Simplemente acerca de la difícil: бозоны, фермионы, los quarks y otros elementales que componen el Universo

Debido a la amplia terminología de la mayoría de los populares libros y artículos sobre la física de las partículas elementales no profundizan más allá de la existencia de quark. Es difícil que hablar, si a un amplio público no se comprenden totalmente los términos principales.

El estudiante mipt y un empleado de laboratorio de las interacciones fundamentales, vladislav Лялин tomó la función de guía en lo que se conoce como el modelo Estándar, es primordial física de una teoría que explique todo lo que sabe la ciencia de las partículas y sus interacciones entre sí, es decir, la unidad del Universo en el nivel más profundo.






La estructura de la sustancia

Por lo tanto, todo está compuesto de moléculas, y las moléculas están compuestas por átomos. El átomo se compone de un núcleo y la nube de electrones a su alrededor, que hacen mucho más complejos de movimiento, que una simple rotación. El núcleo de alrededor de 10 mil veces más pequeño que un átomo, aunque casi toda su masa, y se compone de protones y neutrones.

Como regla general, en la mayoría de los escolares de los cursos de física de la terminan, pero no termina aquí la física. En la década del 50 del siglo pasado, los científicos sabían de la existencia de cinco de las partículas, que ellos llamaban elementales. Esto se protón, neutrón, electrón, fotón y un correo electrónico de neutrinos. Ya después de varias décadas (con la aparición de los primeros коллайдеров) de las partículas que valdría la pena contar básicos, fue de varias decenas, y este número sólo creció.

El término "partícula elemental" tuvo que revisar — y al mismo tiempo de inventar una nueva teoría, aún más para profundizar en la estructura de la sustancia. Con el tiempo se creó la teoría del llamado modelo Estándar, que describe todas las interacciones (excepto la gravedad).

Desde la antigüedad la materia y de la fuerza (interacción) en la física se han separado. Esta idea está presente en el modelo Estándar. Todas las partículas elementales en ella se dividen en "ladrillos de la materia" — фермионы y los vectores de interacción бозоны. Estas clases de partículas muy diferentes entre sí, uno de los más brillantes de las diferencias es la ausencia del principio de la prohibición de pauli, los quarks. En términos generales, un punto del espacio puede ser no más de un фермиона, pero cualquier número de quarks.

Бозоны

En el modelo Estándar de seis elementales de quarks. El fotón no tiene carga eléctrica, transmite la interferencia electromagnética es lo que une a los átomos en las moléculas. Глюон transmite una fuerte interacción, y tiene su vista de la carga (esto se dirá más).

Es una fuerte interacción es responsable de la fuerza nuclear, скрепляющие los protones y neutrones en el núcleo. W+, W - y Z0 significa que бозоны cargadas en consecuencia positiva, negativa y neutral (sin cargar). Ellos son responsables de la así llamada fuerza débil, que es capaz de convertir unas partículas en otras.

El ejemplo más simple de la interacción débil es la desintegración de un neutrón: uno de quark que componen el neutrón, que emite W-partícula y se convierte en otro quark, y W-partícula se desintegra en un electrón y un neutrino.






 

 

Queda una última partícula — partícula de higgs. En teoría, él fue predicho ya en la década de los 60 del siglo pasado, pero experimentalmente su existencia se ha demostrado sólo en el año 2013. Es el responsable de la masa inerte de las partículas elementales — es la masa, la responsable de los efectos de la inercia, y no de la atracción. La teoría cuántica, que ató y la inercia y la gravedad, hasta lo que no.

Фермионы

Elementales фермионов mucho más que elementales de quarks. Los dividen en dos clases: los leptones y los quarks. Se diferencian en que los quarks participan en el fuerte de la interacción, y los leptones no.

Los leptones

Los leptones son tres generaciones, cada generación dos лептона — una cargada y neutral. La primera generación: el electrón y el neutrino electrónico, el segundo — el muón y мюонное neutrinos, la tercera — tau-lepton y tau-neutrino. Los leptones son muy parecidos, muones y tau-leptones(electrones) que pueden formar los átomos, sustituyendo en орбиталях los electrones.

