Матан/Элементарные частицы

Материал из Lurkmore

В эту статью нужно добавить как можно больше хороших, годных фактов, матана и Мишеля Уэльбека. Также сюда можно добавить интересные факты, картинки и прочие кошерные вещи.

Атом (увел.)

Настоящий атом (фото)

Британские учёные объясняют появление учёных по элементарным частицам.

Элементарные частицы^[1] — это тот самый расовый конструктор LEGO, из которого строятся все объекты нашей Вселенной. Делятся на фермионы (частицы вещества) и бозоны (переносчики взаимодействия). Как понятно, увидеть их человеческому, да и любому другому невооруженному глазу не дано — уж слишком они мелкие. Правда, увидеть можно отдельный фотон (он бозон). Собственно, чего пиздеть: это единственная на всем свете частица, которую мы можем увидеть, не используя спецприборы.

Генезис

Дело было так:

• древние греки предположили существование мелких неделимых частиц, невидимых глазу, и назвали их атомами;
• затем было открыто, что атом состоит из ядра и электронов вокруг;
• а в ядре оказались протоны и опционально нейтроны;
• как оказалось, нейтрон может распасться на превратиться в протон, испустив электрон и электронное антинейтрино;
• позже в космическом излучении посланное предками белых людей были найдены мезоны, которым отводилась роль «последнего кирпича»;
• но не тут-то было: исследователи обнаружили, что мезоны — это вовсе не то, что они думали, и есть еще всякие частицы типа лямбда-гиперона, которые тоже существуют в виде гипотезы, а также в коллайдере;
• дальше — кварки(из которых состоят протоны, нейтроны, гипероны etc.) и бозон глюон, остальные лептоны (нейтрино (3 вида), мюоны, электроны, тау), и античастицы к ним, Тысячи их;
• существование следующей ступеньки — преонов — ещё не доказано, но название уже на всякий случай зарезервировали (Теория струн v3.0 утверждает, что следующий уровень — многомерные браны);
•  ??????
• PROFIT? Я гарантирую это! А быдло считает, что на эту хуиту были необоснованно проебаны сотни нефти. И что самое странное, ведь действительно были проебаны.
  
  

Следует упомянуть одну важную вещь, про которую не рассказывают в школе. Современная теория элементарных частиц называется «Стандартная модель» и выглядит следующим охуенным образом:

Во Вселенной существует четыре фундаментальных взаимодействия (поля):

• сильное (притяжение между частицами, из которых состоит ядро атома);
• слабое (организует распад нейтрона, на самом деле, частный случай электрослабого);
• электромагнитное (самое понятное — обмен фотонами между электрически заряженными частицами);
• гравитационное (пока не входит в модель, так как не обнаружен экспериментально соответствующий бозон (гравитон), временно верим в это).

И блиать, как их спаять вместе, никто нихуя не знает. Не задавая вообще вопроса, а возможно ли это? Собственно, это и не нужно никому, потому что скорей всего все поля есть одно, как когда-то множество самых разнообразных сил (натяжения нити, сжатия пружины, столкновения тел, трения, сопротивления воздуха, сила взрыва и т. д.) оказались одним электромагнитным взаимодействием. А недавно слабое и электромагнитное оказались одним.

А элементарные частицы делятся на две группы:

• бозоны — переносчики этих взаимодействий, кванты соответствующих полей, и
• фермионы — непосредственно сами частицы материи, которые взаимодействуют между собой бозонами.

Бозоны: фотон — для электромагнитного, глюон и мезоны — сильного (глюон отвечает за сильное взаимодействие между кварками, мезоны — между нуклонами), W- и Z-бозоны — для слабого, и предполагается гравитон — для гравитации.

Фермионы: кварки, из которых состоят ядра (протоны-нейтроны) и лептоны (электрон и его юродивые собратья).

Сказать, что бозоны — это волны, а фермионы — частицы материи — нельзя. Так как на самом деле, все эти частицы являются одновременно и волной, и частицей (см. Двухщелевой опыт [1]). Кроме того, как и для любой системы, появившейся единовременно, а не эволюционном путем, ей характерно отсутствие явной закономерности в свойствах составных частей — например, некоторые бозоны имеют электрический заряд (переносимый фотонами — бозонами другого поля) и т. п.

Мнение ГСМнутого: а по существу никто не знает точно, это такой фетиш у великих думальщиков — придумать хуйню, чтобы простой обыватель не мог заподозрить простоту их изречений и в дальнейшем не осудил их: мол, «Я и сам мог такую хуйню придумать».

Теория струн предполагает, что последней ступенькой являются, ВНЕЗАПНО, одномерные струны, точнее, многомерные браны.

