standardmodellen

Diskussion

introduktion

standardmodellen er navnet givet i 1970 ‘ erne til en teori om grundlæggende partikler og hvordan de interagerer. Det inkorporerede alt, hvad der var kendt om subatomære partikler på det tidspunkt og forudsagde eksistensen af yderligere partikler også.

Der er sytten navngivne partikler i standardmodellen, organiseret i diagrammet vist nedenfor., De sidste partikler, der blev opdaget, var Bos og BOS bosonerne i 1983, den øverste kvark i 1995, tau neutrino i 2000 og Higgs bosonen i 2012.

standardmodelpartikler (nukleoner inkluderet til sammenligning)* masser fra Partikeldatagruppe prot protonen og neutronen er hadroner (lavet af kvarker), baryoner (lavet af tre kvarker) og nukleoner (fundet i kernen), men de er ikke standardmodelpartikler

‡ Higgs bosonen er den eneste kendte skalar boson.,

familie			partikel	forudsagt/ har opdaget		tur antal	gebyr (e)	farve	*massen* (MeV/c2)
f e r m jeg o n s	q u r k s	u	op quark	1964	1968	½	+⅔+	r, g, b	2.16
		d	ned kvark	1964	1968	½	−⅓−	r, g, b	4.,t> +⅔+ r, g, b 1,270 i strange quark 1964 1968 ½ −⅓− b, g, b 93 support top quark 1973 1995 ½ +⅔+ b, g, b 172,760 b bund quark 1973 1977 ½ −⅓− b, g, b 4,180 med i s t o n i i electron 1874 1897 ½ −1− ingen 0.,51099895
		μ	muon	0000	1936	½	−1−	none	105.658375
		τ	tau	0000	1975	½	−1−	none	1776.86
		νe	electron neutrino	1930	1956	½	0	none	< 1.1 × 10−6
		νμ	muon neutrino	s1940s	1962	½	0	none	< 0.,19
	ντ	tau neutrino	s1970s	2000	½	0	none	< 18.2
	†	p	proton	1815	1917	½	+1+	none	938.272081
		n	neutron	1920	1932	½	0	none	939.,565413
	b o s o n s	v e c t o r	g	gluon	1962	1978	1	0	8 colors	0
			γ	photon	0000	1899	1	0	none	0
			W	W boson	1968	1983	1	±1±	none	80,379
			Z	Z boson	1968	1983	1	0	none	91,187.,6
		125	h	higgs boson	1964	2012	0	0	none	125,100

partikelfamilier

grundlæggende partikler er enten materiens byggesten, kaldet fermioner, eller mæglerne af interaktioner, kaldet bosoner. Der er tolv navngivne fermioner og fem navngivne bosoner i standardmodellen.,

Fermions adlyde en statistisk regel beskrevet af Enrico Fermi (1901-1954), i Italien, Paul Dirac (1902-1984) af England, og Wolfgang Pauli (1900-1958), i Østrig kaldes udelukkelse princippet. Enkelt sagt kan fermioner ikke besætte det samme sted på samme tid. (Mere formelt kan ikke to fermioner beskrives med de samme kvantetal.) Leptoner og kvarker er fermioner, men det samme er ting lavet af dem som protoner, neutroner, atomer, molekyler, mennesker og vægge. Dette stemmer overens med vores makroskopiske observationer af stof i hverdagen., Folk kan ikke gå gennem vægge, medmindre væggen kommer ud af vejen.bosoner har derimod ikke noget problem med at besætte det samme sted på samme tid. (Mere formelt kan to eller flere bosoner beskrives med de samme kvantetal.) De statistiske regler, som bosoner adlyder, blev først beskrevet af Satyendra Bose (1894-1974) i Indien og Albert Einstein (1879-1955) i Tyskland. Gluoner, fotoner og W, and og Higgs er alle bosoner. Som de partikler, der udgør lys og andre former for elektromagnetisk stråling, er fotoner de bosoner, vi har den mest direkte erfaring med., I vores daglige oplevelse ser vi aldrig lysstråler gå ned i hinanden. Fotoner er som fantomer. De passerer gennem hinanden uden virkning.

elementære partikler har en iboende spinvinkelmoment S. adjektivet iboende betyder medfødt eller essentielt for selve tinget. Elementære partikler har ikke spin, fordi nogen spinder dem. De spinder bare-eller rettere, de har bare en målbar mængde med de samme enheder som vinkelmoment. I den nuværende fysik er elementære partikler funktionelløse-som et matematisk punkt., For at noget skal opfattes som spinding, ville ting, der spinder, have brug for noget som en “front” og en “back”. Fejlfri, punktpartikler har ikke noget lignende. Partikelfysik beskrives bedst med matematik. Spin er en praktisk etiket til en målbar kvalitet og ikke en beskrivelse af virkeligheden.

hver elementær partikel har forbundet med det et spin quantumuantum nummer s (ofte kaldet spin-nummer eller bare spin), hvor s er et helt tal flere af en halv. Fermioner har halv integreret spin-quantumuantum numre (1, 1., 2., etc.,) og bosoner har integreret spin-quantumuantum numre (0, 1, 2, etc.). Ingen spin-numre er mulige i mellem disse. Spin er en kvantiseret mængde.

de elementære fermioner har et spin på.. Partikler fremstillet af kombinationer af fermioner vil have et samlet spin, Der er en kombination af de enkelte spins. En baryon sammensat tre kvarker vil kombinere til en samlet spin på or eller 1., da disse er de eneste mulige, ikke-negative kombinationer af…… Det viser, at alle baryoner (som protoner og neutroner, for eksempel) også er fermioner., Ligeledes vil en meson sammensat af en kvark og en antikvark kombineres til et samlet spin på 0 eller 1, da disse er de eneste mulige, ikke-negative kombinationer af…. Det viser, at alle alle mesoner (som pionen af den resterende stærke interaktion, for eksempel) også er bosoner.

de kraftkarierende bosoner i standardmodellen (gluoner, fotoner og W og and) har spin 1, da de går med vektorfelter. Higgs boson svarer til et skalært felt, så det har spin 0., Hvis gravitationsfeltets partikel nogensinde opdages, ville det blive kaldt en graviton og ville have et spin 2, da det svarer til et tensorfelt. En tensor er et matematisk objekt, der er mere komplekst end en vektor, som igen er mere kompleks end en skalar. Se trenden? Et skalært felt uden retning får en partikel med spin 0. Et vektorfelt med en retning får en partikel med spin 1. Et tensorfelt, der strækker og klemmer plads i to retninger, får en partikel med spin 2.

alle grundlæggende og sammensatte partikler har et spin quantumuantum nummer s (små bogstaver)., Dette er forbundet med et spin vinkelmoment S (store bogstaver). SI-enheden for vinkelmoment er kilogram meter kvadreret per sekund eller tilsvarende joule sekund , som er alt for stor til elementære partikler. I stedet bruges ℏ( H bar), også kendt som den reducerede Planck-konstant (==h/2.). Af årsager, der ligger uden for rammerne af denne bog, spin kvantemekanikken s (der er bare et nummer) og spin impulsmoment S (som er et tal med en enhed) er ikke numerisk samme. I stedet, de er relateret af en ikke-indlysende ligning.,

S =	⎡ ⎣	s	⎛ ⎝	s	+ 1	⎞ ⎠	⎤½ ⎦	ℏ

For partikler med spin quantum antallet af 0, løsningen er en fornuftig spin impulsmoment af 0 ℏ.,

S(0) =	⎡ ⎣	0	⎛ ⎝	0	+ 1	⎞ ⎠	⎤½ ⎦	ℏ = 0 ℏ

For højere spin quantum numre spin impulsmoment stiger, men udover det er der ikke så meget andet, der kan være kort og godt.,

fermioner er opdelt i to grupper på seks: dem, der skal binde sammen, kaldes kvarker, og dem, der kan eksistere uafhængigt, kaldes leptoner.

