L'Enigmista, il burlone, Catwoman e il Pinguino lo fanno nel film del 1966 "Batman". Guarda altre foto di Batman. Collezione Silver Screen/Collaboratore/Getty Images Batman e i fisici delle particelle hanno molto in comune.
Sicuro, possono differire in materia di rampini e nero, braghette in vinile, ma il crociato incappucciato e il CERN (l'Organizzazione europea per la ricerca nucleare) cercano entrambi gli ultimi gadget high-tech e si contendono una galleria di ladri eccezionalmente bizzarra.
Mentre Batman litiga con clown anarchici ed ecoterroristi mutati, Gli scienziati del CERN cercano di identificare e catturare avversari importanti come il bosone di Higgs .
Ti ricordi l'Higgs. Questa particella teorica (al momento della stesura di questo documento) è centrale per il modello standard della fisica. Il modello standard propone che l'elettricità, magnetismo, la luce e alcuni tipi di radioattività sono tutte manifestazioni di qualcosa chiamato forza elettrodebole . E la forza elettrodebole unisce le forze elettromagnetiche e deboli, due delle quattro forze fondamentali della natura, insieme alla forza forte e alla gravità. Ancora con me? Bene.
Però, il modello funziona solo se le particelle intorno a noi avevano massa nulla nel periodo immediatamente successivo al big bang. Teoricamente, la particella di Higgs emette il campo di Higgs , un campo energetico cosmico che conferisce massa a tutto, quindi se il modello standard è valido, allora l'Higgs deve esistere. Dobbiamo solo prenderlo prima.
In altre parole, qualcuno ha rapinato la banca e, Oh guarda, deve essere il Joker perché - sempre il letteralista - ha lasciato un biglietto da visita con la sua faccia sopra. Nel frattempo, la cosiddetta "particella di Dio" vive una breve esistenza sulla scia di una collisione di particelle accelerata - e poi lascia dietro di sé una firma di decadimento subatomico.
Il Joker potrebbe essere il nemico più famoso di Batman, ma non è certo il più strano. Lo stesso si può dire del bosone di Higgs, quindi conosciamo gli altri supercriminali subatomici.
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Qualcosa di un E. Nigma, quell'Enigmista. Collezione Silver Screen/Collaboratore/Getty Images Risolvimi questo, Batman:Come funziona la gravità?
Aspetto, non è un argomento che a Batman piace tanto discutere. Secondo i fisici dell'Università di Leicester, la gravità avrebbe la curiosa abitudine di trascinare Batman verso la morte ogni volta che il vigilante in costume cercava di usare quel mantello fisicamente poco pratico. Quindi tende a lasciare da solo l'intero enigma della gravità e insegue invece Edward Nigma.
Per i fisici, però, la domanda ha molto più - sì - peso. Sicuro, abbiamo una discreta comprensione pratica degli effetti della gravità. Sappiamo come i suoi fattori di potere nella meccanica celeste e nella formazione dei corpi cosmici. Eppure non abbiamo ancora una risposta certa all'enigma della gravità.
Una possibile risposta ci porta dritti a un'altra particella sconcertante nella galleria dei ladri subatomici:il gravitone . Se esiste davvero, questa ipotetica particella trasmette la forza di gravità, facendo sì che gli oggetti si attraggano l'un l'altro. O si, e la sua esistenza ci consentirebbe anche di unire la relatività generale con la meccanica quantistica. Gravità, vedi, spesso agisce come una chiave inglese in varie teorie onnicomprensive.
Quindi sì, il gravitone è un grosso problema, a meno che non esista.
Julie Newmar, la quintessenza della Catwoman Silver Screen Collection/Hulton Archive/Getty Images Veloce. Sexy. Difficile da catturare.
Batman ha la sua Catwoman, e i fisici delle particelle devono fare i conti con l'elusiva - e possibile erronea - esistenza di tachioni . Uno è un ladro sexy vestito di pelle, e l'altro è una particella subatomica che viaggia più veloce della velocità della luce.
