Стандартен модел на елементарни частици за начинаещи. Често задавани въпроси: Стандартен модел стандартен модел на взаимодействие на елементарни частици

Модерна идея за физиката на частиците се съдържа в така наречената Стандартен модел . Стандартният модел (cm) на физиката на частиците се основава на квантовата електродинамика, квантова хромодинамика и модел на кварк-партитон.
Квантовата електродинамика (CAD) - високоточна теория - описва процесите, които се срещат под действието на електромагнитни сили, които са изследвани с висока степен на точност.
Квантовата хромодинамика (QCD), описваща процесите на силни взаимодействия, е изградена по аналогия с CAD, но е по-скоро полу-емпиричен модел.
Моделът на кваркура-Партън съчетава теоретични и експериментални резултати от проучванията на свойствата на частиците и техните взаимодействия.
Досега отклоненията не се откриват от стандартния модел.
Основното съдържание на стандартния модел е представено в таблици 1, 2, 3. съставките на материята са три поколения фундаментални ферми (I, II, III), чиито свойства са изброени в таблица. 1. Основни бозове - превозвачи на взаимодействието (таблица 2), които могат да бъдат представени с помощта на диаграма на Фейнман (фиг. 1).

Таблица 1: Фермиони - (Spin Semi свободни в единици ћ) Конституции на материята

Таблица 2: Бозони - носители на взаимодействие (Spin \u003d 0, 1, 2 ... в единици ћ)

Таблица 3: Сравнителни характеристики на фундаменталните взаимодействия

Силата на взаимодействието е относително силна.

Фиг. 1: Фейнман Диаграма: A + B \u003d C + D, A - константа за взаимодействие, Q2 \u003d -T - 4-импулс, който частица се превръща в частица в резултат на един от четирите вида взаимодействия.

1.1 Основни позиции на стандартния модел

• Одроните се състоят от кварки и глюони (преждевременно). Кварки - фермиони със завъртане 1/2 и маса m 0; Главо - Бозони със завъртане 1 и маса M \u003d 0.
• Кварките са класифицирани на два знака: аромат и цвят. Известен е 6 вкуса на кварки и 3 цвята за всеки кварк.
• Арома е характеристика, която продължава в силни взаимодействия.
• Глуонът е съставен от два цвята - цветове и антитурет, а всички останали квантови числа са равни на нула. Когато излъчваш шумовия кварк променя цвета си, но не и аромат. Общо произведения 8 Gluons.
• Елементарните процеси в CCD са изградени по аналогия с CAD: спирачната емисия на глюун quark, раждането на килк-антибунтинг двойки глюони. Процесът на раждане на глюоните с глюони няма аналог в CAD.
• Статичното поле Gluon не е свързано с нула при безкрайност, т.е. Общата енергия на такава област е безкрайна. Така кварки не могат да летят от адроните, има задържане.
• Силите на атракцията, които имат две необичайни свойства, действат: а) асимптотична свобода на много ниски разстояния и б) инфрачервен плен - задържане, поради факта, че потенциалната енергия на взаимодействието v (R) все повече нараства с увеличаване на разстоянието между кварките R, V (R) \u003d -α S / R + ær, α S и Æ - константи.
• Взаимодействието на кварк-кварк не е добавка.
• Могат да съществуват само цветни синглици под формата на свободни частици:
  Meson Singlet, за който функцията на вълната се определя от съотношението

и Baryon Singlet с вълна функция

където R е червен, в синьо, G е зелено.

• Има текущи и компонентни кварки, които имат различни маси.
• Кръстовите участъци на процеса A + B \u003d C + X с обмен на един глуон между кварк, част от администри са написани във формата:

ŝ \u003d x a x B S, \u003d x a t / x c.

Символи А, В, С, d са обозначени с кварки и свързани променливи, символи А, В, С - хадрон, ŝ ,,, - стойности, свързани с кварки - функцията на разпределението на кварки и в АКТУАН или, съответно, - кварки b в река б), - фрагмент фрагментация fipl c. c, d / dt е елементарно участие QQ взаимодействие.

1.2 Търсене на отклонения от стандартния модел

Със съществуващите енергии на ускорените частици всички CHD позиции са добре изпълнени и повече CED. В планираните експерименти с по-високи енергийни източници на една от основните задачи се разглежда търсенето на отклонения от стандартния модел.
По-нататъшното развитие на високоенергийната физика е свързано с решаването на следните задачи:

1. Търсене на екзотични частици със структура, различна от приета в стандартния модел.
2. Търсене на неутрино колебания ν μ ν τ и свързания проблем с неутринската маса (ν m ≠ 0).
3. Търсенето на разпадането на протона, чийто жизнено значение се оценява от стойността на τ, експлоатира\u003e 10 33 години.
4. Намиране на структурата на фундаменталните частици (струни, конуси на разстояния d< 10 -16 см).
5. Откриване на деконфиндмад Хадрон (Probark Gluon плазма).
6. Изследването на нарушаването на CP инвариантност по време на разпадането на неутрални K-мезони, D-мезони и B-частици.
7. Изучаването на природата на тъмната материя.
8. Изучаване на състава на вакуума.
9. Търсене на Хигс-Бозона.
10. Търсене на суперсиметрични частици.

1.3 Нерешени въпроси на стандартния модел

Основната физическа теория, стандартният модел на електромагнитните, слабите и силните взаимодействия на елементарни частици (кварки и лептони) е общоприетото постижение на физиката на 20-ти век. Тя обяснява всички известни експериментални факти в физиката на Microloworld. Въпреки това, има редица въпроси, които в стандартния модел няма отговор.

1. Естеството на механизма на спонтанно нарушаване на електрическото затваряне на инвариантността за калибриране е неизвестно.

• Обяснение на съществуването на маси в W ± - и Z 0 -Осоните изискват въвеждането в теорията на скаларните полета с невариански спрямо трансформациите на калибрирането от основното състояние на -вакум.
• Последствието на това е появата на нова скаларна частица - Boson Higgs.

