pueden chocar y dispersarse bruscamente. Cuando se dispersan, el resultado es un chorro. Este chorro es una corriente de partículas que va más o menos en la dirección de los quarks originales. Es decir, los quarks vuelan, golpean, se dispersan y, como resultado, en el experimento vemos el flujo de partículas en esta dirección, el flujo de partículas en esta dirección. Nada menos que suponiendo que hay un pequeño objeto compacto que se acercó mucho y empujó con mucha fuerza, no podemos describirlo. Es decir, tal vez algunas personas puedan reescribir por completo toda la física, pero, desafortunadamente, todavía no existe esa otra teoría.

Pero hay varias otras formas de determinar la presencia de quarks en un protón. Por ejemplo, si un protón está inmóvil, entonces tiene propiedades estáticas, es decir, las propiedades de un protón inmóvil: bueno, masa, esto es comprensible; puede tener espín, el espín es una cosa cuántica; tiene un momento magnético. Tiene varias características que se pueden medir experimentalmente con gran precisión, no solo en el protón, sino también en otras partículas de este tipo. Resulta que si aplicamos este modelo simple de quarks a un protón estacionario, entonces parece ser muy similar a lo que realmente observamos en la realidad.

Bueno, también están el tercer y cuarto tipo de experimentos, y así sucesivamente...

De hecho, estos quarks, aquí, por supuesto, todo es sutil, porque los quarks que están en un protón estacionario son un quarks, y los quarks que están en un protón que se mueve rápidamente ya son objetos completamente diferentes. Todo esto es muy difícil, pero no le prestas atención. Solo crea que, de hecho, a partir de diferentes experimentos, se forma una imagen de que hay partículas compactas que están conectadas por diferentes fuerzas. Y todo está inmerso en una nube de gluones. Alguna otra imagen que describa igual de bien los datos experimentales, que, desafortunadamente, no es mucho. Desafortunadamente, porque sería interesante si resultara una imagen completamente diferente, que describiría este caso igual de bien.

Pregunta:Un protón es visible desde lejos como un momento magnético y una carga eléctrica. Si te acercas mucho, ¿quizás estos quarks que lo componen también tengan sus propios momentos magnéticos? De lejos, esta estructura parece una berenjena, y si miras de cerca, parecen estar cubiertas de agujas, como un cactus.

De hecho, esto es una reformulación de lo que dije. Hay un protón, que solíamos ver como un protón, una especie de partícula en el núcleo, y luego, cuando se llevaron a cabo los experimentos y miramos dentro, vimos una especie de estructura fina. La siguiente pregunta es, ¿tiene un quark una estructura fina? Los experimentos a las energías más altas hasta ahora dicen que esta estructura no es visible. Tal vez esté allí, pero aún no es visible. Bueno, los teóricos, por supuesto, son mucho más inventivos, ya han ideado un montón de modelos.

Recientemente vi un artículo: habrá tal partícula, el bosón de Higgs, una partícula interesante, todos hablan de ella, y por lo tanto, un artículo científico normal, pero no es del todo común: no hay nada propio. Este es un artículo que simplemente enumera 200 referencias a varios grupos de investigación que han predicho tal masa, tal masa, tal... El resultado es que no importa cuál se descubra, algo ya habrá. Es decir, los teóricos propondrán cientos de modelos con diversos grados de corrección. La respuesta final, por supuesto, se encuentra en el experimento.

Fenómenos autoemergentes

“Los fenómenos que surgen por sí mismos son fenómenos que no se establecieron originalmente, sino que surgieron por sí mismos. Se encuentra en todas partes en la física. ¡Terriblemente interesante fenómeno!

He terminado esta parte, pero ahora quiero hacer una pequeña pausa, una digresión tan pequeña. Me parece útil ahora hablar de ese fenómeno del surgimiento de la masa como de la nada en un contexto amplio. Porque es algo bastante simple, pero muy importante en física. En mi opinión, este es uno de los principales descubrimientos de la física teórica. El descubrimiento es que hay fenómenos que pueden ocurrir en su propia, no es necesario colocarlos inicialmente en algunos detalles, ladrillos y fórmulas. Surgirán por sí mismos exactamente en la forma en que los vemos en la naturaleza. Esto es lo más asombroso. De lo que estaba hablando antes es en realidad la masa (bueno, de un protón, por ejemplo), que surgió al 90% espontáneamente, por su cuenta. Este tipo de fenómeno que surge por sí mismo se encuentra en todas partes en la física.

Tomemos un ejemplo de un área completamente diferente. Existe tal cosa como la superconductividad. Tal vez incluso lo sepas. La superconductividad es cuando un cuerpo pierde completamente la resistencia eléctrica, la corriente puede fluir a través de él sin resistencia alguna. Si el superconductor se cierra en un círculo y pasa una corriente a través de él, sin ningún voltaje, girará durante horas, días, años; tales experimentos ya se han realizado. No se desvanece, gira, gira... Esto se llama superconductividad. Este fenómeno, por supuesto, es notable, y los físicos han tratado de averiguar cómo surge.

Si es completamente ingenuo acercarse a la comprensión de la naturaleza, entonces podemos decir: dado que este fenómeno existe en tal sustancia, dividámoslo en átomos y profundicemos en cada átomo o cada molécula, tratemos de encontrar el origen, algo que le dé superconductividad. Por supuesto, puede hacerlo: córtelo en átomos, pulverícelo, estudie átomos individuales, teóricamente, experimentalmente, lo que sea. ¡Y no verás nada allí! No habrá el menor indicio de superconductividad, porque la superconductividad no sabe nada, casi nada, sobre los átomos, y los átomos no saben nada, casi nada, sobre la superconductividad.

Si tomas un átomo, entonces no habrá superconductividad en él, simplemente habrá un átomo, y eso es todo. Si dos, tres átomos - lo mismo. Bueno, resultará ser una especie de molécula pequeña. Si tomas muchos átomos, de repente surge. Bueno, por supuesto, no de repente, no bruscamente: surge suavemente, es como una flor que brota de un capullo cuando tomas muchos, muchos átomos. Pero tales fenómenos surgen por sí solos, simplemente por el hecho de que las partículas interactúan. No tenían que ser construidos en primer lugar.

Te contaré una historia. Cuando era niño, entonces no tenía juegos de computadora, me encantaba fantasear. Inventé todo tipo de mundos virtuales para mí, y como no había computadoras, los dibujé. Se le ocurrió un planeta y decidió: que haya animales en él, dibujó la zoología de este planeta. Luego pensé más: deja que tenga su propia química. Esto, por supuesto, es una tontería, porque entendemos que la química es la misma en todo el Universo, y los elementos químicos son los mismos en todas partes. Pero quería soñar, y dibujé un sistema periódico de elementos con el nombre de Ivanov y simplemente lo llené con nuevos elementos. Miré el mundo que me rodeaba y pensé: ¿qué se me ocurriría? Decidí que, por ejemplo, los elementos de tal o cual serie serían magnéticos. Es decir, decidí que dentro del átomo habría un imán tan pequeño, especial, que da lugar al magnetismo si se crea una sustancia a partir de este elemento.

Esta es también una visión muy ingenua de las cosas, porque se centra en el hecho de que si hay magnetismo (más precisamente, en física se llama "ferromagnetismo" - que un imán atrae cosas de metal), entonces debe permanecer, incluso si cortarlo en pedazos átomos individuales. Es decir, si, literalmente, tomamos átomos individuales, entonces el hierro, que, como sabemos, es ferromagnético, debe ser de alguna manera tan diferente de todos, ya que tiene un magnetismo tan fuerte.

