A proton 5 betűs lapolvasom kompozit része. Proton egy elemi részecske. Egy összetett protonszerkezet egyéb bizonyítéka

• Átruházás

Ábra. 1: hidrogénatom. Nem skálán.

Tudja, hogy a nagy hadron összeomlója elsősorban abban a tényben vesz részt, hogy a protonok egymással találkoznak. De mi a proton?

Először is, a szörnyű és teljes zavartság. Ami a csúnya és kaotikus, az elegáns, a hidrogénatom.

De mi ezután hidrogénatom?

azt a legegyszerűbb példa Az a tény, hogy a fizicistákat "kötött állapotnak" nevezik. "Állapot", sőt, azt jelenti, hogy egy bizonyos dolog, ami sokáig létezik, és a "kapcsolódó" azt jelenti, hogy komponensei egymáshoz kapcsolódnak, mintha házastársak házasok. Valójában egy házaspár példája, amelyben egy házastárs sokkal nehezebb, mint a másik, nagyon jól illeszkedik itt. A proton a közepén ül, alig mozog, és az elektron az objektum szélén mozog, gyorsabban mozog, mint te és én, de sokkal lassabb, mint a fénysebesség, az univerzális sebességkorlátozás. A házasság békés képe idill.

Vagy úgy tűnik, hogy ne nézzünk be a protonba. Maga a proton belsejei jobban emlékeztetnek a községre, ahol sok üres felnőtt és gyermek szorosan elhelyezkedik: tiszta káosz. Ez is egy kapcsolódó állapot, de nem olyan egyszerű, mint egy olyan proton, mint egy elektron, mint egy elektron, mint a hidrogén, vagy legalább néhány tucat elektron atommag, mint az arany típusú összetett atomok - de a Nem feltétlen mennyiségű (vagyis túl sok, és túl gyorsan változnak, hogy gyakorlatilag kiszámíthatók legyenek) Könnyű részecskék, amelyeket kvarkok, antiquark és gluonok neveznek. Lehetetlen egyszerűen leírni a proton szerkezetét, rajzoljon egyszerű képeket - rendkívül rendezetlen. Minden kvark, gluon, antiquarks, a lehető legmagasabb sebességgel mozog, majdnem a fénysebességgel.

Ábra. 2: Proton kép. Képzelje el, hogy minden kvark (felső, alsó, furcsa - u, d, s), antisquara (U, D, s screenshots), és a gluonok (G) ott lesznek, és itt szinte a fénysebességgel szembesülnek egymással , megjelenik és eltűnnek

Hallottad, hogy a proton három kvarkból áll. De ez a hazugság jó, de még mindig elég nagy. Valójában van egy finom mennyiségű gluonok, régiségek és kvarkok a protonban. A standard csökkentés "proton két felső kvarkból áll, és egy alsó kvark" egyszerűen azt sugallja, hogy a két felső quarts-i protonban több, mint a felső régiségek, és egy alsó kvark nagyobb, mint az alacsonyabb régiségek. Annak érdekében, hogy ez a csökkentés hűséges legyen, hozzá kell adnia hozzá "és további következetlen mennyiségű gluonok és egy pár quark ívváros". Ezen kifejezés nélkül a proton ötlete olyan egyszerűbb lesz, hogy a tartály teljesen lehetetlen megérteni a munkát.

Ábra. 3: Kis hazugság a Wikipedia sztereotip képén

Általánosságban elmondható, hogy az atomok a protonokhoz képest hasonlóak a Pa-de DE-hez a gyönyörű balettben, szemben a részeg tinédzserekkel, ugrálóval és masherizmussal töltött diszkóval.

Ezért van, ha teoristája vagy, aki megpróbálja megérteni, hogy a tartály a protonok ütközésében fog látni, akkor nehéz lesz az Ön számára. Nagyon nehéz megjósolni az objektumok ütközéseinek eredményeit, amelyeket nem lehet leírni. egyszerű út. De szerencsére az 1970-es évek óta, a 60-as évek Bjerkén eszméi alapján, a teoretikusok fizikája viszonylag egyszerű és működő technológiát talált. De még mindig bizonyos korlátokig működik, körülbelül 10% -os pontossággal. Ehhez és más okok miatt a tartályon számítások megbízhatósága mindig korlátozott.

Egy másik részlet a protonról - apró. Tényleg apró. Ha a hidrogénatomot a hálószobájának méretére virágozza, a proton egy ilyen kis por méretét fogja megragadni, hogy nagyon nehéz lesz észrevenni. Pontosan a proton olyan kicsi, figyelmen kívül hagyhatjuk a káosz kreatív belsejében, leírva a hidrogénatomot egyszerűen. Pontosabban, a proton mérete 100 000-szer kevesebb, mint a hidrogénatom mérete.

Összehasonlításképpen a nap mérete csak 3000-szer kisebb, mint a naprendszer méretéhez (ha Neptunusz Orbit számít). Pontosan ez az, ami üres az atomon, mint a Naprendszer! Emlékezz rá, amikor éjjel az égre néz.

De kérdezheted: "titkok! Azt állítod, hogy egy nagy hadron-ütköző valahogy találkozik 100 000-szer kisebb, mint az atom? Hogyan lehetséges? "

Kiváló kérdés.

A protonok ütközése a kvarkok, gluonok és régiségek elleni mini összeütközésekkel szemben

A tartályban lévő protonok ütközése bizonyos energiával történik. 2011-ben 7 Tev \u003d 7000 GEV volt, és 2012-ben 8 Tev \u003d 8000 GEV. De a részecskék fizikájának szakemberei főként az egyik proton kvarkjainak érdekes ütközése egy másik proton, vagy két gluonok ütközése stb. - Mi vezethet egy valóban új fizikai jelenség kialakulásához. Ezek a mini-ütközések a protonok ütközésének általános energiájának kis hányadát hordozzák. Mennyibe kerülhet ennek az energiának, hogy elviselhessék, és miért szükséges volt növelni az ütközési energiát 7 Tev és 8 Tev között?

