La física de partícula del es una rama de la física que estudia los componentes elementales de la materia y de la radiación, y de las interacciones entre ellas. También se llama " del ; physics" de la alta energía;, porque muchas partículas elementales no ocurren bajo circunstancias normales en la naturaleza, pero se puede crear y detectar durante las colisiones enérgias de otras partículas, como se hace en los aceleradores de partícula
Partículas subatómicas
La investigación moderna de la física de partícula se centra en las partículas subatómicas que hacen que menos estructura que los átomos éstos incluya componentes atómicos tales como protones de los electrones y neutrones (los protones y los neutrones son realmente partículas compuestas, compuestas de los Quarks, de las partículas producidas por el radiativo y el que dispersa procesos de, tales como neutrinos de los fotones y Muons así como una amplia gama de las partículas exóticas .En realidad, la partícula término es un nombre incorrecto porque las dinámicas de la física de partícula son gobernadas por los mecánicos de Quantum . Como tal, exhiben la dualidad de la Agitar-partícula, exhibiendo partícula-como comportamiento bajo ciertas condiciones experimentales y la onda - como comportamiento en otros (los vectores de estado los describen más técnico en un espacio de Hilbert ; ver la teoría de campo de Quantum ). Después de la convención de los físicos de la partícula, utilizaremos el " particles" elemental; para referir a objetos tales como electrones y fotones con la comprensión que esta " particles" características onduladas de la exhibición también.
Todas las partículas y sus interacciones observadas hasta la fecha se pueden casi describir enteramente por una teoría de campo de Quantum llamada el modelo estándar . El modelo estándar tiene 40 especies de partículas elementales (24 bosones del vector de los fermios 12 y 4 bosones escalares, que pueden combinar para formar partículas compuestas, explicando los centenares de otras especies de partículas descubiertas desde los años 60. El modelo estándar se ha encontrado para convenir con casi todas las pruebas experimentales conducidas hasta la fecha. Sin embargo, la mayoría de los físicos de la partícula creen que es una descripción incompleta de la naturaleza, y que una teoría más fundamental aguarda descubrimiento. Estos últimos años, las medidas de la masa del neutrino han proporcionado las primeras desviaciones experimentales del modelo estándar.
La física de partícula ha tenido un impacto grande en la filosofía de la ciencia. Algunos físicos de la partícula se adhieren al reducionismo, un punto de vista que ha sido criticado y defendido por los filósofos y los científicos. La parte del discusión es descrita más abajo.
Historia
La idea que toda la materia esté compuesta de partículas elementales fecha por lo menos al siglo VI A. La doctrina filosófica del atomismo fue estudiada por los filósofos del griego clásico tal como Leucippus, Democritus, y Epicurus . En 19th el siglo John Dalton, a través de su trabajo sobre la estequiometría, concluyó que cada elemento de la naturaleza fue compuesto de un tipo solo, único de partícula. Dalton y sus contemporáneos creyeron que éstas eran las partículas fundamentales de la naturaleza y así nombradas los los átomos, después de los atomos griegos del de la palabra, significando el " indivisible". Sin embargo, cerca del final del siglo, los físicos descubrieron que no eran los átomos, de hecho, las partículas fundamentales de la naturaleza, pero los conglomerados incluso de partículas más pequeñas.
Las exploraciones a principios de siglo 20 del siglo de la física nuclear y de la física de Quantum culminaron en pruebas de la fisión nuclear en 1939 por el Lise Meitner (basado en experimentos por el Otto Hahn ), y la fusión nuclear por el Juan Bethe en el mismo año. Estos descubrimientos dieron lugar a una industria activa de generar un átomo de otro, incluso rindiendo posible (aunque sea no provechoso) la transmutación del plomo al oro . También llevaron al desarrollo de las armas nucleares .
A través de los años 50 y de los años 60, una variedad desconcertante de partículas fue encontrada en la dispersión de experimentos. Esto fue referida como el " zoo" de la partícula;. Este término fue desaprobado después de que la formulación del modelo estándar durante los años 70 en los cuales el gran número de partículas fue explicado como combinaciones de pequeño número de a (relativamente) de partículas fundamentales.
El modelo estándar
considera también:
l modelo estándar El estado actual de la clasificación de partículas elementales es el modelo estándar . Describe el fuerte, débil, y las fuerzas electromágneticas del fundamental usar los bosones de calibrador de la mediación la especie de bosones de calibrador son el W- y W+ de los Gluons y los bosones Z y los fotones, respectivamente. El modelo también contiene 24 partículas fundamentales que sean los componentes de la materia . Finalmente, predice la existencia de un tipo del bosón conocido como el bosón de Higgs, que tiene todavía ser descubierto.
