Model Partikel Pemula Standar
“Kami bertanya-tanya mengapa sekelompok orang yang berbakat dan berdedikasi siap mengabdikan hidup mereka untuk mengejar benda-benda kecil yang bahkan Anda tidak bisa melihatnya? Bahkan, dalam studi fisikawan partikel, ada rasa ingin tahu manusia dan keinginan untuk mengetahui bagaimana dunia kita hidup adalah “Sean Carroll
Jika Anda masih takut mekanika frase kuantum dan masih tidak tahu apa model standar, selamat datang untuk kucing. Dalam publikasi saya, saya akan mencoba menjelaskan dasar-dasar dunia kuantum, serta fisika partikel elementer, sesederhana dan sejelas mungkin. Kami akan mencoba mencari tahu apa perbedaan utama antara fermion dan boson, mengapa quark memiliki nama aneh, dan akhirnya, mengapa semua orang ingin menemukan boson Higgs.Terbuat dari apa kita?
Nah, kalau begitu, kita memulai perjalanan kita ke microworld dengan pertanyaan sederhana: terdiri dari apa benda-benda di sekitar kita? Dunia kita, sebagai rumah, terdiri dari banyak batu bata kecil, yang dengan cara khusus, menghubungkan, menciptakan sesuatu yang baru, tidak hanya dalam penampilan, tetapi juga di properti mereka. Faktanya, jika Anda memperhatikannya dengan seksama, Anda dapat menemukan bahwa tidak ada begitu banyak jenis blok yang berbeda, hanya saja setiap kali mereka terhubung satu sama lain dengan cara yang berbeda, membentuk bentuk dan fenomena baru. Setiap blok adalah partikel elementer yang tak terpisahkan, yang akan dibahas dalam cerita saya.Sebagai contoh, ambil beberapa zat, biarkan itu menjadi elemen kedua dari tabel periodik, gas inert, helium. Seperti zat lain di alam semesta, helium terdiri dari molekul, yang pada gilirannya dibentuk oleh ikatan antar atom. Tetapi dalam hal ini, bagi kami, helium sedikit istimewa, karena hanya terdiri dari satu atom.
Terdiri dari apa atom itu?
Atom helium, pada gilirannya, terdiri dari dua neutron dan dua proton yang membentuk inti atom, di mana dua elektron berputar. Hal yang paling menarik adalah bahwa hanya elektron yang sama sekali tidak dapat dibagi di sini .Momen yang menarik di dunia kuantum.
Semakin kecil massa partikel elementer, semakin banyak ruang yang diperlukan. Karena alasan inilah elektron, yang 2000 kali lebih ringan dari proton, menempati ruang lebih banyak dibandingkan dengan inti atom.
Neutron dan proton termasuk dalam kelompok yang disebut hadron (partikel yang mengalami interaksi kuat), atau, lebih tepatnya, baryon .Hadron dapat dibagi menjadi beberapa kelompok
- Baryons, yang terdiri dari tiga quark
- Meson yang terdiri dari sepasang: partikel anti partikel
Neutron, seperti namanya, bermuatan netral, dan dapat dibagi menjadi dua quark lebih rendah dan satu quark atas. Proton, partikel bermuatan positif, dibagi menjadi satu kuark bawah dan dua quark atas.
Ya, ya, saya tidak bercanda, mereka benar-benar dipanggil atas dan bawah. Tampaknya jika kita menemukan quark atas dan bawah, dan bahkan elektron, maka kita dapat menggunakannya untuk menggambarkan seluruh Semesta. Namun pernyataan ini akan sangat jauh dari kebenaran.Masalah utamanya adalah bahwa partikel-partikel itu entah bagaimana harus saling berinteraksi. Jika dunia hanya terdiri dari trinitas ini (neutron, proton, dan elektron), maka partikel hanya akan terbang melalui ruang yang luas dan tidak akan pernah berkumpul menjadi formasi yang lebih besar, seperti hadron.Fermion dan Boson
Sudah lama sekali, para ilmuwan muncul dengan bentuk yang merepresentasikan partikel elementer, yang disebut model standar. Ternyata semua partikel elementer dibagi menjadi fermion , yang terdiri dari semua materi, dan boson yang mentransfer berbagai jenis interaksi antar fermion.Perbedaan antara kelompok-kelompok ini sangat jelas. Faktanya adalah bahwa fermion membutuhkan ruang untuk bertahan hidup sesuai dengan hukum dunia kuantum, dan untuk boson hampir tidak diperlukan ruang bebas.Fermion
Sekelompok fermion, sebagaimana telah disebutkan, menciptakan materi yang terlihat di sekitar kita. Apa pun yang kita lihat, diciptakan oleh fermion. Fermion dibagi menjadi quark , sangat berinteraksi satu sama lain dan terkunci di dalam partikel yang lebih kompleks seperti hadron, dan lepton , yang secara bebas ada di ruang terlepas dari rekan-rekan mereka.Quark dibagi menjadi dua kelompok.- Tipe atas. Kuark dari tipe atas, dengan muatan +2 \ 3, termasuk: quark atas, terpesona, dan true
- Tipe yang lebih rendah. Kuark dari tipe yang lebih rendah, dengan muatan -1 \ 3, termasuk: quark yang lebih rendah, aneh dan indah
