The Standard Model-The Physics Hypertextbook

Discussion

introduction

The Standard Model is the name given in the 1970s to a theory of fundamental particles and how they interact. Ele incorporou tudo o que era conhecido sobre partículas subatômicas na época e previu a existência de partículas adicionais também.

existem dezessete partículas nomeadas no modelo padrão, organizadas no gráfico abaixo., As últimas partículas descobertas foram os bósons W E Z em 1983, o quark top em 1995, o neutrino tau em 2000 e o bosão de Higgs em 2012.

modelo Padrão de partículas (núcleos incluídos para comparação)
família			partícula	previstos/ descoberto		rotação número	carregar (e)	cor	massa (MeV/c2)
f e r m i o n s	q u r k s	u	quark up	1964	1968	½	+⅔+	r, g, b	2.16
		d	down e um quark	1964	1968	½	−⅓−	r, g, b	4.,t> +⅔+ r, g, b 1,270 no estranho quark 1964 1968 ½ −⅓− b, g, b 93 suporte top quark 1973 1995 ½ +⅔+ b, g, b 172,760 b quark bottom 1973 1977 ½ −⅓− b, g, b 4,180 com em p t o n em no elétron 1874 1897 ½ −1− none 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
		‡	H	higgs boson	1964	2012	0	0	none	125,100

de partículas de famílias

partículas Fundamentais são os blocos de construção da matéria, chamado de fermions, ou os mediadores das interações, chamado os bosões. Existem doze férmions nomeados e cinco bosões nomeados no modelo padrão.,Fermions obey a statistical rule described by Enrico Fermi (1901-1954) of Italy, Paul Dirac (1902-1984) of England, and Wolfgang Pauli (1900-1958) of Austria called the exclusion principle. Simplesmente dito, férmions não podem ocupar o mesmo lugar ao mesmo tempo. (Mais formalmente, nenhum dois férmions pode ser descrito pelos mesmos números quânticos. Leptões e quarks são férmions, mas assim são coisas feitas deles como prótons, nêutrons, átomos, moléculas, pessoas e paredes. Isto concorda com nossas observações macroscópicas da matéria no cotidiano., As pessoas não podem atravessar paredes a menos que a parede saia do caminho.

Bosons, em contraste, não têm nenhum problema ocupando o mesmo lugar ao mesmo tempo. (Mais formalmente, dois ou mais bósons podem ser descritos pelos mesmos números quânticos. As regras estatísticas que os bósons obedecem foram primeiramente descritas por Satyendra Bose (1894-1974) da Índia e Albert Einstein (1879-1955) da Alemanha. Glúons, fotões, e o W, Z e Higgs são todos bósons. Como as partículas que compõem a luz e outras formas de radiação eletromagnética, os fótons são os bósons com os quais temos a experiência mais direta., Na nossa experiência diária, nunca vemos feixes de luz chocarem-se uns contra os outros. Os fotões são como fantasmas. Eles passam uns pelos outros sem efeito.

partículas elementares têm um impulso angular rotativo intrínseco S. O adjetivo intrínseco significa inato ou essencial para a própria coisa. Partículas elementares não têm rotação porque alguém AS está a girar. Eles apenas giram-ou melhor, eles apenas têm uma quantidade mensurável com as mesmas unidades como momento angular. Na física atual, partículas elementares são sem proeza-como um ponto matemático., Para que algo seja percebido como girando, a coisa girando precisaria de algo como “frente”e ” costas”. As partículas pontuais não têm nada disso. A física de partículas é melhor descrita com a matemática. Spin é um rótulo conveniente para uma qualidade mensurável e não uma descrição da realidade.

cada partícula elementar tem associado a ele um número quântico de spin s (muitas vezes chamado de número de spin ou apenas o spin), onde s é qualquer número inteiro múltiplo de uma metade. Os férmions têm números quânticos de spin semi-integral ( ½ , 1½, 2½, etc.,) e os bósons têm números quânticos de spin integral (0, 1, 2, etc.). Nenhum número de rotação é possível entre estes. Spin é uma quantidade quantizada.

os férmions elementares têm um spin de½. Partículas feitas a partir de combinações de férmions terão um spin global que é uma combinação dos spins individuais. Um bárion composto por três quarks irá combinar para um spin global de ½ ou 1½, uma vez que estas são as únicas combinações possíveis, não-negativas de½±½. Isso mostra que todos os bárions (como prótons e nêutrons, por exemplo) também são férmions., Da mesma forma, um méson composto por um quark e um antiquark se combinará a um spin global de 0 ou 1 uma vez que essas são as únicas combinações possíveis, não-negativas de½±½. Isso mostra que todos os mésons (como o pião da interação forte residual, por exemplo) também são bósons.

os bósons de cariz de força do Modelo Padrão (glúons, fótons, e o W E Z) têm spin 1 uma vez que eles vão com campos vetoriais. O bosão de Higgs corresponde a um campo escalar, por isso tem spin 0., Se a partícula do campo gravitacional for descoberta, ela seria chamada de gravitão e teria um spin 2 uma vez que corresponde a um campo tensor. Um tensor é um objeto matemático que é mais complexo do que um vetor, que por sua vez é mais complexo do que um escalar. Vês a tendência? Um campo escalar sem direção recebe uma partícula com spin 0. Um campo vetorial com uma direção recebe uma partícula com spin 1. Um campo tensor que se estende e aperta o espaço em duas direções recebe uma partícula com spin 2.todas as partículas fundamentais e compostas têm um número quântico de spin s (minúsculas)., Isto está associado a um momento angular de rotação S (maiúsculas). A unidade SI de momento angular é o quilograma metro quadrado por segundo ou, equivalentemente, o joule segundo , que é muito grande para partículas elementares. Em vez disso, é usado O ℏ (H bar), também conhecido como a constante reduzida de Planck (ℏ = h/2π). Por razões que estão além do escopo deste livro, O número quântico spin s (que é apenas um número) e o momento angular spin S (que é um número com uma unidade) não são numericamente os mesmos. Em vez disso, eles estão relacionados por uma equação não-óbvia.,

S =	⎡ ⎣	s	æ ø	s	+ 1	⎞ ø	⎤½ ⎦	ℏ

Para partículas com spin quântico, número 0, a solução é um sensível spin, o momento angular de 0 ℏ.,

S(0) =	⎡ ⎣	0	æ ø	0	+ 1	⎞ ø	⎤½ ⎦	ℏ = 0 ℏ

Para maiores números quânticos de spin spin momento angular aumenta, mas, além de que não há muito mais que pode ser dito.,

férmions são divididos em dois grupos de seis: aqueles que devem se unir são chamados quarks e aqueles que podem existir independentemente são chamados leptons.

A palavra “quark” apareceu originalmente em uma única linha do romance Finnegans Wake escrito pelo autor Irlandês James Joyce (1882-1941). O protagonista do livro é um publicano chamado Humphrey Chimpden Earwicker que sonha que ele está servindo cerveja para uma gaivota bêbada (sem brincadeira). Em vez de pedir “três quartos para o Sr. Mark”, O pássaro embriagado diz “três quarks para o Muster Mark”., Uma vez que a teoria pré-Padrão do modelo foi completa com apenas três quarks, o nome fez algum sentido. O modelo padrão completo hoje precisa de seis quarks. Isso não tornou a palavra menos divertida de se dizer. Quark! Os seis sabores do quark são para cima, para baixo, estranho, charmoso, para cima e para baixo. Os nomes dos sabores são essencialmente sem sentido.sabe-se que os Quarks se ligam em trigémeos e duplos. Os trigêmeos são chamados de bárions, um termo derivado da palavra grega βαρύς (varys) que significa “pesado”. Os duplos são chamados mésons, um termo derivado da palavra grega μέσος (mesos) que significa “meio”., Coletivamente bárions (os trigêmeos pesados), mésons (os duplos médios) e quarks (as partículas fundamentais) são conhecidos como Hádrons, a partir da palavra grega αδρός (adros) que significa grosso, robusto, massivo ou grande. Este nome alude à capacidade dos quarks de ponto se ligarem e formarem partículas que são “espessas” em um certo sentido.os outros seis férmions são chamados leptões, um nome derivado da palavra grega λεπτός (leptos) que significa fino, delicado, leve ou pequeno. Estas partículas não precisam de se ligar umas às outras, o que as mantém “finas” num certo sentido., Originalmente leptões eram considerados as partículas ” leves “e Hádrons as partículas” pesadas”, mas a descoberta do tau lepton em 1975 quebrou essa regra. O tau (o lepton mais pesado) é quase duas vezes maior que um próton (o hádron mais leve).os bárions encontrados no núcleo (o próton e o nêutron) são chamados de nucleons. A palavra latina para núcleo é núcleo. Nucleons são encontrados no “núcleo” metafórico do átomo. Os bárions que contêm pelo menos um quark estranho, mas nenhum charme, fundo ou top quarks são chamados de hiperões., A palavra grega para além É υπέρ (yper), que se transformou no prefixo inglês hyper-. Hiperões são partículas que estão “fora” num certo sentido.

