Чакъл Физика: Защо Частиците Имат Аромати?

{h1}

Физиците са озадачени защо основните частици се предлагат в различни аромати и могат да преминат между тях. Нови гранични експерименти се надяват да отговорят на тези въпроси.

В тази редовна поредица WordsSideKick.com изследва някои от най-странните, най-странните части на нашата Вселена, от квантовите странности до скритите измерения.

Строителните елементи на материята - основни частици - идват в много повече аромати от основните няколко, които съставят атомите, с които сме запознати.

Аромат е името, което учените дават на различни версии на един и същ тип частици. Например, кваркове (които съставят протоните и неутроните вътре в атомите) се предлагат в шест аромата: нагоре, надолу, отгоре, отдолу, странно и очарователно. Частиците, наречени лептони, категория, включваща електрони, също се предлагат в шест аромата, всеки с различна маса.

Но физиците са объркани защо ароматите изобщо съществуват и защо всеки аромат има различни характеристики.

"Това е известно като проблем с ароматите", казва ДжоАнне Хюет, теоретичен физик в Националната ускорителна лаборатория на SLAC в Менло Парк, Калифорния. "Защо има толкова много аромати? Защо имаме шест вида кварки и шест вида лептони и защо имат различните маси, които правят? Ние нямаме представа. " [Графика: Обяснени най-малките частици на природата]

Промяна на вкуса

В странния свят на физиката на частиците различните аромати на кваркове и лептони се диференцират по техните индивидуални свойства, включително маса, заряд и въртене.

Например, всички кварки имат една и съща въртене (1/2), а три от тях (нагоре, чар и отгоре) имат заряд 2/3, докато останалите три (надолу, странно и отдолу) имат заряд минус 1/3. Всеки от тях има уникална маса.

Още по-странното е, че частиците са в състояние да преминат от един аромат в друг. Например, низходящите кваркове могат лесно да се превърнат в нагоре кварки, а чаровите кварки могат да се превърнат в странни кварки и т.н. Докато някои преходи са по-чести от други, на теория повечето аромати на кварк могат да преминат в повечето други аромати.

"Не знаем какво има вътре в кварк", каза Майкъл Пескин, друг физик на частици в SLAC. "Смятаме, че именно приликата или различието на вътрешната структура прави тези преходи трудно или лесно."

Ето разбивка на стандартния модел и на дребните частици, за които е отговорен.

Ето разбивка на стандартния модел и на дребните частици, за които е отговорен.

Кредит: Карл Тейт, изпълнител на инфографиката WordsSideKick.com

И докато частиците наистина идват в много аромати, нашата вселена е за предпочитане съставена от само няколко.

Елементите в периодичната таблица, като въглерод, кислород и водород, са съставени от протони, неутрони и електрони. Протоните и неутроните от своя страна съдържат само нагоре и надолу кварки; отгоре и отдолу, очарованието и странните кварки са наивни, за да се намерят.

Същото се отнася и за лептоните: Докато електроните изобилстват, някои от другите аромати, като муони и таус, рядко се срещат в природата.

„Те съществуват в много ранните фракции на секунда от Вселената и след това те се разпадат“, казва Хюет пред WordsSideKick.com, като се позовава на редки аромати на частици. "Те наистина не съществуват в ежедневието."

Други мистерии

Освен че търсят произхода на аромата, физиците, изучаващи тези теми, също се надяват да научат за сродни мистерии, като странния близнак на материята, антиматерия. Смята се, че всяка частица има партньор за антиматерия, със същата маса, но с обратен заряд.

И все пак физиците смятат, че във Вселената трябва да има много повече антиматерия, отколкото има, а ароматичната физика може да помогне да се обясни тази „загуба“ на антиматерията.

"Във Вселената има асиметрия на материята-антиматерия, в смисъл, че Вселената е направена от материя и днес няма наблюдавана антиматерия, но в Големия взрив материята и антиматерията са създадени в равни количества", казва Хюет. "И така, какво се е случило с цялата антиматерия? Смятаме, че това е свързано с физиката на вкуса."

Когато частица и нейният партньор за антиматерия се срещнат, те се унищожават взаимно, за да станат чиста енергия. Смята се, че повечето от материята и антиматериалните частици, създадени в началото на Вселената, са се унищожили, оставяйки малко количество материя, останала над звездите и галактиките, които виждаме днес.

Физиците смятат, че разликите в начина на разпадане на материята в сравнение с антиматерията могат да обяснят защо материята отнема повече време и затова оцеляха. Изследователите са наблюдавали някои асиметрии в скоростта на разпад на материята и антиматерията, но те сами по себе си не са достатъчни, за да обяснят вселената така, както я виждаме.

"Вие получавате разлика с тези асиметрии, но тя е около милиард пъти по-малка, отколкото трябва", каза Пескин. "Трябва да има някои други нови уравнения, за които все още не сме виждали доказателства, които също предсказват различни видове асиметрии на материята-антиматерия."

Учените се надяват, че изучавайки странното вкусово поведение на частиците, те могат да продължат да обясняват упоритостта на материята след Големия взрив.

Границата на интензитета

Най-добрата надежда на изследователите да стигнат до дъното на аромат на частици може да се крие в редица нови експерименти, които се предлагат за справяне с това, което се нарича „граница на интензитета“.

