Hyvin nerokkaiden laskelmien avulla fyysikko selvitti alkupartikkeleiden määrän näkyvässä maailmankaikkeudessa.
Fanaattiset matemaatikot, jotka rakastavat laskea kaikkea maailmaa, ovat jo kauan halunneet tietää vastauksen perustavanlaatuiseen kysymykseen: kuinka monta hiukkasta on universumissa? Ottaen huomioon, että noin 5 biljoonaa vetyatomia mahtuu vain yhteen tapin päähän, ja jokainen niistä koostuu 4 alkeishiukkasesta (1 elektroni ja 3 kvarkkia protonissa), on turvallista olettaa, että havaittavissa olevassa universumissa olevien hiukkasten lukumäärä on yli ihmisen edustus.
Oli miten on, fysiikan professori Tony Padilla Nottinghamin yliopistosta on kehittänyt tavan arvioida maailmankaikkeuden hiukkasten kokonaismäärä ottamatta huomioon fotoneja tai neutriinoja, koska niillä ei ole (tai pikemminkin käytännöllisesti katsoen ei) massaa:
Laskelmissaan tutkija käytti Planckin teleskoopilla saatuja tietoja, joita käytettiin mittaamaan CMB: tä, joka on maailmankaikkeuden vanhin näkyvä valonsäteily ja muodostaa siten ulkonäön sen rajasta. Teleskoopin ansiosta tutkijat pystyivät arvioimaan näkyvän maailmankaikkeuden tiheyden ja säteen.
Toinen välttämätön muuttuja on barionien sisältämä aineosuus. Nämä hiukkaset koostuvat kolmesta kvarkista, ja nykyisin tunnetuimmat baryonit ovat protoneja ja neutroneja, ja siksi Padilla pitää niitä esimerkissään. Lopuksi laskennassa sinun on tiedettävä protonin ja neutronin massat (jotka ovat suurin piirtein samanlaisia), minkä jälkeen voit aloittaa laskennan.
Mitä fyysikko tekee? Se ottaa näkyvän maailmankaikkeuden tiheyden, kertoo sen murto-osalla vain baryonien tiheydestä ja kertoo tuloksen sitten maailmankaikkeuden tilavuudella. Hän jakaa tuloksena olevan universumin kaikkien baryonien massan yhden baryonin massalla ja saa baryonien kokonaismäärän. Mutta me emme ole kiinnostuneita baryoneista, tavoitteemme on alkeishiukkaset.
Tiedetään, että jokainen baryoni koostuu kolmesta kvarkista - ja sitä me tarvitsemme. Lisäksi protonien kokonaismäärä (kuten me kaikki tiedämme koulukemian kurssilta) on yhtä suuri kuin elektronien kokonaismäärä, jotka ovat myös alkeishiukkasia. Lisäksi tähtitieteilijät ovat todenneet, että 75% maailmankaikkeuden aineesta edustaa vetyä ja loput 25% on heliumia, kun taas muut elementit voidaan jättää huomiotta tämän asteikon laskelmissa. Padilla laskee neutronien, protonien ja elektronien lukumäärän ja kertoo sitten kaksi ensimmäistä asemaa kolmella - ja lopulta saadaan lopputulos.
3,28x1080.
Mainosvideo:
Yli kolme vigintillionia.
328 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000.
Mielenkiintoisinta on, että universumin mittakaavan vuoksi nämä hiukkaset eivät edes täytä suurinta osaa sen kokonaistilavuudesta. Seurauksena on, että vain yksi (!) Alkupartikkeli on universumin kuutiometrissä.
Vasily Makarov