A válasz az 1. ábrán látható. 4. A diagram az Atlas detektorban rögzített ütközések számát mutatja. A 2011 nyarából származó adatok részt vesznek a kvarkok, a régiségek és a gluonok szétszórásával más kvarkok, régiségek és gluonok. Az ilyen mini-ütközések leggyakrabban két fúvókat állítanak elő (Hadrons fúvókák, nagy energiájú kvarkok, gluonok vagy régiségek megnyilvánulása, kiütötték a szülői protonokból). Mérje meg a fúvókák energiáit és irányait, és ezekből az adatokból meghatározzák a mini ütközésben részt vevő energia mennyiségét. A diagram az ilyen típusú mini ütközés számát mutatja az energia függvényében. Függőleges tengely logaritmikus - Minden gesztikát 10-szer növekedését jelöli (10 n jelöli 1 és n zeros után). Például az 1550-1650 GEV energiatartományban megfigyelt mini ütközések száma körülbelül 10 3 \u003d 1000 (kék vonalakkal jelölt). Kérjük, vegye figyelembe, hogy az ütemterv 750 GEV-ban energiával kezdődik, de a mini ütközések száma tovább nő, ha a Jeta-t kevesebb energiával tanulja, amikor a Jets túl gyenge lesz, hogy eldobja őket.

Ábra. 4: Az ütközések száma energiafunkciójaként (M JJ)

Ne feledje, hogy az ütközések összegyűjtése proton-proton energiával 7 TEV \u003d 7000 GEE-ben közeledett 100 000 000 000 000-et. És ezekből a csapásokból csak két mini-összeütközés meghaladta a 3500 GEV-jelet - a protonok ütközési energiájának felét. Elméletileg a mini-ütközési energia 7000 GEV-ra emelkedhet, de ennek valószínűsége mindig csökken. Ritkán látjuk a mini-ütközést a 6000 GEV energiával, ami valószínűleg nem látja a 7 000 GEV energiáját, még akkor is, ha 100-szor több adatot gyűjtenek.

Milyen előnyökkel jár az ütközési energia 7 TEV 2010-2011-ig 2012-ben? Nyilvánvaló, hogy mit tehetsz az energiájában E szinten, most az energiaszinten 8/7 e ≈ 1.14 E. Tehát, ha először remélheted, hogy ilyen számos ilyen jellegzetességben lássátok A hipotetikus részecske típusa 1000 GEV / C2 súlyú, most remélheti, hogy legalább 1100 GEV / C 2 azonos adatkészletet érhet el. A gép lehetősége növekszik - egy kicsit nagyobb tömegű részecskéket kereshet. És ha 2012-ben háromszor több adatot szerez, mint 2011-ben, akkor nagyobb számú ütközést kap minden energiaszintre, és láthatod a hipotetikus részecske tömegének jeleit, elismerését, 1200 GEV / C 2-et.

De ez nem minden. Nézd meg a kék és zöld vonalakat az 1. ábrán. 4: Azt mutatják, hogy a kb. 1400 és 1600 GEV-k energiáján - olyan, hogy korrelálva egymással, 7-től 8-ig. A protonok energiahatásának szintjén 7 Tev, a kvarkok mini-collies száma kvarkokkal, kvarkokkal, gluonokkal stb. A 1400 GEV energiájával több mint kétszerese az 1600 GEV energiával ütközött ütközések száma. De ha a gép 8/7-ig növeli az energiát, akkor az 1400-ra történt, és 1600-ra indul. Más szóval, ha a fix energia mini-ütközése iránt érdeklődik, számuk növekszik - és sokkal több, mint 14 Az ütközési energia-protonok növekedésének% -a! Ez azt jelenti, hogy minden olyan folyamat esetében, mint az előnyben részesített energiával, mondjuk, hogy a Higgs könnyű, könnyű részecskék megjelenése, amely a 100-200 GEV sorrendjének energiáin fordul elő, akkor több eredményt kapsz ugyanazon pénzért. Növekedési 7-8 TEV azt jelenti, hogy az azonos mennyiségű proton ütközések még több Higgs-részecskék. A HIGGS részecskék gyártása körülbelül 1,5-re nő. A felső kvarkok száma és bizonyos típusú hipotetikus részecskék kissé növekedni fognak.

Ez azt jelenti, hogy bár 2012-ben a protonok ütközéseinek száma 3-szor nőtt 2011-hez képest, a Higgs részecskék teljes száma közel négyszer növekedni fog az energia növekedése miatt.

Az úton, ÁBRA. 4 is bizonyítja, hogy a protonok nem egyszerűen csak két-két felső kvarkok és egy alsó, amint az a típus számok. 3. Ha olyanok lennének, akkor a kvarkok meg kell tartaniuk a protonok energiájának egyharmadát, és a mini összecsapások többsége átadná a protonok ütközési energiájának sorrendjének energiájával: a 2300 GEV régió. De az ütemezésen világos, hogy a 2300 GEV területén semmi különös történik. A 2300-nál kisebb energiákkal sokkal több ütközés van, és az alsó, amit lefelé, annál több ütközés látható. Mindent azért, mert a proton hatalmas számú gluonokat, kvarkokat és régiségeket tartalmaz, amelyek mindegyike átadja a protonenergia kis részét, de vannak olyan sokan, hogy részt vesznek a mini összeütközések hatalmas számában. Ez egy proton tulajdonság, és az 1. ábrán látható. 2 - Bár valójában az alacsony energiájú gluonok száma és a kvark-antikvárház sokkal nagyobb, mint az ábrán látható.

De ez az, amit az ütemterv nem mutat ki, így egy töredék, hogy a mini-összeütközés bizonyos energiával, esik a kvarkok ütközése kvarkokkal, kvarkokkal, gluonokkal, gluonokkal, gluonokkal, antiquirkal kvarkokkal stb. Tény, hogy közvetlenül a kísérletek a tartály ezt, és nem lehet azt mondani - Jets származó kvarkok, gluonok antiquarks és nézd egyaránt. Abból, hogy ismerjük ezeket a frakciókat nehéz történet, sok különböző múltbeli kísérletet tartalmaz, és az elméletük ötvözi. És innen tudjuk, hogy a legmagasabb energiák mini-összeütközése általában kvarkokkal és kvarkokkal kvarkokkal történik. Az alacsony energiákkal kapcsolatos ütközések általában a gluonok között fordulnak elő. A kvarkok és a régiségek ütközése viszonylag ritkán fordul elő, de ezek bizonyos fizikai folyamatok esetében nagyon fontosak.