В тези експерименти изследователите искат да наблюдават прехода на частиците от един аромат към друг, а не само обичайните преходи, като низходящ кварк в нагоре кварк, но и по-екзотични превключватели, като например промяната на дънен кварк в чар кварк.

Но за да направят това, учените трябва да увеличат интензитета или броя на произведените частици в своите ускорители на частици.

„Търсим редки явления, така че начинът, по който да наблюдаваме, е да направим много, много случаи - каза физикът на частиците Робърт Цхирхарт от Националната ускорителна лаборатория на Ферми в Батавия, Ill.“ Ако искате да спечелите лотарията, трябва да купите много лотарийни билети. "

Tschirhart е водещият учен за Project X, план на Fermilab за изграждане на изключително интензивен ускорител на частици, който би търсил редки вкусови преходи.

Екипът на LHCb застава пред експеримента си, LHCb детектора, на Големия адронен колайдер в Женева.

Екипът на LHCb застава пред експеримента си, LHCb детектора, на Големия адронен колайдер в Женева.

Кредит: CERN / Maximilien Brice, Рейчъл Барбиер

"Ние бихме произвели много висок поток от неутрино и много висок поток от K мезони, които са нестабилни частици, които имат странни кваркове в тях, и много голям поток от мюони, които са нестабилни частици, по-тежки братовчеди на нормални електрони," Цчирхарт казах. "Това би бил най-големият проект за ускорители в САЩ, той би бил ускорителят на частици с най-голяма интензивност за физиката на частиците."

Други начинания за изграждане на нови високи съоръжения за физика на ароматите са в ход в Италия и Япония.

Освен това най-големият ускорител на частици в света, Големият адронен колайдер в Швейцария, провежда експеримент, наречен LHCb, посветен на търсенето на някои редки разпадания на частици, наречени b мезони, които съдържат различни ароматизирани кварки.

Допълнителни размери

Въпреки че учените по принцип се спъват къде частиците придобиват аромат, една теория предлага едно очарователно и причудливо решение.

Ароматите на частици може да са симптом за допълнително, скрито измерение на Вселената отвъд трите измерения на пространството и едно време, с което сме свикнали. Тази концепция, наречена изкривени измерения, е въведена от физиците Лиза Рандал и Раман Сундрум.

"Може би тези различни аромати всъщност са по забавен начин различни измерения на пространството и времето", каза Цчирхарт. "Може би има само един вид аромат на кварк и тези различни аромати, които виждаме - странни, чар, отгоре, отдолу - това са различни геометрични характеристики на пространството и времето."

За онези от нас, които си чешат главите по връзката, Цирхарт ни напомня, че самият Айнщайн е показал, че масата е тясно свързана с пространството и времето, когато разработва общата си теория на относителността. Според теорията гравитацията, която е атрактивната сила на масата, наистина е кривина на пространството и времето.

Виждаме шестте различни кварка като шест различни маси, но може би всъщност имат една и съща маса, но са разположени на различни места в допълнителното измерение, което води до това, че те се появяват по различен начин.

Въпреки че теорията може да звучи фантастично, тя прави някои конкретни прогнози за това как определени частици се разпадат и преминават между аромати. Изследователите се надяват, че новите експерименти, които изтласкват границата на интензивността, може да могат да измерят някои от тези разпадания и евентуално да валидират или обезсилят тази и други теории.

„Чувствам се като експериментите, които провеждаме пред себе си в момента, имат най-голям шанс да направят най-големите стъпки по отношение на отговора на тези въпроси“, каза Хюет. "Експериментите на границата на интензитета сега наистина наистина стигат до нивата на интензивност, където имат шанс да им отговорят."

Можете да следите старшата писателка на WordsSideKick.com Клара Московиц в Twitter @ClaraMoskowitz. За повече научни новини следете WordsSideKick.com в Twitter @wordssidekick.


Видео Добавка: .




Изследване


Отдавна Изгубени Египетски Пирамиди, Намерени В Google Earth?
Отдавна Изгубени Египетски Пирамиди, Намерени В Google Earth?

Човек Умира 8 Години След Поглъщането На Жив Плъх, Който Го Остави Парализиран
Човек Умира 8 Години След Поглъщането На Жив Плъх, Който Го Остави Парализиран

Наука Новини


Електронните Четци, Набиращи Популярност (Инфографика)
Електронните Четци, Набиращи Популярност (Инфографика)

Мисълта За Парите Ви Прави По-Малко Социални, Проучвания Предлага
Мисълта За Парите Ви Прави По-Малко Социални, Проучвания Предлага

Грабеж На Синини За Черни И Латиноамерикански Постижения
Грабеж На Синини За Черни И Латиноамерикански Постижения

Проверка На Фактите Тръмп: Могат Ли Абортите Да Се Случат Наистина В „Последния Ден“ На Бременността?
Проверка На Фактите Тръмп: Могат Ли Абортите Да Се Случат Наистина В „Последния Ден“ На Бременността?

Западен Дим От Огън, Забелязан От Космоса
Западен Дим От Огън, Забелязан От Космоса


BG.WordsSideKick.com
Всички Права Запазени!
Възпроизвеждането На Използваните Материали Оставя Само Prostanovkoy Активна Връзка Към Сайта BG.WordsSideKick.com

© 2005–2020 BG.WordsSideKick.com