Experimento
En la física de partícula, los laboratorios internacionales principales están:
Laboratorio nacional de Brookhaven, situado en el Long Island, los E. Su facilidad principal es el ion pesado relativista Colliderwhich choca los iones pesados tal como iones del oro (es el primer collider pesado del ion) y protones
instituto de Budker la física nuclear ( Novosibirsk, Rusia )]
la CERN, situada en el Francés-Suizo confina cerca Ginebra . Su proyecto principal ahora es el LHC, o el Collider grande del Hadron, que está actual bajo construcción. El LHC será en funcionamiento en 2008 y será el collider más enérgio del mundo sobre la terminación. Instalaciones anteriores incluyen LEP, el collider grande del positrón del electrón, que fueron parados en 2001 y que ahora se desmonta para llevar para LHC; y SPS, o el sincrotrón estupendo del protón .
DESY del
, situado en el Hamburgo, Alemania. Su facilidad principal es el HERA, que choca los electrones o los positrones y los protones
Fermilab del
, situado cerca de Chicago, los E. Su facilidad principal es el Tevatron, que choca los protones y los antiprotones y es actualmente el collider de la partícula de la energía más alta del mundo.
KEK del
la organización de investigación del acelerador de la alta energía de Japón situada en Tsukuba, Japón. Es el hogar de un número de experimentos interesantes tales como K2K, de un experimento y de la belleza, un experimento de la oscilación del neutrino que mide la violación de la CP-simetría en el B-mesón.
SLAC del
, situado cerca de Palo Alto, los E. Su facilidad principal es PEP-II, que choca los electrones y los positrones
Muchos otros aceleradores de partícula existen.
Las técnicas requeridas para hacer la física de partícula experimental moderna son absolutamente variadas y complejo, constituyendo un subspecialty casi totalmente distinto del lado teórico del campo. Ver el : Categoría: La física de partícula experimental para una lista parcial de las ideas requeridas para tales experimentos.
Teoría
La física de partícula teórica del intenta desarrollar los modelos, el marco teórico, y las herramientas matemáticas para entender experimentos actuales y para hacer las predicciones para los experimentos futuros. Ver también la física teórica . Hay varios esfuerzos importantes en la física de partícula teórica hoy y cada uno incluye una gama de diversas actividades. Los esfuerzos en cada área se correlacionan.
Una de las actividades principales en la física de partícula teórica es la tentativa de entender mejor el modelo estándar y sus pruebas. Extrayendo los parámetros del modelo estándar de experimentos con menos incertidumbre, este trabajo sonda los límites del modelo estándar y por lo tanto amplía nuestra comprensión de la naturaleza. Estos esfuerzos son hechos el desafiar por la naturaleza difícil de calcular muchas cantidades en el chromodynamics de Quantum. Algunos teóricos que hacen estos esfuerzos se refieren ellos mismos como phenomenologists del y pueden utilizar las herramientas de la teoría de campo de Quantum y de la teoría de campo eficaz . Otros hacen uso de la teoría de campo del enrejado y se llaman los teóricos del enrejado del .
Otro esfuerzo importante es en el edificio modelo donde el ''' de los constructores modelo del ''' desarrolla las ideas para la qué física puede mentir más allá del modelo estándar (en energías más altas o distancias más pequeñas). Este trabajo es motivado por el problema de la jerarquía y obligado a menudo por datos experimentales existentes. Puede implicar el trabajo sobre el Supersymmetry, alternativas al mecanismo de Higgs, dimensiones espaciales adicionales (tales como el Randall-Sundrum modela), la teoría de Preon, combinaciones de éstos, o de otras ideas.
Un tercer esfuerzo del comandante en la física de partícula teórica es la teoría de la secuencia. Tentativa de los teóricos de la secuencia del de construir una descripción unificada de los mecánicos de Quantum y de la relatividad general construyendo una teoría basada en pequeñas secuencias, y Branes algo que partículas. Si la teoría es acertada, puede ser considerado un " Teoría todo " de ;.
Hay también otras áreas del trabajo en la física de partícula teórica que se extiende de cosmología de la partícula a la gravedad de quántum del lazo .
Esta divisoria de esfuerzos en la física de partícula se refleja en los nombres de categorías en el archivo de la prueba preliminar: hep-th (teoría), hep-pH (fenomenología), hep-ex (experimentos), hep-lat (teoría del calibrador del enrejado).
