Новая физика: обновленная карта всех частиц и фундаментальных сил (3 часть)
29 октября
262 дочитывания
1,5 мин.
(Иллюстрация: Ashley Mackenzie for Quanta Magazine)
Продолжение. Предыдущая часть "Новая физика: обновленная карта всех частиц и фундаментальных сил (2 часть)"
Силы и заряд
Как еще частицы взаимодействуют друг с другом? Мы уже упоминали, что многие частицы вещества имеют электрический заряд - фактически все, кроме нейтрино. Наличие электрического заряда означает, что эти частицы чувствительны к электромагнитной силе. Они взаимодействуют друг с другом, обмениваясь фотонами, носителями электромагнитной силы. Здесь представлены электромагнитные взаимодействия в виде волнистых линий, соединяющих заряженные частицы друг с другом. Обратите внимание, что эти взаимодействия не превращают частицы друг в друга; в этом случае частицы просто ощущают толчок или притяжение.
(Иллюстрация: Quanta Magazine)Слабое взаимодействие немного сложнее, чем предполагалось ранее. Помимо бозонов W + и W– - электрически заряженных носителей слабого взаимодействия - существует также нейтральный носитель слабого взаимодействия, называемый бозоном Z0. Частицы могут поглощать или испускать Z0-бозоны без изменения идентичности. Как и в случае электромагнитных взаимодействий, эти «слабые нейтральные взаимодействия» просто вызывают потерю или усиление энергии и импульса. Слабые нейтральные взаимодействия представлены здесь оранжевыми волнистыми линиями.
Электромагнитные и слабые нейтральные взаимодействия происходят и между противоположно направленными частицами, но для ясности здесь пропущены линии, пересекающие один симплекс с другим. (Иллюстрация: Quanta Magazine)Неслучайно слабые нейтральные взаимодействия очень похожи на электромагнитные. И слабые, и электромагнитные силы происходят из единой силы, существовавшей в первые моменты существования Вселенной, называемой
электрослабым взаимодействием.
Когда Вселенная остыла, произошло событие, известное как нарушение электрослабой симметрии, разделившее силы на две части. Это событие ознаменовалось внезапным появлением распространяющегося по всему пространству поля, известного как
поле Хиггса, которое связано с частицей, называемой
бозоном Хиггса, - последним фрагментом нашей головоломки.
Появляется Хиггс
Бозон Хиггса - это стержень Стандартной модели и ключ к пониманию того, почему двойное симплексное расположение имеет смысл. Когда поле Хиггса возникло в ранней Вселенной, оно соединило левые и правые частицы друг с другом, одновременно наделяя частицы тем свойством, которое мы называем массой. (
Обратите внимание, что нейтрино имеет массу, но его происхождение остается загадкой, поскольку оно происходит от какого-то механизма, отличного от Хиггса).
Когда частица, такая как электрон, движется в пространстве, она постоянно взаимодействует с бозонами Хиггса - возбуждениями поля Хиггса. Когда левосторонний электрон сталкивается с бозоном Хиггса, электрон может отрикошетить от него в новом направлении и стать правым, затем врезаться в другого Хиггса и снова стать левым, и так далее. Эти взаимодействия замедляют электрон, и именно это мы подразумеваем под «массой».
В общем, чем больше частица взаимодействует с бозоном Хиггса, тем больше у нее массы. Более того, частые взаимодействия с бозонами Хиггса делают эти массивные частицы квантовыми смесями левых и правых.
Теперь все это можно объединить в новую Стандартную модель физики элементарных частиц:
https://skfb.ly/6VPSD (
по ссылке обобщенная интерактивная 3D-модель)