Részecskék eloszlása \u200b\u200ba protonban

Ábra. öt

A függőleges tengely skáláján eltérő grafikon mutatja az ütközés relatív valószínűségét egy gluon, felső vagy alsó kvark, vagy egy antiquarian, amely az X-vel egyenlő propone energiát hordozza. A Kis X-ben a Gluons uralja (és a kvarkok és az antiquarkok egyenértékűvé válnak, és számos, bár még mindig kevesebb, mint a gluonok), és az átlagos X-vel, a kvarkok uralják (bár rendkívül kicsiek).

Mindkét grafika ugyanazt a dolgot mutatja, csak más léptékben, így az egyiket nehezen tudják látni, könnyebben fontolóra venni a másikon. És megmutatják, hogy mit jelentenek: Ha egy protongerenda egy nagy hadron-ütközőben repül, és valamit a proton belsejében találsz, akkor mennyire valószínű, hogy eléri a felső kvarkot, vagy alacsonyabb kvarkot, vagy glvavilágot, vagy az alsó régiséget egy proton energiát tartalmaz x-vel? Ezekből a grafikonokból a következőket teheti:

Abból a tényből, hogy az összes görbe nagyon gyorsan növekszik a kis X-en (az alsó táblázatban látható), következik, hogy a protonban lévő részecskék többsége kevesebb mint 10% -nál halad át (x< 0,1) энергии протона, и вероятность столкнуться с частицей, переносящей мало энергии, гораздо больше вероятности столкнуться с частицей, переносящей много. При этом, 10% - не так уж и мало. В 2012 году лучи на БАК достигали энергий в 4 ТэВ, поэтому 10% означало 400 ГэВ. При этом для того, чтобы создать частицу хиггса энергией 124 ГэВ из двух глюонов требуется всего 62 ГэВ на глюон.
Abból a tényből, hogy a sárga görbe (alsó) sokkal magasabb, mint a többi, akkor következik, hogy ha a proton energia kevesebb mint 10% -át viselő valamivel találkozott, akkor ez valószínűleg gluon; És a proton energia 2% -a alá esik, ami megegyezik a kvarkok vagy a régiségek valószínűségével.
Attól a ténytől, hogy a síró görbe (a tetején) a kvarkok görbéi alá esik X növekvő x-vel, akkor következik, hogy ha bármit találkozott, amely több mint 20% -nál (X\u003e 0.2) a proton energiát átruházza - mi történik nagyon, nagyon ritkán - Ez a legvalószínűbb kvark, míg a valószínűsége az, hogy a felső kvark kétszer annyi valószínűséggel, hogy az alacsonyabb kvark. Ezek az az ötlet maradványai, hogy "Proton két felső kvark és egy alsó".
Minden görbék növekvő x élesen csökken; Nagyon valószínűtlen, hogy a protonenergia több mint 50% -át viselő valamivel találkozik.

Ezek a megfigyelések elengedhetetlenül tükröződnek a ábrán látható grafikonban. 4. Itt van még egy pár nem nyilvánvaló dolog, amely két diagramról szól:
A proton energia nagy része megosztott (megközelítőleg ugyanaz) a kis mennyiségű nagy energiájú kvarkok és egy hatalmas mennyiségű alacsony energiájú gluonok között.
A részecskék közül a mennyiségekkel az alacsony energiájú gluonok uralják, és a nagyon alacsony energiák kvarkjai és antenkasszonyai már jönnek.

A kvarkok és a régiségek száma óriási, de: a felső kvarkok száma mínusz a felső régiségek teljes száma két, és az alacsonyabb kvarkok teljes száma mínusz az alacsonyabb régiségek száma egyenlő. Ahogy fentebb láttuk, az extra kvarkok átvitele kézzelfogható (de nem a fő) részét a proton energia repül. És csak ebben az értelemben elmondható, hogy a proton főként két felső kvarkból és egy alacsonyabbból áll.

By the way, az összes ilyen információt a kísérletek izgalmas kombinációjából (elsősorban az elektronok vagy a neutrínók protonok szétszórásával vagy a nehéz hidrogénatomot tartalmazó atommaggal - egy protonot és egy neutront tartalmazó atommaggal) kaptuk össze, amely az elektromágneses, erős nukleáris anyagot leíró részletes egyenletekkel együtt gyűjtötték össze és gyenge nukleáris kölcsönhatások. Ez a hosszú történet az 1960-as évek végén és az 1970-es évek elején húzódik. És tökéletesen működik az ütközésekben megfigyelt jelenségek előrejelzéséhez, ahol a protonok az antiprotonokkal és a Tevatronnal és a tartálygal szembeni protonokkal és protonokkal szemben állnak.

Egy összetett protonszerkezet egyéb bizonyítéka

Nézzük meg a tartályon kapott adatokat, és hogyan erősítik meg a proton szerkezetéről szóló nyilatkozatokat (bár a proton jelenlegi megértése már 3-4 évtizeddel ezelőtt jelent meg a sok kísérlet miatt).

Az 1. ábrán látható ütemezés 4 Az ütközések észrevételeitől kapott, amelynek során az ábrákon látható valamennyi hasonló. 6: Az egyik proton kvarkja vagy antikváriuma vagy glva, egy másik proton kvarkával vagy antikvilágával vagy gluonjával szemben, eloszlatva (vagy valami összetettebb bekövetkezik - például két gluons arccal, és íves és ősvezővé válik), ami egy quarkot eredményez és az antikváriumot, ami két részecske (kvark, antiquark vagy gluons) jár el az ütközési ponttól. Ezeknek a részecskéknek a jet (Hadrons sugár). A fúpák energiáját és irányát az ütközéspontot körülvevő részecske-detektorokban figyelik meg. Ez az információ arra szolgál, hogy megértsük, hogy mennyi energiát tartalmaztak két kezdeti kvark / gluonok / usquarkok ütközésénél. Pontosabban, az invariáns tömege két fúvóka, szorozva a C 2-vel, lehetővé teszi az energiát két kezdeti kvark / gluons / antiquarks.

Ábra. 6.