Ну и существуют альтернативные мнения насчёт всей этой вашей физики. Подробности изложены тут и тут. Предлагаемая авторами теория взамен существующей не бесспорна (а точнее заведомо абсурдна — из-за ложных предпосылок, лежащих в ее основе, и до смешного наивного детского восприятия микро-мира как маленькой аналогии среднего мира), но факты, судя по всему, в этих статьях изложены стоящие, и вопросы к стандартной модели возникают нешуточные.

Инструменты

Единственный способ посмотреть, не состоит ли элементарная частица из еще более элементарных, и изучить ее характеристики — столкнуть на огромной скорости эти элементарные частицы. Ученые с середины прошлого века используют для этого коллайдеры, в которых сталкивают разные частицы и изучают то, что от них останется. Наикрутейший из четырех самых крутых в мире коллайдеров — Большой адронный коллайдер.

Человек встречает элементарные частицы

Никакой особой опасности элементарные частицы для человека не представляют (он сам из них состоит!) — нужно только правильно дозировать их получение, а также такой параметр частицы, как её энергия. Например, на долю космонавтов выпадает немало глюков и вспышек в глазах: когда (в космосе) космонавт закрывает глаза, то он периодически видит «вспышки» — это элементарные частицы (от которых уже не защищает атмосфера) начинают пролетать через органическую массу во всех направлениях, в том числе — не только через половые органы, но и через глаза. Вспышки в глазах — это так называемое излучение Вавилова-Черенкова от проносящихся с сверхсветовой скоростью (скорость света зависит от среды, скорость фотона в космическом пространстве выше, чем в человеке) в жидкой среде глазного яблока этих самых космических летунов-частиц. Читающий этот абзац может подумать, что яркие точечки, порой вспыхивающие у него в глазах, и есть те самые элементарные частицы — ан нет, сетчатка глаза не способна преобразовывать ионизирующие излучения в изображение, даже в пределах одного пикселя.

Протоны

Это реальный случай. Пруф на педивикии.

Мюоны

С этим частицами каждый сталкивается постоянно.

Это относительно (по мерками частиц) долгоживущие частицы (~2 мкс) — лептоны второго поколения, ранее именовавшиеся мю-мезонами (ошибочно), которые постоянно рождаются в верхних слоях атмосферы. Космические лучи — в основном, протоны, которые обладают энергиями на несколько порядков выше, чем предел в Самом Большом Ускорителе — постоянно попадают в атмосферу из космоса и тут же долбятся о протоны, нейтроны, электроны… обо все, что там есть, им все равно, и рождают лулзы вторичные частицы совершенно разнообразных видов (каскады) — начальная энергия такова, что в конце их будет очень много (ШАЛ, широкий атмосферный ливень).

Однако (к сожалению!), мы практически этих частиц не видим — они быстро теряют свою энергию, так как почти все хорошо взаимодействуют с частицами атмосферы. Но некоторые (мюоны) все-таки успешно добираются до нас. Это объяснятся тем, что они: а) имеют высокую энергию; б) в сильном взаимодействии не участвуют, только в электромагнитном и слабом — и почти все долетают и успешно пронизывают нас насквозь, а которым все же повезло — устраивают маленькие каскады внутри.

Тем не менее, они не проходят далее десятков метров грунта, потому как постепенно теряют свою энергию на ионизационное излучение.

Поток мюонов на уровне моря — порядка одной частицы на квадратный сантиметр в минуту, так что сквозь читающего данные строки успело пройти несколько десятков таких частиц, пока он пытался что-либо сообразить. В общем, плавайте поездами аэрофлота.

С мюонами связан популярный физический лулз. Теоретики придумали мезоны (частички, переносящие слабые сильные взаимодействия (слабые взаимодействия переносят промежуточные W и Z бозоны)). Экспериментаторы их нашли, и сразу две. Одну назвали мю-мезон, а другую — пи-мезон. Через какое-то время Теоретики поняли, что мю-мезон ни разу не мезон, и мягко намекнули, что его стоит переименовать в мю-лептон, сокращенно — мюон. Клево, сказали экспериментаторы, и переименовали пи-мезон в пион, который таки мезон (кварк-антикварк), в отличие от мюона.

Кроме того, с помощью мюонов возможен холодный термоядерный синтез, но энергетической выгоды не получится. Точнее, есть надежда, что когда-то получится, но пока в этом направлении всё заметно хуже, чем в старых добрых токамаках, а даже они пока электричества не дают и в ближайшее время не планируют. Дело в том, что отрицательный мюон успешно косплеит электрон, но из-за нехилой массы льнёт к самому ядру, нейтрализуя его заряд. Два ядра успешно сливаются, выделяя энергию синтеза, да вот незадача — живёт наш супер-катализатор всего-то ничего, а получается значительными усилиями.

