Não faz sentido continuar fazendo a mesma coisa e esperar resultados diferentes.
Albert Einstein
modelo padrão ( partículas elementares) (Inglês) Modelo padrão de partículas elementares) - uma construção teórica que não corresponde à natureza, descrevendo um dos componentes das interações eletromagnéticas artificialmente separadas em interação eletromagnética, interações fracas imaginárias e interações fortes hipotéticas de todas as partículas elementares. O Modelo Padrão não inclui gravidade.
Primeiro pequena digressão. A teoria de campo das partículas elementares, atuando no âmbito da CIÊNCIA, baseia-se em fundamento comprovado pela FÍSICA:
Usar partículas elementares que não existem na natureza, inventar interações fundamentais que não existem na natureza, ou substituir as interações que existem na natureza por fabulosas, ignorar as leis da natureza, fazendo manipulações matemáticas sobre elas (criando o aparecimento da ciência) - este é o lote dos CONTOS DE FADAS disfarçados de ciência. Como resultado, a física caiu no mundo dos contos de fadas matemáticos. Quarks fabulosos com glúons fabulosos, grávitons fabulosos e contos de fadas da "Teoria Quântica" (apresentada como realidade) já entraram nos livros de física - devemos enganar as crianças? Os defensores de uma Nova Física honesta tentaram resistir a isso, mas as forças não eram iguais. E assim foi até 2010 antes do advento da teoria de campo das partículas elementares, quando a luta pelo renascimento da FÍSICA-CIÊNCIA passou para o nível do confronto aberto entre uma teoria científica genuína e os contos de fadas matemáticos que tomaram o poder na física da o micromundo (e não só).
A imagem é tirada da Wikipedia do mundo
Originalmente, o modelo quark de hádrons foi proposto independentemente em 1964 por Gellmann e Zweig e foi limitado a apenas três quarks hipotéticos e suas antipartículas. Isso permitiu descrever corretamente o espectro de partículas elementares conhecido na época, sem levar em conta os léptons, que não se encaixavam no modelo proposto e, portanto, eram reconhecidos como elementares, juntamente com os quarks. O preço disso foi a introdução de cargas elétricas fracionadas que não existem na natureza. Então, à medida que a física se desenvolveu e novos dados experimentais se tornaram disponíveis, o modelo quark cresceu gradualmente, se transformou, adaptando-se a novos dados experimentais, eventualmente se transformando no Modelo Padrão. - É interessante que quatro anos depois, em 1968, comecei a trabalhar em uma ideia que em 2010 deu à humanidade a Teoria de Campo das Partículas Elementares, e em 2015 - A Teoria da Gravidade das Partículas Elementares, enviando muitos contos matemáticos da física do segunda metade para o arquivo da história do desenvolvimento da física do século XX, incluindo este.
2 Modelo padrão e interações fundamentais
3 modelo padrão e bósons de calibre
4 modelo padrão e glúons
5 Modelo padrão e a lei de conservação de energia
6 Modelo padrão e eletromagnetismo
7 Modelo Padrão e teoria de campo de partículas elementares
8 Partículas em física através dos olhos da Wikipedia do mundo no início de 2017
9 Modelo padrão e adequado à realidade
10 Nova física: Modelo padrão - total
Supõe-se que toda a matéria consiste em 12 partículas de férmions fundamentais: 6 léptons (elétron, múon, lépton tau, neutrino do elétron, neutrino do múon e neutrino do tau) e 6 quarks (u, d, s, c, b, t).
Argumenta-se que os quarks participam dos grupos forte, fraco e eletromagnético (com o entendimento teoria quântica) interações; léptons carregados (elétron, múon, tau-lépton) - no fraco e eletromagnético; neutrino - apenas em interação fraca.
Postula-se que todos os três tipos de interações surgem como consequência do fato de que nosso mundo é simétrico em relação a três tipos de transformações de calibre.
Afirma-se que as partículas-portadoras de interações introduzidas pelo modelo são:
Na realidade, os seguintes tipos de interações fundamentais existem na natureza, bem como os campos físicos correspondentes:
A presença na natureza de outros campos físicos fundamentais realmente existentes, exceto campos finitamente fabulosos (campos da "teoria" quântica: glúon, campo de Higgs e an.), a Física não estabeleceu (mas na matemática pode haver quantos você quiser ). A existência na natureza de uma hipotética interação forte e hipotética hipotética postulada pela teoria quântica - não comprovado, e é justificado apenas pelos desejos do Modelo Padrão. Essas interações hipotéticas são apenas suposições. - Na natureza, existem forças nucleares, que são reduzidas a interações eletromagnéticas (realmente existentes na natureza) de nucleons em núcleos atômicos, mas a instabilidade de partículas elementares é determinada pela presença de canais de decaimento e ausência de proibição por parte das leis da natureza, e nada tem a ver com a fabulosa interação fraca.
A existência na natureza dos elementos-chave do Modelo Padrão: quarks e glúons não foi comprovada. O que nos experimentos é interpretado por alguns físicos como vestígios de quarks - permite outras interpretações alternativas. A natureza é arranjada de tal forma que o número de quarks hipotéticos coincidiu com o número de ondas estacionárias de energia elétrica alternada. campo magnético dentro de partículas elementares. - Mas na natureza não há carga elétrica fracionária igual à carga de quarks hipotéticos. Mesmo a magnitude da carga elétrica do dipolo não coincide com a magnitude da carga elétrica imaginária dos quarks fictícios. E como você entende Sem quarks, o Modelo Padrão não pode existir..
Do fato de que em 1968 experimentos de espalhamento inelástico profundo no Stanford Linear Accelerator (SLAC) confirmaram que os prótons têm estrutura interna, e consistem em três objetos (dois u- e um d-quark - mas isso NÃO é comprovado), que mais tarde, Richard Feynman chamou de partons no quadro de seu modelo de parton (1969), mais uma conclusão pode ser tirada - nos experimentos, foram observadas ondas estacionárias de um campo eletromagnético alternado de onda, cujo número de antinós coincide exatamente com o número de quarks fabulosos (partons). E a afirmação arrogante da Wikipedia mundial de que "a totalidade dos fatos experimentais atuais não questiona a validade do modelo" é falsa.
O fato é que com glúons hipotéticos, o Modelo Padrão acabou sendo embaraçoso.
Lembre-se do que é um glúon - são partículas elementares hipotéticas responsáveis pelas interações de quarks hipotéticos. Matematicamente falando, os glúons são chamados de bósons vetoriais responsáveis pela interação hipotética de cores fortes entre quarks hipotéticos na cromodinâmica quântica. Nesse caso, assume-se que os glúons hipotéticos carregam uma carga de cor e, portanto, não são apenas portadores de interações fortes hipotéticas, mas também participam delas. O glúon hipotético é um quantum campo vetorial na cromodinâmica quântica, não tem massa de repouso e tem spin unitário (como um fóton). Além disso, o glúon hipotético é sua própria antipartícula.