Az ilyen típusú ütközések száma az 1. ábrán megadott energiától függően. 4. Az a tény, hogy alacsony energiáknál az ütközések száma sokkal több, megerősíti azt a tényt, hogy a proton belsejében lévő részecskék többsége csak az energiájának kis részét adja át. Az adatok 750 GEV energiával kezdődnek.

Ábra. 7: A kisebb adatkészletből származó alacsonyabb energiák adatai. A DiJet Mass ugyanaz, mint az M JJ az 1. ábrán. Négy.

Az 1. ábrán látható adatok 7 A CMS kísérletből 2010-től, amelyen 220 GEV energiájú ütközési diagramot építettek. Az ütemterv nem számos ütközés, de egy kicsit nehezebb: a GEV ütközéseinek száma, azaz az ütközések száma a hisztogram oszlop szélességére oszlik. Látható, hogy ugyanaz a hatás továbbra is működik a teljes adattartományon. Ütközések, például az ábrán látható. 6, alacsony energiáknál sokkal több, mint magas. És ez a mennyiség továbbra is növekszik, amíg már nem lehet megkülönböztetni a fúvókák között. A proton sok alacsony energiájú részecskét tartalmaz, és néhány közülük kézzelfogható részesedést hordoz az energiájáról.

Mi van a jelenlétével a régiségek protonjában? Három legérdekesebb olyan folyamatok, amelyek nem hasonlítanak az 1. ábrán bemutatott ütközéshez. 6, néha a tartályon (több millió ütközés egyikében Proton Proton) tartalmazza a folyamatot:

Quark + antikvárium -\u003e W +, W - vagy Z-részecske.

Az ábrán látható. nyolc.

Ábra. nyolc

A CMS-től származó megfelelő adatokat az 1. ábrán adjuk meg. 9 és 10. ábra. A 9. ábrán látható, hogy az ütközések száma, amelynek eredményeképpen egy elektron vagy a pozitron (balra), és valami indokolatlan (valószínűleg neutrino vagy antineutrino), vagy muon és antimuon (jobbra), helyes. Az előrejelzés kombinációval történik Szabványos modell (az ismert elemi részecskék viselkedésének előrejelzését) és a proton szerkezetek viselkedését. Nagy adatcsúcsok jelentkeznek a W és Z részecskék megjelenése miatt. Az elmélet tökéletesen egybeesik az adatokkal.

Ábra. 9: fekete pontok - adatok, sárga - előrejelzések. Az események száma több ezer. A bal oldalon: a központi csúcs a LEPTON W. A LEPTON és az antilton a jobb oldalon jelenik meg, amely az ütközésben jelenik meg, és azt jelenti, hogy a részecske tömegét jelentik. A keletkező részecskék miatt a csúcs jelenik meg.

További részletek láthatók az 1. ábrán. 10, ahol azt mutatja, hogy az elmélet nemcsak a jelzett, hanem sok dimenzióval kapcsolatos, hanem a legtöbbjük kapcsolódik a kvarkok összecsapásokhoz, az antiquarks - tökéletesen egybeesik az adatokkal. Az adatok (piros pontok) és az elmélet (kék szegmensek) soha nem egyeznek meg pontosan a statisztikai ingadozások miatt, ugyanezen okból, tízszer dobott egy érmét, nem kap öt "sas" és öt "térkép". Ezért az adatadatok a "hiba sáv", függőleges vörös csíkokba kerülnek. A zenekar mérete az, hogy 30% -os mérés esetén a hibacsíknak az elmélethez kell állnia, és csak a mérések 5% -ára kell védenie, meg kell védenie az elméletet két sávba. Látható, hogy minden bizonyíték megerősíti, hogy a proton számos régiséget tartalmaz. És helyesen értjük a protonenergia bizonyos részét hordozó régiségek számát.

Ábra. 10

További minden bonyolultabb. Még azt is tudjuk, hogy mennyire vannak felső és alsó kvarkok az energiától függően, mivel megfelelően megjósolták - 10% -nál kisebb hiba esetén - mennyi részecskéket kapunk a W + részecskéknél, mint a W - (11. ábra).

Ábra. tizenegy

A felső régiségek aránya az alsó részhez közel kell lennie, de a felső kvarkoknak nagyobbnak kell lenniük, mint az alacsonyabb, különösen a nagy energiáknál. Ábrán. 6 Látható, hogy a kapott W + és W részecskék aránya megközelítőleg a felső quartes és az alacsonyabb kvarkok arányát adja meg a W. részecskék előállításában, de az 1. ábrán. 11 Látható, hogy a W + / W részecskék mért aránya 3-2, és nem 2 és 1, akkor azt is mutatja, hogy a proton naiv elképzelése, amely két felső kvarkból és egy alacsonyabb kvarkból áll túl egyszerűsített. A 2-1-es egyszerűsített arány elmosódott, mert a proton számos kvark-antikváriumot tartalmaz, amelyek közül a felső és az alsó megközelítőleg egyenlő. Az elmosódás mértékét a 80 GEV részecske tömege határozza meg. Ha könnyebbé válik, az elmosódás több lesz, és ha nehezebb - kevesebb, mivel a párok nagy része Kvark-karkápa a protonban kis energiát ad ki.

Végül, győződjön meg róla, hogy a protonban lévő részecskék nagy része gluonok.

Ábra. 12

Ehhez azt a tényt fogjuk használni, hogy a felső kvartok kétféleképpen hozhatók létre: Quark + Antiquian -\u003e Felső Quark + felső antipar, vagy Gluon + Gluon -\u003e Felső Quark + felső antipar (12. ábra). Tudjuk, hogy a kvarkok és régiségek száma az energiaalapú energiától függően az 1. ábrán bemutatott mérések alapján. 9-11. Ennek alapján lehetőség van arra, hogy a szabványos modell egyenleteit használják, hogy megjósolhassanak, hogy a felső kvarkok csak a kvarkok és a régiségek ütközéseiből származnak. Azt is figyelembe vesszük, hogy a korábbi adatok alapján a gluonok protonjában több, ezért a gluon + gluon -\u003e a felső quark + a felső antiquánnak legalább 5-szerese-t kell áramlnia. Könnyen ellenőrizhető, hogy vannak gluonok; Ha nem, akkor az adatoknak sokkal inkább elméleti előrejelzéseket kell feküdniük.
gluons címkék hozzáadása

Az alábbiakban öt betű elemi részecskéi. A definíciók mindegyike rövid leírást kapott.

