Реферат на тему Проблемы физики элементарных частиц

Содержание:

Оглавление
Введение 2
1 Элементарные частицы и основные законы взаимодействия во Вселенной 4
1.1 Развитием физической науки. Стандартная модель физики элементарных частиц 4
1.2 Классификация элементарных частиц 6
1.3 Теория кварков 12
1.4 Бозон Хиггса 15
Заключение 20
Список использованной литературы 22

Введение:

Физика как естественная наука, является базисом всего современного естествознания. Только за последнее десятилетие в физике состоялись открытия самого высокого уровня. В основном они касались физики микромира.
Формирование современной физической картины мира как результата изучения физики, завершается рассмотрением фундаментальных взаимодействий.
На сегодня Стандартная модель физики элементарных частиц является одним из важнейших обобщений физики высоких энергий. Более того, она может быть рассмотрена как физическая теория, которая классифицирует элементарные частицы в соответствии с их зарядами и описывает, как они взаимодействуют через фундаментальные взаимодействия.
Рассматривая Стандартную модель физики элементарных частиц как физическую теорию, ключевое значение имеют фундаментальные исследования, составляющих ее эмпирический базис, а также опыты, подтверждающие ее логические последствия.
К фундаментальным исследованиям можно отнести, прежде всего, эксперименты, которые поставили под сомнение устоявшиеся классические представления о строении вещества – это опыты Милликена по определению элементарного электрического заряда и Резерфорда — о рассеянии α — частиц веществом. Так возникли первые теоретические обобщения в виде квантовых постулатов Бора, которые получили дальнейшее подтверждение в опытах Д. Франка и Г. Герца.
С другой стороны, предпосылкой развития теории стали опыты, подтверждающие волновую природу света. На них основывались предположения М. Планка (1900 р.) квантования энергии и теория фотоэффекта А. Эйнштейна (1905 г.), что согласовывались с известными экспериментами А. Комптона (1924 г.).
Новым витком в развитии теории стало открытие элементарных частиц, в частности, нейтрона (Дж. Чедвик, 1932), позитрона — античастицы электрона (К.Д. Андерсон, 1932 г.), Мюона (в 1936 г..,), P + и p- мезонов (в 1947 г.). Конец 40-х — начало 50-х гг. ознаменовались открытием большой группы частиц, получили название «странных» из-за необычных свойств.
Первые частицы этой группы были найдены в космических лучах, последующее же открытие новых частиц было осуществлено на ускорителях — установках, создающих пучки высокоэнергетических протонов и электронов.
С начала 50-х годов и по сей день ускорители превратились в основной инструмент по исследованию элементарных частиц. Вопросы релятивистской квантовой теории, связанные с изучением элементарных частиц: мезонов, гиперонов и др., поскольку квантовая механика и квантовая электродинамика, установленные сначала для электронов и электромагнитного поля, исчерпали свои возможности.
Наиболее существенные успехи релятивистской квантовой электродинамики, то есть теории электронов, позитронов и фотонов, взаимодействующих друг с другом, были связаны с объяснением лембовского отклонения и магнитного момента электрона с помощью теории вакуума в 1947-1948 гг. [6].
Изучение теории элементарных частиц всегда есть и будет актуальной проблемой. Целью работы является изучение проблем физики микромира.
Для реализации цели исследования предусматривалось решение следующих задач:
1.Подобрать и провести анализ литературы по данному вопросу;
2.Рассмотреть классификацию элементарных частиц;
3.Познакомится с современными теориями физики элементарных частиц.
Объект данного исследования: физика элементарных частиц.
Предмет исследования: вопросы и проблемы физики элементарных частиц микромира.

Заключение:

