Club Aurora

Твоят прозорец към космоса.

Експериментите в CERN
Това е втората част от серията статии за CERN, първата може да прочетете тук. Основните изследвания  в CERN са в областта физиката на елементарните... Експериментите в CERN

Това е втората част от серията статии за CERN, първата може да прочетете тук.

Основните изследвания  в CERN са в областта физиката на елементарните частици, която изучава фундаменталните съставки на веществото (материята). От 1970-те години насам, физиците на елементарните частици описват фундаменталната структура на материята с елегантна поредица от уравнения, наречена Стандартен модел. Моделът описва как всяко наблюдавано нещо във Вселената се състои от няколко основни съставни части, наречени фундаментални частици, които се подчиняват на четири взаимодействия (сили).

Елементарните частици са изключително малки и бързи обекти, което означава, че класическата физика (Нютоновата механика) е неприложима за тяхното описание. Дяловете от физиката, използвани за описанието на елементарните частици са квантовата механика и специалната теория на относителността. Най-известното уравнение на специалната теория на относителността е:

 E = mc2

Това уравнение свързва масата с енергията (c е фундаментална физична константа – скоростта на светлината), което всъщност означава, че масата е енергия. Тази енергия се нарича енергия на покой (маса на покой) и всяка елементарна частица притежава енергия, независимо от това дали е в покой или в движение. Енергията на елементарните частици е много малка и затова се измерва в удобни за целта единици – електронволт (eV). Например, 7 000 000 000 000 eV или 7 TeV е енергия приблизително равна на енергията на една мравка с маса 1 g, която се движи със скорост 5 cm/s (класическата физика е приложима за мравката).

Експериментите с елементарни частици се състоят почти изцяло в следните три действия:

  1. Сблъскване на частици – сблъскваните частици могат да родят други частици или да се разсеят. Наблюдават се породените от сблъсъка частици или ъгъла на разсейване на сблъсканите частици.

  2. Разпади – частица спонтанно се разпада и се наблюдават остатъците от разпада (също елементарни частици).

  3. Свързани състояния – две или повече частици се свързват и се изследват свойствата на получения съставен обект (също елементарна частица, но съставна).

Създаването на теория от тези косвени доказателства е трудна задача, и обикновено се сравняват резултатите от теоретичните предположения с експерименталните данни.

Друг проблем на експеримента е раждането на елементарни частици и тяхното изучаване. Колкото по-голяма маса има една частица, толкова по-голяма енергия е нужна при сблъсъка за нейното раждане (уравнението за енергията на покой е минималната енергия, необходима за раждането на дадена частица). Това е и причината първо да се откриват по-леките частици, а по-тежките – по-късно.

Почти всички елементарни частици са нестабилни и се разпадат бързо (понякога и каскадно – някои частици от остатъците от разпада също се разпадат), затова е необходимо да ги “родим”, за да ги изучаваме. Известните досега стабилни фундаментални частици са електрон и фотон, а съставни частици – протонът (за наша голяма радост, тъй като в противен случай няма начин да съществуваме). Неутронът в свободно състояние (извън атомното ядро) не е стабилна съставна частица и има средно време на живот около 881.5 секунди. За физиката на елементарните частици това време е много голямо, като най-дългото средно време на живот на фундаментална частица (мюонът) е от порядъка на една милионна част от секундата.

Следва продължение.

Albert Varonov

  • ermalyk

    28.декември.2012 #1 Author

    а защо Нютоновата механика не може да опише поведението на елементарните частици?

    Отговор

    • avaronov

      28.декември.2012 #2 Author

      Нютоновата механика е приложима за обекти, които се движат с малки скорости в сравнение с тази на светлината и имат големи маси в сравнение с масата на атома.

Вашият имейл адрес няма да бъде публикуван. Задължителните полета са отбелязани с *