831
Просто про комплекс: босони, бродіння, кварки та інші елементарні компоненти Всесвіту
Завдяки великій термінології найпопулярніші книги та статті з фізики частинок не виходять за межі того, що кварки існують. Важко обговорити будь-які питання, якщо основні умови не повною мірою розуміються загальна аудиторія.
Владислав Лялін, студент МРТ та учасник лабораторії фундаментальних взаємодій, взяв на функцію керівництва, яка називається Стандартною моделлю, домінуючою фізичною теорією, яка пояснює всі частинки, відомі науці та їх взаємодію один з одним, тобто структуру Всесвіту на найглибшому рівні.
Структура речовини
Так все складається з молекул, а молекули зроблені з атомів. Атом складається з нуклеї і хмар електронів навколо нього, які виконують набагато більш складні рухи, ніж просто пінінг. Ядро становить близько 10000 разів менше, ніж атом, хоча це майже вся маса, і складається з протонів і нейтронів.
Як правило, це де закінчується більшість курсів фізики шкіл, але фізика не закінчується. У 50-х роках минулого століття вчені дізналися про існування п'яти частинок, які вони називають елементарними. Це був протон, нейтрон, електрон, фотон і електрон неутріно. Через кілька десятків років (при появі перших Colliders) частин, які повинні бути відзначені як елементарні, стали кілька десятків, і цей номер тільки виріс.
Термін «вибрані частинки» повинен бути переглянуто - і при цьому придумати нову теорію, навіть глибоко в структуру матерії. Згодом, теорія називається Стандартною моделлю, розроблена для опису всіх відомих взаємодій (крім ваги).
З давніх часів відокремлюється матерія та сили (інтеркції) у фізиці. Ця ідея також представлена в стандартній моделі. Всі елементарні частинки в ній діляться на «брики матерії» – бродіння і носії взаємодії – родзинки. Ці класи частинок дуже відрізняються один від одного, одна з найбільш вражаючих відмінностей є відсутністю принципу заборони Павла в босонах. Зрозуміло кажучи, в одному місці в космосі може бути не більше одного бродіння, але стільки босонів, як вам подобається.
босони
Є лише шість елементарних босонів у стандартній моделі. Фотон не має електричної зарядки, передає електромагнітну взаємодію – той, що зв’язує атоми в молекули. Глюон передає сильну взаємодію і має власний вид заряду (це буде розглянуто пізніше).
Сильна сила несе відповідальність за ядерні сили, які утримують протони та нейтрони разом з нуклеї. W+, W-, і Z0 означає, що босони заряджаються позитивно, негативно і нейтрально, відповідно. Вони відповідальні за так звану слабку силу, яка здатна перетворювати деякі частинки в інші.
Найпростіший приклад слабкої взаємодії є нейтронним розпадом: один з кварків, які складають нейтрон випромінює родзинку W і перетворюється в інший кварк, і родзинка w розпадає в електрон і неутріно.
Залишилося останнього босоня, хіба хіба. Теоретично, було прогнозовано у 60-х роках минулого століття, але експериментально його існування було доведено лише в 2013 році. Відповідає за інертну масу елементарних частинок – саме маса, відповідальна за дії інерції, не атракціон. Не існує квантової теорії, яка з'єднує інерцію і тяжіння.
ферми
Є більш елементарні бродіння, ніж елементарні босони. Вони діляться на два класи: лептони і кварки. Вони відрізняються тим, що кварки беруть участь у сильних взаємодіях, тоді як лептони не є.
свінгери
У трьох поколіннях кожен покоління має два лептони – один зарядний і один нейтральний. Перше покоління: електрон і електрон neutrino, другий - муон і муон нейтрино, третій - тау лептон і тау нейтрино. Лептони дуже схожі один до одного, муни і тау лептони (як і електрони) можуть формувати атоми, замінюючи електрони на орбітах.
Основна відмінність їх в масі: мусульмани 207 разів важче, ніж електрон, а там же лептон 17 разів важче, ніж мусон. Нейтринос повинен мати схожу історію, але їх маси настільки дрібні, що вони ще не були вимірені. Ці маси точно незеро, доказ цього факту присуджено Нобелівську премію в 2015 році. Muon і tau lepton нестійкі: мусон має термін служби близько 0.2 мілісекунди (який насправді досить довгий), і tau lepton знежирює близько 17 разів швидше.
Особливістю нейтриносу є те, що вони беруть участь тільки в слабкій взаємодії, адже це дуже складно виявити. Вони також можуть довільно змінювати свій клас: наприклад, електрон неутріно може раптово перетворитися в муон неутріно, або навпаки. На відміну від босонів, лептонів мають античастинки. Таким чином, загальні лептони не 6, але 12.
кварки
На англійській мові слово смішно може означати «смішний» і «дивний». І кварки смішні. Вони звучать: верхня, нижня, дивна, чарівна, чарівна і вірна. Тексти пісень, а це означає: І вони дійсно дивляться. Є три покоління кварків, два кварки, і всі вони мають античастинки. Кварки беруть участь у електромагнітних і слабких взаємодіях, а також у сильній.
Для запису, бродіння, що беруть участь у сильному взаємодії, називаються хронами; таким чином, хрони є частинки, що складаються з кварків. Таким чином, Великий Хадрон Колайдер, фактично, називається хрон: протони або нуклеї з атомів (хадронів) там, але не електронів. Кварки, як формувати на частинки трьох і двох кварків, але ніколи не з'являються одночасно. Що робить їх дивним. Частинки трьох кварків називають баріони і два називаються мезонами.
Чому вони роблять це? Це пов'язано з сильною взаємодією, яка тримає кварки в альтанки. Сильна сила дуже цікава: замість одного заряду, як в електромагнітних, міцних має три. І виходить, що є тільки нейтральні частинки, і нейтральна частинка може бути тільки якщо вона має або три різні заряди того ж знака, або дві ідентичні заряди різних ознак.
З цієї функції (і для зручності, заряди почали називатися червоними, зеленими і синими, а відповідні негативні витрати - античервоні, антизелені і антиблакитні. Отже, якщо ви берете червоний, зелений і синій, ви отримуєте білий, який нейтральний; якщо ви приймаєте червоний і анти-червоний, ви отримаєте білий, теж. Ми можемо самі зателефонувати одержувачу і узгодити зручний час і місце вручення квітів.
Просто красива і зручна аналогія з міксуванням. У стандартній моделі кожен кварк може бути будь-яким з трьох кольорів, а антикварк може бути будь-яким з трьох антиколонів. Виявляється, що жоден з кварків не може бути безпосередньо зареєстрований, тому що тільки безбарвні частинки можуть вільно існувати, а кварки «розмальовані». Ця особливість їх поведінки називається переконливим, який буквально перекладається з англійської мови як «підбір».
Налаштування.
Ну і нехай не існує. Але що якщо ви просто взяли месон з двох кварків і розірвав його на два? Чи не ми отримуємо два кварки? (Не дійсно.) Уявіть, що месон дуже простягається. На відміну від електромагнітних, сильну силу сильніше до певного ліміту, ніж взаємодіючі частинки знаходяться далеко.
Це як весна: чим більше ви розтягуєте, тим більше вона буде усаджена і тим більше енергії, що вона буде мати. Щоб затягнути кварки, сильну силу створює нові глюони. А далі простягаємо їх, тим більше глюконів ми створюємо.
Але в деякій точці енергія цих створених глюконів стає настільки великим, що він стає більш прибутковим для створення нової кварковко-антикваркової пари, ніж продовжити виробництво глюконів. Багато глюони зникають, замість кварків і антикварків. При появі кварковко-антикерової пари чотирьох кварків створюються два мезони, кожен з яких безбарвний.
Здавалося б, теорія самодостатня і що кварки не дійсно існують, і це переконливе, по суті, кицька, яка була винайдена тільки для того, щоб зупинити пошук кварків; це просто зручна модель, яка не має фізичного основи. Довгий час в наукових колах була така думка.
Проте, пізніше теоретичні дослідження та останні експериментальні дослідження показують, що кварки можуть залишити альтанки в певних умовах. Крім того, цей стан матерії існував практично відразу після Великого вибуху, і тільки після сильного охолодження кварки, що з'єднуються в альтанки. Цей стан матерії зараз досліджується на Великий Хадрон Колайдер в експерименті ALICE. Щоб отримати його, потрібно температуру двох трильйонних ступенів. Цей стан речовини називається плазмою кварка.
Щоб зрозуміти, що кваркова плазма, варто зробити аналогію. Уявіть воду в нульовій вазі. У рідкому стані агрегату, а через сили поверхневого натягу вона має зовнішній вигляд кульки - можна сказати, що вона заточується в цій кулі. Почнемо підвищення температури. Коли вона досягає 100 градусів, вода почне кип'ятити, активно випаровувати і в кінцевому підсумку повністю стане парою, яка більше не буде поверхневого натягу.
