تتكون كل المادة من الكواركات واللبتونات والجسيمات - ناقلات التفاعلات.

يُطلق على النموذج القياسي اليوم النظرية التي تعكس فهمنا لمصدر المواد التي بني منها الكون في الأصل. كما يصف بدقة كيفية تشكل المادة من هذه المكونات الأساسية ، وقوى وآليات التفاعل بينها.

من وجهة نظر هيكلية ، فإن الجسيمات الأولية التي تتكون منها النوى الذرية ( النكليونات) وبصفة عامة جميع الجسيمات الثقيلة - هدرونات (باريوناتو الميزونات) - تتكون من جسيمات أبسط ، والتي تسمى عادةً أساسية. في هذا الدور ، العناصر الأساسية الأساسية للمادة هي جسيمات دون الذرية، شحنتها الكهربائية تساوي 2/3 أو -1/3 من شحنة البروتون الموجبة. تسمى الكواركات الأكثر شيوعًا وأخفها أعلىو أدنىوالدلالة ، على التوالي ، ش(من الانجليزية فوق) و د(أسفل). في بعض الأحيان يتم استدعاؤهم بروتونو نيوترونالكوارك يرجع إلى حقيقة أن البروتون يتكون من توليفة UUDوالنيوترون عود.شحنة الكوارك العلوي 2/3 ؛ أقل - شحنة سالبة -1/3. بما أن البروتون يتكون من كواركين علوي وواحد سفلي ، والنيوترون يتكون من كوارك علوي واثنين من الكواركات السفلية ، يمكنك التحقق بشكل مستقل من أن الشحنة الكلية للبروتون والنيوترون يتضح أنها تساوي تمامًا 1 و 0 ، تأكد من أن النموذج القياسي يصف الواقع بشكل كافٍ في هذا. الزوجان الآخران من الكواركات هما جزء من جسيمات أكثر غرابة. تسمى الكواركات من الزوج الثاني مسحور - ج(من سحر) و غريب - س(من غريب). الزوج الثالث هو حقيقي - ر(من حقيقة، أو باللغة الإنجليزية. التقاليد أعلى) و جميلة - ب(من جمال، أو باللغة الإنجليزية. التقاليد الأسفل) جسيمات دون الذرية. تم بالفعل اكتشاف جميع الجسيمات التي تنبأ بها النموذج القياسي والتي تتكون من مجموعات مختلفة من الكواركات بشكل تجريبي.

مجموعة بناء أخرى تتكون من طوب يسمى اللبتونات.أكثر اللبتونات شيوعًا - معروفة لنا منذ زمن طويل إلكترون، وهو جزء من بنية الذرات ، ولكنه لا يشارك في التفاعلات النووية ، حيث يقتصر على التفاعلات بين الذرات. بالإضافة إلى ذلك (يسمى الجسيم المضاد المقترن به البوزيترون) تحتوي اللبتونات على جسيمات أثقل - الميون وتاو ليبتون مع الجسيمات المضادة. بالإضافة إلى ذلك ، يتم تخصيص جسيم غير مشحون لكل ليبتون مع كتلة راحة صفرية (أو صفر تقريبًا) ؛ تسمى هذه الجسيمات ، على التوالي ، الإلكترون أو الميون أو التون نيوترينو.

لذا ، فإن اللبتونات ، مثل الكواركات ، تشكل أيضًا ثلاثة "أزواج عائلية". لم يفلت مثل هذا التناظر من عيون المنظرين الملحوظة ، ولكن لم يتم تقديم تفسير مقنع له حتى الآن. مهما يكن الأمر ، فإن الكواركات واللبتونات هي اللبنات الأساسية لبناء الكون.

لفهم الوجه الآخر للعملة - طبيعة قوى التفاعل بين الكواركات واللبتونات - عليك أن تفهم كيف يفسر الفيزيائيون النظريون الحديثون مفهوم القوة ذاته. سيساعدنا القياس في هذا. تخيل رجلين يجدفان في مسارات متقابلة على نهر كام في كامبريدج. قرر أحد المجدفين بدافع الكرم أن يعامل زميله بالشمبانيا ، وعندما مروا ببعضهم البعض ، ألقوا عليه زجاجة شامبانيا كاملة. نتيجة لقانون الحفاظ على الزخم ، عندما ألقى المجدف الأول الزجاجة ، انحرف مسار قاربه عن المسار المستقيم في الاتجاه المعاكس ، وعندما التقط المجدف الثاني الزجاجة ، تم نقل الزخم إليه ، وانحرف القارب الثاني أيضًا عن المسار المستقيم ، ولكن في الاتجاه المعاكس. وهكذا ، نتيجة لتبادل الشمبانيا ، غير القاربان اتجاههما. وفقًا لقوانين ميكانيكا نيوتن ، هذا يعني حدوث تفاعل قوة بين القوارب. لكن القوارب لم تتلامس بشكل مباشر ، أليس كذلك؟ هنا نرى كلانا بصريًا ونفهم بشكل حدسي أن قوة التفاعل بين القوارب قد تم نقلها بواسطة حامل الدافع - زجاجة شمبانيا. قد يسميها الفيزيائيون الناقل للتفاعل.

