от взаимодействий элементарных частиц до...
TRANSCRIPT
Фундаментальные
представления современной
физики: от взаимодействий элементарных
частиц до структуры и эволюции
Вселенной
Физический факультет МГУ
Кафедра физики частиц и космологии
Валерий Анатольевич Рубаков академик,
доктор физико-математических наук,
профессор
Сергей Вадимович Троицкий доктор физико-математических наук
Владимир Викторович Белокуров доктор физико-математических наук,
профессор
10-12 1024 1018 106 1012 100 10-18 10-6
атом
ядро
протон
кварк человек Земля Галактика Вселенная
От составного к элементарному:
масштабы, исследованные человеком
размер в метрах
10-12 1024 1018 106 1012 100 10-18 10-6
атом
ядро
протон
кварк человек Земля Галактика Вселенная
От составного к элементарному:
масштабы, исследованные человеком
размер видимой
части Вселенной
размер в метрах
10-12 1024 1018 106 1012 100 10-18 10-6
атом
ядро
протон
кварк человек Земля Галактика Вселенная
От составного к элементарному:
масштабы, исследованные человеком
наименьший размер,
изученный на ускорителях
размер видимой
части Вселенной
размер в метрах
10-12 1024 1018 106 1012 100 10-18 10-6
атом
ядро
протон
кварк человек Земля Галактика Вселенная
От составного к элементарному:
масштабы, исследованные человеком
наименьший размер,
изученный на ускорителях
размер видимой
части Вселенной
размер в метрах
От составного к элементарному: атом
10-12 1024 1018 106 1012 100 10-18 10-6
атом
ядро
протон
кварк человек Земля Галактика Вселенная
размер в метрах
От составного к элементарному:
атом
предсказание: древние философы
косвенное доказательство: химия, 17 век
непосредственное наблюдение:
сканирующий электронный микроскоп, 20 век
размер: 10-10 м
От составного к элементарному:
атом
непосредственное наблюдение:
сканирующий электронный микроскоп, 20 век
размер: 10-10 м
составной структуры не видно!
От составного к элементарному: универсальный способ деления на части
От составного к элементарному: немного более хитрый метод
От составного к элементарному: ядро
предсказание нейтрона:
Амбарцумян, Иваненко 1930
открытие нейтрона:
Чэдвик, 1932
составные части: протоны (+), нейтроны (0)
От составного к элементарному: протон
10-12 1024 1018 106 1012 100 10-18 10-6
атом
ядро
протон
кварк человек Земля Галактика Вселенная
размер в метрах
От составного к элементарному: протон
открытие: Резерфорд, 1919
составная структура: 1968
(стабилен, нужна кувалда)
размер: 9×10-16 м
От составного к элементарному: структура протона
глубоконеупругое рассеяние электронов на протонах
1968
SLAC
(Стэнфорд, США)
~2 км
От составного к элементарному: неделимые (?) кварки
10-12 1024 1018 106 1012 100 10-18 10-6
атом
ядро
протон
кварк человек Земля Галактика Вселенная
размер в метрах
От составного к элементарному: неделимые (?) кварки
10-12 1024 1018 106 1012 100 10-18 10-6
атом
ядро
протон
кварк человек Земля Галактика Вселенная
размер в метрах
наименьший размер,
изученный на ускорителях
От составного к элементарному: неделимые (?) кварки
вплоть до размеров порядка 10-18 м
признаков составной структуры кварков не обнаружено
2012
LHC, CERN
(Женева, Швейцария/Франция)
~30 км
Мир частиц и взаимодействий: силы между частицами
10-12 1024 1018 106 1012 100 10-18 10-6
атом
ядро
протон
кварк человек Земля Галактика Вселенная
размер в метрах
гравитация
Мир частиц и взаимодействий: силы между частицами
10-12 1024 1018 106 1012 100 10-18 10-6
атом
ядро
протон
кварк человек Земля Галактика Вселенная
размер в метрах
гравитация электро-
магнетизм
Мир частиц и взаимодействий: силы между частицами
10-12 1024 1018 106 1012 100 10-18 10-6
атом
ядро
протон
кварк человек Земля Галактика Вселенная
размер в метрах
гравитация электро-
магнетизм
сильное
слабое
Мир частиц и взаимодействий: силы между частицами
гравитация электро-
магнетизм сильное слабое
Мир частиц и взаимодействий: силы между частицами
гравитация
~1/R2
электро-
магнетизм
R
F
сильное слабое
Мир частиц и взаимодействий: силы между частицами
гравитация
~1/R2
электро-
магнетизм
~1/R2
R
F
сильное слабое
Мир частиц и взаимодействий: силы между частицами
гравитация
~1/R2
электро-
магнетизм
~1/R2
R
F
сильное слабое
~e-A R ~R
Мир частиц и взаимодействий: силы между частицами
гравитация
~1/R2
электро-
магнетизм
~1/R2
R
F
сильное слабое
~e-A R ~R
электрон фотон протон, нейтрон
p=uud, n=udd
Мир частиц и взаимодействий: частицы, встречающиеся в быту
электрон мюон τау заряженные лептоны
d s b
«верхние» кварки
«нижние» кварки
νe νμ ντ нейтрино
u c t
лепто
ны
кв
арки
частицы – переносчики взаимодействий:
электрослабого: фотон, W+, W-, Z
сильного: глюоны
Мир частиц и взаимодействий: элементарные частицы
бозон Хиггса
νe νμ ντ
Мир частиц и взаимодействий: нейтрино
нейтрино
• испытывают только слабое взаимодействие,
поэтому практически не регистрируются
каждую секунду через меня
пролетают незамеченными
~1014 штук нейтрино…
“не поймаешь нейтрино за бороду и не посадишь в пробирку”
[В.С. Высоцкий, 1964]
электрон мюон τау заряженные лептоны
d s b
«верхние» кварки
«нижние» кварки
u c t
лепто
ны
кв
арки
Мир частиц и взаимодействий: переносчики взаимодействий
бозон Хиггса
νe νμ ντ нейтрино
частицы – переносчики взаимодействий:
электрослабого: фотон, W+, W-, Z
сильного: глюоны
Мир частиц и взаимодействий: переносчики взаимодействий
частицы – переносчики взаимодействий:
электрослабого: фотон, W+, W-, Z
сильного: глюоны
Мир частиц и взаимодействий: бозон Хиггса
Единственная частица, носящая имя ученого, Питера Хиггса…
Мир частиц и взаимодействий: бозон Хиггса
Единственная частица, носящая имя ученого, Питера Хиггса…
… была впервые предсказана Робертом Браутом и Франсуа Энглером в 1964 г.
Мир частиц и взаимодействий: бозон Хиггса
главное – не частица,
главное – поле!
Хиггсовское поле приводит к возникновению массы у частиц
Мы знаем, что это не все: темная материя
светящееся вещество
все вещество
сталкивающиеся скопления галактик
Мы знаем, что это не все: темная материя
темная материя = несветящаяся материя
(прозрачная)
• не испытывает электромагнитного взаимодействия
(иначе излучала и поглощала бы свет)
• не испытывает сильного взаимодействия
(иначе образовала бы компактные структуры)
• нейтрино – слишком легкое
требуются новые, неизвестные частицы!
Может, тебе просто не нравится, как мир устроен, ЙЦУКЕН?
Виктор Пелевин «Акико»
...
Не знаю, думай.
• понятия и принципы квантовой физики;
• квантовые физические системы в макро- и микромире;
• квантовая логика, квантовые вычисления, квантовая
телепортация;
• релятивистские квантовые поля как универсальная форма
существования материи;
• элементарные частицы и типы их взаимодействий;
• свойства современной Вселенной;
• асимметрия между веществом и антивеществом во Вселенной;
• тёмная материя и тёмная энергия;
• основные этапы космологической эволюции;
• инфляционная космология;
• астрофизика высоких и сверхвысоких энергий
Основные разделы курса: