Рубрика «хиггс»

в 13:07, , рубрики: бозон хиггса, естественность, Научно-популярное, поле хиггса, проблема естественности, физика, хиггс, частица хиггса

Что такое «естественность?»

Что имеют в виду специалисты по физике частиц и теории струн, говоря, что определённый набор частиц и взаимодействий является «естественным»? Они не имеют в виду то, что он является «частью природы». Во Вселенной всё по определению является частью природы.

У слова «естественный» есть много значений. Учёные в нашем контексте используют не значение «связанный с природой», а значение «типичный» или «обобщённый», «ожидаемый», «обычный». Например: «естественно, ребёнок, ударившись головой, заорал», или «естественно, ближе к центру жить стоит дороже», или «я не носил эти очки много месяцев, и они, естественно, запылились». А неестественно – это когда ребёнок не кричит, когда в центре города дёшево, и когда очки чистые. Обычно, когда происходит что-то неестественное, тому есть причина.

В большинстве контекстов физики частиц и связанных с этой тем сюрпризы встречаются крайне редко. Это значит, что взглянув на физическую систему, вы увидите, что она ведёт себя так, как вы, набрав некоторого научного опыта, можете от неё ожидать. А если она так себя не ведёт, то, как показывает опыт, тому есть причина. А если эта причина неочевидна, то неестественное поведение системы может говорить о каком-то экстремальном эффекте, который вам пока неизвестен.
Читать полностью »

в 8:31, , рубрики: Matt Strassler, поле хиггса, физика, хиггс

Поле Хиггса – тема столь важная, что она даже заслужила себе целый экспериментальный комплекс, Большой адронный коллайдер, предназначенный для её изучения. Это загадочное поле в среднем ненулевое, оно покрывает всю Вселенную, будто невидимая жидкость, и влияет на массы известных элементарных частиц. А что, если бы оно было в среднем нулевым? Каков был бы наш мир?

Он был бы смертелен для нас – в нём не было бы атомов – но в определённом смысле он был бы гораздо проще и лучше организован. Давайте посмотрим, как именно.

image
Рис. 2
Читать полностью »

в 11:27, , рубрики: Matt Strassler, бозон хиггса, квантовая механика, поле хиггса, теория поля, физика, хиггс, частица хиггса

Как работает поле Хиггса:

  1. Основная идея
  2. Почему поле Хиггса в среднем ненулевое
  3. Как появляется частица Хиггса
  4. Почему поле Хиггса необходимо

До сего момента в серии статей поле Хиггса я объяснял вам основную идею того, как оно работает, и описывал, как поле Хиггса становится ненулевым, и как появляется частица Хиггса – по меньшей мере, для простейшего типа поля и частицы Хиггса (из Стандартной Модели). Но я не объяснил, почему не существует альтернативы для ввода чего-либо, напоминающего поле Хиггса – почему для ввода масс известных частиц в отсутствии этого поля существуют препятствия. Это мы и обсудим в данной статье.

Я объяснил, что все элементарные «частицы» (то бишь, кванты) природы – это кванты волн в полях. И, упрощённо, все эти поля удовлетворяют уравнению класса 1 вида:

$ d/dt (d Z(x,t)/dt) - c^2 d/dx (d Z(x,t)/dx)=- (2 pi c^2/h)^2 m^2 Z(x,t) $

где Z(x,t) – поле, m – масса частицы, c – скорость света, h – постоянная Планка. Если частица безмассовая, тогда соответствующее поле удовлетворяет такому же уравнению, где m = 0, которое я назвал уравнением класса 0.