1. Cm не обяснява естеството на квантовите числа.

• Какво е обвинение (електрически; барион; Lepton: le, l μ, l τ: цвят: синьо, червено, зелено) и защо са квалифицирани?
• Защо има 3 поколения фундаментални фермиони (I, II, III)?

1. SM не включва гравитация, поради което пътят към включването на гравитацията в cm - нова хипотеза за съществуването на допълнителни измервания в пространството на микромир.
2. Няма обяснение, защо фундаменталната скала на бара (M ~ 10 19 GEV) е досега от основния мащаб на електрическите взаимодействия (M ~ 10 2 2 GEV).

В момента е имало начин за решаване на тези проблеми. Състои се в развитието на нова идея за структурата на фундаменталните частици. Предполага се, че фундаменталните частици са обекти, които се наричат \u200b\u200b"струни". Свойствата на низовете се обсъждат в бързо развиващ се модел на Superstrun, който твърди, че създава връзка между явленията, възникващи във физиката на елементарните частици и в астрофизиката. Такава връзка доведе до формулирането на нова дисциплина - космология на елементарни частици.

Какво глупаво име за най-точната научна теория за всички известни човечество. Повече от една четвърт от нобеловите награди във физиката от миналия век бяха отпуснати на работа, която пряко или непряко свързана със стандартния модел. Името й, разбира се, изглежда, че няколко стотин рубли можете да си купите подобрение. Всеки теоретичен физик би предпочел "невероятна теория за почти всичко", което всъщност е и е.

Много хора си спомнят вълнението между учени и в медиите, причинени от откриването на Higgs Boson през 2012 година. Но откриването му не е изненадало и не е възникнало от никъде - той бележи петдесетата годишнина от победите на стандартния модел. Тя включва всяка фундаментална сила, с изключение на гравитацията. Всеки опит да го опровергае и да демонстрира в лабораторията, че трябва да бъде напълно рециклиран - и имаше много такива - неуспешни.

Накратко, стандартният модел е отговорен за този въпрос: Какво е направено всичко и как всичко се събра?

Най-малките градивни елементи

Физиката обича прости неща. Те искат да смажат всичко до самата същност, да намерят най-основните градивни елементи. Направете това в присъствието на стотици химически елементи не е толкова лесно. Нашите предци вярваха, че всичко се състои от пет елемента - земя, вода, огън, въздух и етер. Пет са много по-лесни от сто осемнадесет години. И също неправилно. Със сигурност знаете, че светът около нас се състои от молекули, а молекулите се състоят от атоми. Химик Дмитрий Менделеев разбра през 180-те и представени атоми в таблицата на елементите, която се учи днес в училище. Но тези химични елементи 118. Антимон, арсен, алуминий, селен ... и 114 повече.

През 1932 г. учените знаеха, че всички тези атоми се състоят само от три частици - неутрони, протони и електрони. Неутроните и протоните са тясно свързани помежду си в ядрото. Електрони, хиляди пъти по-светли от тях, кръг около ядрото със скорост близо до светлината. Физика дъска, Bor, Schrödinger, Heisenberg и други представиха нова наука - квантова механика - да обяснят това движение.

Това би било чудесно да останете. Общо три частици. Това е още по-лесно от пет. Но как те държат заедно? Отрицателно заредените електрони и положително заредени протони се закрепват заедно по електромагнит. Но протоните са съборени в ядрото и техните положителни обвинения трябва да ги изтласкат. Дори неутралните неутрони няма да помогнат.

Какво свързва тези протони и неутрони заедно? "Божествена намеса"? Но дори и божественото същество ще предаде проблемите за всеки от 1080 протони и неутрони във Вселената, докато държеше волята си.

Разширяване на зоологическата градина на частиците

Междувременно природата отчаяно отказва да запази само три частици в зоологическата градина. Дори и четири, защото трябва да вземем под внимание фотоната, леката частица, описана от Айнщайн. Четири се превърнаха в пет, когато Андерсън измерва електроните с положителен заряд - позит - които бият на земята от външното пространство. Пет са станали шест, когато божурът е бил открит, държейки ядрото като цяло и прогнозираната Юка.

Тогава Муон се появи - 200 пъти по-тежък от електрон, но в останалата част на близнака му. Това е седем. Не е толкова просто.

До 60-те години имаше стотици "фундаментални" частици. Вместо добре организирана периодична таблица, имаше само дълги списъци от бариеви (тежки частици като протони и неутрони), мезони (като юкава божури) и лептони (леки частици, като електрон и неуловим неутрино), без никаква организация и Принципи на устройството.

И стандартният модел е роден в този боклук. Нямаше представа. Архимеда не изскочи от банята с вик на "Еврика!". Не, в средата на 60-те години, няколко интелигентни хора представят важни предположения, които превърнаха това блато в проста теория, а след това петдесет години експериментална проверка и теоретично развитие.

Кварка. Те получиха шест варианта, които наричаме вкусове. Както в цветовете, не само толкова вкусно миришещо. Вместо рози, лилии и лавандула, получихме горни и долни, странни и омагьосани, очарователни и истински кварки. През 1964 г. Гел-Ман и Колегу ни научиха да смесваме три четвърти, за да получат Барион. Протонът е два отгоре и един по-нисък кварк; Неутрон - два по-ниски и един отгоре. Вземете един кварк и един антиквар - вземете мезона. Божур е горният или долния кварк, свързан с горната или долната антикварна. Цялото вещество, с което се занимаваме с горните и долните кварки, антиквар и електрони.

Простота. Въпреки че не е съвсем простота, защото не е лесно да се държат кварките. Те се присъединяват толкова плътно, че никога няма да намерите кварк или антикварно скитане сам по себе си. Теорията на тази връзка и частици, които участват в нея, а именно глюоните, се нарича квантова хромодинамика. Това е важна част от стандартния модел, математически сложен и дори безрезервна за основна математика. Физиците правят всичко възможно да произвеждат изчисления, но понякога математическият апарат не е добре развит.

