Pendant des siècles, l'humanité a pensé à deux questions fondamentales:

Le monde est ce qui constitue?

Quel est le matériel lié étroitement ensemble?

La raison pour laquelle nous continuons à penser à deux questions, parce que la réponse est non seulement de près est la clé liée à nous, à façonner les lois de l'univers derrière la compréhension.

La physique des particules est une discipline qui étudie les particules élémentaires composées de toutes choses, et comment entre ces particules Interact. Dans l'histoire de la science, la recherche en physique des particules implique la plus grande, la plupart des expériences complexes et sophistiquées. D'un point de vue pratique, la physique des particules soient également appliquées dans tous les aspects - puis le calcul distribué la physique de l'état solide au diagnostic médical.

physique des particules non seulement changé notre compréhension de l'univers, mais aussi sur d'autres domaines de la science, l'éducation, la qualité de vie ont apporté une contribution importante. (Source: Bac à sable studio, Chicago)

Maintenant, nous avons des questions suivantes dix à une aventure de la physique des particules maintenant!

1. particules élémentaires viennent d'être mentionnées, voici « de base » n'ont une signification particulière?

Quand nous disons " particule élémentaire « Fait référence au temps Les particules ne peuvent plus être des particules plus petites . Les particules élémentaires sont divisées en deux catégories: fermions (Fermion) et boson (Boson).

Toutes les choses dans la vie de tous les jours, nous voyons, nous y compris, sont faits atome Composition. Il y a deux mille ans, la substance Démocrite proposée est indivisible atomes. Ce ne fut qu'après 1897, Thomson a découvert l'électron, a été présenté le premier modèle atomique moderne.

La figure 1 : Thomson modèle atomique: des atomes sphériques circulaires, remplies d'une charge positive et les électrons chargés négativement comme une mosaïque de capsules de raisins secs. (Source: Benjamin)

Peu après, les expérimentateurs ont essayé de « regarder dans » la structure interne de l'atome, et surpris de constater que, en fait, est un atome chargé positivement par une très petite mais avec une densité plus élevée noyau atomique Autour du noyau et chargé négativement électronique Composition.

Bientôt, les physiciens ont découvert le noyau atomique est chargée positivement par la courroie proton et non chargée neutron Composition. Cependant, cela n'a pas empêché les physiciens continuent d'explorer la possibilité d'une plus fondamentale, le résultat est ils ont constaté que les protons et les neutrons sont en fait constitués de plus petits Quark Composé!

structure atomique: noyau intermédiaire des protons et des neutrons et des protons et des neutrons de moins de quark configuration autour du noyau sont des électrons. (Source: CERN)

En ce qui il est connu, Quarks et les leptons (Électronique) est le plus fondamental. Tous les quarks et les leptons sont tous les fermions fondamentaux. Toutes les particules ont tourner (Particules ayant des propriétés intrinsèques, liées, mais pas identique à la vitesse angulaire de la mécanique classique) nature Fermions de spin demi-entier (1 / 2,3 / 2, ...) et respecter Fermi - Dirac (Utilisé dans le système de mécanique statistique est décrit par un grand nombre satisfaire au principe d'exclusion de Pauli fermions constitués de particules dans les différentes lois statistiques des Etats quantiques).

fermions: à gauche trois générations de quark (u), le (d), Can (c), Qi (s), la fin (t) et une partie supérieure (B), le droit est Lepton: Electronique (e), et meson meson, et leur neutrino correspondant (). (Source: Bac à sable studio, Chicago avec Ana Kova)

D'autre part, le soi-disant boson il est Spin est un nombre entier (0,1,2 ..) Les particules et la conformité Bose - Einstein statistiques (Pas le même que fermions et bosons dans un certain niveau d'énergie peut contenir un nombre illimité de particules, ce qui est conforme à Bose - distribution statistique Einstein). Bosons comprennent: Photons, bosons W, Z bosons, gluons, Higgs (On mentionnera plus tard). Ces particules sont appelées Charger des particules de force , Ils sont sensiblement transmission de force particules de milieu . Chacune des quatre forces fondamentales liées boson un apparenté, telles que la force électromagnétique est transmise par les photons.

les bosons de la FIG sont affichées: gluon (g), Higgs (H), W bosons et des photons (). (Source: Bac à sable studio, Chicago avec Ana Kova)

En termes simples, ces particules force portante est le messager entre les deux particules. La force de base est des particules de support de force par le biais de l'échange de produits, qui a été le support solide de données expérimentales.

forces fondamentales générées par l'échange particule porteuse force est générée. (Source: Bac à sable studio, Chicago avec Ana Kova)

Ces particules élémentaires sont très, très petit, si petit? Si vous êtes intéressé Lecture suggérée: « Combien de particules élémentaires ont? " .

2. La force de base mentionné ci-dessus, peut expliquer un peu? Parfois, voir l'article dit que les forces fondamentales, parfois de constater que les interactions fondamentales, il existe des différences entre les deux il?

Physiciens au cours du dernier siècle d'efforts, doit comprendre un total de quatre forces fondamentales de la nature, toute la force peuvent être regroupés en quatre forces de base. Par exemple, nous connaissons la friction de la vie quotidienne, le magnétisme, la gravité, la désintégration nucléaire, etc., sont par l'une des quatre forces fondamentales causées.

quatre forces fondamentales: la pesanteur (gravité), une force électromagnétique (électromagnétisme), la force forte (Fort) et la force nucléaire faible (faible). (Source: Un univers à la fois)

Si la force des pauvres est organisé selon quatre forces, puis, ils sont force nucléaire forte (Liés dans le noyau), La force électromagnétique (Résultant dans le nord de pointage boussole), La force nucléaire faible (Est-ce le soleil pour être en mesure de fournir de l'énergie pour nous), et attraction (Causer pomme tombe au sol). Ils sont des particules de milieu gluons, photon, W ± / Z bosons et le sous-gravitation virtuelle.

théorie unifiée: Trois forces fondamentales aux hautes énergies sera unifié ensemble. (Source: CERN)

Physiciens longtemps caressé souhait est d'unifier les quatre forces fondamentales. A hautes énergies, la force électromagnétique et la force nucléaire faible a en effet été unifiée en force électrofaible . Certains physiciens pensent que à plus haute énergie - bien au-delà de notre expérience actuelle d'énergie qui peut être atteint - la force nucléaire forte, la force nucléaire faible et la force électromagnétique sera unifié en une seule force « grande unification ». la théorie de telle est appelée " théorie unifiée Grand « (GUT).

De nombreux physiciens sont souvent libres d'utiliser les « forces fondamentales » et « interactions fondamentales. » Au sens strict, la force est due à la présence d'une particule affecte l'autre particule, tandis que les particules en interaction comprennent l'impact de sa force, mais aussi les particules peut être la désintégration d'expérience et l'anéantissement. Par conséquent, l'utilisation de « interaction » est plus précis. Habituellement, vous êtes libre d'utiliser les deux, mais vous devez vous rappeler la différence entre eux.

3. Quels sont les physiciens des outils pour explorer ces particules?

Afin d'explorer ces particules, nous faisons face à deux problèmes:

Nous ne pouvons pas manquer d'explorer la structure de ces particules, parce que la longueur d'onde de la lumière trop longtemps.

Comment générer des particules massives que les physiciens veulent étudier?

Afin de résoudre ces deux problèmes, nous avons besoin physicien accélérateur de particules .

Physiciens ne peut manquer d'explorer la structure de ces particules, parce que la longueur d'onde de la lumière trop longtemps. Pour voir les plus petites particules, les physiciens ont besoin longueur d'onde que de petites particules. Cependant, la plupart des particules dans la nature ont une longueur d'onde relativement longue. Physiciens comment réduire la longueur d'onde des particules, les particules peuvent devenir des espions faire? Il faut se rappeler un fait: que toutes les particules ont la nature d'onde, la soi-disant dualité onde-particule. Puisque l'énergie et la fréquence est proportionnelle à l'énergie et la longueur d'onde est inversement proportionnelle. Ainsi, lorsque les particules de l'accélérateur sont accélérés à des longueurs d'onde de l'énergie peut être suffisamment petite pour pénétrer dans les atomes d'intérieur.

équivalence masse-énergie: E représentant de l'énergie, m pour la masse, c la vitesse de la lumière.

Ensuite, nous devons savoir Einstein Relativité Restreinte . La plus profonde connaissance théorique se trouve interchangeable entre la masse et l'énergie, la vitesse de déplacement de l'objet plus proche de la vitesse de la lumière, il deviendra plus sa masse. Le résultat est que, dans les particules de l'accélérateur sont accélérés à la vitesse de la lumière près de plus, plus l'énergie est obtenue de celui-ci. Ainsi, vous pouvez créer un grand nombre de particules massives instables, puis étudier leurs propriétés.

4. le plus grand accélérateur de particules au monde est qui? Dans l'accélérateur pour savoir comment détecter une grande variété de particules?

Centre européen pour la recherche nucléaire (CERN) en Grand collisionneur de hadrons (LHC de) Est un accélérateur de particules le plus puissant du monde. Il deux faisceaux accélérés à une énergie de protons très élevé, autour de la circonférence de l'orbite circulaire 27 km d'accélération, et de les entrer en collision effectuée. Là où la collision ne se produit pas sur un arbitraire, mais fixé au point de collision, qui est entouré par le détecteur.

