Физика на елементарните частици

от Уикипедия, свободната енциклопедия
Направо към: навигация, търсене

Физика на елементарните частици е дял на физиката, занимаващ се с градивните елементи на материята и лъченията, т.нар. елементарни частици, както и взаимодействията помежду им.[1] Още се нарича физика на високите енергии, защото учените използват високоенергийни ускорители за изучаване на частиците. Според сегашните разбирания, елементарните частици са възбуждания на квантови полета, които също имат свои взаимодействия. Общоприетата теория, която обяснява въпросните частици и полета, заедно с тяхната динамика, се нарича стандартен модел. Оттук, съвременната физика на елементарните частици най-често изследва стандартния модел и неговите различни възможни разширения, например до най-новата открита частица, Хигс бозона, или до най-старото известно силово поле, гравитацията.[2][3]

Субатомни частици[редактиране | редактиране на кода]

Частиците в стандартния модел.
Елементарни частици
Видове Поколения Античастица Цветове Общо
Кварки 2 3 Двойка 3 36
Лептони Двойка Няма 12
Глуони 1 1 Себе си 8 8
Фотон Себе си Няма 1
Z бозон Себе си 1
W бозон Двойка 2
Хигс бозон Себе си 1
Общ брой известни елементарни частици: 61

Съвременната физика на частиците се фокусира върху субатомните частици, включвайки съставни части на атома като електрони, протони и неутрони, произведени от радиоактивни и разсейващи процеси, както и фотони, неутрони, мюони и широк набор от екзотични частици. Динамиката на частиците се подчинява на квантовата механика; те проявяват корпускулярно-вълнов дуализъм, имайки поведение на частица при някои експериментални условия и поведение на вълна в други. Казано с по-технически думи, те се описват от квантовото състояние на вектори в Хилбертово пространство, което се изследва в квантовата теория на полето. Следвайки конвенцията на физиката на частиците, терминът елементарна частица се прилага за тези частици, които се считат за неразделими и не са съставени от други частици.[4]

Всичките известни частици и техните взаимодействия могат да бъдат описани почти изцяло от квантовата теория на полето.[5] Стандартният модел съдържа 61 елементарен частици.[4] Тези елементарни частици могат да се комбинират, за да образуват сложни частици, така създавайки стотиците други видове частици, открити след 60-те години на 20 век. Стандартният модел е съвместим с почти всички проведени експериментални тестове. Все пак, повечето физици на елементарните частици смятат, че той е незавършено описание на природата и че още по-основна теория чака своето откриване.

История[редактиране | редактиране на кода]

Идеята, че цялата материя е съставена от елементарни частици датира от поне 6 век пр.н.е.[6] През 19 век Джон Далтон чрез работата си върху стоихиометрията, прави заключение, че всеки елемент в природата е съставен от един единствен вид частица.[7] Думата атом (от гръцки, ἄτομος – „неразделим“) по това време обозначава най-малката частица в химичен елемент, но скоро физиците откриват, че атомите съвсем не са фундаментални частици на природата, а струпвания на дори по-малки частици. Откритията в началото на 20 век относно ядрената физика и квантовата физика довеждат до доказателства за ядрения разпад през 1939 г. от Лиза Майтнер (основавайки се на експериментите на Ото Хан) и термоядрения синтез от Ханс Бете през същата година. Двете открития водят и до развиването на ядрените оръжия. През 1950-те и 1960-те е открито объркващо разнообразие на частици при сблъсквания на частици от нарастващо високоенергийни лъчи.

Стандартен модел[редактиране | редактиране на кода]

Текущото състояние на класификация на всички елементарни частици е обяснено от стандартния модел. Той описва силното и слабото ядрено взаимодействие, както и електромагнетизма, използвайки калибровъчни бозони. Калибровъчните бозони са 8 глуона, W-, W+ и Z бозони и фотони.[5] Стандартният модел съдържа 24 фундаментални фермиона (12 частици с техните античастици), които изграждат всичката материя.[8] Също така, стандартния модел предсказва съществуването на вид бозон, познат като Хигс бозон. На 4 юли 2012 г. физици при Големия адронен ускорител в ЦЕРН съобщават, че са открили нова частица, която има поведение, до това, което се очаква от Хигс бозона.[9]

Бележки[редактиране | редактиране на кода]