Самая маленькая элементарная частица в мире

Самая маленькая частица во вселенной

Рейтинг самых маленьких частиц, которые существуют

Огромна наша вселенная. Удивительно прекрасная и сказочная реальность находится рядом. С древнейших времён пытались понять наш мир мудрецы и учёные. Постепенно начала складываться картина мира, представление о нём, которое имеется теперь.

Вероятно, эта картина ещё не раз будет дополнена новыми подробностями и отбросом в сторону заблуждений, которые сейчас кажутся истиной.

Но главные тропинки к пониманию, из чего же состоит окружающий большой космос и материя – уже пройдены. И пусть много ещё непонятного, но уже есть фундамент – знания о мельчайших частицах вселенной. Вот сведения о 10 таких частицах.

Электрон

Люди уже почти сотню лет пользуются энергией, извлекаемой из потока этих малых объектов. Но до сих пор до конца понять их строение так и не смогли.

Так как это противоречит человеческой логике и здравому смыслу. Трудно представить облако, похожее на плазму, составные части которой находятся почти везде внутри этого облака. Который находится как размазанная орбита в атоме вокруг ядра.

Это не просто облако или орбита, а бублик. Водород имеет один такой бублик. А литий два. Хотя электронов, частиц и одновременно плазменных образований – три. Есть отчего прийти в недоумение. В школьном курсе химии и физики даются упрощённые представления о строении вещества. Надо это знать и помнить.

Позитрон

Это та же частица, что и предыдущая, но только с обратным знаком. Так уж случилось, что в нашем мире электронов подавляющее большинство, чем его антипода. Хотя, возможно, есть такие области космического пространства, где позитронов больше.

В нашем мире эти частицы стабильны при высоких энергиях. К примеру, в недрах звёзд. Или когда космическое вещество взаимодействует с излучениями.

Нельзя ни на секунду забывать, что эта необычная для нашей области пространства субстанция по поведению и характеристикам – также до конца непонятная пока, как и её сестра, имеющая платье бублика электрона. Эта частица тем более непонятна, так как стабильную её изучать трудно.

Протон

Мы знаем, что материальное вещество состоит из малых тел – атомов. В центре атома есть ядро. Это и есть протон. Образование намного массивнее электрона.

Самое удивительное, что 3 кварка, которые там находятся, никак неделимые. Были эксперименты, когда отсекали у протона часть тела. Отсечённое уходило в виде небольшого выплеска энергии, а протон оставался целёхоньким, вновь с тремя кварками.

Следует знать, что в мире элементарных взаимодействий такие фокусы встречаются часто. Чем глубже в материю, тем чудеснее и волшебнее проявляются эти реальные события на уровне микроскопических масштабов.

Нейтрон

Микроскопическое образование на теле протона. Образно это выглядит таким образом. Трёхмерное тяжёлое облако протона облеплено со всех сторон тяжёлыми облаками нейтронов.

Всё вместе – и нейтроны, облепившие протон, и само центральное тело – рассматривается как она система, которую назвали одним именем – нуклон.

Прослеживается взаимосвязь состояния нуклона от количества бубликов, электронов. То есть это почти живая система, со своим перераспределением энергий, которая, как известно, никуда не исчезает. И нейтрон в этой системе обладает одной из ключевых распределительных функций.

Фотон

Это промежуточное состояние вещества, парадоксальное по своей сути. Он существует только в движении, с определённой скоростью. Частица фотон – это частицы света.

Причём частицей эту уникальную сущность природы можно назвать только условно. Это и частица и волна. Парадоксальность заключается ещё в том, что фотоны могут мгновенно останавливаться, и опять двигаться с прежней огромной скоростью.

Большинство людей даже не задумываются о необычности явления обычного отражения света в зеркале. Свет движется к зеркалу с определённой большой скоростью. На поверхности зеркала останавливается.

Тут же под углом уходит от зеркала в другом направлении, с большой скоростью. А зеркало такое же холодное, как и было. Парадоксально, но это факт. А ведь фотон – материальная частица.

Кварк

Очень удивительные элементарные частицы, которые могут существовать только в связанном состоянии с другими кварками. Тут может быть любая комбинация из разных составляющих. Без этой составляющей физического мира не было бы квантовой физики.

Так как именно кварки, их необычайное поведение и связанные с этим выраженные явно феноменальные законы – стали катализаторами знаний о квантовой физике. При проведении экспериментов и вычислений.

Разные сочетания кварков порождают множество других элементарных частиц. Так пара частиц образуют мезон, тройка – барион. Причём можно подобрать разные сочетания.

Тут ещё непочатый край для экспериментов и исследований. У большинства учёных сложилось впечатление, что исследование в этом направление будет вестись долго. А результатом станут новые научные и технологические открытия.

Глюон

Эти частицы можно понять как связующую субстанцию, которая связывает кварки. Это своеобразный клей для кварков. Отдельно они не могут существовать, а при помощи глюонов, их общего поля – собираются в комбинации элементарных частиц, подчиняющихся каким-то программным установкам физического общего закона взаимодействий, который над ними. Который пронизывает и управляет ими.

Уже классифицированы сотни, если не тысячи новых состояний элементарных частиц, которые образуются из кварков. И всё это благодаря существованию глюонов, их способности соединять, склеивать.

Мюоны

Это мельчайшие составляющие космических лучей определённой насыщенности, способные проходить через атмосферу и даже проникать через горные породы. Удивительно, но эти странные частицы, их свойства, были лучше изучены в результате заинтересованности одним физиком египетскими пирамидами в середине 60 годов прошлого века.

Изучая пирамиды, этот любознательный физик предположил, что мюоны лучше проходят через воздух, чем через горные породы. Он не успел воспользоваться своей догадкой.

Последующие события в том регионе помешали проверить догадки. Но в начале 21 века после исследований и ряда научных работ мюоны были изучены лучше, даже создали мюонный томограф, который был поставлен на службу в деле нахождения ядерной контрабанды.

Нейтрино

Почти неуловимая частица. По своему похожа на фотон и на электрон. Но не имеет заряда. И почти не имеет массы. Скорость движения зависит от массы, которая очень мала.

Нейтрино чуть медленнее света. Зато проникает везде. Сначала её вычислили математически. Потом в процессе экспериментов всё же были зафиксированы реальные данные обнаружения этой удивительной, неуловимой частицы.

Так как это микроскопическое чудо природы не имеет заряда, то прошивает нашу планету во всех направлениях насквозь, не замечая даже этого. Чтобы экспериментально её уловить, стали строить подземные устройства с хитроумной начинкой. И вот уже несколько десятков лет следящая аппаратура у этих устройств иногда фиксирует след пролёта этой почти неуловимой частицы.

Бозон Хиггса

Поиском этой частицы начали заниматься совсем недавно. И вроде уже нашли. Хотя точных сведений пока нет. Почему такой ажиотаж вокруг этой частицы? Дело в том, что современная физика считает, что существование так называемой частицы бога, бозона Хиггса подтвердит верность стандартной модели, которая бытует в современной физике.

По всем расчётам стандартной модели выходит, что должно существовать одно общее поле. Его назвали полем Хиггса. Оно создаёт частицы бозоны Хиггса. А те, в свою очередь, помогают ломать симметрию. У частиц появляется масса. Это объясняет теорию большого взрыва и появление материи после этого. Так это или нет, покажут дальнейшие исследования.

Самая маленькая частица – как ее зовут?

Подписаться
Лента публикаций
Последние публикации
Лучшие публикации
- за

Насколько малы самые маленькие частицы во Вселенной и есть ли они? / Научный хит

Из чего состоит Вселенная на самом базовом, фундаментальном уровне? Существует ли мельчайший из возможных кирпичик или набор кирпичиков, из которых можно построить буквально все в нашей Вселенной и которые нельзя разделить на что-то еще меньшее? На этот вопрос у науки есть много интересных ответов, впрочем, которые нельзя назвать финальными и окончательными.
Потому что в физике всегда есть место для неопределенности, особенно когда речь заходит о том, что мы найдем в будущем.

Если бы вы хотели узнать, из чего состоит Вселенная, с чего бы вы начали? Тысячи лет назад воображение и логика были лучшими инструментами, доступными человеку. Мы знали о материи, но понятия не имели, из чего она состоит. Предполагалось, что существует несколько фундаментальных ингредиентов, которые можно совмещать и объединять — разными способами, в разных условиях — чтобы создать все сущее.
Мы могли экспериментально продемонстрировать, что материя, будь она твердая, жидкая или газообразная, занимает пространство. Мы могли показать, что она обладает массой. Мы могли объединить ее в большие количества или разбить на более мелкие. Но разбить материю и получить доступ к мельчайшим компонентам, которые покажут, насколько «фундаментальной» она может быть, это уже немного другое. Этого мы не могли.
Некоторые считали, что материя может состоять из разных элементов, таких как огонь, земля, воздух и вода. Другие считали, что существует лишь один фундаментальный компонент реальности — монада — из которой все остальное получается и собирается. Другие же, такие как пифагорейцы, полагали, что должна существовать геометрическая математическая структура, устанавливающая правила для реальности, а сборка этих структур привела к появлению известной нам Вселенной.
Идея того, что истинно фундаментальная частица действительно существует, впрочем, восходит к Демокриту Абдерскому, который жил 2400 лет назад. Хотя это была всего лишь идея, Демокрит считал, что вся материя состоит из неделимых частиц, которые он назвал атомами («ἄτομος» по-гречески означает «неделимый»). Атомы, по его мнению, объединяются на фоне пустого пространства. Хотя его идеи содержали много других странных деталей, понятие фундаментальных частиц закрепилось и осталось.
Возьмите любой кусочек материи, который хотите, и попробуйте его разрезать. Затем разбейте его еще на меньшие части. Каждый раз, когда вам это удается, разбивайте и разбивайте, пока сама идея разрезания не потеряет смысл: следующий слой будет толще вашего «ножа». Макроскопические объекты становятся микроскопическими; сложные соединения становятся простыми молекулами; молекулы становятся атомами; атомы становятся электронами и атомными ядрами; атомные ядра становятся протонами и нейтронами, которые и сами делятся на кварки и глюоны.
На самом меньшем из возможных уровней мы можем свести все, что знаем, к фундаментальным, неделимым, подобным частицам объектам: кваркам, лептонам и бозонам Стандартной модели.
Что касается физических величин, они определяются правилами квантовой физики. Каждый квант во Вселенной — структура с ненулевой энергией — может быть описан как содержащий определенное количество энергии. Поскольку все, что существует, можно описать как в виде частицы, так и в виде волны, вы можете установить ограничения и пределы на физические размеры для любых таких квантов.
В то время как молекулы могут прекрасно описывать реальность на нанометровом уровне (10-9 метра), а атомы прекрасно описывают реальность в масштабах Ангстрема (10-10 метра), атомные ядра еще меньше, и отдельные протоны и нейтроны уходят в масштабы до фемтометра (10-15) метра. Частицы Стандартной модели и того меньше. На энергиях, которые мы смогли опробовать, мы можем с уверенностью сказать, что все известные частицы являются точечными и структурно-свободными до 10-19метров.
Лучшие из наших экспериментальных знаний позволяют нам назвать эти частицы фундаментальными по своей природе. Частицы и античастицы, а также бозоны Стандартной модели являются фундаментальными с экспериментальной и теоретической точек зрения. И чем выше энергии частиц, тем острее проявляется структура реальности.
Большой адронный коллайдер позволяет нам ограничить масштабы фундаментальных частиц таким образом, но коллайдеры будущего или чрезвычайно чувствительные эксперименты с космическими лучами могли бы продвинуть нас на много порядков дальше: до 10-21 или даже до 10-26 для самых экстремальных энергетически космических лучей.
При всем этом, эти идеи накладывают ограничения только на то, что мы знаем и можем утверждать. Из них следует, что если мы сталкиваем частицу (или античастицу, или фотон) с некоторым количеством энергии с другой частицей в состоянии покоя, то пораженная частица будет вести себя в фундаментально точечной манере в пределах наших экспериментов, детекторов и достижимых энергий. Эти эксперименты устанавливают эмпирический предел того, насколько большими могут быть мыслимые фундаментальные частицы, и коллективно называются экспериментами по глубокому неупругому рассеянию. Значит ли это, что эти частицы действительно фундаментальны? Вовсе нет. Они могут быть:
и далее делимы, то есть их можно разбить на компоненты поменьше;
резонансом друг друга, когда более тяжелые «кузены» легких частиц представляют возбужденное состояние или составные версии легких;
вовсе не частицами, а скорее частицами на вид с более глубокой нижележащей структурой.
Эти идеи изобилуют сценариями вроде техниколора (и эти сценарии были ограничены после обнаружения бозона Хиггса, однако не исключены), но наиболее заметно представлены в теории струн.
Нет никакого непреложного закона, требующего, чтобы все было сделано из частиц. Реальность на основе частиц — это теоретическая идея, которая поддерживается и согласуется с экспериментами, но наши эксперименты ограничены в энергии и той информации, которую могут рассказать нам о фундаментальной реальности. В сценарии вроде теории струн все так называемые «фундаментальные частиц» могут быть не более чем струной, вибрирующей или вращающейся с определенной частотой, обладающей открытой (с двумя не связанными концами) природой или закрытой (когда два конца связаны). Струны могут расщепляться, образуя два кванта там, где до этого был один, либо соединяться, создавая один квант из двух ранее существующих.
На фундаментальном уровне нет никакого требования, чтобы компоненты нашей Вселенной были нуль-мерными точечными частицами.
Существует множество сценариев, в которых неразгаданные тайны нашей Вселенной, такие как темная материя и темная энергия, вообще не состоят из частиц, а скорее из жидкости или представлены свойством пространства. Природа пространства-времени сама по себе неизвестна; оно может быть фундаментально квантовым или неквантовым по природе, может быть дискретным или непрерывным.
Частицы, известные нам сейчас, которые мы считаем фундаментальными, могут иметь либо конечный, ненулевой размер в одном или более измерений, либо они могут быть истинно точечными, потенциально вплоть до длины Планка или даже меньше.
Самое важное, что нужно понимать, это то, что все, что мы знаем в науке, это условности. В том числе фундаментальность частиц. Нет ничего, что было бы незыблемо или неизменно. Все наши научные знания — это лишь самое лучшее приближение к реальности, которое нам удалось построить к настоящему времени. Теории, которые наилучшим образом описывают нашу Вселенную, могут объяснить все наблюдаемые явления, создавать новые, мощные, проверяемые предсказания и не имеют альтернатив.
Но это не значит, что правильны в любом абсолютном смысле. Наука всегда стремится собирать больше данных, изучать новую территорию и сценарии и пересматривать себя, если возникнет конфликт. Частицы, известные нам, выглядят фундаментальными сегодня, но это не гарантирует, что природа будет продолжать указывать на существование более фундаментальных частиц, если мы продолжит погружение в суть этих частиц.

Самые маленькие частицы во Вселенной

03.06.2020 Кот учёный Интересное

Ответ на постоянный вопрос о самой маленькой вещи во Вселенной развился вместе с человечеством. Люди когда-то думали, что песчинки были строительными блоками того, что мы видим вокруг.

Затем был открыт атом. Концепция атомов была впервые предложена греками, которые полагали, что объекты могут быть бесконечно разделены на две части, пока не останется одна неделимая частичка материи. Эта невообразимо малая единица не могла быть разделена дальше и поэтому называлась «атомом», образованным от греческого слова A-tomos. Где «А» означает «нет» и «томос» — делить.

Он считался неделимым, пока он не раскололся, чтобы обнаружить протоны, нейтроны и электроны внутри. Они тоже казались фундаментальными частицами, прежде чем ученые обнаружили, что протоны и нейтроны состоят из трех кварков каждый.

Так какие же из частиц являются самыми маленькими во Вселенной?

10. Электрон

Электрон — отрицательно заряженная субатомная частица. Он может быть свободным (не привязанным к какому-либо атому) или связанным с ядром атома. Электроны в атомах существуют в сферических оболочках различного радиуса, представляющих энергетические уровни. Чем больше сферическая оболочка, тем выше энергия, содержащаяся в электроне электрических проводниках поток тока возникает в результате движения электронов от атома к атому в отдельности и от отрицательных к положительным электрическим полюсам в целом. В полупроводниковых материалах ток также возникает как движение электронов.

9. Позитрон

Позитроны — это античастицы электронов. Основным отличием от электронов является их положительный заряд. Позитроны образуются при распаде нуклидов, в ядре которых имеется избыток протонов по сравнению с числом нейронов, когда происходит распад, эти радионуклиды испускают позитрон и нейтрино.

В то время как нейтрино выходит без взаимодействия с окружающим веществом, позитрон взаимодействует с электроном. Во время этого процесса аннигиляции массы позитрона и электрона превращаются в два фотона, которые расходятся в почти противоположных направлениях.

8. Протон

Протонная стабильная субатомная частица с положительным зарядом, равным по величине единице заряда электрона и массой покоя 1,67262 × 10 -27 кг.

Около десяти лет назад казалось, что и спектроскопия, и эксперименты по рассеянию сходились на протонном радиусе 0,8768 фемтометров (миллионные доли миллионной доли миллиметра).

Но в 2010 году новый поворот в спектроскопии поставил под сомнение этот идиллический консенсус. Команда измерила протонный радиус 0,84184 фемтометров.

7. Нейтрон

Вы знаете, что нейтроны находятся в ядре атома. В нормальных условиях протоны и нейтроны слипаются в ядре. Во время радиоактивного распада они могут быть выбиты оттуда. Нейтронные числа способны изменять массу атомов, потому что они весят примерно столько же, сколько протон и электрон вместе.

Нейтроны можно найти практически во всех атомах вместе с протонами и электронами. Водород -1 является единственным исключением. Атомы с одинаковым количеством протонов, но с разным количеством нейтронов называются изотопами одного и того же элемента.

Количество нейтронов в атоме не влияет на его химические свойства. Однако это влияет на его период полураспада, меру его стабильности. Нестабильный изотоп имеет короткий период полураспада, при котором половина его распадается на более легкие элементы.

6. Фотон

Представьте себе луч желтого солнечного света, сияющего через окно. Согласно квантовой физике, этот луч состоит из миллиардов крошечных пакетов света, называемых фотонами, которые текут по воздуху. Но что такое фотон?

Фотон — это наименьшее дискретное количество или квант электромагнитного излучения. Это основная единица всего света.

Фотоны всегда находятся в движении и в вакууме движутся с постоянной скоростью всем наблюдателям 2,998 × 10 8 м/с. Обычно это называют скоростью света, обозначаемой буквой с.

Согласно квантовой теории света Эйнштейна, фотоны имеют энергию, равную частоте их колебаний, умноженной на постоянную Планка. Эйнштейн доказал, что свет — это поток фотонов, энергия этих фотонов — это высота частоты их колебаний, а интенсивность света соответствует количеству фотонов.

5. Кварк

Кварк — одна из фундаментальных частиц в физике. Они соединяются, чтобы сформировать адроны, такие как протоны и нейтроны, которые являются компонентами ядер атомов.

Кварк имеет ограничение, что означает, что кварки не наблюдаются независимо, но всегда в сочетании с другими кварками. Это делает невозможным непосредственное измерение свойств (массы, спина и четности) ; эти черты должны быть выведены из частиц, состоящих из них.

4. Глюон

Спустя миллионную долю секунды после Большого взрыва Вселенная была невероятно плотной плазмой, настолько горячей, что не могло существовать ни ядер, ни даже ядерных частиц.

Плазма состояла из кварков, частиц, которые составляют нуклоны и некоторые другие элементарные частицы, и глюонов, безмассовых частиц, которые «переносят» силу между кварками.

Глюоны — это обменные частицы для цветовой силы между кварками, аналогичные обмену фотонов в электромагнитной силе между двумя заряженными частицами. Глюон можно считать фундаментальной обменной частицей, лежащей в основе сильного взаимодействия между протонами и нейтронами в ядре.

3. Мюон

Мюоны имеют такой же отрицательный заряд, как и электроны, но в 200 раз больше массы. Они возникают, когда частицы высокой энергии, называемые космическими лучами, врезаются в атомы в атмосфере Земли.

Путешествуя со скоростью, близкой к скорости света, мюоны осыпают Землю со всех сторон. Каждая область планеты размером с руку поражена примерно одним мюоном в секунду, и частицы могут пройти через сотни метров твердого материала, прежде чем они будут поглощены.

По словам Кристины Карлогану, физика из Физической лаборатории Клермон-Феррана во Франции, их вездесущность и проникающая способность делают мюоны идеальными для визуализации больших плотных объектов без их повреждения.

2. Нейтрино

Нейтрино — это субатомная частица, которая очень похожа на электрон, но не имеет электрического заряда и очень маленькой массы, которая может даже быть нулевой.

Нейтрино являются одной из самых распространенных частиц во Вселенной. Однако, поскольку они очень мало взаимодействуют с материей, их невероятно сложно обнаружить.

Для обнаружения нейтрино требуются очень большие и очень чувствительные детекторы. Как правило, нейтрино с низкой энергией проходит через многие световые годы нормальной материи, прежде чем взаимодействовать с чем-либо.

Следовательно, все наземные нейтринные эксперименты основаны на измерении крошечной доли нейтрино, которые взаимодействуют в детекторах разумного размера.

1. Бозон Хиггса

Физике частиц обычно тяжело конкурировать с политикой и сплетнями знаменитостей за заголовки, но бозон Хиггса привлек серьезное внимание. Возможно, знаменитое и неоднозначное прозвище знаменитого бозона, «Частица Бога», заставляло гудеть средства массовой информации.

С другой стороны, интригующая возможность того, что бозон Хиггса отвечает за всю массу во Вселенной, захватывает воображение.

Бозон Хиггса является, если не сказать, самой дорогой частицей всех времен. Это немного несправедливое сравнение; например, для открытия электрона потребовалось немного больше, чем для вакуумной трубки и настоящего гения, а для поиска бозона Хиггса потребовалось создание экспериментальных энергий, которые раньше редко встречались на планете Земля. ©

Источник: porosenka.net

самые мелкие частицы в природе — МОЛОДОСТИ ВИВАТ!

Вирусы и нейролины — это не самые мелкие существа в природе. Мир состоит из впечатляюще маленьких элементарных частиц.

1. Хиггсовский бозон — частица столь важная, что в научном мире она была названа «частицей Бога»: полагают, что эта частица даёт массу всем другим частицам. Бозон Хиггса — квант, который впервые был теоретизирован в 1964 году, когда учёные задались вопросом, почему некоторые частицы массивнее других. Чтобы открыть эту частицу, построили Большой Адронный Коллайдер. Многие учёные надеются найти недостающую часть головоломки, объясняющую «стандартную модель» физики. Но чёртова частица всё ещё не обнаружена. БХ связан с так называемым полем Хиггса, решётками заполняющими вселенную. Посредством частиц БХ тела «договариваются» с пространством о своём месте в этом пространстве. Именно бозонами Хиггса обмениваются тела, и полагают, что хиггсовский бозон ответственен за массу частицы и за её расположение в пространстве.

2. Кварки — удивительные строительные блоки для протонов и нейтронов. Кварки никогда не бывают одиночками, они всегда существуют только группами. Сила, которая связывает кварки вместе, увеличивается с расстоянием: чем дальше кто-то пытается вырвать одинокий кварк, тем сильнее он сопротивляется. Поэтому свободных кварков нет в природе. Эти фундаментальные частицы имеют шесть («ароматов») вариантов: например, протоны сделаны из трёх «верхних» кварков и одного «нижнего», в то время как нейтроны имеют два нижних и один верхний. Верхние и нижние кварки имеют самые низкие массы и являются наиболее распространёнными, а более тяжёлые кварки быстро распадаются на более лёгкие кварки. Однако более тяжёлые кварки могут возникать при столкновениях с высокой энергией, например в сильных атомных сжимателях. Сильные взаимодействия (обмен глюоном) могут менять цвет кварка, но не меняют его аромат. Слабые взаимодействия, наоборот, не меняют цвет, но меняют аромат. Разлететься могут лишь «бесцветные» комбинации кварков — адроны. Кварки асимптотически свободны при высоких энергиях.

3. Фотонины, селероны, нейтралины. Это всего лишь несколько типов суперсимметричных частиц, особая марка частиц. «Суперсимметричные частицы» были предсказаны теорией суперсимметрии. Теория утверждает, что у каждой частицы, о которой мы знаем, есть спаринг-частица, которую мы ещё не обнаружили. Например, суперпартнёр электрону — селектор, партнёром кварка является скварка, а партнёром фотона является фотоно. Почему мы не наблюдаем этих партнёров во Вселенной сейчас? Учёные считают, что они намного тяжелее, чем их обычные сёстры-частицы, и чем тяжелее частица, тем короче её жизнь. По сути, они начинают разрушаться в момент своего создания. Создание sparticles требует экстремального количества энергии, примерно такого, какой существовал вскоре после Большого взрыва и, возможно, будет создан на больших ускорителях частиц, таких как Большой адронный коллайдер (LHC).
Физики предполагают, что симметрия может быть нарушена в каком-то скрытом секторе вселенной, которого мы не можем видеть или касаться, а можем только ощущать гравитационно.

4. Нейтрино — они представляют собой лёгкие, субатомные частицы, которые свистят на ближней световой скорости. Фактически триллионы нейтрино текут через наше тело в каждый момент, хотя они редко взаимодействуют с нормальной материей. Некоторые нейтрино приходят от Солнца, в то время как другие исходят из космических лучей, взаимодействующих с земной атмосферой и от астрономических источников, таких как взрывающиеся звёзды на Млечном Пути и других далеких галактиках. Партнёр и анти- Нейтрино называется геонейтрино и, как и другие взаимодействия с антиматерией, когда они встречаются, то уничтожают друг друга.

5. Гравитоны. В области квантовой механики все фундаментальные силы переносятся частицами. Например, свет состоит из безмассовых частиц, называемых фотонами. Подобным же образом гравитон — это элементарная частица, которая несёт силу тяжести. Учёным ещё предстоит обнаружить гравитоны. Их сложно найти, потому что они слабо взаимодействуют с веществом. Гравитон — гипотетически безмассовая частица — квант гравитационного поля, который всегда движется со скоростью света.

6. Антивещество. Считается, что все нормальные частицы имеют частицы антивещества с одинаковой массой, но противоположными зарядами. Когда встречаются материя и антиматерия, они аннигилируют друг друга. Патентная частица антивещества протона, например, называется антипротоном, а партнёр антивещества электрона называется позитроном.

Самые "крутые" маленькие частицы в природе

Они появляются в разных формах и размерах, некоторые приходят в деструктивных дуэтах, то есть в итоге уничтожают друг друга, а у некоторых есть невероятные названия, такие как "нейтралино". Вот список мельчайших частиц, которые поражают даже самих физиков.

Частица Бога

Бозон Хиггса – это частица, которая настолько важна для науки, что она получила прозвище «частица Бога». Именно она, как полагают ученые, дает массу всем остальным частицам. Впервые о ней заговорили в 1964 году, когда физики задались вопросом о том, почему некоторые из частиц имеют большую массу, чем другие. Бозон Хиггса связан с полем Хиггса, своеобразной решеткой, которая заполняет собой вселенную. Поле и бозон считаются ответственными за получение другими частицами массы. Многие ученые полагают, что именно механизм Хиггса содержит в себе недостающие кусочки мозаики, чтобы полностью понять стандартную модель, которая описывает все известные частицы, однако связь между ними пока не доказана.

Кварки

Кварки – это восхитительно названные блоки протонов и нейтронов, которые никогда не бывают одни и всегда существуют только в группах. Судя про всему, сила, которая связывает кварки вместе, увеличивается с ростом дистанции, то есть чем сильнее кто-то будет пытаться отдалить один из кварков от группы, тем сильнее он будет притягиваться обратно. Таким образом, свободные кварки просто не существуют в природе. Всего существует шесть видов кварков, и, например, протоны и нейтроны состоят из нескольких кварков. В протоне их три – два одинакового вида, и один – другого, а в нейтроне – только два, оба разного вида.

Суперпартнеры

Эти частицы относятся к теории суперсимметрии, которая говорит о том, что для каждой известной человеку частицы имеется другая подобная частица, которая еще не была обнаружена. Например, суперпатнер электрона – это селектрон, суперпартнер кварка – скварк, а суперпартнер фотона – фотино. Почему же эти суперчастицы не наблюдаются во вселенной сейчас? Ученые считают, что они намного тяжелее, чем их партнеры, а большщий вес сокращает срок службы. Эти частицы начинают разрушаться, как только они появляются на свет. Создание частицы требует огромного количества энергии, например такого, которое было произведено Большим Взрывом. Возможно, ученые найдут способ воспроизвести суперчастицы, например, в Большом адронном коллайдере. Что касается большего размера и веса суперпартнеров, ученые полагают, что симметрия была нарушена в скрытом секторе вселенной, который не может быть видим или найден.

Нейтрино

Это легкие субатомные частицы, которые движутся со скоростью, близкой к скорости света. На самом деле, триллионы нейтрино движутся через ваше тело в каждый отдельно взятый момент времени, но при этом они практически никогда не взаимодействуют с обычной материей. Некоторые нейтрино приходят от Солнца, другие – от космических лучей, взаимодействующих с атмосферой.

Антиматерия

Все обычные частицы имеют партнера в антиматерии, идентичные частицы с противоположным зарядом. Когда материя и антиматерия встречаются друг с другом, они взаимоуничтожаются. Для протона такая частица – антипротон, а вот для электрона – позитрон.

Гравитоны

В квантовой механике все фундаментальные силы осуществляются частицами. Например, свет состоит из частиц с нулевой массой, называемых фотонами, они несут электромагнитную силу. Точно так же гравитоны являются теоретическими частицами, которые несут силу тяжести. Ученые до сих пор пытаются отыскать гравитоны, но сделать это очень сложно, так как данные частицы очень слабо взаимодействуют с материей. Однако ученые не оставляют попыток, так как надеются, что все же у них получится поймать гравитоны, чтобы более подробно их изучить – это может стать настоящим прорывом в квантовой механике, так как многие подобные частицы уже были изучены, но гравитон остается исключительно теоретическим. Как видите, физика может быть гораздо более интересной и захватывающей, чем вы себе можете представить. Весь мир наполнен разнообразными частицами, каждая из которых - это огромное поле для исследования и изучения, а также огромная база знаний обо всем, что окружает человека. И стоит только задуматься о том, сколько уже открыто частиц - и сколько людям еще предстоит открыть.

