Новая физика: обновленная карта всех частиц и фундаментальных сил (1 часть)

Новая физика: обновленная карта всех частиц и фундаментальных сил (1 часть)

Всё в природе возникает из горстки компонентов – элементарных частиц, – которые взаимодействуют друг с другом лишь несколькими способами. В 1970-х годах физики разработали систему уравнений, описывающих эти частицы и взаимодействия. Вместе эти уравнения сформировали лаконичную теорию, известную теперь как Стандартная модель физики элементарных частиц.

В Стандартной модели отсутствует несколько частей головоломки (), но она дает чрезвычайно точную картину почти всех других наблюдаемых явлений.

Тем не менее, для структуры, которая инкапсулирует наше лучшее понимание фундаментального порядка природы, в Стандартной модели все еще отсутствует связная визуализация. Большинство попыток слишком просты, или они игнорируют важные взаимосвязи, или они беспорядочны и неопределимы.

Рассмотрим наиболее распространенную визуализацию, которая показывает периодическую таблицу частиц:

Новая физика: обновленная карта всех частиц и фундаментальных сил (1 часть)

Этот подход не позволяет понять отношения между частицами. Несущие силу частицы (), приравниваются к частицам материи, силы которых действуют между – кварками, электронами и им подобным. Кроме того, не учитываются такие ключевые свойства, как «цвет».

Другое представление было разработано в 2013 году:

Новая физика: обновленная карта всех частиц и фундаментальных сил (1 часть)

Хотя эта визуализация правильно подчеркивает центральность бозона Хиггса – стержня Стандартной модели, по причинам, объясненным ниже, – Хиггс помещен рядом с фотоном и глюоном, хотя в действительности Хиггс не влияет на эти частицы. И квадранты круга вводят в заблуждение – подразумевая, например, что фотон связывается только с частицами, которых он касается, что не так.

Новый подход

Крис Куигг, физик элементарных частиц из Национальной ускорительной лаборатории Ферми в Иллинойсе, десятилетиями думал о том, как визуализировать Стандартную модель, надеясь, что более мощное визуальное представление поможет познакомить людей с известными частицами природы и побудить их задуматься о том, как эти частицы могут вписаться в более крупную и полную теоретическую базу. Визуальное представление Куигга больше показывает порядок и структуру, лежащую в основе Стандартной модели. Он называет свою схему представлением «двойного симплекса», потому что каждая из левых и правых частиц природы образует симплекс – обобщение треугольника. Далее приведена схема Куигга с некоторыми дополнительными изменениями.

Читайте также:  15 весьма неожиданных фактов

Давайте построим двойной симплекс с нуля.

Кварки на дне

Частицы материи бывают двух основных разновидностей: лептоны и кварки. (Обратите внимание, что для каждого вида частиц материи в природе существует также частица антивещества, которая имеет ту же массу, но противоположна во всех других отношениях. Как и в других визуализациях Стандартной модели, здесь исключено антивещество, которое образовало бы отдельный , перевернутый двойной симплекс.)

Начнем с кварков и, в частности, с двух типов кварков, из которых состоят протоны и нейтроны внутри атомных ядер. Это верхний кварк, который обладает двумя третями единицы электрического заряда, и нижний кварк с электрическим зарядом -1/3.

Новая физика: обновленная карта всех частиц и фундаментальных сил (1 часть)

Верхний и нижний кварки могут быть «левыми» или «правыми» в зависимости от того, вращаются ли они по часовой стрелке или против часовой стрелки относительно направления своего движения.

Новая физика: обновленная карта всех частиц и фундаментальных сил (1 часть)

Слабое изменение

Левосторонние верхние и нижние кварки могут превращаться друг в друга посредством взаимодействия, называемого слабым взаимодействием. Это происходит, когда кварки обмениваются частицей, называемой W-бозоном, – одним из носителей слабого взаимодействия с электрическим зарядом +1 или -1. Эти слабые взаимодействия представлены оранжевой линией:

Новая физика: обновленная карта всех частиц и фундаментальных сил (1 часть)

Как ни странно, в природе нет правых W-бозонов. Это означает, что правосторонние верхние и нижние кварки не могут излучать или поглощать W-бозоны, поэтому они не переходят друг в друга.

Новая физика: обновленная карта всех частиц и фундаментальных сил (1 часть)

Яркие цвета

Кварки также обладают зарядом, называемым цветом. Кварк может иметь заряд красного, зеленого или синего цвета. Цвет кварка делает его чувствительным к сильному взаимодействию.

Новая физика: обновленная карта всех частиц и фундаментальных сил (1 часть)

Сильное взаимодействие связывает кварки разных цветов вместе в составные частицы, такие как протоны и нейтроны, которые являются «бесцветными» и не имеют чистого цветового заряда.

Кварки переходят из одного цвета в другой, поглощая или испуская частицы, называемые глюонами, носителями сильного взаимодействия. Эти взаимодействия образуют стороны треугольника. Поскольку глюоны сами обладают цветным зарядом, они постоянно взаимодействуют друг с другом, а также с кварками. Взаимодействия между глюонами заполняют треугольник.

Читайте также:  Интересные факты о Великобритании

Новая физика: обновленная карта всех частиц и фундаментальных сил (1 часть)

Новая физика: обновленная карта всех частиц и фундаментальных сил (2 часть)

  • A New Map of All the Particles and Forces

Источник

Оцените статью
YouTesla.ru
Добавить комментарий