Soddisfare le particelle: Il modello standard della fisica

Soddisfare le particelle: Il modello standard della fisica

La scoperta di un bosone di Higgs non sarà visto solo come il coronamento del Modello Standard della fisica delle particelle, ma anche l'apertura di un nuovo ed entusiasmante capitolo nella scienza di base

- Il professor Jim Virdee - Imperial College di Londra

he quest to understand the fundamental properties and interactions of matter in the universe has continued throughout human history. L a ricerca per capire le proprietà e le interazioni di materia nell'universo fondamentali ha continuato nel corso della storia umana. Dagli antichi pensatori che per primo ha messo in dubbio che ci sono stati fondamentali, blocchi indivisibili della materia a tutti per i moderni fisici delle particelle che mirano a risolvere i misteri subatomiche fracassando protoni insieme negli acceleratori di particelle prepotenti, tutte le idee dell'umanità sulla fisica hanno portato a il Modello standard. Tutto quello che sappiamo circa la natura fondamentale dell'universo può essere efficacemente riassunta con niente altro che un insieme di particelle eccentricamente-nome. Beh, quasi tutto ...

le particelle di materia

Le particelle del modello standard sono disponibili in due tipi fondamentali: bosoni e fermioni. I fermioni costituiscono la materia che sperimentiamo in un giorno per giorno - la "roba" siamo in grado di vedere e interagire con. Non possono essere nello stesso luogo allo stesso tempo - proprio come un umano non può occupare la stessa esatta posizione come un muro. Ci sono dodici fermioni, che sono ulteriormente divisi in due gruppi - quark ei leptoni. Potreste aver mai sentito parlare di un quark - ma si sta effettivamente ne viene fatto. I protoni e neutroni nei nuclei degli atomi sono in realtà quark-strutture, e gli elettroni sono i poster-particelle per il gruppo leptoni.

particelle colorate?

Se non aveste notato dai nomi comici come "quark charm" - fisici tendono ad avere un po 'di divertimento con la nomina di particelle e le loro classi. Un altro termine per ciascuno dei diversi tipi di fermioni, per esempio, è "sapori". Questo non significa che hanno un sapore di qualcosa di - ovviamente - è solo un modo utile per descrivere le differenze. Allo stesso modo, i quark si dice che sono disponibili in tre diversi "colori", rosso, blu e verde, e gluoni sono descritti come trapunte patchwork fino a sei colori.

Non è possibile vedere il colore di un quark - dal momento che è di gran lunga troppo piccolo per possedere anche che la qualità - ma può essere usato per spiegare il loro comportamento. Quark uniscono sempre insieme per formare una struttura incolore, come rosso, verde e blu chiaro appare bianca (incolore) agli esseri umani quando combinato e considerata come un unico. I gluoni sono multi-colorati perché sono responsabili per lo svolgimento di tutti i quark colorati insieme. Lo studio di queste interazioni è collettivamente noti come cromodinamica quantistica.

Quark è una parola in particolare insolito, ei nomi ottiene solo più strano da lì. Ci sono tre "generazioni" di quark, che diventano progressivamente più pesante e più rari. La prima generazione comprende "UP" e "DOWN" quark, e varie combinazioni di questi protoni e neutroni formano. Ad esempio, un protone è costituito da due quark up e un quark down. I restanti due generazioni sono realizzati con i più grassi, quark sfuggenti: la strana, fascino, parte superiore e quark bottom. Questi non possono formare strutture per molto tempo a tutti: la strana quark fa parte della particella lambda, per esempio, che esiste per meno di un miliardesimo di secondo.

La differenza tra i leptoni ei quark è fondamentalmente che i quark, come per stringersi insieme, mentre i leptoni sono indipendenti. L'elettrone è il più familiare, ed è una parte della prima generazione di leptoni. Come ci si potrebbe aspettare da quark, le generazioni successive, il muone e le particelle tau, sono essenzialmente gli stessi, ma più pesante. Gli altri tre leptoni sono i neutrini - il neutrino elettronico, muonico e tau neutrino neutrino - che hanno quasi impercettibilmente bassa massa e carica elettrica.

particelle di forza

Fermioni nel conto Modello Standard per la materia che vediamo intorno a noi, ma qualcosa d'altro è necessario per spiegare effetti come elettromagnetismo, forza nucleare forte che tiene insieme i protoni nel nucleo degli atomi e decadimenti radioattivi. La materia in sé non spiega tutto, in modo da "bosoni", o particelle di forza che trasportano, abilitare gli effetti da spiegare. Le particelle rimanenti portano forze della natura, e solo uno è neanche lontanamente familiare nella vita quotidiana.

Il fotone è l'unica particella forza possiamo sperimentare come esseri umani. E 'la forza-vettore per l'elettromagnetismo, ma lo vediamo come luce. Questa forza è responsabile della carica (fino quark hanno una carica positiva e 2/3 elettroni hanno una carica meno 1, per esempio), quindi le interazioni tra protoni e gli elettroni, per esempio, sono in realtà un risultato dello scambio di fotoni. Gluoni portano la forza nucleare forte, che letteralmente "colle" protoni insieme più forti di elettromagnetismo può essere causa di respingere - permettendo la creazione di atomi. I bosoni W e Z controllano la forza nucleare debole, che spiega come i neutroni possono decadere in protoni.

Il bosone di Higgs è il più famoso di Higgs, dopo l'annuncio della sua scoperta al Large Hadron Collider. Il meccanismo di "Higgs" fornisce alcune delle particelle fondamentali di massa, ma lascia gli altri - come il fotone e gluoni - privo di massa. Questo è stato in precedenza un problema enorme per la fisica delle particelle, perché prima di allora non vi era alcuna spiegazione per fermioni e bosoni alcune aventi massa. Dr. Matthias Neubert - professore di fisica delle particelle presso l'Università Johannes Gutenberg - spiega che "la scoperta del bosone di Higgs rappresenta una pietra miliare nella esplorazione delle interazioni fondamentali delle particelle elementari."

Cosa manca?

Soddisfare le particelle: Il modello standard della fisica


Nonostante il successo del Modello Standard, il bosone di Higgs non fa altro che aggiungere un altro pezzo da una teoria ancora incompleto. Per uno, non vi è alcuna spiegazione di gravità su scala subatomica, con la teorizzato (ma non rilevato) graviton nemmeno detiene un posto nel modello. Dal momento che gli effetti della forza di gravità relativamente debole sono trascurabili a scale quantistiche, questo di solito è ignorata, ma è così importante su scale più grandi che molti fisici credono che un "grande teoria unificante" è necessario per descrivere con precisione la natura.

Ci sono anche ulteriori problemi per il Modello Standard, come spiega il fisico Dr. Volker Büscher, "il Modello Standard non ha alcuna spiegazione per la cosiddetta materia oscura, in modo che non descrive l'intero universo - c'è molto che resta da . capì "il problema con il modello standard ha portato ad altre idee, la più nota delle quali è la teoria delle stringhe - che postula che la materia è in realtà costituito da cicli minuscole di energia che vibrano in 11 dimensioni.