Ha van valami hozzáadása, majd az alábbi szolgáltatásban - a megjegyzés űrlap, amelyben kifejezheti véleményét, vagy kiegészíti a cikket.

Az elemi részecskék listája

Foton

Ez egy kvantum elektromágneses sugárzás, például a fény. A fény viszont egy olyan jelenség, amely fényáramokból áll. A foton egy elemi részecske. A foton semleges töltés és nulla tömeg. Spin foton egyenlő az egységgel. A foton átviheti az elektromágneses kölcsönhatást a töltött részecskék között. A PHOTON kifejezés a görög foszoktól származott, ami fényt jelent.

Fonon

Ez egy kváziparticus, a rugalmas oszcilláció kvantuma és az atomok és a kristályrács molekuláinak elmozdulása az egyensúlyi helyzetből. A kristályos rácsokban az atomok és a molekulák folyamatosan kölcsönhatásba lépnek, egymással megosztva. E tekintetben szinte lehetetlen az egyes atomok oszcillációjához hasonló jelenségek. Ezért az atomok válogatás nélküli ingadozásait az elosztás típusa vesszük figyelembe hang hullámok, a kristályrács belsejében. Ezeknek a hullámoknak a kvantálja a fononok. A fonon kifejezés a görög telefon-hangból történt.

Homály

Fluucton fázisa, ez egy kváziparticus, amely gerjesztés az ötvözetekben vagy egy másik heterofázisos rendszerben, amely feltöltött részecskét képez, például egy elektron, egy potenciális gödör (ferromágneses terület), és rögzíti.

Roton

Ez egy kváziparticus, amely megfelel az elemi gerjesztésnek a Superfluid héliumban, a nagy impulzusok régiójában, amelyek a szuperfluid folyadékban lévő vortex mozgás előfordulásával járnak. Roton, latin eszközökről - forgó, illeszkedés. A Roton nagyobb 0,6K-os hőmérsékleten jelenik meg, és meghatározza a hőteljesítmény hőmérséklet-függő tulajdonságait, például a normál sűrűség és mások entrópiáját.

Mezon

Ez egy instabil nem elemi részecske. A Meson egy nehéz elektron a kozmikus sugarakban.
A mezon súlya nagyobb, mint az elektron tömege, és kisebb, mint a proton tömege.

A Mesons még számú kvark és régiség. Mezonok közé tartoznak a peonies, a tehenek és más nehéz mezonok.

Kvarc

Ez az anyag elemi részecske, de eddig csak hipotetikusan. A kvarkok szokásosak, hogy hat részecskéket és antipartikuláikat (antiquarks) hívják, amelyek viszont a hadronok speciális elemi részecskéinek csoportját képezik.

Úgy vélik, hogy az erős kölcsönhatásokban részt vevő részecskék, mint például a protonok, neuronok és mások, amelyek határozottan magukból állnak a kapcsolódó kvarkok között. A kvarkok folyamatosan léteznek különböző kombinációkban. Van egy elmélet, hogy a kvarkok szabad formában létezhetnek, az első pillanatokban egy nagy robbanás után.

Gluong

Elemi részecske. A gluonok egyik elmélete szerint a kvarkok össze vannak ragasztva, ezek viszont olyan részecskéket alkotnak, mint protonok és neuronok. Általában a gluonok a legkisebb részecskék, amelyek számítanak.

Boszó

Boson-kvasiparticle vagy bose részecske. A Bosonnak nulla vagy egész integrált értéke van. A nevet a Schhenendranata Bose fizika tiszteletére adják meg. A Bosont megkülönbözteti az a tény, hogy korlátlan összeg lehet ugyanaz a kvantumállapot.

Helron

A Hellron egy elemi részecske, amely nem igazán elemző. Ez kvarkok, régiségek és gluonokból áll. Hellon nem rendelkezik színdíjat, és részt vesz az erős kölcsönhatásban, beleértve a nukleáris. A Hello kifejezés, a görög adros - egy nagy, masszív.

Tanulmányozása az anyag szerkezetének, fizikusok tanult, amely atomok készült, van, hogy az atommagok és osztott meg a protonok és a neutronok. Mindezen lépéseket nagyon könnyen kaptuk - csak szükséges volt a részecskék eloszlatása a kívánt energiához, hogy egymáshoz tegye őket, majd maguk is szétesnek.

De a protonokkal és a neutronokkal, egy ilyen trükk már nem haladt át. Bár kompozit részecskék, nem tudnak más erős ütközésben "széttörni". Ezért a fizikusoknak évtizedek szükségesek ahhoz, hogy különböző módon jöjjenek létre a proton belsejében, lásd az eszközét és alakját. Napjainkban a proton-struktúra tanulmánya az elemi részecskék fizikájának egyik legaktívabb régiója.

A természet tippeket ad

A protonok és a neutronok szerkezetének tanulmányozása az 1930-as évek óta származik. Ha a neutronokat a protonok mellett (1932) fedezték fel, akkor mérve tömegüket, a fizikusok meglepődtek, hogy nagyon közel állt a proton tömegéhez. Ezenkívül kiderült, hogy a protonok és a neutronok "érzik" a nukleáris kölcsönhatást pontosan ugyanúgy. Tehát ugyanaz, mint a nukleáris erők szempontjából a proton és a neutron úgy tekinthető, mintha ugyanazon részecske - nucleon két megnyilvánulása van: a proton elektromosan töltött nukleon, és a neutron semleges nukleon. Változtassa meg a neutronokat - és a nukleáris erőket (szinte) semmit sem észlel.

Fizika Ez a természet tulajdonsága szimmetria - nukleáris kölcsönhatás szimmetrikusan a neutronos protonok cseréjéhez képest, ugyanúgy, mint egy pillangó szimmetrikus a jobb oldalon lévő bal oldalon. Ez a szimmetria, kivéve, hogy fontos szerepet játszott a nukleáris fizikában, valójában az első tipp, hogy a nukleonok érdekes belső szerkezete volt. Igaz, akkor a 30-as években a fizika nem vette észre ezt a tippet.

