кто может доступно объяснить, что происходит при столкновении частиц в ускорителе?
а именно:
какие частицы и куда разлетаются?
почему они оставляют определённые треки?
какой трек характерен для каждой частицы?
и что с ними в итоге происходит?

image

GD Star Rating
loading...
Что происходит при столкновении частиц в ускорителе?, 10.0 out of 10 based on 1 rating

21 Responses to Что происходит при столкновении частиц в ускорителе?

  1. M2yls:

    В настоящее время науке известно около 200 элементарных частиц. И все они, с разными вероятностями и длительностью жизни, появляются при столкновениях в ускорителе.

    Тебе про какую конкретно рассказать, или трактат на все 200 выложить?

  2. GnDoc:

    Да не, чувак просто просит пересказать ему Стандартную модель, устройство современных ускорителей и их параметры, а так же рассчеты для каждого столкновения. Это ж элементарно, сейчас напишу, только подождите час.

  3. M2yls:

    Час? Ну ты крутец, я бы дня два распинался про Z и W–бозоны (как + так и –), да про свое любимое электронное нейтрино.

    Если совсем по простецки, чисто в рамках Стандартной Модели, без истории появления и развития ускорителей (а соответственно и научной мысли), может быть стоит начать с плюшевой модели? 🙂

  4. YtPhD:

    ..и это тоже
    но больше хотелось знать о частицах и почему они себя так ведут

    ну и конечно любопытно узнать о всех частица побольше

  5. YtPhD:

    аххаха, плюшевая модель, класс! )

  6. GnDoc:

    Вы правда не понимаете о чем спрашиваете?

  7. YtPhD:

    ну вообще я не знаю почему частица разлетаясь описывает трек в виде бараньего рога, к примеру

  8. YtPhD:

    а!
    в этом плане
    ну хоть сколько бы инфы мне было бы не лишним )

  9. Vonoiral:

    конкретно на этой картинке сосуд заполнен жидкостью с температурой в точке кипения, частица залетая в него оставляет ионизационный след.
    А летит она по кривой потому что сосуд находится в магнитном поле.
    Потом по рисунку следа судят о свойствах частицы.

  10. YtPhD:

    ну картинка так, для привлечения внимания
    вот эта больше по теме:

    image

  11. GnDoc:

    Начните с Ландафшица т.3. На пальцах объяснить это не очень получится, нет нормальных аналогий.

  12. M2yls:

    От себя (от сердца отрываю) очень посоветую серию из 24х лекций Particle Physics for Non–Physicists

    Замечательный курс физики элементарных частиц рассказанный четко, доступно и понятно даже восьмикласснику.
    Язык, правда, английский, но довольно простой.

    Данный курс я бы вообще всем подряд посоветовал, Стандартная Модель объясняется весьма доходчиво и даже не совсем «на пальцах», а с кое–какими выкладками и историческими отступлениями.
    Я бы такое в школе преподавал.

  13. YtPhD:

    жаль что на аглицком (
    попробую осилить

  14. GnDoc:

    Вспоминаются слова Фиктора в посте про треугольник про вред объяснения на пальцах.

  15. M2yls:

    Раз вопрос все–таки задан, я попробую на него ответить. Сразу предупрежу, мой комментарий, как попытка объяснить квантовую механику и физику элементарных частиц «на пальцах», наверняка вызовет смех и остракизм старших товарищей, а кто–то даже скажет, что объяснения «на пальцах» вообще вредны, ибо вызывают нездоровые иллюзии и коллизии.

    Но я не могу молчать, пусть смеются.

    Итак, что такое физика элементарных частиц, чем занимаются ученые на своих ускорителях, и что вообще происходит, куда идут деньги налогоплательщиков?

    1. В настоящее время наукой обнаружено более 200 элементарных частиц. Элементарные частицы это такие микроскопические (хотя по совести они пико — или точнее фемтоскопические) кусочки материи, которые даже теоретически невозможно увидеть ни в один супермикроскоп, но которые обладают набором физических характеристик (масса, электрический заряд, спин, странность, очарованность и т.д.), кои вполне себе можно вычислить и даже измерить.

