Рубрика «Matt Strassler» - 3

в 14:55, , рубрики: Matt Strassler, квантовая физика, нейтринные осцилляции, нейтрино, физика, физика частиц

Нейтрино – точно так же, как заряженные лептоны (электрон, мюон, тау), кварки верхнего типа (верхний, очарованный, истинный) и нижнего типа (нижний, странный, прелестный) – бывают трёх типов. Но делить на типы их можно разными способами. При этом, из-за квантовой природы нашего мира в один момент времени можно использовать только один из них. В этой статье я объясню, почему так происходит, и как из этого факта следует такой интересный и важный с научной точки зрения факт, как нейтринные осцилляции.

Вы, возможно, считаете, что у каждой частицы есть определённая масса – к примеру, энергия массы электронов равна (E = mc2) 0,000511 ГэВ – и с одной из возможных точек зрения три типа нейтрино не являются исключениями. Мы можем классифицировать три нейтрино по их массам (которые пока точно неизвестны), и называть их, от наиболее лёгких к наиболее тяжёлым, нейтрино-1, нейтрино-2 и нейтрино-3. Мы назовём такое деление массовой классификацией, а такие типы нейтрино – массовыми типами.
Читать полностью »

в 17:53, , рубрики: Matt Strassler, Научно-популярное, проблема иерархии, суперсимметрия, физика

Что такое суперсимметрия?

Суперсимметрия – это гипотетическая симметрия пространства и времени, причём уникальная. Среди физиков-теоретиков эта идея несколько десятилетий была очень популярной по ряду причин – она была хитом, когда я был студентом, ещё до того, как физика стала крутой темой, и даже ещё раньше.

Автоматическим следствием наличия в природе симметрии будет то, что у каждого типа частиц будет один или несколько суперпартнёров – другой тип частиц, обладающий теми же свойствами, но отличающийся определённым, и важным, образом. Если частица – фермион, то её суперпартнёр – бозон. Если частица – бозон, её суперпартнёр – фермион (что такое фермионы и бозоны).

В нашем мире множество фермионов – это все частицы материи – и множество бозонов – это все переносчики взаимодействий. Но ни у одной из этих частиц нет свойств, подходящих для того, чтобы быть кому-то суперпартнёром. Поэтому, если бы суперсимметрия была природной симметрией, у каждого из известных нам типов элементарных частиц должны были бы быть партнёры, пока нами не открытые. А поскольку нам известно более 20 частиц, то работы у нас непочатый край!

Так что же это за симметрия? Это симметрия, связывающая пространство и время с направлениями пространства и времени суперпартнёров – иначе говоря, у пространства-времени имеются дополнительные измерения, непохожие на знакомые нам. В бозонном измерении – к ним мы привыкли – можно двигаться сколько угодно далеко, допустим, шаг за шагом продвигаться влево. В фермионном измерении всё устроено так, что можно сделать только один шаг. Если сделать ещё один шаг, то вы окажетесь нигде. Вы можете только вернуться. Это звучит странно, и это так и есть; в итоге приходится определять такие измерения через математику, а не при помощи слов или аналогий.
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 18:35, , рубрики: Matt Strassler, квантовая физика, Кванты, поля, физика

1. Шар на пружине, ньютоновская версия
2. Квантовый шар на пружине
3. Волны, классический вид
4. Волны, классическое уравнение движения
5. Квантовые волны
6. Поля
7. Частицы – это кванты

В предыдущей статье серии я объяснил, что частицы природы – это кванты релятивистских полей, удовлетворяющие уравнениям движения класса 0 и класса 1. Но чего я пока не сказал, так что это утверждение, к счастью, верно лишь отчасти. Реальные уравнения всегда чуть более сложные, таким образом, что взаимосвязь частиц и полей остаётся, но при этом становятся возможными гораздо более разнообразные явления и процессы, включая появление частиц после столкновения других частиц, распад частиц на другие частицы, и рассеяние частиц друг с друга, а также формирование таких интересных объектов, как протоны и нейтроны, атомные ядра и атомы. Я не смогу объяснить всё это подробно, но в этой статье дам вам вводную того, как всё это работает.
Читать полностью »

123
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