Большой Адронный Коллайдер Создает Материю Из Света
Брукхейвенская Национальная лаборатория 06 сентября 2020 года
Концепция Физики Элементарных Частиц
Ученые, проводящие эксперимент на Большом адронном коллайдере, видят массивные частицы W, возникающие в результате столкновений с электромагнитными полями. Как это могло случиться?
Большой Адронный Коллайдер играет со знаменитым уравнением Альберта Эйнштейна, E = mc², чтобы преобразовать материю в энергию, а затем обратно в различные формы материи. Но в редких случаях он может пропустить первый шаг и столкнуться с чистой энергией - в виде электромагнитных волн.
В прошлом году в ходе эксперимента ATLAS на баке были обнаружены два фотона, частицы света, рикошетирующие друг от друга и производящие два новых фотона. В этом году они сделали еще один шаг вперед и обнаружили, что фотоны сливаются и трансформируются в нечто еще более интересное: W-бозоны, частицы, несущие слабое взаимодействие, которое управляет ядерным распадом.
Это исследование не просто иллюстрирует центральную концепцию, управляющую процессами внутри БАК: энергия и материя - две стороны одной медали. Это также подтверждает, что при достаточно высоких энергиях силы, которые кажутся отдельными в нашей повседневной жизни—электромагнетизм и слабое взаимодействие—объединяются.
От безмассового к массивному
Если вы попытаетесь повторить этот эксперимент с фотонами дома, пересекая лучи двух лазерных указок, вы не сможете создать новые массивные частицы. Вместо этого вы увидите, как два луча объединяются, образуя еще более яркий луч света.
“Если вы вернетесь назад и посмотрите на уравнения Максвелла для классического электромагнетизма, вы увидите, что две сталкивающиеся волны суммируются в большую волну”, - говорит Симона Паган Грисо, исследователь из Национальной лаборатории Лоуренса Беркли Министерства энергетики США. “Мы видим эти два явления, которые недавно наблюдал АТЛАС, только когда мы объединили уравнения Максвелла со специальной теорией относительности и квантовой механикой в так называемой теории квантовой электродинамики.”
Внутри ускорительного комплекса ЦЕРНа протоны ускоряются со скоростью, близкой к скорости света. Их обычно округлые формы хлюпают вдоль направления движения, поскольку специальная теория относительности заменяет классические законы движения для процессов, происходящих в БАКе. Два входящих Протона видят друг друга как сжатые блины, сопровождаемые одинаково сжатым электромагнитным полем (протоны заряжены, и все заряженные частицы имеют электромагнитное поле). Энергия БАК в сочетании с сокращением длины увеличивает силу электромагнитных полей протонов в 7500 раз.
Когда два протона задевают друг друга, их сплющенные электромагнитные поля пересекаются. Эти поля пропускают классический этикет "усиления", который применяется при низких энергиях, и вместо этого следуют правилам, изложенным квантовой электродинамикой. Благодаря этим новым законам два поля могут слиться и стать “E " в E=mc².
“Если вы прочтете уравнение E=mc² справа налево, вы увидите, что небольшое количество массы производит огромное количество энергии из—за постоянной c², которая является квадратом скорости света”, - говорит Алессандро Триколи, исследователь Брукхейвенской национальной лаборатории-штаб-квартиры США для эксперимента ATLAS, который получает финансирование от управления науки Министерства здравоохранения США. “Но если вы посмотрите на формулу с другой стороны, вы увидите, что вам нужно начать с огромного количества энергии, чтобы произвести даже крошечное количество массы.”
БАК - одно из немногих мест на Земле, которое может производить и сталкивать энергетические фотоны, и это единственное место, где ученые видели, как два энергетических фотона сливаются и превращаются в массивные W-бозоны.
Объединение сил
Генерация W-бозонов из высокоэнергетических фотонов иллюстрирует открытие, которое принесло Шелдону Глэшоу, Абдусу Саламу и Стивену Вайнбергу Нобелевскую премию по физике 1979 года: При высоких энергиях электромагнетизм и слабое взаимодействие - одно и то же.
Электричество и магнетизм часто ощущаются как отдельные силы. Обычно человек не беспокоится о том, что его ударит током при обращении с магнитом холодильника. И лампочки, даже когда они горят электричеством, не прилипают к дверце холодильника. Так почему же Электрические станции выставляют знаки, предупреждающие об их высоких магнитных полях?
"Магнит - это одно проявление электромагнетизма, а электричество, другое”, - говорит Триколи. “Но это все электромагнитные волны, и мы видим это объединение в наших повседневных технологиях, таких как сотовые телефоны, которые общаются с помощью электромагнитных волн.”
При чрезвычайно высоких энергиях электромагнетизм сочетается с еще одной фундаментальной силой - слабым взаимодействием. Слабое взаимодействие управляет ядерными реакциями, включая синтез водорода в гелий, который питает солнце, и распад радиоактивных атомов.
Точно так же, как фотоны несут электромагнитное взаимодействие, W и Z-бозоны несут слабое взаимодействие. Причина, по которой фотоны могут сталкиваться и производить W-бозоны в БАКе, заключается в том, что при самых высоких энергиях эти силы объединяются, образуя электрослабую силу.
"И фотоны, и W-бозоны являются носителями силы, и они оба несут электрослабую силу", - говорит Грисо. "Это явление действительно происходит, потому что природа квантово-механична.”