os neutrinos são um subgrupo importante dentro dos leptões. Eles vêm em três sabores com o nome do seu parceiro leptons. O elétron, o muon e o tau são combinados com o neutrino eletrônico, o neutrino muon e o neutrino tau. Os Neutrinos têm muito pouca massa (mesmo para leptões) e interagem de forma tão fraca com o resto das partículas que são excepcionalmente difíceis de detectar. O nome é um jogo de palavras., A palavra italiana para nêutron (nêutron) soa como a palavra neutral (nêutro) com um sufixo aumentado (- um) preso na extremidade. Isto é, soa algo como “grande neutro” para os ouvidos italianos. Substitua o sufixo augmentativo-um com o sufixo diminutivo-ino e você tem um “pouco neutro”, que é uma boa descrição do que é um neutrino — uma partícula neutra diminutiva. Aaaaaw, tão pequeno e neutro.

Fermions belong to one of three known generations from ordinary (I), to exotic (II), to very exotic (III)., Estes são os adjectivos que escolhi para descrever as gerações. As partículas de geração I podem combinar-se para formar Hádrons com efetivamente espaços de vida infinita (átomos estáveis feitos de elétrons, prótons e nêutrons, por exemplo). Partículas de geração II sempre formam Hádrons instáveis. O hádron de maior duração contendo um quark de geração II é a partícula lambda (feita de um quark up, down e strange). Tem uma vida média de menos de um bilionésimo de segundo, que é considerado de longa duração para um hadron instável. Partículas de Geração III são divididas em seu comportamento., O quark inferior não é muito mais estranho do que um quark estranho, mas o quark superior é tão curto que não existe tempo suficiente para fazer alguma coisa. Desmorona-se antes que o mundo saiba que existe. Os quarks de topo só são conhecidos pelos seus produtos de decaimento.

interações de partículas

três das quatro fontes fundamentais da natureza estão incluídas no modelo padrão da física de partículas — eletromagnetismo, força forte e força fraca. (A gravidade não está incluída no modelo padrão., Cada força atua entre partículas por causa de alguma propriedade dessa carga de partículas para o eletromagnetismo, cor para a força forte, e sabor para a força fraca. Os bósons associados a cada força são chamados bósons gauge-o fóton para eletromagnetismo, glúons para a força forte, e os bósons W E Z para a força fraca.

Carga é a propriedade da matéria que dá origem a fenômenos elétricos e magnéticos (conhecidos coletivamente como o eletromagnetismo)., A carga é quantizada, o que significa que só pode existir em quantidades discretas com valores restritos — múltiplos e frações da carga elementar (e = 1,6 × 10-19 C). Partículas que existem independentemente (o elétron, múon e tau) carregam múltiplos da carga elementar (-1 e), enquanto quarks carregam frações da carga elementar (+⅔e ou −⅓ e). Quarks always bind together in groups whose total charge is an integral multiple of the elementary charge, which is why no one has ever directly measured a fractional charge., In addition, since opposite charges attract, electrons tender to bind to protons to form atoms that are neutral overall. Normalmente não reparamos na natureza eléctrica da matéria por causa disto.

partículas carregadas interagem pela troca de fótons — o portador da força eletromagnética. Sempre que um elétron repele outro ou qualquer elétron orbita um núcleo, um fóton é responsável. Os fótons são sem massa, sem carga, e têm um alcance ilimitado., O modelo matemático usado para descrever a interação de partículas carregadas através da troca de fótons é conhecido como eletrodinâmica quântica (QED).