De hecho, el magnetismo, el ferromagnetismo, se ha estudiado durante mucho tiempo y resulta que el ferromagnetismo en el hierro surge precisamente debido a la interacción. No hay nada tan especial, específico en los átomos de hierro, precisamente en los átomos, no hay nada. Todo esto surge después de que pones muchos de estos átomos y tomas en cuenta cómo interactúan entre sí, ahí es donde resulta el truco, y tomas un gran volumen, y luego aparecerá gradualmente la diferencia entre el hierro y otros elementos. Por supuesto, hay otras sustancias que magnetizan, pero el hierro es la más famosa.

También quiero decir que esto surge no solo en la física, en sus diversas áreas. En matemáticas hay fenómenos que surgen por sí mismos, en economía hay fenómenos que surgen por sí mismos, incluso en biología los hay. Si se desea, mucho puede interpretarse como un fenómeno que surge por sí mismo, un fenómeno que surge debido a la interacción.

En realidad, es terriblemente interesante, porque ¿cómo trabaja realmente un físico teórico con esto? Cuando quiere investigar algún objeto, sabe algo sobre él; por ejemplo, cuando investiga la materia, sabe que la materia está compuesta de átomos. Escribe ecuaciones: hay átomos y las fuerzas de interacción entre ellos; estos son, por así decirlo, los datos iniciales. Es muy simple y no puedes ver nada en ellos. Pero luego trata de resolver estas ecuaciones. Como en la escuela, solo estas ecuaciones son muy difíciles de resolver, porque se confunden mucho entre sí. Sin embargo, todavía estamos tratando de resolverlo. Y cuando empezamos a resolverlos, aparecen unas fórmulas, y ahí es donde surge todo de repente. Y esta es una vista muy cautivadora, porque inicialmente no estableciste nada, pero algún fenómeno que ves en nuestro mundo de repente nace de fórmulas por sí mismo. Es muy impresionante cuando lo ves de verdad.

campo de higgs

“Otra fuente de masa: todo el universo está lleno de un campo de Higgs invisible. Las partículas se "aferran" a él y se vuelven masivas. En el colisionador LHC, estudiarán exactamente cómo surge este campo”.

La fuente de masa de la que hablé, la masa del protón, es en realidad solo una de las posibles. En realidad, al menos dos operan en la naturaleza; tal vez más, no lo sabemos. La segunda fuente de masa da masa a las partículas ligeras como electrones, quarks, etc. Y este es un mecanismo completamente diferente, y la teoría que lo describe también es completamente diferente. Esta teoría aún no se ha probado por completo, pero muchas de sus predicciones ya se han hecho realidad, y se investigará muy activamente en este gran colisionador, este gran experimento.

Brevemente, esta es la teoría. De hecho, hay muchos detalles, estrictamente teoremas matemáticos, pero la declaración principal es esta. Inicialmente, todas las partículas (quarks, electrones, etc.) carecían por completo de masa. Esto significa que, por ejemplo, un enjambre de electrones está volando, una pequeña fuerza actuó sobre él y salió volando hacia algún lado. Es decir, estas son partículas que prácticamente no tienen inercia, vuelan fácilmente hacia algún lado bajo la influencia de pequeñas fuerzas. Entonces, debido a algún mecanismo, algunas peculiaridades - todo esto también se está estudiando - algún campo invisible de Higgs llena todo el Universo. "Higgs": del nombre del científico inglés Peter Higgs, quien inventó esta cosa, un científico inglés, todo lleva su nombre.

Este campo llena uniformemente todo el Universo, no es visible, porque todas las partículas se mueven a través de él. Pero cuando se mueven a través de él, están un poco por detrás. adherirse. Es difícil de imaginar, pero créanme, en cierto sentido se aferran a él. Esto significa que el campo evita que las partículas se aceleren demasiado rápido. Las partículas pasaron volando, alguna fuerza actuó sobre ellas, intentaron volar, pero el campo interfiere con ellas. Como resultado, por supuesto, se van volando, pero de alguna manera a regañadientes, como si tuvieran una inercia adicional, como si simplemente no quisieran moverse. Como resultado, en las fórmulas parece que tienen una masa. Este es un tipo completamente diferente de apariencia masiva. Aquí no hay energía inicial, que, por así decirlo, se condensa. Simplemente hay movimiento a través de algún medio que no vemos, pero este medio tiene un efecto, es decir, da masa a estas partículas.

Hay muchos detalles en este mecanismo, no los contaré, pero quiero que sientas este mecanismo. Para ello, te voy a contar una analogía que incluso puedes hacer en casa, solo un experimento real. Toma un trozo de espuma de poliestireno y tritúralo. Cuando se desmorona en pequeños pedazos, se obtienen pequeñas bolitas de espuma. El es muy ligero. Puedes desmenuzarlos sobre la mesa y soplarlos, se dispersarán. Esta es una analogía para partículas sin masa, es decir, partículas que tienen muy poca inercia.

Ahora, con cuidado, vierta agua sobre la mesa y desmenuce la espuma encima. Espera a que se moje un poco y vuelve a soplar. Verás que las bolas se alejan flotando, pero de alguna manera a regañadientes. Si no viéramos estas aguas, nos parecería que tenían una especie de extraña inercia que antes no existía. Esta inercia surge del hecho de que al moverse tienen que vadear el medio. En este caso, a través del agua, pero en realidad, a través del campo de Higgs.

Pregunta:¿De dónde viene el campo de Higgs?

Esto es algo complicado, realmente, de donde viene. Cuando construyes modelos del microcosmos, introduces cosas que aún no están claras, ya sea que provengan de alguna parte o no. Entonces puede quedar claro. Digamos que puede resultar que, de hecho, se tome inevitablemente de alguna teoría más profunda. Ha habido ejemplos en la historia de la física en un momento en que se postuló algo y luego se dedujo de una teoría más profunda. Lo que sucederá con el campo de Higgs aún no está claro. Hago hincapié en que esto aún no ha sido probado. Es decir, esta teoría, que ya se considera generalmente aceptada, parece funcionar por manifestaciones indirectas, pero para probarla finalmente, es necesario realizar un experimento en el Gran Colisionador de Hadrones y encontrar esta partícula: el bosón de Higgs, el partícula por la que la gente quiere recibir el premio Nobel (y, muy probablemente, lo recibirá).

Pregunta:¿Resulta que al pasar por el campo de Higgs, las partículas no pierden energía?

Es importante entender la diferencia entre el campo de Higgs y mi analogía del agua: el campo de Higgs interfiere acelerar y el agua dificulta el movimiento. Puede volar con seguridad a través del campo de Higgs a una velocidad constante y no interferirá; te impide acelerar. De hecho, hay ejemplos de la vida ordinaria en los que surge algún tipo de fuerza que impide la aceleración.

Diferentes partículas se adhieren a este campo de Higgs de diferentes maneras: algunas más fuertes, otras más débiles. Algunas partículas no se pegan en absoluto. Por ejemplo, las ondas electromagnéticas y la luz no se adhieren, por lo que se obtienen sin masa. Esas partículas que se adhieren con mucha fuerza se vuelven muy masivas.

Pregunta:Me gustaría aclarar: ¿es el campo de Higgs lo único que dota a las partículas de masividad e inercia, o hay otras razones para esto?