Случаи с m = 0 включают фотоны, глюоны и гравитоны – кванты электрического, хромоэлектрического (или глюонного) и гравитационного полей; всё это безмассовые кванты («частицы»), перемещающиеся на универсальном пределе скорости с. Для электронов, мюонов, тау, всех кварков, всех нейтрино, частиц W, Z и бозона Хиггса, у каждого из которых своя масса, соответствующее поле удовлетворяет уравнению класса 1 с подставленной в него соответствующей массой.
Читать полностью »

в 13:11, , рубрики: Matt Strassler, поле хиггса, физика, хиггс, частица хиггса

Как работает поле Хиггса:
1. Основная идея
2. Почему поле Хиггса в среднем ненулевое
3. Как появляется частица Хиггса

В предыдущей статье я описал, как и почему у поля Хиггса среднее значение не равно нулю. Теперь я хочу описать, что такое частица Хиггса и как её масса возникает из уравнений.

Хочу напомнить, что если не упомянуто обратное, я всегда описываю простейшую из возможных форму поля и частицы Хиггса – т.н. «Хиггс Стандартной Модели». Возможны и более сложные их формы; к примеру, одновременно могут существовать несколько полей Хиггса, вместо одного. Возможно, я опишу более сложный случай в одной из следующих статей.

image
Рис. 1: поле класса 1 колеблется во времени около стабильного значения Z(x,t) = 0
Читать полностью »

в 13:05, , рубрики: Matt Strassler, квантовая физика, поле хиггса, теория поля, физика, хиггс

Как работает поле Хиггса:

1. Основная идея
2. Почему поле Хиггса в среднем ненулевое

Как так получается, что у поля Хиггса в природе среднее значение не равно нулю, а у других (судя по всему, элементарных) полей природы, известных нам, оно нулевое? [Очень мелкий шрифт: другие поля, за исключением гравитационного поля самого нижнего уровня, зовутся метрическими, это позволяет определить существование пространства и времени].

Во-первых, фермионные поля не могут обладать большим постоянным ненулевым значением в природе. Это связано с различием между фермионами и бозонами. Бозоны могут быть в среднем ненулевыми, но фермионы не могут. Так что можно забыть про электроны (и их кузенов мюонов и тау), про нейтрино и кварки. Мелкий шрифт: фермионы могут образовывать пары друг с другом или с антифермионами и составлять композитные бозоны, которые могут быть в среднем ненулевыми. Это так для верхних и нижних кварков и их антикварков, и для электронов в сверхпроводнике. Но это долгая история, и она не касается нашей напрямую.
Читать полностью »

в 8:37, , рубрики: Matt Strassler, квантовая физика, поле хиггса, поля, теория поля, физика, хиггс, частица хиггса

Если вы читали мою серию статей про физику частиц и полей, вы знаете, что все т.н. «элементарные частицы» на самом деле – кванты (волны, чья амплитуда и энергия минимально допустимые квантовой механикой) релятивистских квантовых полей. Такие поля обычно удовлетворяют уравнениям движения класса 1 (или их обобщению) вида

$ d^2Z/dt^2 - c^2 d^2Z/dx^2=- (2 pi nu_{min})^2 (Z - Z_0) $

Где Z(x,t) – поле, Z0 — равновесное состояние, x – пространство, t – время, d2Z/dt2 представляет изменение по времени изменения по времени Z (d2Z/dx2 — то же для пространства), c – универсальное ограничение скорости (часто называемое «скоростью света»), а νmin — минимально допустимая частота для волны в поле. Некоторые поля удовлетворяют уравнению класса 0, которое представляет собой просто уравнение класса 1, в котором величина νmin нулевая. У кванта такого поля масса

$ m=h nu_{min} / c^2 $

Где h – постоянная Планка. Иначе говоря,

$ d^2Z/dt^2 - c^2 d^2Z/dx^2=- (2 pi c^2/h)^2 m^2 (Z - Z_0) $

Читать полностью »

в 13:24, , рубрики: бозон хиггса, Научно-популярное, поле хиггса, физика, хиггс, частица хиггса, метки:

Большинство из нас учило в школе или из книг, что все окружающие нас материалы – всё, что мы едим, пьём, чем дышим, все живые существа, сама Земля – состоит из атомов. Их бывает порядка 100 типов, они называются «химическими элементами» и обычно организованы в виде молекул, так же, как буквы можно организовать в слова. Эти факты, касающиеся нашего мира, мы принимаем, как само собой разумеющееся, но в конце XIX века по этому поводу всё ещё шли жаркие дебаты. Только в районе 1900-го года, когда на основе нескольких умозаключений стало возможным подсчитать размер атомов, и когда был открыт электрон, субатомная частица, населяющая окраины атомов, атомная картинка мира, наконец, сложилась.

