Fizyka cząstek dla każdego

[ O cząstkach elementarnie ] [ Akceleratory przyszłości ] [ Detekcja cząstek ] [ CMS ] [ Co z tego mamy ? ]

[ Atom i pierwiastki ] [ Cząstki elementarne ] [ Oddziaływania ] [ Czego nie wiemy ? ]

O cząstkach elementarnie --> Oddziaływania

Oddziaływania 

W życiu codziennym spotykamy tylko dwa oddziaływania fundamentalne:

GRAWITACYJNE

  • Zakres działania: działa na wszelkie ciała bez wyjątku.
  • Nośnik: grawiton (jeszcze nie odkryty).
  • Przejawy: ciążenie, przyciąganie ciał niebieskich.

ELEKTROMAGNETYCZNE

  • Zakres działania: działa na ładunki elektryczne.
  • Nośnik: foton γ.
  • Przejawy: siły magnetyczne, elektryczne, tarcie, sprężystość, lepkość, wiązania chemiczne itp.

W świecie cząstek elementarnych występują dwa nowe oddziaływania:

JĄDROWE SŁABE

  • Zakres działania: działa na leptony i kwarki.
  • Nośniki: bozony Z0, W+, W- .
  • Przejawy: rozpady promieniotwórcze, synteza jądrowa w gwiazdach.

JĄDROWE SILNE

  • Zakres działania: działa tylko na kwarki.
  • Nośniki: gluony g.
  • Przejawy: stabilność jąder atomowych, wiązanie kwarków w protonach i neutronach.

Unifikacja oddziaływań

Rozwój fizyki można rozpatrywać jako historię kolejnych unifikacji. Newton wykazał, że to samo prawo grawitacji obowiązuje ciała ziemskie i niebieskie. Maxwell uwieńczył wysiłki wielu fizyków łącząc prawa elektryczności i magnetyzmu w jeden układ równań. W latach 80-tych udało się zunifikować odziaływania elektromagnetyczne i jądrowe słabe. Marzymy o Wielkiej Unifikacji wszystkich oddziaływań w jedną, spójną teorię.


Historia Wszechświata przypomina historię fizyki oglądaną w odwrotnym kierunku. Na początku wszystkie odziaływania wyglądały jednakowo i przejawiały się z podobną siłą. W kolejnych epokach, w miarę jak Wszechświat rozszerzał się i stygł różnice między odziaływaniami zarysowywały się coraz wyraźniej. Na diagramach zaznaczono kolejne epoki wraz z charakterystycznymi skalami odległości i energiami dominujących odziaływań.

Krótka historia fizyki cząstek

W ostatnim stuleciu zbadano strukturę atomu, potem jądra atomowego a następnie jego składników: neutronu i protonu. Do jej opisu stworzono zupełnie nową teorię - mechanikę kwantową. Poznano odziaływania jądrowe silne i słabe, a te ostatnie zunifikowano z elektromagnetyzmem. Odziaływania te opisywane są teoriami pola - połączeniem mechaniki kwantowej ze szczególną teorią względności. Ciągle jednak pozostaje wiele pytań bez odpowiedzi.

Model Standardowy

Podsumujmy krótko obecny stan wiedzy na temat poszczególnych oddziaływań.

Grawitacja - ogólna teoria względności
Dobrze potwierdzona, ale próby unifikacji z innymi oddziaływaniami jeszcze nie uwieńczone sukcesem.

Elektromagnetyzm  - elektrodynamika kwantowa (QED)
Sprawdzona do 10-10.

Teoria oddziaływań elektrosłabych
Sprawdzona do <1%, ale nie wyjaśnia dlaczego cząstki mają masę. Najlepszy pomysł to mechanizm Higgsa, ale przewidywana cząstka Higgsa nie została (jeszcze?) odkryta.

Oddziaływania silne - chromodynamika kwantowa (QCD)
Dobrze pracuje w dużych energiach, ale nie umiemy wykonać rachunków analitycznych dla małych energii.

Połączenie teorii oddziaływań elektrosłabych (+mechanizm Higgsa) z chromodynamiką kwantową daje Model Standardowy.

[ O cząstkach elementarnie ] [ Akceleratory przyszłości ] [ Detekcja cząstek ] [ CMS ] [ Co z tego mamy ? ]

[ Atom i pierwiastki ] [ Cząstki elementarne ] [ Oddziaływania ] [ Czego nie wiemy ? ]

Opracowanie merytoryczne G.Wrochna, prezentacja T.Lach