Ya he dicho que este es el segundo mecanismo, y también estaba el primero, según el cual los protones se volvieron masivos. El hecho de que los protones se vuelvan masivos no tiene nada que ver con el campo de Higgs. Uno puede imaginar un mundo en el que no habría ningún campo de Higgs. Entonces los electrones no tendrían masa, los quarks no tendrían masa y los protones serían tan masivos como pesan en nuestro mundo, porque este es un mecanismo completamente diferente.

El primer mecanismo está descrito por la condensación de una nube de gluones. Bastante complicado matemáticamente, pero la esencia es algo como esto. Se describe aquí como una especie de campo a través del cual uno tiene que vadear. También hay otros mecanismos, lo más probable es que los haya, pero no hablaré de ellos.

Pregunta:Resulta que hay dos mecanismos para la aparición de masa. ¿El campo de Higgs afecta la nube de gluones?

El campo de Higgs no actúa directamente sobre los gluones. Pero esto hay que decirlo con cuidado, porque no actúa sobre los gluones como las partículas, sino que actúa sobre el condensado. No es sencillo. Hay muchas sutilezas, pero, en pocas palabras, no actúa directamente sobre el campo de gluones. Y sin embargo, debido a enmiendas virtuales, está conectado con él.

Pregunta:Creo que puedes explicar la velocidad de la luz en términos del campo de Higgs. Dado que el campo de Higgs proporciona masa al cuerpo, ¿entonces resulta que su energía dividida por la velocidad de la luz es masa? Debe haber algún efecto del campo de Higgs sobre la luz, de lo contrario no tendría energía.

Estas cosas no están relacionadas. Existe tal término de la historia de la física: éter. "Éter portador de luz". Este es un tipo de medio postulado cuyas vibraciones son ondas electromagnéticas. Así se pensaba hace más de cien años. De hecho, ahora se cree que este éter es completamente opcional, la teoría moderna de los fenómenos electromagnéticos prescinde de él.

El campo de Higgs puede parecerse un poco al éter, porque también impregna todo el universo. De hecho, no tiene las propiedades necesarias para el éter. Por ejemplo, no afecta en absoluto a los fotones. Los fotones siguen y siguen, no les importa. Y esto se puede entender fácilmente, bueno, no entender, es solo un hecho experimental. El hecho de que veamos cuásares muy distantes, cuya luz nos ha estado llegando durante 10 mil millones de años, significa que no les ha pasado nada a los fotones durante este tiempo. De lo contrario, de alguna manera estarían distribuidos, manchados, y vemos una imagen clara de estos cuásares. Y durante todo este tiempo, la luz viaja a través del campo de Higgs. Bueno, si, por supuesto, esta teoría es correcta, y es correcta en un 99%.

Es decir, de hecho, estos son dos fenómenos diferentes, las ondas electromagnéticas y el campo de Higgs, que no están relacionados entre sí.

Dispositivo colisionador LHC

Ahora algunas fotos.

Un colisionador es un acelerador de partículas en colisión. Allí, las partículas se aceleran a lo largo de dos anillos y chocan entre sí. Esta es la instalación experimental más grande del mundo, porque la longitud de este anillo, el túnel, es de 27 km. Es decir, todavía necesita encajar en las montañas. Está ubicado en la frontera de Suiza y Francia, los Alpes comienzan allí, el Mont Blanc es visible desde este lugar y, por otro lado, hay otras montañas, por lo que aún debe encajar con cuidado en estas capas tectónicas para que todo esté bien. . En realidad, esta imagen no está a escala, porque el diámetro es de casi 9 km y la profundidad allí es de 100 m.

Hay un anillo a lo largo del cual vuelan las partículas. Están acelerados, acelerados, hay secciones especiales de aceleración. Se dispersan en energías terribles y luego se empujan. Los empujan en ciertos lugares, alrededor de los cuales hay sensores sensibles. Estos son sensores muy grandes, se llaman "detectores", los mostraré más adelante.

El LHC acelerará estos protones a energías espeluznantes. Imagínese: las partículas vuelan a través de un tubo de vacío, tiene literalmente unos pocos centímetros de diámetro y se extiende a lo largo de 27 km en diferentes direcciones, a lo largo del perímetro. Las partículas que vuelan allí -son corregidas por campos magnéticos y eléctricos- son coágulos separados, como agujas. Son muy delgados, menos de un cabello humano de grosor y tienen una longitud de varios centímetros o varias decenas de centímetros. Vuelan a una velocidad tan terrible que la energía es grande. Si tomamos toda la energía de estas partículas, será aproximadamente como la energía de un avión a reacción en movimiento. Parecería una especie de bagatela: si todas estas partículas y protones se recolectan y colocan, entonces no verá nada, porque hay muy pocos, habrá un nanogramo. Pero cuando se aceleran a tales energías, si golpean en algún lugar, no solo destruirán todo, sino que viajarán muchos kilómetros.

Así es como se ve el túnel por dentro. Hay alguna persona aquí dentro, un trabajador o un físico, no lo sé. El túnel no es muy espacioso, por supuesto. Aquí hay un tubo de vacío, que está equipado con un montón de equipos, porque, en primer lugar, el haz debe ser monitoreado, debe ser controlado. Entonces, todo esto sucede a temperaturas muy bajas: solo hay 2 grados Kelvin, porque necesitas que el helio esté en un estado superfluido. El resultado es una bandura tan gruesa en la que se mete todo. Y todo se extiende por 27 km. Esto no es solo una especie de pieza de hierro, es una técnica bastante precisa. Digamos, cuando estas secciones se comparan entre sí, están alineadas en altura con una precisión de micras. No es fácil tomar y unir un trozo de tubería a otro trozo. Esta instalación es muy larga, así que como pueden ver, la gente no se mueve a pie. Imagínese, para llegar al otro extremo de su instalación experimental, necesita hacer un paseo en bicicleta bastante grande. A veces conducen coches pequeños, sobre todo cuando traen algunas piezas.

Aquí hay un ejemplo de cómo se ve una sección. Es solo una de las secciones con su propia función específica. Aquí ni siquiera se puede saber de inmediato dónde está la tubería desde donde vuela el rayo. De hecho, aquí hay tales rayos amarillentos (por supuesto, todo es poco realista), vuelan a través de estas tuberías. Pero estas tuberías ya están provistas de imanes, secciones de aislamiento, etc. Entonces todo es complicado y es muy caro.

Esta es una vista típica del detector. Este es el detector ATLAS que funcionará en el LHC. ¿Crees que es grande o pequeño? Es grande porque la gente aquí está dibujada a escala. Imagínese, es del tamaño de un edificio de 4-5 pisos. Toda esta bandura se baja al eje, no completamente, pero en pedazos, se monta allí ... De hecho, ATLAS ya se ha montado prácticamente y realmente funciona. Es cierto que ahora está investigando no la colisión de rayos, sino los rayos cósmicos. Los rayos provienen del espacio exterior, también dejan un rastro en el detector, él solo los verifica; de hecho, todo funciona como debería. Lo más importante es que aquí no solo se enseñan piezas de hierro, sino que se trata de una técnica muy compleja. Está literalmente lleno de productos electrónicos, y la sustancia que se usa aquí es muy rara y compleja. Si te imaginas, es incomprensible para la mente cuánto cuesta todo esto. De hecho, ningún grupo, por supuesto, creó esto: varios miles de personas trabajaron en esto durante varios años.

Pregunta:¿Cuántos detectores ATLAS se instalarán en estos colisionadores?

