Эксперименты, доказывающие существование элементарных частиц Стандартной Модели

Фотоны, которые являются посредниками электромагнитных сил между заряженными частицами, 𝑊± и Z-бозонами, являются посредниками слабого взаимодействия s различных ароматов (кварков и лептонов).Оставшаяся фундаментальная сила, гравитация, не описывается Стандартной моделью. СМ и общая теория относительности, которая описывает гравитационную силу в макроскопическом масштабе, просто несовместимы без всеобъемлющей теории квантовой гравитации. Хотя в настоящее время существует ряд таких теорий, пока они не подтверждены.Возвращаясь к описанию частиц в рамках Стандартной модели, элементарные фермионы можно далее разделить на две категории: кварки, которые взаимодействуют посредством сильного взаимодействия, и лептоны, которые не взаимодействуют. Как следствие квантовой хромодинамики, теории в рамках СМ, описывающей сильные взаимодействия, кварки никогда нельзя найти изолированно, но всегда существуют в связанных состояниях кварков и глюонов. Есть шесть известных разновидностей кварков. В порядке увеличения массы это верхний, нижний, странный, очаровательный, нижний и верхний кварки. Кварки u, c и t имеют заряд +⅔e, а кварки d, s и b имеют заряд -⅓e, где e - (абсолютный) заряд электрона. Первые часто называют кварками «восходящего типа», а вторые - «нижнего типа» на языке квантовой теории поля, потому что кварки каждого типа обладают общими свойствами взаимодействия.Фермионы часто группируются в три поколения, располагая кварки «вверх», «вниз», заряженные лептоны и нейтрино в порядке их массы. Частицы каждого типа с наименьшей массой принадлежат к поколению I, частицы с наибольшей массой - к поколению III.Лептоны могут быть заряженными или незаряженными; последние называются нейтрино. Три заряженных лептона - это, опять же, в порядке возрастания массы: электрон, мюон (или мю-лептон) и тау-лептон (редко тауон).Есть также три нейтрино, каждое из которых соответствует определенному заряженному лептону: 𝜈𝑒, 𝜈𝜇 и 𝜈𝜏.3. Экспериментальные доказательства существования элементарных частиц Стандартной МоделиГлавная задача Большого адронного коллайдера — достоверно обнаружить хоть какие-нибудь отклонения от Стандартной модели — совокупности теорий, составляющих современное представление о фундаментальных частицах и взаимодействиях. Стандартная модель физики на сегодняшний день лучшим образом описывает элементарные частицы и взаимодействие между ними. Несмотря на свои преимущества, она имеет и трудности: не описывает гравитационное взаимодействие, не объясняет существования тёмной материи и тёмной энергии. Коллайдер должен помочь ответить на вопросы, неразрешённые в рамках Стандартной моделиНекоторые основные экспериментыподтвердили достоверность Стандартной модели. Они включают в себя открытие очарования, а также двух других ароматов тяжелых кварков: промежуточных векторных бозонов W± и Z и скаляра BEH. Известны успехи модели в области адронной спектроскопии.Несколько крупных открытий было сделано в экспериментах, проведённых в ЦЕРНе. Наиболее важные из них:1973: Открытие нейтральных токов с помощью пузырьковой камеры Гаргамель.1983: Открытие W- и Z-бозонов в экспериментах UA1 и UA2.Бозоны W± и Z0 были обнаружены экспериментально в 1983 г.; и соотношение их масс оказалось таким, как предсказывала Стандартная модель. В 1984 году Карло Руббиа и Симон ван дер Мер получили Нобелевскую премию по физике за работы, которые привели к открытию W- и Z-бозонов:Возможные варианты рождения W- и Z-бозонов, в совокупности образующих нейтральный бозон Хиггса.1989: Определение количества сортов нейтрино в экспериментах на ускорителе LEP.1995: Создание первых атомов антиматерии — атомов антиводорода в эксперименте PS210.2000: Первые признаки образования кварк-глюонной плазмы.2001: Открытие прямого нарушения CP-симметрии в эксперименте NA48.2012: Открытие новой элементарной частицы бозона Хиггса (БАК: ATLAS и CMS).