ordet “quuark” optrådte oprindeligt i en enkelt linje i romanen Finnegans Wakeake skrevet af den irske forfatter James Joyce (1882-1941). Hovedpersonen i bogen er en publican ved navn Humphrey Chimpden Ear .icker, der drømmer om at han serverer øl til en beruset måge (ingen vittighed). I stedet for at bede om ” tre kvarter til Mister Mark “siger den berusede fugl”tre kvarker til Muster Mark”., Da pre-Standard Model teorien var komplet med kun tre kvarker, navnet gav mening. Den fulde standardmodel i dag har brug for seks kvarker. Det har ikke gjort ordet mindre sjovt at sige. Quark! De seks varianter af quuark er op, ned, mærkelig, charme, top og bund. Navnene på smagene er i det væsentlige meningsløse.kvarker er kendt for at binde sig til trillinger og dubletter. Tripletterne kaldes baryoner, et udtryk afledt af det græske ord var var.. ((varys), der betyder “tungt”. Dubletterne kaldes mesoner, et udtryk afledt af det græske ord mes mes. (((mesos), der betyder “medium”., Baryoner (de tunge trillinger), mesoner (mellemvægtsdoblerne) og kvarker (de grundlæggende partikler) er kendt som hadroner, fra det græske ord ad ad.ad ((adros), der betyder tyk, robust, massiv eller stor. Dette navn henviser til de punktlignende kvarkers evne til at binde sammen og danne partikler, der er “tykke” i en bestemt forstand.

de andre seks fermioner kaldes leptoner, et navn afledt af det græske ord λ (.. (((leptos), der betyder tynd, delikat, let eller lille. Disse partikler behøver ikke at binde til hinanden, hvilket holder dem “tynde” i en vis forstand., Oprindeligt blev leptoner betragtet som de “lette” partikler og hadroner de “tunge” partikler, men opdagelsen af tau lepton i 1975 brød denne regel. Tau (den tungeste lepton) er næsten dobbelt så massiv som en proton (den letteste hadron).

baryoner fundet i kernen (proton og neutron) kaldes nucleons. Det latinske ord for kerne er kerne. Nukleoner findes i atomets metaforiske “kerne”. Baryoner, der indeholder mindst en mærkelig kvark, men ingen charme, bund eller øverste kvarker kaldes hyperoner., Det græske ord for beyond er υper.. (yper), som forvandlet til det engelske præfiks hyper -. Hyperoner er partikler, der er “vej ud” i en vis forstand.

neutrinerne er en vigtig undergruppe inden for leptonerne. De kommer i tre varianter opkaldt efter deres partner leptons. Elektronen, Myon, og tau er matchet med elektronen neutrino, Myon neutrino, og tau neutrino. Neutrinoer har meget lidt masse (selv for leptoner) og interagerer så svagt med resten af partiklerne, at de er usædvanligt vanskelige at opdage. Navnet er et spil på ord., Det italienske ord for neutron (Neutron) lyder som ordet neutral (neutro) med en augmentative suffiks (- en) stablet på enden. Det vil sige, det lyder noget som “stort neutralt” for italienske ører. Udskift det augmentative suffiks – et med det diminutive suffiks-ino, og du har en” lille neutral”, hvilket er en god beskrivelse af, hvad en neutrino er — en diminutiv neutral partikel. Aaaaa, , så lille og neutral.

fermioner tilhører en af tre kendte generationer fra almindelig (I), til eksotisk (II), til meget eksotisk (III)., (Dette er de adjektiver, jeg valgte for at beskrive generationerne.) Generation i-partikler kan kombineres for at danne hadroner med effektivt uendelige levetid (stabile atomer lavet af elektroner, protoner og neutroner for eksempel). Generation II partikler danner altid ustabile hadroner. Den længste levede hadron indeholdende en generation II-kvark er lambda-partiklen (lavet af en op, ned og mærkelig kvark). Det har en gennemsnitlig levetid på mindre end en milliarddel af et sekund, hvilket betragtes som langlivet for en ustabil hadron. Generation III partikler er opdelt i deres adfærd., Den nederste kvark er ikke meget fremmed end en mærkelig kvark, men den øverste kvark er så kortvarig, at den ikke eksisterer længe nok til at gøre noget. Det falder fra hinanden, før verden selv ved, at den eksisterer. Topkvarker kendes kun fra deres henfaldsprodukter.

