Кварки не могут существовать сами по себе, а образуют адроны . Адроны, содержащие нечетное число кварков, называются барионами , а те, которые содержат четное число, — мезонами . Два бариона, протон и нейтрон , составляют большую часть массы обычного вещества. Мезоны нестабильны, и самые долгоживущие из них живут всего несколько сотых микросекунды . Они происходят после столкновений частиц, состоящих из кварков, таких как быстродвижущиеся протоны и нейтроны в космических лучах . Мезоны также производятся в циклотронах или других ускорителях частиц .
Частицам соответствуют античастицы той же массы , но с противоположными электрическими зарядами . Например, античастицей электрона является позитрон . Электрон имеет отрицательный электрический заряд, позитрон – положительный. Эти античастицы теоретически могут образовывать соответствующую форму материи, называемую антиматерией . Некоторые частицы, например фотон , являются собственными античастицами.
Практическая физика элементарных частиц — это изучение этих частиц в радиоактивных процессах и в ускорителях частиц, таких как Большой адронный коллайдер . Теоретическая физика элементарных частиц — это изучение этих частиц в контексте космологии и квантовой теории . Эти два явления тесно взаимосвязаны: бозон Хиггса был постулирован физиками-теоретиками элементарных частиц, а его наличие подтверждено практическими экспериментами.
На протяжении 1950-х и 1960-х годов при столкновениях частиц с пучками все более высоких энергий было обнаружено ошеломляющее разнообразие частиц. Его неофициально называли « зоопарком частиц ». Важные открытия, такие как нарушение CP , сделанное Джеймсом Кронином и Вэлом Фитчем, поставили новые вопросы к дисбалансу материи и антивещества . [3] После разработки Стандартной модели в 1970-х годах физики прояснили происхождение зоопарка частиц. Большое количество частиц было объяснено как комбинации (относительно) небольшого числа более фундаментальных частиц и оформлено в контексте квантовых теорий поля . Эта реклассификация положила начало современной физике элементарных частиц. [4] [5]
Стандартная модель в ее нынешнем виде содержит 61 элементарную частицу. [9] Эти элементарные частицы могут объединяться, образуя сложные частицы, что составляет сотни других видов частиц, открытых с 1960-х годов. Было обнаружено, что Стандартная модель согласуется почти со всеми экспериментальными испытаниями, проведенными на сегодняшний день. Однако большинство физиков элементарных частиц считают, что это неполное описание природы и что еще предстоит открыть более фундаментальную теорию (см. « Теория всего» ). В последние годы измерения нейтрино массы обеспечили первые экспериментальные отклонения от Стандартной модели, поскольку нейтрино не имеют массы в Стандартной модели. [10]
Большинству вышеупомянутых частиц соответствуют античастицы , составляющие антиматерию . Обычные частицы имеют положительное лептонное или барионное число , а античастицы — отрицательное. [24] Большинство свойств соответствующих античастиц и частиц одинаковы, но некоторые из них меняются местами; античастица электрона, позитрон, имеет противоположный заряд. Чтобы отличить античастицы от частиц, к верхнему индексу добавляется знак плюс или минус . Например, электрон и позитрон обозначаются Это − и Это + . [25] Когда частица и античастица взаимодействуют друг с другом, они аннигилируют и превращаются в другие частицы. [26] Некоторые частицы, такие как фотон или глюон, не имеют античастиц. [ нужна цитата ]
Кварки и глюоны дополнительно имеют цветные заряды, что влияет на сильное взаимодействие. Цветные заряды кварка называются красным, зеленым и синим (хотя сама частица не имеет физического цвета), а у антикварков называются антикрасным, антизеленым и антисиним. [16] Глюон может иметь восемь цветных зарядов , которые являются результатом взаимодействия кварков с образованием составных частиц (калибровочная симметрия SU(3) ). [27]
Обычный атом состоит из протонов, нейтронов и электронов. [ нужна цитата ] Модифицируя частицы внутри обычного атома, экзотические атомы . можно сформировать [31] Простым примером может служить водород-4.1 , у которого один из электронов заменен мюоном. [32]
Гравитон . — это гипотетическая частица, которая может опосредовать гравитационное взаимодействие, но она не обнаружена и не полностью согласована с современными теориями [33] Многие другие гипотетические частицы были предложены для устранения ограничений Стандартной модели. Примечательно, что суперсимметричные частицы направлены на решение проблемы естественности , аксионы решают проблему сильной CP , а различные другие частицы предлагаются для объяснения происхождения темной материи и темной энергии .
Институт ядерной физики им. Будкера ( Новосибирск , Россия ). Ее основными проектами сейчас являются электрон-позитронные коллайдеры ВЭПП-2000 , [36] эксплуатируется с 2006 года, а ВЭПП-4, [37] начал эксперименты в 1994 году. Более ранние объекты включают первый электрон-электронный пучковый коллайдер ВЭП -1, который проводил эксперименты с 1964 по 1968 год; электрон-позитронные коллайдеры ВЭПП-2, работавшие с 1965 по 1974 год; и его преемник ВЭПП-2М, [38] проводил эксперименты с 1974 по 2000 год. [39]
Детектор CMS для БАКа ЦЕРН (Европейская организация ядерных исследований) ( франко - швейцарская граница, недалеко от Женевы ). Его основным проектом в настоящее время является Большой адронный коллайдер (БАК), первая циркуляция пучка которого состоялась 10 сентября 2008 года, и который сейчас является самым энергичным в мире коллайдером протонов. Он также стал самым энергичным коллайдером тяжелых ионов после того, как начал сталкиваться с ионами свинца. Более ранние объекты включают Большой электрон-позитронный коллайдер (LEP), который был остановлен 2 ноября 2000 г., а затем демонтирован, чтобы освободить место для БАКа; и Суперпротонный синхротрон , который повторно используется в качестве предварительного ускорителя для БАК и для экспериментов с фиксированной целью. [40]
Теоретическая физика элементарных частиц пытается разработать модели, теоретическую основу и математические инструменты для понимания текущих экспериментов и прогнозирования будущих экспериментов (см. Также теоретическую физику ). Сегодня в теоретической физике частиц предпринимается несколько крупных взаимосвязанных усилий.
Одна важная ветвь пытается лучше понять Стандартную модель и ее тесты. Теоретики делают количественные предсказания наблюдаемых на коллайдерах и в астрономических экспериментах, что наряду с экспериментальными измерениями используется для извлечения параметров Стандартной модели с меньшей неопределенностью. Эта работа исследует пределы Стандартной модели и, следовательно, расширяет научное понимание строительных блоков природы. Эти усилия осложняются сложностью расчета высокоточных величин в квантовой хромодинамике . Некоторые теоретики, работающие в этой области, используют инструменты пертурбативной квантовой теории поля и эффективной теории поля , называя себя феноменологами . [ нужна цитата ] Другие используют теорию решетчатого поля и называют себя теоретиками решетки .
Еще одним важным усилием является построение моделей, где создатели моделей разрабатывают идеи о том, какая физика может лежать за пределами Стандартной модели (при более высоких энергиях или меньших расстояниях). Эта работа часто мотивирована проблемой иерархии и ограничена существующими экспериментальными данными. [46] [47] Это может включать работу над суперсимметрией , альтернативами механизму Хиггса , дополнительными пространственными измерениями (такими как модели Рэндалла-Сундрама ), теорией преонов , комбинациями этих или других идей.
В принципе, вся физика (и разработанные на ее основе практические приложения) может быть выведена из изучения фундаментальных частиц. На практике, даже если под «физикой элементарных частиц» понимать только «ускорители атомов высоких энергий», в ходе этих новаторских исследований было разработано множество технологий, которые позже находят широкое применение в обществе. Ускорители частиц используются для производства медицинских изотопов для исследований и лечения (например, изотопы, используемые в ПЭТ-визуализации ) или используются непосредственно в дистанционной лучевой терапии . Развитию сверхпроводников способствовало их использование в физике элементарных частиц. Всемирная паутина и технология сенсорных экранов изначально были разработаны в ЦЕРНе . Дополнительные применения можно найти в медицине, национальной безопасности, промышленности, вычислительной технике, науке и развитии рабочей силы, что иллюстрирует длинный и растущий список полезных практических применений с вкладом физики элементарных частиц. [49]
^ Терранова, Франческо (2021). Современный учебник по физике элементарных частиц и ядерной физике . Оксфордский университет. Нажимать. ISBN 978-0-19-284524-5 .
