Физика элементарных частиц

Размещено на http://www.allbest.ru/

Реферат

Физика элементарных частиц

Введение

Физика элементарных частиц (ФЭЧ), часто называемая также физикой высоких энергий или субъядерной физикой - раздел физики, изучающий структуру и свойства элементарных частиц и их взаимодействия.

Первоначально термин "элементарная частица" подразумевал нечто абсолютно элементарное, первокирпичик материи. Однако, когда в 1950-х и 1960-х годах были открыты сотни адронов с похожими свойствами, стало ясно, что по крайней мере адроны обладают внутренними степенями свободы, то есть не являются в строгом смысле слова элементарными. Это подозрение в дальнейшем подтвердилось, когда выяснилось, что адроны состоят из кварков.

Таким образом, физики продвинулись ещё немного вглубь строения вещества: самыми элементарными, точечными частями вещества сейчас считаются лептоны и кварки. Для них (вместе с калибровочными бозонами) применяется термин "фундаментальные частицы".

Открытие э. ч. явилось закономерным результатом общих успехов в изучении строения вещества, достигнутых физикой в конце XIX века. Оно было подготовлено всесторонними исследованиями оптических спектров атомов, изучением электрических явлений в жидкостях и газах, открытием фотоэлектричества, рентгеновских лучей, естественной радиоактивности, свидетельствовавших о существовании сложной структуры материи. Исторически первой открытой электронной частицей был электрон - носитель отрицательного элементарного электрического заряда в атомах. В 1897 Дж. Томсон установил, что так называемые катодные лучи образованы потоком мельчайших частиц, которые были названы электронами.

Объекты науки

Объекты: фермионы (кварки и лептоны), бозоны (фотон, глюон, бозон Хиггса и т. д.), гипотетические частицы (нейтралино, фотино и т. д.).

Свойства объектов. Все ЭЧ являются объектами исключительно малых масс и размеров. Микроскопические массы и размеры ЭЧ лежат в основе квантовой специфики их поведения. Характерные длины волн, которые следует приписать ЭЧ в квантовой теории по порядку величин близки к типичным размерам, на которых осуществляется их взаимодействие. Наиболее важное квантовое свойство всех ЭЧ - их способность рождаться и уничтожаться (испускаться и поглощаться) при взаимодействии с др. частицами. Все процессы с ЭЧ протекают через последовательность актов их поглощения и испускания. Различные процессы с ЭЧ заметно отличаются по интенсивности протекания. В соответствии с этим взаимодействия ЭЧ можно феноменологически разделить на несколько классов: сильные, электромагнитные и слабые взаимодействия. Все ЭЧ обладают, кроме того, гравитационным взаимодействием.

Иерархия и взаимосвязь объектов. Элементарные частицы делятся на следующие группы:

Составные частицы:

Адроны - частицы, участвующие во всех видах фундаментальных взаимодействий. Они состоят из кварков и подразделяются, в свою очередь, на: мезоны; барионы.

Фундаментальные (бесструктурные) частицы:

Лептоны - фермионы, которые имеют вид точечных частиц (то есть не состоящих ни из чего) вплоть до масштабов порядка м.

Кварки - дробнозаряженные частицы, входящие в состав адронов. В свободном состоянии не наблюдались.

Калибровочные бозоны - частицы, посредством обмена которыми осуществляются взаимодействия, в их состав входят: фотоны; глюоны; векторные бозоны; гравитоны.

Адроны и лептоны образуют вещество. Калибровочные бозоны - это кванты разных типов взаимодействий. Кроме того, в Стандартной модели с необходимостью присутствует хиггсовский бозон, первые экспериментальные указания, на существование которого появились в 2012 году.

Фундаментальные взаимодействия - качественно различающиеся типы взаимодействия элементарных частиц и составленных из них тел.

На сегодня достоверно известно существование четырех фундаментальных взаимодействий: гравитационного; электромагнитного; сильного; слабого.

Структура науки.

Явления и процессы. ФЭЧ изучает законы природы, явления, которые происходят на расстояниях менее см, т. е. строение и взаимодействие элементарных частиц. физика калибровочный бозон лептон

Методы исследования.

1. Теоретический - строит теоретические модели для объяснения данных, полученных в действующих экспериментах, получения предсказаний для будущих экспериментов и разработки математического инструментария для проведения исследований такого рода.

2. Экспериментальный - разгон долгоживущих элементарных частиц в ускорителе до высоких энергий и столкновение их друг с другом или с неподвижной мишенью и пассивное наблюдение за частицами.

Законы и теории.

1. Теория относительности.

2. Квантовая теория поля.

3. Полевая теория.

4. Квантовая механика.

5. Закон сохранения энергии.

Заключение

Физика за пределами стандартной модели (иначе называемая новая физика) относится к теоретическим разработкам, которые необходимы, чтобы объяснить недостатки стандартной модели, такие как происхождение массы, сильная CP-проблема, нейтринные осцилляции, асимметрия материи и антиматерии, происхождение тёмной материи и тёмной энергии. Другая проблема заключается в математических основах самой Стандартной модели - Стандартная модель не согласуется с общей теорией относительности в том смысле, что одна или обе теории распадаются в своих описаниях на более мелкие при определенных условиях. Теории, которые лежат за пределами Стандартной модели, включают в себя различные расширения Стандартной модели через суперсимметрию, такие как минимальная суперсимметричная стандартная модель и следующая за минимальной суперсимметричная стандартная модель, либо совершенно новые объяснения, такие как теория струн, M-теория и дополнительные измерения. Поскольку эти теории, как правило, полностью согласуются с текущими наблюдаемыми явлениями или не доведены до состояния конкретных предсказаний, вопрос о том, какая теория является правильной (или, по крайней мере "лучшим шагом" к Теории всего), может быть решён только с помощью экспериментов. В настоящее время это одна из наиболее активных областей исследований, как в теоретической, так и в экспериментальной физике.

Размещено на Allbest.ru