Элементарные частицы, масса и гравитация | Физик Алексей Семихатов

• Антивещество — самый дорогой материал во Вселенной.  

• Электроны не имеют направлений, энергия сохраняется, но её природа неизвестна.  

• Свет отклоняется вблизи звёзд из-за взаимодействия с энергией.  

• Ведущий приветствует гостя Алексея.  

• В 2012 году на Большом адронном коллайдере подтверждено существование бозона Хиггса.  

• Элементарные частицы не состоят из других частиц, у них нет направлений.  

• Пример с листом бумаги иллюстрирует, что всё состоит из частей, а элементарные частицы — нет.  

• Два электрона неразличимы, как два бита информации.  

• Метка на бите информации делает его больше, чем просто бит.  

• Электрон имеет массу и электрический заряд.  

• Его описание сводится к таблице чисел, которую нельзя расширить.  

• Изначально элементарными считались электрон, протон и нейтрон.  

• Позже были открыты сотни короткоживущих частиц, которые нельзя использовать для создания атомов.  

• Протоны и нейтроны состоят из кварков.  

• Существует шесть типов кварков, но в мире постоянно присутствуют только два.  

• Электрический заряд протона распределён по трём кваркам, а нейтрон электрически нейтрален благодаря особой комбинации кварков.  

• Различные комбинации кварков создают множество частиц, наблюдаемых на ускорителях.  

• Это напоминает таблицу Менделеева, где из ограниченного числа элементов можно получить множество комбинаций.  

• Кварки U и D составляют основу материи.  

• У каждого кварка есть копия с большей массой, например, у электрона — мион, который в 207 раз тяжелее.  

• Тау-лептон в тысячи раз тяжелее электрона.  

• Масса и энергия связаны формулой E = mc².  

• Частицы с большой массой имеют тенденцию распадаться из-за избыточной энергии.  

• Мион распадается за две микросекунды.  

• Мион превращается в электрон и антинейтрино.  

• Электрический заряд сохраняется при превращении.  

• Избыточная энергия миона превращается в энергию движения электрона.  

• Электрон не распадается, так как нет более лёгких частиц с таким же зарядом.  

• Если бы такая частица существовала, электрон тоже бы распадался.  

• Стандартная модель описывает структуру Вселенной.  

• Чем тяжелее частица, тем быстрее она распадается.  

• Энергия распределяется между энергией движения и массой новых частиц.  

• Законы сохранения, такие как сохранение электрического заряда, ограничивают превращения.  

• Короткоживущие частицы возникают и исчезают в ядерных процессах.  

• Они стабилизируют природу, несмотря на своё короткое существование.  

• Без этих частиц Вселенная вела бы себя иначе.  

• Более тяжёлые частицы называются «поколениями».  

• Первое поколение — это базовые частицы, из которых всё состоит.  

• Второе и третье поколения — более тяжёлые частицы.  

• Каждая элементарная частица — это возбуждение квантового поля.  

• Квантовое поле пронизывает всё пространство и несёт энергию.  

• Электрон — это элементарное возбуждение электронного поля.  

• Электронное поле несёт энергию порциями, которые выглядят как электроны.  

• Если электронов много, это означает, что ячейки поля заполнены.  

• Без электронов ячейки поля существуют, но не несут энергию.  

• Все электроны одинаковы, потому что они кванты одного поля.  

• Разные поля могут передавать энергию друг другу.  

• Взаимодействие полей описывается на языке частиц.  

• Электроны отталкиваются, обмениваясь частицами.  

• Другие элементарные частицы взаимодействуют, обмениваясь специальными частицами-переносчиками.  

• В обменах могут возникать нестабильные частицы.  

• Нестабильные частицы стабилизируют взаимодействие полей.  

• Более тяжёлые частицы поддерживают равновесие в системе.  

• Нестабильные частицы возникают и исчезают, улучшая свойства процесса.  

• Взаимодействие частиц сравнивается со стандартом коммуникации.  

• При интенсивных полях сложно различить отдельные частицы.  

• Метафора с голосами людей иллюстрирует взаимодействие не слишком интенсивных полей.  

• Задача о кварках стоит миллион долларов и пока не решена.  

• Кварки не вылетают, что остаётся загадкой.  

• Подчёркивается сложность описания взаимодействия интенсивных полей.  

• Языкантовая теория поля даёт наилучшее описание природы на данный момент.  

• Несмотря на странность, это единственное описание, которое даёт проверяемые предсказания.  

• Мир сложен из частиц первого поколения, а более тяжёлые частицы нужны для взаимодействий.  

• Лептоны включают электрон и нейтрино.  

• Нейтрино почти не взаимодействуют с окружающим миром и проходят сквозь нас каждую секунду.  