Явище водяного перевороту в парі називається фазовим переходом. Якщо продовжити нагрів пари, то близько 1,400 градусів, молекули води розщепляться на водне і кисневе — розсіювати — і вода стане сумішшю кисневої і плазми водню. Ще один фазовий перехід. Тепер займіть газ — не з молекул води, але з старонів — і запустіть його нагрів.
Вам доведеться нагріти багато, тому що вам потрібно температуру близько двох трильйонних ступенів для переходу фази. На цій температурі носили «розчин» у вільні кварки і глюони. Таким чином, до стану плазми кварков-глюону доведеться фазовий перехід. Це явище називається деconfinement, тобто процес звільнення кварків з альтонів.
Пошук теорії
Стандартна модель чекала близько 50 років за останнє експериментальне підтвердження, але зараз було знайдено бенсон Higgs - що далі? Ви думаєте, що чудові відкриття над? Звісно не. Стандартна модель не була заявленою, щоб бути теоріям всього (при цьому вона не містить опису ваги). Крім того, у грудні минулого року компанія ATLAS та CMS у співпраці опубліковані папери щодо можливого виявлення нових важких частинок, які не вписуються в стандартну модель.
10 Причини нашого Всесвіту є віртуальна реальність
Квантова психологія: Що ми створюємо несвідомо
І фізики не сумні, але, навпаки, щасливі, тому що Великий Хадрон Collider був побудований не для підтвердження вже відомого, але для відкриття нового. Нор «Нова фізика» означає, що стандартна модель буде вилучена і анатематізована. Ми науковці, і якщо щось працює, як доведено стандартну модель, вона повинна бути особливою справою будь-якої нової теорії, інакше нова теорія суперечить старім експериментам.
Наприклад, Ньютонська механіка є відмінною моделлю для опису руху на низьких (наближається нижче швидкості світла) вельокутності, незважаючи на те, що ми зараз знаємо особливу релятивність. Так само, коли з'являються нові моделі (або модифікації до стандартної моделі), будуть умови, в яких ми знаємо зараз будуть вірними. Видання
Автор: Владислав Лялін
П.С. І пам'ятайте, що лише змінивши вашу свідомість – разом ми змінюємо світ!
Джерело: теоріяandpractice.ru/posts/14256-standard-model
Владислав Лялін, студент МРТ та учасник лабораторії фундаментальних взаємодій, взяв на функцію керівництва, яка називається Стандартною моделлю, домінуючою фізичною теорією, яка пояснює всі частинки, відомі науці та їх взаємодію один з одним, тобто структуру Всесвіту на найглибшому рівні.
Структура речовини
Так все складається з молекул, а молекули зроблені з атомів. Атом складається з нуклеї і хмар електронів навколо нього, які виконують набагато більш складні рухи, ніж просто пінінг. Ядро становить близько 10000 разів менше, ніж атом, хоча це майже вся маса, і складається з протонів і нейтронів.
Як правило, це де закінчується більшість курсів фізики шкіл, але фізика не закінчується. У 50-х роках минулого століття вчені дізналися про існування п'яти частинок, які вони називають елементарними. Це був протон, нейтрон, електрон, фотон і електрон неутріно. Через кілька десятків років (при появі перших Colliders) частин, які повинні бути відзначені як елементарні, стали кілька десятків, і цей номер тільки виріс.
Термін «вибрані частинки» повинен бути переглянуто - і при цьому придумати нову теорію, навіть глибоко в структуру матерії. Згодом, теорія називається Стандартною моделлю, розроблена для опису всіх відомих взаємодій (крім ваги).
З давніх часів відокремлюється матерія та сили (інтеркції) у фізиці. Ця ідея також представлена в стандартній моделі. Всі елементарні частинки в ній діляться на «брики матерії» – бродіння і носії взаємодії – родзинки. Ці класи частинок дуже відрізняються один від одного, одна з найбільш вражаючих відмінностей є відсутністю принципу заборони Павла в босонах. Зрозуміло кажучи, в одному місці в космосі може бути не більше одного бродіння, але стільки босонів, як вам подобається.
босони
Є лише шість елементарних босонів у стандартній моделі. Фотон не має електричної зарядки, передає електромагнітну взаємодію – той, що зв’язує атоми в молекули. Глюон передає сильну взаємодію і має власний вид заряду (це буде розглянуто пізніше).
