Сообщения со словом
«z-бозон»

1. 22.07.2012, 05:40. login в теме
   «Говорят, что физики открыли "частицу Бога"»
   ... поколения лептонов тоже по два в каждом и бозоны фотон и z-бозоны глюон и бозон хиггса кварки участвуют в сильных взаимодействиях в отличие от лептонов из кварков и глюонов состоят протоны нейтроны пи-мезоны и еще куча всяких разных частиц которые собственно и называются адроны сильные взаимодействия кварки и глюоны описывает теория называющаяся квантовая хромодинамика она тоже часть стандартной модели но мы ее обсуждать не будем а будем говорить об электрослабых взаимодействиях в которых участвуют и кварки и лептоны обмениваясь друг с другом фотонами w- и z-бозонами про глюон мы таким образом забыли по крайней мере на время а про бозон хиггса речь в основном пойдет во второй части итак фермионы взаимодействуют друг с другом обмениваясь бозонами в первом приближении например два электрона взаимодействуют обмениваясь фотоном bigimg 300 http corum mephist ru uploads 1313905294 gallery 8150 317 66939 jpg bigimg это взаимодействие к примеру приводит к кулоновскому отталкиванию электронов или кварк взаимодействует с лептоном обмениваясь w-бозоном bigimg 300 http corum mephist ru uploads 1313905294 gallery 8150 317 44304 jpg bigimg поскольку w-бозоны несут электрический заряд такие взаимодействия называют заряженными слабыми токами в этом примере d-кварк испускает бозон и превращается в u-кварк а w-бозон распадается на электрон и антинейтрино это бета-распад есть еще и нейтральные слабые токи в них посредником выступает z-бозон например вот электрон и нейтрино взаимодействуют обмениваясь z-бозоном bigimg 300 http corum mephist ru uploads 1313905294 gallery 8150 317 9780 jpg bigimg поскольку нейтрино электрически нейтрально и не участвует в сильных взаимодействиях так же как и электрон то для такого взаимодействия необходим еще один нейтральный бозон переносчик электрослабого взаимодействия дополнительно к фотону именно в подобных процессах рассеянии нейтрино на электронах были открыты нейтральные токи забегая вперед эти токи были сначала предсказаны в стандартной модели об этом позже ну и наконец бозон хиггса с ним посложнее во-первых он взаимодействует непосредственно не только с фермионами как к примеру здесь бозон хиггса распадается на электрон и позитрон bigimg 400 http corum mephist ru uploads 1313905294 gallery 8150 317 25254 jpg bigimg но он взаимодействует еще и с другими бозонами к примеру распад на w и w bigimg 400 http corum mephist ru uploads 1313905294 gallery 8150 317 3940 jpg bigimg и еще и сам с собой то есть с такими же бозонами хиггса к примеру один бозон хиггса может распасться на два bigimg 400 http corum mephist ru uploads 1313905294 gallery 8150 317 3911 jpg bigimg что можно ответить на вопрос что такое бозон хиггса ну во-первых можно сказать что бозон хиггса не является переносчиком электрослабого взаимодействия в том смысле что электрослабые бозоны фотоны w- и z-бозоны переносят электрослабое взаимодействие гораздо эффективнее это видно по результатам экспериментов если бы бозон хиггса взаимодействовал бы посильнее не было бы таких сложностей с его наблюдением с точки зрения теории бозон хиггса тоже очень сильно отличается от электрослабых бозонов главное отличие опять же в том что электрослабые бозоны возникают в теории именно как переносчики взаимодействия а бозон хиггса нет на самом деле он непосредственно не дает массу элементарным частицам в некотором смысле он остаток от того взаимодействия которое как раз и приводит к ненулевой массе элементарных частиц в результате спонтанного нарушения симметрии как это происходит я расскажу во второй части а пока лишь замечу что изучать бозон хиггса так важно именно потому что это дает нам возможность понять детали механизма возникновения массы элементарных частиц и на самом деле с открытием бозона хиггса все только начинается а теперь немножко истории как развивались теория и эксперименты от бета-распада и теории ферми до стандартной модели и lhc я постараюсь показать как именно экспериментальные данные привели к построению стандартной модели зачем нужны w- и z-бозоны зачем нужен механизм хиггса и почему масса элементарных частиц не может возникать менее хитрым образом началось все с бета-распада открыт он был примерно тогда же когда и альфа-распад в конце 19 века точнее в 1899 году незадолго до этого анри беккерель обнаружил что уран испускает излучение засвечивающее фотопластинки и всем известный резерфорд исследуя радиоактивность урана и пытаясь понять что все-таки получил беккерель обнаружил что уран производит два вида радиоактивного излучения одно из них полностью поглощалось листом бумаги а второе обладало гораздо более сильным проникающим эффектом именно оно и засвечивало фотопластинки беккереля резерфорд назвал эти излучения альфа-лучами и бета-лучами в течение примерно 30 лет эти лучи исследовались в частности бета-частицы были отождествлены с электронами и где-то в конце 20-х годов 20-го века обнаружилось очень странное свойство бета-распада непрерывный спектр электронов а именно представьте себе атомное ядро которое распадается через бета-распад в результате получается ядро с зарядом на единицу больше и электрон и что важно поскольку энергия сохраняется что не вызывало сомнения то энергия каждой частицы должна быть фиксирована то есть если измерять энергию испускаемых электронов в бета-распаде одного и того же элемента