^ Б. Повх; К. Рит; К. Шольц; Ф. Цетше; М. Лавель (2004). «Часть I: Анализ: строительные блоки материи» . Частицы и ядра: введение в физические концепции (4-е изд.). Спрингер. ISBN 978-3-540-20168-7 . Архивировано из оригинала 22 апреля 2022 года . Проверено 28 июля 2022 г. Обычная материя полностью состоит из частиц первого поколения, а именно u- и d-кварков, а также электрона и его нейтрино.
^ Перейти обратно: а б Кэрролл, Шон (2007). Путеводитель . Темная материя, темная энергия: темная сторона Вселенной. Учебная компания. Часть 2, с. 43. ИСБН 978-1598033502 . ... бозон: частица, несущая силу, в отличие от частицы материи (фермиона). Бозоны можно наслаивать друг на друга без ограничений. Примерами являются фотоны, глюоны, гравитоны, слабые бозоны и бозон Хиггса. Спин бозона всегда является целым числом: 0, 1, 2 и так далее…
^ Бернарди, Дж.; Карена, М.; Джанк, Т. (2007). «Бозоны Хиггса: Теория и поиски» (PDF) . Обзор: Гипотетические частицы и понятия. Группа данных частиц. Архивировано (PDF) из оригинала 3 октября 2018 г. Проверено 28 июля 2022 г.
^ Цан, Унг Чан (2013). «Масса, материя, материализация, маттерогенез и сохранение заряда». Международный журнал современной физики Э. 22 (5): 1350027. Бибкод : 2013IJMPE..2250027T . дои : 10.1142/S0218301313500274 . Сохранение материи означает сохранение барионного числа A и лептонного числа L , причем A и L являются алгебраическими числами. Положительные A и L связаны с частицами материи, отрицательные A и L связаны с частицами антивещества. Все известные взаимодействия сохраняют материю.
^ §1.8, Составляющие материи: атомы, молекулы, ядра и частицы , Людвиг Бергманн, Клеменс Шефер и Вильгельм Райт, Берлин: Вальтер де Грюйтер, 1997, ISBN 3-11-013990-1 .
Arc.Ask3.Ru Номер скриншота №: C011CA7FDF19BC95346B86F13243BA99__1717938600 URL1:https://en.wikipedia.org/wiki/Particle_physics Заголовок, (Title) документа по адресу, URL1: Particle physics - Wikipedia
Данный printscreen веб страницы (снимок веб страницы, скриншот веб страницы), визуально-программная копия документа расположенного по адресу URL1 и сохраненная в файл, имеет: квалифицированную, усовершенствованную (подтверждены: метки времени, валидность сертификата), открепленную ЭЦП (приложена к данному файлу), что может быть использовано для подтверждения содержания и факта существования документа в этот момент времени. Права на данный скриншот принадлежат администрации Ask3.ru, использование в качестве доказательства только с письменного разрешения правообладателя скриншота. Администрация Ask3.ru не несет ответственности за информацию размещенную на данном скриншоте. Права на прочие зарегистрированные элементы любого права, изображенные на снимках принадлежат их владельцам. Качество перевода предоставляется как есть, любые претензии не могут быть предъявлены. Если вы не согласны с любым пунктом перечисленным выше, немедленно покиньте данный сайт. В случае нарушения любого пункта перечисленного выше, штраф 55! (Пятьдесят пять факториал, денежную единицу можете выбрать самостоятельно, выплаичвается товарами в течение 7 дней с момента нарушения.)
