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Rencontrez les particules: Le modèle standard de la physique

Rencontrez les particules: Le modèle standard de la physique

La découverte d'un boson de Higgs ne sera pas seulement être considérée comme le couronnement du modèle standard de la physique des particules, mais aussi l'ouverture d'un nouveau chapitre passionnant de la science fondamentale

- Professeur Jim Virdee - Imperial College de Londres

La quête de comprendre les propriétés et interactions de la matière dans l'univers fondamentales a continué tout au long de l'histoire humaine. De les anciens penseurs qui, le premier interrogés se il y avait, blocs de construction indivisibles fondamentales de la matière du tout aux physiciens des particules modernes qui visent à résoudre des mystères sous-atomiques en fracassant des protons ensemble dans les accélérateurs de particules dominateurs, toutes les idées de l'humanité sur la physique ont conduit à le modèle standard. Tout ce que nous savons sur la nature fondamentale de l'univers peut être efficacement résume à rien d'autre qu'un ensemble de particules excentrée-nommés. Eh bien, presque tout ...

Les particules de matière


Les particules du modèle standard sont de deux types: les bosons et les fermions. Fermions constituent la matière nous vivons sur un jour le jour - les «trucs», nous pouvons voir et d'interagir avec. Ils ne peuvent pas être au même endroit au même moment - juste comme un être humain ne peut pas occuper le même emplacement exact comme un mur. Il ya douze fermions, qui sont divisés en deux groupes - les quarks et les leptons. Vous avez peut-être jamais entendu parler d'un quark - mais vous êtes réellement en eux. Les protons et les neutrons dans les noyaux des atomes sont en fait de quarks et de structures, et les électrons sont les affiches-particules pour le groupe de leptons.

Particules colorées?

Si vous ne aviez pas remarqué des noms comiques comme "quark charmé" - les physiciens ont tendance à avoir un peu de plaisir avec la nomination de particules et leurs classes. Un autre terme pour chacun des différents types de fermions, par exemple, est «saveurs». Cela ne signifie pas qu'ils goûtent de rien - bien sûr - ce est juste un moyen utile de décrire les différences. De même, les quarks sont dits à venir dans trois différentes «couleurs», rouge, bleu et vert, et les gluons sont décrits comme patchwork de jusqu'à six couleurs.

Vous ne pouvez pas voir la couleur d'un quark - car il est beaucoup trop petite, même posséder cette qualité - mais il peut être utilisé pour expliquer leur comportement. Quarks rejoignent toujours ensemble pour former une structure incolore, comme rouge, vert et bleu clair apparaissent en blanc (incolore) pour les humains lorsqu'il est combiné et considéré comme l'un. Les gluons sont multicolores parce qu'ils sont responsables de la tenue de tous les quarks couleur ensemble. L'étude de ces interactions est collectivement connu comme la chromodynamique quantique.

Quark est un mot notamment inhabituelle, et les noms seulement obtenir plus bizarre à partir de là. Il ya trois «générations» de quarks, qui deviennent progressivement plus lourd et plus rare. La première génération comprend "Up" et "de quarks down", et diverses combinaisons de ces protons et les neutrons forment. Par exemple, un proton est composé de deux quarks up et un quark down. Les deux générations restants sont fabriqués à partir des quarks, insaisissables plus gras: l'étrange, le charme, haut et bas quarks. Ceux-ci peuvent ne pas former des structures très longtemps du tout: le quark étrange fait partie de la particule lambda, par exemple, qui existe depuis moins d'un milliardième de seconde.

La différence entre les leptons et les quarks est essentiellement que les quarks aiment se replier sur elles, alors que les leptons sont indépendants. L'électron est le plus familier, et ce est une partie de la première génération de leptons. Comme vous pouvez vous attendre des quarks, les générations plus tard, le muon et tau les particules, sont essentiellement les mêmes, mais plus lourd. Les trois autres leptons sont les neutrinos - le neutrino électronique, neutrino muonique et tau neutrino - qui ont presque imperceptiblement faible masse et pas de charge électrique.

Particules de la Force


Fermions dans le compte du modèle standard pour la matière que nous voyons autour de nous, mais quelque chose d'autre est nécessaire pour expliquer les effets comme l'électromagnétisme, la force nucléaire forte qui détient protons ensemble dans le noyau des atomes et des désintégrations radioactives. La question en elle-même ne explique pas tout, donc "bosons," ou des particules porteuses de force, activez les effets à expliquer. Les particules restantes portent forces de la nature, et un seul est encore familier à distance dans la vie de tous les jours.

Le photon est la seule particule de force que nous pouvons faire l'expérience en tant qu'êtres humains. Ce est la force porteuse pour l'électromagnétisme, mais nous voyons comme lumière. Cette force est responsable de la charge (jusqu'à quarks ont une charge positive 2/3 et les électrons ont une moins 1 responsable, par exemple), de sorte que les interactions entre protons et d'électrons, par exemple, sont en fait le résultat de l'échange de photons. Gluons portent la force nucléaire forte, qui a littéralement "colles" protons ensemble plus forts que l'électromagnétisme peuvent amener à repousser - permettant la création d'atomes. Les bosons W et Z contrôlent la force nucléaire faible, qui explique comment les neutrons peuvent se désintégrer en protons.

Le boson de Higgs est le plus célèbre boson, après l'annonce de sa découverte au Grand collisionneur de hadrons. Le mécanisme "Higgs" donne certaines des particules fondamentales de masse, mais laisse les autres - comme le photon et de gluons - sans masse. Ce était auparavant un énorme problème pour la physique des particules, car avant il n'y avait pas d'explication pour les fermions et bosons certains ayant une masse. Dr. Matthias Neubert - professeur de physique des particules à l'Université Johannes Gutenberg - explique que «la découverte du boson de Higgs représente une étape importante dans l'exploration des interactions fondamentales des particules élémentaires."

Qu'est-ce qui manque?


Rencontrez les particules: Le modèle standard de la physique

Malgré le succès du modèle standard, le boson de Higgs ne fait rien d'autre que d'ajouter une autre pièce à une théorie encore incomplète. Pour l'un, il n'y a aucune explication de gravité à l'échelle subatomique, avec le graviton théorisé (mais jamais détecté) même pas tenir une place dans le modèle. Comme les effets de la force relativement faible de gravité sont négligeables à l'échelle quantique, ce qui est généralement ignoré, mais il est si important à plus grande échelle que de nombreux physiciens croient une «grande théorie unificatrice" est nécessaire pour décrire avec précision la nature.

Il ya aussi des problèmes supplémentaires pour le modèle standard, comme le physicien Dr. Volker Büscher explique, "le modèle standard n'a pas d'explication pour la matière dite sombre, de sorte qu'il ne décrit pas l'univers entier - il ya beaucoup qui reste à être . comprise "Ce problème avec le modèle standard a conduit à d'autres idées, le plus connu de ce qui est la théorie des cordes - qui postule que la matière est en fait constitué de minuscules boucles d'énergie de vibration dans 11 dimensions.




        

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