بالطريقة نفسها تمامًا ، تحدث تفاعلات القوة بين الجسيمات من خلال تبادل الجسيمات الحاملة لهذه التفاعلات. في الواقع ، نحن نميز بين القوى الأساسية للتفاعل بين الجسيمات فقط بقدر ما تعمل الجسيمات المختلفة كحاملات لهذه التفاعلات. هناك أربعة تفاعلات من هذا القبيل: قوي(هذا ما يحافظ على الكواركات داخل الجسيمات) ، الكهرومغناطيسي, ضعيف(وهو ما يؤدي إلى شكل من أشكال الاضمحلال الإشعاعي) و الجاذبية.حاملات تفاعل اللون القوي هي الغلوونات، التي ليس لها كتلة ولا شحنة كهربائية. هذا النوع من التفاعل موصوف بواسطة الديناميكا اللونية الكمومية. يحدث التفاعل الكهرومغناطيسي من خلال تبادل الكميات من الإشعاع الكهرومغناطيسي ، والتي تسمى الفوتوناتوأيضًا خالية من الكتلة . التفاعل الضعيف ، على العكس من ذلك ، ينتقل بشكل هائل المتجهأو قياس البوزونات، التي "تزن" 80-90 مرة أكثر من البروتون - في الظروف المختبرية تم اكتشافها لأول مرة فقط في أوائل الثمانينيات. أخيرًا ، ينتقل تفاعل الجاذبية من خلال تبادل الكتلة غير الذاتية الجرافيتون- لم يتم الكشف عن هؤلاء الوسطاء تجريبيا.

في إطار النموذج القياسي ، تم توحيد الأنواع الثلاثة الأولى من التفاعلات الأساسية ، ولم تعد تعتبر منفصلة ، ولكنها تعتبر ثلاثة مظاهر مختلفة للقوة ذات الطبيعة الواحدة. وبالعودة إلى هذا التشبيه ، افترض أن زوجًا آخر من المجدفين ، يمر على نهر كام ، لم يتبادلا زجاجة شمبانيا ، بل كوبًا من الآيس كريم فقط. من هذا ، ستنحرف القوارب أيضًا عن المسار في اتجاهين متعاكسين ، لكن أضعف بكثير. قد يبدو لمراقب خارجي أنه في هاتين الحالتين ، هناك قوى مختلفة تصرفت بين القوارب: في الحالة الأولى ، كان هناك تبادل للسائل (أقترح عدم أخذ الزجاجة في الاعتبار ، لأن معظمنا مهتم بمحتوياتها ) ، وفي الثانية - جسم صلب (آيس كريم). تخيل الآن أنه في كامبريدج في ذلك اليوم كانت هناك حرارة صيفية نادرة في الأماكن الشمالية ، وذاب الآيس كريم أثناء الطيران. أي أن بعض الزيادة في درجة الحرارة كافية لفهم أن التفاعل في الواقع لا يعتمد على ما إذا كان الجسم السائل أو الصلب يعمل كحامل له. السبب الوحيد الذي جعلنا نعتقد أن هناك قوى مختلفة تعمل بين القوارب هو أن حامل الآيس كريم كان مختلفًا في المظهر ، نظرًا لأن درجة الحرارة منخفضة جدًا بحيث لا تسمح بإذابه. ارفع درجة الحرارة - وستظهر قوى التفاعل متحدة بصريًا.

تندمج أيضًا القوى المؤثرة في الكون معًا عند طاقات عالية (درجات حرارة) من التفاعل ، وبعد ذلك يستحيل التمييز بينها. أولاً توحد(هذه هي الطريقة التي يطلق عليها عادة) التفاعلات النووية والكهرومغناطيسية الضعيفة. نتيجة لذلك ، حصلنا على ما يسمى ب التفاعل الكهروضعيفلوحظ حتى في المختبر عند الطاقات التي طورتها مسرعات الجسيمات الحديثة. في بدايات الكون ، كانت الطاقات عالية جدًا لدرجة أنه في أول 10-10 ثوانٍ بعد الانفجار العظيم لم يكن هناك خط بين القوى النووية الضعيفة والقوى الكهرومغناطيسية. فقط بعد انخفاض متوسط ​​درجة حرارة الكون إلى 10 14 كلفن ، انفصلت جميع تفاعلات القوة الأربعة التي لوحظت اليوم واتخذت شكلًا حديثًا. بينما كانت درجة الحرارة أعلى من هذه العلامة ، عملت ثلاث قوى أساسية فقط: تفاعلات قوية ومشتركة بين الكهروضعيف والجاذبية.

يحدث توحيد القوة الكهروضعيفة والتفاعلات النووية القوية عند درجات حرارة تتراوح بين 10 و 27 كلفن في ظل ظروف المختبر ، فإن مثل هذه الطاقات لا يمكن الوصول إليها حاليًا. أقوى مسرع قيد الإنشاء حاليًا على الحدود بين فرنسا وسويسرا ، سيكون مصادم الهادرون الكبير (مصادم هادرون كبير) قادرًا على تسريع الجسيمات إلى طاقات لا تتجاوز 0.000000001٪ مما هو مطلوب للجمع بين التفاعلات النووية القوية والقوى الكهروضعيفة. لذا ، على الأرجح ، سيتعين علينا الانتظار وقتًا طويلاً للتأكيد التجريبي لهذه العلاقة. لا توجد مثل هذه الطاقات في الكون الحديث ، ومع ذلك ، في أول 10-35 من وجوده ، كانت درجة حرارة الكون أعلى من 10 27 كلفن ، وقوتان فقط عملت في الكون - الكتروسترنغوتفاعل الجاذبية. تسمى النظريات التي تصف هذه العمليات "نظريات التوحيد العظيمة" (GUTs). ليس من الممكن اختبار TVO مباشرة ، لكنها تقدم أيضًا تنبؤات معينة حول العمليات التي تحدث عند طاقات أقل. حتى الآن ، تم تأكيد جميع تنبؤات GUT لدرجات الحرارة والطاقات المنخفضة نسبيًا بشكل تجريبي.

لذا ، فإن النموذج القياسي ، في شكل معمم ، هو نظرية بنية الكون ، حيث تتكون المادة من الكواركات واللبتونات ، والتفاعلات القوية والكهرومغناطيسية والضعيفة بينهما موصوفة بنظريات التوحيد الكبرى. من الواضح أن مثل هذا النموذج غير مكتمل لأنه لا يتضمن الجاذبية. من المفترض أن يتم تطوير نظرية أكثر اكتمالا في النهاية ( سم.النظريات العالمية) ، واليوم النموذج القياسي هو أفضل ما لدينا.

"عناصر"

"نتساءل لماذا يكرس مجموعة من الأشخاص الموهوبين والمخلصين حياتهم لمطاردة الأشياء الصغيرة جدًا بحيث لا يمكن رؤيتها حتى؟ في الواقع ، في صفوف علماء فيزياء الجسيمات ، يتجلى الفضول البشري والرغبة في معرفة كيفية عمل العالم الذي نعيش فيه ". شون كارول

إذا كنت لا تزال خائفًا من عبارة ميكانيكا الكم وما زلت لا تعرف ما هو النموذج القياسي - مرحبًا بك في cat. سأحاول في منشوري أن أشرح أساسيات العالم الكمي ، وكذلك فيزياء الجسيمات الأولية ، بأكبر قدر ممكن من البساطة والوضوح. سنحاول معرفة الاختلافات الرئيسية بين الفرميونات والبوزونات ، ولماذا تحمل الكواركات مثل هذه الأسماء الغريبة ، وأخيرًا ، لماذا كان الجميع حريصًا جدًا على العثور على بوزون هيغز.

من ماذا صنعنا نحن؟

حسنًا ، سنبدأ رحلتنا إلى العالم المصغر بسؤال بسيط: مما تتكون الأشياء من حولنا؟ يتكون عالمنا ، مثل المنزل ، من العديد من الطوب الصغير ، والذي ، عند دمجها بطريقة خاصة ، يخلق شيئًا جديدًا ، ليس فقط في المظهر ، ولكن أيضًا في خصائصها. في الواقع ، إذا نظرت إليها عن كثب ، ستجد أنه لا يوجد الكثير من الأنواع المختلفة من الكتل ، إنها فقط في كل مرة ترتبط ببعضها البعض بطرق مختلفة ، وتشكل أشكالًا وظواهر جديدة. كل كتلة هي جسيم أولي غير قابل للتجزئة ، والذي سيتم مناقشته في قصتي.

على سبيل المثال ، لنأخذ بعض المضمون ، فليكن العنصر الثاني في النظام الدوري لمندليف ، وهو غاز خامل ، الهيليوم. مثل المواد الأخرى في الكون ، يتكون الهيليوم من جزيئات تتشكل بدورها من روابط بين الذرات. لكن في هذه الحالة ، بالنسبة لنا ، الهيليوم مميز بعض الشيء لأنه ذرة واحدة فقط.

مما تتكون الذرة؟

تتكون ذرة الهيليوم ، بدورها ، من نيوترونين وبروتونين ، يشكلان النواة الذرية ، التي يدور حولها إلكترونان. الشيء الأكثر إثارة للاهتمام هو أن الشيء الوحيد غير القابل للتجزئة تمامًا هنا هو إلكترون.

لحظة مثيرة للاهتمام في عالم الكم

كيف أقلكتلة الجسيم الأولي أكثرتشغل مساحة. ولهذا السبب تشغل الإلكترونات ، التي تكون أخف بمقدار 2000 مرة من البروتون ، مساحة أكبر بكثير من نواة الذرة.

تنتمي النيوترونات والبروتونات إلى مجموعة ما يسمى الهادرونات(الجسيمات عرضة لتفاعل قوي) ، ولكي تكون أكثر دقة ، باريونات.

يمكن تقسيم الهدرونات إلى مجموعات

• تتكون الباريونات من ثلاثة كواركات
• الميزونات ، والتي تتكون من زوج: جسيم مضاد

النيوترون ، كما يوحي اسمه ، مشحون بشكل محايد ، ويمكن تقسيمه إلى كواركين سفليين وكوارك علوي واحد. ينقسم البروتون ، وهو جسيم موجب الشحنة ، إلى كوارك سفلي واحد وكواركين علويين.

نعم ، نعم ، أنا لا أمزح ، يُطلق عليهم حقًا العلوي والسفلي. يبدو أننا إذا اكتشفنا الكواركات العلوية والسفلية ، وحتى الإلكترون ، فسنكون قادرين على وصف الكون بأكمله بمساعدتهم. لكن هذا البيان سيكون بعيدًا جدًا عن الحقيقة.

المشكلة الرئيسية هي أن الجسيمات يجب أن تتفاعل بطريقة ما مع بعضها البعض. إذا كان العالم يتألف فقط من هذا الثالوث (النيوترون والبروتون والإلكترون) ، فإن الجسيمات ستطير ببساطة عبر مساحات شاسعة من الفضاء ولن تتجمع أبدًا في تشكيلات أكبر ، مثل الهادرونات.

الفرميونات والبوزونات

منذ زمن بعيد ، اخترع العلماء شكلاً مناسبًا وموجزًا ​​لتمثيل الجسيمات الأولية ، يُطلق عليه النموذج القياسي. اتضح أن جميع الجسيمات الأولية مقسمة إلى الفرميونات، والتي تتكون منها كل المادة ، و البوزونات، التي تحمل أنواعًا مختلفة من التفاعلات بين الفرميونات.

الفرق بين هذه المجموعات واضح جدا. الحقيقة هي أنه وفقًا لقوانين العالم الكمي ، تحتاج الفرميونات إلى بعض المساحة للبقاء على قيد الحياة ، في حين أن نظيراتها ، البوزونات ، يمكن أن تعيش بسهولة فوق بعضها البعض في تريليونات.

الفرميونات

مجموعة من الفرميونات ، كما ذكرنا سابقًا ، تخلق مادة مرئية من حولنا. كل ما نراه وأينما كان يتم إنشاؤه بواسطة الفرميونات. الفرميونات مقسمة إلى جسيمات دون الذرية، التي تتفاعل بقوة مع بعضها البعض وتحتجز داخل جسيمات أكثر تعقيدًا مثل الهادرونات ، و اللبتونات، التي توجد بحرية في الفضاء بشكل مستقل عن نظيراتها.

جسيمات دون الذريةتنقسم إلى مجموعتين.

• النوع العلوي. تشمل الكواركات العلوية ، بشحنة +23 ، الكواركات العلوية والسحر والكواركات الحقيقية
• النوع السفلي. تتضمن الكواركات من النوع السفلي ، شحنتها -13: كواركات سفلية وغريبة وساحرة

الكواركات الحقيقية والرائعة هي أكبر الكواركات ، بينما الكواركات العلوية والسفلية هي الأصغر. لماذا أعطيت الكواركات مثل هذه الأسماء غير العادية ، والأصح ، "النكهات" ، لا يزال موضع جدل للعلماء.

لبتوناتتنقسم أيضًا إلى مجموعتين.

• المجموعة الأولى ، بشحنة "-1" ، تشمل: إلكترون وميون (جسيم أثقل) وجسيم تاو (أكبر كتلة)
• المجموعة الثانية ، ذات الشحنة المحايدة ، تحتوي على: نيوترينو الإلكترون ، نيوترينو الميون ونيوترينو تاو.

النيوترينو هو جسيم صغير من المادة يكاد يكون من المستحيل اكتشافه. شحنتها دائمًا 0.

السؤال الذي يطرح نفسه هو ما إذا كان الفيزيائيون سيجدون عدة أجيال أخرى من الجسيمات ستكون أكثر ضخامة من الأجيال السابقة. من الصعب الإجابة عن هذا السؤال ، لكن المنظرين يعتقدون أن أجيال اللبتونات والكواركات محدودة بثلاثة أجيال.

لا تجد أي أوجه تشابه؟ تنقسم كل من الكواركات واللبتونات إلى مجموعتين تختلفان عن بعضهما البعض في الشحنة الواحدة؟ ولكن أكثر عن ذلك لاحقا...

البوزونات

بدونها ، ستطير الفرميونات حول الكون في تيار مستمر. لكن عند تبادل البوزونات ، تخبر الفرميونات بعضها البعض بنوع من التفاعل. البوزونات نفسها لا تتفاعل مع بعضها البعض.

التفاعل الذي تنقله البوزونات هو:

• الكهرومغناطيسي، الجسيمات - الفوتونات. هذه الجسيمات عديمة الكتلة تنقل الضوء.
• نووي قوي، الجسيمات عبارة عن غلوونات. بمساعدتهم ، لا تتحلل الكواركات من نواة الذرة إلى جسيمات منفصلة.
• نووي ضعيفوالجسيمات - بوزونات W و Z. بمساعدتهم ، يتم نقل الفرميونات بالكتلة والطاقة ويمكن أن تتحول إلى بعضها البعض.
• الجاذبية ، حبيبات - الجرافيتون. قوة ضعيفة للغاية بمقياس الصورة المصغرة. يصبح مرئيًا فقط على الأجسام فائقة الكتلة.

تحفظ حول تفاعل الجاذبية.
لم يتم تأكيد وجود الجرافيتونات بشكل تجريبي. هم موجودون فقط في شكل نسخة نظرية. في النموذج القياسي ، في معظم الحالات ، لا يتم النظر فيها.

هذا كل شيء ، يتم تجميع النموذج القياسي.

بدأت المشكلة للتو

على الرغم من التمثيل الجميل جدًا للجسيمات في الرسم التخطيطي ، يبقى سؤالان. من أين تحصل الجسيمات على كتلتها وما هو هيغز بوزون، والتي تبرز من بقية البوزونات.

لفهم فكرة استخدام بوزون هيغز ، نحتاج إلى اللجوء إلى نظرية المجال الكمي. بعبارات بسيطة ، يمكن القول إن العالم كله ، الكون كله ، لا يتكون من أصغر الجسيمات ، ولكن من العديد من المجالات المختلفة: غلوون ، كوارك ، إلكتروني ، كهرومغناطيسي ، إلخ. في كل هذه المجالات ، تحدث تقلبات طفيفة باستمرار. لكننا نعتبر أقوىها جسيمات أولية. نعم ، وهذه الأطروحة مثيرة للجدل إلى حد كبير. من وجهة نظر ثنائية الموجة الجسدية ، يتصرف نفس الكائن في العالم المصغر في مواقف مختلفة مثل الموجة ، أحيانًا مثل الجسيم الأولي ، ويعتمد ذلك فقط على الكيفية التي يكون بها أكثر ملاءمة للفيزيائي الذي يراقب العملية لنمذجة الموقف .

مجال هيغز

اتضح أن هناك ما يسمى بمجال هيغز ، متوسطه لا يريد أن يذهب إلى الصفر. نتيجة لذلك ، يحاول هذا الحقل أخذ قيمة ثابتة غير صفرية في جميع أنحاء الكون. يشكل الحقل الخلفية المنتشرة والثابتة ، ونتيجة لذلك يظهر بوزون هيجز كنتيجة لتقلبات قوية.
وبفضل مجال هيغز ، تتمتع الجسيمات بالكتلة.
تعتمد كتلة الجسيم الأولي على مدى قوة تفاعله مع مجال هيغزتحلق باستمرار داخلها.
وبسبب بوزون هيغز ، وبشكل أكثر تحديدًا بسبب مجاله ، فإن النموذج القياسي يحتوي على العديد من مجموعات الجسيمات المتشابهة. أجبر حقل هيغز على تكوين العديد من الجسيمات الإضافية ، مثل النيوترينوات.

نتائج

ما قيل لي هو الفهم الأكثر سطحية لطبيعة النموذج القياسي ولماذا نحتاج إلى Higgs Boson. لا يزال بعض العلماء يأملون في أعماقهم أن الجسيم الذي تم العثور عليه في عام 2012 والذي يشبه بوزون هيجز في المصادم LHC كان مجرد خطأ إحصائي. بعد كل شيء ، يكسر مجال هيغز العديد من التناظرات الجميلة للطبيعة ، مما يجعل حسابات الفيزيائيين أكثر إرباكًا.
يعتقد البعض أن النموذج القياسي يعيش سنواته الأخيرة بسبب نقصه. لكن هذا لم يتم إثباته تجريبيًا ، ويظل النموذج القياسي للجسيمات الأولية مثالًا صالحًا على عبقرية الفكر البشري.

أنظمة

يتكون النموذج القياسي من الأحكام التالية:

• تتكون كل المادة من 24 حقلاً كموميًا أساسيًا من السبين ½ ، وكمياتها عبارة عن جسيمات أساسية - فيرميونات ، والتي يمكن دمجها في ثلاثة أجيال من الفرميونات: 6 لبتونات (إلكترون ، ميون ، تاو ليبتون ، إلكترون نيوترينو ، نيوترينو نيوترينو وتاو نيوترينو ) ، 6 كواركات (u ، d ، s ، c ، b ، t) و 12 جسيمًا مضادًا.
• تشارك الكواركات في التفاعلات القوية والضعيفة والكهرومغناطيسية. اللبتونات المشحونة (الإلكترون ، الميون ، تاو ليبتون) - ضعيف وكهرومغناطيسي ؛ النيوترينوات - فقط في التفاعلات الضعيفة.
• تنشأ جميع أنواع التفاعلات الثلاثة نتيجة لافتراض أن عالمنا متماثل فيما يتعلق بثلاثة أنواع من تحولات المقاييس. الجسيمات الحاملة للتفاعلات هي البوزونات:

8 غلوونات للتفاعل القوي (مجموعة التناظر SU (3)) ؛ 3 بوزونات قياس ثقيل (W + ، W - ، Z 0) للتفاعل الضعيف (مجموعة التماثل SU (2)) ؛ فوتون واحد للتفاعل الكهرومغناطيسي (مجموعة التناظر U (1)).

• على عكس القوى الكهرومغناطيسية والقوى القوية ، يمكن للقوة الضعيفة أن تمزج الفرميونات من أجيال مختلفة ، مما يؤدي إلى عدم استقرار جميع الجسيمات باستثناء الأخف وزناً ، وإلى تأثيرات مثل انتهاك CP وتذبذبات النيوترينو.
• المعلمات الخارجية للنموذج القياسي هي:
  • كتل اللبتونات (3 معلمات ، يُفترض أن النيوترينوات عديمة الكتلة) والكواركات (6 معلمات) ، تُفسَّر على أنها ثوابت تفاعل مجالاتها مع مجال بوزون هيغز ،
  • معلمات مصفوفة خلط كوارك CKM - ثلاث زوايا خلط وطور واحد معقد يكسر تناظر CP - ثوابت تفاعل الكواركات مع مجال كهروضعيف ،
  • معلمتان لحقل هيغز ، ترتبط بشكل فريد بقيمة توقع الفراغ وكتلة بوزون هيغز ،
  • ثلاثة ثوابت تفاعل مرتبطة بمجموعات المقاييس U (1) و SU (2) و SU (3) على التوالي ، وتميز الشدة النسبية للتفاعلات الكهرومغناطيسية والضعيفة والقوية.

نظرًا لاكتشاف تذبذبات النيوترينو ، يحتاج النموذج القياسي إلى امتداد يقدم 3 كتل نيوترينو إضافية وما لا يقل عن 4 معلمات لمصفوفة خلط نيوترينو PMNS المشابهة لمصفوفة خلط كوارك CKM ، وربما معلمتان إضافيتان للخلط إذا كانت النيوترينوات ماجورانا حبيبات. أيضًا ، يتم أحيانًا تضمين زاوية الفراغ للديناميكا اللونية الكمومية ضمن معلمات النموذج القياسي. من الجدير بالذكر أن نموذجًا رياضيًا بمجموعة من 20 رقمًا فرديًا قادر على وصف نتائج ملايين التجارب التي أجريت حتى الآن في الفيزياء.

ما وراء النموذج القياسي

أنظر أيضا

ملحوظات

المؤلفات

• إميليانوف في م.النموذج القياسي وامتداداته. - م: فيزاتليت ، 2007. - 584 ص. - (الفيزياء الأساسية والتطبيقية). - ردمك 978-5-922108-30-0

الروابط

• جميع الجسيمات الأساسية وتفاعلات النموذج القياسي في رسم توضيحي واحد

مؤسسة ويكيميديا. 2010.

شاهد ما هو "النموذج القياسي" في القواميس الأخرى:

النموذج القياسي ، نموذج للجسيمات الأولية وتفاعلاتها ، وهو الوصف الأكثر اكتمالا للظواهر الفيزيائية المرتبطة بالكهرباء. تنقسم الجزيئات إلى HADRONS (تتحول إلى كوارك تحت تأثير القوات النووية) ، ... ... القاموس الموسوعي العلمي والتقني

في فيزياء الجسيمات الأولية ، النظرية ، وفقًا لسرب أساسي. (الأساسية) الجسيمات الأولية هي الكواركات واللبتونات. يتم تنفيذ التفاعل القوي ، الذي بواسطته ترتبط الكواركات مع الهادرونات ، عن طريق تبادل الغلوونات. ضعيف كهربائي ... علم الطبيعة. قاموس موسوعي

- ... ويكيبيديا

نموذج التجارة الدولية القياسي- النموذج الأكثر استخدامًا للتجارة الدولية في الوقت الحاضر ، يكشف عن تأثير التجارة الخارجية على مؤشرات الاقتصاد الكلي الرئيسية للبلد التجاري: الإنتاج والاستهلاك والرفاهية العامة ... الاقتصاد: مسرد

- (نموذج Heckscher Ohlin) النموذج القياسي للتجارة الخارجية بين الدول (التجارة الصناعية البينية) بهيكل صناعي مختلف ، سمي على اسم المبدعين السويديين. وفقًا لهذا النموذج ، تمتلك الدول نفس الإنتاج ... ... القاموس الاقتصادي