Assim, argumenta-se que o glúon tem um spin unitário (como um fóton) e é sua própria antipartícula. - Então: de acordo com a mecânica quântica e a eletrodinâmica clássica (e a teoria de campo das partículas elementares, que conseguiu fazê-las trabalhar juntas em resultado geral), que determinou o espectro de partículas elementares na natureza - apenas uma partícula elementar na natureza - um fóton, pode ter um spin unitário (como um fóton) e ser uma antipartícula para si mesmo, mas já está ocupado por interações eletromagnéticas. Todas as outras partículas elementares com spin unitário são mésons vetoriais e seus estados excitados, mas são partículas elementares completamente diferentes, cada uma com sua própria antipartícula.
E se lembrarmos que todos os mésons vetoriais têm uma massa de repouso diferente de zero (uma consequência do valor diferente de zero do número quântico L da teoria de campo), então nenhum dos mésons vetoriais (partículas com spin inteiro) gluon vai se encaixar de qualquer maneira. Bem, não há mais partículas elementares com um spin unitário na natureza. Na natureza, podem existir sistemas complexos, consistindo em um número par de léptons, ou bárions! Mas o tempo de vida de tais formações de partículas elementares será muito menor do que o tempo de vida do fabuloso bóson de Higgs - ou melhor, o méson vetorial. Portanto, glúons hipotéticos não podem ser encontrados na natureza, não importa o quanto eles sejam procurados e quantos bilhões de euros ou dólares sejam gastos na busca de partículas fabulosas. E se uma declaração sobre sua descoberta for ouvida em algum lugar, isso NÃO corresponderá à realidade.
Portanto, não há lugar na natureza para glúons.. Tendo criado um conto de fadas sobre a interação forte, em vez das forças nucleares realmente existentes na natureza, por analogia com a interação eletromagnética, a "Teoria Quântica" e o "Modelo Padrão", confiantes em sua infalibilidade, levaram-se a um estado morto fim. - Então talvez seja hora de parar e parar de acreditar em contos de fadas matemáticos.
A implementação de interações de partículas elementares através da troca de partículas virtuais viola diretamente a lei de conservação de energia e quaisquer manipulações matemáticas sobre as leis da natureza na ciência são inaceitáveis. A natureza e o mundo virtual da matemática são duas em todo o mundo: real e fictício - o mundo dos contos de fadas matemáticos.
Glúons - portadores hipotéticos da interação forte hipotética de quarks hipotéticos, tendo uma capacidade fabulosa de criar novos glúons do nada (a partir do vácuo) (ver artigo confinamento), ignoram abertamente a lei de conservação de energia.
Nesse caminho, o modelo padrão contradiz a lei da conservação da energia.
O Modelo Padrão, sem querer, foi forçado a reconhecer a presença de campos elétricos dipolares constantes em partículas elementares, cuja existência é confirmada pela teoria de campo de partículas elementares. Afirmando que as partículas elementares consistem em hipotéticos quarks, que (segundo o Modelo Padrão) são portadores de carga elétrica, o Modelo Padrão reconheceu assim a presença no interior do próton, além da região com carga elétrica positiva, também uma região com carga elétrica negativa, e a presença de um par de regiões com cargas elétricas opostas e para um nêutron eletricamente "neutro". Surpreendentemente, as magnitudes das cargas elétricas dessas regiões quase coincidiram com as magnitudes das cargas elétricas decorrentes da teoria de campo das partículas elementares.
Assim, o Modelo Padrão foi capaz de descrever bem as cargas elétricas internas de bárions neutros e carregados positivamente, mas com bárions carregados negativamente, ocorreu uma falha de ignição. Como os quarks hipotéticos carregados negativamente têm uma carga de –e/3, três quarks carregados negativamente são necessários para obter uma carga total de –e, e um campo elétrico dipolo análogo ao campo elétrico de um próton não funcionará. Claro, pode-se usar anti-quarks, mas em vez de um bárion, teríamos um anti-bárion. Assim, o "sucesso" do Modelo Padrão em descrever os campos elétricos dos bárions foi limitado apenas aos bárions neutros e carregados positivamente.
Se você olhar para a estrutura hipotética de quarks de mésons com spin zero, então campos de dipolo elétrico são obtidos apenas para mésons neutros, e mésons carregados não podem criar um campo de dipolo elétrico a partir de dois quarks hipotéticos - cargas NÃO permitem. Assim, ao descrever os campos elétricos de mésons com spin zero, o Modelo Padrão obteve apenas campos elétricos de mésons neutros. Aqui, também, as magnitudes das cargas elétricas das regiões de dipolo quase coincidiam com as magnitudes das cargas elétricas decorrentes da teoria de campo das partículas elementares.
Mas há outro agrupamento de partículas elementares chamado mésons vetoriais - são mésons com spin unitário, em que cada partícula necessariamente tem sua própria antipartícula. Os experimentadores já começaram a descobri-los na natureza, mas o Modelo Padrão, para não lidar com sua estrutura, prefere rotular alguns deles como portadores de interações inventadas por ele (o spin é igual a um - é disso que você precisa) . Aqui, o Modelo Padrão obteve apenas os campos elétricos dos mésons neutros, pois o número de quarks não mudou (seus spins foram simplesmente girados para que não subtraíssem, mas somassem).
Vamos resumir o resultado intermediário. O sucesso do Modelo Padrão na descrição da estrutura dos campos elétricos das partículas elementares acabou sendo tímido. É compreensível: o encaixe em um lugar se arrastou com uma discrepância em outro lugar.
Agora em relação às massas de quarks hipotéticos. Se somarmos as massas de quarks hipotéticos em mésons ou bárions, obtemos uma pequena porcentagem da massa restante de uma partícula elementar. Consequentemente, mesmo dentro da estrutura do Modelo Padrão, dentro das partículas elementares há uma massa de natureza não quark, que é muito maior que o valor total das massas de todos os seus quarks hipotéticos. Portanto, a afirmação do Modelo Padrão de que partículas elementares consistem em quarks NÃO é verdadeira. Dentro das partículas elementares existem fatores mais poderosos do que os quarks hipotéticos, que criam o principal valor da massa gravitacional e inercial das partículas elementares. A teoria de campo das partículas elementares juntamente com a teoria da gravitação das partículas elementares estabeleceram que por trás de tudo isso está um campo eletromagnético alternado polarizado ondulatório que cria as propriedades ondulatórias das partículas elementares, o que determina seu comportamento estatístico e, claro, a Mecânica Quântica.