Large Hadron Collider LHC. (Source: Wikipedia)

Le plus célèbre, est le plus grand des deux détecteurs de particules ATLAS et CMS. En plus de ces deux, il LHCb, ALICE, TOTEM, MoEAL et LHCf. Ils sont chargés de la mission de trouver un autre, une autre étude des particules.

Un détecteur moderne typique comprend quatre composants principaux: la chambre de suivi (tracking), un calorimètre électromagnétique (E-M calorimètre), le calorimètre sous-lourd (hadrons calorimètre) et la chambre de meson (Chambers muons). Chaque membre est responsable de la détection de particules différentes, comme la figure suivante:

détecteur ATLAS. (Source: ATLAS)

La ligne en pointillés représente la figure ci-dessus détecteur de particules non détectable, tel que les neutrinos (neutrinos), les neutrinos pratiquement pas d'effet car les particules. Nous ne pouvons que par l'absence de matière ou d'énergie pour en déduire l'existence de neutrinos.

précautions:

• Les particules chargées, telles que des électrons (électrons) et des protons (protons), ne peuvent être détectées dans la chambre de suivi de piste et le calorimètre électromagnétique.

• Dans la salle de suivi, nous avons été incapables de détecter des particules neutres telles que les neutrons (neutrons) et photons (Photon). Seulement quand ils sondent et le rôle que nous pouvons percevoir leur existence. Au moyen d'un calorimètre électromagnétique peuvent détecter les photons et les neutrons calorimètre généré par celui-ci peut d'hadrons est observée.

• Chaque particule dans le détecteur a son propre comportement unique. Par exemple, si le seul physicien dans le calorimètre électromagnétique a été détectée par une particule, la particule doit être photons détectés.

5. Il existe d'autres types d'accélérateurs ne?

LHC est un accélérateur circulaire, US relativiste Heavy Ion Collider (RHIC) est un autre plus célèbre.

trois sortes de différents accélérateurs de particules: synchrotron, un accélérateur linéaire et le cyclotron. (Source: Bac à sable studio, Chicago avec Ana Kova)

Mais en plus de l'accélérateur circulaire, il existe d'autres types d'accélérateurs tels que des accélérateurs linéaires. La Chine, le Japon prévoit de construire la prochaine génération de collisionneur à grande échelle.

6. Il existe d'autre moyen de particules?

Bien sûr, en plus de l'accélérateur de particules pour créer leur propre, il y a beaucoup de particules de l'espace, des phénomènes astronomiques, comme l'explosion d'une étoile ou un trou noir, et ainsi de suite. Par exemple, en plus de la lumière du rayonnement solaire, mais aussi un grand nombre de neutrino rayonnement. Il y a beaucoup d'expériences à grande échelle dans neutrino capture du monde, mais le rôle des neutrinos avec la matière est très faible, et donc extrêmement difficile à détecter, l'étude des neutrinos pourrait être conduit à « nouvelle physique » (voir Q10 ) percée.

Chine Daya Bay expériences neutrino de réacteurs nucléaires. L'équipe de test en raison de la détection des oscillations de neutrinos et a remporté le Prix national des sciences naturelles 2016. (Source: Wikipedia)

7. Je voudrais savoir la théorie derrière ces particules décrit quoi?

Jusqu'à présent, ce que vous voyez sont quelques-unes des particules élémentaires, ils sont faciles à retenir. Ceux-ci peuvent être composés d'un certain nombre de particules élémentaires et des particules composites, telles que des protons et des neutrons et des centaines d'autres particules.

Description théorique de l'interaction de ces particules et entre eux est appelé Le modèle standard de la physique des particules . En général, fait référence au modèle standard, vous verrez quelque chose comme ça dans un tableau:

Modèle standard: contient six quarks et six leptons et bosons. (Source: CERN)

Le modèle standard comprend trois groupes: SU (3), SU (2) et U (1). Chaque groupe représente une interaction standardisée. groupe fort calibre d'interaction est SU (3), l'effet du groupe de faible jauge électrique est SU (2) × U (1). Il est également connu comme le modèle standard SU (3) × SU (2) × U (1) . La formule mathématique derrière le modèle standard ressemble à ceci:

modèle standard lagrangien L est égal à l'équation ....... (Source: T.D. Gutierrez)

Si vous voulez en savoir plus sur cette équation peut être lu « Simple et belles équations du modèle standard. » .

8.2012 années temps, les scientifiques ont trouvé le boson de Higgs au LHC, quel est le boson de Higgs exactement? des moyens bosons qu'il est une sorte de force il?

Dans les années 1960, le modèle standard est lentement reconstitué, cependant, les physiciens théoriques ont montré qu'ils ne peuvent pas expliquer pourquoi les particules élémentaires ont une qualité différente.

