Тайны вселенной. По ту сторону микромира

Вс, 07/28/2013 - 22:45

Адроны построены из кварков. Протон — слева, нейтрон — посредине, более легкий пион — справа — это мезон, состоящий из одного u — кварка и одного d — антикварка.

Таблица 2

Рассеяние двух заряженных частиц. Траектория частиц искривляются по мере их сближения вследствие действия силы электрического отталкивания.

В конце 70-х годов был обнаружен еще один заряженный лептон с названием “тау-лептон”, являющийся по истине “тяжеловесом”, имея 3500 масс электрона. По аналогии можно предположить, потому как экспериментальных подтверждений пока еще нет, что нейтрино третьего типа сопровождает рождение тау-лептона. Это говорит о том, что общее количество лептонов равняется шести (табл. 1).

В отличие от горстки известных лептонов адронов существует гораздо больше, их буквально сотни, что наводит на мысль: адроны — не элементарные частицы, а построены из более мелких составляющих. Все адроны участвуют в сильном, слабом и гравитационном взаимодействиях, но встречаются только в двух разновидностях — электрически заряженные и нейтральные. Наиболее известными адронами и широко распространенными являются нейтроны и протоны, остальные же адроны короткоживущие и распадаются либо менее чем за одну миллионную секунды за счет слабого взаимодействия, либо за 10-23 секунды за счет сильного взаимодействия.

Из-за внушительного количества и разнообразия адронов учеными в 50-х годах пришлось их классифицировать по трем важным характеристикам: массе, заряду и спину. После чего начала выстраиваться четкая картина: за кажущимся хаосом данных скрываются симметрии.

В 1963 году Мари Гелл-Манн и Джордж Цвейг из Калифорнийского технологического института сделали решающий шаг для раскрытия тайн адронов и предложили теорию кварков.
Основной идеей этой теории является то, что все адроны построены из более мелких частиц, называемых кварками, которые могут соединяться друг с другом одним из двух возможных способов: либо тройками, либо парами кварк — антикварк. Из трех кварков состоят сравнительно тяжелые частицы — барионы (“тяжелые частицы”), к которым относятся нейтрон и протон. Более легкие пары кварк — антикварк образуют частицы, которые называются мезоны (“промежуточные частицы”). Чтобы учесть все известные тогда адроны, Гелл-Манн и Цвейг ввели три различных типа (“аромата”) кварков, получивших довольно причудливые названия: u (от up — верхний), d (от down — нижний) и s (от strange — странный). К примеру, протон состоит из двух u- и одного d-кварков, а нейтрон — из двух d-кварков и одного u-кварка.

То обстоятельство, что из различных комбинаций трех основных частиц можно получить все известные адроны, символизировало главный триумф теории кварков (табл.2). Но несмотря на этот успех, только лишь в 1969 году в серии экспериментов, проведенных на большом линейном ускорителе в Станфорде (Калифорния, США) — СЛАКе, было доказано физическое существование кварков.

В 1974 году упрощенному варианту теории кварков, которая к тому времени получила признание среди теоретиков, был нанесен ощутимый удар. Почти одновременно, с интервалом в несколько дней, одна группа американских физиков в Станфорде во главе с Бартоном Рихтером и другая в Брукхейвенской национальной лаборатории под руководством Сэмюэла Тинга объявили об открытии независимо друг от друга нового адрона, который получил название пси (Ψ)-частицы или джи (ј)-частицы.

Само по себе открытие очередного нового адрона вряд ли было бы достопримечательным, если бы не одно обстоятельство: дело в том, что все возможные комбинации из u-, d– и s-кварками и их антикварками были уже “израсходованы”. Выходит, должен существовать четвертый аромат, который до того никому не доводилось наблюдать. Новый аромат был назван — charm (очарование) или c-кварк. Экспериментально подтверждение существования нового кварка было получено при обнаружении мезона, в состав которого очарованные кварки входили в паре с антикварками других ароматов. Ныне известно достаточно большое количество очарованных кварков и все они очень тяжелые, так что очарованный кварк оказался тяжелее странного кварка.

В 1977 году был обнаружен ипсилон-мезон (γ). Без особых колебаний ученые ввели пятый аромат, получивший название b-кварк (от bottom — дно, а чаще beauty — красота, или прелесть).

Со времен Демокрита основополагающая идея атомизма заключается в признании того, что в достаточно малых масштабах должны существовать подлинно элементарные частицы, из комбинаций которых состоит окружающее нас вещество. Атомистика привлекательна тем, что неделимые (по определению) фундаментальные частицы должны существовать в весьма ограниченном числе. Разнообразие природы обусловлено большим числом не составных частей, а их комбинаций.

Другие материалы рубрики


  • ...Новая теория позволила сформулировать идеи, допускавшие экспериментальную проверку. В результате этих работ была предсказана новая разновидность света, состоящая не из обычных фотонов, а из загадочных Z–частиц. В окрестностях Женевы в 1983 году в серии экспериментов, исследующих столкновения частиц высоких энергий на ускорителе, были обнаружены Z–частицы, то есть единая теория поля получила подтверждение. Теоретики к этому времени сформулировали амбициозную теорию, объединяющую с электромагнитным и слабыми взаимодействиями еще один тип ядерных сил — сильное взаимодействие. Кроме того, были получены первые результаты исследований в области гравитации, показывавшие, каким образом гравитационное взаимодействие можно было бы объединить с другими типами взаимодействий...