ATLAS es un nombre propio, este es el nombre de este detector en particular. En cuanto a los detectores en general, aquí se muestra: habrá dos detectores grandes que están diseñados para todo en el mundo: ATLAS y CMS (son banduras tan grandes), más dos detectores más pequeños: ALICE y LHCb. Bueno, y algunos otros muy pequeños. Es decir, en realidad, habrá siete experimentos, pero hay dos tan grandes.

Te diré en un minuto cómo se hace todo. Vienes a algún grupo de investigación, al sur de Italia, por ejemplo. Hay personas que se dedican a la física, hay un grupo pequeño: dos personas más tres estudiantes que también trabajan realmente para ATLAS. ¿Cómo es su trabajo específico? Tienen un laboratorio, y allí crearon, ensamblaron, probaron, conectaron alguna pieza pequeña, por ejemplo, para este rincón. Lo estudian cuidadosamente: un año, tal vez dos. Debe comprender completamente cómo funciona este dispositivo, para que luego, cuando todo esté conectado, todo esté en la mejor forma. Los estudiantes en esto defienden un trabajo final o un diploma, y ​​así sucesivamente.

Luego, cuando todas estas cosas han sido investigadas y completadas en literalmente docenas, tal vez incluso cientos de laboratorios en todo el mundo, todo esto se recopila en un solo lugar y luego se recopilan grandes partes. Aquí, por ejemplo, aquí en el centro hay un detector central muy importante, está ensamblado en un solo lugar. En otros lugares recogen piezas para estos, y así sucesivamente. Una vez que se ha recolectado todo esto, se llevan al CERN, donde se encuentra esta instalación, se bajan a las minas y se ensamblan en el lugar. Así que es un trabajo muy duro.

¿Ven este detector central que, como dije, es muy importante? Parece muy pequeño, pero en realidad es del tamaño de un humano. Aquí hay una foto. Aquí un hombre se sienta y ensambla las últimas partes de este detector central grande (en esta escala). Es un cilindro repleto de electrónica sofisticada. Aquí hay un ligero acercamiento, solo para mostrar cuántos cables van allí. Y para cada cable habrá una señal de que tal o cual partícula voló aquí, dejó tanta carga, etc. Cuando todo esto se analiza en conjunto, a partir de decenas, cientos de miles de cables, está todo junto y da una idea de lo que sucedió.

Y aquí hay un ejemplo de una sustancia que fue creada específicamente para experimentos de física de partículas elementales (no en este experimento del LHC, sino antes). Este es un aerogel que a veces se denomina "humo sólido". Esta es una sustancia muy ligera y bastante frágil, además, es más ligera que la espuma. Es solo varias veces más pesado que el aire, ingrávido, translúcido. Su peculiaridad es que su índice de refracción es uno que no existe en ninguna sustancia en la naturaleza - 1.05. Por alguna razón, esto no existe en la naturaleza. O como agua - 1.3, o como gases - 1.00002. Pero no había tal sustancia, y tuvo que ser creada. Porque con la ayuda de esta pieza es muy conveniente medir la velocidad de la partícula.

Y así es como se verá, por supuesto, modelando, la descomposición de la partícula que estamos atrapando (el bosón de Higgs). Dije que las colisiones ocurren muy a menudo, entran miles de millones, billones de datos. Si los clasifica con una computadora, a veces ocurren tales eventos. Cada una de estas imágenes se denomina evento. Bueno, ¿qué ves aquí? Esta es una vista final simulada del detector CMS. Aquí pueden ver que hay partículas que se dispersan así, hay partículas que volaron hasta aquí y liberaron mucha energía, y hay partículas que vuelan pequeñas. Así es como se verá el nacimiento y la descomposición del bosón de Higgs; la gente buscará tales eventos.

Los eventos no siempre serán tan simples, a veces serán complejos. Aquí se muestra otra colisión: no un protón contra un protón, sino una colisión de dos núcleos en el detector ALICE (esto también es una simulación). Imagínese: dos núcleos de plomo chocaron, ya tienen 400 partículas juntas, e incluso nació un grupo, y estas miles de partículas se dispersan en diferentes direcciones desde un punto. El detector no debe simplemente mirar y decir: "¡Oh, cuántas partículas!" Debe medir todas estas trayectorias, contar el número de partículas, sus energías, resumirlo todo y comprender cómo se separaron estas partículas. Es decir, en el primer momento, cuando recién chocaron, como todo empezó a moverse. Se requiere todo esto y, por lo tanto, crean una técnica tan compleja.

Tú y yo sabemos que hay dos mecanismos para la aparición de la masa, sobre los cuales sabemos con certeza que existen. Sin embargo, este no es el final de la historia, porque es posible que haya otras formas de generar masa. Lo que vemos como un cuerpo masivo en realidad puede obtener su masa a partir de mecanismos muy diferentes.

Este gran colisionador brindará no solo respuestas a preguntas que han atormentado a los físicos durante muchos años, porque los teóricos ya no saben qué inventar, porque se han acumulado demasiadas opciones, es necesario que la naturaleza las responda. También abrirá un nuevo camino a nuevas teorías. Los físicos entenderán adónde ir a continuación y qué desarrollar.

Preguntas después de la conferencia.

Pregunta: Eso se dijo sobre el bosón de Higgs. El campo de Higgs... ¿Están los... bosones de Higgs interrelacionados? ¿Es... qué es exactamente de interés para...?

Me olvidé de decir realmente. Entonces, mira. El bosón de Higgs es una fluctuación de este campo de Higgs, es un tipo de partícula completamente nuevo. Pero también se puede ilustrar: esta es la analogía con el agua. Recuerda, dije: espuma de poliestireno en la mesa y un poco de agua. Cuando soplas sobre esta agua, no solo ves que las partículas mismas flotaron en alguna parte, sino que a veces, especialmente si soplas fuerte sobre el agua, verás ondas en la superficie del agua que se dispersan. Entonces, las ondas son vibraciones del medio que retiene las partículas. ¿Lo entiendes? Y su presencia es una prueba importante de que realmente existe algún tipo de entorno. Entonces, el bosón de Higgs también es una oscilación del campo de Higgs. Para dar a luz, es necesario chocar con alta velocidad, con alta energía de la partícula. Y es por eso que necesita ser abierto. Si no está abierto, entonces, de hecho, significa que esta teoría está equivocada.

Pregunta:¿Cuál es la masa estimada para el bosón de Higgs?

Pero esto es lo más difícil. Porque, digo, diferentes modelos predicen cosas completamente diferentes. Algunos no predicen nada en absoluto. Algunos predicen. Hay restricciones experimentales, bueno, algunas, no muy importantes. El problema es que aún no está claro qué masa tiene.

Pregunta:Usted habló sobre el mecanismo de Higgs para la aparición de masa. Está claro por qué las partículas se vuelven inertes, pero no está claro por qué deben atraerse entre sí si tienen masa de esta manera. Bueno, quiero decir, gravitacionalmente. ¿De dónde viene la gravedad entonces?

Está vacío. Entonces, mira. Vamos a hacerlo. El mecanismo de Higgs no está directamente relacionado con la gravedad. La gravedad, si hablamos con mucha precisión, no se da entre masas, en el caso newtoniano se da entre masas, pero en la teoría de la relatividad, en la teoría general de la relatividad, se da entre objetos que tienen energía. ¿Lo entiendes? Entonces, si tienes una partícula sin masa, pero vuela a alguna parte, entonces también tiene energía. Y, en principio, también atrae. Es solo que cuando una partícula tiene masa, puede detenerse, y entonces solo quedará masa de su energía. Pero este es un caso especial. De hecho, la gravedad también existe entre partículas sin masa. El mecanismo de Higgs simplemente lo muestra de manera diferente, pero la gravedad está ahí.