Quarks colam-se a outros quarks porque possuem uma característica conhecida como cor (ou carga de cor). Quarks vêm em uma de três cores: vermelho, verde e azul. Não deixes que as palavras te enganem. Quarks são muito pequenos para serem visíveis e, portanto, nunca poderiam ter uma propriedade perceptual como a cor. Os nomes foram escolhidos por uma analogia conveniente., As cores dos quarks no modelo padrão combinam-se como as cores da luz na visão humana.

luz vermelha Mais Luz verde mais luz azul aparece para nós humanos como luz branca “incolor”. Um bárion é um tripleto de um quark vermelho, um verde e um azul. Junta-os e obtém-se uma partícula neutra a cores. Uma cor mais a sua cor oposta também dá luz branca. A luz vermelha mais a luz cíana parecem iguais aos humanos como a luz branca, por exemplo. Um méson é um doublet de um quark colorido e um antiquark anticolored. Junta-os e obtém-se uma partícula neutra a cores.,

Há algo na cor que o faz querer esconder-se de algo maior do que um núcleo. Os Quarks não aguentam estar separados uns dos outros. Eles só têm que se juntar e sempre fazê-lo de uma forma que esconde a sua cor do mundo exterior. Uma cor nunca é favorecida em detrimento de outra quando quarks se reúnem. A matéria é neutra em cores até a escala muito pequena.

as partículas coloridas estão unidas pelos glúons devidamente nomeados. Glúons também são coloridos, mas de uma forma mais complicada do que os quarks são., Seis dos oito glúons têm duas cores, um tem quatro e outro seis. Glúons colam quarks juntos, mas também se colam a si mesmos. Uma consequência disso é que eles não podem alcançar e fazer muito além do núcleo.

o modelo matemático usado para descrever a interação de partículas coloridas através da troca de glúons é conhecido como cromodinâmica quântica (QCD). Toda a confusão pegajosa é chamada de força forte ou a interação forte, uma vez que resulta em forças no núcleo que são mais fortes do que a força eletromagnética., Sem a força forte, cada núcleo explodia em pedaços.

existem doze férmions elementares nomeados. A diferença entre eles é de sabor. A palavra “sabor” é usada aqui para significar “tipo” e aplica-se apenas a férmions. Não deixes que a palavra te engane. As partículas subatômicas são muito pequenas para ter quaisquer características que possam ser diretamente observadas pelos sentidos humanos.,

partículas com sabor interagem fracamente através da troca de bósons W ou Z — Os portadores da força fraca (também conhecidos como bósons vetoriais intermediários). Quando um nêutron decai em um próton, um bóson− W é responsável. O modelo matemático usado para descrever a interação de partículas com sabor através da troca de bósons W E Z é às vezes conhecido como flavordinâmica quântica (QFD), mas este é um termo que não é usado por físicos de partículas trabalhando. Nas energias mais altas, as forças fracas e eletromagnéticas começam a parecer cada vez mais parecidas., O modelo matemático que descreve essas interações em conjunto é conhecido como teoria electroweak (EWT). Este é o nome convencional para a teoria da força fraca.

massa e gravidade

pensa-se que todos os férmions têm uma massa de repouso não zero. Partículas na geração I são menos massivas do que as da geração II, que são menos massivas do que as da geração III. dentro das gerações, quarks são mais massivos do que leptões e neutrinos são menos massivos do que os outros leptões. Bosões são divididos quando se trata de massa., Glúons e fótons não têm massa. Os bosões W, Z e Higgs são enormes.a massa é energia. Uma partícula em movimento é mais massiva que uma partícula estacionária porque tem energia cinética. Logicamente, então, uma partícula estacionária não deve ter massa. Se pudéssemos parar um fóton (o que não podemos) não pesaria nada. A nossa lógica parece estar a funcionar. Se pudéssemos parar um elétron (o que podemos) ele pesaria algo. A nossa lógica está quebrada. Por que algumas partículas pesam algo em repouso e outras não pesam nada?,

massa é energia e a energia vem em dois tipos: energia cinética (a energia do movimento) e energia potencial (a energia do arranjo). A contribuição da energia cinética para a massa é menor. A maior parte da massa à nossa volta vem de algum tipo de energia potencial. Por exemplo, um próton é feito de dois quarks up e um quark down. As massas destes três quarks não se somam à massa de um próton.