    2. В мире элементарных частиц, в отличие от нашего с вами привычного мира действуют совершенно иные законы, которые невозможно интуитивно понять, в которые приходится просто верить. Хотя они и подтверждены мириадами экспериментов, и сама возможность того, что я сидя в Канаде пишу комментарий, который через секунду прочитают во всех уголках земного шара — одно из подтверждений, ибо весь Интернет (все компьютеры в мире), в конечном итоге, построен согласно этим законам.
    Самое главное отличие законов микромира от наших — вероятностность любого процесса. Вкратце это означает, что любая элементарная частица, с определенной долей вероятности в любую секунду может просто исчезнуть и распасться на другие (теоретически на любые) другие элементарные частицы. И никто ничего не может с этим поделать, и никто в мире не может даже предсказать этого события, можно лишь утверждать, что оно много или мало вероятно. Можно лишь сказать, что с вероятностью, скажем, в 50% данная частица в течении двух последующих лет (или двух наносекунд), распадется, причем скорее всего распадется она вот на эти две частицы. Хотя может на совсем другие три. А может на вот эти пять, но это совсем уже маловероятно. Но все таки возможно.

    3. Не смотря на то, что все в микромире вероятно и все возможно — законы физики таки присутствуют и работают. Закон сохранения энергии, электрического заряда, спина не прекращают действовать и на элементарные частицы. Т.е. если у нас был один отрицательно заряженный мюон, теоретически он мог распасться на что угодно, даже просто превратиться в поток чистой энергии, но что мы имели на входе, должно согласовываться с тем, что имеем на выходе, значит могут родиться четыре частицы, две с отрицательным зарядом, одна с положительным, и одна электрически нейтральная, что в сумме окажется равно заряду –1, как и было в начале.
    Причем не забываем про пункт 2., вероятность того, что мюон распадется на четыре частицы весьма мала. Скорее всего он распадется на три — электрон, мюонное нейтрино и электронное антинейтрино. Вероятность такого распада очень велика, так оно и происходит в миллионе случаев, хотя иногда теоретически (и в миллион первом случае практически) при этом распаде может получиться вообще что угодно, как я писал выше — может получиться вообще любая частица или набор частиц, постольку поскольку то, что на выходе согласуется зарядом и другими характеристиками с тем, что было на входе.

    4. Интересно, что практически все процессы в микромире обратимы. Так, любая частица может совершенно спонтанно, в любой момент времени распасться на кусочки (которые не являются кусочками в нашем понимании, т.е. частица не состояла изначально из этих кусочков, она в них превратилась), так и эти кусочки, через какое–то время сами по себе могут распасться, и часть из них может превратиться в исходную частицу. Скажу больше. Так как все знают, что E=mc2, достаточно просто принести в некую точку пространства определенное количество энергии, и с определенной вероятностью в этом месте из ниоткуда, из вакуума, из чертового ничто вдруг появится определенная частица. Причем может появиться, а может и нет. Казалось бы — и энергия определенная присутствует, и все условия (питание, проживание, аниматоры) созданы — а хрен там. Частица не появляется. Не судьба.
    И еще миллиард раз подряд в этих же условиях не появилась. А в миллиард первый — вот она. Из ниоткуда — бац! живая частица, с массой, с электрическим зарядом, ее (точнее ее след) можно сфотографировать, над ней можно проводить эксперименты, все дела.

    5. Этим, по сути и занимаются современные физики. Это и есть ответ на вопрос поста. Они просто концентрируют определенное количество энергии в определенном количестве пространства, и ждут, когда оттуда вылетит какая–то хитрая новородившаяся частица. Сконцентрировать энергию в пространстве можно любым способом. Хоть молотком по наковальне бить — и тоже будут рождаться частицы.

    Но гораздо удобней взять два протона, разогнать их практически до световой скорости и шарахнуть друг об друга. От столкновения высвободится огромное количество энергии, произойдет натуральный взрыв, из которого образуются и разлетятся в разные стороны тысячи частиц, каждая из которых будет превращаться в другие и лететь по своей уникальной замысловатой траектории. Картинка такого взрыва (в смысле его фотография) и указана в заголовке поста. Причем с большой вероятностью из взрыва вылетят беспонтовые и давно всем известные частицы — электроны, нейтроны, пионы и т.д. Но иногда, если правильно подобрать энергии и очень долго подождать (ибо вероятность такого исхода очень мала) — могут родиться уникальные, неизвестные частицы, про которые мы ничего не знали. У этих частиц будет совершенно определенный след, не похожий ни на один известный.