    • Страницы
    • 1
    • 2
    • 3
    • 4
    • 5
    • 6


  • Давайте вспомним испытание противоспутникового оружия, проведенное 11 января 2007 года Китаем. Почему оно вызвало беспокойство у специалистов космической отрасли? Ведь с 1968-го по 1986-й США и СССР провели свыше 20 таких же испытаний! И с того времени уже было проведено несколько подобных испытаний?! Дело вовсе не в международной безопасности. Или не только в ней.



  • Прошло без малого сто лет с того момента, как были открыты космические лучи-потоки заряженных частиц, приходящих из глубин Вселенной. С тех пор сделано много открытий, связанных с космическими излучениями, но и загадок остается еще немало. Одна из них, возможно, наиболее интригующая: откуда берутся частицы с энергией более
    1020 эВ, то есть почти миллиард триллионов электрон-вольт, в миллион раз большей, чем будет получена в мощнейшем ускорителе — Большом адронном коллайдере (LHC)? Какие силы и поля разгоняют частицы до таких чудовищных
    энергий?

    • Страницы
    • 1
    • 2


  • Никто пока не определил, всякая ли звезда в Галактике окружена другими планетами, либо Солнце является исключением из данного правила. За последние 9 лет астрономы при наблюдении за колебательными движениями звезд, которые вызваны воздействием, оказываемым на них планетами, обнаружили сотни таких планет. Но этот метод помогает фиксировать лишь самые массивные планеты, находящиеся неподалеку от звезд. Так можно обнаружить Юпитер, Сатурн в Солнечной системе, но мелкие тела (кометы, астероиды, планеты земного типа), делающие Солнечную систему такой разнообразной, астрономы бы не смогли найти, используя эти методы наблюдения.

    • Страницы
    • 1
    • 2
    • 3
    • 4


  • Уже очень скоро сверхмассивную черную дыру в центре нашей Галактики украсит красочный венец из молодых и ярких звезд. Следы метилового спирта в огромном газовом кольце вокруг нее означают, что в нем уже формируются массивные звезды. Раньше астрономы думали, что черная дыра образованию звезд может помешать.
    В центрах большинства галактик, особенно крупных, находятся сверхмассивные черные дыры, весящие миллионы и даже миллиарды солнечных масс — куда больше тех, что возникают в конце эволюции звезд. Судя по всему, эти объекты зародились еще в первые сотни миллионов лет после Большого взрыва, породившего нашу Вселенную, и с тех пор лишь росли, постепенно нагуливая массу и освещая свои вселенские окрестности ярким светом активности галактического ядра

    • Страницы
    • 1
    • 2


  • Эксперты ООН в ежегодных докладах публикуют данные, говорящие, что Землю в перспективе ждет катастрофическое глобальное потепление, обусловленное возрастающими выбросами углекислого газа в атмосферу. Однако наблюдение за Солнцем позволяет утверждать, что в повышении температуры углекислый газ «не виноват» и в ближайшие десятилетия нас ждет не катастрофическое потепление, а глобальное, и очень длительное, похолодание.

    • Страницы
    • 1
    • 2
    • 3
    • 4
    • 5


  • ...Теперь вы должны быть предельно внимательны. Следующие несколько секунд окажутся решающими, поэтому вы включаете высокоскоростную регистрирующую систему для детальной записи всех приходящих сведений. Через 61 с R3D3 сообщает, что все системы пока функционируют нормально, горизонт - на расстоянии 8000 км и приближается со скоростью 15 тыс. км/с. Проходит 61,6 с. Еще все в порядке, до горизонта осталось 2000 км, скорость - 30 тыс. км/с (или 0,1 скорости света, так что цвет излучения начинает меняться все заметнее). А затем, в течение следующей 0,1 с вы с изумлением замечаете, что излучение из зеленого становится красным, инфракрасным, микроволновым, затем приходят радиоволны и наконец все исчезает. Через 61,7 с все кончено - лазерный луч пропал. R3D3 достиг скорости света и исчез за горизонтом.

    • Страницы
    • 1
    • 2
    • 3
    • 4
    • 5
    • 6


  • Юпитер называют планетой загадок. В статье высказывается гипотеза о причинах феномена «горячих теней» — наиболее таинственного и малоисследованного процесса, наблюдаемого в атмосфере гигантской планеты.

    • Страницы
    • 1
    • 2
    • 3


  • Галактика, в которой мы живем, — Млечный Путь — настоящий исполин по галактическим меркам. Среди галактик местной группы лишь Туманность Андромеды может тягаться с нашим домом по количеству звезд, размерам и массе. Однако сферы влияния гигантов давно поделены, и нашу галактику окружают десятки, а может, и сотни галактик-спутников.
    Сейчас известны по крайней мере 23 спутника нашей галактики. Некоторые из них светятся, как миллиарды солнц, и жителям Южного полушария нашей планеты отлично знакомы Магеллановы облака — крупнейшие спутники нашей Галактики, не заметить которые на ночном небе невозможно даже невооруженным глазом.



  • ...В начале 70-х годов появилось предложение объединить бозоны и фермионы в единую теорию, что, мягко говоря, среди ученых вызвало недоумение, ведь столь различны по своим свойствам эти две группы частиц. Тем не менее, оно возможно, если обратиться к симметрии, более широкой, нежели симметрия Лоренца — Пуанкаре, лежащая в основе теории относительности. Математическая суперсимметрия соответствует извлечению квадратного корня из симметрии Лоренца — Пуанкаре, физически же она соответствует превращению фермиона в бозон и наоборот. Разумеется, в реальном мире невозможно проделать такую операцию, тем не менее, операцию суперсимметрии можно сформулировать математически и можно построить теории, включающие суперсимметрии...

    • Страницы
    • 1
    • 2
    • 3
    • 4