partikel interaktioner

Tre af de fire grundlæggende fources af natur er inkluderet i Standard-Modellen for partikel fysik — elektromagnetismen, den stærke kraft, og den svage kraft. (Gravity er ikke inkluderet i standardmodellen.,) Hver kraft virker mellem partikler på grund af nogle egenskab af denne partikel — ladning for elektromagnetisme, farve for den stærke kraft og smag for den svage kraft. De bosoner, der er forbundet med hver kraft, kaldes gauge bosoner — fotonen til elektromagnetisme, gluoner for den stærke kraft og BOS og BOS bosoner for den svage kraft.

ladning er egenskaben af stof, der giver anledning til elektriske og magnetiske fænomener (kendt kollektivt som elektromagnetisme)., Charge er kvantiseret, hvilket betyder, at den kun kan eksistere i diskrete mængder med begrænsede værdier — multipler og fraktioner af elementærladningen (e = 1,6 10-1 10-19 C). Partikler, der eksisterer uafhængigt (elektronen, Myon og tau) bærer multipla af elementærladningen (-1 e), mens kvarker bærer fraktioner af elementærladningen (+e E eller −e e). Kvarker binder altid sammen i grupper, hvis samlede ladning er et integreret multiplum af elementærladningen, hvorfor ingen nogensinde direkte har målt en brøkladning., Da modsatte ladninger tiltrækker, har elektroner desuden en tendens til at binde til protoner for at danne atomer, der generelt er neutrale. Vi bemærker normalt ikke stoffets elektriske natur på grund af dette.

ladede partikler interagerer ved udveksling af fotoner — bæreren af den elektromagnetiske kraft. Når en elektron afviser en anden eller en elektron kredser om en kerne, er en foton ansvarlig. Fotoner er masseløse, uladede og har et ubegrænset interval., Den matematiske model, der bruges til at beskrive interaktionen mellem ladede partikler gennem udveksling af fotoner, er kendt som kvanteelektrodynamik (.ed).

kvarker holder sig til andre kvarker, fordi de har en egenskab kendt som farve (eller farveladning). Kvarker kommer i en af tre farver: rød, grøn og blå. Lad ikke ordene vildlede dig. Kvarker er alt for små til at være synlige og kunne derfor aldrig have en perceptuel egenskab som farve. Navnene blev valgt på grund af en bekvem analogi., Farverne på kvarker i standardmodellen kombineres som lysets farver i menneskets syn.

rødt lys plus grønt lys plus blåt lys forekommer os mennesker som “farveløst” hvidt lys. En baryon er en triplet af en rød, en grøn og en blå kvark. Sæt dem sammen, og du får en farve neutral partikel. En farve plus den modsatte farve giver også hvidt lys. Rødt lys plus cyan Lys ser det samme ud for mennesker som for eksempel hvidt lys. En meson er en DUBLET af en farvet kvark og en anticolored antikvark. Sæt dem sammen, og du får en farve neutral partikel.,

Der er noget om farve, der gør det lyst til at skjule sig fra noget større end en kerne. Kvarker kan ikke tåle at være adskilt fra hinanden. De skal bare slutte sig sammen og altid gøre det på en måde, der skjuler deres farve fra omverdenen. En farve foretrækkes aldrig frem for en anden, når kvarker mødes. Matter er farve neutral ned til den meget lille skala.

farvede partikler er bundet sammen af de passende navngivne gluoner. Gluoner er også farvede, men på en mere kompliceret måde end kvarkerne er., Seks af de otte gluoner har to farver, en har fire, og en anden har seks. Gluoner limer kvarker sammen, men de holder sig også til sig selv. En konsekvens af dette er, at de de kan ikke nå ud og gøre meget ud over kernen.

den matematiske model, der bruges til at beskrive interaktionen mellem farvede partikler gennem udvekslingen af gluoner, er kendt som kvantekromodynamik (.cd). Det hele klæbrige rod kaldes den stærke kraft eller den stærke interaktion, da det resulterer i kræfter i kernen, der er stærkere end den elektromagnetiske kraft., Uden den stærke kraft ville hver kerne blæse sig til smedere.