Сильна сила несе відповідальність за ядерні сили, які утримують протони та нейтрони разом з нуклеї. W+, W-, і Z0 означає, що босони заряджаються позитивно, негативно і нейтрально, відповідно. Вони відповідальні за так звану слабку силу, яка здатна перетворювати деякі частинки в інші.
Найпростіший приклад слабкої взаємодії є нейтронним розпадом: один з кварків, які складають нейтрон випромінює родзинку W і перетворюється в інший кварк, і родзинка w розпадає в електрон і неутріно.
Залишилося останнього босоня, хіба хіба. Теоретично, було прогнозовано у 60-х роках минулого століття, але експериментально його існування було доведено лише в 2013 році. Відповідає за інертну масу елементарних частинок – саме маса, відповідальна за дії інерції, не атракціон. Не існує квантової теорії, яка з'єднує інерцію і тяжіння.
ферми
Є більш елементарні бродіння, ніж елементарні босони. Вони діляться на два класи: лептони і кварки. Вони відрізняються тим, що кварки беруть участь у сильних взаємодіях, тоді як лептони не є.
свінгери
У трьох поколіннях кожен покоління має два лептони – один зарядний і один нейтральний. Перше покоління: електрон і електрон neutrino, другий - муон і муон нейтрино, третій - тау лептон і тау нейтрино. Лептони дуже схожі один до одного, муни і тау лептони (як і електрони) можуть формувати атоми, замінюючи електрони на орбітах.
Основна відмінність їх в масі: мусульмани 207 разів важче, ніж електрон, а там же лептон 17 разів важче, ніж мусон. Нейтринос повинен мати схожу історію, але їх маси настільки дрібні, що вони ще не були вимірені. Ці маси точно незеро, доказ цього факту присуджено Нобелівську премію в 2015 році. Muon і tau lepton нестійкі: мусон має термін служби близько 0.2 мілісекунди (який насправді досить довгий), і tau lepton знежирює близько 17 разів швидше.
Особливістю нейтриносу є те, що вони беруть участь тільки в слабкій взаємодії, адже це дуже складно виявити. Вони також можуть довільно змінювати свій клас: наприклад, електрон неутріно може раптово перетворитися в муон неутріно, або навпаки. На відміну від босонів, лептонів мають античастинки. Таким чином, загальні лептони не 6, але 12.
кварки
На англійській мові слово смішно може означати «смішний» і «дивний». І кварки смішні. Вони звучать: верхня, нижня, дивна, чарівна, чарівна і вірна. Тексти пісень, а це означає: І вони дійсно дивляться. Є три покоління кварків, два кварки, і всі вони мають античастинки. Кварки беруть участь у електромагнітних і слабких взаємодіях, а також у сильній.
Для запису, бродіння, що беруть участь у сильному взаємодії, називаються хронами; таким чином, хрони є частинки, що складаються з кварків. Таким чином, Великий Хадрон Колайдер, фактично, називається хрон: протони або нуклеї з атомів (хадронів) там, але не електронів. Кварки, як формувати на частинки трьох і двох кварків, але ніколи не з'являються одночасно. Що робить їх дивним. Частинки трьох кварків називають баріони і два називаються мезонами.
Чому вони роблять це? Це пов'язано з сильною взаємодією, яка тримає кварки в альтанки. Сильна сила дуже цікава: замість одного заряду, як в електромагнітних, міцних має три. І виходить, що є тільки нейтральні частинки, і нейтральна частинка може бути тільки якщо вона має або три різні заряди того ж знака, або дві ідентичні заряди різних ознак.
З цієї функції (і для зручності, заряди почали називатися червоними, зеленими і синими, а відповідні негативні витрати - античервоні, антизелені і антиблакитні. Отже, якщо ви берете червоний, зелений і синій, ви отримуєте білий, який нейтральний; якщо ви приймаєте червоний і анти-червоний, ви отримаєте білий, теж. Ми можемо самі зателефонувати одержувачу і узгодити зручний час і місце вручення квітів.
Просто красива і зручна аналогія з міксуванням. У стандартній моделі кожен кварк може бути будь-яким з трьох кольорів, а антикварк може бути будь-яким з трьох антиколонів. Виявляється, що жоден з кварків не може бути безпосередньо зареєстрований, тому що тільки безбарвні частинки можуть вільно існувати, а кварки «розмальовані». Ця особливість їх поведінки називається переконливим, який буквально перекладається з англійської мови як «підбір».