En 1964, trois groupes différents (dont: Higgs, Brout, Englert, Guralnik, Hagen et Kibble), respectivement, proposent une solution, aussi longtemps que l'introduction d'un nouveau champ peut résoudre le problème. Bien qu'il se trouve ensemble six personnes, mais en général seulement appelé champ de Higgs . La particule associée au champ de Higgs est Higgs spin zéro . nous entendons ici par trois qualité comique de particules élémentaires est de savoir comment passer à travers le champ de Higgs:

(Source: CERN)

Réunissez un groupe de physiciens lors d'une soirée cocktail, une conversation tranquille avec eux, comme l'espace rempli avec le champ de Higgs.

(Source: CERN)

À un certain moment, Einstein a marché tout à coup dans le parti, quand il est passé à travers la foule a causé un peu de remue-ménage, ses admirateurs doivent se rapprocher de lui.

(Source: CERN)

Avant d'entrer dans la salle, Einstein peut se déplacer librement. Mais quand il est entré dans une partie à part entière de physiciens, il est plus lent mouvement, et admirateurs lui fait difficile de se déplacer. En d'autres termes, il a gagné la qualité. C'est comme des particules sans masse avec l'effet de champ de Higgs obtenu par la qualité.

De plus, nous avons mentionné dans la question précédente, chaque boson lié aux forces fondamentales de la matière. Boson de Higgs si elle implique l'existence d'une nouvelle force? Ceci est une valeur de question à explorer.

Un champ pour produire un besoin de force pour répondre à trois conditions: le terrain doit être activé et désactivé, il doit avoir une direction de préférence, il doit également être en mesure d'attirer ou de repousser.

En général, champ de Higgs ne répond pas aux deux premiers - la direction, il est toujours ouverte, pas de préférence. Toutefois, en raison de la présence de Higgs, le champ sera perturbé, en théorie, permet la production d'énergie. Appelons-la force de Higgs.

Mais la force de ce genre de rôle, il est encore un casse-tête pour jouer dans l'univers. Nous savons que le champ de Higgs pour générer une substance stable est nécessaire. Mais pour savoir maintenant, n'est pas nécessairement la force de Higgs.

Higgs vigueur pour l'existence possible de la matière noire, ou l'asymétrie matière et l'antimatière est très important. Nous ne connaissons pas les détails, en 2012 a découvert le boson de Higgs est que le début, il est actuellement l'un des principaux objectifs du LHC est de trouver plus Duoxigesi boson, une étude plus approfondie de leurs propriétés.

9. Modèle standard de la physique des particules, ainsi que les questions sans réponse?

Il y a beaucoup, tels que:

• Qu'est-ce que dark Matter ? (Peut être lu « Trouver la lumière dans l'obscurité » )

• niveau problème : Pourquoi la gravité beaucoup plus faible que l'autre fondamental?

• Vous cherchez la désintégration de bis sans neutrino : Neutrino est sa propre antiparticule il?

• problème -CP forte : Pourquoi seulement la force nucléaire faible en violation de la conservation de la parité et la force nucléaire forte ne dit pas une violation similaire?

• asymétrie baryonique : En théorie, au moment du Big Bang devrait produire la même quantité de matière et d'antimatière, mais pourquoi l'univers que nous voyons aujourd'hui est principalement composé de la matière? (Peut être lu « Pourquoi nous sommes tous composés de la matière? Au lieu de l'antimatière? " )

• désintégrations Proton faire?

Et ainsi de suite.

10. voient souvent l'article dit la « nouvelle physique » Qu'est-ce que cela signifie?

« Nouvelle physique » au-delà de la norme se réfère généralement au modèle théorique, ces théories en plus du modèle standard à répliquer avec succès, il faut aussi expliquer le modèle standard ne peut répondre à la question. Il y a beaucoup de ces théories. L'un des plus respecté est la théorie de la supersymétrie. Supersymétrie en plus d'expliquer de nombreux problèmes (tels que la matière sombre et les questions de qualité), les physiciens du LHC croient qu'il peut être vérifié (voir « La montée et la chute de la supersymétrie » ).

En plus de ces nouvelle théorie n'a pas été prouvée, certains physiciens épinglé ses espoirs sur le corps de neutrino. Dans le modèle standard, les neutrinos ont pas de masse. Cependant, dans des expériences, nous avons constaté que les neutrinos ont une masse très faible, ce qui est la seule preuve expérimentale solide au-delà du modèle standard du phénomène trouvé jusqu'à présent.

Lecture connexe: « Problème Ten avec la théorie des cordes, vous savez. » , « Dix questions, vous savez avec la mécanique quantique. »