1 часовой историю физики частиц
Вес товара: ~0.7 кг. Указан усредненный вес, который может отличаться от фактического. Не включен в цену, оплачивается при получении.
Описание товара
Выбор редактора
Ученые из ЦЕРН, ведущей физической лаборатории в мире, интерпретируют для вас прошлое и настоящее физики элементарных частиц, а Цянь Сидзин, профессор физического факультета Пекинского университета, интерпретирует это для вас!
Разрушение холодной маски физики элементарных частиц, глубокие знания в сочетании с прекрасными метафорами, краткая история физики элементарных частиц, понятная каждому.“”“&lsquo’”…&Hellip;
Полноцветная четырехцветная печать позволяет с первого взгляда понять ключевые моменты и удовлетворить потребности разных читателей.Синий контент — это профессиональный контент, и любители физики могут прочитать его для расширенного чтения.Новички в физике могут просто игнорировать это, не влияя на понимание контекста.
СМИ обзор
От ускорителей к космологии, Полина&Ганьон показывает читателям подробный и всесторонний взгляд на природу глазами ученых.Если вы хотите узнать, как работают и думают физики элементарных частиц, эта книга — хорошее начало.—— Шон&Кэрролл, автор книги «В поисках Хиггса».
Интересный контент, представленный в этой книге с точки зрения ученых ЦЕРН, особенно понимание того, как используется Большой адронный коллайдер, — это то, чего я никогда больше нигде не видел.—— Браун&Клегг, автор американского издания «Technology New Era».
Полина&Книга Ганьона показывает чудесные научные приключения ЦЕРН.Эта экспедиция подтвердила существование бозона Хиггса и предсказала революцию в физике, которая произойдет благодаря разгадке нескольких главных загадок, таких как тайна темной материи или исчезновения антиматерии.—&мдаш;Полина&Миддот; Гравел, научный обозреватель газеты LeDevoir в Монреале
Я очарована этой книгой, и вам тоже стоит ее прочитать, она доступна каждому.Г-жа Ганьон умеет объяснять чрезвычайно сложные концепции и явления, используя простой язык и образы.—— Екатерина&миддот; Пэйлин, Radio-Canada MédiumLargeModerator
Полина&Ганьон является большим экспертом в области физики элементарных частиц, и эта книга доказывает это.Эта книга представляет собой очень подробное введение в современное состояние физики элементарных частиц.Автор использует красочные метафоры, чтобы сделать сложные понятия ясными и легкими для понимания.Самое главное, авторы дают читателям представление о внутренней работе ЦЕРН и подробно описывают, как его обширная международная группа сотрудничества делает новые открытия.Эта книга оправдывает ожидания.Если вы хотите понять второй рабочий цикл Большого адронного коллайдера, вам необходимо вовремя прочитать эту книгу.—&- Леони&Миддот;Мук, старший редактор журнала Nature
Во время двухлетних поисков бозона Хиггса на Большом адронном коллайдере Полин&Блог доктора Ганьона является ключевым источником информации для широкой публики, позволяя обычным людям, не разбирающимся в техническом жаргоне, следить за процессом открытия.Эту книгу обязательно стоит прочитать, если вы хотите понять, насколько важным было открытие бозона Хиггса и что можно открыть в будущем с помощью Большого адронного коллайдера.—— Роберт&Миддот;Эванс, бывший корреспондент Reuters в Женеве
Очень рекомендую эту книгу.Это отличная вводная книга для широкой публики, особенно в том ракурсе, под которым она написана.—&- Удивительный и долгожданный взгляд на феминизм.——
Каталог
Введение/1
Глава 1  Из чего состоит материя?/5
Глава 2  Что такое бозон Хиггса?/27
Глава 3  Ускорители и детекторы: Основные инструменты/41
Глава 4  Открытие бозона Хиггса/68
Глава 5  Темная сторона вселенной/93
Глава 6  За пределами стандартной модели: на помощь приходит теория суперсимметрии/129
Глава 7  Какую пользу могут принести нам фундаментальные исследования?/149
Глава 8  Эксперимент ЦЕРН: уникальная модель управления и сотрудничества/169
Глава 9  Разнообразие в физических исследованиях/188
Глава 10 Каким может быть следующее большое открытие?/208
Приложение Процент женщин среди сотрудников из 101 страны (или региона), работающих в CERN/221
Приложение Б&ЭМП; Милева&Миддот;&Миддот;
Спасибо/239
Пробное онлайн-чтение
Каковы мельчайшие компоненты существующей материи и как они собираются вместе, образуя всю материю, которую мы видим вокруг себя?Ответ на этот вопрос и является целью исследований в области физики элементарных частиц.Цель этого раздела физики — найти мельчайшие частицы материи (которые невозможно разбить на более мелкие части) и способы их взаимодействия друг с другом.
Рассмотрим место, где все материалы сделаны из кубиков Lego (см. рис. 1.1).Так что если я спрошу тебя“Какова наименьшая часть этих веществ?”, ответ будет прост.Разобрав различные предметы из LEGO, достаточно увидеть мельчайшие кубики LEGO, из которых состоят эти предметы. Отсюда вы сможете сделать вывод, что представляют собой элементарные частицы в мире, полностью состоящем из кубиков LEGO.Из этих простых кирпичиков можно построить все, и то же самое касается всех веществ реального мира: они состоят из“Основные кирпичи”Просто эти неделимые мелкие детали слишком малы и их трудно увидеть.Более того, практически невозможно разложить вещества на мельчайшие составляющие.
о“Какова самая маленькая частица материи?”Эта проблема существует уже давно.На протяжении всей истории многие люди задавались одним и тем же вопросом. Две тысячи пятьсот лет назад два греческих философа—&- Левкипп и его последователь Демокрит уже имели правильную идею, когда предлагали свою атомистическую теорию.Эта теория утверждает, что вся материя состоит из атомов и пустого пространства.В древнегреческом языке атом означает“”, то есть не может быть разбит на более мелкие части.К сожалению, учёные XIX века слишком поторопились с выводом о том, что они обнаружили эти неразделимые элементы.В результате это название было неправильно применено к тому, что мы сейчас называем атомами.Однако теперь мы знаем, что эти атомы представляют собой составные объекты, которые можно разбить на более мелкие компоненты.
*Малые частицы материала
Итак, что же представляют собой элементарные частицы в реальном мире?Ответить на этот вопрос в реальном мире гораздо сложнее, чем в воображаемом мире с использованием кубиков Лего, поскольку увидеть мельчайшие компоненты сложно.Но в физической лаборатории физики могут это увидеть.Материя действительно состоит из атомов, но атомы не являются *фундаментальными.Это составные объекты, как показано на рисунке 1.2.У них есть ядро, содержащее протоны и нейтроны, причем электроны образуют (вероятностное) облако вокруг ядра.Следовательно, атомы в основном состоят из пустого пространства.Чтобы почувствовать размер атома, представьте, что ядро такого же размера, как ваше тело.Тогда электроны будут меньше человеческого волоса и будут вращаться вокруг вас на расстоянии около 20 километров.Следовательно, материя состоит в основном из вакуума и некоторых элементарных частиц.Давайте теперь посмотрим, как они держатся вместе и почему материя выглядит твердой.
Отсюда следует, что атомы состоят из других частиц.Даже протоны и нейтроны не являются неделимыми: они состоят из кварков и глюонов, последние из которых связывают кварки вместе.В конечном счете, в ядре материи самыми неделимыми частицами являются кварки и электроны.К глюонам мы вернемся позже.
Структурные компоненты протонов и нейтронов
Протоны и нейтроны состоят из кварков.Мы получаем протон, объединяя два верхних кварка с одним нижним кварком.Заряд ап-кварка составляет 2/3 или две трети единичного заряда электрона.Даун-кварк имеет заряд -1/3.Итак, для протона мы имеем вверх вверх вниз, или 2/3 2/3-1/3=1, поэтому заряд равен единице.Нейтрон содержит два нижних кварка и один верхний кварк; поэтому мы имеем 2/3-1/3-1/3=0, поэтому он электрически нейтрален.
Это иллюстрируется на схематической диаграмме на рисунке 1.3.“Зоопарк частиц&rdquo“Маленькие существа”Показать.Джули&миддот; Джули Писли, которая училась шитью, но мечтает стать смотрителем зоопарка, начала свой бизнес после посещения публичной лекции по физике элементарных частиц.“Зоопарк частиц&рдкво;. Я буду использовать ее частицы на протяжении всей книги.