В 70-90-е гг. было разработано несколько конкурирующих между собой теорий Великого объединения. Все они базируются на одной идее. Если электрослабое и сильное взаимодействие действительно есть только две стороны Великого единого взаимодействия, то последнему также должно соответствовать калибровочное поле с некоторой сложной симметрией.
Открытие симметрии — главная задача на пути к созданию единой теории сильной и электрослабого взаимодействия. Все гипотетические варианты великого объединения имеют ряд общих особенностей.
Во-вторых, привлечение абстрактных калибровочных симметрий приводит к открытию новых типов полей, которые имеют новые свойства, например способность, превращать кварки в лептоны. В простейшем варианте теории великого объединения для преобразования кварков в лептоны нужно двадцать четыре поля.
Двенадцать из квантов этих полей уже известны: фотон, две W-частицы, Z-частица и восемь глюонов. Другие двенадцать квантов — новые сверхтяжелые промежуточные бозоны, объединенные общей названием X- и Y-частицы (имеют цвет и электрический заряд).
Эти кванты соответствуют полям, которые поддерживают более широкую калибровочную симметрию и перемешивают кварки с лептонами. Итак, X и Y — частицы могут превращать кварки в лептоны (и наоборот).
В теории Великого объединения сталкиваются с энергией частиц более ГэВ. Это очень высокая энергия. Современные ускорители чуть достигают энергии 100 ГэВ. И поэтому основной областью применения и проверки теорий Великого объединения является космология.
Без этих теорий невозможно описать раннюю стадию эволюции Вселенной, когда температура первичной плазмы достигала 〖10〗^27 К.
Именно при таких условиях могли рождаться и аннигилировать сверхтяжелые бозоны X и Y. Но объединение трех из четырех фундаментальных взаимодействий — это еще не единственная теория. Ведь остается еще гравитация. Теоретические модели, в которых сочетаются все четыре взаимодействия, называются супергравитацией.
В теориях суперсимметрии возникла также идея введения новых дополнительных измерений (10, 11 или даже 26) пространства, которые позволят описать все проявления свойств вещества и переносчиков взаимодействий. Только три из них оказываются в нашем мире, а другие остались скрученными, замкнутыми в масштабе 〖r = 10〗^(-35) м.
Вместе с тем на пути объединения гравитации с другими фундаментальными взаимодействиями еще остается много проблем
Последовательное объединение фундаментальных взаимодействий началось с синтеза электричества и магнетизма в рамках теории Максвелла в XIX ст. Объединение слабого и электромагнитного взаимодействий получило надежное подтверждение в 1983 благодаря открытию X и Y — частиц.
Данных, подтверждающих великое объединение, пока нет, но их ждут. Уже скоро это грандиозная задача всей истории познания материи будет решена. В определенном смысле это означает конец физической науки как науки о фундаментальных основах материи.
Не следует отвергать и другие варианты развития физики в будущем — открытие новых фундаментальных взаимодействий, новых субкварковых частиц и др. Особенно весомыми на этом пути есть те необычные представления, которые в наше время появляются там, где взаимодействуют микромир с мегамиром, ультрамалое с ультравеликим, физика с астрономией и космологией. Перспективы дальнейших исследований заключаются в детальном анализе понятия симметрии элементарных частиц.

Фрагмент текста работы:

1 Элементарные частицы и основные законы взаимодействия во Вселенной
1.1 Развитием физической науки. Стандартная модель физики элементарных частиц
Физика элементарных частиц — электронов, протонов, нейтронов, мезонов и др. — относятся к актуальным проблемам физической науки. Главной целью физики всегда было исследование простых фундаментальных частиц материи и выяснение законов их движения, их взаимодействия вместе с исследованием пространства и времени.
Начальной ступенью для создания Стандартной модели физики элементарных частиц была модель атома, которая эволюционировала в соответствии с Основные положения Стандартной модели, которые можно сформулировать в виде таких утверждений:
Все вещества образованы 12-ю фундаментальными частицами — фермионами трех поколений, из которых 6 лептонов (электрон, мюон, тау-лептон и три вида нейтрино), а также 6 кварками (u, d, s, c, b, t).

Рисунок 1 — Стандартная модель элементарных частиц
Кварки участвуют в сильных, слабых и электромагнитных взаимодействиях; заряженные лептоны (электрон, мюон, тау-лептон) — в слабых и электромагнитных; нейтрино — только в слабых взаимодействиях.
Существование всех трех типов взаимодействий объясняются благодаря постулированию симметрии относительно трех типов калибровочных преобразований (независимости физических теорий от определенных преобразований).
Развитием физической науки
Теоретические обобщения Стандартной модели сформулированы в виде системы уравнений Лагранжа (т. н. Лагранжиан) [1].
Стандартная модель физики элементарных частиц обеспечивает уникальное и «элегантное» описание трех из четырех фундаментальных взаимодействий (кроме гравитации) между элементарными частицами.
Частицы с электрическим зарядом влияют на электромагнитное взаимодействие (ее изучает квантовая электродинамика), частицы со слабым зарядом зависят от слабого взаимодействия (квантовая фотодинамика), а те, что имеют цветовой заряд, влияют на сильное взаимодействие (квантовая хромодинамика).
Взаимодействия, опосредованные их соответствующими частицами взаимодействия:
фотонами (γ) для электромагнитного взаимодействия;
слабыми бозонами (W-, W +, Z_0) для слабого взаимодействия;
глюонами (g) для сильного взаимодействия.