A megértés később jött. Elkezdődött azzal a ténnyel, hogy az 1940-50-es években a különböző elemek magjainak ütközései közötti reakciókban a tudósok meglepődtek minden új és új részecskékkel. Nem protonok, nem neutronok, amelyek nem nyitottak meg a pi-mezonok, amelyek nukleonokat tartanak magok, és néhány teljesen új részecskék. Minden sokszínűségével ezek az új részecskéknek kettője van gyakori tulajdonságok. Először is, valamint a nukleonok, nagyon szívesen vettek részt a nukleáris kölcsönhatásokban - most az ilyen részecskéket adronáknak nevezik. Másodszor, kizárólag instabilak voltak. A leginkább instabil nekik szétesnek más részecskékre csak a nanosekundumok billió arányában, és nincs ideje repülni még az atommag méretére is!

Hosszú ideig a hadronok "állatkertje" teljes irányuló volt magától. Az 1950-es évek végén a fizika már meglehetősen sok különböző típusú hadronokat tanultak, összehasonlították őket egymással, és hirtelen néhány általános szimmetriát láttak, még a tulajdonságaik gyakoriságát is. Egy találgatás kifejezte, hogy az összes hadron (beleértve a nukleonokat is), néhány egyszerű tárgyat ülnek, amelyeket "kvarkoknak" neveztek. A kvarkok kombinálása különböző módon kaphat különböző hadronokat, és pontosan ez a típus, hogy és olyan ilyen tulajdonságokkal, amelyek a kísérletben megtalálhatók.

Mit jelent a proton proton?

Miután a fizikusok megnyitották a hadronok kvarkkészülékét, és megtudták, hogy a kvarkok különböző fajták, világossá vált, hogy sok különböző részecske kvarkokból készülhet. Tehát senki sem meglepődött, amikor a későbbi kísérletek folytatódtak egymás után új hadronok keresése után. De az összes hadron között, egy egész részecskék családja, amely olyan, mint egy proton, csak kettőből u.Crekers és egy d.- hegesztés. Egy "COULTPARTS" proton. És itt a fizikusok meglepetésnek aludtak.

Először készítsünk egy egyszerű megfigyelést. Ha több tételünk van azonos "téglából", akkor a nehezebb elemek tartalmaznak több "téglát", és könnyebb. Ez egy nagyon természetes elv, amely a kombináció elvének vagy a felépítmény elvének nevezhető, és tökéletesen elvégezhető mindennapi életés a fizikában. Az atommagok eszközében is nyilvánul meg, végül is, a nehezebb kernelek egyszerűen állnak több Protonok és neutronok.

Azonban a kvarkok szintjén ez az elv egyáltalán nem működik, és bevallottnak kell lennie, a fizikusok még nem teljesítettek, miért. Kiderül, hogy a súlyos proton-társaságok ugyanolyan kvarkokból állnak, mint a proton, bár ezek egy és fél, vagy akár kétszer is, mint a proton. Eltérnek a protontól (és különböznek egymástól) fogalmazáskölcsönös elhelyezkedéskvarkok, milyen állapotban vannak ezek a kvarkok egymáshoz képest. Elég módosítani a kvarkok kölcsönös helyzetét - és mi a protonból kapunk egy másik, észrevehetően súlyosabb, részecske.

És mi fog történni, ha még mindig több mint három kvarkot vesznek össze és gyűjtenek össze? Lesz az új nehéz részecske? Meglepő módon nem fog működni - a kvarkok megszakítják a háromat, és több szétszórt részecskékké válnak. Valamilyen oknál fogva a természet "nem tetszik", hogy sok kvarkot ötvözze egy egészben! Csak a közelmúltban, szó szerint utóbbi évekA tippek megkezdődtek azon a tényen, hogy néhány zsúfolt részecskék még mindig léteznek, de csak hangsúlyozza, hogy a természet nem tetszik nekik.

Ebből a kombinatorikából nagyon fontos és mély következtetés következik be - a heap tömege egyáltalán nem képez a kvarkok tömegétől. De ha az Adronon tömege megnövelhető vagy csökkenthető, egyszerűen a tégláinak összetevőinek visszahívásával, ez azt jelenti, hogy nem mindenkinek a kvarkok felelősek a hadronok tömegéért. És valójában a következő kísérletekben meg lehetett találni, hogy a kvarkok tömege csak a proton tömegének körülbelül két százaléka, és az összes súlyosság a teljesítménymező miatt következik be (a speciális részecskék megfelelnek ez - gluonok), összekapcsolva kvarkot. A kvarkok kölcsönös helyének megváltoztatásával, például mozgatva őket egymástól, így megváltoztatjuk a Gluonfelhőt, masszívabbá tesszük, ami növeli az Adronon tömegét (1. ábra).

Mi történik egy gyors repülő protonban?

A fentiekben ismertetett mindent egy álló protonra vonatkozik, a fizikusok nyelvén - ez egy proton eszköz a többi rendszerében. A kísérletben azonban a proton szerkezetet először más körülmények között fedezték fel - belül gyorsan repül Proton.

Az 1960-as évek végén a gyorsítókkal szembeni részecskék ütközésénél végzett kísérletekben megfigyelték, hogy a proton-repülő protonok úgy viselkednek, mintha az általuk belsejében lévő energiát egyenletesen nem osztották el, hanem különálló kompakt tárgyakba koncentrálták. Ezek az anyagok a protonok belsejében híres fizikus Richard Feynman felhívta parton(angolról rész -rész).

A későbbi kísérletekben számos parton tulajdonságot vizsgáltunk - például az elektromos töltésüket, a proton energia számát és arányát, amelyet mindegyikük hordoz. Kiderült, feltöltött felek kvarkok, és a semleges parotonok gluonok. Igen, ugyanazok a gluonok, amelyek a Proton pihenő rendszerében egyszerűen "szolgáltak" kvarkokat, vonzza őket egymáshoz, ma már független pártok, és a kvarkok az "anyag" és a gyors repülési proton energiája. A kísérletek kimutatták, hogy az energia körülbelül fele kvarkokban és fél - gluonokban tárolódik.