Налаштування.
Ну і нехай не існує. Але що якщо ви просто взяли месон з двох кварків і розірвав його на два? Чи не ми отримуємо два кварки? (Не дійсно.) Уявіть, що месон дуже простягається. На відміну від електромагнітних, сильну силу сильніше до певного ліміту, ніж взаємодіючі частинки знаходяться далеко.
Це як весна: чим більше ви розтягуєте, тим більше вона буде усаджена і тим більше енергії, що вона буде мати. Щоб затягнути кварки, сильну силу створює нові глюони. А далі простягаємо їх, тим більше глюконів ми створюємо.
Але в деякій точці енергія цих створених глюконів стає настільки великим, що він стає більш прибутковим для створення нової кварковко-антикваркової пари, ніж продовжити виробництво глюконів. Багато глюони зникають, замість кварків і антикварків. При появі кварковко-антикерової пари чотирьох кварків створюються два мезони, кожен з яких безбарвний.
Здавалося б, теорія самодостатня і що кварки не дійсно існують, і це переконливе, по суті, кицька, яка була винайдена тільки для того, щоб зупинити пошук кварків; це просто зручна модель, яка не має фізичного основи. Довгий час в наукових колах була така думка.
Проте, пізніше теоретичні дослідження та останні експериментальні дослідження показують, що кварки можуть залишити альтанки в певних умовах. Крім того, цей стан матерії існував практично відразу після Великого вибуху, і тільки після сильного охолодження кварки, що з'єднуються в альтанки. Цей стан матерії зараз досліджується на Великий Хадрон Колайдер в експерименті ALICE. Щоб отримати його, потрібно температуру двох трильйонних ступенів. Цей стан речовини називається плазмою кварка.
Щоб зрозуміти, що кваркова плазма, варто зробити аналогію. Уявіть воду в нульовій вазі. У рідкому стані агрегату, а через сили поверхневого натягу вона має зовнішній вигляд кульки - можна сказати, що вона заточується в цій кулі. Почнемо підвищення температури. Коли вона досягає 100 градусів, вода почне кип'ятити, активно випаровувати і в кінцевому підсумку повністю стане парою, яка більше не буде поверхневого натягу.
Явище водяного перевороту в парі називається фазовим переходом. Якщо продовжити нагрів пари, то близько 1,400 градусів, молекули води розщепляться на водне і кисневе — розсіювати — і вода стане сумішшю кисневої і плазми водню. Ще один фазовий перехід. Тепер займіть газ — не з молекул води, але з старонів — і запустіть його нагрів.
Вам доведеться нагріти багато, тому що вам потрібно температуру близько двох трильйонних ступенів для переходу фази. На цій температурі носили «розчин» у вільні кварки і глюони. Таким чином, до стану плазми кварков-глюону доведеться фазовий перехід. Це явище називається деconfinement, тобто процес звільнення кварків з альтонів.
Пошук теорії
Стандартна модель чекала близько 50 років за останнє експериментальне підтвердження, але зараз було знайдено бенсон Higgs - що далі? Ви думаєте, що чудові відкриття над? Звісно не. Стандартна модель не була заявленою, щоб бути теоріям всього (при цьому вона не містить опису ваги). Крім того, у грудні минулого року компанія ATLAS та CMS у співпраці опубліковані папери щодо можливого виявлення нових важких частинок, які не вписуються в стандартну модель.
10 Причини нашого Всесвіту є віртуальна реальність
Квантова психологія: Що ми створюємо несвідомо
І фізики не сумні, але, навпаки, щасливі, тому що Великий Хадрон Collider був побудований не для підтвердження вже відомого, але для відкриття нового. Нор «Нова фізика» означає, що стандартна модель буде вилучена і анатематізована. Ми науковці, і якщо щось працює, як доведено стандартну модель, вона повинна бути особливою справою будь-якої нової теорії, інакше нова теорія суперечить старім експериментам.
Наприклад, Ньютонська механіка є відмінною моделлю для опису руху на низьких (наближається нижче швидкості світла) вельокутності, незважаючи на те, що ми зараз знаємо особливу релятивність. Так само, коли з'являються нові моделі (або модифікації до стандартної моделі), будуть умови, в яких ми знаємо зараз будуть вірними. Видання
Автор: Владислав Лялін
П.С. І пам'ятайте, що лише змінивши вашу свідомість – разом ми змінюємо світ!
Джерело: теоріяandpractice.ru/posts/14256-standard-model