Нашли нарушение? Пожаловаться на содержание

Какая самая маленькая элементарная частица?

Астрофизика

Наука

Анатомия и физиология
Астрономия
Астрофизика
Биология
Химия
наука о планете Земля
Наука об окружающей среде
Органическая химия
Физика

Математика

Алгебра
Исчисление
Геометрия
Предалгебра
Precalculus
Статистика
Тригонометрия

элементарных частиц

Элементарные частицы :

Одна из основных задач современной физики - ответить на вопрос «Что из чего состоит Вселенная? »Часто этот вопрос сводится к« Что такое материя? » и что их скрепляет? "Это продолжает линию расследования начат Демокрит, Далтон и Резерфорд.

Современная физика говорит о фундаментальных строительных блоках Природы, где фундаментальный подход к редукционистскому пониманию простых и бесструктурный.Многие из частиц, которые мы обсуждали до сих пор, выглядят простые по своим свойствам. Все электроны имеют одинаковые характеристики (масса, заряд и т. д.), поэтому мы называем электрон фундаментальным потому что все они не уникальны.

Поиск происхождения материи означает понимание элементарных частиц. И с появление холизма, понимание элементарных частиц требует понимания не только их характеристик, но и того, как они взаимодействуют и относятся к другим частицам и силам Природы, область физики называется частица физика.

Изучение частиц - это тоже история передовых технологий, начинающаяся с поиск первичной составляющей. Более 200 субатомных частиц были обнаружены до сих пор, все обнаружены в сложных частицах ускорители. Однако большинство из них не фундаментальны, большинство из них состоит из других, более простых частиц. Например, Резерфорд показал что атом состоит из ядра и вращающихся электронов. Позже физики показали, что ядро состоит из нейтронов и протонов. Более поздние работы показали, что протоны и нейтроны состоят из кварки.

Кварки и лептоны :

Два самых фундаментальных типа частиц - это кварки и лептоны. Кварки и лептоны разделен на 6 ароматов, соответствующих трем поколениям материи. Кварки (и антикварки) имеют электрические заряды в единицах 1/3 или 2/3. Лептоны имеют заряды в единицах 1 или 0.

Нормальные повседневные дела относятся к первому поколению, поэтому мы можем сосредоточиться наше исследование верхних и нижних кварков, электронного нейтрино (часто называемого просто нейтрино) и электроны.Обратите внимание, что каждому кварку или лептону соответствует своя античастица. Например, есть верхний антикварк, антиэлектрон (называемый позитрон) и антинейтрино. Бозоны не имеют античастиц, поскольку они являются носителями силы (см. основные силы).

Основные силы :

На материю влияют силы или взаимодействия (термины сменные). Во Вселенной четыре фундаментальные силы:

гравитация (между частицами с массой)
электромагнитный (между частицами с зарядом / магнетизмом)
сильное ядерное взаимодействие (между кварками)
слабое ядерное взаимодействие (действует между нейтрино и электроном)

Первые два вам знакомы: гравитация - сила притяжения. между всей материей электромагнитная сила описывает взаимодействие заряженные частицы и магнетизм.Свет (фотоны) объясняется взаимодействие электрического и магнитного полей.

Сильное взаимодействие связывает кварки в протоны, нейтроны и мезоны и удерживает ядра атома вместе, несмотря на отталкивающий электромагнитный сила между протонами. Слабая сила контролирует радиоактивный распад атомные ядра и реакции между лептонами (электронами и нейтрино).

Современная физика (называемая квантовой теорией поля) объясняет обмен энергия во взаимодействиях за счет использования носителей силы, называемых бозонами.В у дальнодействующих сил есть носители силы с нулевой массой, гравитон и фотон. Они работают в масштабах больше, чем солнечная система. На короткие расстояния силы имеют очень массивные носители силы, W +, W- и Z для слабых сила, глюон для сильного взаимодействия. Они работают на весах размером атомных ядер.

Итак, хотя сильная сила имеет наибольшую силу, она также имеет самый короткий радиус действия.

Барионы и мезоны :

Кварки объединяются, чтобы сформировать основные строительные блоки материи, барионов и мезоны.Барионы состоят из трех кварков, образующих протоны и нейтроны. ядер атомов (а также антипротонов и антинейтронов). Мезоны, сделанные кварковых пар обычно находятся в космических лучах. Обратите внимание, что кварки все вместе дают заряды -1, 0 или +1.

Таким образом, наше нынешнее понимание структуры атома показано внизу атом содержит ядро, окруженное облаком отрицательно заряженные электроны. Ядро состоит из нейтральных нейтронов и положительно заряженные протоны.Противоположный заряд электрона и протон связывает атом вместе с помощью электромагнитных сил. Протоны и нейтроны состоят из верхних и нижних кварков, чьи дробные заряды (2/3 и -1/3) объединяются, чтобы произвести 0 или +1 заряд протон и нейтрон. Ядро связано ядерным сильная сила (которая преодолевает электромагнитное отталкивание одноименно заряженные протоны)

Color Charge :

Кварки в барионах и мезонах связаны друг с другом сильным взаимодействием в форма обмена глюонами.Очень похоже на то, как электромагнитная сила сила определяется количеством электрического заряда, сильная сила прочность определяется новой величиной, называемой цветным зарядом.

Кварки бывают трех цветов: красного, синего и зеленого (на самом деле они не цветные, мы просто описываем их цветовой заряд в этих терминах). Итак, в отличие от электромагнитные заряды, которые бывают двух видов (положительный и отрицательный или северный и южный полюса), цветовой заряд в кварках бывает трех типов. И, что еще больше сбивает с толку, цветной заряд также имеет свои античастицы. природа.Итак, есть анти-красный, анти-синий и анти-зеленый.

Глюоны выполняют функцию переноса цвета при взаимодействии с кварки. Барионы и мезоны должны иметь такое сочетание цветов, чтобы результат белый. Например, красный, синий и зеленый составляют белый. Также красный и анти-красный сделать белым.

Конфайнмент кварка :

Свободных кварков, то есть кварков, не может быть. Все кварки должны быть связанным с другим кварком или антикварком за счет обмена глюонами.Этот называется удержанием кварка. Обмен глюонами дает цвет силовое поле, относящееся к назначению цветного заряда кваркам, похож на электрический заряд.

Цветное силовое поле необычно тем, что разделение кварков делает силовое поле сильнее (в отличие от электромагнитных или гравитационных сил которые ослабевают с расстоянием). Нужна энергия, чтобы преодолеть цвет силовое поле. Эта энергия увеличивается, пока не появится новый кварк или антикварк. (энергия равна массе, E = mc ²).

Два новых кварка образуются и связываются со старыми кварками, образуя два новых мезона. Таким образом, ни один из кварков никогда не находился изолированно. Кварки всегда путешествуют парами или тройками.

Квантовая электродинамика :

Подполе физики, объясняющее взаимодействие заряженных частиц и свет называется квантовым электродинамика. Квантовая электродинамика (КЭД) расширяет квантовую теорию к силовым полям, начиная с электромагнитных полей.

В рамках КЭД заряженные частицы взаимодействуют путем обмена виртуальными фотоны, фотоны, которые не существуют вне взаимодействия и только служат переносчиками импульса / силы.

Обратите внимание на устранение действия на расстоянии, взаимодействие обусловлено для прямого контакта фотонов.

В 1960-х годах формулировка КЭД привела к объединению теорий слабых и электромагнитных взаимодействий. Эта новая сила, называемая электрослабая, возникает при очень высоких температурах, например, в ранняя Вселенная и воспроизведена в ускорителях частиц. Объединение означает, что при этом слабые и электромагнитные силы становятся симметричными. точка, они ведут себя, как если бы они были одной силой.

Электрослабое объединение породило веру в то, что слабые, электромагнитные и сильные силы могут быть объединены в то, что называется Стандартная модель материи.

Квантовая хромодинамика :

Квантовая хромодинамика - это раздел физики, который описывает сильные или `` цветная '' сила, которая связывает кварки вместе с образованием барионов и мезонов, и приводит к сложной силе, которая связывает атомные ядра вместе.

Сильная сила преодолевает электромагнитные или гравитационные силы. только на очень близком расстоянии.Вне ядра эффект сильного силы не существует.

Действие на расстоянии :

Ньютоновская физика предполагает прямую связь между причиной и следствием. Электрические и магнитные силы создают дилемму для этой интерпретации, поскольку между двумя зарядами нет прямого контакта, скорее есть действие на расстоянии.

Для разрешения этой дилеммы было высказано предположение, что существует обмен переносчиков силы между заряженными частицами.Эти носители силы позже были отождествлены с частицами света (фотонами). Эти частицы служил для передачи импульса при контакте между заряженными частицами, очень похоже на столкновение автомобилей и грузовиков.

Однако эта попытка разрешить действие на расстоянии парадокс использует природу частиц для освещения при наблюдении за интерференцией узоры ясно показывают, что свет имеет волнообразную природу. это было эта двойственная природа света, как частицы, так и волны (см. дуальность волна / частица), это привело к революции, известной как квантовая физика.

Теория всего :

Это оно? Являются ли кварки и лептоны фундаментальными строительными блоками? Ответ = возможно. Мы все еще пытаемся заполнить пробелы в том, что известна как Стандартная модель.

Стандартная модель - это способ разобраться в множественности элементарные частицы и силы в рамках единой схемы. Стандарт Модель представляет собой сочетание двух схем; электрослабая сила (объединение электромагнетизма и слабого взаимодействия) плюс квантовая хромодинамика.Хотя Стандартная модель принесла значительный количество порядка элементарных частиц и привело к важным По прогнозам, модель не лишена серьезных трудностей.

Например, Стандартная модель содержит большое количество произвольных константы. Хороший выбор констант приводит к точному совпадению с результаты экспериментов. Однако хорошая фундаментальная теория должна быть единой. где постоянные очевидны.

Стандартная модель не включает объединение всех сил и, следовательно, является неполным.Есть сильное ожидание, что существует грандиозный Единая теория поля (GUTS), которая придаст более глубокий смысл Стандартная модель и объясните недостающие элементы.

