|
|
|
сделать стартовой | добавить в избранное |
 |
|
Промышленность и Производство Техника
Физика элементарных частиц и t-кварк |
Фонарь садовый «Тюльпан». 
Браслет светоотражающий, самофиксирующийся, желтый. Физика элементарных частиц и -кварк Н.Никитин Данное вступительное слово расчитано на неспециалистов. В нем кратко обрисоввываются контуры современной физики высоких энергий и даются ответы на некоторые распространенные вопросы, возникающие у любителей науки при первом знакомстве с квантовой теорией. Подготовленный читатель может пропустить вступительное слово и сразу перейти к чтению статьи Дональда Перкинса "Открытие -кварка". А читатель, знакомый с методами квантовой теории поля, способен понять и не только все написанное Д.Перкинсом, но и дополнительные вычисления, приведенные в разделе "Комментарии переводчика". История исследования элементарных частиц и фундаментальных взаимодействий насчитывает более двух с половиной тысяч лет и восходит к идеям древнегреческих натурфилософов о строении Мира. Однако серьезная научная разработка данного вопроса началась только в конце XIX-го века. В 1897 году выдающийся английский физик-экспериментатор Дж.Дж.Томсон определил отношение заряда электрона к его массе. Тем самым, электрон окончательно обрел статус реального физического объекта и стал первой известной элементарной частицей в истории человечества. За сто с небольшим лет физики провели тысячи сложнейших и точнейших экспериментов, призванных отыскать другие элементарные частицы и выявить фундаментальные взаимодействия между ними. Результаты экспериментов объяснялись серией последовательно сменявших друг друга теорий. Последняя в их ряду - Стандартная модель взаимодействия элементарных частиц (СМ), включающая в себя минимальную модель электрослабого взаимодействия Глэшоу-Вайнберга-Салама и Квантовую хромодинамику (КХД). Можно сказать, что на сегодняшний день именно СМ является реальным итогом многолетней работы сотен тысяч людей от "высоколобых" теоретиков до простых инженеров и лаборантов. Схему СМ можно уложить в несколько абзацев. На сегодняшний день считается, что в Мире существуют три фундаментальных взаимодействия. Это гравитационное, электрослабое и сильное. При энергиях много меньших, чем примерно 90 ГэВ (1 ГэВ, т.е. 1 Гигаэлектронвольт = 109 электронвольт), электрослабое взаимодействие "расщепляется" на два: хорошо всем знакомое электромагнитное и проявляющееся только в мире элементарных частиц слабое взаимодействие. Заметим, что сильное взаимодействие, аналогично слабому, проявляется исключительно в микромире. Это связано с тем, что слабое и сильное взаимодействия обладают конечными и весьма малыми радиусами действия порядка 10-16см и 10-13см, соответственно. Радиусы действия гравитационного и электромагнитного взаимодействий - бесконечны, а потому гравитация и электромагнетизм проявляют себя на макроскопическом уровне. Однако в микромире во всем диапазоне энергий, доступных для экспериментального изучения, гравитация слаба и ею можно пренебречь. Появление электрослабого взаимодействия не должно удивлять читателей. В течении всей своей истории физика двигается в направлении объединения взаимодействий. Ньютон - первый, кто пошел по пути отыскания универсальных фундаментальный физических законов. Закон всемирного тяготения впервые продемонстрировал, что два считавшихся раннее принципиально различными движения: движение планет по небу и движение тел под действием силы тяжести у поверхности Земли нужно рассматривать с единых позиций.
Примерно через 150 лет Д.К.Максвелл показал, что электрические и магнитные явления суть две стороны универсального электромагнитного взаимодействия. Физики XX-го столетия, среди которых особенно стоит выделить Ш.Глэшоу, С.Вайнберга, А.Салама и К.Руббиа, теоретически и экспериментально доказали, что взаимодействия столь разной природы как слабое и электромагнитное на самом деле при достаточно высоких энергиях имеют единую основу. Любая теоретическая схема объединения взаимодействий привносит в физику новые концепции и влечет нетривиальные экспериментальные предсказания. Именно подтверждение последних в многочисленных опытах ведет к признанию той или иной "объединительной теории". Возможно ли, что с повышением максимально достижимых энергий ускорителей элементарных частиц ученые обнаружат, что оставшиеся три взаимодействия сводятся к меньшему числу еще более фундаментальных взаимодействий? Теоретики абсолюно уверены в положительном ответе на данный вопрос. Предложен целый ряд сценариев подобного объединения (например, теории великого объединения и суперсимметричные теории). Однако пока нет ясности, на каком масшабе энергий достигается новая стадия объединения и будет ли доступен этот масштаб для эксперименальной проверки в XXI-ом веке. Может возникнуть иной вопрос, а не откроют ли физики новое фундаментальное взаимодействие, принципиально отличное от всех вышеперечисленных? С одной стороны, зксперименты по обнаружению так называемой "пятой силы" (если четырьмя хорошо установленными считать гравитационные, электромагнитные, сильные и слабые силы) ставятся постоянно, но пока ни один из них не привел к положительному результату. С другой - никто не доказал, что "пятая сила" принципиально не может существовать в природе. На микроскопическом уровне все фундаменальные взаимодействия передаюся при помощи посредников - полей калибровочных бозонов. Бозоны - потому, что ассоциированные с рассматриваемыми полями частицы подчиняются статистике Бозе-Эйнштейна, то есть имеют целый спин. Переносчик электромагнетизма - фотон () - имеет спин равный единице. Переносчики слабого взаимодействия электрически нейтральный - бозон и электрически заряженные - бозоны, а также переносчики сильного взаимодействия () - глюоны, аналогично фотону имеют спин, равный единице . Эти частицы открыты экспериментально, их свойства хорошо изучены. Считается, что переносчик гравитационного взаимодействия - гравитон - имеет спин, равный двум. Гравитон до сих пор не обнаружен и, скорее всего, не будет обнаружен еще очень долго. Слово "калибровочный" указывает на теоретический прием, используя который, переносчики фундаментальных взаимодействий вводятся в теорию. Даже качественное обсуждение данного приема далеко выходит за рамки предисловия. Читателя не должен смущать и тот факт, что физики постоянно говорят о полях и частицах как о чем-то взаимозаменяемом, более того, эквивалентном. Действительно, в классических теориях частицы и поля суть совершенно разные физические объекты. Например, электромагнитное поле и альфа-частица. В квантовой теории оба понятия получают естественное обобщение, восходящее к принципу корпускулярно-волнового дуализма Луи де Бройля.