La principal diferencia en la masa: muón en 207 veces más pesado que un electrón, y el tau-lepton 17 veces más pesado que el muon. Con neutrinos debe ser una historia similar, pero su masa es tan pequeña que hasta ahora no estudiado. Estas masas exactamente distintos de cero, la prueba de este hecho fue galardonado con el premio nobel en el año 2015. Muón y tau-lepton inestables: el tiempo de vida de muon aproximadamente 0,2 milisegundos (que en realidad es bastante largo), tau-lepton se descompone alrededor de 17 veces más rápido.

Características de los neutrinos consisten en que participan solamente en una débil interacción, debido a esto es muy difícil de detectar. También se pueden cambiar arbitrariamente de su grado: por ejemplo, un neutrino puede de repente convertirse en мюонное, o viceversa. A diferencia de los quarks, los leptones existen antipartícula. Así, un total de leptones no 6, y 12.

Los quarks

En inglés la palabra divertido que puede ser "divertido" y "extraño". He aquí los quarks son divertidos. Que divertido se denominan: superior, inferior, extraño, fascinado, hermoso y verdadero. Y muy extraño se comportan. Hay tres generaciones de quark, dos qwark en cada uno, y de la misma manera, todas ellas existen antipartícula. Los quarks participan en electromagnético y las interacciones débil y la fuerte.

De la nota: фермионы que participan en el fuerte de la interacción, se denominan адронами; por lo tanto, адроны son partículas compuestas de quark. Por lo tanto, el Gran colisionador de hadrones, en realidad, se llama colisionador: allí están expuestos los protones en el núcleo de los átomos (адроны), pero no de electrones. Los quarks quieren formarse en las partículas de tres y dos quark, pero nunca aparecen de una en una. Este es su rareza. Las partículas de los tres quark llaman барионами, y de dos мезонами.

 

 






¿Por qué hicieron eso? Esto ocurre debido a la naturaleza de la interacción fuerte, que mantiene a los quarks en estas energías son: Una fuerte interacción muy interesante: en lugar de una sola carga, como en el electromagnético, el fuerte de ellos es tres. Y resulta que sólo existen partículas neutras y neutral de la partícula puede ser, sólo si hay o tres tipos diferentes de carga del mismo signo, o dos iguales de carga de distinto signo.

Debido a este particular (y de servicios), las cargas comenzaron a llamar a rojo, verde y azul, y las cargas negativas — антикрасным, антизеленым y антисиним. Resulta que si tomamos el rojo, el verde y el azul, obtenemos blanco, es decir, neutro; si tomamos el rojo y антикрасный, nosotros también tendremos blanco. Esto es fácil de recordar, pero vale la pena destacar que esto no tiene nada que ver con los colores, a los que estamos acostumbrados en la vida.

Esto es simplemente hermoso y cómodo, la analogía con la mezcla. En el modelo Estándar de cada quark puede ser de cualquiera de los tres colores, y антикварк — cualquiera de los tres "антицветов". Resulta que ninguno de quark no puede ser directamente registrado, ya que libremente pueden existir sólo incoloros de las partículas, los quarks "se complementan". Esta característica de su comportamiento se llama конфайнментом, que con el inglés literalmente se traduce como "el encierro".

Конфайнмент

Bien, supongamos que los quarks no pueden existir libremente. Pero lo que si acaba de tomar el mesón, que consta de dos quark, y romper en dos partes? No recibamos dos qwark? (En realidad, no existe.) Imagina que un mesón muy extienden. A diferencia de los electromagnético, una fuerte interacción más fuerte hasta un cierto límite, que interactúan las partículas de lejos el uno del otro.

Esto es similar a un resorte, cuanto más fuerte es la de estirar, mayor será la disminución y mayor será la energía. Para más apretar los quarks, una fuerte interacción crea nuevas глюоны. Y cuanto más nos растягиваем, más глюонов se crea.

Pero en algún momento la energía de estos creados глюонов se hace tan grande que se convierte en rentable crear un nuevo par quark-антикварк que seguir procrear глюоны. Muchas глюонов desaparece, en su lugar aparecen qwark y антикварк. En el momento de la aparición de un quark-антикварковой pares de cuatro quark se crean dos mesón k, cada uno de los cuales descolorido.