Друг аспект на стандартния модел е "Lepton модел". Това е името на най-важната статия през 1967 г., написана от Stephen Weinberg, която обединена квантова механика с най-важните познания за взаимодействието на частиците и ги организира в една теория. Той се обърна към електромагнетизма, обвърза го с "слаба сила", която води до определени радиоактивни разпадания и обясни, че това са различни прояви на същата сила. Този модел включва механизма на HIGGS, който дава маса от фундаментални частици.

Оттогава стандартният модел прогнозира резултатите от експериментите за резултатите, включително откриването на няколко вида кварки и W-Bosons - тежки частици, които в слаби взаимодействия изпълняват същата роля като фотон в електромагнетизма. Вероятността, която неутрино има маса, е пропусната през 60-те години, но потвърди стандартния модел през 90-те години, след няколко десетилетия.

Откриването на HIGGS BOSON през 2012 г., което отдавна е предвидено от стандартния модел и дългоочакваните, не, все пак, изненада. Но това беше друга важна победа на стандартния модел над тъмните сили, които редовно чакат физиката на частиците на хоризонта. Физиката не харесва, че стандартният модел не съответства на техните идеи за простите, те са загрижени за нейната математическа непоследователност, а също така търсят възможността да привлекат гравитацията в уравнението. Очевидно се излива в различни теории на физиката, които могат да бъдат след стандартния модел. Така че имаше теории за голяма асоциация, свръхсмимат, теория на технорода и струн.

За съжаление, теорията извън стандартния модел не намери успешни експериментални потвърждения и сериозни барове в стандартния модел. Петдесет години по-късно, това е стандартният модел, който е най-близо до статута на теорията на всички. Невероятна теория почти всичко.

Днес стандартният модел е една от най-важните теоретични структури във физиката на елементарните частици, описващи електромагнитното, слабо и силно взаимодействие на всички елементарни частици. Основните разпоредби и компоненти на тази теория описват физика, съответният член на Руската академия на науките Михаил Данилов

1

Сега, въз основа на експериментални данни, е създадена много съвършена теория, която описва почти всички явления, които наблюдаваме. Тази теория е скромно наречена "стандартен модел на елементарни частици". Той има три поколения фермиони: кварки, лептони. Това е така да се говори, изграждащ материал. От първото поколение, всичко, което виждаме около нас, са построени. Тя включва U- и D-кварки, електрон и електронен неутрино. Протоните и неутроните се състоят от три кварки: UUD и UDD, съответно. Но има още две поколения кварки и лептони, които до известна степен повторят първото, но по-тежко и в крайна сметка се разлагат на частиците на първото поколение. Всички частици имат антипастици с противоположни такси.

2

Стандартният модел включва три взаимодействия. Електромагнитното взаимодействие държи електроните в атом и атоми вътре в молекулите. Носителят на електромагнитното взаимодействие е фотон. Силното взаимодействие държи протони и неутрони в атомното ядро \u200b\u200bи кварки в протони, неутрони и други адрони (така че Л. Б. Окун предложи да се обадят в силно взаимодействие). При силно взаимодействие кварки и конструирани камери, както и носещите на взаимодействието - глюони (от английски лепило - глюони). Хасковете се състоят или от трите кварки, като протон и неутрон, или от кварк и антиквар, както, казват, π ± meson, състоящ се от U- и анти-D-кварки. Слабото взаимодействие води до рядкост, като неутрон за протонен, електрон и електронен антиненеутрино. Носителите на слабо взаимодействие са w- и z-bosons. Квьорите и лептоните участват в слабо взаимодействие, но е много малко в нашите енергии. Това обаче е обяснено просто голяма маса на W- и Z-бозони, които са два порядъка на по-твърди протони. При енергии, повече от масата на W-и Z-BOSONS, силата на електромагнитното и слабо взаимодействие става сравнима и те се комбинират в едно едно електроограничено взаимодействие. Предполага се, че с много b относнокожените енергии и силно взаимодействие ще се обединят с останалите. В допълнение към електрическите и силните взаимодействия все още има гравитационно взаимодействие, което не е включено в стандартния модел.

W, z-bosons

g - Младост

H0 - Boson Higgs.

3

Стандартният модел може да бъде формулиран само за безмасови фундаментални частици, т.е. кварки, лептони, w- и z-bosons. За да закупят масата, полето HIGGS обикновено се въвежда, наречено от един от учените, които предложиха този механизъм. В този случай, в стандартния модел трябва да има друга основна частица - Boson Higgs. Търсенето на последната тухла в тънката сграда на стандартния модел се провежда активно на най-големия слой в света - великият колайдер (резервоар). Вече са получили насоки за съществуването на Higgs Boson с маса от около 133 масов протон. Въпреки това, статистическата надеждност на тези инструкции все още е недостатъчна. Очаква се, че до края на 2012 г. ситуацията ще стане по-ясна.

4

Стандартният модел перфектно описва почти всички експерименти върху физиката на елементарните частици, въпреки че търсенето на явления, оставяйки отвъд рамката, е постоянно в ход. Последният намек на лъча на физиката бе открит през 2011 г. в експеримента на LHCB на резервоара на неочаквано големи различия в свойствата на така наречените поставени мезони и техния анти-пот. Въпреки това, очевидно, дори такава голяма разлика може да бъде обяснена в рамките на рамката От друга страна, през 2011 г. друг, конфискуван няколко десетилетия, потвърждение на cm, предсказвайки съществуването на екзотични адрони. Физика от Института по теоретична и експериментална физика (Москва) и Института за ядрена физика (Novosibirsk) в рамките на международния експеримент, Бел намери адрони, състоящи се от две кварки и два антикварки. Най-вероятно това са молекули на мезони, предсказани от теоретика ITEF M. B. Волошин и Л. Б. Окю.