الصورة العلمية للعالم (SCM) (أحد المفاهيم الأساسية في العلوم الطبيعية) هي شكل خاص من أشكال تنظيم المعرفة ، والتعميم النوعي والتوليف الأيديولوجي لمختلف النظريات العلمية. كونه نظامًا شاملاً للأفكار حول المشتركة ...... ويكيبيديا

C مكتبة قياسية assert.h complex.h ctype.h errno.h fenv.h float.h inttypes.h iso646.h limits.h locale.h math.h setjmp.h signal.h stdarg.h stdbool.h stddef. ح ... ويكيبيديا

المفهوم المعياري للعلم هو شكل من أشكال التحليل المنطقي والمنهجي لنظريات العلوم الطبيعية ، وقد تم تطويره تحت التأثير الكبير لفلسفة العلم الوضعية الجديدة. في إطار المفهوم القياسي للعلم ، خصائص النظرية (تفسر على أنها ... ... موسوعة فلسفية

شكل من أشكال التحليل المنطقي والمنهجي لنظريات العلوم الطبيعية ، تم تطويره تحت التأثير الكبير لفلسفة العلم الوضعية الجديدة. في إطار المفهوم القياسي للعلم ، فإن خصائص النظرية (تفسر على أنها مجموعة ذات مغزى علميًا ... ... موسوعة فلسفية

كتب

• فيزياء الجسيمات - 2013. الديناميكا الكهربية الكمية والنموذج القياسي ، O.M Boyarkin ، G. G. Boyarkina. في المجلد الثاني من كتاب مكون من مجلدين يحتوي على مقرر حديث في فيزياء الجسيمات الأولية ، تعتبر الديناميكا الكهربية الكمية أول مثال على نظرية التفاعلات الحقيقية. ...

يخضع عالم الجسيمات الأولية لقوانين الكم ولا يزال غير مفهوم تمامًا. المفهوم المحدد في بناء نماذج مختلفة لتفاعل الجسيمات الأولية هو مفهوم التناظر ، الذي يُفهم على أنه خاصية رياضية لثبات عمليات التفاعل للتحولات المختلفة للإحداثيات أو المعلمات الداخلية للنموذج. تشكل هذه التحولات مجموعات تسمى مجموعات التناظر.

على أساس مفهوم التناظر تم بناء النموذج القياسي. بادئ ذي بدء ، لديها تناظر الزمكان فيما يتعلق بالدورات والتحولات في الزمكان. تسمى مجموعة التناظر المقابلة مجموعة Lorentz (أو Poincare). يتوافق هذا التناظر مع استقلالية التنبؤات عن اختيار الإطار المرجعي. بالإضافة إلى ذلك ، هناك مجموعات من التناسق الداخلي - التماثلات فيما يتعلق بالتناوب في فضاء "isospin" و "color" (في حالة التفاعلات الضعيفة والقوية ، على التوالي). هناك أيضًا مجموعة من دورات الطور المرتبطة بالتفاعلات الكهرومغناطيسية. تتوافق هذه التناظرات مع قوانين حفظ الشحنة الكهربائية ، شحنة "اللون" ، إلخ. مجموعة التناظر الداخلي الكاملة للنموذج القياسي ، التي تم الحصول عليها من تحليل العديد من البيانات التجريبية ، هي نتاج المجموعات الوحدوية SU (3) x SU (2) x U (1). تنتمي جميع جسيمات النموذج القياسي إلى تمثيلات مختلفة لمجموعات التماثل ، ولا تختلط جزيئات الدورات المختلفة أبدًا.

النموذج القياسي- النظرية الحديثة لبنية وتفاعلات الجسيمات الأولية ، النظرية مبنية على عدد صغير جدًا من الافتراضات وتسمح لك بالتنبؤ نظريًا بخصائص العمليات المختلفة في عالم الجسيمات الأولية. لوصف خصائص وتفاعلات الجسيمات الأولية ، يتم استخدام مفهوم المجال الفيزيائي المرتبط بكل جسيم: إلكتروني ، ميون ، كوارك ، إلخ. المجال هو شكل محدد لتوزيع المادة في الفضاء. الحقول المرتبطة بالجسيمات الأولية ذات طبيعة كمومية. الجسيمات الأولية هي كميات من الحقول المقابلة. أداة عمل النموذج القياسي هي نظرية المجال الكمومي. نظرية المجال الكمي (QFT) هي الأساس النظري لوصف الجسيمات الدقيقة وتفاعلاتها وتحولاتها. يجعل الجهاز الرياضي لنظرية المجال الكمي (QFT) من الممكن وصف ولادة وفناء جسيم في كل نقطة زمنية ومكانية.

يصف النموذج القياسي ثلاثة أنواع من التفاعل: الكهرومغناطيسي والضعيف والقوي. لا يتم تضمين تفاعل الجاذبية في النموذج القياسي.

القضية الرئيسية لوصف ديناميات الجسيمات الأولية هي مسألة اختيار نظام الحقول الأولية ، أي حول اختيار الجسيمات (وبالتالي الحقول) ، والتي ينبغي اعتبارها الأكثر أساسية (أولية) في وصف جسيمات المادة المرصودة. يختار النموذج القياسي الجسيمات غير الهيكلية ذات السبين كجسيمات أساسية: ثلاثة أزواج من اللبتونات (، (وثلاثة أزواج من الكواركات ، عادةً ما يتم تجميعها في ثلاثة أجيال.