атом
Протонов, нейтронов и электронов достаточно, чтобы образовать все возможные атомы периодической таблицы, состоящей из 118 химических элементов (рис. 1.4).Далее 118 химических элементов могут соединяться в разных пропорциях, образуя различные молекулы, представляющие собой скопления атомов.Атомы и молекулы составляют весь видимый физический мир, который мы наблюдаем, как на Земле, так и на других планетах и галактиках.
В атоме электроны вращаются вокруг ядра.Итак, что же заставляет электроны продолжать вращаться, не попадая в ядро?Это работает как камень, привязанный к веревке, и кто-то крутит веревку.Веревка удерживает камень на круговой орбите.Если человек не удержится за веревку, камень продолжит двигаться вперед по прямой.Пока мы держимся, веревка оказывает давление на камень, постоянно тяня камень назад в направлении наших рук, заставляя его ходить по кругу.
Электрон также“Невидимая веревка”Потяните, чтобы держать его на круговой орбите вокруг ядра.Просто верёвка — это притяжение между отрицательным зарядом электрона и положительным зарядом протона в ядре, и эта сила действует на электрон, как верёвка на камень.То же самое верно и для планет, вращающихся вокруг Солнца, и в этом случае гравитация является невидимой струной.Материал Солнца создает гравитацию, которая обеспечивает силу, необходимую для удержания планет на их орбитах.Все силы подобны“Невидимая веревка”, действуя на элементарные частицы или крупные объекты.Мы вернемся к этому позже.
Резюме: Верхние и нижние кварки объединяются, образуя протоны и нейтроны.Затем они объединяются внутри ядра, и электроны добавляются для создания атомов.Изменяя число протонов в ядре, можно построить 118 различных химических элементов таблицы Менделеева.Наконец, комбинируя атомы в различных пропорциях, можно построить всю материю вокруг нас.Следовательно, все, что мы видим, может быть построено из базового набора структур, включая электроны, верхние и нижние кварки.
Стандартная модель
За последние пятьдесят лет учёные разработали очень точную теоретическую модель, описывающую основные строительные блоки материи и силы, которые на них действуют.Эта модель помогает нам классифицировать все наблюдавшиеся до сих пор частицы в соответствии с их свойствами, и она была разработана в тесной координации с экспериментом и теорией.Открытия в физической лаборатории являются основой, на которой физики-теоретики могут строить теоретические модели, которые являются логическими и последовательными представлениями физического мира.Различные теории могут быть подтверждены или опровергнуты экспериментальными наблюдениями.Точно так же теоретические гипотезы могут направлять экспериментаторов в их исследованиях.
Текущая теоретическая модель физики элементарных частиц называется Стандартной моделью.Он исходит из двух довольно простых идей, которые в некотором смысле являются основными принципами модели:
*Принцип: Вся материя состоит из элементарных частиц.
Второй принцип: Взаимодействие между всеми этими элементарными частицами достигается путем обмена другими элементарными частицами.
После почти столетия исследований мы теперь знаем, что в природе существует 12 основных материальных частиц, и все они являются элементарными частицами (рис. 1.5).Они делятся на две категории: лептоны и кварки.
Свет
Самый известный из шести лептонов — электрон.две другие заряженные частицы——&Муцзы и таоцзы очень похожи на электроны, но гораздо тяжелее.Все эти лептоны несут заряд -1.
электронный,&Оба му; У Цзы и Тао Цзы есть своего рода нейтрино.“”, то есть электронное нейтрино,&мюонные нейтрино и тауонные нейтрино (три аромата, которые мы называем нейтрино).Эти шесть частиц составляют семейство лептонов, включающее три поколения лептонов.Каждое поколение содержит заряженный лептон и связанное с ним нейтрино.Объединение двух частиц в каждом поколении проявляется в объединении образующихся пар.Когда электрон создается, он всегда несет в себе электронное нейтрино или антиэлектрон, называемый позитроном.
