Как теоретизируется и доказывается существование новых частиц?

В настоящее время в Стандартной модели известно 17 частиц. Как были теоретизированы все эти частицы? Какие эксперименты использовали физики, чтобы доказать существование этих частиц? Какие установки используют физики для идентификации новых частиц?

Стандартная модель

После впечатляющего успеха квантовой электродинамики в 1950-х годах были предприняты попытки сформулировать аналогичную теорию слабого ядерного взаимодействия. Это завершилось примерно в 1968 году в объединенной теории электромагнетизма и слабых взаимодействий Шелдона Глэшоу, Стивена Вайнберга и Абдуса Салама, за которую они разделили Нобелевскую премию по физике 1979 года. Их электрослабая теория постулировала не только W-бозоны, необходимые для объяснения бета-распада, но и новый Z-бозон, который никогда не наблюдался.

Тот факт, что бозоны W и Z имеют массу, а фотоны не имеют массы, был главным препятствием в развитии электрослабой теории. Эти частицы точно описываются калибровочной теорией SU(2), но бозоны в калибровочной теории должны быть безмассовыми. В данном случае фотон не имеет массы, поскольку электромагнетизм описывается калибровочной теорией U(1). Требуется какой-то механизм, чтобы нарушить симметрию SU (2), придав массу W и Z в процессе. Одно объяснение, механизм Хиггса, было предложено в статьях о нарушении симметрии PRL 1964 года. Он предсказывает существование еще одной новой частицы; бозон Хиггса. Из четырех компонентов бозона Голдстоуна, созданного полем Хиггса, три «съедаются» бозонами W+, Z0 и W−, образуя их продольные компоненты, а оставшаяся часть появляется как бозон Хиггса со спином 0.

Комбинация SU(2) калибровочной теории слабого взаимодействия, электромагнитного взаимодействия и механизма Хиггса известна как модель Глэшоу-Вайнберга-Салама. В наши дни это широко признано одним из столпов Стандартной модели физики элементарных частиц. По состоянию на 13 декабря 2011 г. интенсивный поиск бозона Хиггса, проведенный в ЦЕРНе, показал, что если частица и будет найдена, то, вероятно, она будет найдена с энергией около 125 ГэВ. 4 июля 2012 года экспериментальное сотрудничество CMS и ATLAS в ЦЕРН объявило об открытии новой частицы с массой 125,3 ± 0,6 ГэВ, которая, по-видимому, согласуется с бозоном Хиггса.

Как и в приведенном выше отрывке, статьи в Интернете не упоминают математику и физику частиц, они просто дают краткий обзор их истории. Я хочу знать математику, стоящую за этим, как они себя ведут, почему они ведут себя так, а не иначе.

Ответы (1)

В 1950-х и 1960-х годах экспериментально было обнаружено множество частиц. Они были организованы в мультиплеты слабых представлений SU (2), названных восьмеричным способом , что феноменологически соответствует данным, которые показали эти симметрии:

Примером является барионный октет:

введите описание изображения здесь

Есть и другие частицы и резонансы, расположенные в таких групповых представлениях по ссылке выше.

Эти симметрии относятся к реальным измеренным частицам и сразу же приводят физиков-теоретиков к предположению о подструктуре и к модели, описанной в вашей цитате. Формирование электрослабой модели позволило не только описать существующие частицы в рамках представления их симметрии, но и предсказать новые частицы, как описывает ваша цитата. Что отличает математическую карту природы от теории, так это то, что теория является предсказательной и подтверждается, когда его предсказания сбываются.

Как и в приведенном выше отрывке, статьи в Интернете не упоминают математику и физику частиц, они просто дают краткий обзор их истории. Я хочу знать математику, стоящую за этим, как они себя ведут, почему они ведут себя так, а не иначе.

Вы можете изучить курс по физике элементарных частиц, который расскажет о математике, лежащей в основе электрослабой симметрии, то есть о том, как из наблюдаемых частиц были предсказаны новые частицы.

Описание курса

8.811, Particle Physics II, описывает важные исследования в области физики высоких энергий. Сначала мы получаем Стандартную модель (СМ), используя восходящий метод, основанный на унитарности, в дополнение к обычному нисходящему методу, использующему SU3xSU2xU1. Мы описываем и анализируем несколько классических экспериментов, в которых была установлена ​​СМ, ​​как примеры планирования экспериментов. Дальнейшие темы включают физику тяжелых ароматов, высокоточные тесты Стандартной модели, осцилляции нейтрино, поиски новых явлений (композитность, суперсимметрия, технический цвет и ТВО) и обсуждение ожиданий от будущих ускорителей (Фабрика B, LHC, большой электронный -позитронные линейные коллайдеры и др.). Курсовая работа требует, чтобы студенты в течение семестра постоянно обсуждали с преподавателем теории, физику, измеряемые величины, сигнатуры, детекторы, разрешение,

Нет легких путей, чтобы сесть и учиться.

Как теоретизируется и доказывается существование новых частиц?
СпросиСетьПолитика конфиденциальности1y, 0v