Mais um momento. Por que, em um sistema ligado de duas partículas (quarks) com spin semi-inteiro, os spins das partículas devem necessariamente ser antiparalelos (a necessidade disso no Modelo Padrão para obter o spin dos mésons ainda não é uma lei da natureza). Os spins das partículas que interagem também podem ser paralelos, e então você obtém uma duplicata do méson, mas com um único spin e uma massa de repouso um pouco diferente, que a natureza naturalmente não criou - ela não se importa com as necessidades do padrão Modelo com seus contos de fadas. A física conhece a interação, com uma dependência orientada para o spin - essas são as interações dos campos magnéticos, tão pouco amados pela "teoria" quântica. Isso significa que se quarks hipotéticos existem na natureza, então suas interações são magnéticas (naturalmente, não me lembro de glúons fabulosos) - essas interações criam forças atrativas para partículas com momentos magnéticos antiparalelos (e, portanto, spins antiparalelos, se os vetores do campo magnético momento e spin são paralelos) e não permitem criar um estado ligado de um par de partículas com momentos magnéticos paralelos (orientação paralela dos spins), pois então as forças atrativas se transformam nas mesmas forças repulsivas. Mas se a energia de ligação de um par de momentos magnéticos é um certo valor (0,51 MeV para π ± e 0,35 MeV para π 0), então nos campos magnéticos das próprias partículas há (aproximadamente) uma ordem de grandeza mais energia, e, portanto, a massa correspondente - massa eletromagnética de um campo magnético constante.
Tendo admitido a presença de campos elétricos dipolo em partículas elementares, o Modelo Padrão esqueceu os campos magnéticos de partículas elementares, cuja existência foi comprovada experimentalmente, e os valores dos momentos magnéticos das partículas elementares foram medidos com um alto grau precisão.
As inconsistências entre o Modelo Padrão e o magnetismo são claramente vistas no exemplo dos pi-mésons. Então, quarks hipotéticos têm cargas elétricas, o que significa que eles também têm um campo elétrico constante e também têm um campo magnético constante. De acordo com as leis da eletrodinâmica clássica, que ainda não foram canceladas, esses campos possuem energia interna e, portanto, a massa correspondente a essa energia. Assim, a massa magnética total de campos magnéticos constantes de um par de quarks hipotéticos de mésons π ± carregados é 5,1 MeV (de 7,6 MeV), e para mésons π 0 3,5 MeV (de 4 MeV). Vamos adicionar a esta massa a massa elétrica dos campos elétricos constantes das partículas elementares, pois ela também é diferente de zero. À medida que você diminui dimensões lineares cargas, a energia desses campos está aumentando constantemente, e muito rapidamente chega um momento em que 100% da energia interna de um quark hipotético está concentrada em seus campos eletromagnéticos constantes. Então o que resta para o próprio quark é a resposta: NADA, que é o que a teoria de campo das partículas elementares afirma. E os "traços de quarks hipotéticos" supostamente observados se transformam em traços de ondas estacionárias de um campo eletromagnético alternado, o que realmente são. Mas há uma característica: as ondas estacionárias do campo eletromagnético alternado da onda, o que o Modelo Padrão dá como "Quarks", não podem criar campos elétricos e magnéticos constantes que as partículas elementares possuem). Assim, chegamos à conclusão de que NÃO existem quarks na natureza, e as partículas elementares consistem em um campo eletromagnético alternado polarizado por onda, bem como campos dipolo elétrico e magnético constantes associados a ele, que é o que a teoria de campo das partículas elementares afirma.
Com valores de massa, o Modelo Padrão estabeleceu que todos os mésons pi possuem uma energia interna residual, o que é consistente com os dados da Teoria de Campo de Partículas Elementares sobre o campo eletromagnético alternado de onda contido no interior das partículas elementares. Mas se mais de (95-97)% da energia interna das partículas elementares não é de natureza quark e está concentrada em um campo eletromagnético alternado de onda, e do restante (3-5)% atribuído a quarks hipotéticos, (80 -90)% está concentrada em campos elétricos e magnéticos constantes de partículas elementares, então a afirmação infundada de que essas partículas elementares consistem em quarks não encontrados na natureza - parece RIDÍCIO, mesmo dentro da estrutura do próprio Modelo Padrão.
A composição quark do próton no Modelo Padrão acabou sendo ainda mais deplorável. A massa total de 2 quarks u e um quark d é 8,81 MeV, que é menos de 1% da massa de repouso do próton (938,2720 MeV). Ou seja, 99 por cento do próton tem algo que cria sua principal massa gravitacional e inercial junto com suas forças nucleares e isso NÃO está relacionado aos quarks, mas nós, com persistência digna de uma melhor aplicação, continuamos a ouvir um conto pseudocientífico que o próton supostamente consiste em quarks, que não poderiam ser encontrados na natureza, apesar de todos os esforços despendidos e recursos financeiros e quer que acreditemos neste SCAM. - A matemática é capaz de compor qualquer CONTO DE FADAS e passá-lo como a "maior" conquista da "ciência". Bem, se você usar a ciência, de acordo com os cálculos dos campos do próton usando a teoria dos campos, seu campo elétrico constante contém uma energia de 3,25 MeV, e o restante da energia para a massa de quarks hipotéticos é emprestado do muito campo magnético constante mais poderoso do próton, que cria suas forças nucleares.
É assim que as partículas na física se parecem do ponto de vista do mundo Wikipedia:
Eu sobrepus algumas cores nesta imagem, que é passada como realidade, porque precisa de acréscimos. A cor verde destaca o que é verdadeiro. Acabou um pouco, mas isso é TUDO que foi considerado confiável. Uma cor mais clara destaca o que também está na natureza, mas eles estão tentando soprar em nós como outra coisa. Bem, todas as criações incolores são do mundo dos CONTOS DE FADAS. E agora as adições em si:
Hoje está claro que é IMPOSSÍVEL confiar em informações sobre partículas elementares localizadas no mundo Wikipedia. A informações experimentais realmente confiáveis, eles acrescentaram declarações infundadas de construções teóricas abstratas, posando como as maiores conquistas da ciência, mas na realidade matemáticas comuns CONTOS DE FADAS. A Wikipédia mundial esgotou a confiança cega nas informações das editoras que ganham dinheiro com a ciência, aceitam artigos para publicação pelo dinheiro dos autores - é por isso que publicam aqueles que têm dinheiro, em vez daqueles que têm ideias que desenvolvem a CIÊNCIA. Isto é o que acontece quando os cientistas são deixados de lado na Wikipédia global, e o conteúdo dos artigos NÃO é controlado por especialistas. Os defensores dos contos de fadas matemáticos chamam desdenhosamente a luta contra seus dogmas de "alternativeism", esquecendo que no início do século 20, a própria física do microcosmo surgiu como uma alternativa aos equívocos então prevalecentes. Enquanto estudava o microcosmo, a física descobriu muitas coisas novas, mas junto com dados experimentais genuínos, um fluxo de construções teóricas abstratas também foi derramado na física, estudando algo próprio e posando como a maior conquista da ciência. Talvez no mundo virtual criado por essas construções teóricas, as "leis da natureza" inventadas por eles funcionem, mas a física estuda a própria natureza e suas leis, e os matemáticos podem se divertir o quanto quiserem. Hoje A física do século 21 está apenas tentando se purificar das ilusões e trapaças do século 20.