5

Въпреки всички успехи на стандартния модел, той има много недостатъци. Броят на свободните параметри на теорията надвишава 20 и напълно неясен, където тяхната йерархия възниква. Защо масата на Т-кварк 100 хиляди пъти повече U-quark маса? Защо връзката постоянни t- и D-кварки, първо измерени в международния експеримент на ARGUS в активното участие на физиците на ITEF, 40 пъти по-малко от връзката константа на C- и D-кварки? За тези въпроси виж cm не дава отговор. И накрая, защо се нуждаете от 3 поколения кварки и лептони? Японските теоретици M. Kobayashi и T. Maskawa през 1973 г. показаха, че съществуването на 3 поколения кварки позволява да се обясни разликата в свойствата на материята и антиматерията. Хипотезата на М.Кобаяши и Т. Маскава е подадена в експерименти в Бел и Бабар с активното участие на физиците от ITAF и ITEF. През 2008 г. M. Kobayashi и T. Maskawa бяха наградени за теорията на Нобелова награда

6

Стандартният модел има по-основни проблеми. Сега знаем, че виждате, че не е завършено. От астрофизични изследвания е известно, че има въпрос, който не се вижда. Това е така наречената тъмна материя. Той е около 5 пъти повече от обикновен въпрос, от който сме. Може би основният недостатък на стандартния модел е липсата на вътрешна самозаконна последователност в нея. Например, естествената маса на HIGGS BOSON, произтичаща от CM поради обмена на виртуални частици, за много порядъци надвишава масата, необходима за обяснение на наблюдаваните явления. Един от изходите, най-популярният в момента е хипотезата на суперсиметрията - предположението, че има симетрия между фермите и бозоните. За първи път тази идея е изразена през 1971 г. Ю. А. Голфдия и Е. П. Лихтман във Фиана, а сега се радва на огромна популярност.

7

Наличието на суперсиметрични частици не само ви позволява да стабилизирате поведението на cm, но и давате много естествен кандидат за ролята на тъмната материя - най-лесната суперсиметрична частица. Въпреки че в момента няма надеждни експериментални потвърждения на тази теория, тя е толкова красива и толкова елегантна ви позволява да решите проблемите на стандартния модел, който много хора вярват в него. Резервоарът активно търси свръхсиметрични частици и други алтернативи. Например, той се търси допълнителни измервания на пространството. Ако съществуват, могат да бъдат решени много проблеми. Може би гравитацията става силен в относително дълги разстояния, което също ще бъде голяма изненада. Други, алтернативни HIGGS модели, са възможни масови механизми за фундаментални частици. Търсене на ефекти извън стандартния модел се извършва много активно, но досега неуспешно. През следващите години трябва да се изчисти много.

"Ще бъдем зададени защо групата на талантливите и посветени на работата им на хора е готова да посветим живота на такива малки предмети, които дори не могат да видят? Всъщност човешкото любопитство и желание да научат как светът, в който живеем, са подредени в класната стая на физиците от елементарни частици.

Ако все още се страхувате от фразата квантова механика и все още не знаете какъв е стандартният модел - добре дошли в котката. В моята публикация ще се опитам просто и ясно да обясня основите на квантовия свят, както и физиката на елементарните частици. Ще се опитаме да разберем какви е основните различия в фермите и бозоните, защо кварките имат такива странни имена, и накрая, защо всички искат да намерят Бозон Хигс.

От какво се състои?

Е, нашето пътуване в Microvorld, ще започнем с властен въпрос: какви са елементите около нас? Нашият свят, като къща, се състои от различни малки тухли, които по специален начин се свързва, създава нещо ново, не само на външен вид, но и в техните свойства. Всъщност, ако погледнете близо до тях, можете да откриете, че различните видове блокове не са толкова много, само всеки път, когато се свързват помежду си по различни начини, образуват нови форми и явления. Всеки блок е неделима елементарна частица, която ще бъде обсъдена в моята история.

Например, вземете някаква субстанция, нека бъде с нас ще бъде вторият елемент на периодичната система Mendeleev, инертен газ, хелий. Подобно на останалите вещества във вселената, хелийът се състои от молекули, които от своя страна се образуват от връзките между атомите. Но в този случай, за нас, хелий е малко специално, защото се състои само от един атом.

Какво е атомът?

Хелий атомът, от своя страна, се състои от два неутрона и два протона, съставляващи атомното ядро, около което се въртят два електрона. Най-интересното е, че е абсолютно неделим тук е само електрон.

Интересен момент на квантовия свят

От него по-малко масата на елементарната частица, повече ▼ Тя се случва. Поради тази причина електроните, които са единадесет от 2000 пъти, протонът заемат много повече място в сравнение с ядрото на атома.

Неутроните и протоните принадлежат към така наречената група херрон (частици, изложени на силно взаимодействие) и ако е по-точно, барионов.

Адроните могат да бъдат разделени на групи

• Барионов, който се състои от три кварки
• Мезони, които се състоят от двойка: антипартичесто частица

Неутрон, толкова ясен от името си, е неутрално заредена и може да бъде разделена на две по-ниски кварти и един горен кварк. Протон, положително заредена частица, е разделен на един по-нисък кварк и две горни кварта.

Да, да, не се шегувам, те наистина се наричат \u200b\u200bгорната и долната. Изглежда, че ако отворим горния и долния кварк, и дори електрон, можем да можем да опишем цялата вселена с тях. Но това твърдение ще бъде много далеч от истината.

Основният проблем - частиците трябва по някакъв начин да си взаимодействат помежду си. Ако светът се състоеше само от тази троица (неутрон, протон и електрон), тогава частиците просто ще летяха по безкрайните пространства на пространството и никога нямаше да отидат в по-големи формации, като адрони.

Фермиони и бозони

От дълго време учените са измислени удобна и кратка форма на представяне на елементарни частици, наречена стандартният модел. Оказва се, че всички елементарни частици са разделени фермиони, от които целият въпрос е и бососкоито прехвърлят различни видове взаимодействия между фермите.

Разликата между тези групи е много визуална. Факт е, че фермите за оцеляване под законите на квантовия свят изискват малко пространство, докато колегите им - бозони могат да бъдат тихо трилион да живеят един на друг.

Фермиони

Група Фермонов, както вече беше казано, създава видим въпрос около нас. Каквото и да виждаме, създадохме, създадени от фермиони. Фермионите са разделени quark., добре взаимодействие и заключена в по-сложни частици като адрони, и лептоникоито съществуват свободно в пространството, независимо от техния колега.

Quark. Те са разделени на две групи.