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

As massas das peças são apenas 1% da massa de todo. Os restantes 99% provêm da energia potencial da força forte que mantém o próton Unido. As partículas que mediam a força forte são glúons. A energia de interação destas partículas sem massa é o que dá ao próton a maior parte de sua massa.,então porque é que os quarks têm massa mas os glúons não? Ou como a pergunta foi historicamente afirmada, por que os bósons W E Z têm massa, mas o fóton não? Talvez haja outro tipo de energia potencial. Talvez haja outra interação lá fora-uma interação que algumas partículas sentem e outras não. se há uma interação, há uma partícula — uma partícula que dá massa a outras partículas quando elas estão apenas sentados fazendo nada. A interação que dá massa a partículas elementares foi proposta em 1964 por cientistas em três locais independentes.,

François Englert e Robert Brout em L’Université Libre de Bruxelles, na Bélgica
Peter Higgs na Universidade de Edimburgo, na Escócia
Gerald Guralnik, Carl Hagen, e Tom Kibble no Imperial College, de Londres

Ele deve ser chamado a Englert-Brout-Higgs-Guralnik-Hagen-Croquete de mecanismo, mas não é. Por qualquer motivo, a interação que dá massa às partículas elementares é o chamado mecanismo de Higgs e a partícula que medeia a interação é chamado bóson de Higgs, a partícula de Higgs, ou (raramente) o higgson.,

assume — se que todo o espaço é preenchido com um campo de Higgs-um mar de fundo de bósons de Higgs virtuais que aparecem e saem da existência. Os quarks, leptons, e bósons W E Z que se movem através do espaço interagem com este campo, e é por isso que essas partículas têm massa. Os fótons e glúons não interagem com o campo de Higgs, razão pela qual estas partículas não têm massa. Até o próprio bosão de Higgs interage com o campo de Higgs. Dá-se Massa!, O bosão de Higgs é diferente dos outros bósons (glúons, fótons, W E Z bosons) em que o mecanismo de Higgs não resulta em nada semelhante a uma força (como as forças fortes, eletromagnéticas e fracas). O campo de Higgs é um campo escalar e o bosão de Higgs é uma partícula com spin zero.

gravidade é a força entre objetos devido à sua massa. O modelo matemático que descreveria a gravidade no nível de partículas é às vezes chamado de geometrodinâmica quântica (QGD), mas é mais frequentemente referido como gravitação quântica., O modelo padrão da física de partículas não inclui a gravidade (nem poderia nunca) e atualmente não existe nenhuma teoria quântica da gravitação. Se houvesse, teria de incluir uma partícula de cariz de força. O nome proposto para esta partícula é o graviton. A relatividade geral descreve as ondas gravitacionais como uma perturbação tensorial que propogata — uma que desliza espaço-tempo ao longo de duas direções perpendiculares alternadas. Este comportamento bidimensional leva físicos teóricos a acreditar que o gravitão teria girado dois.,

espera-se que a gravidade seja tratada em uma teoria além do Modelo Padrão. Em um caso extremo de excesso de confiança, alguns teóricos propõem que tal teoria seria uma teoria de tudo. Dada a história da ciência (e da vida em geral), qualquer coisa que afirme ser a última representação da realidade (científica, econômica, cultural ou religiosa) está certamente condenada a ser substituída por algo maior e melhor — ou, pelo menos, algo menos errado.

nomes, nomes, nomes

O tema deste tópico parece ser “nomes, nomes, nomes”.,

grupos de partículas nomeados após físicos
fora

Partículas de grupos com nomes de origem latina
grupo	raiz latina	significa
núcleons	núcleo	kernel

Partículas de grupos com nomes de diversos de origem
grupo	fonte	explicação
neutrinos	Enrico Fermi (1901-1954) Itália	italiano, diminutivo de nêutrons (neutrone)., Neutrino pode ser traduzido como o” pequeno neutro “para contrastar com neutrone, que é o”grande neutro”.
quarks	Murray Gell-Mann (1929-2019) Estados Unidos	arbitrária enunciado posterior associada a uma passagem em Finnegans Wake, de um romance do Irlandês modernista do autor James Joyce. Era para parecer uma gaivota bêbeda a pedir “quartas” de cerveja.,aternions de valor absoluto 1, {x ∈ ℍ: \|x\| =1} diffeomorphic para um hypersphere (3-esfera) homomorphic para a rotação do grupo so(3), o conjunto de todas as rotações sobre a origem em comum tridimensional espaço euclidiano U(1) 1ª ordem unitária de grupo o conjunto de todos os 1 × 1 unitário matrizes isomórficas para o grupo de círculo, o grupo multiplicativo dos números complexos, com valor absoluto de 1, T = {x ∈ ℂ: \|x\| =1} isomórficas para SO(2), a segunda ordem especial ortogonal de grupo lagrangian o Que é isso?, O Modelo Padrão Lagrangiano. O que diz? Eu aviso-te quando descobrir.