Puede parecer que la teoría es cerrado en sí mismo y que quark no existen en realidad, y конфайнмент, de hecho, una muleta, que han inventado sólo para dejar de buscar quark; que es sólo un modelo sencillo, que no tiene un físico de la justificación. Durante mucho tiempo en los círculos académicos iba tal pensamiento.

Sin embargo, el posterior estudio teórico y experimentales recientes indican que, en determinadas condiciones, los quarks pueden salir de адроны. Además, es un estado de la materia existía casi inmediatamente después de la gran explosión, y sólo después de un fuerte enfriamiento de los quarks en contacto en адроны. Este estado de la materia que ahora investigan en el Gran colisionador de hadrones (lhc) en el experimento ALICE. Para su obtención es necesaria la temperatura en dos billones de grados. Es un estado de la materia llamado quark-глюонной plasma.

Para comprender qué es un quark-глюонная plasma, vale la pena hacer una analogía. Imagina el agua en gravedad cero. Ella se encuentra en estado líquido агрегатном estado, y debido a las fuerzas de tensión superficial tiene el aspecto de un globo — se puede decir que está en sintonía en este globo. Comenzaremos aumentar la temperatura. Cuando llegue a los 100 grados, el agua empieza a hervir, activamente evaporarse y, con el tiempo, será totalmente vapor, el cual ya no será la fuerza de la tensión superficial.

El fenómeno de la transformación del agua en vapor se denomina fase de la transición. Si continúa calentando el vapor, alrededor de 1 400 grados de la molécula de agua se divida en hidrógeno y oxígeno — сдиссоциируют, y el agua se convertirá en una mezcla de oxígeno y de hidrógeno plasmas de fusión. Esta es otra fase de transición. Ahora, tomemos el gas—, pero no de las moléculas de agua, y de los hadrones — y empezamos a sus calentar.

Tiene que calentar muy fuerte, porque para la transición de fase necesita una temperatura de alrededor de dos billones de grados. Por debajo de esta temperatura адроны como "диссоциируют" libres quarks y глюоны. Por lo tanto, адрон comete una fase de transición en el estado de quark-глюонной de plasma. Este fenómeno se conoce como деконфайнментом, es decir, el proceso de liberación de quark de los hadrones.

En la búsqueda de una teoría

La última confirmación experimental modelo Estándar esperaba de alrededor de 50 años, pero ahora la partícula de higgs se ha encontrado — ¿y qué más? ¿Se puede pensar que los grandes descubrimientos han terminado? Por supuesto que no. El modelo estándar originalmente no optaba al título de teoría de todo (ya que no incluye la descripción de la gravedad). Además, en diciembre del año pasado, ATLAS y CMS en el коллаборации publicaron un artículo sobre la posible detección de una nueva grave de las partículas, no se inserta en el modelo Estándar.

 

 

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Y la física no грустят, sino, por el contrario, contentos, ya que el Gran colisionador de hadrones construido no para confirmar la ya conocida, y para abrir una nueva. Y lo mismo "nueva física" no dice que el modelo Estándar será cancelado y el anatema. Nosotros, los científicos, y si algo exactamente funciona (y el modelo Estándar es el que ha demostrado), debe ser privado de la oportunidad de una nueva teoría, de lo contrario, la nueva teoría, iría en contra de los viejos experimentos.

Por ejemplo: la mecánica de newton es un hermoso modelo para describir el movimiento de ingresos bajos (mucho menor que la velocidad de la luz) las velocidades — a pesar de que ahora sabemos de la teoría especial de la relatividad. De la misma manera, cuando aparezcan los nuevos modelos (o de la modificación Estándar), existirán las condiciones bajo las cuales será cierto lo que sabemos ahora.publicado

 

Autor: Vladislav Лялин

 

P. S. Y recuerde, sólo cambiando su conciencia — estamos juntos cambiando el mundo! ©

Fuente: theoryandpractice.ru/posts/14256-standard-model

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