Источник: https://scitechdaily-com
Перевёл: Аманжол Дастан
incatalog.kz
Концепция Физики Элементарных Частиц
Ученые, проводящие эксперимент на Большом адронном коллайдере, видят массивные частицы W, возникающие в результате столкновений с электромагнитными полями. Как это могло случиться?
Большой Адронный Коллайдер играет со знаменитым уравнением Альберта Эйнштейна, E = mc², чтобы преобразовать материю в энергию, а затем обратно в различные формы материи. Но в редких случаях он может пропустить первый шаг и столкнуться с чистой энергией - в виде электромагнитных волн.
В прошлом году в ходе эксперимента ATLAS на баке были обнаружены два фотона, частицы света, рикошетирующие друг от друга и производящие два новых фотона. В этом году они сделали еще один шаг вперед и обнаружили, что фотоны сливаются и трансформируются в нечто еще более интересное: W-бозоны, частицы, несущие слабое взаимодействие, которое управляет ядерным распадом.
Это исследование не просто иллюстрирует центральную концепцию, управляющую процессами внутри БАК: энергия и материя - две стороны одной медали. Это также подтверждает, что при достаточно высоких энергиях силы, которые кажутся отдельными в нашей повседневной жизни—электромагнетизм и слабое взаимодействие—объединяются.
От безмассового к массивному
Если вы попытаетесь повторить этот эксперимент с фотонами дома, пересекая лучи двух лазерных указок, вы не сможете создать новые массивные частицы. Вместо этого вы увидите, как два луча объединяются, образуя еще более яркий луч света.
“Если вы вернетесь назад и посмотрите на уравнения Максвелла для классического электромагнетизма, вы увидите, что две сталкивающиеся волны суммируются в большую волну”, - говорит Симона Паган Грисо, исследователь из Национальной лаборатории Лоуренса Беркли Министерства энергетики США. “Мы видим эти два явления, которые недавно наблюдал АТЛАС, только когда мы объединили уравнения Максвелла со специальной теорией относительности и квантовой механикой в так называемой теории квантовой электродинамики.”
Внутри ускорительного комплекса ЦЕРНа протоны ускоряются со скоростью, близкой к скорости света. Их обычно округлые формы хлюпают вдоль направления движения, поскольку специальная теория относительности заменяет классические законы движения для процессов, происходящих в БАКе. Два входящих Протона видят друг друга как сжатые блины, сопровождаемые одинаково сжатым электромагнитным полем (протоны заряжены, и все заряженные частицы имеют электромагнитное поле). Энергия БАК в сочетании с сокращением длины увеличивает силу электромагнитных полей протонов в 7500 раз.
Когда два протона задевают друг друга, их сплющенные электромагнитные поля пересекаются. Эти поля пропускают классический этикет "усиления", который применяется при низких энергиях, и вместо этого следуют правилам, изложенным квантовой электродинамикой. Благодаря этим новым законам два поля могут слиться и стать “E " в E=mc².
“Если вы прочтете уравнение E=mc² справа налево, вы увидите, что небольшое количество массы производит огромное количество энергии из—за постоянной c², которая является квадратом скорости света”, - говорит Алессандро Триколи, исследователь Брукхейвенской национальной лаборатории-штаб-квартиры США для эксперимента ATLAS, который получает финансирование от управления науки Министерства здравоохранения США. “Но если вы посмотрите на формулу с другой стороны, вы увидите, что вам нужно начать с огромного количества энергии, чтобы произвести даже крошечное количество массы.”
БАК - одно из немногих мест на Земле, которое может производить и сталкивать энергетические фотоны, и это единственное место, где ученые видели, как два энергетических фотона сливаются и превращаются в массивные W-бозоны.
Объединение сил
Генерация W-бозонов из высокоэнергетических фотонов иллюстрирует открытие, которое принесло Шелдону Глэшоу, Абдусу Саламу и Стивену Вайнбергу Нобелевскую премию по физике 1979 года: При высоких энергиях электромагнетизм и слабое взаимодействие - одно и то же.
Электричество и магнетизм часто ощущаются как отдельные силы. Обычно человек не беспокоится о том, что его ударит током при обращении с магнитом холодильника. И лампочки, даже когда они горят электричеством, не прилипают к дверце холодильника. Так почему же Электрические станции выставляют знаки, предупреждающие об их высоких магнитных полях?
"Магнит - это одно проявление электромагнетизма, а электричество, другое”, - говорит Триколи. “Но это все электромагнитные волны, и мы видим это объединение в наших повседневных технологиях, таких как сотовые телефоны, которые общаются с помощью электромагнитных волн.”
При чрезвычайно высоких энергиях электромагнетизм сочетается с еще одной фундаментальной силой - слабым взаимодействием. Слабое взаимодействие управляет ядерными реакциями, включая синтез водорода в гелий, который питает солнце, и распад радиоактивных атомов.
Точно так же, как фотоны несут электромагнитное взаимодействие, W и Z-бозоны несут слабое взаимодействие. Причина, по которой фотоны могут сталкиваться и производить W-бозоны в БАКе, заключается в том, что при самых высоких энергиях эти силы объединяются, образуя электрослабую силу.
"И фотоны, и W-бозоны являются носителями силы, и они оба несут электрослабую силу", - говорит Грисо. "Это явление действительно происходит, потому что природа квантово-механична.”
Источник: https://scitechdaily-com
Перевёл: Аманжол Дастан
incatalog.kz