Pregunta:Dijiste que el neutrón y el protón, especialmente el protón, están formados por tres quarks que generan el campo de gluones. ¿Y cómo calcularon la cantidad de quarks en un neutrón y un protón y, en general, cómo se puede verificar su existencia experimentalmente, cómo se puede probar?

Repito ahora, ya he dicho en principio que si no hubiera ninguna, si todo estuviera lleno de partículas sólidas, entonces cuando las partículas chocan, todo se desmoronaría de alguna manera más o menos isotrópicamente. En diferentes direcciones, pero más o menos lo mismo. Los experimentos muestran que cuando comienzas a colisionar partículas a altas energías, el resultado son chorros, chorros que tienen una dirección muy estrecha. Los cálculos muestran que solo pueden ocurrir cuando tienes pequeños objetos compactos que se separan y crean chorros. Su número también está relacionado con los datos experimentales: son cosas técnicas, es decir, también se pueden restaurar.

Pregunta:Dijiste que los protones difieren solo en la diferente disposición de los quarks...

No son protones, pero hay muchos protones compañeros, partículas que parecen protones. Y todos ellos en esta serie difieren entre sí no en cantidad, sino solo en la disposición de los quarks.

...y al mismo tiempo también dijiste que hay diferentes quarks. Es decir, ¿también depende de la diferencia entre quarks?

Sí, es decir, simplemente hay quarks, digamos, pesados, que son pesados ​​en sí mismos. Son inestables, pero viven un tiempo. Y a partir de ellos también puedes hacer un análogo del protón. Estas partículas son conocidas, están abiertas, aquí, estas son simplemente partículas más pesadas: otros quarks se sientan en ellas.

Pregunta:Me gustaría preguntar, más bien, no sobre la conferencia en sí, sino sobre la cuestión en su conjunto. ¿Qué otros mecanismos son posibles para la aparición de la masa?

Está vacío. Bueno, déjame decir un par más. Primero, está la teoría de la superunificación, que combina las tres fuerzas conocidas: la débil, la fuerte y la electromagnética. Todo esto sucede a distancias aún más pequeñas, donde los experimentos modernos no llegan hasta ahora. En las teorías modernas que intentan describir esto, también hay un análogo del campo de Higgs, solo que es más pesado. Entonces, probablemente, hay partículas que adquieren su masa no debido a este campo de Higgs, que es, por así decirlo, "nuestro", que será estudiado en el LHC, sino debido a uno más pesado. Bueno, probablemente sea el mismo mecanismo, pero existen tales partículas.

Una forma completamente diferente es a través de la teoría de supercuerdas. Hay una teoría tan de moda de las supercuerdas. Allí, las vibraciones de las cuerdas no son un campo de Higgs, ni una concentración de energía, es solo un nuevo mecanismo para generar masa.

En general, no sé cómo te imaginas la masa. Tal vez pienses que es algo especial. De hecho, si escribe una ecuación, entonces este es solo un tipo de término adicional que surge aquí. Este término parece una masa. Lo llamamos masa. Es decir, no hay nada particularmente sorprendente en el hecho de que la masa aparezca de alguna manera, no.

Pregunta:Dijiste que cuando los núcleos chocan, se dispersan en varios cientos de partículas. Se dispersarán en quarks, ¿y qué más?

Se dispersan de diferentes maneras, dependiendo de la energía. Pueden hacer mucho. Pero no se dispersarán en quarks. La situación es así. Ya he dicho que no puedes sacar un quark de un protón. Si intenta hacer esto, su campo de gluones comenzará a "hincharse", y en algún momento se romperá; es energéticamente beneficioso romperlo así. Cuando se rompe, entonces nace un par quark-antiquark en el punto de ruptura (si está un poco familiarizado con la terminología). Resulta que intentaron arrancar un quark de un protón, y no fue un quark lo que arrancaron, sino un pi-mesón (esta es una partícula que consiste en un quark y un antiquark). Cuando estas partículas realmente nacen en el proceso, se parece a esto: primero, los primeros quarks chocan, intentan separarse. Cuando se alejan volando una cierta distancia, esta nube se rompe, aparece un "quark + antiquark" aquí y un "quark + antiquark" aquí, luego se rompe en diferentes lugares. Y después de que todo esto se ha desgarrado y la energía ya se ha calmado (porque había demasiada energía al principio), entonces las partículas se separan: pi-mesones, K-mesones, varios hadrones, etc.

Pregunta:Como resultado, si tomamos la teoría del campo de Higgs, ¿diferentes partículas tienen diferentes masas?

Y esto también es incomprensible. Esta pregunta no se responde dentro de esta teoría. Desafortunadamente, hay preguntas que esta teoría no responde. Sin esta teoría, sabemos que hay diferentes partículas con diferentes masas. Esta teoría dice lo mismo, solo que en otras palabras: estas partículas se adhieren al campo de diferentes maneras. Pero por qué se aferran tanto es completamente desconocido. Los físicos esperan que esto comience a aclararse después de que finalmente descubran este bosón de Higgs, porque hay muchas opciones, y comenzarán a descubrir, de hecho, qué es este campo de Higgs, qué mecanismo específico lo genera en todo el Universo. Pero esto sigue siendo una pregunta abierta.

Pregunta:¿El fenómeno del dualismo está relacionado con la nube de gluones?

No, no relacionado. El dualismo, en el sentido de dualidad onda-partícula, simplemente surge en la mecánica cuántica, sin partículas adicionales, sin gluones.

Pregunta:La teoría de cuerdas trata de explicar no solo cómo, sino también por qué. Pero, ¿explica la teoría del campo de Higgs por qué existe tal variedad de partículas?

No, no, por supuesto que no. Esta versión de la teoría de Higgs (su nombre oficial es "teoría electrodébil con ruptura espontánea de fuerzas electrodébiles") no explica esto. De hecho, esta no es una alternativa a esta teoría de cuerdas en absoluto. Son teorías que funcionan “en pisos distintos”, digamos. La teoría de supercuerdas tampoco dice nada hasta ahora sobre este mecanismo de Higgs.

Pregunta:¿Pueden superponerse estas teorías?

No se cruzan, pueden seguirse uno del otro. La teoría de supercuerdas se formula a energías muy altas. Luego de compactado todo se obtienen bajas energías. Lo que sucederá a bajas energías, la teoría de las supercuerdas aún no puede responder. Ahora bien, si puede sacar a relucir el campo de Higgs, será un gran éxito, pero hasta ahora no puede hacerlo.

Pregunta:Dijiste que algo de la teoría de Higgs ya ha sido confirmado. ¿Qué exactamente?