для&То же самое касается мюонов и тауонов: каждый из них всегда создается своим нейтрино или своей античастицей.Например, мы никогда не наблюдали тауоны, рожденные электронными нейтрино.И электроны, и их нейтрино обладают электронными свойствами, и это свойство подчиняется ограничениям, таким как закон сохранения заряда.Когда образуется пара частиц, одна частица несет один аромат, а другая частица — противоположный аромат.Если бы нейтрино* не имели массы, этот аромат полностью сохранялся бы, как электрический заряд.Но это не всегда так, как мы увидим в следующем разделе.
Как и нейтроны, нейтрино являются электрически нейтральными частицами, но гораздо меньшими, как следует из названия.“Маленький нейтрон&рдкво;.Не имея электрического заряда, они редко взаимодействуют с веществом.Например, на каждый квадратный сантиметр поверхности Земли каждую секунду приходится семь триллионов электронных нейтрино, испускаемых Солнцем.Из всех этих нейтрино лишь немногие взаимодействуют с атомами вещества на Земле.Другие нейтрино будут путешествовать по Земле, даже не остановившись, чтобы поздороваться!
Квак
Помимо лептонов существуют еще кварки, образующие второе семейство элементарных частиц.Они бывают шести разновидностей или типов. Мы уже знакомы с верхними и нижними кварками, обнаруженными в протонах и нейтронах.Затем появились блестящие и странные кварки и, наконец, верхние и нижние кварки.Последнюю еще называют верной и красивой, хотя&LDQUO&rdquo“ внизу”Более часто используемый.Эти названия были выбраны отчасти ради развлечения, а отчасти потому, что открывшие их учёные не понимали, почему кварков так много и в чём между ними разница.Третий обнаруженный кварк был странным кварком, названным так из-за его удивительно долгой жизни.
Никто не знает, почему существует три поколения кварков и лептонов, каждое из которых имеет очень разную массу, или почему только первое поколение кварков и лептонов необходимо для образования атомов и, следовательно, всех обычных вещей, которые мы находим вокруг нас.Представьте себе, что произойдет, если в куче кубиков LEGO будут кубики самых разных размеров?А что, если некоторые кубики LEGO никогда не будут использоваться?Это лишь некоторые из многих нерешенных вопросов, которые физики элементарных частиц пытаются объяснить.
За исключением космических лучей&За исключением мюонов, в природе не обнаружено ни частиц второго, ни третьего поколения.Хотя все эти частицы существовали после возникновения Вселенной, сейчас Вселенная так долго остывает, что у нее не хватает энергии для их создания.1 Но мы можем произвести все эти частицы в лаборатории, поэтому мы знаем, что они существуют.
Введение
95% Вселенной по-прежнему остается огромной загадкой, но ученые, работающие в ЦЕРН, так не считают. Для них Вселенная не неизведанная, а сокровищница знаний о будущем.ЦЕРН, расположенный в Швейцарии, является крупнейшей в мире лабораторией физики элементарных частиц, где было достигнуто бесчисленное количество крупных научных достижений.Хотя ЦЕРН регулярно проводит дни открытых дверей, посторонним редко предоставляется возможность увидеть все это целиком.Автор Полина&Доктор Ганьон, проработавший в ЦЕРН 19 лет, проведет читателей на экскурсию в лабораторию, расположенную на глубине 100 метров под землей.<br>
От поэтических частиц до великолепной Вселенной — как физики исследуют тайны материи?Почему открытие бозона Хиггса так важно?Почему так сложно его найти?Как ЦЕРН обнаружил это?Куда будет развиваться физика элементарных частиц в будущем?Каких еще новых открытий стоит ожидать?Ответы вы можете найти в этой книге.
об авторе
Полина&миддот; Ганьон, старший научный сотрудник Университета Индианы (вышел на пенсию в 2016 г.).Родившийся в Квебеке, Канада, он получил докторскую степень по физике элементарных частиц в Калифорнийском университете в Санта-Крус в 1993 году.Позже он занимался исследованиями в Европейской организации ядерных исследований (ЦЕРН) в Женеве, Швейцария, и был членом международной группы по эксперименту ATLAS на Большом адронном коллайдере ЦЕРН.<br>
После выхода на пенсию он посвятил себя распространению научных знаний и прочитал сотни публичных лекций в 11 странах.по ее собственным словам—&MDASH;