Az alkatrészek a legmegfelelőbbek az elektronok elektronsütés ütközésében. Az a tény, hogy a protonnal ellentétben az Electron nem vesz részt az erős nukleáris kölcsönhatásokban, és az ütközés egy protonnal meglehetősen egyszerűnek tűnik: az elektron nagyon rövid idő alatt van egy virtuális foton, amely összeomlik egy töltött parton és generál a végén nagy szám Részecskék (2. ábra). Azt mondhatjuk, hogy az elektron kiváló szike a proton "nyílásához", és külön részekre osztja - az igazság csak nagyon rövid időre szól. Tudva, hogy milyen gyakran fordul elő a gyorsítói folyamatok, akkor mérheti a protonban lévő partonok számát és a díjakat.

Ki a pártok valójában?

És itt jönünk egy másik feltűnő felfedezéshez, amely fizikusistá tett, tanulmányozta az elemi részecskék ütközését magas energiákon.

Normál körülmények között, amelynek kérdése, hogy ez vagy az az elem, hogy univerzális válasz az összes referenciarendszerre. Például a vízmolekula két hidrogénatomból és egy oxigénatomból áll - és nem számít, hogy egy rögzített vagy mozgó molekulát nézzünk. Ez a szabály azonban - úgy tűnik, olyan természetes! - Károsodott, ha a fénysebességhez közel álló sebességgel mozgó elemi részecskék. Egy referenciarendszerben a komplex részecske egy toborzási készletből és egy másik referenciarendszerből állhat - a másiktól. Kiderül Összetétel - a relatív koncepció!

Hogyan lehet? A kulcs itt egy fontos tulajdonság: a világunkban lévő részecskék száma nem rögzített - a részecskék megszülethetnek és eltűnnek. Például, ha két elektronot kell összeszedni egy elegendően nagy energiával, majd ezzel a két elektron mellett, akár egy foton, akár egy elektron-positron pár, vagy bármely más részecske születhet. Mindez a kvantum törvények által megengedett, pontosan ez történik a valódi kísérletekben.

De ez a részecskék "jogi törvénye" működik ütközésekbenrészecskék. De hogyan kiderül, hogy ugyanaz a proton különböző pontok Nézet úgy néz ki, mint egy különböző részecskék tárcsázása? Az a tény, hogy a proton nem csak három quarts összecsukott együtt. Van egy hatalmi gluon mező a kvarkok között. Általánosságban elmondható, hogy a teljesítménymező (például egy gravitációs vagy elektromos mező) egyfajta "entitás", amely áthatja a helyet, és lehetővé teszi a részecskék számára, hogy hatalmi hatással legyenek egymásra. BAN BEN kvantum elmélet A mező szintén részecskékből áll, bár speciális virtuális. Ezeknek a részecskéknek a száma nem rögzítve, folyamatosan "Budge" a kvarkoktól, és más kvarkok felszívódnak.

Pihenőa proton tényleg elképzelhető, mint három quarts, amelyek között a gluonok ugrik. De ha ugyanazt a protont egy másik referenciarendszertől nézed, mintha az ablakból a "relativisztikus vonat" által áthalad, akkor teljesen más képet fogunk látni. Ezek a virtuális gluonok, amelyek ragasztottak a kvarkokat együtt, kevésbé virtuálisnak tűnnek, "inkább valódi" részecskék. Természetesen még mindig születnek és felszívódnak a kvarkok, de ugyanakkor magukban élnek egy ideig, repülnek a kvarkok mellett, mint a valódi részecskék. Az egyetlen referenciarendszer egyszerű energia mezője egy másik rendszerbe fordul egy részecskefolyamba! Figyelmeztetés, a proton maga, ugyanakkor nem érinti, de csak egy másik referenciarendszertől nézzük meg.

Tovább. Minél közelebb a "relativisztikus vonat" sebessége a fénysebességhez, annál meglepőbb kép a proton belsejében, amit látni fogunk. Ahogy megközelíted a fénysebességet, megjegyezzük, hogy a protonon belüli Gluons egyre inkább lesz. Ráadásul néha ültek quark-anti-coaching párokba, amelyek szintén közel vannak, és szintén felek is. Ennek eredményeképpen az ultrarelivisztikus proton, azaz a sebességgel járó proton nagyon közel áll a fénysebességhez, a kvarkok, a régiségek és a gluonok interpenetratáló felhők formájában jelenik meg, amelyek együttesen repülnek, és mivel támogatják egymást (3. ábra).

A relativitás elméletével ismerős olvasó aggódhat. Minden fizika azon az elven alapul, hogy bármely folyamat egyenlően járjon el minden inerciális referenciarendszerben. És itt kiderül, hogy a proton összetétele attól függ, hogy melyik referenciarendszertől függ, amelyből megfigyeljük?!

Igen, ez az út, de ez nem sérti a relativitás elvét. A fizikai folyamatok eredményei - például, hogy melyik részecskék és hányan születik az ütközés eredményeként - valóban invariáns, bár a proton-összetétel a referenciarendszertől függ.

Ez a szokatlan első pillantásra, de kielégíti a fizika minden törvényét, a helyzetet vázlatosan szemlélteti a 4. ábrán. Itt látható, hogy a nagy energiájú protonok ütközése különböző referenciarendszerekben jelenik meg: egy proton rendszerében A rendszerközpont rendszere, a többi proton többi részében. A protonok közötti kölcsönhatást a görgetés kaszkádán keresztül végezzük, de csak egy esetben ez a kaszkád egy proton "belsejében" tekinthető, más esetben egy másik proton része, és a harmadik pedig csak egy Bizonyos objektum, amely két protont kicserél. Ez a kaszkád létezik, valóságos, de a folyamat melyik részét kell tulajdonítani - a referenciarendszertől függ.

Háromdimenziós portré proton

Minden eredmény, amelyről csak azt mondtuk, hogy a múlt század 60-70-es éve során meglehetősen hosszú időre készült kísérleteken alapultak. Úgy tűnik, hogy azóta mindent meg kell vizsgálni, és minden kérdésnek meg kell találnia a válaszokat. De nem - a proton eszköz továbbra is az elemi részecskék fizikájának egyik legérdekesebb témája. Ráadásul az utóbbi években az érdeklődés újra növekedett, mert a fizikusok megértették, hogyan kaphatunk egy "háromdimenziós" portré egy gyorsan mozgó proton, amely sokkal nehezebb, mint egy rögzített proton portréja.

A protonok ütközéséről szóló klasszikus kísérleteket csak a partonok számáról és az energiaelosztásáról meséltek. Ilyen kísérletekben a partonok független objektumként vesznek részt, ami azt jelenti, hogy nem találhatók, mivel a partonok egymáshoz viszonyítva vannak, pontosan hogyan adják hozzá a protonhoz. Azt lehet mondani, hogy hosszú ideig a fizikusok csak "egydimenziós" portréja egy gyors repülő proton.

Annak érdekében, hogy valódi, háromdimenziós, proton portré építsenek, és megtanulják a parton-elosztást az űrben, sokkal finomabb kísérletek szükségesek, mint azok, amelyek 40 évvel ezelőtt lehetségesek voltak. A fizikusok ilyen kísérletei megtanulták a közelmúltban, szó szerint az elmúlt évtizedben. Rájöttek, hogy a különböző reakciók hatalmas számában, amelyek előfordulnak, amikor egy elektron ütközés protonnal van, van egy speciális reakció - mélyventuális Compton szórás, - amely képes lesz megmondani a háromdimenziós proton szerkezetről.

Általánosságban elmondható, hogy a Compton szétszóródása vagy a Componton hatása, egy foton rugalmas ütközése, néhány részecske, például egy protonnal. Ez így néz ki: a foton megérkezik, a proton felszívódik, amely rövid idő alatt izgatott állapotgá válik, majd visszatér a kezdeti állapotba, az emit fotonba néhány irányba.

A rendes könnyű fotonok Compton szétszóródása nem tesz semmit érdeklődést - ez egy egyszerű fényvisszaverődés a protonból. Annak érdekében, hogy "belépjen a játékba" belső struktúra Proton és "Felt" Quark elosztás, nagyon kell használni a fotonokat nagyon nagy energia - többszor több, mint a szokásos fényben. És csak ilyen fotonok igazak, virtuális - könnyen generál egy öblítő elektronot. Ha most egyesítesz egyet egy másikval, akkor a mély virtuális számítógépek, a szétszóródás (5. ábra).

Ennek a reakciónak a fő jellemzője, hogy nem pusztítja el a protont. A virágzó foton nem csak eléri a protont, és mintha óvatosan habozná őt, akkor elerül. Milyen módon repül, és az energiájának melyik része a proton kiválasztja a proton-eszközt, a partonok kölcsönös helyétől. Ezért tanulmányozza ezt a folyamatot, visszaállíthatja a proton háromdimenziós megjelenését, mintha "vágja a szobrát".

Igaz, a fizika, a kísérletező nagyon nehéz. A kívánt folyamat meglehetősen ritka, és nehéz regisztrálni. E reakció első kísérleti adatait csak 2001-ben kaptuk a Hamburgban a német gyorsító komplexumban lévő Hera gyorsítóban; Az új adatsorokat a kísérletezők most feldolgozzák. Azonban ma az első adatok alapján a teoretikusok háromdimenziós eloszlást vonnak le a kvarkok és a gluonok háromdimenziós eloszlását a protonban. Fizikai mennyiség, arról, hogy mely fizikusok csak feltételezéseket építettek, végül elkezdtek "fellebbezni" a kísérletből.

Vársz minden váratlan felfedezést ezen a területen? Valószínű, hogy igen. Illusztrációként mondjuk, hogy 2008 novemberében volt egy érdekes elméleti cikk, amelyben azt állítja, hogy a gyors repülési protonnak nem lapos lemez formájára van szüksége, hanem egy bikened lencse. Tehát kiderül, hogy a központi proton területen ülő partonok erősebbek a hosszanti irányba, mint a széleken ülő partonok. Nagyon érdekes lenne, hogy kísérletileg ellenőrizze ezeket az elméleti előrejelzéseket!

Miért érdekes a fizikusok?

Miért nem kellene fizikusnak kellene tudnia pontosan az anyagot, hogy az anyagot protonok és neutronok belsejében osztják el?

Először is, ez megköveteli a fizika logikáját. Sok csodálatos a világon komplex rendszerekMelyik modern elméleti fizika nem tudja teljes mértékben megbirkózni. A hadronok egyike ezeknek a rendszereknek. Beszélgetés az eszköz eszközével, kimerítjük a képességet elméleti fizikaAmi lehet univerzális, és segíthet valamiben teljesen más, például szupravezetők vagy más szokatlan tulajdonságokkal rendelkező anyagok tanulmányozásakor.

Másodszor, azonnali ellátás van nukleáris fizika. Annak ellenére, hogy az atommagok szinte egy évszázados tanulmánya, a teoretikusok még mindig nem ismerik a protonok és a neutronok kölcsönhatásának pontos törvényét.

Ezt a törvényt részben a kísérleti adatok alapján, részben a nukleonok szerkezetére vonatkozó ismeretek alapján kell kitalálni. Ez segít az új adatoknak a nukleonok háromdimenziós eszközén is.

Harmadszor, néhány évvel ezelőtt a fizikusok sikerült új újat kapni aggregáció állapota Anyagok - Quark gluon plazma. Ebben az állapotban a kvarkok nem ülnek az egyes protonok és neutronok belsejében, és a nukleáris anyag szabadon jár a csomóban. El lehet érni, például így: a nehéz kernelek gyorsítják a gyorsítót a gyorsuláshoz, nagyon közel a fénysebességhez, majd szembe kell nézniük a homlokát. Ebben az ütközésben nagyon rövid időn belül felmerül a billió fokozatok, amelyek megolvasztják a kernelt egy Quark gluon plazmában. Tehát kiderül, hogy ennek a nukleáris olvadás elméleti számításai jó tudást igényelnek a nukleonok háromdimenziós eszközéről.

Végül ez az adat nagyon szükséges az asztrofizika számára. Mikor nehéz csillagok Életük végén felrobbannak, gyakran rendkívül kompakt tárgyak - neutron és esetleg quark csillagok maradnak. Ezeknek a csillagoknak a magja teljesen neutronokból áll, és talán még egy hideg kvark-gluon plazmából is. Az ilyen csillagok régóta felfedezték, de mi történik velük belül - csak kitalálhatod. Tehát a kvark-eloszlások jó megértése a fejlődéshez és asztrofizikához vezethet.