Физика элементарных частиц

Материал из Википедии — свободной энциклопедии

Фи́зика элемента́рных части́ц (ФЭЧ), часто называемая также фи́зикой высо́ких эне́ргий — раздел физики, изучающий структуру и свойства элементарных частиц и их взаимодействия.

[править] Теоретическая ФЭЧ

Основное орудие исследования в теоретической физике элементарных частиц — квантовая теория поля. Т.е. любая элементарная частица — это не «кусочек» какой-то сплошной материи, а определённое (одночастичное) возбуждение абстрактного гильбертового пространства. Можно сказать, что весь наш мир видится в ФЭЧ как вектор в гильбертовом пространстве состояний, который «вращается» в нем со временем.

Главным результатом современной теоретической физики элементарных частиц является Стандартная Модель. За последние пару десятков лет её предсказания были многократно перепроверены в экспериментах, и в настоящее время она — единственная физическая теория, адекватно описывающая устройство нашего мира вплоть до расстояний порядка 10⁻¹⁸м.

Взаимодействие частиц в ФЭЧ принципиально отличается от взаимодействия объектов в других областях физики. Например, в механике мы изучаем движение тел, которые, в принципе, могут друг с другом взаимодействовать. Однако как именно, за счет чего такое взаимодействие происходит — механика не изучает. В противоположность этому, ФЭЧ уделяет одинаковое внимание, как самим частицам, так и процессу их взаимодействия. Связано это с тем, что в ФЭЧ удается описать электромагнитное, сильное и слабое взаимодействие как обмен виртуальными частицами. Важным постулатом в таком описании явилось требование симметрии нашего мира относительно калибровочных преобразований.

Равноправие частиц и их взаимодействий красивым образом проявляется в суперсимметричных теориях, в которых постулируется существование в нашем мире ещё одной скрытой симметрии: суперсимметрии. Можно сказать, что при преобразовании суперсимметрии частицы превращаются во взаимодействия, а взаимодействия — в частицы.

Уже отсюда видна исключительная фундаментальность ФЭЧ — в ней делается попытка понять многие свойства нашего мира, которые до этого (в других разделах физики) принимались лишь как данность.

[править] Экспериментальная ФЭЧ

Экспериментальная физика элементарных частиц делится на два больших класса: ускорительную и неускорительную.

Ускорительная ФЭЧ — это разгон долгоживущих элементарных частиц в ускорителе (коллайдере) до высоких энергий и столкновение их друг с другом или с неподвижной мишенью. В процессе такого столкновения удается получить очень высокую концентрацию энергии в микроскопическом объёме, что приводит к рождению новых, обычно нестабильных, частиц. Изучая характеристики таких реакций (количество рождённых частиц того или иного сорта, зависимость этого количества от энергии, типа, поляризации исходных частиц, от угла вылета и т. д.), можно восстановить внутреннюю структуру исходных частиц, их свойства, то, как они взаимодействуют друг с другом.

Неускорительная ФЭЧ — это процесс «пассивного наблюдения» за нашим миром. В неускорительных экспериментах поставщиком элементарных частиц является Природа, а от исследователя требуется лишь внимательно следить за происходящим. Типичные неускорительные эксперименты — наблюдение за нейтрино в так называемых нейтринных телескопах, ожидание распада протона, безнейтринного двойного бета-распада и прочих крайне редких событий в большом объеме вещества, эксперименты с космическими лучами.

[править] Ссылки

• Последние достижения в физике элементарных частиц
• Физика элементарных частиц на Scientific.ru
• Полная таблица элементарных частиц, подготовленная Particle Data Group.