Морозов Александр Гавриилович (moralg) wrote in otrageniya,
Морозов Александр Гавриилович
moralg
otrageniya

Category:

Азбука Вселенной. 4. Стандартная модель и вопросы Творцу.

      Человек издревле стремился не только понять мир, но и научиться объяснять его свойства исходя из модели самых простого набора элементов - "кирпичиков". Самой успешной в стародавние времена стала такая Стандартная модель:



      По крайней мере твердое, жидкое, газообразное и плазменное состояния вещества, а также свет она описывала адекватно.

      Время текло, наука развивалась и к концу 19 века по рождении Христа эта модель была заменена на новую Стандартную модель - таблицу Менделеева. В которую к сему дню зачислены 94 встречающихся в природе типов атомов и еще 24 дополнительно созданных человеком. Многовато, однако, для разумной Стандартной модели.

      Буквально в рамках полувека после открытия Менделеева стало казаться, что все нарисованное в его модели строится всего лишь из трех элементарных частиц - протона, нейтрона и электрона. Для полноценного функционирования которых нужна была лишь еще одна частица - фотон. Такое стало бы триумфом! Несогласованным, правда, с мнением старика Кулона об отталкивании одноименно заряженных частиц. Как выяснилось, несогласованным временно - до открытия сильного (ядерного) взаимодействия.

      Но экспериментаторы не дремали и стали подозрительно часто объявлять об открытии все новых и новых элементарных частиц. В большинстве своем короткоживущих, но вполне реальных. И физикам-теоретикам пришлось перелопачивать немало математических конструкций прежде чем полвека назад они смогли построить то, что называется ныне Стандартной моделью. Вот что у них получилось:




      В этой таблице по мнению авторов Стандартной модели показаны все фундаментальные частицы. Попытаемся понять - о чем говорит каждый из четырех его островов, выделенных разными цветами, каковы физические и астрофизические следствия устроенной по Стандартной модели Вселенной, а также зададим простые вопросы Творцу о причинах выбора Им именно такой модели Вселенной.

      Типы фундаментальных частиц Стандартной модели.
    1. Кварки. Их 6 видов. Они разделены на три "поколения" (три столбца). Все они имеют отличную от нуля массу покоя, которая в таблице указана в энергетических единицах (эв - электронвольт). Все они имею электрический заряд, кратный трети заряда электрона. Все они в экспериментах поодиночке не наблюдаются, но наблюдаются в связанных состояниях с другими кварками. Пока обнаружены связанные состояния с числом кварков от 2 до 5. При экспериментальном прощупывании кварков в их связанных состояниях они кажутся точечными в том смысле, что их размеры по крайней мере на три порядка меньше размера протона.

    2. Лептоны. Их тоже 6. Они тоже разделены на три поколения (столбца). Все они по одиночке в экспериментах наблюдаются. Три из них имеют отличную от нуля массу покоя и электрический заряд как у электрона, а три (нейтрино) в теории не имеют ни электрического заряда, ни массы покоя (в таблице указаны экспериментальные ограничения на их массы сверху).

      3. Калибровочные бозоны. Это частицы-агенты взаимодействий. Их 4 типа. Глюон - агент сильного взаимодействия, фотон - электромагнитного, W и Z бозоны - слабого.

      4. Бозон Хиггса. Специфическая частица, связанная с нарушением некоторых симметрий в процессах в микромире и, тем самым, влияющая на появление у них ненулевых масс покоя. Описание весьма сложного механизма этого его влияния выходит за рамки этого поста. Замечу лишь, что в одной из посвященных этому бозону зарубежных работ была написана такая фраза: "Бозон Хиггса подобен коммунистической партии - он контролирует массы."

      Физические и астрофизические следствия Стандартной модели.
      1. Протон и нейтрон являются связанными состояниями 3-х кварков. Протон - uud, нейтрон - udd. Если мы просуммируем массы кварков в этих двух комбинациях, то увидим, что масса протона должна быть ~ 9,4 Мэв, а масса нейтрона ~ 11,9 Мэв. На самом деле масса протона ~ 938,3 Мэв, а масса нейтрона ~ 939,6 Мэв. Реальные массы основных частиц окружающего нас мира на два порядка больше масс всех их составляющих! Следовательно, основная масса Вселенной сидит в энергии поля сильного взаимодействия, склеивающего безмассовыми глюонами маломассивные кварки.

      2. Все кварки и лептоны в Стандартной модели, а также протоны и нейтроны являются фермионами, имеющими спин (внутренний момент количества движения) = 1/2. Таким частицам принцип Паули и статистика Ферми-Дирака запрещают садиться на один и тот же энергетический уровень более чем по двое (популярное и с юмором изложение этого запрета можно прочесть в псто Квантово-гендерная физика). Из этого запрета следует, что сжатие любого коллектива фермионов до плотностей выше некоторых предельных принципиально невозможно. А отсюда следует, что никаких сингулярносте в реальной Вселенной не существовало и не будет существовать никогда.

      Вопросы Творцу.
      Любая теория тем менее правдива, чем больше в ней свободных параметров. Свободных в том смысле, что они берутся из эксперимента (в лучшем случае) или "с потолка" (в худшем случае). В Стандартной модели все свободные параметры берутся из эксперимента (в том числе - массы частиц), но этих свободных параметров слишком много. Поэтому возникают вопросы...
      1. Зачем Ты, Творец, придумал три поколения кварков и три поколения лептонов? Неужели не мог обойтись только одним поколением, вполне достаточным для создания всех фермионов, реально наблюдаемых во Вселенной - протона, нейтрона, электрона и нейтрино?
      2. Зачем Ты создал u и d кварки, а не напрямую протон и нейтрон? Пусть и взаимодействующие с помощью того же глюона.

      P.S. Не исключаю, что нынешняя Стандартная модель - не последняя. В следующей окажется, что второе и третье поколения кварков и лептонов окажутся некоторым образом возбужденными состояниями частиц первого поколения. Когда это произойдет и произойдет ли, не знаю.


Tags: moralg, Загадки мироздания, Университет сообщества, Физика на пальцах
Subscribe
promo otrageniya апрель 14, 06:25 67
Buy for 40 tokens
Привет всем участникам Отражений и нашим гостям! С настоящего момента вступают в силу изменения в правила, поэтому прошу авторов ознакомиться с нижеследующим. 1. Каждый участник может опубликовать один пост в день. Чтобы иметь возможность публиковать до трех тем в день, участник должен соблюсти…
  • Post a new comment

    Error

    default userpic

    Your reply will be screened

    Your IP address will be recorded 

    When you submit the form an invisible reCAPTCHA check will be performed.
    You must follow the Privacy Policy and Google Terms of use.
  • 32 comments