Confirmó lo siguiente. Hay partículas que llevan interacciones débiles: los bosones W y Z. Tienen masa, y esta masa también es generada por el mecanismo de Higgs. Pero a diferencia de la materia ordinaria, electrones y quarks, no hay incertidumbre allí, todo está claramente definido en teoría. Es decir, la teoría puede simplemente calcular claramente, por ejemplo, la relación de las masas de estas partículas entre sí. Este valor fue calculado y predicho en los años 70. Después de eso, comenzaron a buscar experimentalmente estos bosones W y Z. Fueron descubiertos y sus masas coinciden con una precisión del 1-2% con la predicción de esta teoría. Es difícil imaginar otros modelos que den tan buena concordancia. Pero, en mi opinión, lo son, es decir, en principio, todavía hay alternativas. Esta vez. En segundo lugar, las partículas que aún no se han descubierto se pueden sentir aunque no se puedan ver. En la mecánica cuántica, existen tales correcciones virtuales: fluctuaciones de partículas pesadas, cuando las partículas pesadas no nacen, sino que aparecen en el vacío por un tiempo y luego desaparecen nuevamente (pero estas son solo palabras, de hecho, no necesita imaginar esta imagen visualmente). Este mecanismo afecta las propiedades de las partículas y sus reacciones de dispersión, bueno, las partículas ordinarias, por ejemplo, los protones. Estas correcciones, los factores correctivos, se calcularon en el marco de la teoría de Higgs y parecen estar de acuerdo con el experimento. Es decir, el bosón de Higgs aún no se ha descubierto, pero, por así decirlo, ya se siente indirectamente.

Pregunta:He oído hablar de una teoría, tal vez la teoría de las supercuerdas, que dice que nuestro universo es una onda pulsante y que, cuando se amplía mucho, los átomos también están hechos de estas ondas. ¿Es posible anidar el Universo en tu versión?

No puedo decir que sea imposible, pero no conozco una teoría que realmente funcione.

Pregunta:¿Hay accidentes en el colisionador? Probablemente, hay enormes radiaciones?

Los hay, si. Raramente, pero los hay. Por lo general, tratan de evitarlos. Un trabajador murió durante la construcción del LHC, murió debido a una violación de seguridad. En alguna mina se levantó una carga que no estaba fijada. El trabajador estaba abajo y acaba de clavarlo. También dicen (no sé cuánto se puede creer esto) que un rayo golpeó a una persona en la cabeza. Hizo un agujero, pero aún vivió después de eso.

Hay, por supuesto, enormes energías, y realmente no dejan nada en el lugar al que van. Es decir, pueden atravesar este canal fácilmente. Pero esto no significa que vayan a hacer trizas todo, como se muestra en las películas. En principio, esto es posible, pero qué tan realista es, no lo sé.

Pero solo hubo lesiones menores, por ejemplo, cuando la gente olvidó apagar el campo magnético. Cuando pasa, y en su bolsillo, por ejemplo, una llave inglesa, con tanta presión, simplemente sale volando de su bolsillo y puede lastimarlo.

Pregunta:¿Qué impide que la partícula "quark + antiquark" simplemente se aniquile?

Nada impide, realmente aniquilan. De hecho, depende de qué partícula tomar. Aquí está el mesón pi-nulo: consiste en un quark y el mismo antiquark. Pueden aniquilarse y, como resultado, se descomponen en fotones. El mesón pi en realidad se descompone en fotones.

¿Cómo saben que existió?

Hay partículas que viven lo suficiente, por ejemplo, microsegundos. Por microsegundos a la velocidad de la luz, pueden volar mucho. Dejan rastros en el equipo de detección: solo se puede ver que la partícula se movía y luego se divide en dos partes. Todo parece real. Y el mesón pi-cero vive muy poco y, por lo tanto, no tiene tiempo para volar a ninguna parte. Las partículas de este tipo se restauran según la masa invariable, es decir, la energía total de los productos de descomposición. Si tienes una partícula, por ejemplo, un mesón pi-nulo, que puede desintegrarse en dos fotones, entonces observas sus reacciones en algún tipo de colisión. No en uno, sino en muchos: solo miles de colisiones similares. Y traza la distribución sobre la energía total de estos dos fotones. Por lo general, la imagen resulta así: a diferentes energías obtienes pocos fotones, ya cierta energía obtienes muchos. Resulta tal pico. Si creemos en la electrodinámica cuántica, la teoría cuántica, entonces esto sucede solo porque se formó una partícula, que se descompuso. Así se recuperan.

Pregunta:Se planteó la idea de que los quarks silenciosos y los quarks móviles son cosas diferentes. Por favor explique cuán diferentes son. ¿Son realmente cosas diferentes? ¿Son estas diferencias triviales, como un objeto en reposo y un objeto en movimiento que se contrae, o no?

No, estas son diferencias más complejas.

¿Permanece en este caso la invariancia de la teoría relativista? Después de todo, todo debe ser consistente con la teoría de la relatividad.

Todo está de acuerdo allí. Ahora no me aventuraré a explicarlo a este nivel. Esta es una conexión más compleja. Si quieres, puedes hablar de esto por separado.

Pregunta: Tengo algunas preguntas aclaratorias.
1. ¿El LHC es un colisionador pp o anti-pp?

Sí, esto es pp, es decir, el colisionador protón-protón. Esto se debe a que es muy difícil obtener antiprotones en tales cantidades. No existen en la naturaleza, deben obtenerse. Hay muchas partículas con una alta concentración en el colisionador, deben obtenerse muy rápidamente.

2. Usted habló sobre la superconductividad y que este efecto existe en grandes volúmenes. ¿Es cierto que no habrá superconductividad en nanopartículas en vacío en las mismas condiciones?

Esto es incomprensible. De hecho, dije que no hay límite por debajo del cual no existe en absoluto, y por encima de él está completamente allí. Simplemente hay un fenómeno que se enciende gradualmente a medida que aumentan las partículas.

3. Estamos tratando de arrancar un trozo de la nube de gluones en el protón. Dijiste que cuando se arranca un pedazo, la nube crece. ¿Cómo sabe el protón cuánto necesita aumentar?

No hay necesidad de imaginar gluones como si estuvieran sentados en su lugar y eso es todo. De hecho, cada gluón no es algo tan pequeño, sino que se asienta inmediatamente en todo el protón. Simplemente interfieren entre sí, de alguna manera de una manera engañosa. Si arrancas un trozo de la nube de gluones, todas las partículas "sentirán" que algo ha pasado y comenzarán a multiplicarse hasta llenarlo todo.

¿Hasta cuándo harán esto?

Hasta llenarlo todo. Aquí puedo dar una analogía más simple, con la distribución de velocidad de Maxwell. Si tomamos un gas en estado de calma a temperatura ambiente y medimos las velocidades, esta será la distribución de Maxwell. Y ahora eliminemos las partículas de alta energía (en principio, esto se puede hacer, no para eliminarlas, sino para ralentizarlas drásticamente). El resultado es un perfil tan distorsionado. ¿Qué harán el resto de las partículas? ¿Se moverán de la misma manera? No: si espera un rato, entonces todo se equilibrará y nuevamente se convertirá en la distribución de Maxwell, bueno, tal vez un poco cambiada. Al interactuar, los estados incorrectos e inestables se convierten gradualmente en estados estables. Aquí sucede lo mismo con la nube de gluones.

4. Si los gluones deciden multiplicarse y llenar el volumen, ¿aumenta su energía total?

No, cuando un gluón emite otro, la energía se reparte entre ellos.

Es decir, ¿el número aumenta conservando energía?

Partículas cuánticas - lo son: su número no es fijo, pero la energía es sí .

Pregunta:Cuando arrancamos un trozo de la nube de gluones, también quitamos algo de masa. Después de eso, la nube se restaura. Puedo arrancarlo muchas veces. ¿Alguna vez se detendrá?

