Language
Country/Area
No result found
Удивительный мир элементарных частиц: действительно ли в нашей Вселенной всего 61 вид частиц?
Физика элементарных частиц — это наука об элементарных частицах, из которых состоят материя и излучение, а также об их взаимодействии. Эта область включает в себя изучение не только элементарных частиц, но и материи, состоящей из элементарных частиц, таких как протоны и нейтроны. Согласно стандартной модели, фундаментальные частицы во Вселенной делятся на фермионы (частицы материи) и бозоны (частицы, передающие силу). Хотя во Вселенной существует три поколения фермионов, обычная материя, с которой мы соприкасаемся в повседневной жизни, состоит только из фермионов первого поколения, а именно верхних и нижних кварков, электронов и электронных нейтрино.
Фундаментальные частицы взаимодействуют друг с другом сложным образом, опосредованным бозонами, включая электромагнитное взаимодействие, слабое взаимодействие и сильное взаимодействие.
Интересно, что кварки не могут существовать независимо, а в форме адронов; частицы с нечетным числом кварков в адроне называются барионами, а частицы с четным числом кварков называются мезонами. Протоны и нейтроны в основном состоят из барионов и составляют большую часть нашей повседневной материи. По сравнению с протонами и нейтронами мюоны нестабильны и существуют всего несколько микросекунд.
Каждая частица имеет соответствующую античастицу, которая имеет ту же массу, что и частица, но противоположный заряд. Например, античастица электрона — позитрон. Это означает, что существование античастиц и антиматерии теоретически возможно.
Сопутствующие исследования показывают, что взаимодействие между частицами и античастицами может привести к их аннигиляции и превращению в другие частицы, что еще раз подтверждает сложность материи.
Некоторые частицы, такие как фотоны, являются своими собственными античастицами. Эти элементарные частицы на самом деле представляют собой возбужденные состояния квантовых полей, которые отвечают за взаимодействие между частицами. Стандартная модель — это общепринятая теория, объясняющая элементарные частицы и их взаимодействия. Как интегрировать гравитацию с существующими теориями физики частиц остается нерешенной проблемой. Для решения этой проблемы было предложено много теорий, таких как петлевая квантовая гравитация, теория струн и теория суперсимметрии. Историческая справка
Идея о том, что материя состоит из элементарных частиц, появилась еще в VI веке до нашей эры. К XIX веку Джон Дальтон в ходе своих работ по стехиометрии пришел к выводу, что каждый элемент в природе состоит из частиц уникального типа. Последующие исследования показали, что атомы не являются основными частицами материи, а состоят из более мелких частиц (таких как электроны).
После вступления в 20-й век исследования ядерной физики и квантовой физики привели к открытию ядерного деления и ядерного синтеза в 1939 году, что не только послужило толчком к разработке ядерного оружия, но и способствовало развитию современной физики элементарных частиц.
В 1950-х и 1960-х годах в столкновениях высоких энергий были обнаружены различные частицы — явление, известное как «зоопарк частиц», которое вдохновило физиков задуматься о новых проблемах, связанных с дисбалансом материи и антиматерии.
После предложения Стандартной модели физики обнаружили, что этот безумный «зоопарк частиц» был образован путем объединения нескольких фундаментальных частиц, что ознаменовало начало современной физики элементарных частиц.
Введение в Стандартную модель
Современная классификация всех элементарных частиц в первую очередь объясняется Стандартной моделью, получившей широкое признание и экспериментальное подтверждение в середине 1970-х годов. Стандартная модель описывает три фундаментальных взаимодействия: сильное, слабое и электромагнитное, и использует для их объяснения бозоны-посредники, включая восемь глюонов, бозоны W−, W+ и Z, а также фотон. Стандартная модель также включает 24 фундаментальных фермиона (12 частиц и их античастицы), которые представляют собой основные строительные блоки всей материи.
Стандартная модель также предсказывает существование бозона Хиггса. 4 июля 2012 года физики из Большого адронного коллайдера ЦЕРНа объявили, что они открыли новую частицу, которая ведет себя как бозон Хиггса. Современная Стандартная модель насчитывает 61 фундаментальную частицу, которые могут объединяться в составные частицы, что также объясняет сотни других частиц, открытых с 1960-х годов. Хотя Стандартная модель продемонстрировала высокую согласованность практически во всех экспериментальных тестах, большинство физиков-теоретиков полагают, что ее описание природы неполное и что более полная теория еще не открыта. Недавние измерения массы нейтрино привели к первому отклонению от Стандартной модели, в которой нейтрино не имеют массы.
Перспективы на будущее
Основные будущие усилия включают поиски физики за пределами Стандартной модели, такие как Future Circular Collider, предложенный CERN, и рекомендации от US Particle Physics Prioritization Panel (P5), которая обновит исследование P5 2014 года. В отчете рекомендуется несколько экспериментальные проекты, включая глубокий подземный нейтринный эксперимент.
Взаимодействия между различными частицами делают нашу вселенную полной неизвестности и сюрпризов. Но сколько неоткрытых частиц и взаимодействий скрыто в этом бесконечном и глубоком мире частиц?