Но и сегодня некоторые части этой картинки не совсем чётко просматриваются. Остаются нерешёнными загадки возрастом в сотню лет. И вся эта шумиха по поводу «бозона Хиггса» как раз напрямую связана с этими глубокими вопросами, находящимися в самом сердце нашего существования. Вскоре расплывчатые части нашей картинки смогут стать более чёткими и открыть нам детали относительно нашего мира, которые нам пока неясны.
Читать полностью »

в 11:28, , рубрики: закон сохранения, Импульс, масса, Научно-популярное, нётер, физика, хиггс, эйнштейн, энергия, метки:
image

Множество непонятных свойств мира связаны с природой массы и энергии (а также импульса). Все мы слышали эти слова и у многих из нас есть туманное представление об их значении. Конечно, значений у слов «масса» и «энергия» в английском и других языках довольно много. К сожалению, ни одно из них не совпадает с теми, что имеют в виду физики. Попробуйте отставить в сторону эти значения слов и поработать с точными физическими понятиями – иначе вы полностью запутаетесь.

Необходимо отметить, что не стоит при словосочетании «масса и энергия» вспоминать другую популярную пару, «вещество и энергия». Многие люди упоминают последнее словосочетания так, будто вещество и энергия – это две стороны одной медали. Но это не так. Вещество и энергия относятся к разным категориям, как яблоки и орангутанги. Вещество, не важно, как его определять – это класс объектов, существующих во Вселенной, а масса и энергия – это не объекты, а свойства, которыми эти объекты обладают. Масса и энергия глубоко переплетены друг с другом, и заслуживают общего объяснения.

Чтобы понять массу и энергию, необходимо добавить к ним импульс и обсудить различия и связи этих величин.
Читать полностью »

в 9:41, , рубрики: бозон хиггса, большой адронный коллайдер, квант, квантовая физика, масса, Научно-популярное, поле, поле хиггса, физика, хиггс, частица, частица хиггса

Что такое частица Хиггса?

Знаете ли вы, что такое частица? Поле? Если нет, давайте разбираться.

Поле – это нечто,

1. что присутствует повсеместно в пространстве и времени,
2. способно принимать нулевое или ненулевое значение,
3. что способно порождать в себе волны.
4. А если это квантовое поле, тогда эти волны состоят из частиц.

К примеру: электрическое поле – это часть природы, и его можно найти повсюду. В любой заданной точке пространства в любой момент времени его можно измерить. Если в каком-то районе пространства в среднем оно ненулевое, оно может оказывать физическое влияние – поднимать ваши волосы или приводить к появлению искр. Электрическое поле может порождать волны, в которых величина поля периодически становится больше и меньше – к примеру, такой волной является видимый свет, рентгеновские лучи, радиоволны, и всё остальное, что мы в целом зовём «электромагнитными волнами».

Так что такое частица?

Интенсивность волн квантового поля не может быть любой. Они не могут быть произвольно «слабыми» или «тихими». Волна наименьшей интенсивности, которую способно распространять поле, называется «квантом» или «частицей». Часто они ведут себя примерно так, как вы интуитивно представляете себе частицы – двигаются по прямым линиям и отскакивают от разных вещей, поэтому мы и назвали их частицами.
Читать полностью »

Главная   |  Архив новостей  |   Android  |   Google  |   Apple  |   Microsoft  |   Информационная безопасность  |   Веб – разработка
Публикации RSS  |  Комментарии RSS
https://ajax.googleapis.com/ajax/libs/jquery/3.4.1/jquery.min.js