So cosa ti stai chiedendo:come può un tachione viaggiare più veloce della velocità della luce se la velocità della luce è davvero il "limite di velocità universale"? È come dire "nessuna papera può indossare i pantaloni, " e poi la telecamera si sposta su un germano reale che indossa fottuti pantaloni di velluto a coste. Abbiamo leggi universali per un motivo, le persone.
C'è anche di peggio:se i principi della relatività ristretta sono veri, i tachioni non stanno solo infrangendo il limite di velocità universale, stanno anche violando la causalità stessa. Almeno in questo universo, la causa viene sempre prima dell'effetto. Senza quella legge in vigore, il tessuto dell'universo si dipana.
Se esistono i tachioni, è probabilmente dovuto a questa scappatoia:mentre la relatività impedisce alla materia di accelerare alla velocità della luce (poiché ciò richiederebbe energia infinita), non si applica alle particelle che viaggiano sempre più veloci della luce. Per i tachioni, la velocità minima è la velocità della luce, e sarebbe necessaria un'energia infinita solo per rallentarli a velocità subluminali.
Tachioni:sono demoni della velocità totale, e potrebbero semplicemente esistere.
Due Facce e l'Enigmista, festa per tre Getty Images Può qualcosa essere il suo opposto?
Sì, Batman ne sa una o due cose.
Ricordi la storia:l'eroico avvocato Harvey Dent subisce orribili ustioni sul 50 percento del suo corpo, e la sua mente si spezza. Un diavolo, la persona criminale emerge in superficie, e diventa Due Facce, il maniaco ossessionato dalle monete con un gusto ridicolo vestito per metà e per metà.
I fisici delle particelle hanno anche un paradossale bifronte nella loro galleria dei ladri:il Fermione di Majorana , una particella che agisce come la propria antiparticella.
Rinfreschiamoci. Secondo il modello standard, le particelle e le quasi particelle si dividono in due categorie:fermioni e bosoni. Il campo dei fermioni include quark e leptoni come gli elettroni, tra gli altri. Noi li chiamiamo fermioni di Dirac . Qui troverai elettroni carichi negativamente in quadratura con controparti antiparticella chiamate positroni , che racchiudono una carica positiva. Quando queste particelle entrano in contatto tra loro, si annientano a vicenda.
Questo è esattamente il tipo di dualità che Due Facce apprezzerebbe. La moneta ha due facce, ed è o l'uno o l'altro, testa o croce. Fagli scivolare una moneta a due teste o qualcosa del genere e lo spinge contro il muro.
Il campo bosonico include i fotoni che compongono la luce; queste particelle brillanti sono le loro stesse antiparticelle, producendo una carica completamente neutra. Veramente, ti aspetti questo genere di cose da un bosone.
Ma è possibile una cosa del genere nel campo dei fermioni? Già negli anni '30, i fisici avevano predetto che era, ma nessuno ha mai effettivamente individuato un cosiddetto Fermione di Majorana . Nel 2012, un team di fisici delle particelle olandesi ha rilevato indirettamente queste minuscole due facce in un esperimento di laboratorio, ma questo manca di una conferma ufficiale che esistono.
Una volta raccolte le prove sperimentali, però, possono accadere cose eccitanti. I fermioni di Majorana vanterebbero una capacità unica di "ricordare" posizioni passate in riferimento l'una all'altra, rendendoli molto utili nel regno dell'informatica quantistica. Una teoria sostiene addirittura che tutta la materia oscura nell'universo sia in realtà costituita da fermioni di Majorana.
Computer della materia oscura. Pensaci un attimo.
Che bella coppia! Michael Li/Creative Commons Batman tende ad avere un tempo piuttosto tumultuoso con le donne. Se non sta schivando i baci letali di Poison Ivy, poi è una specie di dramma con Catwoman. Aspetto, o la sposi o la butti già in prigione.
E poi c'è Harley Quinn, la clown omicida con un amore eterno (e malsano) per l'arcinemico di Batman, il Joker. Sicuro, molti supercriminali hanno i loro tirapiedi e scagnozzi, ma lei si distingue come una vera spalla.