• Тип. От кварталите на горния тип, с заряд +23, принадлежи: горна, омагьосан и истински кварки
• Отдолу. От кварките на долния тип, с такса -13, принадлежат: дъно, странни и очарователни кварки

Вярно и очарователни са най-големите кварки, а горната и долната - най-малките. Защо кварки дадоха такива необичайни имена и говорят по-правилно, "аромати", досега за учените темата на споровете.

Лептони Също разделени на две групи.

• Първата група, с такса "-1", принадлежи към нея: електрон, мюон (по-тежка частица) и таузната частица (най-масивната)
• Втората група, с неутрална такса, съдържа: електронен неутрино, Muon Neutrino и Tau-Neutrino

Неутрино - има малка частица от вещество, което е почти невъзможно да се напусне. Неговият заряд винаги е равен на 0.

Възниква въпросът, няма да намери физици още няколко поколения частици, които ще бъдат още по-масивни в сравнение с предишните. Трудно е да се отговори, но теоретиците смятат, че поколенията на лептони и кварки са изчерпани от три.

Не намирате някаква прилика? И кварки, а лептоните са разделени на две групи, които се различават един от друг по обвинение на единица? Но за това по-късно ...

Босос

Без тях Фермионите ще летят през Вселената с твърд поток. Но обмен на бозони, фермионите взаимно взаимодействат. Самите бозони не взаимодействат помежду си.

Взаимодействието, предадено от бозовете, е:

• Електромагнит, частици - фотони. С тези безмасови частици светлината се предава.
• Силен ядрен цвят, частици - глюони. С тяхната помощ, кварк от ядрото на атома не се разпада в отделни частици.
• Слаба ядрена енергия, частици - w и z bosons. С тяхната помощ, фермите се отразяват от теглото, енергия и могат да се превръщат един в друг.
• Гравитационно , частици - гравитони. Изключително слаби в мащаба на силата на микровълната. Тя става видима само върху супермасивни тела.

Резервация за гравитационното взаимодействие.
Наличието на гравитоните се потвърждава експериментално. Те съществуват само под формата на теоретичната версия. В стандартния модел, в повечето случаи те не се вземат предвид.

Това е всичко, стандартният модел се събира.

Проблемите току-що започнаха

Въпреки многото представяне на частиците в схемата, остана два въпроса. От мястото, където частиците приемат тяхната маса и какво е Хигс бозонкоето се отличава от други бозони.

За да разберем идеята за използване на Higgs Boson, трябва да се позовем на квантовата теория на полето. На прост език може да се твърди, че целият свят, цялата вселена, се състои от най-малките частици и от различни области: Gluon, quark, електронен, електромагнит и др. Във всички тези полета непрекъснато възникват незначителни трептения. Но ние възприемаме най-силните от тях като елементарни частици. Да, и тази теза е доста противоречива. От гледна точка на дуализма на корпускуларния вълни, един и същ микромир обект в различни ситуации се държи като вълна, като елементарна частица, зависи само от това как физиката наблюдават процеса е по-удобен за симулиране на ситуацията.

Поле на Хигс

Оказва се, че има така нареченото HigGS поле, средната стойност на която не иска да се стреми към нула. В резултат на това това поле се опитва да вземе някаква постоянна ненулева стойност в цялата вселена. Полето е вездесъщ и постоянен фон, в резултат на силни трептения, от които се появява Boson Higgs.
И точно благодарение на полето на Хигс, частиците са надарени с маса.
Масата на елементарната частица зависи от това колко взаимодейства с HIGGS полето, постоянно трептене в нея.
И именно поради бозона на Хигс, или по-скоро заради нейното поле, стандартният модел има толкова много подобни групи частици. Higgs Field принуждава много допълнителни частици, като неутрино.

Резултати.

Това, което беше казано от мен, е най-повърхностната концепция за естеството на стандартния модел и защо се нуждаем от Higgs Boson. Някои учени все още в дълбините на душата се надяват, че частицата, която се намира през 2012 г. и подобна на Boson Higgs в резервоара е просто статистическа грешка. В края на краищата, Higgs Field нарушава много красиви симетрии на природата, като правят изчисления на физиците по-объркващи.
Някои дори смятат, че стандартният модел живее последните си години поради несъвършенството си. Но той е експериментално доказано, а стандартният модел на елементарните частици остава активен модел на гений на човешка мисъл.

Стандартният модел на елементарни частици се счита за най-голямото постижение на физиката от втората половина на 20-ти век. Но какво се крие отвъд него?

Стандартният модел (cm) на елементарни частици на базата на калибриращата симетрия е великолепното създаване на Мъри Гел-манна, Шелдън Глашоу, Стивън Вайнберг, Абдус Салама и цялата Плейда на блестящите учени. Вижте перфектно описва взаимодействията между кварки и лептони на разстояния от около 10-17 m (1% протон диаметър), които могат да бъдат изследвани в съвременни ускорители. Въпреки това, тя започва да се бърка на разстояния 10-18 m и още повече, така че не осигурява напредък към пожелание за робски скала на 10-35 m.

Смята се, че всички фундаментални взаимодействия се сливат в квантовото единство. За промяна вижте по-пълна теория, която най-вероятно няма да стане последна и финала. Учените се опитват да намерят замяната на стандартния модел. Мнозина смятат, че новата теория ще бъде изградена чрез разширяване на списъка със симетрии, които образуват основата. Един от най-обещаващите подходи за решаване на тази задача е положен не само извън връзката с проблемите на cm, но дори и преди да бъде създаден.

Частици, подложени на статистически данни на Fermi Dirac (Fermions с половин Heer Back) и Bose Einstein (бозони с цялото време). В енергията добре всички бозони могат да заемат същото по-ниско енергийно ниво, образувайки кондензат Bose Einstein. Фермионите подлежат на принципа на забрана на Паули и следователно две частици със същите квантови числа (по-специално еднопосочни завъртания) не могат да заемат едно и също енергийно ниво.