Der er tolv navngivne elementære fermioner. Forskellen mellem dem er en af smag. Ordet ” smag “bruges her til at betyde” type”, og det gælder kun for fermioner. Lad ikke ordet vildlede dig. Subatomære partikler er alt for små til at have nogen egenskaber, der kunne observeres direkte af menneskelige sanser.,

aromatiserede partikler interagerer svagt gennem udvekslingen af BOS — eller Bos-bosoner-bærerne af den svage kraft (også kendt som mellemliggende vektorbosoner). Når en neutron henfalder til en proton, er en prot− boson ansvarlig. Den matematiske model, der bruges til at beskrive interaktionen mellem aromatiserede partikler gennem udveksling af BOS-og BOS-bosoner, er undertiden kendt som quantumuantum flavordynamics (quantumfd), men dette er et udtryk, der ikke bruges af arbejdende partikelfysikere. Ved højere energier begynder de svage og elektromagnetiske kræfter at se mere og mere ens ud., Den matematiske model, der beskriver disse interaktioner sammen, er kendt som Electro .eak theory (e .t). Dette er det konventionelle navn for teorien om den svage kraft.

masse og tyngdekraft

alle fermioner menes at have en ikke-nul hvilemasse. Partikler i generation I er mindre massive end dem i generation II, som er mindre massive end dem i generation III. inden for generationerne er kvarker mere massive end leptoner, og neutrinoer er mindre massive end de andre leptoner. Bosoner er opdelt, når det kommer til masse., Gluoner og fotoner er masseløse. Bos, Hi og Higgs bosoner er massive.

masse er energi. En bevægelig partikel er mere massiv end en stationær partikel, fordi den har kinetisk energi. Logisk set bør en stationær partikel ikke have nogen masse. Hvis vi kunne stoppe en foton (som vi ikke kan), ville det ikke veje noget. Vores logik ser ud til at virke. Hvis vi kunne stoppe en elektron (som vi kan), ville det veje noget. Vores logik er brudt. Hvorfor vejer nogle partikler noget i ro, og andre vejer intet?,

masse er energi, og energi kommer i to typer: kinetisk energi (bevægelsesenergien) og potentiel energi (arrangementets energi). Det kinetiske energibidrag til masse er mindre. Det meste af massen omkring os kommer fra en slags potentiel energi. For eksempel er en proton lavet af to op kvarker og en ned kvark. Masserne af disse tre kvarker tilføjer ikke op til massen af en proton.

mp	≠	2mu +1md
938.,272 MeV/c2	≠	2(2.3 MeV/c2) + 1(4.8 MeV/c2)
938.272 MeV/c2	≠	9.4 MeV/c2

masserne af de dele, der er kun 1% af massen af det hele. De resterende 99% kommer fra den potentielle energi fra den stærke kraft, der holder protonen sammen. Partiklerne, der formidler den stærke kraft, er gluoner. Interaktionsenergien af disse masseløsepartikler er det, der giver protonen det meste af sin masse.,

så hvorfor har kvarker masse, men gluonerne gør det ikke? Eller som spørgsmålet historisk blev sagt, Hvorfor har Bos-og BOS-bosonerne masse, men fotonen gør det ikke? Måske er der en anden form for potentiel energi. Måske er der en anden interaktion derude — en interaktion, der nogle partikler, føle og andre ikke. Hvis der er en interaktion, der er en partikel — en partikel, der giver masse til andre partikler, når de bare sidder og laver ingenting. Interaktionen, der giver masse til elementære partikler, blev foreslået i 1964 af forskere på tre uafhængige steder.,

1. François Englert og Robert Brout på L ‘ Université Libre de Bruxelles i Belgien
2. Peter Higgs ved University of Edinburgh i Skotland
3. Gerald Guralnik, Carl Hagen, og Tom Kibble på Imperial College, London