Бозон Хиггса

Эпичная Хтоническая по меркам микромира хренобобина — в тысячу в сто тридцать три раза тяжелее протона. И для его получения нужны энергии порядка нескольких тераэлектронвольт, которые и были достигнуты в этом вашем Большом Адронном Коллайдере. Благодаря журнализдам о Бозоне Хиггса теперь знает каждый школьник, хотя на коллайдере занимаются далеко не только бозоном. В 2012 году его существование вроде как подтвердили на этом вашем коллайдере.

Этот бозон отвечает за появление у элементарных частиц массы.

Масса — это мера инертности тела, то есть показатель количества силы, необходимой для остановки движущегося тела (как там было в учебниках: медленно ползущий поезд человек остановить не может, а летящий теннисный мячик отбить — вполне). Пока считается, что частицы с массой находятся в так называемом поле Хиггса, где летают бозоны Хиггса и мешают частицам разгоняться до скорости света (фотон имеет нулевую массу покоя и на него это не действует).

Подробнее про Хиггса и его бозон: тут. Здесь можно послушать доходчивую лекцию для чайников (англ).

Нейтрино

Нейтрино — оно на то и нейтрино, так как практически ни с чем не взаимодействует, и все остальное тоже с ним взаимодействовать не хочет, а участвует оно только в слабом взаимодействии. Обладает большой проникающей способностью. Так, например, нейтрино может запросто пронзить насквозь земной шар и улететь путешествовать дальше. Плотность потока этих частиц такова, что можно с уверенностью сказать — прямо в этот момент через твою тушку пролетело около 10¹⁴ сих частиц. Так, ученые давно подозревали, что внутри (в ядре) Солнца, где находится его центральный реактор, должно рождаться много нейтрино. Детектор состоял из большого бассейна перхлорэтилена в глубокой шахте. За несколько месяцев в нем застряло всего ~30 нейтрино!

Алсо у Митчела Уилсона есть об этом роман, хотя это и не лучшее его произведение.

Интересно использование этих частичек в фантастике.

• К примеру, в романе Г. Гаррисона про стальную крысу есть эпизод, когда герой переоделся в костюм алиена, а на кончике носа укрепил «детектор нейтрино» (источник нейтрино — этакий «маячок» — был заблаговременно размещен на костюме преследуемого), ведь «нейтрины — это такие частицы, которые свободно проникают через стены» (неточная цитата).
• У Пейсателя же встречается боевое оружие — излучатель нейтрино (или тахионов, какая разница — всего лишь частицы с отрицательной массой, не имеющие отношения к нейтрино), делающий в людях дырки. Как потоком нейтрино сделать дырку хотя бы в тоненьком презервативе — предстоит догадаться будущим поколениям ученых пейсателей…
• У Стругацких в рассказе «6 спичек» при помощи нейтрино делают иглоукалывание в мозг, после чего человек превращается в надчеловека. Как потоком нейтрино сделать… (см. предыдущий пункт)
• У Станислава Лема в романе «Солярис» так называемые «Гости» состояли только из нейтрино. Эти нестабильные конструкции жили более 9000 секунд только потому, что их удерживало энергетическое поле Океана.
• У него же в романе «Глас Господа» нейтрино переносит сигнал, расшифровке которого и посвящена книга.
• У Нивена Ларри есть рассказ «Мир Кольцо»; имеется искусственно созданное кольцо вокруг солнца — система, которая обеспечивала безопасность, в том числе задерживая 40% нейтрино (по последнему фактору исследователи окончательно спалили искусственное происхождение и зассали перед гипотетическими создателями кольца).
• У Дугласа нашего Адамса в пятой книжке эпопеи о путеводителе для вольных путешественников по Галактике нейтрино попало в атом и привело к тому, что клевер на той версии планеты Земля стал расти только четырехлистный, главная героиня не улетела на летающей тарелке с двухголовым, но, видимо, чертовски обаятельным и привлекательным пришельцем, а вся планета не была уничтожена вогонами при прокладке гиперпространственного шоссе, как все остальные ее версии — но каким именно образом, не объясняется.
• В фильме «Пиздец всем кроме ZOG» «2012» ржака начинается с самых первых минут, где солнечные нейтрино начинают взаимодействовать с веществом ядра Земли «на физическом уровне» (sic!). Они-то взаимодействуют IRL, оставляя жирный кусок своей энергии в теле нашей матушки, но для такого эффекта как в кино их совсем недостаточно. При таком раскладе как в фильме, каждый житель Земли напоминал бы хорошо прожаренный на нейтринном излучении стейк. Что в первую очередь приводит к бурлению говн в голове императора всея Земли и президента Америки по совместительству, а уж потом мантии Земли.