Os teóricos das cordas, comparando-o com o Modelo Padrão e fazendo campanha pela teoria das cordas, afirmam que o Modelo Padrão tem 19 parâmetros livres para ajustar os dados experimentais.
Eles estão perdendo alguma coisa. Quando o Modelo Padrão ainda era chamado de modelo de quarks, apenas 3 quarks eram suficientes para ele. Mas à medida que se desenvolvia, o Modelo Padrão precisava aumentar o número de quarks para 6 (lower, upper, strange, charmed, lovely, true), e cada quark hipotético também era dotado de três cores (r, g, b) - nós obter 6 * 3 = 18 partículas hipotéticas. Eles também precisavam adicionar 8 glúons, que deveriam ser dotados de uma habilidade única chamada "confinamento". 18 quarks de fadas mais 8 glúons de fadas, para os quais também não havia lugar na natureza - já são 26 objetos fictícios, exceto por 19 parâmetros de ajuste livre. – O modelo cresceu com novos elementos ficcionais para se adequar a novos dados experimentais. Mas a introdução de cores para os quarks fairy não foi suficiente, e alguns já começaram a falar sobre a estrutura complexa dos quarks.
A transformação do modelo quark no Modelo Padrão é um processo de ajuste à realidade, a fim de evitar o inevitável colapso, levando a um crescimento exorbitante do Lagrangiano:
E não importa como o Modelo Padrão seja construído com novas "habilidades", ele não se tornará científico a partir disso - a base é falsa.
O Modelo Padrão (de partículas elementares) é apenas uma construção hipotética que não se correlaciona bem com a realidade:
Não encontrado, não comprovado, etc. isso não significa que ainda não foi encontrado e ainda não foi comprovado - significa que não há evidência da existência na natureza dos elementos-chave do Modelo Padrão. Assim, o Modelo Padrão baseia-se em um fundamento falso que não corresponde à natureza. Portanto, o Modelo Padrão é uma falácia na física. Os defensores do Modelo Padrão querem que as pessoas continuem acreditando nas histórias do Modelo Padrão ou terão que reaprender. Eles simplesmente ignoram as críticas ao Modelo Padrão, apresentando sua opinião como a solução da ciência. Mas quando os equívocos na física continuam a ser replicados, apesar de sua inconsistência comprovada pela ciência, os equívocos na física se transformam em um SCAM na física.
O principal patrono do Modelo Padrão, uma coleção de suposições matemáticas não comprovadas (simplesmente falando, uma coleção de CONTOS DE FADAS matemáticos, ou de acordo com Einstein) também pode ser atribuída a equívocos na física: um conjunto de ideias malucas inventadas a partir de fragmentos de pensamentos incoerentes") chamada "Teoria Quântica", que não quer contar com a lei fundamental da natureza - a lei da conservação da energia. Enquanto a teoria quântica continuar a considerar seletivamente as leis da natureza e se envolver em manipulações matemáticas, sua conquistas dificilmente serão atribuídas às científicas. Teoria científica deve agir estritamente dentro das leis da natureza, ou provar a infidelidade das mesmas. Caso contrário, estará além dos limites da ciência.
Ao mesmo tempo, o Modelo Padrão desempenhou um certo papel positivo no acúmulo de dados experimentais no micromundo - mas esse tempo chegou ao fim. Bem, uma vez que os dados experimentais foram obtidos e continuam sendo obtidos usando o Modelo Padrão, surge a questão sobre sua confiabilidade. A composição quark das partículas elementares descobertas não tem nada a ver com a realidade. - Portanto, os dados experimentais obtidos usando o Modelo Padrão precisam de verificação adicional, fora do framework do modelo.
No século XX, grandes esperanças foram depositadas no Modelo Padrão, ele foi apresentado como a maior conquista da ciência, mas o século XX terminou, e com ele o tempo de dominação na física de mais um conto de fadas matemático, construído sobre um falso fundamento , chamado: "O Modelo Padrão de Partículas Elementares" . Hoje, a falácia do Modelo Padrão NÃO é percebida por quem NÃO quer perceber.
Vladimir Gorunovich
“Nós nos perguntamos por que um grupo de pessoas talentosas e dedicadas dedicaria suas vidas a perseguir objetos tão pequenos que nem podem ser vistos? De fato, nas aulas de físicos de partículas, a curiosidade humana e o desejo de descobrir como funciona o mundo em que vivemos se manifestam.” Sean Carroll
Se você ainda tem medo da frase mecânica quântica e ainda não sabe qual é o modelo padrão - bem-vindo ao cat. Em minha publicação, tentarei explicar os fundamentos do mundo quântico, bem como a física de partículas elementares, da forma mais simples e clara possível. Tentaremos descobrir quais são as principais diferenças entre férmions e bósons, por que os quarks têm nomes tão estranhos e, finalmente, por que todos estavam tão ansiosos para encontrar o bóson de Higgs.
Bem, começaremos nossa jornada no microcosmo com uma pergunta simples: em que consistem os objetos ao nosso redor? Nosso mundo, como uma casa, é composto por muitos pequenos tijolos, que, quando combinados de maneira especial, criam algo novo, não apenas em aparência, mas também nas suas propriedades. Na verdade, se você olhar de perto para eles, verá que não existem tantos tipos diferentes de blocos, apenas que cada vez eles estão conectados uns aos outros de maneiras diferentes, formando novas formas e fenômenos. Cada bloco é uma partícula elementar indivisível, que será discutida em minha história.
Por exemplo, vamos pegar alguma substância, seja o segundo elemento sistema periódico Mendeleev, gás inerte, hélio. Como outras substâncias no universo, o hélio é composto de moléculas, que por sua vez são formadas por ligações entre átomos. Mas em este caso, para nós, o hélio é um pouco especial porque é apenas um átomo.
O átomo de hélio, por sua vez, é composto por dois nêutrons e dois prótons, que compõem o núcleo atômico, em torno do qual giram dois elétrons. O mais interessante é que o único absolutamente indivisível aqui é elétron.
Um momento interessante do mundo quânticoQuão menos a massa de uma partícula elementar, a mais ela ocupa espaço. É por esta razão que os elétrons, que são 2000 vezes mais leves que um próton, ocupam muito mais espaço comparado ao núcleo de um átomo.
Os nêutrons e prótons pertencem ao grupo dos chamados hádrons(partículas sujeitas a forte interação), e para ser ainda mais preciso, bárions.
Os hádrons podem ser divididos em grupos
- Baryons, que são compostos de três quarks
- Mesons, que consistem em um par: partícula-antipartícula
O nêutron, como o próprio nome indica, tem carga neutra e pode ser dividido em dois quarks down e um quark up. O próton, uma partícula carregada positivamente, é dividido em um quark down e dois quarks up.
Sim, sim, não estou brincando, eles são realmente chamados de superior e inferior. Parece que se descobríssemos os quarks top e bottom, e até mesmo o elétron, seríamos capazes de descrever todo o Universo com a ajuda deles. Mas esta afirmação estaria muito longe da verdade.
o problema principal As partículas devem de alguma forma interagir umas com as outras. Se o mundo consistisse apenas dessa trindade (nêutron, próton e elétron), então as partículas simplesmente voariam pelas vastas extensões do espaço e nunca se reuniriam em formações maiores, como hádrons.
Há muito tempo, os cientistas inventaram uma forma conveniente e concisa de representação de partículas elementares, chamada de modelo padrão. Acontece que todas as partículas elementares são divididas em férmions, de que toda a matéria é composta, e bósons que carregam tipos diferentes interações entre férmions.
A diferença entre esses grupos é muito clara. O fato é que, de acordo com as leis do mundo quântico, os férmions precisam de algum espaço para sobreviver e, para os bósons, a presença de espaço livre quase não é importante.
Férmions
Um grupo de férmions, como já mencionado, cria matéria visível ao nosso redor. Tudo o que vemos em qualquer lugar é criado por férmions. Os férmions são divididos em quarks, que interagem fortemente entre si e ficam presos dentro de partículas mais complexas como os hádrons, e léptons, que existem livremente no espaço independentemente de suas contrapartes.
Quarks são divididos em dois grupos.
Léptons também são divididos em dois grupos.
A questão surge se os físicos encontrarão várias gerações de partículas que serão ainda mais massivas do que as anteriores. É difícil responder, mas os teóricos acreditam que as gerações de léptons e quarks são limitadas a três.
Não encontra nenhuma semelhança? Tanto os quarks quanto os léptons são divididos em dois grupos, que diferem entre si na carga por unidade? Mas mais sobre isso depois...
Bósons
Sem eles, os férmions voariam ao redor do universo em um fluxo contínuo. Mas trocando bósons, férmions contam uns aos outros algum tipo de interação. Os próprios bósons praticamente não interagem entre si.
De fato, alguns bósons ainda interagem entre si, mas isso será discutido com mais detalhes nos próximos artigos sobre os problemas do microcosmo.
A interação transmitida pelos bósons é:
Uma ressalva sobre a interação gravitacional.
A existência de grávitons ainda não foi confirmada experimentalmente. Eles existem apenas na forma de uma versão teórica. No modelo padrão, na maioria dos casos, eles não são considerados.
É isso, o modelo padrão está montado.
O problema está apenas começando
Apesar da representação muito bonita das partículas no diagrama, duas questões permanecem. Onde as partículas obtêm sua massa e o que é Bóson de Higgs, que se destaca dos demais bósons.
Para entender a ideia de usar o bóson de Higgs, precisamos recorrer à teoria quântica de campos. Em termos simples, pode-se argumentar que todo o mundo, todo o Universo, não consiste em partículas menores, mas de muitos campos diferentes: glúons, quarks, eletrônicos, eletromagnéticos, etc. Em todos esses campos, pequenas flutuações ocorrem constantemente. Mas percebemos o mais forte deles como partículas elementares. Sim, e esta tese é altamente controversa. Do ponto de vista do dualismo corpuscular-onda, o mesmo objeto do microcosmo em diferentes situações se comporta como uma onda, às vezes como uma partícula elementar, depende apenas de como for mais conveniente para um físico observar o processo modelar a situação .
O que me disseram são os conceitos mais superficiais sobre a natureza do Modelo Padrão e por que precisamos do Bóson de Higgs. Alguns cientistas ainda esperam no fundo que uma partícula encontrada em 2012 que se parece com o bóson de Higgs no LHC tenha sido apenas um erro estatístico. Afinal, o campo de Higgs quebra muitas das belas simetrias da natureza, tornando os cálculos dos físicos mais confusos.
Alguns até acreditam que o modelo padrão está vivendo sua vida. últimos anos por causa de sua imperfeição. Mas isso não foi comprovado experimentalmente, e o modelo padrão de partículas elementares continua sendo um exemplo válido da genialidade do pensamento humano.
Toda a matéria consiste em quarks, léptons e partículas - portadores de interações.
O modelo padrão hoje é chamado de teoria que melhor reflete nossa compreensão do material de origem a partir do qual o universo foi originalmente construído. Também descreve exatamente como a matéria é formada a partir desses componentes básicos e as forças e mecanismos de interação entre eles.
Do ponto de vista estrutural, as partículas elementares que compõem os núcleos atômicos ( núcleons), e em geral todas as partículas pesadas - hádrons (bárions e mésons) - consistem em partículas ainda mais simples, que geralmente são chamadas de fundamentais. Neste papel, os elementos primários verdadeiramente fundamentais da matéria são quarks, cuja carga elétrica é igual a 2/3 ou –1/3 da unidade de carga positiva do próton. Os quarks mais comuns e mais leves são chamados topo e mais baixo e denotam, respectivamente, você(do inglês acima) e d(baixa). Às vezes são chamados próton e nêutron quark devido ao fato de que o próton consiste em uma combinação uud, e o nêutron udd. O quark top tem uma carga de 2/3; inferior - carga negativa -1/3. Como o próton consiste em dois quarks up e um down, e o nêutron consiste em um quark up e dois down, você pode verificar independentemente que a carga total do próton e do nêutron é estritamente igual a 1 e 0, e fazer certeza de que o Modelo Padrão descreve adequadamente a realidade neste. Os outros dois pares de quarks fazem parte de partículas mais exóticas. Os quarks do segundo par são chamados encantado - c(a partir de Encantado) e estranho - s(a partir de estranho). O terceiro par é verdadeiro - t(a partir de verdade, ou em inglês. tradições topo) e lindo - b(a partir de beleza, ou em inglês. tradições fundo) quarks. Quase todas as partículas previstas pelo Modelo Padrão e constituídas por várias combinações de quarks já foram descobertas experimentalmente.
Outro conjunto de construção consiste em tijolos chamados léptons. O mais comum dos léptons - há muito conhecido por nós elétron, que faz parte da estrutura dos átomos, mas não participa das interações nucleares, limitando-se às interatômicas. Além dele (e de sua antipartícula pareada chamada pósitron) os léptons incluem partículas mais pesadas - o múon e o lépton tau com suas antipartículas. Além disso, a cada lépton é atribuída sua própria partícula não carregada com massa de repouso zero (ou praticamente zero); tais partículas são chamadas, respectivamente, de elétron, múon ou taon neutrino.
Assim, os léptons, como os quarks, também formam três "pares familiares". Tal simetria não escapou aos olhos observadores dos teóricos, mas nenhuma explicação convincente foi oferecida para ela. Seja como for, quarks e léptons são os blocos básicos de construção do universo.