Любая микрочастица описывается волновой функцией (или полем), которая, в свою очередь, (вторично) квантуется в терминах операторов рождения и уничтожения квантов этого поля, то есть в терминах рождения и уничтожения частиц. Одним из первых подобный подход в 20-х годах XX-го века был предложен отечественным физиком-теоретиком В.А.Фоком. У многих студентов младших курсов и у "здравомыслящих" людей, не имеющих дела с микромиром, возникает естественное непонимание, как это может быть, что одна и таже микрочастица в некоторых экспериментальных ситуациях ведет себя подобно волне, а в некоторых - подобно частице? Подсознательно хочется иметь некую наглядную картинку столь странного поведения. Попытаемся нарисовать один из возможных вариантов такой картинки. Предположим, что жители плоскости хотят описать результаты исследований трехмерного куба, половина граней которого - зеленые, а половина - красные. У плоских ученых в наличии имеются лишь двумерные приборы, а в качестве понятийного аппарата используется двумерная геометрия Евклида. Куб в данном примере играет роль наглядного образа микрочастицы. Куб не зеленый, не красный и не плоский. Он цельный трехмерный объект с шестью гранями разного цвета. Как же могут себе представить куб двумерные ученые? По их мнению, исследуемый объект есть совокупность квадратов, имеющих то странное свойство, что в зависимости от постановки эксперимента квадрат становится то красным, то зеленым, но никогда не красно-зеленым или зелено-красным. На основе своих экспериментов плоские ученые могут создать "квантовую механику" трехмерного цветного куба, которая в качестве существенного элемента будет опираться на принцип "красно-зеленого дуализма". Взаимодействие куба с плоскостью двумерные ученые вполне могут описывать при помощи "волновой функции куба", которая редуцируется после взаимодействия либо к зеленому, либо к красному квадрату. Переходя от кубов и плоскостей к реальным микрочастицам, можно сказать, что любая микрочастица обладает цельным свойством "микрочастичности", для описания которого мы - жители сугубо макроскопического мира - вынуждены неким непротиворечивым образом манипулировать исключительно макроскопическим понятием (других не имеем и не воспринимаем!) плотности вероятности, крайними проявлениями которого в координатном представлении являются макроскопические понятия волны и корпускулы. Очевидно, что представленная наглядная картинка страдает рядом дефектов. Предлагаю читателям самостоятельно придумать более корректный пример. Помимо калибровочных бозонов существует целый набор фундаментальных фермионов, которые на сегодняшний день считаются элементарными. Это предположение не противоречит совокупности всех экспериментальных данных. Фундаментальные фермионы имеют полуцелый спин, равный одной второй, и делятся на две группы. К первой группе относятся лептоны. Эти частицы не участвуют в сильном взаимодействии. Лептонами являются электрон (), мюон (), тау-лептон () и соответствующие им нейтрино трех типов: электронное нейтрино (), мюонное нейтрино () и тау-лептонное нейтрино ( ). Не вызывает сомнений, что электрон, мюон и тау-лептон имеют массы.