    6. Весь этот Большой Адронный Коллайдер, все миллиарды долларов на него потраченные служат одной цели. Разгоним протоны, столкнем их и «сфотографируем» взрыв. Если условия правильно подобраны, с вероятностью в один миллиард из этого взрыва вылетит (и тут же распадется) бозон Хиггза, который все ищут, ищут, но никак не могут найти. А так как вероятность такого события весьма мала, давайте миллиард раз столкнем эти протоны, сделаем миллиард снимков, и на одном из них бозон Хиггза, ну обязательно должен появиться. Этой хохмой сейчас в Швейцарии несколько тысяч человек и занимаются, прикинь?

  16. NiDoctor:

    даже на мой совершенно дилетантский взгляд тут много неточностей, но в общем совпадает с довольно увесистой статьёй специалиста (ссылки у меня нет, поищите по соседним постам), где разбираются многочисленные журналистские ляпы про эл. частицы и где в общих чертах объяснено, что же там происходит.

    И да, это не эксперимент подтверждает законы сохранения, а трактовка результатов происходит так, чтобы соблюдались законы сохранения.

  17. M2yls:

    А может быть эту «увесистую статью специалиста» тоже я писал, откуда ты знаешь? 😉

    И да, повторюсь, вышеописанное — очень–очень–очень–очень примитивное объяснение физики элементарных частиц, не удивлюсь, что над ним будут ржать те, кто понимает, о чем идет речь. Но для базового понятия, нафига мы вообще БАК строили — сойдет.

  18. NiDoctor:

    по той статье было совершенно очевидно, что автор действительно специалист в области физики элементарных частиц. На блоге их пока не встречал (кроме «жапанского гастарбайтера», но он, кажется, инженер на ускорителе, а не физик; а может и вообще не на ускорителе, могу и напутать).

  19. YtPhD:

    ламерский вопрос, но вопрос — при законе сохранения энергии откуда электрон её берёт для тог чтобы крутится по орбите?

    возможно ли на подобие «плюшевой теории» узнать о тех двухстах частиц?

  20. Vonoiral:

    я не специалист, но, думаю, оттуда же, откуда и планеты для того, чтобы крутиться по орбите 🙂

  21. M2yls:

    1 вопрос:
    Во–первых да, для кручения по орбите не нужно тратить никакой энергии, Земля же движется вокруг Солнца, и будет еще 4 миллиарда лет двигаться не тратя никакой энергии. Энергия нужна для перехода с одной орбиты на другую (как в атоме, так и в космосе). Когда по стабильному атому шарахает фотоном энергии, электрон приходит в возбужденное состояние, и переходит на более высокую орбиту, где ему неуютно, он там долго не задерживается, и испустив фотон, обычно, тут же возвращается на свое прежнее место. Кстати, хочешь потроллить какого–нибудь физика? Спроси у него — тот ли это фотон испускается, который до этого упал на атом, или это совсем другой фотон. Физики с этого вопроса бесятся, еды хватит на всех. 🙂
    Во–вторых, на самом деле там вообще в атоме ничего не вращается. Электрон как шарик, летающий вокруг другого шарика — протона, это очень примитивное представление об атоме, на самом деле там вообще все гораздо сложнее и интереснее.

    2й вопрос:
    Стандартная Модель (плюшевая или настоящая) — описывает кварки, лептоны и бозоны. И это очень клевая модель, ибо она весьма простая и очень удобная для расчетов. Но фишка в том, что кварков как таковых — не существует. Это всего лишь абстракция, удобная для вычислений. Тут со мной некоторые могут поспорить, но до сих пор, на настоящее время никто никогда не видел одиночного кварка (и вряд ли когда–нибудь увидит, из–за его несколько необычных свойств).

    То, что ученые могут наблюдать (те самые линии, спирали и загогулины на фотографиях, хотя это уже лет 50 как не фотографии вовсе) — это и есть те 200 частиц, которые на самом деле не элементарные (ибо состоят из набора 6ти кварков).
    Это те самые (может слышал) каоны, пеоны, мюоны, тауоны и прочие частицы, начинающиеся с букв греческого алфавита. Их реально много, даже букв на всех не хватило, поэтому иногда их называют Particle Zoo (т.е. Зоопарк частиц).

    Плюс, не забываем, у каждой частицы еще и античастица есть! Короче — настоящий зоопарк.

Добавить комментарий