Смес от противоположности

В края на 60-те години, старши изследовател, журито Голфланд, старши изследовател, предложил своя студент Евгени Лихтман да обобщи математическия апарат, използван за описване на симетрията на четириизмерното пространство на пространството на специалната теория на относителността (Minkowski Space).

Ликсман откри, че тези симетрии могат да се комбинират с вътрешни симетрии от квантови полета с ненулеви завъртания. В същото време се формират семейства (мултиплети), съчетавайки частици със същата маса, като се въртят цял \u200b\u200bи половин гръб (в противен случай, бозони и фермиони). Това бяха нови и неразбираеми, тъй като тези, а други се подчиняват на различни видове квантови статистически данни. Бозоните могат да се натрупват в същото състояние, а фермите следват принципа на Паули, строго забраняващи дори двойки от този вид. Ето защо появата на мултиплети по бозон-фермион приличаше на математически екзотични, което не е свързано с истинска физика. Така се възприемаше в Фиран. По-късно, в неговите "спомени", Андрей Сахаров нарече обединението на бозоните и фермионите страхотна идея, но по това време не му изглеждаше интересно.

Извън стандарта

Къде са границите cm? "Стандартният модел е в съответствие с почти всички данни, получени при високоенергийни ускорители. - обяснява водещия изследовател в Института за ядрени изследвания Ras Sergei Troitsky. - Въпреки това, в своята рамка резултатите от експериментите не са напълно подредени, като посочват наличието на маса в два вида неутрино и може би и трите. Този факт означава, че cm се нуждае от разширяване и в който един човек не знае. Астрофизичните данни показват непълнотата. Тъмната материя и тя представлява по-пета част от масата на Вселената, състои се от тежки частици, които не се вписват в вида. Между другото, този въпрос би бил по-точен, за да се нарича тъмен, но прозрачен, защото не само не излъчва светлина, но не го абсорбира. В допълнение, cm не обяснява почти пълното отсъствие на антиматерия в наблюдаваната вселена. "
Има и възражения за естетичен ред. Както се отбелязва Сергей Троицки, cm подредени доста грозни. Той съдържа 19 цифрови параметъра, които се определят от експеримента и, от гледна точка на здравия разум, вземете много екзотични стойности. Например, вакуумното средно поле на HIGGS, което носи отговорност за масата на елементарните частици, е 240 GEV. Не е ясно защо този параметър е 1017 пъти по-малък от параметъра, определящ гравитационното взаимодействие. Бих искал да имам по-пълна теория, която ще даде възможност за определяне на това съотношение от някои общи принципи.
SM не обяснява огромната разлика между масите на най-лесните кварки, от които са съставени протони и неутрони, и маса от топ кварка над 170 GEV (във всички останали не се различава от U-quark, което е почти 10 хиляди пъти по-лесно). Къде изглежда като същите частици с такива различни маси, докато не е ясно.

Ликман през 1971 г. защитава тезата си и след това отиде в бурността и почти изоставен терфис. Голфланд е уволнен от Фиън, за да намали състоянията и не можеше да намери работа за дълго време. Въпреки това, служителите на украинския физико-технически институт Дмитрий Волков и Владимир Акулов също отвориха симетрия между бозони и фермиони и дори се възползваха от това, за да опишат неутрино. Вярно е, че нито един лаври от московчани, нито Харков, не са го намерили. Само през 1989 г. Голфланд и Лихтман получиха наградата за академията на СССР за теоретична физика, наречена след I.E. Тамма. През 2009 г. Владимир Акулов (сега преподава физика в Техническия колеж на Ню Йоркския университет) и Дмитрий Волков (посмъртно) е награден на Националната награда на Украйна за научни изследвания.

Елементарните частици на стандартния модел са разделени на бозони и фермиони по вид статистика. Композитни частици - адроните - могат да се подчиняват на статистиката на Bose-Einstein (такива роднини са мезоните - крави, божури) или статистиката на Fermi Dirac (Barione - протони, неутрони).

Раждане на суперсиметрия

На Запад смесите на бозоните и фермионните държави се появяват за първи път в нововъзникваща теория, представляващи елементарни частици, а не точка на обекти, но от вибрации на едномерни квантови струни.

През 1971 г. е построен модел, в който всяка вибрация на вида на Boson е комбинирана с чифт вибрации на фермион. Вярно е, че този модел не работи в четириизмерното пространство на Минковски, но в двуизмерното пространство на теориите на струните. Въпреки това, още през 1973 г., австрийският Юлиус Весз и италианският Zumino на Бруно са докладвали на ЦЕРН (и година по-късно публикуваха статия) за четириизмерния сухожилен модел с един бозон и един фермион. Тя не претендира за елементарни частици, но демонстрира възможностите на свръхсиметрията на визуален и изключително физически пример. Скоро същите учени са доказали, че установената от тях симетрия е разширена версия на симетрията на голф и Лихтман. Така се оказа, че в продължение на три години суперсиметрията в пространството на Минковски независимо един от друг отвори три двойки физици.

Резултатите от Веса и Зумино избутаха развитието на теориите с бозонските фермионни смеси. Тъй като тези теории свързват симетриите за калибриране със симетрии на пространството-време, те се наричаха свръхчибрация и след това свръхсиметрични. Те предсказват съществуването на набор от частици, нито едно от които все още не е отворено. Така че суперсиметрията на реалния свят все още е хипотетична. Но дори и да съществува, тя не може да бъде строга, в противен случай електроните биха зареждали босови участници с точно еднаква маса, която може да се намери лесно. Остава да се предположи, че суперсиметричните партньори на известните частици са изключително масивни и това е възможно само когато суперсиметрията е нарушена.

Суперсиметричната идеология влезе в сила в средата на 70-те години, когато стандартният модел вече съществуваше. Естествено, физиците започнаха да изграждат своите суперсиметрични разширения, с други думи, да въведат симетрия между бозони и фермиони. Първата реалистична версия на суперсиметричния cm, наречена минимален (минимален суперсиметричен стандартен модел, MSSM), е предложен от Хауърд Георги и Савас Димопулос през 1981 година. Всъщност, това е един и същ стандартен модел с всичките му симетрии, но партньор, добавен към всяка частица, чието въртене се различава от гърба си до ½, - Boson до фермион и фермион към Boson.