Para entender o outro lado da moeda - a natureza das forças de interação entre quarks e léptons - você precisa entender como os físicos teóricos modernos interpretam o próprio conceito de força. Uma analogia nos ajudará com isso. Imagine dois barqueiros remando em cursos opostos no rio Cam em Cambridge. Um remador, por generosidade, decidiu presentear um colega com champanhe e, quando passaram um pelo outro, atirou-lhe uma garrafa cheia de champanhe. Como resultado da lei de conservação da quantidade de movimento, quando o primeiro remador jogou a garrafa, o curso de seu barco se desviou do curso retilíneo na direção oposta, e quando o segundo remador pegou a garrafa, seu momento foi transferido para ele, e o segundo barco também desviou do rumo retilíneo, mas na direção oposta. Assim, como resultado da troca de champanhe, ambos os barcos mudaram de direção. De acordo com as leis da mecânica newtoniana, isso significa que ocorreu uma interação de forças entre os barcos. Mas os barcos não entraram em contato direto um com o outro, não é? Aqui vemos visualmente e entendemos intuitivamente que a força de interação entre os barcos foi transferida pelo portador do impulso - uma garrafa de champanhe. Os físicos o chamariam portador de interação.
Exatamente da mesma forma, as interações de força entre as partículas ocorrem através da troca de partículas-portadoras dessas interações. De fato, distinguimos entre as forças fundamentais de interação entre partículas apenas na medida em que diferentes partículas atuam como portadoras dessas interações. Existem quatro dessas interações: Forte(é isso que mantém os quarks dentro das partículas), eletromagnético, fraco(que é o que leva a alguma forma de decaimento radioativo) e gravitacional. Os portadores de forte interação de cores são glúons, que não têm massa nem carga elétrica. Este tipo de interação é descrito pela cromodinâmica quântica. A interação eletromagnética ocorre através da troca de quanta radiação eletromagnética, que são chamados fótons e também desprovido de massa . A interação fraca, ao contrário, é transmitida por vetor ou bósons de calibre, que "pesam" de 80 a 90 vezes mais que um próton - em condições de laboratório, eles foram descobertos apenas no início dos anos 80. Finalmente, a interação gravitacional é transmitida através da troca de massa não-própria grávitons- esses intermediários ainda não foram detectados experimentalmente.
Dentro da estrutura do Modelo Padrão, os três primeiros tipos de interações fundamentais foram unificados e não são mais considerados separadamente, mas são considerados três diferentes manifestações da força de uma única natureza. Voltando à analogia, suponha que outro par de remadores, passando um pelo outro no River Cam, trocasse não uma garrafa de champanhe, mas apenas um copo de sorvete. Deste barco também se desviará do rumo em lados opostos, mas muito mais fraco. Para um observador de fora, pode parecer que nestes dois casos, entre os barcos agiu diferentes forças: no primeiro caso, houve uma troca de líquido (sugiro não levar em conta a garrafa, pois a maioria de nós está interessada em seu conteúdo) e no segundo - um corpo sólido (sorvete). Agora imagine que em Cambridge naquele dia havia um raro para lugares do norte calor de verão, e o sorvete derreteu em voo. Ou seja, algum aumento de temperatura é suficiente para entender que, de fato, a interação não depende se o corpo líquido ou sólido atua como seu portador. A única razão, segundo o qual nos pareceu que várias forças atuam entre os barcos, consistia em diferença externa portador de sorvete causado por temperatura insuficiente para seu derretimento. Aumente a temperatura - e as forças de interação aparecerão visualmente unidas.
As forças que atuam no Universo também se fundem em altas energias (temperaturas) de interação, após o que é impossível distingui-las. Primeiro unir(é assim que geralmente é chamado) interações nucleares e eletromagnéticas fracas. Como resultado, obtemos o chamado interação eletrofraca observado mesmo em laboratório em energias desenvolvidas por aceleradores de partículas modernos. No início do Universo, as energias eram tão altas que nos primeiros 10-10 segundos após o Big Bang não havia linha entre as forças nucleares fracas e eletromagnéticas. Somente depois que a temperatura média do Universo caiu para 10 14 K, todas as quatro interações de força observadas hoje se separaram e assumiram uma forma moderna. Enquanto a temperatura estava acima dessa marca, apenas três forças fundamentais atuaram: interações fortes, eletrofracas combinadas e gravitacionais.
A unificação das interações nucleares eletrofracas e fortes ocorre em temperaturas da ordem de 10 27 K. Em condições de laboratório, tais energias são atualmente inatingíveis. O acelerador mais poderoso atualmente em construção na fronteira da França e da Suíça, o Large Hadron Collider (Large Hadron Collider) será capaz de acelerar partículas a energias que são apenas 0,000000001% do que é necessário para combinar as interações nucleares eletrofracas e fortes. Então, provavelmente, teremos que esperar muito tempo pela confirmação experimental dessa associação. Não existem tais energias no Universo moderno, no entanto, nos primeiros 10-35 de sua existência, a temperatura do Universo estava acima de 10 27 K, e apenas duas forças atuaram no Universo - eletroforte e interação gravitacional. As teorias que descrevem esses processos são chamadas de "Grandes Teorias da Unificação" (GUTs). Não é possível testar diretamente o TVO, mas eles também dão certas previsões sobre processos que ocorrem em energias mais baixas. Até o momento, todas as previsões de TVO para relativamente Baixas temperaturas e as energias são confirmadas experimentalmente.
Assim, o Modelo Padrão, de forma generalizada, é uma teoria da estrutura do Universo, em que a matéria consiste em quarks e léptons, e as interações fortes, eletromagnéticas e fracas entre eles são descritas pelas teorias da grande unificação. Tal modelo obviamente não é completo porque não inclui a gravidade. Presumivelmente, uma teoria mais completa acabará por ser desenvolvida ( cm. Teorias Universais), e hoje o Modelo Padrão é o que temos de melhor.
"Elementos"
“Nós nos perguntamos por que um grupo de pessoas talentosas e dedicadas dedicaria suas vidas a perseguir objetos tão pequenos que nem podem ser vistos? De fato, nas aulas de físicos de partículas, a curiosidade humana e o desejo de descobrir como funciona o mundo em que vivemos se manifestam.” Sean Carroll
Se você ainda tem medo da frase mecânica quântica e ainda não sabe qual é o modelo padrão - bem-vindo ao cat. Em minha publicação, tentarei explicar os fundamentos do mundo quântico, bem como a física de partículas elementares, da forma mais simples e clara possível. Tentaremos descobrir quais são as principais diferenças entre férmions e bósons, por que os quarks têm nomes tão estranhos e, finalmente, por que todos estavam tão ansiosos para encontrar o bóson de Higgs.
Bem, começaremos nossa jornada no microcosmo com uma pergunta simples: em que consistem os objetos ao nosso redor? Nosso mundo, como uma casa, é composto por muitos pequenos tijolos, que, quando combinados de maneira especial, criam algo novo, não apenas na aparência, mas também em suas propriedades. Na verdade, se você olhar de perto para eles, verá que não existem tantos tipos diferentes de blocos, apenas que cada vez eles estão conectados uns aos outros de maneiras diferentes, formando novas formas e fenômenos. Cada bloco é uma partícula elementar indivisível, que será discutida em minha história.
