What Are Elementary Particles?

Фундаментальных частиц, названных кварками приходят в шести различных вкусов. Протоны состоят из двух кварков и один вниз кварк, в то время как нейтроны содержат кварки два вниз и один вверх кварк.
Кредит: MichaelTaylor | Shutterstock В

Элементарные частицы-мельчайшие известные строительные блоки Вселенной. Считается, что они не имеют внутренней структуры, что означает, что исследователи думают о них, как о нуль-мерных точек, которые не занимают места. Электроны, вероятно, наиболее знакомы элементарные частицы, но в Стандартной модели физики, которая описывает взаимодействие частиц и почти все силы, распознает 10 Общая элементарных частиц.

Электроны являются отрицательно заряженные компоненты атомов. В то время как они думали, чтобы быть нуль-мерной точки частицы, электроны окружены облаком из другие виртуальные частицы постоянно подмигивая В и из существования, что, по сути, действовать как часть самого электрона. Некоторые теории предсказывают, что электрон имеет слегка положительный полюс и отрицательный полюс, что означает, что значит это облако виртуальных частиц должно быть немного асимметричные.

Если бы это было так, электроны могут вести себя иначе, чем их двойники антиматерии, позитронов, потенциально объясняя многие тайны о материи и антиматерии. Но физики уже неоднократно измеряли форму электрона и нашел, что это идеально круглое в меру своих познаний, оставляя их без ответов на загадки антиматерии.

Электрон имеет два тяжелых родственников, называемого мюонного и тау. Мюоны могут быть созданы при космических лучей высоких энергий из космического пространства попали в верхнюю атмосферу Земли, порождая душ экзотических частиц. Таус еще реже и сложнее в производстве, так как они являются более 3400 раз тяжелее, чем электроны. Нейтрино, электроны, мюоны и тау составляют категорию фундаментальных частиц, называемых лептонами.

Кварки, из которых состоят протоны и нейтроны, другой тип фундаментальная частица. Вместе с лептонами, кварками составляют вещи, которые мы считаем материю.

Давным-давно ученые считали, что атомы мельчайшие возможные объекты; слово происходит от греческого «atomos» — т. е. «неделимых». На рубеже 20-го века, атомные ядра были показаны состоят из протонов и нейтронов. Затем, на протяжении 1950-х и 60-х годов, ускорители частиц продолжал открывать стайки экзотических субатомных частиц, таких как пионы и каоны.

В 1964 году физики Мюррей Гелл-Манн и Джордж Цвейг независимо друг предложил модель, которая может объяснить внутреннюю работу протонов, нейтронов и остальной зоопарк частиц, согласно историческим докладом Национальной ускорительной лаборатории SLAC в Калифорнии. Проживающие внутри протонов и нейтронов представляют собой крошечные частицы, называемые кварками, которые приходят в шесть возможных типов или видов: вверх, вниз, странно, обаяние, снизу и сверху.

Протоны состоят из двух кварков и кварк, в то время как нейтроны состоят из двух падений, и вверх. Вверх и вниз кварки самых легких сортов. Потому что более массивные частицы, как правило, распадаются на менее массивных, вверх и вниз кварки являются одной из наиболее распространенных во Вселенной; следовательно, протоны и нейтроны составляют большую часть материи, которую мы знаем.

К 1977 году, физикам, изолированные пяти из шести кварков в лаборатории — вверх, вниз, странно, обаяние и снизу — но это не было до 1995 года, что исследователи из Национальной лаборатории ускорителя в Фермилаб в штате Иллинойс обнаружили окончательной кварк, топ-кварк. Искать его было столь интенсивным, как позже охота за бозоном Хиггса. Топ-кварк был так трудно производить, потому что это примерно в 100 триллионов раз тяжелее, чем до кварков, то есть он требует намного больше энергии, чтобы сделать в ускорителях частиц.

A diagram shows how quarks usually fit into our understanding of tiny particles.

Диаграмма показывает, как кварки, как правило, укладывается в наше понимание мельчайших частиц.
Кредит: udaix/Shutterstock В

То есть четыре фундаментальных силы природы: электромагнетизм, гравитация и сильные и слабые ядерные силы. Каждый из них имеет соответствующий фундаментальная частица.

Фотоны являются наиболее популярным; они несут в себе электромагнитную силу. Глюоны переносят сильное ядерное взаимодействие и проживать с кварками внутри протонов и нейтронов. Слабые силы, которая опосредует определенные ядерные реакции, осуществляется посредством двух фундаментальных частиц, W и Z-бозонов. Нейтрино, которые чувствуют только слабых сил и гравитации, взаимодействовать с этими бозонами, и потому физикам удалось предоставить доказательств их существования с помощью нейтрино, сообщает ЦЕРН.

Гравитация здесь аутсайдером. Не включены в Стандартную модель, однако физики подозревают, что это могло иметь соответствующую фундаментальную частицу, которая называется Гравитон. Если существуют гравитоны, это может быть возможным, чтобы создать их на Большом адронном коллайдере (LHC) в Женеве, Швейцария, но они быстро исчезают в дополнительных измерениях, оставляя за собой пустую зону, где они были, по данным ЦЕРН. Пока бак не видел никаких доказательств гравитонов или дополнительных измерений.

Simulation showing the production of the Higgs boson in the collision of two protons at the Large Hadron Collider. The Higgs boson quickly decays into four muons, which are a type of heavy electron that is not absorbed by the detector. The tracks of the muons are shown in yellow.

Моделирование показывает производстве бозона Хиггса при столкновении двух протонов на Большом адронном коллайдере. Бозон Хиггса быстро распадается на четыре электрона, которые являются разновидностью тяжелого электрона, которая не поглощается детектором. Следы мюонов показаны желтым цветом.
Кредит: Лукас Тейлор/КМВ

Наконец, существует бозон Хиггса, король элементарных частиц, который отвечает за придание всем остальным частицам их массу. Охота на Хиггса была большая удача для ученых, стремящихся полный каталог своей стандартной модели. Когда Хиггс был, наконец, замечен, в 2012 году, физики радовался, но также оставила их в трудное положение.

Бозон Хиггса выглядит почти в точности, как было предсказано, чтобы посмотреть, но ученые надеялись на большее. Стандартная модель, как известно, быть неполными; например, в нем отсутствует описание гравитации, и исследователи думали, что найти бозон Хиггса поможет указывать на другие теории, которые могут заменить стандартные модели. Но до сих пор они ничего в этом поиске.

Дополнительные ресурсы:

  • Подробнее о стандартной модели, из ЦЕРН.
  • Подробнее об истории частиц, а элементарные частицы, из Центральной частицы.
  • Смотреть: Объяснителя видео на элементарные частицы, из Лаборатории Джефферсона.

Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *