Что вы знаете про квантовую физику? Немного наверное. В этой статье мы совершим глубокое погружение в мир квантовой физики. Я обещаю что в этой статье не будет формул, кроме одной и самой важной E = mc². Хочется рассказать о сложнейшей теории мира, простым языком.
Что вы знаете про бозон Хиггса? Что вообще такое бозон Хиггса? Бозон Хиггса- это недостающая частица пазла, под названием "Стандартная модель". Но что же такое стандартная модель, это своего рода "код" нашей вселенной. Если компьютерный код это единицы и нули, то код нашей вселенной выглядит вот так.
Всё что мы знаем на сегодняшний день состоит из этого. Все люди, вода, воздух, тепло, огонь, Солнце и даже ваша мысль состоит из этого. Не так уж и сложно. Но к материи и стандартной модели мы ещё вернёмся, сейчас же хочется затронуть ещё одну тему. Давайте подробно разберём что такое бозон Хиггса и какова его роль. Знаменитая формула E = mc², говорит нам что масса и энергия это одно и тоже. То есть на языке физики я это 6,4 квинтиллионов джоулей или 75 килограмм. 74 килограмм и 375 грамм из этого- энергия. которая связывает частицы в моём теле не давая им разлететься и рассыпаться. А вот остальные 625 грамм это и есть частицы. И вот эту массу им даёт "Поле Хиггса", с помощью бозонов Хиггса. Частицы двигаются сквозь них и вязнут как ложка в мёде. Вспомните как сложно бегать по песку, чувство такое что у вас резко увеличилась масса, вот так же и частицы пробираются сквозь поле Хиггса получая таким образом массу. Чем больше вязнешь, тем больше масса всё просто. Всё пространство пронизано полем Хиггса, и поэтому где бы ни появилась частица поле Хиггса всегда подскажет её массу. Так частицы и понимают кто они есть. Другими словами, без поля Хиггса электрон сомневался бы что он электрон. Эту частицу СМИ сразу же прозвали "частицей бога", получить её в чистом виде невероятно сложно, а живёт она всего одну септилионную долю секунды, что бы поймать её построили Большой Адронный Коллайдер.
Идея очень проста. Разбить протоны и посмотреть что с ними будет. Всё начинается с баллона водорода, как у сварщиков. Но нам нужен не сам водород а его протоны, для этого атомы ионизируются, то есть просто отрывают от них электрон. Потом их запускают в линейный ускоритель, это по сути большой электромагнит который играет роль первой ступени ракеты. Их запускают пучками, по 30 сантиметров или по научному "банчами". Затем протоны запускают в бустер который разгоняет их до 91% от скорости света. Потом синхротрон, это тоже своего рода ускоритель, только куда больше. Там протоны разгоняют до 99,9% от скорости света. Затем суперсинхротрон, он разгоняет их ещё быстрее. И наконец банчи запускают в главное кольцо длинной 27 километров. Здесь они разгоняются до невообразимого числа, а именно до 99,99999999997% от скорости света. Это максимальная скорость которую когда либо получал человек! Внутри самого коллайдера есть бесчисленное количество магнитов что хватит разогнать Боинг 747.
Одни магниты ускоряют частицы, давая им электромагнитный пинок. Другие же удерживают протоны вместе не давая им разлететься. По сути вся труба это большой электромагнит. Пучки летят по трубе в разные стороны что бы потом сойтись в одной точке и разбиться устроив мощнейшее ДТП со времён большого взрыва. И так мы разогнали частицы и устроили мощное ДТП, дальше нам нужно будет фотографировать. Но нам понадобиться не обычный фотоаппарат, а огромный, размером с десятиэтажный дом. Это главная часть коллайдера- детектор, по сути огромные фотоаппараты которые регистрируют всю магию. И таких детекторов четыре. Atlas- самый большой, и на котором зафиксировали бозон Хиггса. Alice на котором создают большой взрыв в миниатюре. LHCb- здесь изучают вопрос почему мир и антимир не симметричны. И CMS или "Компактный Мюонный Соляноид", но он ничерта не компактный и весит как Эйфелева башня. Как устроены все эти детекторы? Давайте разбираться.
Пиксельный и трековый детекторы отслеживают путь частиц вылетающих при столкновении. Колориметры останавливают частицы и поглощают их что бы измерить энергию. Наконец снаружи стоят огромные пластины для мюонов- частиц которые прошивают вообще всё. Так выглядит столкновение частиц в Большом Адронном Коллайдере.
Красиво не правда ли? Но откуда столько частиц? Дело в том что на квантовом уровне происходит нечто странное, внутри при такой энергии появляются частицы которых никогда не было. Представьте что вы сталкиваете между собой два арбуза, а получаете апельсины, яблоки, груши и вишни. В это и суть квантовой механики, при этом законов физики она не нарушает, ведь как было 10 килограмм арбузов так и осталось, но за место них пришли новые фрукты. Таких столкновений в секунду происходит миллионы.
Что бы продолжить дальше я должен рассказать вам про стандартную модель, как и обещал. Что же это за частицы, и зачем они нужны. Вы уже знаете, мы состоим из клеток, клетки из молекул, молекулы из атомов, атом из электронных оболочек и маленького ядра в центре. Ядро в свою очередь из протонов и нейтронов, здесь кончается школьная физика но нам нужно заглянуть дальше. Протоны и нейтроны состоят из кварков склеенных глюонами, они элементы стандартной модели. Вся материя сегодня состоит только из этих частиц. Бозоны же определяют как материя между собой взаимодействует, они как посыльные прыгают между фермионами и говорят что им делать. Вернёмся к стандартной модели, она не так проста и имеет обратную сторону. У каждой из этих частиц есть свой злой брат близнец или же частицы антиматерии, они ничем не отличаются кроме знака заряда. У электрона положительно заряженный электрон или позитрон, у протона так же есть противоположная частица, антипротон. Встречаясь с материей они взаимоуничтожаются выделяя энергию.
Да, я понимаю это всё звучит абсурдно и в это сложно поверить. Но таков уж квантовый мир в котором мы живём. Мы всё те же разумные люди что и 400 тысяч лет назад, те же размеры мозга и то же строение тела, и если раньше наука двигалась маленькими шажками, то сейчас она несётся как грузовик. Хочется так же сказать что CERN( город в котором расположен Большой Адронный Коллайдер) готовит модификацию. Большой Адронный Коллайдер снова начнёт сталкивать частицы, но в этот раз на более высоких скоростях и с более точными детекторами. Надеемся что всё таки мы сможем разгадать загадку вселенной. На этом у меня всё.
Спасибо за просмотр.