"نتساءل لماذا يكرس مجموعة من الأشخاص الموهوبين والمخلصين حياتهم لمطاردة الأشياء الصغيرة جدًا بحيث لا يمكن رؤيتها حتى؟ في الواقع ، في صفوف علماء فيزياء الجسيمات ، يتجلى الفضول البشري والرغبة في معرفة كيفية عمل العالم الذي نعيش فيه ". شون كارول

إذا كنت لا تزال خائفًا من عبارة ميكانيكا الكم وما زلت لا تعرف ما هو النموذج القياسي - مرحبًا بك في cat. سأحاول في منشوري أن أشرح أساسيات العالم الكمي ، وكذلك فيزياء الجسيمات الأولية ، بأكبر قدر ممكن من البساطة والوضوح. سنحاول معرفة الاختلافات الرئيسية بين الفرميونات والبوزونات ، ولماذا تحمل الكواركات مثل هذه الأسماء الغريبة ، وأخيرًا ، لماذا كان الجميع حريصًا جدًا على العثور على بوزون هيغز.

من ماذا صنعنا نحن؟

حسنًا ، سنبدأ رحلتنا إلى العالم المصغر بسؤال بسيط: مما تتكون الأشياء من حولنا؟ يتكون عالمنا ، مثل المنزل ، من العديد من الطوب الصغير ، والذي ، عند دمجها بطريقة خاصة ، يخلق شيئًا جديدًا ، ليس فقط في المظهر ، ولكن أيضًا في خصائصها. في الواقع ، إذا نظرت إليها عن كثب ، ستجد أنه لا يوجد الكثير من الأنواع المختلفة من الكتل ، إنها فقط في كل مرة ترتبط ببعضها البعض بطرق مختلفة ، وتشكل أشكالًا وظواهر جديدة. كل كتلة هي جسيم أولي غير قابل للتجزئة ، والذي سيتم مناقشته في قصتي.

على سبيل المثال ، لنأخذ بعض المضمون ، فليكن العنصر الثاني في النظام الدوري لمندليف ، وهو غاز خامل ، الهيليوم. مثل المواد الأخرى في الكون ، يتكون الهيليوم من جزيئات تتشكل بدورها من روابط بين الذرات. لكن في هذه الحالة ، بالنسبة لنا ، الهيليوم مميز بعض الشيء لأنه ذرة واحدة فقط.

مما تتكون الذرة؟

تتكون ذرة الهيليوم ، بدورها ، من نيوترونين وبروتونين ، يشكلان النواة الذرية ، التي يدور حولها إلكترونان. الشيء الأكثر إثارة للاهتمام هو أن الشيء الوحيد غير القابل للتجزئة تمامًا هنا هو إلكترون.

لحظة مثيرة للاهتمام في عالم الكم

كيف أقلكتلة الجسيم الأولي أكثرتشغل مساحة. ولهذا السبب تشغل الإلكترونات ، التي تكون أخف بمقدار 2000 مرة من البروتون ، مساحة أكبر بكثير من نواة الذرة.

تنتمي النيوترونات والبروتونات إلى مجموعة ما يسمى الهادرونات(الجسيمات عرضة لتفاعل قوي) ، ولكي تكون أكثر دقة ، باريونات.

يمكن تقسيم الهدرونات إلى مجموعات

• تتكون الباريونات من ثلاثة كواركات
• الميزونات ، والتي تتكون من زوج: جسيم مضاد

النيوترون ، كما يوحي اسمه ، مشحون بشكل محايد ، ويمكن تقسيمه إلى كواركين سفليين وكوارك علوي واحد. ينقسم البروتون ، وهو جسيم موجب الشحنة ، إلى كوارك سفلي واحد وكواركين علويين.

نعم ، نعم ، أنا لا أمزح ، يُطلق عليهم حقًا العلوي والسفلي. يبدو أننا إذا اكتشفنا الكواركات العلوية والسفلية ، وحتى الإلكترون ، فسنكون قادرين على وصف الكون بأكمله بمساعدتهم. لكن هذا البيان سيكون بعيدًا جدًا عن الحقيقة.

المشكلة الرئيسية هي أن الجسيمات يجب أن تتفاعل بطريقة ما مع بعضها البعض. إذا كان العالم يتألف فقط من هذا الثالوث (النيوترون والبروتون والإلكترون) ، فإن الجسيمات ستطير ببساطة عبر مساحات شاسعة من الفضاء ولن تتجمع أبدًا في تشكيلات أكبر ، مثل الهادرونات.

الفرميونات والبوزونات

منذ زمن بعيد ، اخترع العلماء شكلاً مناسبًا وموجزًا ​​لتمثيل الجسيمات الأولية ، يُطلق عليه النموذج القياسي. اتضح أن جميع الجسيمات الأولية مقسمة إلى الفرميونات، والتي تتكون منها كل المادة ، و البوزونات، التي تحمل أنواعًا مختلفة من التفاعلات بين الفرميونات.

الفرق بين هذه المجموعات واضح جدا. الحقيقة هي أنه وفقًا لقوانين العالم الكمي ، تحتاج الفرميونات إلى بعض المساحة للبقاء على قيد الحياة ، وبالنسبة للبوزونات ، فإن وجود الفضاء الحر يكاد يكون غير مهم.

الفرميونات

مجموعة من الفرميونات ، كما ذكرنا سابقًا ، تخلق مادة مرئية من حولنا. كل ما نراه في أي مكان يتم إنشاؤه بواسطة الفرميونات. الفرميونات مقسمة إلى جسيمات دون الذرية، التي تتفاعل بقوة مع بعضها البعض وتحتجز داخل جسيمات أكثر تعقيدًا مثل الهادرونات ، و اللبتونات، التي توجد بحرية في الفضاء بشكل مستقل عن نظيراتها.

جسيمات دون الذريةتنقسم إلى مجموعتين.

• النوع العلوي. تشمل الكواركات العلوية ، بتهمة +2/3 ، الكواركات العلوية والسحر والكواركات الحقيقية
• النوع السفلي. الكواركات من النوع السفلي ، شحنتها -1 \ 3 ، تشمل: الكواركات السفلية والغريبة والساحرة

الكواركات الحقيقية والرائعة هي أكبر الكواركات ، بينما الكواركات العلوية والسفلية هي الأصغر. لماذا أعطيت الكواركات مثل هذه الأسماء غير العادية ، والأصح ، "النكهات" ، لا يزال موضع جدل للعلماء.