Si realmente arrancas una pieza, entonces afectas a este protón. No puedes simplemente levantar y desenganchar una pieza. Por sí mismo, el protón no se desintegra en un subprotón y otra parte del campo de gluones, porque se atraen. Si quieres sacar un trozo de la nube de goyuon, entonces debes sacarlo de alguna manera. Y en ese momento pones energía adicional en este protón. Esta energía se gasta por completo en la construcción de una nueva nube goyuon. Es decir, solo necesita imaginar cuidadosamente cómo sucede realmente.

Pregunta: Procesos inversos detectados experimentalmente: ¿desde campos de gluones hasta quarks?

Sí, los campos de gluones pueden colisionar y pueden nacer pares de "quark + antiquark".

Pregunta:¿Puede el campo de Higgs ayudar a explicar la naturaleza de la energía oscura?

¿Energía? Bueno, la materia, por supuesto, puede ayudar, pero ¿qué pasa con la energía? Esto es algo difícil. Una vez más, no puedo decir que no puede. Pero la energía oscura es aún más oscura que la materia oscura. La energía oscura debe tener en cuenta el campo de Higgs. Si alguien se propone describir la energía oscura en algún modelo, también debe tener en cuenta la densidad de energía del campo de Higgs. Hasta ahora, no puedo decir nada más específico.

Pregunta:¿Cómo diferían en teoría las diferentes partículas, que no tenían masa antes del campo de Higgs?

No diferían en absoluto. El hecho es que entonces - "entonces" esto significa justo antes de la violación de esta simetría - había una simetría completa entre estas partículas. Se veían iguales. Ahora se conocen tres leptones: el electrón, el muón y el leptón tau. Se diferencian en masa. Y luego todos estaban sin masa y se veían exactamente iguales. Y luego se rompió la simetría, aparecieron las masas, y así sucesivamente.

Pregunta:Si podemos arrancar pedazos de la nube de gluones, ¿podemos tener la misma energía pero sin quarks adentro?

Sí, es teóricamente posible. Pero experimentalmente, esto aún no se ha descubierto, aunque llevan 40 años buscándolo. Se llama bola de pegamento.

Pregunta:¿Podría escribir una lista de buenos libros de física para principiantes?

Bueno, no me ocuparé de toda la física, pero de la física de partículas elementales y lo que está conectado con el LHC, puedo escribir una selección.

5. Microscopio óptico, sus principales características. Microscopía de contraste de fase, interferencia y ultravioleta.

6. Resolución del microscopio. Posibilidades de la microscopía óptica. El estudio de las células fijas.

7. Métodos de autorradiografía, cultivos celulares, centrifugación diferencial.

8. El método de microscopía electrónica, la variedad de sus posibilidades. Membrana plasmática, características estructurales y funciones.

9. Aparato de superficie de la célula.

11. Pared celular vegetal. Estructura y funciones: membranas celulares de plantas, animales y procariotas, comparación.

13. Organelos del citoplasma. Organelos de membrana, sus características generales y clasificación.

14. Eps granular y liso. La estructura y características del funcionamiento en células del mismo tipo.

15. Complejo de Golgi. Estructura y funciones.

16. Lisosomas, diversidad funcional, educación.

17. Aparato vascular de las células vegetales, componentes y características de organización.

18. Mitocondrias. La estructura y funciones de las mitocondrias de la célula.

19. Funciones de las mitocondrias celulares. ATP y su papel en la célula.

20. Cloroplastos, ultraestructura, funciones en relación con el proceso de fotosíntesis.

21. Variedad de plástidos, posibles formas de su interconversión.

23. Citoesqueleto. Estructura, funciones, características de organización en relación con el ciclo celular.

24. El papel del método de inmunocitoquímica en el estudio del citoesqueleto. Características de la organización del citoesqueleto en las células musculares.

25. Núcleo en células vegetales y animales, estructura, funciones, relación entre el núcleo y el citoplasma.

26. Organización espacial de los cromosomas en intrafase dentro del núcleo, eucromatina, heterocromatina.

27. Composición química de los cromosomas: ADN y proteínas.

28. Secuencias de ADN únicas y repetitivas.

29. Proteínas de cromosomas histonas, proteínas no histonas; su papel en la cromatina y los cromosomas.

30. Tipos de ARN, sus funciones y formación en relación con la actividad de la cromatina. El dogma central de la biología celular: adn-arn-proteína. El papel de los componentes en su implementación.

32. Cromosomas mitóticos. Organización morfológica y funciones. Cariotipo (en el ejemplo de una persona).

33. Reproducción de cromosomas de pro y eucariotas, relación con el ciclo celular.

34. Cromosomas de polietileno y de cepillo de lámpara. Estructura, funciones, diferencia de los cromosomas en metafase.

36. nucléolo

37. Estructura de la membrana nuclear, funciones, papel del núcleo en interacción con el citoplasma.

38. Ciclo celular, períodos y fases

39. La mitosis como principal tipo de división Mitosis abierta y cerrada.

39. Etapas de la mitosis.

40. Mitosis, características comunes y diferencias Características de la mitosis en plantas y animales:

41. Significado de meiosis, características de las fases, diferencia de la mitosis.

26. Organización espacial de los cromosomas en intrafase dentro del núcleo, eucromatina, heterocromatina.

Y el núcleo de interfase en su conjunto es la organización espacial de los cromosomas.

Como resultado del desarrollo de métodos para obtener preparaciones de cromosomas en metafase, fue posible analizar el número de cromosomas, describir su morfología y tamaños. Es cierto que las dimensiones físicas y la morfología del cromosoma en las preparaciones citológicas están muy fuertemente

dependió de la etapa de la mitosis y de las condiciones para la preparación de la preparación citológica correspondiente. Pasaron muchos años antes de que se demostrara que el tamaño y la morfología de los cromosomas en la etapa G2 del ciclo celular difieren poco de los cromosomas mitóticos reales.

El desarrollo de la biología celular y molecular ha hecho posible visualizar cromosomas individuales en el núcleo en interfase, su

microscopía tridimensional e incluso identificación de áreas individuales. Los estudios en esta dirección se han llevado a cabo tanto en células fijas como vivas. Resultó que los cromosomas de profase y prometafase largos, bien conocidos por los biólogos por las preparaciones citológicas, son simplemente el resultado del estiramiento cromosómico en el proceso de esparcirlos sobre el vidrio. En las últimas etapas de la mitosis, los cromosomas resisten el estiramiento con mayor eficacia y conservan su tamaño natural. En los experimentos con células vivas, se utilizan varios métodos de marcado fluorescente y microscopía 4D. Por lo tanto, para las observaciones in vivo de los cromosomas individuales, primero se introdujo una marca fluorescente en el ADN de todos los cromosomas cultivados en las células, y luego se reemplazó el medio nutritivo con

libres de fluorocromos, se permitió que las células experimentaran varios ciclos celulares. Como resultado, aparecieron células en cultivo.

Este término se refiere al complejo del ADN nuclear con proteínas (histonas, proteínas no histonas).

Hay hetero y eucromatina.

heterocromatina - cromatina condensada transcripcionalmente inactiva del núcleo intrafase. Se localiza principalmente en la periferia del núcleo y alrededor de los nucléolos. Un ejemplo típico de heterocromatina es el cuerpo de Barr.