Ето защо всички взаимодействия cm остават на място, но са обогатени с взаимодействията на нови частици със стари и помежду си. По-късно имаше по-сложни суперсиметрични версии за виждане. Всички те сравняват вече известните частици от същите партньори, но по различни начини обясняват нарушенията на суперсиметрията.

Частици и суперхасти

Имената на поддръжниците на фермиона са изградени с помощта на целероналерон, Chumong. Сърдечни бозони са иззети до края на "Йо": Фотон - Fotinos, Gluon - Gluin, Z-Boson - Zino, W-Boson - Вино, Boson Higgs - Higsino.

Въртянето на суперпаратора на всяка частица (с изключение на HIGGS BOSON) винаги е по-малко от собственото си въртене. Следователно партньорите на електрона, кварки и други фермиони (както и естествено, както и техните античастици) имат нулево завъртане, а партньорите на фотоните и векторните бозони с една половина. Това се дължи на факта, че броят на състоянията на частиците е по-голям, толкова повече се въртят. Следователно, замяната на изваждането към добавянето би довела до появата на излишните суперистове.

Ляво е стандартен модел (cm) на елементарни частици: фермиони (кварки, лептони) и бозони (носители на взаимодействие). Отдясно - техните суперистове в минималния суперсиметричен стандартен модел, MSSM: BOSONS (чистачки, пясъчници) и фермиони (свръхпараторно взаимодействие). Петте бозона на Higgs (в схемата са маркирани с един син символ) също имат своите граници на Superpart - най-добрите пет Higgsino.

Вземете например електрон. Може да е в две състояния - в едно завъртане е насочено успоредно на импулса, в другия - антифирмерно. От гледна точка вижте тези различни частици, тъй като те не са съвсем равностойни в слаби взаимодействия. Частица с едно завъртане и ненулева маса може да бъде в три различни състояния (тъй като физиците казват, има три степени на свобода) и следователно не е подходяща за партньорите на Електрон. Единственият изход ще се приписва на всяка от състоянията на електронния по един суперпаратор с нулев въртене и помислете за тези селектори с различни частици.

Стандартните модели Superparter Bosons възникват няколко хитрост. Тъй като масата на фотона е нула, то няма три, но две степени на свобода. Ето защо, тя се сравнява с него без проблеми, свръхпаратор с половин въртене, който, като електрон, има две степени на свобода. В същата схема се случва gluino. С Хигс ситуацията е по-сложна. В МСС има две двойки от бозове на Хигс, което съответства на четирите суперпартан - две неутрални и две различни заредени Higgsino. Неутралите се смесват по различни начини с фотинос и зино и образуват четирите физически наблюдавани частици с общо име неутралино. Подобни смеси със странно за руското ухо, наречено Chardzhino (на английски - Chargino), образуват супертегери на положителни и отрицателни W-Bosons и двойки заредени Higgles.

Ситуацията с Superpartines Neutrino има свои собствени специфики. Ако тази частица нямаше никаква маса, нейното завъртане винаги ще бъде насочено противоположно на импулса. Следователно може да се очаква маслени неутрино да имат един скаларен партньор. Въпреки това, истинските неутрино все още не са безсмислени. Възможно е да има и неутрино с паралелни импулси и завъртания, но те са много трудни и все още не са намерени. Ако това е вярно, тогава всяко разнообразие от неутрино съответства на неговия SuperPartner.

Като професор по физика на Мичиганския университет Гордън Кейн казва, че най-универсалният механизъм на нарушена свръхсетиметрия е свързан с.

Въпреки това, степента на приноса му към масата на суперхестите все още не е изяснена, но оценките на теоретиците са противоречиви. Освен това той е малко вероятно да бъде единственият. По този начин, Next-минимален свръхсиметричен стандартен модел, NMSSM въвежда още два бозона на Higgs, които допринасят за масата на суперхастите (и увеличават броя на неутралино от четири до пет). Такава ситуация, бележки на Kane, рязко умножава броя на параметрите, поставени в суперсиметричните теории.

Дори минималното разширяване на стандартния модел изисква около сто допълнителни параметри. Това не е изненадано, тъй като всички тези теории са въведени много нови частици. Както се появяват по-пълни и договорени модели, броят на параметрите трябва да намалее. Веднага след като детекторите на голям адронен колайдер улов на суперхасти, новите модели няма да се чакат.

Йерархия на частиците

Суперсиметричните теории ви позволяват да елиминирате няколко слаби места на стандартния модел. Професор Кейн бележи загадка, свързана с Хигс Босън, който се нарича проблем на йерархията.

Тази частица придобива маса в хода на взаимодействието с Lepton и кварки (точно както самите те придобиват масите, когато взаимодействат с HIGGS полето). В CM депозитите от тези частици са представени чрез отклоняващи се редове с безкрайни суми. Вярно е, че вноските на бозони и фермиони имат различни знаци и по принцип могат почти напълно да се плащат. Въпреки това, такова погасяване трябва да бъде практически идеално, тъй като HIGGS масата, както е известно, само 125 GeV е равна. Това не е невъзможно, но изключително малко вероятно.

За суперсиметрични теории няма нищо ужасно. С точна суперсиметрия, приносът на конвенционалните частици и техните суперистенери трябва напълно да се компенсират. Тъй като суперсиметрията е счупена, компенсацията се оказва непълна, а HIGGS BOSON придобива финалната и най-важното изчислена маса. Ако масите на SuperPartner не са твърде високи, то трябва да се измерва с една или двеста Гевс, която съответства на реалността. Тъй като Kane подчертава, физиците са станали сериозни за суперсиметрията именно, когато е показано, че решава проблема с йерархията.

На това няма възможности за свръхсетиметрия. От cm предполага, че в областта на много високите енергии, тежки, слаби и електромагнитни взаимодействия, въпреки че имат за една и съща сила, но никога не се комбинират. И в суперсиметричните модели на енергии от около 1016 Гев, такъв съюз се осъществява и изглежда много естествено. Тези модели също предлагат за решаване на проблема с тъмната материя. Суперхастите по време на разпада генерират както суперчасти и обикновени частици - естествено, по-малко маса. Въпреки това, свръхсиметрията, разлика от cm, позволява бързо разпадане на протона, който, на нашето щастие, наистина не се случва.