Супергравитация :

Даже GUTS неполон, потому что он не включает пространство-время и следовательно гравитация. Предполагается, что `` Теория всего '' (ТОЭ) объединит все фундаментальные силы, материю и искривленную пространство-время под одной объединяющей картиной. Для космологии это будет единственная сила, которая контролировала Вселенную во время формирования.В текущий подход к поиску ОО состоит в том, чтобы попытаться раскрыть некоторую фундаментальную симметрию, возможно, симметрию симметрий. Должны быть предсказания из ОО, такие как существование Хиггса частица, источник массы во Вселенной.

Одним из примеров попытки сформулировать TOE является супергравитация, квантовая теория который объединяет типы частиц с помощью десятимерного пространства-времени (см. диаграмму ниже). Пространство-время (конструкция 4D) была успешной в объясняя гравитацию.Что, если субатомный мир также является геометрическим? явление.

Многие другие измерения времени и пространства могут быть похоронены в квантовой уровень, выходящий за рамки нашего обычного опыта, оказывает влияние только на микроскопический мир элементарных частиц.

Вполне возможно, что под квантовой областью находится мир чистый хаос, без каких-либо фиксированных законов или симметрий. Одна вещь очевидно, что чем больше наши усилия доходят до области фундаментальных законы, тем более оторваны от опыта результаты.

Теория струн :

Еще одна недавняя попытка сформировать ОО - это М (мембрана) или струна. теория. Теория струн на самом деле является теорией высокого порядка, в которой другие модели такие как супергравитация и квантовая гравитация, появляются как приближения. Базовый Предпосылка теории струн состоит в том, что субатомные сущности, такие как кварки и силы, являются на самом деле крошечные петли, струны и мембраны, которые ведут себя как частицы при высоких энергии.

Одна из проблем физики элементарных частиц - это ошеломляющее количество элементарные частицы (мюоны, пионы, мезоны и т. д.).Струнная теория решает эту проблему, предлагая небольшие петли, около 100 миллиардов в миллиарды раз меньше, чем протон, колеблются ниже субатомной уровень, и каждый режим вибрации представляет собой отдельный резонанс, который соответствует конкретной частице. Таким образом, если бы мы могли увеличить квантовую частицу мы увидим крошечную вибрирующую струну или петлю.

Фантастический аспект теории струн, который делает ее таким привлекательным кандидатом. для TOE заключается в том, что он не только объясняет природу квантовых частиц. но он также объясняет пространство-время.Струны могут разбиться на более мелкие струны или объедините, чтобы сформировать более крупные струны. Этот сложный набор движения должны подчиняться непротиворечивым правилам и ограничениям, вызванным эти правила приводят к тем же отношениям, описываемым теорией относительности теория.

Еще один аспект теории струн, который отличается от других кандидатов в ОО: его высокая эстетическая красота. Теория струн - это геометрическая теория. которая, как и общая теория относительности, описывает объекты и взаимодействия через использование геометрии и не страдает бесконечностями или тем, что называется проблемы нормализации, такие как квантовая механика.Может быть невозможно проверить предсказания теории струн, поскольку для этого потребуется температура и энергии, подобные тем, что были в начале Вселенной. Таким образом, мы прибегают к оценке достоинств этой теории по ее элегантности и внутреннему согласованность, а не данные эксперимента.

Что такое элементарные частицы? | Живая наука

Элементарные частицы - самые маленькие из известных строительных блоков Вселенной. Считается, что они не имеют внутренней структуры, а это означает, что исследователи думают о них как о нульмерных точках, которые не занимают места. Электроны, вероятно, являются наиболее знакомыми элементарными частицами, но Стандартная модель физики, которая описывает взаимодействия частиц и почти все силы, признает всего 10 элементарных частиц.

Электроны и связанные с ними частицы

Электроны - это отрицательно заряженные компоненты атомов.Хотя они считаются нульмерными точечными частицами, электроны окружены облаком других виртуальных частиц, которые постоянно появляются и исчезают, которые по сути действуют как часть самого электрона. Некоторые теории предсказывают, что у электрона есть слегка положительный полюс и слегка отрицательный полюс, а это означает, что это облако виртуальных частиц должно быть немного асимметричным.

Если бы это было так, электроны могли бы вести себя иначе, чем их двойники из антивещества, позитроны, что потенциально могло бы объяснить многие загадки материи и антивещества.Но физики неоднократно измеряли форму электрона и находили, что он идеально круглый, насколько им известно, оставив их без ответов на загадки антивещества.

У электрона есть два более тяжелых родственника: мюон и тау. Мюоны могут быть созданы, когда космические лучи высокой энергии из космоса попадают в верхнюю часть атмосферы Земли, создавая поток экзотических частиц. Тау еще реже и труднее производить, поскольку они более чем в 3400 раз тяжелее электронов.Нейтрино, электроны, мюоны и тау составляют категорию элементарных частиц, называемых лептонами.

Кварки и их причудливость

Кварки, из которых состоят протоны и нейтроны, являются еще одним типом элементарных частиц. Вместе с лептонами кварки составляют вещество, которое мы считаем материей.

Когда-то ученые считали атомы самыми маленькими объектами; это слово происходит от греческого «атомос», что означает «неделимый». Примерно на рубеже 20-го века было показано, что атомные ядра состоят из протонов и нейтронов.Затем, на протяжении 1950-х и 60-х годов, ускорители элементарных частиц продолжали обнаруживать множество экзотических субатомных частиц, таких как пионы и каоны.

Согласно историческому отчету Национальной ускорительной лаборатории SLAC в Калифорнии, в 1964 году физики Мюррей Гелл-Манн и Джордж Цвейг независимо друг от друга предложили модель, которая могла бы объяснить внутреннюю работу протонов, нейтронов и остальной части зоопарка частиц. Внутри протонов и нейтронов находятся крошечные частицы, называемые кварками, которые бывают шести возможных типов или ароматов: верхний, нижний, странный, очаровательный, нижний и верхний.

Протоны состоят из двух верхних кварков и нижнего кварка, а нейтроны состоят из двух нижних и нижних кварков. Верхний и нижний кварки - самые легкие разновидности. Поскольку более массивные частицы имеют тенденцию распадаться на менее массивные, верхние и нижние кварки также являются наиболее распространенными во Вселенной; следовательно, протоны и нейтроны составляют большую часть известного нам вещества.

К 1977 году физики выделили пять из шести кварков в лаборатории - верхний, нижний, странный, очаровательный и нижний - но только в 1995 году исследователи из Национальной ускорительной лаборатории Фермилаб в Иллинойсе обнаружили последний кварк, верхний предел. кварк.Его поиски были такими же интенсивными, как и более поздняя охота за бозоном Хиггса. Топ-кварк было так сложно произвести, потому что он примерно в 100 триллионов раз тяжелее, чем ап-кварки, а это значит, что для его производства в ускорителях частиц требовалось гораздо больше энергии.

Диаграмма показывает, как кварки обычно вписываются в наше понимание крошечных частиц. (Изображение предоставлено: udaix / Shutterstock)

Фундаментальные частицы природы

Затем есть четыре фундаментальных силы природы: электромагнетизм, гравитация, а также сильные и слабые ядерные взаимодействия.С каждым из них связана фундаментальная частица.

Фотоны - самые известные; они несут электромагнитную силу. Глюоны несут в себе сильное ядерное взаимодействие и находятся в кварках внутри протонов и нейтронов. Слабое взаимодействие, которое опосредует определенные ядерные реакции, переносится двумя фундаментальными частицами, W- и Z-бозонами. Согласно ЦЕРНу, нейтрино, которые чувствуют только слабую силу и гравитацию, взаимодействуют с этими бозонами, и поэтому физики смогли сначала предоставить доказательства их существования с помощью нейтрино.

Gravity здесь посторонний. Он не включен в Стандартную модель, хотя физики подозревают, что с ним может быть связана фундаментальная частица, которую можно назвать гравитоном. Если гравитоны существуют, их можно было бы создать на Большом адронном коллайдере (LHC) в Женеве, Швейцария, но они быстро исчезли бы в дополнительных измерениях, оставив после себя пустую зону, где они были бы, согласно ЦЕРНу. Пока что LHC не обнаружил свидетельств наличия гравитонов или дополнительных измерений.

Моделирование, показывающее рождение бозона Хиггса при столкновении двух протонов на Большом адронном коллайдере. Бозон Хиггса быстро распадается на четыре мюона, которые представляют собой тип тяжелого электрона, который не поглощается детектором. Желтым цветом показаны треки мюонов. (Изображение предоставлено Лукасом Тейлором / CMS)

Неуловимый бозон Хиггса

Наконец, есть бозон Хиггса, король элементарных частиц, который отвечает за то, что все остальные частицы придают их массу.Охота на Хиггса была серьезным делом для ученых, стремившихся завершить свой каталог Стандартной модели. Когда в 2012 году Хиггса наконец обнаружили, физики обрадовались, но результаты также поставили их в затруднительное положение.

Хиггс выглядит примерно так, как и предполагалось, но ученые надеялись на большее. Стандартная модель известна как неполная; например, в нем отсутствует описание гравитации, и исследователи думали, что открытие Хиггса поможет указать на другие теории, которые могли бы заменить Стандартную модель.Но пока они оказались пустыми в этом поиске.

Дополнительные ресурсы :

Элементарная частица - Простая английская Википедия, бесплатная энциклопедия

Стандартная модель элементарных частиц.
1 ГэВ / c ² = 1,783x10 ^-27 кг. 1 МэВ / c ² = 1,783x10 ^-30 кг.

В физике элементарная частица или элементарная частица - это частица, которая не состоит из других частиц.

Элементарная частица может быть одной из двух групп: фермион или бозон. Фермионы являются строительными блоками материи и обладают массой, в то время как бозоны ведут себя как носители силы для фермионных взаимодействий, а некоторые из них не имеют массы.^[1] Стандартная модель - это наиболее распространенный способ объяснить, как ведут себя частицы и какие силы на них действуют. В соответствии с этой моделью элементарные частицы далее группируются в кварки, лептоны и калибровочные бозоны, причем бозон Хиггса имеет особый статус некалибровочного бозона.

Из частиц, составляющих атом, только электрон является элементарной частицей. Протоны и нейтроны состоят из трех кварков, что делает их составными частицами, частицами, состоящими из других частиц.Кварки связаны глюонами. В ядре есть поля бозонных пионов, ответственные за сильную ядерную силу, связывающую протоны и нейтроны против электростатического отталкивания между протонами. Такие виртуальные пионы состоят из кварковых антикварковых пар, снова удерживаемых вместе глюонами.