Определена масса открытого Бозон Хиггса как 125,09 ± 0,21 ГэВ. В рамках этого этапа БАК удалось решить свою главную задачу – найти бозон Хиггса, особую частицу, отвечающую за массу всех объектов во Вселенной.2014: Открытие новой элементарной частицы тетракварка (БАК: LHCb).2015: Открытие новой элементарной частицы пентакварка (БАК: LHCb).Доказательства существования топ-кварка (1995 г.), тау-нейтрино (2000 г.) и бозона Хиггса (2012 г.) еще больше укрепили доверие к Стандартной модели. Кроме того, Стандартная модель с большой точностью предсказала различные свойства слабых нейтральных токов и бозонов W и Z.ЗаключениеСтандартная модель физики элементарных частиц на сегодняшний день является наиболее важным достижением физики высоких энергий. Эта очень элегантная теория сортирует элементарные частицы по их зарядам и описывает, как они взаимодействуют посредством фундаментальных взаимодействий. В этом контексте заряд - свойство элементарной частицы, которое определяет фундаментальное взаимодействие, посредством которого на нее влияет. Из четырех фундаментальных взаимодействий в природе все, кроме гравитации, описываются Стандартной моделью физики элементарных частиц: частицы с электрическим зарядом подвержены влиянию электромагнитного взаимодействия КЭД, частицы со слабым зарядом подвержены влиянию слабого взаимодействия (квантовая динамика аромата или QFD), а те, у которых есть цветовой заряд, подвержены влиянию КХД сильного взаимодействия.В отличие от фундаментальных взаимодействий, поле Барута – Энглерта – Хиггса действует особым образом. Поскольку это скалярное поле, оно вызывает спонтанное нарушение симметрии, которое, в свою очередь, придает массу всем частицам, с которыми оно взаимодействует (это обычно называется механизмом Хиггса). Кроме того, частица Хиггса (H) соединяется с любой другой частицей, имеющей массу.Взаимодействия опосредуются соответствующими частицами взаимодействия: фотонами (γ) для электромагнитного взаимодействия, слабыми бозонами (W−, W +𝑎𝑛𝑑 Z0) для слабого взаимодействия и глюонами (g) для сильного взаимодействия.Диаграммы Фейнмана являются лишь визуализацией Стандартной модели элементарных частиц. Хотя Стандартная модель физики элементарных частиц является чрезвычайно успешной теорией, она далека от полного описания Вселенной: согласно сегодняшним моделям, Вселенная состоит только из 5% видимой материи, которую можно описать Стандартной моделью. Еще один недостаток Стандартной модели физики элементарных частиц - отсутствие описания гравитации.Список использованной литературы1.Weber, J.: Phys. Rev. Letters 22, 1320 (1969).2.ATLAS Collaboration. 2015. Evidence for the Higgs–Boson Yukawa coupling to tau leptons with the ATLAS detector J. High Energy Phys.3.Боголюбов Н. Н., Ширков Д. В, Квантовые поля. — 2 изд. — М., 1993.4.David Griffiths. 2009. Introduction to Elementary Particles. pp. 59–60. ISBN 978-3-527 40601-25. Фейнман Р. Теория фундаментальных процессов / Пер. с англ. — М., 1978.6.Martin, B.R. and Shaw, G. 1995. Particle Physics. Chichester, Wiley.7.Michael, J.C, 2009. Automated Phenomenological Calculations for High Energy Electroweak Neutrino Scattering on a Fixed Target. Thesis of for the degree of Bachelors of Arts with honors, Amherst College, America.8.Murth, 2012. Notes on Elementary physics. Dibyakropa, Sahoo.Next Generation Science Standards (NGSS). 2013. HS-PS1-8 matter and its interactions http://nextgenscience.org/9.Peter Dunne. 2001. Looking for consistency in the construction and use of Feynman diagrams, Preston Collage, UK.10.Seigheh Jowzaee. 2013. Feynman diagram of the Standard Model. PhD Seminar, international PhD project in applied nuclear physics and innovative technologies.11.Tanedo, F. 2010. Feynman diagrams and rules (quantum diaries), (http://quantumdiaries.org/2010/02/14/lets-draw-feynman-diagams)Williams. W.S.C. 1997. Nuclear and Particle Physics. Oxford, Clarendon.