Получилось u-u-b и d-d-b. Первая частица сигма-b, как и протон, имеет положительный заряд, а вторая, в отличие от нейтрона, отрицательный. Экзотические частицы были получены в результате лобовых столкновений разогнанных Теватроном почти до скорости света протонов и антипротонов. При столкновении их кинетическая энергия превращалась в массу b-кварка в соответствии со знаменитой формулой Эйнштейна. Вероятность этого процесса мала, и за пять лет экспериментов и сто триллионов столкновений было зарегистрировано чуть более сотни частиц каждого сорта. Часть из них получалась в основном состоянии со спином 1/2, а часть в возбужденном со спином 3/2, в полном соответствии с предсказаниями стандартной модели физики элементарных частиц (спин частицы зависит от того, каким образом ориентированы спины ее кварков). Ученые вполне довольны результатами этих экспериментов, которые позволили заполнить пару белых пятен в таблице всех мыслимых элементарных частиц и еще раз проверить самые основы наших представлений о внутреннем строении вещества
2. История открытия основных элементарных частиц
3. Элементарные частицы и космология
4. Черные дыры и элементарные частицы
5. Элементарные частицы. Ускорители
11. Оболочечное строение элементарных частиц
12. Единая квантовая теория: матричное моделирование элементарных частиц
13. Элементарные частицы в виде корпускул и волн и модель атома
15. Элементарные сведения о частицах и анти-частицах
Шнуровка-бусы "Цветы". 
Развивающая настольная игра "Котосовы". 
Точилка механическая. 17. Физика звезд
18. Обзор методов и способов измерения физико-механических параметров рыбы
19. Физико-механические свойства мёрзлых грунтов
20. Готфрид Лейбниц - немецкий историк, математик, физик, юрист
21. "Уравнения математической физики", читаемым авторов на факультете "Прикладная математика" в МАИ
25. Тест по методике преподавания физики общие и частные вопросы
26. Физико-химические изменения, происходящие при приготовлении блюда "Борщ украинский с пампушками"
29. Физико-топологическое моделирование структур элементов БИС
30. Специфика физики микрообъектов
31. Пространство и время в физике
32. Наука - Физика
Мебель для кукол "Спальня Конфетти". 
Трехколесный велосипед Funny Jaguar Lexus Trike Original Volt (цвет: синий). 
Фоторамка Crystocraft "Бабочка", 10x19 см. 33. Физика
34. Подборка основных формул по физике
36. Физика подкритического ядерного реактора
37. Шпаргалки по физике (Шпаргалка)
41. Ответы на билеты за 10 класс для школ с физико математическим уклоном
42. Физика (лучшее)
43. Глобальная история Вселенной (физика)
45. Нобелевская премия в облости физики за 2000г. (Ж. Алферов)
46. Шпаргалка по физике для студентов 1-го курса (по билетам)
47. Спектры и спектральный анализ в физике
48. МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ К ЛАБОРАТОРНЫМ РАБОТАМ ПО ФИЗИКЕ (МЕХАНИКА И ТЕРМОДИНАМИКА)
Готовальня "Stop System", 3 предмета. 
Пазл "Киты", 66 деталей. 
Дождевик Bambola, ПВХ. 49. Физика и современная энергетика
50. Шпаргалка с билетами по физике, 11 класс
51. Вопросы и ответы по физике в ТУСУР (Томск)
52. Шпаргалка по физике 11 класс -Квантовая физика
53. Общая Физика (лекции по физике за II семестр СПбГЭТУ "ЛЭТИ")
58. Лабораторные работы по физике
59. Математическая гипотеза в неклассической физике
60. Нитрид бора и его физико-химические свойства
61. Умозаключения по аналогии в математике и физике
62. Связь больших чисел с константами физики и космотологии
63. Приближенное вычисление определенных интегралов, которые не берутся через элементарные функции
64. Уравнения математической физики
Дорожная игра "Голодные бегемотики". 
Швабра для пола "Помощница". 
Комплект детского постельного белья "Пираты". 65. Передний край теоретической физики: теплопроводность одномерного кристалла
66. Надо ли искать Хиггс – Бозон и кварки?
67. Физика релятивистских эффектов
68. Физика как источник теорем дифференциального исчисления
69. Раздел физики, родившийся из ошибки
73. Приложения определенного интеграла к решению некоторых задач механики и физики
74. Способ доказательства теоремы Ферма в общем виде с помощью методов элементарной математики
75. Синхротронное излучение: из рук физиков - в руки врачей
76. Пушкин и физика
77. Штрихи к истории развития физики
78. Физика атомного ядра. Структура атомных ядер
79. Применение световода на уроках физики
80. Основные концепции физики ХХ века
Трехколесный велосипед Funny Jaguar Lexus Racer Trike (цвет: серебро). 
Карандаши цветные "Nuance", 24 цвета. 
Мягкий пол универсальный, желтый, 30x30 см (9 деталей). 81. Основные концепции классической физики XIX века
82. Логика Космоса (физика античной Греции)
83. Бессилие от знания или может ли история помочь физикам?
84. Корпускулярно-волновой дуализм в современной физике
85. Физика и паранормальные явления
89. Соотношение неопределённостей квантовой физики как предполагаемое пространство свободы субъекта
90. Физико-химический Анализ. Термодинамический аспект ФХА
91. Физико-химический анализ жидких систем
93. Физика 9 кл.
95. Введение в физику черных дыр
96. Физики и световая чувствительность глаза
Подгузники "Солнце и Луна. Нежное прикосновение", размер: 5/XL (11-25 кг), 48 штук. 
Увлекательная настольная игра "Зверобуквы", новая версия. 
Игра магнитная "Модная девчонка".
Совок №5. 