Por exemplo, vamos pegar alguma substância, seja o segundo elemento do sistema periódico de Mendeleev, um gás inerte, hélio. Como outras substâncias no universo, o hélio é composto de moléculas, que por sua vez são formadas por ligações entre átomos. Mas neste caso, para nós, o hélio é um pouco especial porque é apenas um átomo.
O átomo de hélio, por sua vez, é composto por dois nêutrons e dois prótons, que compõem o núcleo atômico, em torno do qual giram dois elétrons. O mais interessante é que o único absolutamente indivisível aqui é elétron.
Um momento interessante do mundo quânticoQuão menos a massa de uma partícula elementar, a mais ela ocupa espaço. É por isso que os elétrons, que são 2.000 vezes mais leves que um próton, ocupam muito mais espaço que o núcleo de um átomo.
Os nêutrons e prótons pertencem ao grupo dos chamados hádrons(partículas sujeitas a forte interação), e para ser ainda mais preciso, bárions.
Os hádrons podem ser divididos em grupos
- Baryons, que são compostos de três quarks
- Mesons, que consistem em um par: partícula-antipartícula
O nêutron, como o próprio nome indica, tem carga neutra e pode ser dividido em dois quarks down e um quark up. O próton, uma partícula carregada positivamente, é dividido em um quark down e dois quarks up.
Sim, sim, não estou brincando, eles são realmente chamados de superior e inferior. Parece que se descobríssemos os quarks top e bottom, e até mesmo o elétron, seríamos capazes de descrever todo o Universo com a ajuda deles. Mas esta afirmação estaria muito longe da verdade.
O principal problema é que as partículas devem de alguma forma interagir umas com as outras. Se o mundo consistisse apenas dessa trindade (nêutron, próton e elétron), então as partículas simplesmente voariam pelas vastas extensões do espaço e nunca se reuniriam em formações maiores, como hádrons.
Há muito tempo, os cientistas inventaram uma forma conveniente e concisa de representação de partículas elementares, chamada de modelo padrão. Acontece que todas as partículas elementares são divididas em férmions, de que toda a matéria é composta, e bósons, que carregam vários tipos de interações entre férmions.
A diferença entre esses grupos é muito clara. O fato é que, de acordo com as leis do mundo quântico, os férmions precisam de algum espaço para sobreviver e, para os bósons, a presença de espaço livre quase não é importante.
Férmions
Um grupo de férmions, como já mencionado, cria matéria visível ao nosso redor. Tudo o que vemos em qualquer lugar é criado por férmions. Os férmions são divididos em quarks, que interagem fortemente entre si e ficam presos dentro de partículas mais complexas como os hádrons, e léptons, que existem livremente no espaço independentemente de suas contrapartes.
Quarks são divididos em dois grupos.
Léptons também são divididos em dois grupos.
A questão surge se os físicos encontrarão várias gerações de partículas que serão ainda mais massivas do que as anteriores. É difícil responder, mas os teóricos acreditam que as gerações de léptons e quarks são limitadas a três.
Não encontra nenhuma semelhança? Tanto os quarks quanto os léptons são divididos em dois grupos, que diferem entre si na carga por unidade? Mas mais sobre isso depois...
Bósons
Sem eles, os férmions voariam ao redor do universo em um fluxo contínuo. Mas trocando bósons, férmions contam uns aos outros algum tipo de interação. Os próprios bósons praticamente não interagem entre si.
De fato, alguns bósons ainda interagem entre si, mas isso será discutido com mais detalhes nos próximos artigos sobre os problemas do microcosmo.
A interação transmitida pelos bósons é:
Uma ressalva sobre a interação gravitacional.
A existência de grávitons ainda não foi confirmada experimentalmente. Eles existem apenas na forma de uma versão teórica. No modelo padrão, na maioria dos casos, eles não são considerados.
É isso, o modelo padrão está montado.
O problema está apenas começando
Apesar da representação muito bonita das partículas no diagrama, duas questões permanecem. Onde as partículas obtêm sua massa e o que é Bóson de Higgs, que se destaca dos demais bósons.
Para entender a ideia de usar o bóson de Higgs, precisamos recorrer à teoria quântica de campos. Em termos simples, pode-se argumentar que todo o mundo, todo o Universo, não consiste nas menores partículas, mas em muitos campos diferentes: glúon, quark, eletrônico, eletromagnético, etc. Em todos esses campos, pequenas flutuações ocorrem constantemente. Mas percebemos o mais forte deles como partículas elementares. Sim, e esta tese é altamente controversa. Do ponto de vista do dualismo corpuscular-onda, o mesmo objeto do microcosmo em diferentes situações se comporta como uma onda, às vezes como uma partícula elementar, depende apenas de como for mais conveniente para um físico observar o processo modelar a situação .
O que me disseram são os conceitos mais superficiais sobre a natureza do Modelo Padrão e por que precisamos do Bóson de Higgs. Alguns cientistas ainda esperam no fundo que uma partícula encontrada em 2012 que se parece com o bóson de Higgs no LHC tenha sido apenas um erro estatístico. Afinal, o campo de Higgs quebra muitas das belas simetrias da natureza, tornando os cálculos dos físicos mais confusos.
Alguns até acreditam que o Modelo Padrão está vivendo seus últimos anos por causa de sua imperfeição. Mas isso não foi comprovado experimentalmente, e o modelo padrão de partículas elementares continua sendo um exemplo válido da genialidade do pensamento humano.
Modelo Padrão de Interações Fundamentais
em física de partículas elementares.
Interações fundamentais.
Por ideias modernas, todos os processos atualmente conhecidos são reduzidos a 4 tipos de interações, que são chamadas de fundamentais (Tabela 1).
Tabela 1. Interações fundamentais.
|
interações (campo) |
Constante interações |
interações |
característica |
Partículas - transportadores (quanta de campo) |
|||
|
Nome | |||||||
|
gravitacional |
Gráviton (?) | ||||||
|
10 -17 ... 10 -18 m |
W + , W - - bósons Z 0 - bóson | ||||||
|
eletromagnético | |||||||
|
10 -14 ... 10 -15 m | |||||||
Na física quântica, cada partícula elementar é um quantum de algum campo, e vice-versa, cada campo tem sua própria partícula-quântica. A energia e o momento de cada campo são compostos de muitas porções separadas - quanta. O exemplo mais simples e melhor estudado é o campo eletromagnético e seu quantum, o fóton. Os quanta do campo de interações fortes são os glúons. Quanta do campo de interações fracas - bósons de calibre C ± e Z 0 . Todas essas partículas foram descobertas experimentalmente e suas propriedades foram bem estudadas. O portador da interação gravitacional é o gráviton: uma partícula hipotética que ainda não foi detectada experimentalmente. Os quanta de transportadores de campo têm spin inteiro, ou seja, são partículas de Bose (bósons), o que se reflete nos nomes de alguns deles.
aceleradores modernos. Todos os aceleradores modernos são colisores (ou seja, eles usam feixes de colisão).