Det skal kaldes Englert-Brout-Higgs-Guralnik-Hagen-Kibble-mekanisme, men det er det ikke. Uanset årsagen, er den interaktion, der giver masse til elementære partikler kaldes Higgs-mekanismen og den partikel, som formidler samspillet kaldes Higgs-partiklen, Higgs-partiklen, eller (sjældent) det higgson.,

hele rummet antages at være fyldt med et Higgs — felt-et baggrundshav af virtuelle Higgs bosoner, der dukker ind og ud af eksistensen. Kvarker, leptoner og W-og Z-bosoner, der bevæger sig rundt i rummet, interagerer med dette felt, hvorfor disse partikler har masse. Fotoner og gluoner interagerer ikke med Higgs-feltet, hvorfor disse partikler ikke har masse. Selv Higgs bosonen selv interagerer med Higgs-feltet. Det giver sig selv masse!, Higgs boson er forskellig fra de andre bosoner (gluoner, fotoner, Bos og Z bosoner), idet Higgs-mekanismen ikke resulterer i noget, der ligner en kraft (som de stærke, elektromagnetiske og svage kræfter). Higgs feltet er et skalært felt og Higgs bosonen er en partikel med spin nul.

tyngdekraften er kraften mellem objekter på grund af deres masse. Den matematiske model, der beskriver tyngdekraften på partikelniveauet, kaldes undertiden kvantegeometrodynamik (ggd), men kaldes oftere kvantegravitation., Standardmodellen for partikelfysik inkluderer ikke tyngdekraft (det kunne heller ikke nogensinde), og der er i øjeblikket ingen kvanteteori om gravitation. Hvis der var, ville det have til at omfatte en kraft karying partikel. Det foreslåede navn for denne partikel er gravitonen. Generel relativitet beskriver gravitationsbølger som en tensorforstyrrelse, der propogerer — en, der skærer rumtid langs to skiftende vinkelrette retninger. Denne todimensionelle adfærd fører teoretiske fysikere til at tro, at gravitonen ville have spin to.,

det er håbet, at tyngdekraften vil blive taget hånd om i en teori ud over standardmodellen. I et ekstremt tilfælde af selvtillid foreslår nogle teoretikere, at en sådan teori ville være en teori om alt. I betragtning af videnskabens historie (og livet generelt) er alt, hvad der hævder at være den ultimative repræsentation af virkeligheden (videnskabelig, økonomisk, kulturel eller religiøs), bestemt dømt til at blive erstattet af noget større og bedre — eller i det mindste noget mindre forkert.

navne, navne, navne

temaet for dette emne synes at være “Navne, navne, navne”.,

Partikelgrupper opkaldt efter fysikere* klassiske partikler (for eksempel molekylerne i en ideel gas) er ikke en del af standardmodellen, men er inkluderet til sammenligning.,d>

uden

Partikel grupper med navne af latinsk oprindelse,

– gruppen	latinske rod	betydning
nucleons	nucleus	kernel

Partikel grupper med navne på diverse oprindelse

– gruppen	kilde	forklaring
neutrinoer	Enrico Fermi (1901-1954) Italien	italiensk diminutiv form af neutron (neutrone)., Neutrino kunne oversættes som den” lille neutrale “for at kontrastere den med Neutron, som er den”store neutrale”.
kvarker	Murray Gell-Mann (1929-2019) Usa	En vilkårlig ytring senere i forbindelse med en passage i Finnegans Wake — en roman af den Irske modernistiske forfatter James Joyce. Betød at lyde som en beruset måge bestilling “quaruarts” af øl.,aternions absolut værdi 1, {x ∈ ℍ: |x| =1} diffeomorphic til en hypersphere (3-sfære) homomorphic rotation gruppe(3), mængden af alle rotationer om oprindelsen i de almindelige tre-dimensionelle euklidiske rum U(1) 1st henblik på ensartet gruppe sæt af alle 1 × 1 unitære matricer isomorf til den gruppe, den multiplikative gruppe af komplekse tal med absolut værdi 1, T = {x ∈ ℂ: |x| =1} isomorf til det(2), den anden ordre specielle ortogonale gruppe lagrange Hvad er dette?, Standardmodellen Lagrangian. Hvad står der? Jeg siger til, når jeg finder ud af det.