Benar dan indah adalah quark terbesar, dan atas dan bawah adalah yang terkecil. Mengapa quark diberi nama yang tidak biasa seperti itu, dan lebih tepatnya, "aroma", masih menjadi kontroversi bagi para ilmuwan.Lepton juga dibagi menjadi dua kelompok.- Kelompok pertama, dengan muatan "-1", termasuk: elektron, muon (partikel yang lebih berat) dan partikel tau (yang paling masif)
- Kelompok kedua, dengan muatan netral, mengandung: electron neutrino, muon neutrino dan tau neutrino
Neutrino - adalah partikel kecil materi, yang hampir mustahil untuk dideteksi. Muatannya selalu 0.Pertanyaan yang muncul adalah apakah fisikawan akan menemukan beberapa generasi partikel yang lebih besar daripada yang sebelumnya. Sulit untuk menjawabnya, tetapi para ahli teori percaya bahwa generasi lepton dan quark dihabiskan oleh tiga generasi.Apakah Anda tidak menemukan kemiripan? Apakah quark dan lepton dibagi menjadi dua kelompok yang berbeda satu sama lain dengan biaya per unit? Tetapi lebih lanjut tentang itu nanti ...Boson
Tanpa mereka, fermion akan terbang secara terus menerus melalui alam semesta. Tapi bertukar boson, fermion saling memberi tahu beberapa jenis interaksi. Boson sendiri praktis tidak berinteraksi satu sama lain.Sebenarnya, beberapa boson masih berinteraksi satu sama lain, tetapi ini akan dibahas lebih rinci dalam artikel berikut tentang masalah microworld.Interaksi yang ditransmisikan oleh boson terjadi:- Elektromagnetik , partikel adalah foton. Dengan bantuan partikel tak bermassa ini, cahaya ditransmisikan.
- Nuklir kuat , partikelnya adalah gluon. Dengan bantuan mereka, quark dari inti atom tidak membusuk menjadi partikel individu.
- Lemah nuklir , partikel - ± W dan Z boson. Dengan bantuan mereka, fermion disebarkan oleh massa, energi, dan dapat berubah menjadi satu sama lain.
- Gravitasi , partikel adalah graviton . Kekuatan microworld sangat lemah. Ini menjadi terlihat hanya pada tubuh supermasif.
Reservasi interaksi gravitasi.
Keberadaan graviton belum dikonfirmasi secara eksperimental. Mereka hanya ada dalam bentuk versi teoretis. Dalam model standar, dalam banyak kasus mereka tidak dipertimbangkan.
Itu saja, model standar sudah dirakit.
Masalahnya baru saja dimulai
Terlepas dari representasi partikel yang sangat indah dalam diagram, dua pertanyaan tetap ada. Dari mana partikel mendapatkan massa mereka dan apa boson Higgs yang menonjol dari boson lainnya.Untuk memahami ide menggunakan boson Higgs, kita perlu beralih ke teori medan kuantum. Secara sederhana, dapat dikatakan bahwa seluruh dunia, seluruh Semesta, tidak terdiri dari partikel terkecil, tetapi dari berbagai bidang: gluon, quark, elektronik, elektromagnetik, dll. Dalam semua bidang ini, sedikit fluktuasi terus terjadi. Tapi kami menganggap yang paling kuat dari mereka sebagai partikel elementer. Dan tesis ini sangat kontroversial. Dari sudut pandang dualitas gelombang-partikel, objek yang sama dari microworld berperilaku baik sebagai gelombang, atau sebagai partikel elementer, itu hanya tergantung pada bagaimana lebih mudah bagi fisikawan mengamati proses untuk memodelkan situasi.Higgs Field
Ternyata ada yang disebut bidang Higgs, nilai rata-rata yang tidak ingin cenderung nol. Akibatnya, bidang ini mencoba mengambil beberapa nilai non-nol konstan di seluruh Semesta. Lapangan adalah latar belakang yang ada di mana-mana dan konstan, sebagai hasil dari fluktuasi kuat yang muncul boson Higgs.Dan berkat medan Higgs, partikel memiliki massa.Massa partikel elementer tergantung pada seberapa banyak ia berinteraksi dengan medan Higgs , terus terbang di dalamnya.Dan justru karena Higgs Boson, atau lebih tepatnya karena bidangnya, model standar memiliki begitu banyak kelompok partikel yang serupa. Medan Higgs dipaksa untuk membuat banyak partikel tambahan, seperti, misalnya, neutrino.Ringkasan
Apa yang saya katakan adalah konsep yang paling dangkal tentang sifat model standar dan mengapa kita membutuhkan bos Higgs. Beberapa ilmuwan masih sangat berharap bahwa sebuah partikel yang ditemukan pada 2012 dan mirip dengan Higgs Boson di LHC hanyalah kesalahan statistik. Bagaimanapun, bidang Higgs melanggar banyak simetri alam yang indah, membuat perhitungan fisikawan lebih membingungkan.Beberapa bahkan percaya bahwa model standar menjalani tahun-tahun terakhir karena ketidaksempurnaannya. Tapi ini belum dibuktikan secara eksperimental, dan model standar partikel elementer tetap menjadi model jenius pemikiran manusia saat ini.Source: https://habr.com/ru/post/id382753/
All Articles