Следует отметить, что не исключен вариант, при котором подавляюще бОльшая часть массы в нашей Вселенной приходится именно на долю нейтрино, а не на какие-нибудь там протоны-нейтроны, поскольку они способны хранить энергию, никому ее не отдавая. Такие вот дела.

Нейтроны

Нейтрон имеет относительно «нейтральное» название, но, несмотря на это, встреча с ним не рекомендуется. Состоит из набора трех кварков (ddu) и постоянно меняется ими с протонами и другими нейтронами. Будучи лишенным такой возможности, распадается до протона примерно за 900 секунд. Влепившись в атом любого элемента, нейтрон может попасть в ядро и с нехилой вероятностью сделать его радиоактивным — тем-то, сука, и опасен: от облучения нейтронами твое собственное мясо, Анонимус, превращается в радиоактивные изотопы! Но от них можно защититься водой, слоем парафина или полиэтиленом. Такие дела.

В аэропорту

Военные и секьюрити всегда хотят знать, что вы там везете через таможню. К (их) сожалению, «воротца», через которые нужно проходить, сняв весь пирсинг и зубные штифты, могут обнаружить только металлические предметы, а по изображению содержимого чемоданчика на экране трудно отличить фаллоимитатор от тринитротолуоловой шашки.

Поэтому среди военных периодически бродит мысль — использовать юркие нейтрончики для более надежной подсветки поцыэнтов [2]. Идейка — в резонансном рассеянии быстрых нейтронов на азоте, которого в разной взрывчатке почему-то много, а в «хорошем» багаже мало (в безобидном макетном ноже его тоже мало, надо сказать). Разумеется, это совершенно безопасный для здоровья метод. Но вот в зонах боевых действий для поиска бескорпусных мин таки используется, но там причин испортить здоровье — и без источника быстрых нейтронов хватает. Алсо существует СТОЛЬКО безазотных взрывчатых веществ, что даже тотальное применение метода всего лишь заставит потенциальных бомберменов на недельку отсрочить хитрый план, синтезируя свежачок.

Кварки

Надо сказать, что кварки — это самые доставляющие элементарные частицы. Дело в том, что кварки различаются между собой не как-нибудь, а «ароматами», которых имеется в наличии шесть: «верхний (up)» — «нижний (down)», «очарованный (charm)» — «странный (strange)», «истинный (true, top)» — «прелестный (beauty, bottom)». У первых — заряд по 2/3, у вторых — по минус 1/3. Представьте себе «нижний» аромат. Кроме того, в этой самой Стандартной модели постулируется, что кварки обладают внутренней характеристикой, именуемой «цвет», которая отвечает за сильное взаимодействие. Что характерно, цветов у кварков ровно три — красный, зеленый и синий (с учетом антикварков шесть — антикрасный, антизеленый и антисиний). И при смешении получается бесцветная, но «видимая» в этом лучшем из миров частица. Сами же кварки, хоть обладают «цветом» и «запахом», в свободном состоянии непосредственно зарегистрированы быть не могут — судят о них по траекториям порождаемых при столкновении частиц, которые и регистрируются. С феноменологической точки зрения можно сказать, что реальные (то есть, не виртуальные) кварки должны быть объединены так, чтобы образовывать т. н. «синглет» по отношению к цвету — то есть, быть в неком «бесцветном» состоянии. Только такие частицы мы и можем наблюдать. Натурально, один кварк бесцветным быть не может, поэтому в столкновениях одиночные кварки не получаются никогда. Силы, связывающие кварки, схожи с пружиной: чем сильнее раздвигаешь, тем сильнее они притягиваются. Если гипотетически пытаться разорвать два кварка (пусть будет двухкварковая частица), то энергия связи между ними будет нарастать, и в какой-то момент она будет настолько велика, что этого будет достаточно для появления двух новых кварков, которые свяжутся с исходными. В итоге мы получим две частицы, плюс толстый хуй для тех, кто считает, что при этом «материя появилась из ничего!!!11адынадын» — слишком уж дохуя энергии придется потратить на попытки разорвать кварки, если это, конечно, вообще возможно сделать…

Считается, что «странные» кварки могут при столкновении с другими превращать их в себе подобных, а также отталкиваться от других странных кварков. Таким образом, одна из моделей БП — ВНЕЗАПНОЕ создание странного кварка в каком-нибудь ускорителе частиц, и последующий распад всей планеты в субатомную пыль.

Еще у кварков есть спин и масса, но на это всем похуй.

Раньше ученые подозревали, что кварки тоже из чего-то состоят, предположительно — из преонов, но после того, как изобрели теорию струн, на преоны всем стало похуй.

Алсо один из экспериментов на этом вашем БАК — получение кварк-глюонной плазмы, столкнуть два ядра ~золота на такой скорости, что кварки будут существовать в несвязанном (квазибесцветном) состоянии аж целых 10⁻¹¹ с!

Санчо против CERN

Увы, не все любят элементарные частицы. Некий Санчо и его товарищи собираются пожаловаться Комиссару Совета Европы по правам человека, господину Томасу Хаммарбергу, на грядущий всепланетный катаклизм, который собираются устроить ученые и CERN, что построили этот самый коллайдер пруф1 пруф2. Доказательства? Парадокс Ферми — пока на Земле не обнаружено следов посещения другими цивилизациями, но число цивилизаций должно быть велико, и они должны были уже давно посетить нас — следовательно, раз следов нет, то всякая цивилизация заканчивает свое развитие самоэкстерминатусом через построение Коллайдера. Нужны экспериментальные данные? А гамма-вспышки — это разве не доказательство? На замечание о том, что энергии в этом Коллайдере будут гораздо ниже энергий космических лучей, там стараются не обращать внимания, ну а власти, как обычно, все скрывают.

Ссылки

• Замечательный ликбез, поймёт даже школьник (если он ещё что-то понимает).
• Порно для физика, вся статья за 1 минуту.

Примечания

1. ↑ Классическое понятие «минимально возможной единицы материи» см. Атомизм и Древняя Греция
2. ↑ Потому и не были задеты мозговые структуры — в виду отсутствия оных.

[ + ]   Матан/Элементарные частицы Матан

Науки  Высшая математика • Евгеника • Матан • Российская • Сопромат • Философия Достижения  TeX • Атомная бомба • Биореактор • Большой адронный коллайдер • ГМО • Двести двадцать • Корчеватель • Кубик Рубика • Нанотехнологии • Палата мер и весов • Роботы • Термоядерный синтез • Чернобыль • Экзоскелет • Фукусима Теория и открытия  Звездчатый многоугольник • Квантовая механика • Когнитивная психология • Популяционная теория Мальтуса • Радиация • Тёмная энергия • Теория большого взрыва (сериал) • Теория относительности • Теория разбитых окон • Теория струн • Четвёртое измерение • Чёрная дыра • Эволюция • Элементарные частицы Мемы  265 • xkcd • Бритва Оккама • Деление на ноль (Яценюк) • Дигидрогена монооксид • Задача Льва Толстого • Задача Эйнштейна • Закон Мерфи • Закон Парето • Квадратно-гнездовой способ мышления • Квадратура круга • Коробочка фотонов • Кот Шрёдингера • Матановая капча • Критерий Поппера • Метод научного тыка • Пик нефти • Поймать льва в пустыне • Рекурсия • Сферический конь в вакууме • Теорема Ферма • Число Грэма • Число Эрдёша Люди и организации  Организации (ИТМО • МФТИ • НМУ) • Байрон • Белоненко • Березовский • Вассерман • Вербицкий • да Винчи • Декарт • Докинз • Инженер • Кэрролл • Лаборатория • Лейбниц • Лобачевский • Луговский (цитатник) • Паскаль • Перельманы (Григорий • Яков) • Переслегин • Пятисемиты • Саган • Тейлор • Тесла • Технофашисты • Фейнман • Хайям • Хокинг • Эшер Паранаука  Science freaks/Научное фричество • Scorcher.ru • Артефакт • Великая тайна воды • Вечный двигатель • Гомеопатия • ГСМ • Информационное поле Вселенной • Квадратно-гнездовой способ мышления • Научный креационизм (аргументы) • НЛП • Принцип Арнольда • Соционика • Телегония • Торсионные поля • Электронный голосовой феномен Фрики и шарлатаны  Sherak • Британские учёные • Бронников • Гаряев • Жданов • Катющик • Лотов • Лысенко • Малахов • Мулдашев • Мухин • Олег Т. • Петрик • Протопопов • РАЕН • Скляров • Стерлигов • Фоменко • Чащихин • Чернобров • Чудинов • Чурляев • Чуров Срачи  Бесполезная наука • Взлетит или не взлетит? • Дети индиго • Луносрач • Наука vs религия • Пирамидосрач • Плутоносрач • Физики vs лирики • Шмель летать не должен