Существует три основных свойства, описывающих элементарную частицу: 'масса', 'заряд' и 'спин'. Каждому свойству присваивается числовое значение. Для массы и заряда число может быть нулевым. Например, фотон имеет нулевую массу, а нейтрино - нулевой заряд.Эти свойства всегда остаются неизменными для элементарной частицы.

Масса: частица имеет массу, если ей требуется энергия для увеличения скорости или ускорения. В таблице справа указана масса каждой элементарной частицы. Значения даны в МэВ / c ² s (то есть в мегаэлектронвольтах в квадрате с), то есть в единицах энергии по отношению к квадрату скорости света. Это происходит из специальной теории относительности, которая утверждает, что энергия равна массе, умноженной на квадрат скорости света.Все частицы с массовой гравитацией. На все частицы действует сила тяжести, даже на частицы без массы, такие как фотон (см. Общую теорию относительности).
Электрический заряд: Частицы могут иметь положительный заряд, отрицательный заряд или его отсутствие. Если одна частица имеет отрицательный заряд, а другая частица - положительный, две частицы притягиваются друг к другу. Если обе частицы имеют отрицательный заряд или обе имеют положительный заряд, две частицы раздвигаются. На коротких расстояниях эта сила намного сильнее силы тяжести, которая сближает все частицы.Электрон имеет заряд -1. Протон имеет заряд +1. Нейтрон имеет средний заряд 0. Нормальные кварки имеют заряд или-.
Спин: угловой момент или постоянное вращение частицы имеет определенное значение, называемое ее числом вращения. Спин элементарных частиц - один или ½. Свойство спина частиц указывает только на наличие углового момента. На самом деле частицы не вращаются.

Масса и заряд - это свойства, которые мы видим в повседневной жизни, потому что гравитация и электричество влияют на то, что люди видят и к которым прикасаются.Но спин влияет только на мир субатомных частиц, поэтому его нельзя непосредственно наблюдать.

Фермионы (названные в честь ученого Энрико Ферми) имеют спиновое число 1/2 и являются либо кварками, либо лептонами. Существует 12 различных типов фермионов (не считая антивещества). Каждый вид называется «ароматизатором». Ароматы:

Quarks : вверх, вниз, очарование, странное, вверху, внизу. Кварки делятся на три пары, называемые «поколениями». Первое поколение (верхнее и нижнее) - самое легкое, а третье (верхнее и нижнее) - самое тяжелое.Один член каждой пары (верх, шарм и верх) получает заряд ⅔. Другой член (нижний, странный и нижний) имеет заряд -⅓.
Лептоны : электрон, мюон, тау, электронное нейтрино, мюонное нейтрино, тау-нейтрино. Нейтрино имеют заряд 0, отсюда и префикс нейтрино. Остальные лептоны имеют заряд -1. Каждое нейтрино названо в честь соответствующего исходного лептона: электрона, мюона и тауона.

Считается, что шесть из 12 фермионов существуют вечно: верхние и нижние кварки, электрон и три вида нейтрино (которые постоянно меняют аромат).Остальные фермионы распадаются на . То есть они распадаются на другие частицы через долю секунды после своего создания. Статистика Ферми-Дирака - это теория, описывающая поведение совокупностей фермионов. По сути, у вас не может быть более одного фермиона в одном месте одновременно.

Бозоны , названные в честь индийского физика Сатьендры Натха Боса, имеют спин 1. Хотя большинство бозонов состоит из более чем одной частицы, существует два типа элементарных бозонов:

Калибровочные бозоны : глюоны, W ⁺ и W ^- бозоны, Z ⁰ бозоны и фотоны.Эти бозоны несут 3 из 4 фундаментальных сил и имеют спиновое число 1;
- Глюон: Глюоны безмассовые и беззарядные частицы, и они являются переносчиками сильного силового взаимодействия. Они, вместе с кварками, объединяются, чтобы образовать составные частицы, называемые адронами, которые включают протоны и нейтроны.
- W- и Z-бозоны: W- и Z-бозоны - это частицы, несущие слабую силу. W-бозон имеет частицу материи (W ⁺) и частицу антивещества (W ^-), тогда как Z-бозон является собственной античастицей.W-бозон образуется в бета-распаде, но почти сразу превращается в нейтрино и электрон. Бозоны W и Z были открыты в 1983 году.
- Фотон: Фотоны - это безмассовые и беззарядные частицы, которые несут электромагнитную силу. Фотоны могут иметь определенную частоту, которая определяет, что это за электромагнитное излучение. Как и все другие безмассовые частицы, они движутся со скоростью света (300 000 км / с).
Бозон Хиггса: физики считают, что массивные частицы обладают массой (то есть они не являются чистыми сгустками энергии, такими как фотоны) из-за взаимодействия Хиггса.

Фотон и глюоны не имеют заряда и являются единственными элементарными частицами, масса которых наверняка равна 0. Фотон - единственный бозон, который не распадается. Статистика Бозе-Эйнштейна - это теория, описывающая поведение совокупностей бозонов. В отличие от фермионов, в одном и том же пространстве одновременно может находиться более одного бозона.

Стандартная модель включает в себя все элементарные частицы, описанные выше. Все эти частицы наблюдались в лаборатории.

Стандартная модель не говорит о гравитации. Если гравитация работает как три другие фундаментальные силы, то гравитация переносится гипотетическим бозоном, называемым гравитоном. Гравитон еще не найден, поэтому он не включен в таблицу выше.

Первый открытый фермион, о котором мы знаем больше всего, - это электрон. Первый бозон, который будет открыт и о котором мы знаем больше всего, - это фотон. Теория, которая наиболее точно объясняет, как электрон, фотон, электромагнетизм и электромагнитное излучение работают вместе, называется квантовой электродинамикой.

↑ Сильви Брайбант; Джорджио Джакомелли; Маурицио Спурио (2012). Частицы и фундаментальные взаимодействия: введение в физику элементарных частиц (2-е изд.). Springer. С. 1–3. ISBN 978-94-007-2463-1 .

Элементарных частиц

Краткая история частиц

Атомы, электроны и протоны

Английский химик, физик и метеоролог Джон Далтон считается отцом современной теории атома. В 1805 году Дальтон опубликовал статью, в которой были изложены следующие основные положения теории атома:

Элементы состоят из очень маленьких частиц, называемых атомами.
Атомы данного элемента идентичны по размеру, массе и другим свойствам.
Атомы разных элементов различаются по размеру, массе и другим свойствам.
Атомы нельзя разделить на части. (конечно, мы можем сделать это сегодня).
Атомы различных элементов объединяются в простых целочисленных отношениях с образованием химических соединений.
В химических реакциях атомы объединяются, разделяются или перегруппировываются.

(Джон Далтон был также известен как метеоролог, и период похолодания с 1790 по 1830 год назван в его честь - The Dalton Minimum.Считается, что этот период похолодания связан с более низкой, чем обычно, солнечной активностью, о чем свидетельствуют меньшие циклы солнечных пятен.)

Физик Дж. Дж. Томсон в своей работе над катодными лучами в 1897 году открыл электрон и пришел к выводу, что они являются составной частью каждого атома. Томсон предположил, что отрицательно заряженные электроны очень малой массы были распределены по всему атому. Он объяснил, что их отрицательный заряд уравновешивается наличием однородного моря положительного заряда.Он также предположил, что они могут вращаться кольцами.

В 1909 году физик Эрнест Резерфорд и его сотрудники обстреляли лист золотой фольги альфа-лучами, которые к тому времени были известны как положительно заряженные атомы гелия. Они обнаружили, что небольшой процент этих частиц отклонялся на гораздо большие углы, чем предполагалось. Резерфорд интерпретировал результаты эксперимента как положительный заряд атома золота, и большая часть его массы была сосредоточена в ядре в центре атома.

В 1913 году физик Нильс Бор продемонстрировал, что электроны удерживаются на четко определенных квантованных орбитах и могут прыгать между этими орбитами, но не могут вращаться по спирали внутрь или наружу в промежуточных состояниях. Электрон должен поглощать или излучать определенное количество энергии для перехода между этими фиксированными орбитами. В том же году Эрнест Резерфорд и Антониус Ван ден Брук представили модель, в которой предполагалось, что каждый атом содержит в своем ядре количество положительных ядерных зарядов, равное его атомному номеру в химической периодической таблице.Топ

Квантовая теория

В 1924 году Луи де Бройль предположил, что частицы ведут себя как волны. В 1926 году Эрвин Шредингер использовал эту идею для разработки математической модели атома, которая описывала электроны как трехмерные волновые формы, а не как «точечные» частицы. Это было началом квантовой механики (или квантовой теории). Следствием использования форм волны для описания частиц является то, что невозможно получить точные значения как положения, так и скорости частицы одновременно.Это стало известно как «принцип неопределенности », сформулированный Вернером Гейзенбергом в 1926 году. Эта модель была способна объяснить наблюдения за поведением атомов, которые не могли объяснить предыдущие модели. Впоследствии от планетарной модели атома отказались в пользу той, которая описывала орбитальные зоны атома вокруг ядра, где с наибольшей вероятностью будет наблюдаться данный электрон. См. Рисунок слева.

В 1932 году нейтрон, нейтрально заряженная частица с массой, подобной протону, был открыт физиком Джеймсом Чедвиком в Кембридже, Англия, получившим Нобелевскую премию за свою работу.Затем было объяснено, что изотопы элементов имеют такое же количество «протонов», что и исходный элемент, но другое количество «нейтронов» в ядре.

