Nu doar ca suntem constituiti din particule fundamentale. De asemenea, producem particule fundamentale în mod constant si suntem bombardati de particule fundamentale continuu. Acum circa 14 miliarde de ani, atunci când Universul si-a început expansiunea, materia si antimateria ar fi trebuit sa se anihileze reciproc. Totusi, o cantitate mica de materie a supravietuit.
Asa am ajuns sa avem un univers plin cu particule. Nu orice particule – particule ale caror mase si sarcini au valori precise, care permit viata. Iata câteva informatii interesante din fizica particulelor.
Particulele din care suntem creati
Circa 99% din corpul nostru este creat din atomi de hidrogen, carbon, nitrogen si oxigen. Mai sunt, de asemenea, si alte elemente, în mici cantitati, esentiale pentru viata.
Daca cele mai multe dintre particulele corpului se regenereaza la fiecare 7-15 ani, multe dintre particule ce formeaza aceste celule exista de milioane de ani. Atomii de hidrogen din tine au fost creati pe timpul Big Bangului, cei de carbon, nitrogen si oxigen au fost creati în stele. Elementele grele din corpul tau au fost create în stele aflate în faza de explozie.
Marimea unui atom este data de pozitia medie a electronilor. Nucleele sunt de circa 100.000 de ori mai mici decât atomii din care fac parte. Daca nucleul ar fi de marimea unei alune, atomul ar fi de marimea unui stadion de baseball. Daca am elimina tot spatiul gol din atomii ce ne constituie organismul, am fi de marimea unui fir de praf, iar întreaga rasa umana ar încapea într-un recipient de marimea unui cub de zahar.
Aceste particule sunt responsabile doar de o mica parte a masei tale. Protonii si neutronii din nucleul unui atom sunt formati din quarcuri. Masa quarcurilor, care este rezultanta interactiunii cu câmpul Higgs, reprezinta doar câteva procente din masa protonului ori a neutronului. Gluonii, particulele care sunt responsabile de forta nucleara tare ce tine quarcurile împreuna, sunt fara masa.
Dar daca masa ta nu provine din masa acestor particule, atunci de unde provine? Din energie. Fizicienii cred ca aproape toata masa corpului tau are la origine energia cinetica a quarcurilor si energia de legatura a gluonilor.
Particulele pe care le crestem
Corpul tau este o mica mina de particule radioactive. Primesti anual o mica doza, circa 40 miliremi (Remul este o unitate de masura a dozelor de radiatie raportate la efectul lor biologic), generata de radioactivitatea naturala din organismul tau. Este aceeasi cantitate de radiatie la care te expui pe timpul a 4 radiografii. Nivelul dozei de radiatie creste cu 1 ori 2 miliremi într-o perioada de 8 ore pe care le petreci dormind lânga partenerul de viata.
Emiti radiatie pentru ca multe din alimentele pe care le folosesti ca si hrana, bauturile sau chiar aerul contin elemente ca potasiu-40 ori carbon-14. Acestea sunt încorporate în molecule si pâna la urma se dezintegreaza, producând radiatie.
Atunci când potasiu-40 se dezintegreaza, este eliberat un pozitron, partenerul din antimaterie al electronului, asa ca în corpul tau se gaseste si o cantitate mica de antimaterie. În medie, corpul uman produce mai mult de 4.000 de pozitroni pe zi, circa 180 pe ora. Dar acesti pozitroni se lovesc de electroni rapid, anihilându-se sub forma unei radiatii (raze gama).
Particulele pe care le întâlnim
Radioactivitatea interna este doar o mica parte din radiatia cu care se întâlneste corpul tau pe timpul unei zile. Mâncare pe care o ingeri, casa în care traiesti, rocile si solul pe care calci – toate te expun la un nivel redus de radioactivitate. Mâncând nuci de Brazilia ori o vizita la dentist – cresc nivelul dozei de ratie cu câtiva miliremi. Fumatul poate duce la o crestere de pâna la 16 mii miliremi.
Razele cosmice, radiatie de energie joasa din spatiul cosmic, lovesc în mod constant atmosfera terestra. Acestea intra în coliziune cu nuclee din atmosfera si produc mezoni, multi dintre acesti dezintegrându-se în particule ca: miuonii ori neutrinii. Aceste particule ajung la sol, adaugând 27 de miliremi la doza anuala de radiatie. Aceste particule cosmice pot uneori afecta genele, cauzând mutatii subtile, putând fi un factor contributor sub aspectul evolutiei.
Pe lânga faptul ca ne bombardeaza cu fotonii care ne impun modul în care vedem lumea din jurul nostru, Soarele reprezinta o sursa continua de neutrini. Acestia ne lovesc continuu corpul, circa 100 de trilioane per secunda. Dar sunt si alte surse de neutrini, cum ar fi reactii nucleare de pe alte stele ori de pe propria noastra planeta.
Neutrinii exista din primele secunde ale Universului. Aceste particule interactioneaza foarte slab cu material; de aceea, nu lasa niciun semn ca urmare a vizitei prin corpul nostru.
De asemenea, corpul tau este vizitat de rafale continue de particule de materie întunecata. Materia întunecata nu emite, nu reflecta si nu absoarbe lumina, fiind foarte dificil de detectat. Fizicienii cred camateriaîntunecata este responsabila de circa 80% din materia din Univers.
Calculând densitatea materiei întunecate din Univers, fizicienii sunt de opinie ca sute de mii de astfel de particule trec prin corpul tau în fiecare secunda, intrând în coliziune cu atomii tai odata pe minut. Dar materia întunecata nu interactioneaza decât foarte slab cu materia din care esti constituit, asa ca e improbabil ca aceasta interactiune sa aiba efecte notabile.
Data viitoare când te vei întreba cum se aplica fizica particulelor în viata ta, nu trebuie sa privesti mai departe de corpul tau…