Nel mondo subatomico, i fisici continuano a tenere d'occhio un'ipotetica particella nota come an axion . L'assione è particolarmente degno di nota perché la sua esistenza colmerebbe una grande lacuna nel modello standard della fisica delle particelle. È anche possibile materia oscura componente.
Ma torniamo ai paragoni con Batman. Se le assioni sono Harley Quinn, allora chi è il Joker? Perché nientemeno che buchi neri. Giusto, gli scienziati teorizzano che mentre i buchi neri aspirano di tutto, dai fotoni alle stelle, le assioni sono immuni al loro potere distruttivo. Invece di cadere nella singolarità schiacciante, gli assioni orbiterebbero attorno alla stella collassata in un'enorme nube di bosoni.
Ancora più pazzo, questa nuvola alla fine diventa piuttosto massiccia, nonostante la massa estremamente bassa dei suoi assioni. Se la nuvola dovesse finalmente collassare nel buco nero, il risultato bosenova scuoterebbe il tessuto stesso dello spazio-tempo [fonte:O'Neill]. Parla di una relazione squilibrata.
Clayface:attore, il mutaforma e criminale Tim Deering/Creative Commons Anche con tutti i costumi pazzi, è difficile tenere traccia dell'attività dei supercriminali a Gotham City, specialmente quando hai un mutaforma come Clayface che corre in giro. Può assumere la forma di chiunque:un cassiere di banca, Bruce Wayne, tu lo chiami. Adatta il suo aspetto fisico al suo ambiente, rendendolo un avversario piuttosto scaltro.
I fisici delle particelle hanno il loro Clayface sotto forma di particelle di camaleonte . Finora, possiamo solo speculare su questi peculiari bosoni che potrebbero o meno alimentare l'espansione dell'universo. Gli scienziati hanno predetto per la prima volta la loro esistenza nel 2003 come possibile spiegazione per tutta quella misteriosa energia oscura che costituisce il 70 percento del nostro universo [fonte:Johnston]. Come criminali mutaforma, le particelle del camaleonte adattano le loro proprietà al loro ambiente locale. Per esempio, se una particella camaleontica si blocca qui sulla Terra, dove la densità della materia è alta, mostrerebbe una massa elevata, pure, ma le sue interazioni con la materia sarebbero molto deboli ea corto raggio.
Ma questo è qui sulla Terra. Fuori nel vuoto dello spazio, le particelle camaleontiche mostrerebbero una massa ridotta e reagirebbero fortemente con la materia a grandi distanze. In teoria, queste particelle speculative potrebbero spingere l'universo a parte in quello che chiamiamo inflazione cosmica .
Non sorprendentemente, le particelle camaleontiche sarebbero piuttosto difficili da rilevare qui sulla Terra. Dovremmo andare in profondità, spazio vuoto per registrare la loro presenza.
Ancora, i fisici hanno un certo numero di schemi di rilevamento ad alta tecnologia nelle maniche, e la ricerca dell'inafferrabile camaleonte continua.
E così il Cavaliere Oscuro torna ancora una volta nella sua Grotta dei pipistrelli sotterranea e anche i fisici svaniscono, per gestire i loro collisori di particelle sotterranei.
Come ho spiegato nell'episodio Stuff to Blow Your Mind "C'era una volta un bosone di nome Higgs, " Tendo a pensare alla fisica delle particelle come a una torta di orinatoio ricoperta di cioccolato. Non è un commento sull'importanza del campo o sulla bellezza delle persone coinvolte, ma piuttosto la mia opinione sulla sua accessibilità come argomento del pubblico generale. Mordi un po' la torta, e tutto è cioccolatoso e delizioso. Mordi un po' troppo in profondità, però, e le cose diventano meno gustose.
Quindi ho cercato di mantenere questo articolo il più cioccolatoso possibile discutendo alcune delle proprietà sorprendenti delle nostre particelle subatomiche più strane, sia reali che speculative. È la copertina sfarzosa di un libro molto più profondo, perché la scienza sottostante qui è enorme. Dopotutto, il campo della fisica delle particelle mira a svelare il tessuto dell'esistenza, a scomporre la materia nella sua forma più elementare ed espandere la nostra comprensione di cosa sia questo universo.