В 1938 году немецкий ученый Отто Хан, проводя эксперименты по радиоактивности, направил нейтроны на атомы урана, что привело к первой реакции ядерного деления. В ноябре 1945 года Шведская академия присудила Хану Нобелевскую премию по химии с обратной силой 1944 года. Ближе к концу Второй мировой войны в начале 1945 года Хан сдался британским властям и в то время находился в Англии.Отто Хан, которого считают «отцом» ядерной химии, не имел никакого отношения к военным усилиям Германии и решительно выступал против преследования евреев. Топ

Кварки и лептоны

В 1950-х годах разработка усовершенствованных ускорителей частиц и детекторов частиц позволила ученым изучать столкновения атомов, движущихся с очень высокими энергиями. В 1958 году ученые Стэнфордского центра линейных ускорителей (SLAC) обнаружили, что нейтроны и протоны содержат больше элементарных частиц - кварков и . Кварки были названы Мюрреем Гелл-Манном из Калифорнийского технологического института, который получил Нобелевскую премию в 1969 году за свою работу над ними. Нейтроны и протоны теперь попадают в семейство частиц, называемых « адронов ». которые представляют собой частицы, состоящие из более мелких и элементарных « кварков ». Адроны состоят из кварков, и образуют два других семейства: барионов, , нормальная стабильная материя, состоящая из трех кварков, и мезонов, , короткоживущие нестабильные частицы, состоящие из одного кварка и одного антикварка.См. Диаграмму слева. Протоны и нейтроны - это барионов . Различные комбинации протонов и нейтронов составляют ядра атомов. Полный атом также содержит электроны, а это лептонов , в дополнение к ядру. Наконец, молекулы составляют разные комбинации атомов.

На протяжении 1950-х и 1960-х годов в ходе экспериментов по рассеянию с использованием современных ускорителей частиц было обнаружено ошеломляющее разнообразие частиц. В то время этот набор частиц назывался «зоопарк частиц», и новые частицы находили примерно раз в месяц.В течение 1970-х годов было обнаружено, что большое количество этих частиц представляет собой комбинации относительно небольшого количества элементарных частиц. Затем были разработаны модели, которые успешно объяснили свойства атомных ядер с точки зрения элементарных частиц и сил, управляющих их взаимодействиями. Эти наблюдения и теории были тщательно проверены и объединены в то, что теперь известно как Стандартная модель . Физики идентифицировали 12 элементарных частиц, названных Фермионами , которые являются фундаментальными элементами «материи».В настоящее время считается, что эти 12 элементарных частиц не могут быть далее подразделены. Топ

Фермионы - Поколение I

Наш повседневный мир состоит всего из «трех» строительных блоков Fermion : верхний кварк, нижний кварк и электрон . Это «стабильные» первичные элементы, и эти три частицы - все, что нужно для образования атомов, а затем и гораздо более крупных молекул. Электронное нейтрино , наблюдаемое при распаде других частиц, завершает «Первое поколение» трех семейств строительных блоков Фермионов .См. Диаграмму Fermion слева.

Протон состоит из двух восходящих кварков и одного нижнего кварка . Нейтрон состоит из одного ап-кварка и двух нижних кварков . Нейтрино , предсказанные в 1930-х годах, были обнаружены в середине 1950-х годов. Нейтрино было очень трудно найти, потому что они редко взаимодействуют с другими веществами. Миллиарды нейтрино , выброшенные Солнцем, проходят сейчас через наши тела и Землю.Электронные и электронных нейтрино называются « лептонов ». Характеристика, которая отделяет кварков от лептонов , является свойством, называемым «цветовой заряд ». Это не имеет абсолютно никакого отношения к цвету в его обычном понимании. (кварки намного меньше длины волны видимого света, поэтому они не имеют цвета сами по себе.) «Цветовой заряд » указывает, взаимодействует ли частица с «сильной ядерной силой ».См. Раздел «Цветовой заряд» ниже. Кварки «действительно» взаимодействуют с сильным ядерным взаимодействием, а лептонов «не взаимодействуют». Подробнее о «сильной ядерной силе» на странице Force.

Все элементарные частицы обладают некоторой формой «электрического заряда ». Электрический заряд описывается в долях «заряда протона» (то есть 0, 1/3, 2/3, 1). Группа электронов имеет заряд -1. У атома водорода есть протон с зарядом +1 и электронов, с зарядом -1, и, следовательно, водород электрически нейтрален и очень стабилен.Группа нейтрино имеет нулевой заряд, а кварки имеют +2/3 или -1/3 заряда протона. Нейтрон состоит из одного верхнего кварка (заряд +2/3) и двух нижних кварков (2 раза -1/3 = -2/3), поэтому он также электрически нейтрален.

Для каждой частицы физики открыли соответствующую античастицу, которая выглядит и ведет себя почти одинаково. Однако античастицы обладают противоположными свойствами по сравнению с соответствующими им частицами.Например, антипротон имеет отрицательный электрический заряд, а протон - положительно. Как только античастица и частица встречаются, они аннигилируют, исчезая во вспышке энергии. Однако антивещество так же реально, как и обычная материя, и это название сбивает с толку. Топ

Фермионы - поколения II и III

Мюоны, в 200 раз тяжелее электронов, были открыты Карлом Д. Андерсоном и Сетом Неддермейером в Калифорнийском технологическом институте в 1936 году при изучении космических лучей из космоса.Андерсон заметил, что при прохождении через магнитное поле некоторые частицы изгибаются иначе, чем электроны. Они были заряжены отрицательно, но изогнуты менее резко, чем электроны. Мюон - это элементарная частица, подобная электрону, с электрическим зарядом -1 и спином 1/2 (см. Следующий раздел о спине). Мюон - нестабильная субатомная частица со средним временем жизни 2,2 микросекунды. Мюоны быстро распадаются на три другие частицы, электрон и два разных типа нейтрино.

Мюон был первой частицей, обнаруженной в семействе частиц II поколения. Используя все более мощные ускорители, ученые открывали все больше и больше элементарных частиц в мусоре в результате столкновений частиц. Физики определили закономерность среди частиц и организовали их в три семейства, которые мы теперь называем поколениями I, II и III. См. Схему трех поколений материи выше. Каждое семейство состоит из двух кварков, нейтрино и электрона или одного из его кузенов.Частицы поколений II и III намного тяжелее частиц поколения I и очень нестабильны. Частицы поколений II и III существуют всего лишь микросекунды, прежде чем они распадаются на частицы поколения I. Исключение составляют нейтрино, которые вообще не распадаются. Топ

Таинственное нейтрино

Все три нейтрино - лептоны, семейство частиц, в которое входят электроны. Нейтрино не чувствуют сильной силы, которая удерживает вместе протоны и нейтроны в атомном ядре.Поскольку нейтрино не имеют электрического заряда, они также не чувствуют электромагнитной силы. Почти все нейтрино проходят прямо через Землю, никогда не взаимодействуя с земным атомом. Только сила гравитации и слабое ядерное взаимодействие (сила, ответственная за радиоактивный распад) взаимодействуют с тремя известными версиями нейтрино.

нейтрино были впервые предсказаны Вольфгангом Паули в 1930 году, который сказал: «Я постулировал частицу, которую нельзя обнаружить». Нейтрино не были обнаружены до 1956 года Клайдом Коуэном и др.al. которые были удостоены Нобелевской премии в 1995 г. (да, 1995 г., 49 лет спустя). Подземные лаборатории идеально подходят для детекторов нейтрино. Толстые слои породы являются идеальным щитом для блокировки других типов частиц, которые не могут проникнуть глубоко. Большинство нейтринных установок находится в старых переоборудованных шахтах. Глубоко под землей, в бездействующем железном руднике Судан в Миннесоте, находится восьмиугольный детектор MINOS на 5400 тонн, показанный в верхнем левом углу на фотографии выше. (Справа от детектора находится фреска художника Джозефа Джаннетти, вдохновленная нейтрино.Для получения дополнительной информации о нейтрино посетите страницу Neutrino. Топ

Вращение

Все элементарные изделия обладают внутренним свойством, называемым « spin », которое нелегко визуализировать. Концептуально вращение похоже на вращающуюся вокруг своей оси планету. Как следует из названия, spin изначально задумывались как быстрое вращение частицы вокруг оси. Однако, как со временем выяснили ученые, элементарные частицы сами по себе не имеют оси. Например, электрон - это , а не - частица в космосе, которая вращается и вращается вокруг ядра.Они больше похожи на трехмерные стоячие волны в облаке. Они действительно демонстрируют крошечное магнитное поле, как если бы они вращались чрезвычайно быстро, независимо от их орбитального вращения вокруг ядра. См. Распределение вероятности "электронного облака" слева. Их конкретное местоположение никогда не может быть известно, известна только вероятность нахождения в любом данном месте - принцип неопределенности .

В нашем «нормальном» мире вращающиеся заряженные объекты обладают определенными магнитными свойствами.В микромире элементарные частицы проявляют те же магнитные свойства, отсюда и аналогия со спином и . Однако spin - это всего лишь аналогия, и ее не следует принимать строго. Связь со спином и также верна, поскольку со спином и подчиняются математические законы углового момента. Хотя направление вращения частицы может быть изменено, частицу нельзя заставить вращаться быстрее или медленнее. Все элементы определенной группы имеют одинаковые spin , это часть их внутренней структуры.Кроме того, вращение квантуется - это означает, что разрешены только определенные дискретные вращения . Например, все фермионы имеют спин и 1/2. Многие физические процессы, от мельчайших ядерных размеров до самых больших астрофизических расстояний, сильно зависят от взаимодействий субатомных частиц и их спина и этих частиц.

Все известные частицы во Вселенной можно разделить на две группы: частицы со спином , , 1/2 - вся материя (, Фермионы, ) во Вселенной, и частицы со спином , , равным 0, 1, 2 - все силы (бозоны), которые взаимодействуют с частицами материи.(Для получения дополнительной информации о силах см. Страницу Силы.) Все частицы материи ( спин 1/2) подчиняются принципу исключения Паули . Это было обнаружено в 1925 году австрийским физиком Вольфгангом Паули, получившим Нобелевскую премию в 1945 году за свою работу. Принцип исключения Паули гласит, что никакие два Фермиона (частицы материи) не могут находиться в одном и том же состоянии, т.е. они оба не могут иметь одинаковое положение и скорость. Это принцип исключения Паули , который разделяет все элементы на разные категории, составляющие Периодическую таблицу в химии.Топ

Color Charge

«Цветовой заряд », обнаруживаемый только в кварках и глюонах, совершенно не связан с человеческим восприятием цвета. Цветовой заряд является неотъемлемым свойством кварков и глюонов, относящимся к «сильному ядерному взаимодействию ». Термин «цвет» был выбран потому, что свойство, к которому он относится, имеет три аспекта. Они аналогичны трем основным цветам: красному, зеленому и синему, которые при объединении дают белый цвет.Цвет кварка может принимать одно из трех значений, также называемых красным, зеленым и синим. Анти-кварк может принимать один из трех антицветов , называемых анти-красным, анти-зеленым и анти-синим (представленным как голубой, пурпурный и желтый). Глюоны имеют два цвета, такие как красный и анти-зеленый, которые составляют их цветовой заряд . Цветовой заряд имеет очень маленький диапазон, всего лишь размер атомного ядра.