Reducionismo
A través del desarrollo de la física de partícula, ha habido muchas objeciones al acercamiento reductionist extremo (o el reductionist codicioso del ) de intentar explicar el todo en términos de partículas elementales y su interacción. Estas objeciones han sido suscitadas por la gente de una amplia gama de campos, incluyendo muchos físicos modernos de la partícula, los físicos de estado sólido, los químicos, los biólogos, y los holists metafísicos . Mientras que el modelo estándar sí mismo no se desafía, se afirma que las características de partículas elementales no son no más (o menos) fundamental que las características inesperadas de átomos y moléculas, y especialmente estadístico los conjuntos grandes de ésos. Algunos críticos del reducionismo demandan que incluso un conocimiento completo de las partículas elementales subyacentes no prestará una comprensión cuidadosa de procesos naturales más complicados, mientras que otros dudan que un conocimiento completo del comportamiento de la partícula (como parte de un proceso más grande) podría incluso ser logrado, los gracias al indeterminacy de Quantum.
De Reductionists demanda típicamente que todo el progreso en las ciencias ha implicado reducionismo hasta cierto punto.
Orden público
Los resultados experimentales en la física de partícula se obtienen a menudo usar los aceleradores de partícula enormes que son muy costosos (típicamente vario mil millones dólar americano) y requieren granes cantidades de financiación del gobierno. Debido a esto, la investigación de la física de partícula implica aplicaciones el orden público.Muchos han sostenido que los avances potenciales no justifican el dinero pasado, y que de hecho la física de partícula toma el dinero lejos de esfuerzos más importantes de la investigación y de la educación. En 1993, el congreso de los E. paró el Collider estupendo superconductor (SSC) debido a preocupaciones similares, después de que US$2 mil millones hubiera estado pasado ya en su construcción. Muchos científicos, los partidarios y los opositores del SSC, creen que la decisión para parar la construcción del SSC era debida en parte al final de la guerra fría que quitó la competición científica con el Unión Soviética como análisis razonado para las granes cantidades del gasto de dinero en el SSC.
Algunos dentro de la comunidad científica creen que la física de partícula también ha sido afectada al contrario por el envejecimiento de la población. La creencia es que tratan al envejecimiento de la población mucho más a las aplicaciones inmediatas su salud y la salud de sus padres y que ésta ha conducido la financiación científica lejos de la física hacia las ciencias biológicas y de la salud. Además, muchos opositores preguntan la capacidad de cualquier solo país de apoyar el costo de los resultados de la física de partícula y de criticar el SSC para la mayor financiación internacional que no busca.
Los autores de los aceleradores de partícula sostienen que la investigación de las teorías más básicas merece la financiación adecuada, y que esta financiación beneficia a otros campos de la ciencia de varias maneras. Precisan que todos los aceleradores son hoy proyectos internacionales y preguntan la demanda que el dinero no pasado en aceleradores entonces sería utilizado necesario para otros propósitos científicos o educativos.
El futuro
Los físicos de la partícula internacionalmente están de acuerdo con las metas más importantes de la investigación de la física de partícula en el futuro cercano e intermedio. La meta overarching, que se persigue de varias maneras distintas, es encontrar y entender la qué física puede mentir más allá del modelo estándar . Hay varias razones experimentales de gran alcance para contar con la nueva física, incluyendo la materia oscura y la masa del neutrino. Hay también indirectas teóricas que la esta nueva física se debe encontrar en las escalas accesibles de la energía. Más importante, aunque, puede haber las sorpresas inesperadas y unpredicted que nos darán la mayoría de la oportunidad de aprender sobre la naturaleza.Mucho de los esfuerzos para encontrar la esta nueva física se centra en nuevos experimentos del collider. La meta del próximo trimestre de A (relativamente) es la terminación del Collider grande (LHC) del Hadron en 2008 que continúen la búsqueda para el bosón de Higgs, las partículas supersymmetric, y la otra nueva física. Una meta intermedia es la construcción del Collider linear internacional (ILC) que complementará el LHC permitiendo medidas más exactas de las características de partículas nuevamente encontradas. Una decisión para la tecnología del ILC se ha tomado en agosto de 2004, pero el sitio tiene todavía ser convenido en.
Además, hay los experimentos importantes del no-collider que también intentan encontrar y entender la física más allá del modelo estándar. Un esfuerzo importante del no-collider es la determinación de las masas del neutrino puesto que estas masas pueden presentarse de los neutrinos que se mezclan con las partículas muy pesadas. Además, las observaciones cosmológicas proporcionan muchos apremios útiles en la materia oscura, aunque pueda ser imposible determinar la naturaleza exacta de la materia oscura sin los colliders. Finalmente, límites más bajos en el curso de la vida muy largo del protón ponen apremios en las teorías magníficas de la unificación en las escalas de la energía mucho más arriba que los experimentos del collider podrán sondar en caulquier momento pronto.
Ver también
la física atómica
más allá del modelo estándar
Introducción a los mecánicos de quántum
Partícula fundamental
Lista de las partículas
Lista de aceleradores en la física de partícula
Modelo estándar (detalles básicos)
Partícula subatómica
La física de alta presión
Conferencia de Rochester
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