Aunque se comprende menos que la eucromatina en retrospectiva histórica, los nuevos hallazgos sugieren que la heterocromatina desempeña un papel fundamental en la organización y el funcionamiento adecuado de los genomas, desde la levadura hasta los humanos. Su importancia potencial se destaca por el hecho de que el 96% del genoma de los mamíferos consiste en secuencias no codificantes y repetitivas. Nuevos descubrimientos sobre los mecanismos de formación de heterocromatina han revelado cosas inesperadas

eucromatina – parte transcripcionalmente activa y menos condensada de la cromatina, localizada en áreas más claras del núcleo entre heterocromatina, rica en genes Región del cromosoma que se tiñe mal o no se tiñe en absoluto. Fase difusa de invierno. Transcrito activamente. La eucromatina se caracteriza por una menor compactación del ADN en comparación con la heterocromatina y, como ya se mencionó, localiza principalmente genes expresados ​​activamente.

La eucromatina, o cromatina "activa", consiste principalmente en secuencias de codificación que constituyen solo una pequeña fracción (menos del 4%) del genoma de los mamíferos.

Por lo tanto, el término colectivo "eucromatina" muy probablemente denota un estado complejo de la cromatina, que abarca una mezcla compleja y dinámica de mecanismos que interactúan estrechamente entre sí y con la fibrilla de cromatina y están diseñados para llevar a cabo la transcripción del ARN funcional. .

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Usando una combinación sutil de aceleradores de partículas, rayos X, láseres de alta intensidad, diamantes y átomos de hierro, los científicos han podido calcular la temperatura del núcleo interno de nuestro planeta.

Según nuevos cálculos, es de 6000 grados centígrados, mil grados más de lo que se pensaba anteriormente.

Así, el núcleo del planeta Tierra tiene una temperatura más alta que la superficie del Sol.

Los nuevos datos pueden suponer un replanteamiento de los hechos considerados indiscutibles en campos del conocimiento como la geofísica, la sismología, la geodinámica y otras disciplinas centradas en el estudio del planeta.

Vista desde la superficie en profundidad, la Tierra consta de una corteza, un manto superior sólido, luego un manto mayormente sólido, un núcleo externo de hierro y níquel fundidos, y un núcleo interno de hierro y níquel sólidos. El núcleo externo está en estado líquido debido a las altas temperaturas, pero la mayor presión en el núcleo interno evita que la roca se derrita.

La distancia de la superficie al centro de la Tierra es de 6371 km. El espesor de la corteza es de 35 km, el manto es de 2855 km; en el contexto de tales distancias, el pozo superprofundo de Kola con una profundidad de 12 km parece una mera bagatela. En esencia, no sabemos nada con certeza sobre lo que sucede debajo de la corteza. Todos nuestros datos se basan en las ondas sísmicas de los terremotos que rebotan en diferentes capas de la Tierra y en las lamentables migajas que caen a la superficie desde lo más profundo, como magma volcánico.

Naturalmente, los científicos con gran placer perforarían un pozo hasta el centro, pero con el nivel actual de desarrollo tecnológico, esta tarea no es posible. Ya a los doce kilómetros hubo que detener la perforación del pozo Kola, ya que la temperatura a tal profundidad es de 180 grados.

A los quince kilómetros, se pronostica que la temperatura será de 300 grados, y con ella las modernas plataformas de perforación no podrán trabajar. Y más aún ahora que no existen tecnologías que permitan perforar en el manto, en el rango de temperatura de 500-4000 grados. No debemos olvidarnos del lado práctico del asunto: no hay petróleo fuera de la corteza, por lo que puede que no haya nadie dispuesto a invertir en un intento de crear tales tecnologías.

Para calcular la temperatura en el núcleo interno, los investigadores franceses han hecho todo lo posible para recrear las temperaturas y presiones ultra altas del núcleo en el laboratorio. Simular la presión es la tarea más difícil: a esta profundidad, alcanza un valor de 330 gigapascales, que es tres millones de veces superior a la presión atmosférica.

Para solucionarlo se utilizó una celda con yunques de diamante. Consiste en dos diamantes cónicos que actúan sobre el material desde dos lados sobre un área con un diámetro de menos de un milímetro; así, se aplicó una presión de 200 gigapascales a la muestra de hierro. Luego, el hierro se calentó con un láser, se sometió a un análisis de difracción de rayos X para observar la transición de sólido a líquido en estas condiciones. Finalmente, los científicos ajustaron sus resultados para una presión de 330 gigapascales, lo que resultó en una temperatura de recubrimiento del núcleo interno de 5957 más o menos 500 grados. Dentro del propio núcleo, parece ser aún más alto.

¿Por qué es importante repensar la temperatura del núcleo del planeta?

El campo magnético de la Tierra es generado precisamente por el núcleo e influye en muchos eventos que ocurren en la superficie del planeta; por ejemplo, mantiene la atmósfera en su lugar. Saber que la temperatura central es mil grados más cálida de lo que se pensaba anteriormente aún no proporciona ninguna aplicación práctica, pero puede ser útil en el futuro. El nuevo valor de temperatura se utilizará en nuevos modelos sismológicos y geofísicos, que en el futuro bien pueden conducir a descubrimientos científicos serios. En general, una imagen más completa y precisa del mundo circundante es valiosa para los científicos en sí misma.

Konstantin Mokanov

Su masa es de 9.675.1022 kg. La densidad media del núcleo interior es de 12,85 g/cm³. La densidad en el centro del núcleo es de 13,01 g/cm³. El núcleo interno fue descubierto en 1936 por el geofísico danés I. Lehmann.

El momento del comienzo de la cristalización del núcleo interno se estima en hace 2 mil millones de años.

Los estudios sísmicos indican que la anisotropía de las velocidades de las ondas sísmicas se registra en el núcleo interno: la velocidad de propagación de las ondas longitudinales es un 3-4% mayor a lo largo del eje polar que en el plano ecuatorial.

También hay un punto de vista ¿quién?] que el núcleo interno no está en un estado cristalino, sino en un estado específico similar al amorfo, y sus propiedades elásticas se deben a la presión.

Fundación Wikimedia. 2010 .

Vea qué es el "núcleo interno" en otros diccionarios:

núcleo central- Con toda probabilidad, la parte sólida del núcleo terrestre, situada por debajo de los 5000 km... Diccionario de Geografía

La estructura general del planeta Tierra ... Wikipedia

Centro. región Tierra limitada por una superficie esférica, cuyo radio promedio es de 3470 km (profundidad promedio de 2900 km). Comparado con el inferior del manto, la sustancia de Ya.Z. tiene una mayor densidad, conductividad eléctrica y una velocidad reducida... ... Enciclopedia geológica

Modelo de la Tierra El núcleo de la Tierra es la parte central y más profunda del planeta Tierra, la geosfera, ubicada debajo del manto terrestre y, presumiblemente, compuesta por glándulas ... Wikipedia

NÚCLEO (núcleo celular), en biología, una parte obligatoria de la célula en muchos organismos unicelulares y todos los multicelulares. Tamaños desde 1 micra (en algunos protozoos) hasta 1 mm (en los huevos de algunos peces y anfibios). Todos los organismos de nuestra biosfera son como... ... diccionario enciclopédico

Fue descubierto en 1831 por el botánico inglés Robert Brown. Lo descubrió en las células de la piel de las orquídeas. Para familiarizarse con Ya, se toman partes jóvenes de la raíz o el tallo. En la 1ª fig. se muestran células de varias edades de la corteza de la raíz Fritillaira ... ... Diccionario Enciclopédico F.A. Brockhaus e I. A. Efrón

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Tierra ... Wikipedia

Tierra Fotografía del Apolo 17 de la Tierra Características orbitales de Afelio 152 097 701 km 1,0167103335 a.u. e... Wikipedia

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