Рубрика «протоны»

В моей статье про энергию и массу и связанные с ними понятия основное внимание я уделил частицам – возмущениям полей – и уравнениям, при помощи которых Эйнштейн связывал их энергию, импульс и массу. Но энергия возникает и в других местах, не только благодаря частицам. Чтобы по-настоящему понять Вселенную и то, как она работает, необходимо понять, что энергия может появиться из-за взаимодействия различных полей, или даже из-за взаимодействия с самим полем. Вся структура нашего мира – протоны, атомы, молекулы, тела, горы, планеты, звёзды, галактики – является результатом наличия такого типа энергии. На самом деле, многие типы энергии, о которых мы рассуждаем так, будто они отличаются друг от друга – химическая энергия, ядерная энергия, электромагнитная энергия – либо являются одной из форм энергии взаимодействия либо каким-то образом к ней относятся.

Когда ученикам начинают преподавать физику, в этот тип энергии включается то, что учителя называют «потенциальной энергией». Но поскольку слово «потенциальная» в английском [и русском] языках означает не то же самое, что в физике, и поскольку то, каким образом преподносят эту концепцию, сильно отличается от современной физической точки зрения, я предпочитаю использовать для этой энергии другое название – чтобы она не связывалась с имеющимися у читателя представлениями, правильными или неправильными.
Читать полностью »

Почему большинство частиц дезинтегрируют (а технически говоря, распадаются) на другие?

Физика частиц нашла уже целую гору вроде бы элементарных частиц, и их может быть ещё больше. Но большинство из этих частиц не лежат спокойно на полу в ожидании, пока мы их подметём. Нам нужно было построить особые аппараты, такие, как Большой адронный коллайдер, чтобы произвести их, открыть и изучить. Почему? Потому, что большинство из них – за исключением тех, из которых состоим мы сами, и парочки других – разваливаются (распадаются) на другие частицы за малую долю секунды. На самом деле малую – по сравнению с ней миллионная доля секунды кажется вечностью. Некоторые из них выживают в течение всего триллионной от триллионной доли секунды, или даже меньше!

В данной статье при помощи неплохих, хотя и несовершенных, аналогий, я собираюсь дать вам пару объяснений по поводу того, почему распад – неизбежная судьба большинства элементарных частиц.

Вы можете вспомнить, что волны в квантовом мире состоят из частиц; звуковые волны из фононов, световые из фотонов, и т.п. Или можете просто принять это как данность и продолжить чтение.
Читать полностью »

Что удерживает электрон в атоме на орбите атомного ядра?

На первый взгляд, особенно если смотреть на мультяшную версию атома, описанную мною ранее со всеми её недостатками, электроны, двигающиеся по орбите вокруг ядра, выглядят так же, как планеты, двигающиеся по орбите вокруг Солнца. И вроде бы принцип этих процессов одинаков. Но есть подвох.

image

Рис 1

Что удерживает планеты на орбите вокруг Солнца? В Ньютоновской гравитации (Эйнштейновская сложнее, но тут она нам не нужна) любая пара объектов притягивается друг к другу посредством гравитационного взаимодействия, пропорционального произведению их масс. В частности, гравитация Солнца притягивает к нему планеты (с силой, обратно пропорциональной квадрату расстояния между ними. То есть, если расстояние уменьшается вдвое, сила увеличивается вчетверо). Планеты тоже притягивают Солнце, но оно настолько тяжёлое, что это почти не влияет на его движение.
Читать полностью »

Если молекулы – основные структуры, задействованные в химии – это слова, из которых состоят все окружающие нас материалы, тогда атомы – это буквы, строительные блоки молекул. Слова бывают разной длины, и типичная молекула тоже может содержать несколько атомов, или несколько сотен, или даже сто тысяч атомов. Молекула столовой соли NaCl состоит из двух атомов, натрия Na и хлора Cl. Молекула воды H2O содержит два атома водорода и один кислорода. Молекула столового сахара C12H22O11 содержит 12 атомов углерода, 11 кислорода и 22 водорода, организованных определённым образом.

Откуда нам известно о существовании атомов? Иногда их можно «видеть», так же, как мы видим молекулы, которые они могут формировать. Не глазами, но более продвинутыми устройствами. Один из методов использует сканирующий туннельный микроскоп, способный показывать атомы в кристалле или даже передвигать их по одному. Другой метод использует нашу возможность захвата ионов (немного изменённых атомов – подробности ниже).
Читать полностью »

Кому какое дело до частиц? Почему физики, специализирующиеся на них, так ими интересуются?

На самом деле нам интересны не частицы сами по себе.

Вот вам аналогия: представьте, что вас заинтересовали города римской империи и то, как они функционировали. Из-за этого вы можете начать изучать римскую архитектуру. Возможно, вас заинтересует, как они строили свои здания и акведуки. Затем, вероятно, вы перейдёте к надёжности их арок и фундаментов, а с них – на свойства кирпичей и строительного раствора. Но интересуют вас не кирпичи и раствор – это только средства для достижения цели. Вы хотите рассматривать их как часть более общих вопросов разработки и постройки римских зданий, их красоты и их надёжности, позволившей им пережить столетия.

Природа – самый плодотворный и древний архитектор. Мы живём в окружении красоты и загадок – дубов и вулканов, закатов и бурь, красивой луны и неисчислимых песчинок на пляже. Пару столетий назад учёные сделали вывод, что разнообразие этой архитектуры можно лучше понять, если принять, что материя состоит из различных атомов – «элементов». Так они и начали интересоваться атомами, «элементарными» строительными кирпичиками природы, как о них тогда думали.
Читать полностью »

БАК увеличил аптайм до 70% и ставит рекорды по количеству столкновений - 1
Небольшая часть сотрудников коллаборации CMS на фоне полномасштабной фотографии компактного мюонного соленоида (CMS)

На Большом адронном коллайдере обрабатывается как никогда много столкновений протонов: примерно 1 миллиард в секунду. Это очень много. Изначально коллайдер не предполагалось использовать настолько интенсивно. Только в этом году БАК собрал больше данных, чем за все предыдущие годы эксплуатации, вместе взятые.

Главная причина увеличения количества экспериментов — высокая надёжность коллайдера даже с повышением энергии до 13 ТэВ. На БАК почти не было простоев в этом году. Физики сейчас пытаются собрать больше информации о бозоне Хиггса — элементарной частице, которая образуется примерно один раз на миллиард столкновений.
Читать полностью »

Я верю, что у природы есть стабильные законы красоты и полезности. Весна сажает, осень собирает, и так до конца времён.
— Роберт Браунинг

Как и всё остальное, что есть во Вселенной – галактики, звёзды, планеты – люди состоят из атомов.

Насколько стабильно вещество, из которого мы состоим? - 1

И так же, как у галактик, звёзд и планет, более 99,9% массы вашего тела состоит не просто из атомов, а из атомных ядер.
Читать полностью »