то получится узкий пик так вот в опытах не было никакого пика а было плавное распределение электронов по энергиям объяснить это было очень трудно бор даже предлагал отказаться от закона сохранения энергии и оставить только сохранение энергии в среднем но всех спас паули высказавший гипотезу о том что на самом деле в бета-распаде испускается еще одна очень легкая по крайней мере с массой меньше массы электрона частица которую просто не удавалось до сих пор зарегистрировать паули назвал эту частицу нейтрон но после того как в 1932 году чедвиком был открыт точнее была открыта нейтральная частица с массой примерно равной массе протона то название нейтрон закрепилось именно за ней в 1933-34 годах ферми была опубликована его теория бета-распада а заодно он предложил назвать частицу предложенную паули нейтрино нейтрончик теория ферми была очень удачной она очень хорошо описывала тогдашние экспериментальные данные по бета-распаду и таким образом способствовала признанию правильности гипотезы паули в теории ферми бета-распад происходит примерно так протон нейтрон электрон и анти нейтрино взаимодействуют в одной точке то есть в результате взаимодействия непосредственно из нейтрона рождаются протон электрон и антинейтрино bigimg 400 http corum mephist ru uploads 1313905294 gallery 8150 317 26145 jpg bigimg эта теория как я уже сказал очень хорошо описывала тогдашние экспериментальные данные по бета-распадам конечно те эксперименты не могли зафиксировать нейтрино однако эксперименты развивались и нейтрино было зафиксировано в 1956 году не стояла на месте и теория к этому времени уже была построена квантовая электродинамика теория взаимодействия вещества и электромагнитного излучения и развивались более общие квантовые теории поля следующий важный для нас эксперимент опыт ву был сделан в 1957 году его предыстория вкратце такова физики-теоретики ли и янг проанализировав существовавшие на тот момент данные экспериментов пришли к выводу что по этим данным нельзя сделать вывод о том сохраняется ли в слабых взаимодействиях пространственная четность р-четность если р-четность сохраняется то каждая реакция протекает точно так же как соответствующая ей зеркально-симметричная например если в результате реакции рождается электрон летящий направо со спином направленным налево то в результате зеркальной реакции должен родиться такой же электрон летящий налево со спином направленным опять налево поскольку при зеркальном отражении импульс как вектор меняет направление а спин как псевдовектор не меняет ли и янг предложили эксперимент который мог бы подтвердить сохранение р-четности в слабых взаимодействиях и ву с коллегами провели его в опыте изучался бета-распад кобальта спин исходного ядра был направлен условно налево и оказалось что в прямой реакции рождаются электроны летящие направо со спином направленным налево а в зеркальной реакции электроны летящие налево со спином направленным налево не рождаются вообще таким образом оказалось что в слабых взаимодействиях р-четность не сохраняется и не просто чуть-чуть не сохраняется а нарушается максимально возможным образом зеркальная реакция не просто происходит реже чем прямая а не идет совсем как оказалось теорию слабого взаимодействия ферми надо было лишь немного изменить для того чтобы описать эти результаты но к тому моменту уже было ясно что эта теория может работать только при низких энергиях при более высоких энергиях результаты противоречили бы унитарности грубо говоря теория начинала бы предсказывать рождение частиц из ниоткуда хотя экспериментальных данных при таких высоких энергиях еще не было решение было предложено швингером в 1960 году вместо точечного взаимодействия ферми ввести взаимодействие через обмен бозоном глэшоу он был аспирантом швингера развил эту идею публикация 1961 года и у него получилось что более-менее приличная модель должна содержать не только w-бозоны необходимость которых тогда уже была очевидна для того чтобы воспроизвести результаты теории ферми при низких энергиях но и нейтральный z-бозон а кроме того она должна включать в себя уже известное электромагнитное взаимодействие с помощью фотона без такого объединения просто не получалось построить математически согласованную теорию для физиков-теоретиков необходимость введения в теорию z-бозона и включения фотона следует из требования калибровочной симметрии и перенормировки теории таким образом глэшоу построил объединенную модель электромагнитных и слабых взаимодействий одним из самых важных предсказаний модели были нейтральные слабые токи однако у этой модели были следующие важные недостатки бозоны-переносчики взаимодействий w и z должны были быть очень тяжелыми чтобы описать экспериментальные данные однако введение в теорию таких бозонов с отличной от нуля массой приводило к математическим проблемам опять не удавалось построить согласованную теорию массу фермионов тоже нельзя было ввести без возникновения больших проблем дело в том что максимально нарушенное сохранение четности обнаруженное на эксперименте требовало включения во взаимодействие только одной определенной комбинации волновых функций фермионов а ненулевая масса фермионов требовала другой комбинации опять же нарушающей всю математическую структуру модели то есть нельзя было описать ни тот факт что фермионы электроны мюоны и еще не открытые на тот момент кварки имеют массу ни массу w- и z-бозонов ситуация с моделью была близка к критической...