• Они имеют массу, но не наносят вреда и улетают дальше.  

• Материя состоит из электронов, кварков и их реплик.  

• Взаимодействие между частицами материи переносят другие частицы, например, фотоны.  

• Фотоны переносят электромагнитное взаимодействие между заряженными частицами.  

• Они не несут электрического заряда и не имеют массы покоя.  

• Электромагнитное взаимодействие включает обмен виртуальными фотонами.  

• Виртуальные фотоны обмениваются между заряженными частицами, вызывая их взаимодействие.  

• Эти фотоны имеют временное существование и отличаются от фотонов, формирующих изображение.  

• Квантовое поле позволяет энергии проникать дискретными порциями, которые являются элементарными частицами.  

• Виртуальные фотоны служат для связывания частиц материи вместе.  

• Человеческий глаз чувствителен даже к одному фотону, что позволяет фиксировать изображение.  

• Виртуальные фотоны имеют неопределённую массу и могут «вольничать» с энергией.  

• Фотоны лишены дискретности квантов и являются переносчиками взаимодействия.  

• В атоме фотоны удерживают электрон вблизи ядра, но не переносят энергию.  

• Электромагнитное взаимодействие отличается от сильного ядерного взаимодействия.  

• Глионы склеивают кварки внутри протонов и нейтронов, являясь переносчиками сильного ядерного взаимодействия.  

• Сильное ядерное взаимодействие действует на малых расстояниях.  

• Базоны Z и W переносят слабые взаимодействия, включая появление нейтрино и превращение электрона в мюон.  

• Слабые взаимодействия играют важную роль в ядерных процессах.  

• Бозон Хиггса выполняет отдельную роль в мире элементарных частиц.  

• Правила взаимодействия частиц составляют лучшее описание природы, но оно не полное.  

• Другие элементарные частицы требуют колоссальных энергий для своего рождения.  

• Мы не можем преодолеть «калибровочную пустыню», так как наши ускорители не достаточны для достижения высоких энергий.  

• У каждой частицы есть античастица, которая отличается от неё знаком заряда.  

• При встрече частицы и античастицы происходит аннигиляция, при которой энергия превращается в фотоны.  

• Хранение антивещества — сложная и дорогостоящая задача.  

• Антивещество — самый дорогой материал во Вселенной.  

• Создание и хранение антивещества требуют высоких технологий и значительных финансовых ресурсов.  

• В ранней Вселенной должно было быть равное количество частиц и античастиц, но этого не произошло.  

• На миллиард античастиц приходилось всего одна частица, что привело к нарушению барионной симметрии.  

• Стандартная модель не объясняет, почему возникла эта асимметрия.  

• Законы, управляющие элементарными частицами, отразились на формировании структур во Вселенной.  

• Изучение космоса помогает понять процессы в ранней Вселенной.  

• Барионная асимметрия указывает на неполноту стандартной модели.  

• В стандартной модели нейтрино безмассовые, но экспериментальные данные указывают на их массивность.  

• Массивность нейтрино может указывать на существование других частиц типа нейтрино.  

• Эти частицы слабо взаимодействуют с окружающим миром, что затрудняет их обнаружение.  

• Развитие телескопов позволило наблюдать огромное количество галактик.  

• Спектроскопические методы позволили оценить скорость вращения звёзд вокруг центров галактик.  

• Наблюдения показали, что видимой массы галактик недостаточно для объяснения их вращения.  

• Кривые вращения галактик показывают, что звёзды вращаются слишком быстро для имеющейся массы.  

• Это указывает на наличие дополнительной массы, которая обеспечивает вращение звёзд.  

• Астрономы ищут универсальную причину быстрого вращения звёзд во многих галактиках.  

• Наука стремится найти общие причины явлений, а не отдельные объяснения для каждого случая.  

• Второй закон Ньютона применим ко всем физическим явлениям.  

• Поиск универсальной причины быстрого вращения звёзд основан на этом подходе.  

• Тёмная материя не взаимодействует со светом, поэтому её сложно обнаружить.  

• Свет проходит через тёмную материю, как через прозрачную среду.  

• Следы тёмной материи в космосе можно улавливать только гравитационно.  

• Тёмная материя может состоять из неизвестных элементарных частиц.  

• Эти частицы могут взаимодействовать с известными частицами через слабое взаимодействие.  

• Опыты по поиску тёмной материи в лаборатории пока не дали положительных результатов.  

• Нет ясных указаний, как именно искать тёмную материю.  

• Эксперименты проводятся квалифицированными специалистами, но без явных успехов.  

• Возможно, законы взаимодействия тёмной материи с известной частью материи изменятся в будущем.  

• Обсуждалась возможность модификации закона тяготения на больших расстояниях.  

• Новый закон должен описывать все известные явления без противоречий.  

