Modelul standard. Materie neagră. Energie neagră.

Modelul standard este o colecție de teorii care descriu cele mai mici particule observabile și interacțiunile dintre energie și materie. În prezent acesta înglobează un total de >36 de particule considerate fundamentale, la care se adaugă încă 2 particule ipotetice și 4 tipuri de interacțiuni de bază.

„Modelul standard al particulelor fundamentale” de User:MissMJ - Standard Model of Elementary Particles,PBS NOVA [1], Fermilab, Office of Science, United States Department of Energy, Particle Data Group. Sub licență CC BY 3.0 via Wikimedia Commons - 

Particulele fundamentale sunt împărțite în două mari categorii după o proprietate numită spin, și anume fermioni fundamentali (a căror valoare a spinului e un număr fracționar) șibosoni fundamentali (a căror valoare a spinului e un număr întreg). Fermionii fundamentali sunt împărțiți în quarkuri și leptoni. Interacțiunile dintre fermioni sunt mediate prin schimbul unor particule de etalonare, bosonii intermediari, asociate celor 4 forțe fundamentale. Bosonii intermediari sunt: fotonul (corespondent forței electromagnetice), 3 bosoni vector slabi (corespondenți forței nucleare slabe), 8 gluoni (corespondenți forței nucleare tari) și ipoteticul graviton (corespondent forței gravitaționale) a cărui existență nu a fost confirmată încă. Un alt boson ipotetic foarte căutat este bosonul Higgs (sau higgsonul), care se presupune că ar da masă celorlalte particule.

Inițial (aproximativ între anii 1950 - 1975) s-a crezut că particulele din modelul standard stau la baza întregii materii din univers. Momentan, Modelul Standard este incomplet și nu explică caracteristici importante ale universului cum ar fi materia neagră (27% din univers) și energia neagră (68% din univers).

Oamenii de știință nu au observat direct materia neagră. Nu interacționează cu materia barionică și este complet invizibilă în urma interacțiunilor cu radiațiile electromagnetice, făcând-o imposibil de detectat. Dar oamenii de știință sunt siguri că există din cauza efectelor gravitaționale pe care le are asupra galaxiilor. Alte păreri susțin faptul că efectele materiei negre pot fi explicate prin modificarea fundamentală a teoriilor pe care le cunoaștem despre gravitație. Această teorie susține existența a mai multor forme a gravitației. Energia neagră este încă și mai misterioasă, iar descoperirea sa în anii 90 a fost un șoc pentru comunitatea științifică. Înainte, fizicienii asumau că forța de atracție a gravitației încetinește expansiunea universului. Două echipe de oameni de știință au încercat apoi să măsoare rata de decelerație, dar au ajuns la concluzia că universul de fapt se extinde accelerat.
Oamenii de știință nu au niciun fel de explicație plauzibilă pentru existența energiei negre. Potrivit unei teorii, energia neagră este al cincilea tip de forță fundamentală numită chintesență (în fizică, chintesența este o formă ipotetică de energie întunecată postulată ca o explicație a observațiilor unui univers în accelerare), care umple universul ca un fluid.

#Einstein100 - General Relativity

Leagănul lui Newton

În ciuda faptului că e folosit drept o jucărie pentru birou, leagănul lui Newton este un dispozitiv care ilustrează trei mari concepte ale fizicii, conservarea energiei, conservarea impulsului și forța de frecare.

Interesant este faptul că, în ciuda numelui, invenția nu îi aparține lui Newton, iar descoperiri asupra principiilor ce stau la baza acesteia au fost făcute înainte ca Newton să își publice lucrările .A fost Huygens care a făcut primele observații asupra conservării impulsului și energiei cinetice. Huygens nu a denumit energia cinetică așa cum o știm în zilele noastre, ci s-a referit la ea drept ”o cantitate proporțională cu masa și viteza la pătrat”.

Conservarea impulsului a fost pentru prima dată sugerată de filosoful Rene Decartes, dar el nu a fost în stare să rezolve toate misterele ce stau în spatele formulei pe care el a formulat-o, p=mv. Dacă acestă formulă se putea aplica în majoritatea situațiilor, nu era și cazul situației de coliziune dintre obiecte. A fost Huygens care mai târziu a înlocuit viteza scalară cu vectorul viteză, ceea ce a soluționat problema, impulsul a două obiecte de aceeași mărime care se mișcă în direcții opuse, cu aceeași viteză fiind zero.

Dispozitivul poartă numele lui Newton din două motive. În primul rând, legea conservării impulsului poate fi dedusă din Principiul al doilea al mecanicii (F=ma), publicată la 25 de ani după ce legea conservării impulsului a fost demonstrată de Huygens. În al doilea rând, impactul pe care Newton l-a avut asupra fizicii în general.

 Construcție

Bilele sunt legate de două bare metalice, cu un fir, ele fiind poziționate la vârful triunghiului care se formează în urma legării firului. Asta asigură faptul că bilele se pot mișca într-un singur plan, paralel cu barele. Bilele trebuie să aibă aceeași masă, aceeași greutate, aceeași mărime și aceeași densitate (asta are loc când vorbim despre bile ideale, în realitate este vorba de bile care au aproximativ aceste caracteristici). Leagănul dorește să arate conservarea energiei și a impulsului, ambele implicând masa. Impactul unei bile cu o bilă cu aceeași masă o va face să se deplaseze pe aceeași distanță, cu aceeași viteză.

 Un alt aspect important este legat de materialul din care sunt confecționate bilele. Va funcționa un timp mai îndelungat dacă se folosesc bile făcute dintr-un material mai elastic. Bilele nu se deformează vizibil la impact, o bilă făcută din oțel inoxidabil de exemplu suferă o deformare de câțiva micrometri când este lovită de o altă bilă, dar acest lucru nu afectează funcționarea leagănului deoarece nu se pierde energie.

Nu putem discuta despre un Leagăn al lui Newton ideal din cauza frecărilor. Energia cinetică de după coliziune este mai mică decât energia cinetică dinainte. Dar datorită conservării energiei, energia totală rămâne aceeași. Bilele sunt comprimate și revin la forma inițială, frecările dintre molecule înăuntrul bilei convertesc energia cinetică în căldură. Un alt aspect este acela că bilele vibrează, ceea ce face ca energia să se disipeze în aer (ceea ce creează sunetul specific).

TENSIUNEA SUPERFICIALĂ. PRESIUNEA ATMOSFERICĂ

Demonstrație experimentală