Tabela 2. Maiores aceleradores.
|
Nome do acelerador |
partículas aceleradas |
Energias máximas |
Ano inicial |
Acelerando o comprimento da câmara | |
|
próton-antipróton | |||||
|
(linear) |
elétron-pósitron | ||||
|
elétron-pósitron |
100 + 100 GeV |
Suíça |
|||
|
elétron-próton |
30 GeV + 920 GeV |
Alemanha |
|||
|
elétron-pósitron | |||||
|
próton - próton |
Suíça |
||||
|
(linear) |
elétron-pósitron |
500 + 500 GeV |
em construção |
Alemanha |
|
|
próton - próton |
em construção |
Devido ao fato de que quarks e glúons interagem uns com os outros mais fortemente do que elétrons e pósitrons, e também porque as energias dos aceleradores próton-próton são maiores, ocorrem muito mais eventos nas colisões próton-próton do que nas colisões de elétrons. Há prós e contras nisso; as desvantagens são que é mais difícil isolar as reações desejadas. Portanto, os colisores próton-próton são chamados de máquinas de descoberta e os colisores elétron-pósitron são chamados de máquinas de medição precisa.
modelo padrão.
Até o momento, foi desenvolvida uma descrição quântica de três das quatro interações fundamentais: forte, eletromagnética e fraca, e também foi demonstrado que as interações fraca e eletromagnética realmente têm uma origem comum (interação eletrofraca). A coincidência com o experimento é observada até distâncias de 10 a 18 m, que é o limite para a tecnologia experimental moderna. Portanto, a teoria das três interações não gravitacionais, incluindo 12 partículas fundamentais que participam delas (Tabela 2), é chamada de modelo padrão física das partículas elementares.
Tabela 3. Partículas fundamentais.
|
Massa, MeV |
Massa, MeV |
Massa, MeV |
|||
|
Elétron | |||||
|
Neutrino eletrônico |
Neutrino de múon |
Neutrino de Thaon | |||
Simetria e invariância.
No caso em que o estado do sistema não muda como resultado de qualquer transformação, diz-se que o sistema tem simetria em relação a essa transformação. O conceito de simetria é muito importante na física de partículas elementares, porque cada tipo de simetria tem sua própria lei de conservação e vice-versa: cada lei de conservação de qualquer quantidade física tem sua própria simetria. A conexão entre a simetria do tempo e do espaço em relação a deslocamentos (homogeneidade) e rotações (isotropia) com as leis de conservação de energia, momento e momento angular é bem conhecida. Essas leis são universais, ou seja, realizado em todos os tipos de interações.
Além desses tipos bem conhecidos de simetrias, existem as chamadas "simetrias internas", que na física de partículas elementares são chamadas de "simetrias de calibre (ou invariâncias)" . Na física quântica, há uma invariância de calibre para uma mudança na fase da função de onda, uma vez que não há como determinar o valor absoluto da fase desta função. Em outras palavras, a mecânica quântica é invariante sob uma mudança arbitrária na fase da função de onda por um valor constante, ou seja, substituições ψ no ψ· exp(eu ) em condição = const. Esta é a chamada "simetria de calibre global" referente à mudança na fase da função de onda pela mesma quantidade de uma só vez em todo o espaço e em todos os tempos. Essa invariância é óbvia, pois fator exp(eu ) quando a função de onda modificada é substituída na equação de Schrödinger
pode ser encurtado.
Se a fase não é igual a uma constante, mas é uma função arbitrária de coordenadas e tempo, então tal transformação é chamada de local. Ao substituir ψ no ψ· exp(eu (r, t)) a equação de Schrödinger, é claro, mudará, mas pode ser mantida inalterada se um campo de compensação for introduzido nela: um vetor quadridimensional ( φ (r, t), UMA (r, t)), que é uma combinação de potenciais escalares e vetoriais do campo eletromagnético, cujos quanta são fótons. Esta é a ideia principal da descrição quântica da interação eletromagnética (QED).
Bóson de Higgs.
Uma ideia semelhante é usada para construir uma teoria de todas as interações, e o tipo correspondente de simetria é chamado de "invariância de calibre local". No entanto, isso levanta um problema. Um requisito obrigatório para equações para qualquer campo físico é a invariância em relação às transformações de Lorentz. E isso só é verdade se a massa do quantum de campo for zero. A Tabela 1 mostra que os quanta dos campos eletromagnéticos, fortes e gravitacionais não têm massa (isto é, têm massa de repouso zero), mas os quanta portadores de interações fracas têm massas bastante grandes. O mesmo problema surge ao explicar os valores de massa de outras partículas elementares. Podemos dizer que as simetrias internas proíbem as partículas elementares de terem massas de repouso diferentes de zero, o que, claro, contradiz os dados experimentais. Essa questão - sobre explicar os diferentes valores das massas das partículas elementares - permaneceu até recentemente sem solução no modelo padrão.
Para explicar essa contradição, em 1964 F. Englert e R. Brout, e independentemente deles, P. Higgs sugeriu quase simultaneamente que existe um outro campo, cuja interação dá massa de partículas. P. Higgs, além disso, previu a existência de um quantum neste campo - um bóson com spin igual a zero, então o quantum hipotético desse campo foi chamado de "bóson de Higgs". A massa dessa partícula, segundo estimativas feitas na época, deveria estar na faixa de 60 a 1000 GeV. Aceleradores que poderiam detectar uma partícula com tal massa não existiam até recentemente, então o bóson de Higgs permaneceu a única partícula do Modelo Padrão ainda não descoberta experimentalmente.
Em um seminário no CERN em 4 de julho de 2012, foi anunciada a descoberta de uma nova partícula, cujas propriedades, como os autores da descoberta cautelosamente declaram, correspondem às propriedades esperadas do bóson de Higgs teoricamente previsto - o bóson elementar de o Modelo Padrão da física de partículas. Esta nova partícula (a designação H é adotada para ela) não tem carga elétrica. A massa do bóson de acordo com os dados de um grupo de experimentos é (125,3 ± 0,9) GeV, de acordo com os dados de outro grupo (126,0 ± 0,8) GeV. O bóson H é instável, seu tempo de vida é de cerca de 10 -24 s e pode decair de diferentes maneiras. Decaimentos em dois fótons e em dois pares: um elétron-pósitron e (ou) um múon-antimúon foram observados no LHC:
H→γ+γ,
H→e - + e + + e - + e + ,
H→ e - + e + + μ - + μ + ,
H → μ - + μ + + μ - + μ + .
Os três últimos decaimentos podem ser escritos brevemente como
H→ 4eu,
Onde eu- um dos léptons (elétron, pósitron, múon). Todos esses decaimentos são consistentes com as propriedades previstas do bóson de Higgs.
Tudo isso nos permite afirmar com alta probabilidade que o bóson de Higgs foi descoberto, e o Modelo Padrão recebeu uma confirmação experimental de fundamental importância.
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