• Общественное мнение склоняется в пользу существования тёмной материи.  

• Вселенная развивалась от горячего состояния к современному неоднородному.  

• Дополнительная материя, начавшая кучковаться раньше, помогла сформировать галактики.  

• Тёмной материи в пять раз больше, чем видимой.  

• Масса — это форма энергии, мера инертности и гравитации.  

• Элементарные частицы имеют массу, но её природа неизвестна.  

• Энергия сохраняется во Вселенной, но её природа остаётся загадкой.  

• Гравитация остаётся сложной темой для изучения.  

• Гравитация — четвёртое фундаментальное взаимодействие во Вселенной.  

• Она чрезвычайно слаба для элементарных частиц, но важна на больших расстояниях.  

• Гравитация дальнодействующая, подобно электричеству, но спадает с расстоянием постепенно.  

• Масса имеет два свойства: мера инертности и гравитационный заряд.  

• В гравитации заряд только одного знака, масса участвует в гравитационном взаимодействии.  

• С увеличением массы гравитация становится более важной.  

• Гравитация описывается общей теорией относительности Эйнштейна.  

• Массивные тела деформируют пространство-время, искривляя его.  

• Параллельные линии перестают быть параллельными вблизи массивных тел.  

• Гравитация универсальна и определяется только массой.  

• Любая энергия притягивает, что видно по отклонению света вблизи звёзд.  

• Теория гравитации позволяет описать чёрные дыры и расширяющуюся Вселенную.  

• Теория гравитации не доходит до уровня квантовой теории поля.  

• Квантовое описание гравитации важно в центрах чёрных дыр и в ранние моменты истории Вселенной.  

• Понимание гравитации может помочь объяснить происхождение и эволюцию мира.  

• Наши представления о гравитации ограничены.  

• Наука постоянно продвигается в неизвестное, но некоторые вопросы остаются без ответов.  

• Гравитация показывает ограниченность наших знаний о мире.  

• Соединение гравитации со стандартной моделью — задача следующего порядка.  

• Теория квантовой гравитации должна объяснить стандартную модель как простую вещь.  

• Прогресс в этой области медленный, но исследования продолжаются.  

• В 2012 году был открыт хиггсовский бозон.  

• Следы новых частиц обнаруживаются через отклонения в поведении обычных частиц.  

• Статистика на ускорителях позволяет сделать выводы о свойствах новых частиц.  

• Новые частицы могут быть связаны с тёмной материей или суперсимметрией.  

• Виртуальные частицы могут оставлять слабые следы, даже если энергии недостаточно для их создания.  

• Анализ статистики помогает выявить различия между предсказаниями стандартной модели и экспериментальными данными.  

• Эксперименты с мионом показали различия с предсказаниями стандартной модели.  

• Теория и эксперимент совпадают до десятого знака после запятой для электрона, но для миона наблюдаются несоответствия.  

• Возможные объяснения: другие правила взаимодействия или наличие новых частиц.  

• Условия исследований ограничены из-за недостаточной энергии.  

• Необходимо точнее квалифицировать и квантифицировать новые частицы для их обнаружения.  

• Анализ старой статистики помогает в поисках новых закономерностей.  

• БАК работает с увеличенными энергиями, что может привести к новым открытиям.  

• Международное сотрудничество и передовые технологии важны для экспериментов.  

• Ограничения технологий и неопределённость результатов ограничивают возможности исследований.  

• Современные эксперименты собирают лишь крохи информации о природе материи.  

• Несмотря на сложность и тонкость экспериментов, их результаты могут быть недостаточными для полного понимания процессов.  

• Обсуждение попыток понять конструкцию через маленькие трещинки.  

• Переход к теме математичности мира и данных.  

• Мир математичен, частицы — это набор данных.  

• Интерес к точке зрения физика на живую материю.  

• Живая материя — это белковые машины, клетки поддерживают себя.  

• Белки выполняют множество функций в клетке: транспорт, каркас, уборка мусора.  

• Белки недолговечны, их нужно постоянно производить.  

• Информация записывается в виде молекул.  

• Ключевая наследственная информация передаётся через ДНК.  

• ДНК передаёт генетическую информацию цифровым образом.  

• Нуклеотиды в ДНК упорядочены как текст.  

• Малые изменения в ДНК не влияют на смысл информации.  

• Принцип цифровой коммуникации применим к ДНК.  

• С информационной точки зрения нет разницы между элементарными частицами и живыми системами.  

• Идея о том, что всё является информацией.  

• Книга «Всё, что движется» рассказывает о познании мира через движение.  

• Примеры познания: ускорители, галактики, расширение Вселенной.  

• Процесс познания охватывает все масштабы от микро до макро.  

• Благодарность за приглашение.  

• Прощание.