С субатомными частицами всё довольно забавно. Вроде бы их регулярно и находят, да и методики вполне научные, но есть во всём этом что-то от кота Шрёдингера.
Мы уже обсуждали на канале, что даже сам поиск частиц вызывает множество вопросов. Ведь увидеть частицу так, как мы хотели бы это сделать (примерно как Луну в телескоп) не получится. Из этого и следует противоречие, о котором очень часто говорят в комментариях. Большинство исходят из того, что если я это не вижу, то этого нет.
Советую посмотреть этот ролик на канале и увидеть суть противоречий.
Ещё больше вопросов вызывают методики определения характеристик той или иной частицы.
Давайте посмотрим, как определяют массы субатомных частиц. Масса - это очень важный показатель. На знании этого параметра во многом базируется и представление о частице.
По аналогии с тем, как и все методики обнаружения частиц не являются очевидными, их взвешивание тоже нельзя назвать полностью объективным (не путать со словом неправильным). Нельзя взять в руки кварк и взвесить его как дыню на базаре.
Определение массы субатомной частицы часто подразумевает использование стандартной модели физики элементарных частиц. Это расчётные действия.
Физики используют несколько экспериментальных установок, каждая из которых имеет свою погрешность, преимущества и ограничения.
Краеугольным камнем этой парадигмы измерений является ускоритель частиц - сложный аппарат, способный ускорять субатомные частицы до скоростей, близких к скорости света. Подробнее об этой установке тут.
Чтобы понять суть этого явления, необходимо разобраться с концепцией лоренц-инвариантности. Этот основополагающий принцип физики постулирует, что законы физики одинаковы для наблюдателей во всех инерциальных системах отсчета. Лоренц-инвариантность позволяет исследователям корректировать эти релятивистские эффекты и точно определять массу покоя частицы. Без этого важного постулата мы не могли бы рассматривать частицы в разных системах и применять к ним одни и те же законы физики.
Когда частица ускоряется до значительной части скорости света, ее релятивистская масса увеличивается, что влияет на динамику ее взаимодействия с другими частицами. На этом держится вся методика определения массы с помощью ускорителя.
Ещё один из способов - использование того механизма, который теоретики применяют для описания появления массы у частицы. Наблюдая за тем, как частицы взаимодействуют с полем Хиггса, можно вычислить их массу. Здесь используются детекторы CMS и ATLAS на Большом адронном коллайдере. Эти детекторы наблюдают за последствиями столкновений частиц, измеряя различные параметры, включая энергию и импульс. Затем из этих величин высчитывается масса, используя соотношение энергии и импульса.
Помимо коллайдеров используются и другие устройства. Например, ловушки Пеннинга.
Они стали инструментом для изоляции заряженных частиц с помощью магнитных и электрических полей. Это позволяет чрезвычайно точно определять отношения заряда к массе, предлагая еще один путь к определению массы частиц, таких как электроны. И да, у несчастного электрона, который то называют частицей, то волной, то вообще утверждают, что его нет, есть собственная масса. Её можно рассчитать, используя результаты дополнительных измерений.
Говоря об электронах, стоит также погрузиться в область квантовой электродинамики (КЭД) . Поправки КЭД необходимо добавить к классическим теориям, чтобы достичь необходимого уровня точности. Хотя электрон часто считается фоном из-за его незначительной массы, он служит своего рода уровнем в этих важных измерениях, обеспечивая базовую линию, по которой можно оценивать и более тяжелые частицы.
Для частиц типа кварков используется логика квантовой хромодинамики. Такое название носит сложная теория, которая базируется на системе взаимодействий кварков, глюонов и прочих субатомных частиц. Из математических данных можно высчитывать и прааметры частиц. В том числе и массу. Одна из разновидностей логики - квантовая хромодинамика на решетке.
Моделирование квантовой хромодинамики на решетке предлагает теоретическую основу для предсказания массы частиц. Они позволяют физикам вычислять массы адронов на основе первых принципов, уменьшая зависимость от эмпирических методов. Причём это параллельные вычисления.
Очень сильно тут помогают нейросети. В последние годы интеграция алгоритмов машинного обучения позволила добиться множества интересных результатов. Эти алгоритмы анализируют огромные массивы данных, полученных в результате экспериментов, выявляя закономерности и корреляции. Математическая строгость этих алгоритмов гарантирует, что полученная масса точно соответствует истинному значению в пределах экспериментальной ошибки.
Так или иначе, важно понимать главное - все методики взвешивания частиц являются косвенными.
Преимущественно используется связь между теми или иными физическими параметрами, чтобы найти искомое.
Это очень важное дополнение, о котором просто интересно узнать. Краеугольный камень тут - это научность использования подобных методик. Моё мнение тут простое - и подобные методики, и так называемая математическая физика имеют полное право на существование и могут считаться вполне себе научными.
---
⚡ Обязательно подпишитесь на Telegram проекта и читайте эксклюзивные статьи!
👉💖 Ставьте лайки материалу, чтобы поддержать проект.
✅ Подписывайтесь на ДЗЕН (!!!) и обязательно читайте статьи целиком!
