14 миллиардов лет назад наша Вселенная была горячей сверхплотной крупицей, которая невероятно быстро расширялась. Вся материя и антиматерия, что были в те времена, должны были уничтожиться и не оставить нам ничего, кроме энергии. Но почему-то часть материи сохранилась, и сейчас мы живём в мире элементарных частиц. И мало кто догадывается, что это за мир такой на самом деле, и какое место мы в нём занимаем.
Примерно 99% вашего тела состоит из атомов водорода, углерода, азота и кислорода. Есть, конечно, и другие элементы, без которых не прожить, но их намного меньше. Большинство клеток вашего тела обновляется каждые 7-15 лет, но многим частицам, из которых вы сложены, уже миллионы тысячелетий. Ваши атомы водорода — ровесники Большого взрыва. Атомы углерода, азота и кислорода появились с первыми звездами во Вселенной. Самые тяжелые элементы в вашем теле появились во время вспышек сверхновых.
Размер атома зависит от того, как расположены его электроны. Ядро, находящееся внутри атома, приблизительно в 100 тысяч раз меньше самого элемента. Если бы ядро было размером с горошину, атом был бы по размеру с футбольный стадион. А если из атома убрать свободное пространство, человек мог бы уместиться в пылинке, а всё человечество — в одном сахарном кубике.
Эти частицы составляют лишь малейшую часть вашей массы тела. Каждый протон и нейтрон внутри ядра атома состоит из трех кварков. Масса кварков, которые появляются из-за их взаимодействия с полем Хиггса, составляет лишь несколько процентов от массы протона или нейтрона. Переносчики сильного ядерного взаимодействия, удерживающего кварки вместе — глюоны — и вовсе невесомы. Но если масса вашего тела — это не масса этих частиц, то откуда она берется?
Всё дело в энергии. Почти вся масса человеческого тела состоит из кинетической энергии кварков и энергии связи глюонов.
Частицы, которые мы производим
Ваше тело — это маленькое месторождение радиоактивных элементов. Каждый год вы получаете дозу природной радиации величиной в 400 микрозивертов — она генерируется внутри вас. Такое же количество радиации вы получаете во время четырех рентгенографий грудной клетки. Также уровень радиации вашего тела может увеличиваться на 10-20 микрозивертов каждые восемь часов, пока вы спите рядом с вашим, таким же радиоактивным, любимым человеком.
Вы изучаете радиацию, потому что еда и напитки, которые вы потребляете, и даже воздух, которым вы дышите, содержит радионуклиды, такие как калий-40 и углерод-14. Они взаимодействуют с молекулами вашего тела, распадаются и продуцируют радиацию. Когда калий-40 распадается, он излучает позитрон — античастицу электрона. Таким образом, ваше тело содержит небольшое количество антиматерии. В среднем каждый человек излучает более четырех тысяч позитронов в день, примерно 180 позитронов в час. Но вскоре эти позитроны сталкиваются с вашими электронами и превращаются в радиацию в форме гамма-излучения.
Частицы, с которыми мы сталкиваемся
Радиоактивность вашего тела — лишь часть той радиации, с которой вы сталкиваетесь каждый день, не получая вреда. Еда, которую вы потребляете, дом, в котором вы живете, камни и почва, по которым вы ходите, обдают вас низким уровнем радиации. Если вы просто съедите грецкий орех или сходите к зубному врачу, то получите уровень радиации в несколько десятков микрозивертов. Кстати, курение может повысить уровень радиации на 160 тысяч микрозивертов. А ещё есть космическое излучение. Оно имеет внеземное происхождение и постоянно проникает сквозь атмосферу. Здесь это излучение сталкивается с другими ядрами и производит мезоны, многие из которых распадаются на частицы, такие, как мюоны и нейтрино. Эти частицы, в свою очередь, падают на поверхность Земли и проникают в ваших тела с частотой примерно 10 атомов в секунду. Они добавляют примерно 270 микрозивертов к вашей годовой дозе радиации. Эти космические частицы могут иногда нарушать вашу генетику и продуцировать возникновение небольших мутаций, тем самым внося свой вклад в эволюцию.
Солнце постоянно бомбардирует нас фотонами, которые позволяют нам видеть этот мир. Но Солнце атакует нас и частицами, называемыми нейтрино. Нейтрино — постоянные гости вашего тела, проникающие в вас в количестве 100 трлн в секунду. Солнце — не единственный источник этих частиц, они приходят также из ядерных реакций внутри других звезд, и даже из ядерных реакций на нашей собственной планете.
Многие нейтрино образовались еще в первые несколько секунд после Большого взрыва, и они старше даже ваших собственных атомов. Нейтрино очень слабо взаимодействуют с другими частицами, и поэтому их визиты для вашего тела проходят практически бесследно.
Также ваше тело, скорее всего, постоянно взаимодействует с частицами темной материи. Она не излучает, не отражает и не поглощает свет, и поэтому ее очень сложно обнаружить. Однако ученые считают, что темная материя составляет примерно 80% всего вещества во Вселенной. Учитывая такое большое количество, предполагается, что сотни тысяч этих частиц взаимодействуют с вашим телом каждую секунду.
Но темная материя слабо взаимодействует с материей, из которой вы состоите, и поэтому эффекты этого взаимодействия, скорее всего, незаметны. В следующий раз, когда вы заинтересуетесь, как физика элементарных частиц влияет на вашу жизнь, просто загляните в себя.
Источник
Почитать еще по теме:
- О классификации частиц
- О темной материи
- О нейтрино
- О кварках