Ограничение цвета - это явление, которое проявляют частицы типа « цветных заряженных » (кварки и глюоны).Это означает, что их нельзя изолировать или непосредственно наблюдать индивидуально. Кварки и антикварки объединяются в группы по два-три человека и образуют «адронов». Два типа адронов - это барионы (три кварка) и мезоны (один кварк и один антикварк). Индивидуальные кварки никогда не встречаются в одиночку и не могут быть отделены от их родительского адрона. Вот почему кварки можно наблюдать только на адронном уровне.

«Цветной заряд» похож на электромагнитный заряд, за исключением того, что он бывает трех типов вместо двух, и это другой тип силы с другими правилами поведения.(Эти правила объясняются теорией квантовой хромодинамики (КХД), которая представляет собой теорию кварк-глюонных взаимодействий.) Подобно аддитивной цветовой модели в базовой оптике, комбинация трех кварков или трех антикварков, каждый из которых имеет свой цвет. зарядов », всегда будет иметь общий заряд« белого »цвета . Все адроны имеют «нулевой общий» цветной заряд, то есть «белый».

" сильное ядерное взаимодействие " между кварками опосредуется (активируется) глюонами.Как упоминалось выше, каждый глюон несет один цветовой заряд и один антицветный заряд . Поскольку глюоны несут цветовой заряд , они сами могут излучать и поглощать другие глюоны. Между кварками постоянно происходит обмен глюонами. Когда глюон переносится между двумя кварками, происходит «изменение» цвета двух кварков, а также глюона. В то время как цвет каждого кварка постоянно меняется, общий цветовой заряд адрона остается « ноль » (или белый), а « сильное ядерное взаимодействие » сохраняется.Топ

Частица Хиггса

Новой частицей, о которой было объявлено в июле 2012 года, был бозон Хиггса, частица, поле которой объясняет, как другие частицы получают свою массу. В начале 2012 года физики из ЦЕРНа заявили с вероятностью 99%, что они обнаружили новую элементарную частицу, которая весит примерно в 126 раз больше массы протона. Собрав в два с половиной раза больше данных, физики заявили, что частица определенно была бозоном Хиггса. Считается, что изображение CMS слева представляет собой столкновение, в результате которого частица Хиггса временно формируется, а затем почти мгновенно распадается на четыре электрона.

«Мне ясно, что мы имеем дело с бозоном Хиггса, хотя нам еще предстоит пройти долгий путь, чтобы узнать, что это за бозон Хиггса», - сказал представитель CMS Джо Инкандела. Ученые не уверены, является ли этот конкретный бозон Хиггса тем, который предсказывает Стандартная модель, или, возможно, самым легким из нескольких бозонов, существование которых предсказывают другие теории. Частица Хиггса должна иметь нулевой спин, ее четность должна быть положительной, а ее масса должна составлять от 120 до 130 ГэВ. Все эти атрибуты подтверждены данными экспериментов ATLAS и CMS.

Наблюдение за тем, как эта конкретная частица распадается на другие частицы, позволит физикам узнать, является ли эта частица Хиггса "простой ванильной" Стандартной моделью Хиггса. Обнаружение бозона Хиггса - редкое явление. Только один наблюдается на каждый триллион столкновений протонов с протонами. Поэтому физики ЦЕРНа говорят, что им нужно гораздо больше данных, чтобы понять все способы распада Хиггса. Это произойдет не раньше 2015 года или позже, когда Большой адронный коллайдер (LHC) снова начнет работать и команды ATLAS и CMS соберут больше данных на более высоких скоростях столкновения.Для получения дополнительной информации о частице Хиггса см. «Охота на частицу Хиггса». Топ

Может ли пузырь лопнуть нашу Вселенную?

Космологическая стандартная модель, современная теория Вселенной, имеет уравнения, которые частично зависят от значений масс как «бозона Хиггса», так и «верхнего кварка». Масса топ-кварка оценивается в 171 ГэВ, а масса бозона Хиггса - в 126 ГэВ. Когда эти значения вводятся в уравнения, теоретическая вселенная оказывается стабильной только временно и становится «нестабильной» в течение миллиардов лет.Что в этом контексте означает «нестабильный»?

Согласно квантовой теории, состояние с самой низкой энергией нашей нынешней Вселенной не является самым низким из возможных состояний. В этой теории существует еще более низкое энергетическое состояние, в которое наша Вселенная, скорее всего, перейдет в случае нарушения. Это может показаться не слишком зловещим, пока не станет понятно, что в этом новом более низком энергетическом состоянии все протоны во всем веществе Вселенной распадутся со скоростью света на более элементарные частицы.Прискорбный побочный эффект этого нового состояния заключается в том, что все звезды, планеты, солнце, земля и мы, люди, больше не будут существовать.

Если бы произошел фазовый переход такого рода, пузырь новой фазы внезапно появился бы внутри старой фазы (нашей Вселенной) и расширился бы со скоростью, близкой к скорости света. См. Иллюстрацию художника слева. Новый пузырь будет очень быстро расти и со временем поглотит текущую вселенную, превращая все в новую фазу. Это был бы конец Вселенной, какой мы ее знаем сегодня.

Эта идея судного дня получила довольно много внимания в научных СМИ. Итак, давайте рассмотрим вероятность того, что это событие будет реализовано (в отличие от шумихи в СМИ). Фурор в СМИ привел к пересмотру уравнений стандартной космологической модели. В результате для того, чтобы Вселенная была стабильной, масса Хиггса должна быть больше 129,4 ± 5,6 ГэВ (от 123,8 до 135,0 ГэВ). Следовательно, при 126 ГэВ масса Хиггса укладывается в статистические пределы устойчивости Вселенной.Кроме того, почти все физики считают Стандартную модель очень неполной. Например, он не включает гравитацию, экспериментально наблюдаемую массу нейтрино, темную материю или темную энергию. Поэтому большинство физиков полагают, что Стандартная модель в будущем подвергнется серьезным изменениям, и ее последствия наверняка будут пересмотрены.

Даже если бы где-то во Вселенной образовался разрушительный пузырь и полетел бы со скоростью света, наша Вселенная имела бы в поперечнике многие миллиарды световых лет.Помните, что «наблюдаемая» Вселенная имеет ширину примерно 90 миллиардов световых лет, а «полная вселенная» считается как минимум в 1000 раз шире наблюдаемой Вселенной. Так что, если где-то внезапно появится разрушительный пузырь и разлетится во всех направлениях со скоростью света, то, вероятно, до нас потребуются многие миллиарды лет. Имейте в виду, что наше Солнце и Земля самоуничтожатся примерно через 5 миллиардов лет.

Наконец, данные, собранные на Большом адронном коллайдере в ЦЕРН, указывают на то, что очень маловероятно, что мы живем в нестабильной Вселенной.Это означает, что человечество находится в безопасности очень и очень долго, скорее всего, пока выживают солнце и земля.

Верх

Периодическая таблица элементов в картинках и словах

Частицы (стандартная модель)

Печатайте в формате Letter (8,5 x 11 дюймов) или в формате плаката.

Эта диаграмма показывает, из чего состоит вселенная. Эта диаграмма показывает все элементарные частицы в стандартной модели (СМ) частицы физика, а также многие неэлементарные частицы.Это начинается с основы: атом содержит ядро протонов и нейтронов, которое сделаны из кварков. На диаграмме собраны все важные частицы и классы частиц: элементарные фермионы (кварки, лептоны, электроны, нейтрино), элементарные бозоны (глюоны, фотоны, W- и Z-бозоны, Хиггс, и предсказанные гравитоны), составные частицы (адроны, барионы, протоны, нейтроны, мезоны), античастицы. Эта диаграмма не показывает многие предсказанные частицы суперсимметрии.

См. Также: Простой список частиц, стандартные и гипотетические.

Частицы (Стандартная модель + Суперсимметрия)

Печатайте в формате Letter (8,5 x 11 дюймов) или в формате плаката.

Эта диаграмма показывает, из чего состоит вселенная. Эта диаграмма показывает все элементарные частицы в стандартной модели (СМ) частицы физика, плюс многие предсказанные частицы суперсимметрии (SUSY).Многие физики думают, что суперсимметрия может существовать, и многие физики нет.

Примечание: в ближайшие годы физики могут открыть новые частицы. или существенно пересмотреть стандартную модель физики элементарных частиц, за счет к новым экспериментальным результатам на коллайдерах, таких как Большой адрон Коллайдер (LHC) и новые наблюдения с телескопов.

Самая маленькая элементарная частица в мире

Самая маленькая частица во вселенной

Рейтинг самых маленьких частиц, которые существуют

Электрон

Позитрон

Протон

Нейтрон

Фотон

Кварк

Глюон

Мюоны

Нейтрино

Бозон Хиггса

Самая маленькая частица – как ее зовут?

Насколько малы самые маленькие частицы во Вселенной и есть ли они? / Научный хит

Самые маленькие частицы во Вселенной

самые мелкие частицы в природе — МОЛОДОСТИ ВИВАТ!

Самые "крутые" маленькие частицы в природе

Частица Бога

Кварки

Суперпартнеры

Нейтрино

Антиматерия

Гравитоны

Какая самая маленькая элементарная частица?

Наука

Математика

элементарных частиц

Что такое элементарные частицы? | Живая наука

Электроны и связанные с ними частицы

Кварки и их причудливость

Фундаментальные частицы природы

Неуловимый бозон Хиггса

Элементарная частица - Простая английская Википедия, бесплатная энциклопедия

Элементарных частиц

Краткая история частиц

Атомы, электроны и протоны

Квантовая теория

Кварки и лептоны

Фермионы - Поколение I

Фермионы - поколения II и III

Таинственное нейтрино

Вращение

Color Charge

Частица Хиггса

Может ли пузырь лопнуть нашу Вселенную?

Периодическая таблица элементов в картинках и словах

Смотрите также