لبتوناتتنقسم أيضًا إلى مجموعتين.

• المجموعة الأولى ، بشحنة "-1" ، تشمل: إلكترون وميون (جسيم أثقل) وجسيم تاو (أكبر كتلة)
• المجموعة الثانية ، ذات الشحنة المحايدة ، تحتوي على: نيوترينو الإلكترون ، نيوترينو الميون ونيوترينو تاو.

النيوترينو هو جسيم صغير من المادة يكاد يكون من المستحيل اكتشافه. شحنتها دائمًا 0.

السؤال الذي يطرح نفسه هو ما إذا كان الفيزيائيون سيجدون عدة أجيال أخرى من الجسيمات ستكون أكثر ضخامة من الأجيال السابقة. من الصعب الإجابة عن هذا السؤال ، لكن المنظرين يعتقدون أن أجيال اللبتونات والكواركات محدودة بثلاثة أجيال.

لا تجد أي أوجه تشابه؟ تنقسم كل من الكواركات واللبتونات إلى مجموعتين تختلفان عن بعضهما البعض في الشحنة الواحدة؟ ولكن أكثر عن ذلك لاحقا...

البوزونات

بدونها ، ستطير الفرميونات حول الكون في تيار مستمر. لكن عند تبادل البوزونات ، تخبر الفرميونات بعضها البعض بنوع من التفاعل. البوزونات نفسها عمليا لا تتفاعل مع بعضها البعض.
في الواقع ، لا تزال بعض البوزونات تتفاعل مع بعضها البعض ، ولكن سيتم مناقشة هذا بمزيد من التفصيل في المقالات التالية حول مشاكل العالم المصغر.

التفاعل الذي تنقله البوزونات هو:

• الكهرومغناطيسي، الجسيمات - الفوتونات. هذه الجسيمات عديمة الكتلة تنقل الضوء.
• نووي قوي، الجسيمات عبارة عن غلوونات. بمساعدتهم ، لا تتحلل الكواركات من نواة الذرة إلى جسيمات منفصلة.
• نووي ضعيف، الجسيمات هي بوزونات ± W و Z. بمساعدتهم ، يتم نقل الفرميونات بالكتلة والطاقة ويمكن أن تتحول إلى بعضها البعض.
• الجاذبية ، حبيبات - الجرافيتون. قوة ضعيفة للغاية بمقياس الصورة المصغرة. يصبح مرئيًا فقط على الأجسام فائقة الكتلة.

تحفظ حول تفاعل الجاذبية.
لم يتم تأكيد وجود الجرافيتونات بشكل تجريبي. هم موجودون فقط في شكل نسخة نظرية. في النموذج القياسي ، في معظم الحالات ، لا يتم النظر فيها.

هذا كل شيء ، يتم تجميع النموذج القياسي.

بدأت المشكلة للتو

على الرغم من التمثيل الجميل جدًا للجسيمات في الرسم التخطيطي ، يبقى سؤالان. من أين تحصل الجسيمات على كتلتها وما هو هيغز بوزون، والتي تبرز من بقية البوزونات.

لفهم فكرة استخدام بوزون هيغز ، نحتاج إلى اللجوء إلى نظرية المجال الكمي. بعبارات بسيطة ، يمكن القول إن العالم كله ، الكون كله ، لا يتكون من أصغر الجسيمات ، ولكن من العديد من المجالات المختلفة: غلوون ، كوارك ، إلكتروني ، كهرومغناطيسي ، إلخ. في كل هذه المجالات ، تحدث تقلبات طفيفة باستمرار. لكننا نعتبر أقوىها جسيمات أولية. نعم ، وهذه الأطروحة مثيرة للجدل إلى حد كبير. من وجهة نظر ثنائية الموجة الجسدية ، يتصرف نفس الكائن في العالم المصغر في مواقف مختلفة مثل الموجة ، أحيانًا مثل الجسيم الأولي ، ويعتمد ذلك فقط على الكيفية التي يكون بها أكثر ملاءمة للفيزيائي الذي يراقب العملية لنمذجة الموقف .

مجال هيغز

اتضح أن هناك ما يسمى بمجال هيغز ، متوسطه لا يريد أن يذهب إلى الصفر. نتيجة لذلك ، يحاول هذا الحقل أخذ قيمة ثابتة غير صفرية في جميع أنحاء الكون. يشكل الحقل الخلفية المنتشرة والثابتة ، ونتيجة لذلك يظهر بوزون هيجز كنتيجة لتقلبات قوية.
وبفضل مجال هيغز ، تتمتع الجسيمات بالكتلة.
تعتمد كتلة الجسيم الأولي على مدى قوة تفاعله مع مجال هيغزتحلق باستمرار داخلها.
وبسبب بوزون هيغز ، وبشكل أكثر تحديدًا بسبب مجاله ، فإن النموذج القياسي يحتوي على العديد من مجموعات الجسيمات المتشابهة. أجبر حقل هيغز على تكوين العديد من الجسيمات الإضافية ، مثل النيوترينوات.

نتائج

ما قيل لي هو أكثر المفاهيم السطحية حول طبيعة النموذج القياسي ولماذا نحتاج إلى Higgs Boson. لا يزال بعض العلماء يأملون في أعماقهم أن الجسيم الذي تم العثور عليه في عام 2012 والذي يشبه بوزون هيجز في المصادم LHC كان مجرد خطأ إحصائي. بعد كل شيء ، يكسر مجال هيغز العديد من التناظرات الجميلة للطبيعة ، مما يجعل حسابات الفيزيائيين أكثر إرباكًا.
يعتقد البعض أن النموذج القياسي يعيش سنواته الأخيرة بسبب نقصه. لكن هذا لم يتم إثباته تجريبيًا ، ويظل النموذج القياسي للجسيمات الأولية مثالًا صالحًا على عبقرية الفكر البشري.