Протонът и с него и целият свят около нас може да спаси, което предполага, че в процеси с участието на суперхести се запазва квантовият брой R-паритет, който е равен на един за конвенционалните частици, и за Superpart Handers - минус един . В този случай най-лесният суперчаст трябва да бъде напълно стабилен (и електрически неутрален). Тя не може да бъде изпълнена със свръхчести по дефиниция, а запазването на R-паритета го забранява да се разпадне на частици. Тъмната материя може да се състои именно от такива частици, които са възникнали веднага след голямата експлозия и избягване на взаимно унищожение.

Изчакване на експерименти

"Малко преди отварянето на Higgs Boson въз основа на теорията на М-теорията (най-напредналата версия на теорията на струната), нейната маса е предсказана с грешка само два процента! - казва професор Кейн. - Масите на селекциите, сираците и DVARS също бяха изчислени, които бяха твърде големи за съвременните ускорители - около няколко десетки Тев. Сърдечни фотонни, глюони и други калибрационни бозони са много по-лесни и следователно има шансове да ги намерят на резервоара. "

Разбира се, коректността на тези изчисления не е гарантирана: M-теорията е деликатен въпрос. И все пак, възможно ли е да се открият песните на свръхчовете на ускорителите? "Масивните суперхасти трябва да се разпадат веднага след раждането. Тези отпадъци се появяват на фона на упадъците на конвенционалните частици и недвусмислено да ги разпределят много трудно, "обяснява главният научен служител на лабораторията на теоретичната физика на JINR в казаци в Дубна Дмитрий. - Би било перфектно, ако Супер Сперем се показват уникален начин, което е невъзможно да се обърка нещо друго, но теорията не предвижда.

Необходимо е да се анализират много различни процеси и да се търсят тези, които не са напълно обяснени от стандартния модел. Тези търсения все още не са увенчани с успех, но вече имаме ограничения върху масите на суперхините. Тези от тях, които участват в силни взаимодействия, трябва да изтеглят най-малко 1 Тев, докато масите на други супертикули могат да варират между десетки и стотици ГЕВ.

През ноември 2012 г., в симпозиума в Киото, бяха докладвани резултатите от експериментите на резервоара, по време на които за първи път се регистрира много рядко разбивка на BS-Meson на Muon и Antimuon. Вероятността му е приблизително три милиарда, което е добре спазено с прогнозите, виж Тъй като очакваната вероятност за това разпадане, изчислена на базата на MSSM, може да бъде няколко пъти повече, някой реши, че с свръхсамметрия край.

Въпреки това, тази вероятност зависи от няколко неизвестни параметъра, които могат да бъдат дадени както големи, така и малки вноски в крайния резултат, все още има много неясно. Затова нищо ужасно се случи и слуховете за смъртта на МСС са силно преувеличени. Но това дори не следва от това, че е неуязвим. Резервоарът не работи с пълен капацитет, той ще бъде освободен само за две години, когато силата на протоните ще доведе до 14 Тев. И сега, ако няма прояви на свръхчести, тогава MSSM вероятно ще умре с естествена смърт и ще дойде времето на новите сухожилически модели.

Номер и супергравтиц

Дори преди да се създаде MSSM, Suimmmatery се съчетава с тежестта. Многократното използване на трансформации, свързващи бозони и фермиони, движи частица в пространството. Това ви позволява да свържете свръхсиметрията и деформацията на пространственото времева метрика, която според общата теория на относителността е причината за тежестта. Когато физиците са разбрали това, те започнаха да изграждат свръхсиметрични обобщения от надзорните. Тази област на теоретичната физика активно се развива сега.
В същото време се оказа, че суперсиметричните теории са необходими екзотични номера, изобретен през XIX век от германския математически германският стрийнт. Те могат да бъдат сгънати и приспаднати като обикновен, но продуктът на такива числа променя знака, когато е предавал факторите (следователно, квадрата и като цяло, всяка степен на числото на Grassmann е нула). Естествено, функциите от такива номера не могат да бъдат диференцирани и интегрирани в съответствие със стандартните правила на математическия анализ, са необходими напълно различни техники. И те, за щастие за суперсиметрични теории, вече бяха намерени. Те се появиха през 1960-те, изключителен съветският математик от MSU Felix Berezin, който създаде нова посока - суперматика.

Въпреки това, има и друга стратегия, която не е свързана с резервоара. Досега Колайдерът LEP електрон-позитрон работи в CERN, търсеше най-лесния заредени суперманти, чиито отпадъци трябва да генерират по-добри супертини. Тези предшественици са по-лесни за регистрация, защото те се зареждат, а най-лекият суперпартнер неутрален. Експериментите на LEP показват, че масата на такива частици не надвишава 104 GEV. Не е толкова много, но те са трудни за откриване на резервоара заради високия фон. Ето защо, строителното движение вече е започнало да търси супер-силовия електрон-позитрон колайдер. Но това е много скъп автомобил, за кратко време със сигурност няма да изгради. "

Закриване и отваряне

Въпреки това, според професор по теоретична физика на Университета в Минесота, Михаил Шифман, измерената маса на Higgs Boson е твърде голяма за MSSM и този модел най-вероятно вече е затворен:

- Истина, тя се опитва да ги спаси с помощта на различни добавки, но те са толкова неблагодарни, че имат малки шансове за успех. Възможно е и други разширения да работят, но кога и все още е неизвестна. Но този въпрос надхвърля чистата наука. Настоящото финансиране на високоенергийната физика продължава с надеждата да намери нещо наистина ново на резервоара. Ако това не се случи, финансирането ще бъде отрязано и парите не са достатъчни за изграждане на ускорители на ново поколение, без които тази наука няма да може да се развива. " Така че суперсиметричните теории все още дават надежди, но присъдата на експериментаторите няма да чакат.