Misteriile Liturghiei
Greutatea elefantului african (6 tone) este de 600 miliarde de ori mai mare decât cea mai mică furnică (0,01 mg). Aproximativ în aceeași cantitate de ori, cuarcul superior este mai greu decât neutrinul. Până acum nu este clar de ce masele particulelor elementare sunt atât de diferite. Fizicienii continuă să vâneze pentru bosonul Higgs, care ajută dovedi existența aceluiași câmp nume, care conferă masă fiecare parte a universului.
Mulți oameni știu ce este o masă. Este clar pentru toată lumea că elefantul este mai mare și mai greu decât furnica. Chiar și în absența gravitației, posesorul uriaș al trunchiului are o masă mare: este mai greu să se miște și să se disperseze. Evident, elefantul este mai masiv, deoarece constă dintr-un număr mult mai mare de atomi decât furnica. Dar ce determină masele atomilor individuali? Cum rămâne cu masa particulelor elementare, de care sunt compuse? De unde vine?
Problema de masă are două aspecte independente. În primul rând, aș vrea să înțeleg cum arată masa în general. Se pare că participă la producerea a cel puțin trei mecanisme diferite, care vor fi descrise mai jos. Rolul principal în teoriile fizice ale masei este jucat de așa-numitul câmp Higgs, presupus că pătrunde întreaga lume reală. Se crede că particulele elementare dobândesc masa ca urmare a interacțiunii cu acest câmp. Dacă este adevărat, atunci conform teoriei trebuie să existe o particulă asociată cu ea - bosonul Higgs, în spatele căruia oamenii de știință vânează cu acceleratoarele de particule.
În plus, oamenii de știință doresc să știe de ce diferite tipuri de particule elementare corespund unor valori strict definite ale masei, iar cea mai grea particulă este de 11 ordine de mărime mai masivă decât cea mai ușoară. În același mod, elefantul este mai greu decât cea mai mică furnică (vezi masele de particule ale modelului standard).
În 1687, Isaac Newton a scris în faimoasele sale "Elemente": "Liturghia este o măsură a materiei, stabilită proporțional cu densitatea și volumul acesteia". Această definiție de bază se potrivea oamenilor de știință timp de două secole. Ei au înțeles că știința trebuie să descrie mai întâi modul în care funcționează legile naturii și numai atunci să înțeleagă de ce totul se întâmplă în acest fel și nu altfel. În ultimii ani, întrebarea "de ce există masa?" A devenit actuală pentru fizicieni. Înțelegerea semnificației și a originii masei va completa și extinde modelul standard al fizicii elementare a particulelor, care descrie interacțiunile dintre ele. Acest lucru va ajuta de asemenea la rezolvarea misterului materiei întunecate, care reprezintă aproximativ 25% din univers.
REVIZUIRE: FIZICIILE DOMENIILOR HIGGSA
- Liturghia este o proprietate obișnuită a materiei, dar pentru oamenii de știință este din multe puncte de vedere un mister. Mai întâi, cum obțin particulele elementare masa și de ce este valoarea ei determinată strict în fiecare dintre ele?
- Răspunsurile la aceste întrebări vor ajuta teoreticienii să completeze și să extindă Modelul Standard al Fizicii Elementare a Particulelor, care descrie legile fundamentale ale naturii. Modelul extins standard va ajuta la dezvăluirea misterului materiei întunecate, care reprezintă aproximativ 25% din univers.
- Conform teoriei, particulele elementare dobândesc masa, interacționând cu câmpul cuantic Higgs, care penetrează întregul Univers. Experimentele privind acceleratoarele de particule vor ajuta oamenii de știință să verifice existența acestui domeniu.
Ideile moderne despre masă sunt mult mai complicate decât definiția lui Newton și se bazează pe modelul standard. Se bazează pe o funcție matematică numită Lagrangian și arată cum interacționează particule diferite. Urmând regulile teoriei cuantice relativiste, cu ajutorul lui Lagrangian, fizicienii pot calcula comportamentul particulelor elementare și, în special, descriu cum formează protoni și neutroni. Atât particulele elementare cât și cele compozite se aplică ecuația $ F = ma $, care conectează forța, masa și accelerația dobândită. Funcția Lagrange ne ajută să calculam valoarea care ar trebui utilizată ca m, adică masa unei particule. Dar nu este inclusă doar în a doua lege a lui Newton. De exemplu, în conformitate cu teoria specială a relativității, particulele care nu au masă într-un vacuum se mișcă cu viteza luminii, iar particulele cu masă se mișcă mai încet, și cunoscând masa, se poate calcula viteza lor. Mai mult, gravitația acționează asupra masei în exact același fel ca și energia echivalentă. Valoarea lui m, calculată cu ajutorul Lagrangianului, se potrivește perfect rolului masei în toate ecuațiile fizice fără excepție.
Particulele fundamentale au o masă de odihnă definită strict (particulele cu masa zero de odihnă sunt numite fără masă). Masa totală a unei particule complexe constă în suma masei de odihnă a particulelor sale constituente, precum și energia lor cinetică de mișcare și energia potențială de interacțiune. Relația dintre energie și masă este descrisă de binecunoscuta ecuație Einstein: $ E = mc ^ 2 $, unde c este viteza luminii. Un exemplu de energie care contribuie la masă poate fi o specie de materie bine cunoscută - protoni și neutroni, dintre care nucleele atomice sunt compuse. Aceste particule reprezintă 4-5% din masa și energia universului (vezi bara laterală COSMIC INVENTORY). Conform modelului standard, protonii și neutronii sunt formați din cuarci, care sunt conectați unul cu altul prin gluoni fără masă. Deși elementele fiecărui proton circulă într-un vals continuu, îl vedem ca un singur obiect cu masa proprie, egală cu suma maselor și a energiilor particulelor sale constituente.
Din ecuațiile modelului standard rezultă că aproape întreaga masă de protoni și neutroni se datorează energiei cinetice a cuarcilor și gluonilor (restul este o masă quark de quark). Astfel, 4-5% din întregul univers sau aproape toată substanța familiară constă în energia mișcării de cuarci și gluoni în protoni și neutroni.
Spre deosebire de protoni și neutroni, particulele elementare precum quark-urile și electronii sunt indivizibile. Unde au primit restul maselor - misterul principal al originii masei. Conform teoriei fizice moderne, masele particulelor fundamentale sunt rezultatul interacțiunii lor cu câmpul Higgs. Dar de ce este acest câmp prezent peste tot în univers? De ce nu este egală cu zero la scara cosmică, cum ar fi câmpul electromagnetic? Care este domeniul Higgs?
Câmpul Higgs este un câmp cuantic. Nu este nimic surprinzător: toate particulele elementare sunt cantitatile câmpurilor cuantice corespunzătoare. Câmpul electromagnetic este, de asemenea, cuantos, iar particula elementară corespunzătoare este un foton. Deci câmpul Higgs nu este într-o oarecare măsură mai misterios decât electronii și lumina. Și totuși are trei trăsături.
PROPRIETĂȚI ALE PARTICULEI UNICE A HIGGS
CUM DOMENIUL HYGGS CREA MASS
Articole similare
Trimiteți-le prietenilor: