Записи с темой: cern (список заголовков)
21:36 

Продолжая тему науки и искусства

Comprehension is the key to all things
4 июля 2012 года мир облетела новость: на Большом адронном коллайдере был открыт бозон Хиггса. Два универсальных детектора, ATLAS и CMS, зарегистрировали события распадов этой частицы. Художник Ксавье Кортада в сотрудничестве с членом коллаборации CMS, физиком Питом Марковицем, создал серию панно "В поисках бозона Хиггса", посвящённую открытию и роли, которую сыграл детектор CMS.
Но, прежде чем я покажу сами работы, я расскажу о бозоне Хиггса и о том, почему его так важно было найти.

На этой картинке представлены все известные науки фундаментальные частицы (то есть частицы, не имеющие внутренней структуры). Прошу прощения за надписи на английском.



Все частицы делятся на две большие группы: фермионы и бозоны.
Фермионы — это строительный материал, из которого состоит вещество. На картинке они показаны слева. Фермионы в свою очередь делятся на лептоны и кварки.
К лептонам относится электрон, про который все хорошо знают, и его более массивные "братья" — мюон и тау. У каждого электрически заряженного лептона есть соответствующее нейтрино (у электрона — электронное и так далее). У нейтрино очень маленькая масса, нет электрического заряда, и они очень слабо взаимодействуют с веществом.
Кварки бывают шести типов; они имеют электрический заряд и так называемый цвет, который может принимать три значения ("красный", "зелёный" и "синий"). Благодаря цвету кварки могут участвовать в сильном взаимодействии (о котором ниже). Из-за свойств сильного взаимодействия кварки не могут существовать в свободном виде. В природе кварки собираются по три кварка (такая составная частица называется барионом) или объединяются в пары с антикварками и образуют мезоны. Есть ещё варианты с двумя кварками и двумя антикварками, четырьмя кварками и одним антикварком и даже с тремя кварками и тремя антикварками. Частицы, состоящие из кварков, называются адронами (Большой адронный коллайдер так называется, потому что в нём ускоряются и сталкиваются протоны, которые являются адронами (точнее, барионами)).
Бозоны — это переносчики взаимодействий. Со школы мы знаем, что тела взаимодействуют, потому что между ними существует поле (электрическое или гравитационное). Согласно квантовой теории, любое поле существует в виде порций, называемых квантами, и взаимодействующие тела поглощают и излучают кванты. Так вот, бозоны — это кванты соответствующих взаимодействий, коих числом четыре.
Электромагнитное взаимодействие всем знакомо, поэтому останавливаться на нём не буду. Его квантом является фотон. Он не имеет массы и электрического заряда. Фотонами обмениваться могут только электрически заряженные частицы.
Переносчиками сильного взаимодействия являются глюоны. Глюонами могут обмениваться частицы, имеющие цвет. Глюоны тоже безмассовые, как и фотоны, но, в отличие от электрически нейтрального фотона, имеют цвет (и поэтому их целых восемь штук). Поэтому глюон может испускать и поглощать другие глюоны. Это приводит к парадоксальным свойствам сильного взаимодействия: с увеличением расстояния оно не ослабевает, а усиливается. Из-за этого кварки и глюоны всегда держатся вместе и образуют адроны.
Слабое взаимодействие позволяет лептонам и кваркам превращаться в другие лептоны и кварки. Его квантами являются заряженные W и нейтральный Z бозон. Эти частицы очень тяжёлые (их масса близка к массе атомов рубидия и технеция). Нейтрино могут участвовать только в слабом взаимодействии.
Есть ещё гравитационное взаимодействие, но для таких маленьких объектов, как элементарные частицы, оно несущественно. Кроме того, к сожалению, нет квантовой теории гравитации, соответственно, мы не можем приписать гравитационному полю свой квант.

Существует теория электрослабого взаимодействия, которая, как следует из названия, описывает слабое и электромагнитное взаимодействие единым образом. Эта теория всем хороша, только если все бозоны в ней безмассовые. Если приписать W и Z бозонам массы, то теория портится: все рассчитанные по ней вероятности взаимодействия частиц равны бесконечности (что, очевидно, неправда). Питер Хиггс предложил решение этой проблемы. Он ввёл поле, существующее во всей Вселенной и всюду имеющее одинаковое значение. Это поле не имеет электрического и цветового заряда. Взаимодействуя с ним, W и Z бозоны приобретают массы, а теория не портится. Путём взаимодействия с полем Хиггса также приобретают массы лептоны и кварки, а фотон и глюоны остаются безмассовыми. Короче говоря, поле Хиггса было очень красивым решением, поэтому бозон Хиггса очень хотели обнаружить.

Теперь перейдём к самим панно.

Посмотреть

Все эти распады изучаются на Большом адронном коллайдере.

@темы: CERN, волшебный мир физики, картинная галерея

08:30 

Comprehension is the key to all things
Подруга недавно вернулась из ЦЕРНа и привезла мне подарки.

На футболке схематически показано столкновение пучков. Дугообразные линии в середине рисунка — это траектории заряженных частиц, рождённых в столкновении. Толстые "ветвистые" линии изображают ливни, которые рождают электроны и фотоны в детекторе.



А это миниатюрный значок с эмблемой ЦЕРНа.


@темы: CERN, волшебный мир физики, пена дней

12:35 

Comprehension is the key to all things
Подруга сейчас работает в Европейском центре ядерных исследований и поделилась со мной несколькими необычными плакатами, которые там попались ей на глаза. Теперь я делюсь с вами.

Перевод



А это объявления ЦЕРНовского клуба для ЛГБТК (да, оказывается, есть и такое).

"Мы хромодинамичны".



"Без цветов не будет сильного взаимодействия".



Здесь надо дать научную справку, чтобы было понятно, что написано на плакатах.
В природе существует 4 типа взаимодействий: электромагнитное, сильное, слабое и гравитационное. Поговорим о сильном взаимодействии. Есть такие элементарные частицы — кварки, их шесть разных видов (u, d, s, c, b и t кварки), и у них дробный электрический заряд: 2/3 или -1/3 от заряда электрона. Наличие в кварков электрического заряда позволяет им обмениваться фотонами и тем самым участвовать в электромагнитном взаимодействии. Но у кварков ещё есть цветовой заряд, и, в отличие от электрического, который бывает положительным и отрицательным, цветовой заряд бывает трёх видов (условно "красный", "зелёный" и "синий"). Цветовой заряд позволяет кваркам излучать и поглощать глюоны — безмассовые частицы. Фотоны не имеют электрического заряда и поэтому не могут непосредственно взаимодействовать друг с другом. Но глюоны имеют цветовой заряд и могут поглощать и излучать другие глюоны. Кажется естественным, что чем дальше два тела находятся друг от друга, тем слабее они взаимодействуют. Но сильное взаимодействие растёт с расстоянием! Поэтому кварки и глюоны держатся вместе маленькими кучками, которые называются адронами. Если в кучке лежат кварк и антикварк, она называется мезоном, если три кварка — барионом. Два бариона, про которые все знают, — это протон и нейтрон. Теория, описывающая сильное взаимодействие, называется квантовой хромодинамикой.

Кажется, эту шутку впервые написал в своём Твиттере Нил Деграсс Тайсон. Основана она на игре слов.



Перевод: "Ты материя (ты важен), пока не умножишь себя на скорость света в квадрате. Тогда ты энергия" (отсылка к формуле Эйнштейна E = mc^2).

@темы: я у мамы переводчик, волшебный мир физики, CERN

18:45 

Comprehension is the key to all things
Говорят, искусство и наука несовместимы. Искусство воздействует на чувства, наука — на разум. Искусство красиво и занимательное, наука... не очень. Я не согласна. Для меня наука и искусство служат одной цели — познанию мира, но достигают её разными способами. Искусство воодушевляло учёных (вспомним Эйнштейна и его скрипку), но и наука порой вдохновляет творчество скульпторов, музыкантов, художников.
Европейский центр ядерных исследований (CERN) поддерживает деятелей искусства, которые получают возможность посещать CERN и сотрудничать с местными исследователями и инженерами. Хочу показать самые впечатляющие произведения, созданные в рамках этой программы сотрудничества.

Дуэт Рут Джармен и Джо Герхардта "Semiconductors" ("Полупроводники") создал в 2015 году инсталляцию HALO, использующую сырые данные с детектора ATLAS. Мини-справка Внутри цилиндра диаметром 10 метров натянуты 384 вертикальных проволочки, по которым бьют молоточки. На экраны выводятся данные о траекториях частиц, зарегистрированных детектором ATLAS.



Японский музыкант Рёдзи Икэда создал две работы, посвящённые физике элементарных частиц. Первая из них — "supersymmetry" ("Суперсимметрия"). Что такое теория суперсимметрии





Вторая инсталляция Рёдзи Икэды — "micro|macro". Часть "micro" показывает Вселенную на планковском масштабе. Планковская длина равна 1.6×10^(−35) м, ей соответствует планковское время 5.4×10^(−44) с и планковская температура 1.4×10^32 градуса. Что же такого особенного в планковском масштабе? Из всех фундаментальных взаимодействий гравитационное — самое слабое и никак не влияет на жизнь элементарных частиц. Но сила взаимодействия зависит от энергии взаимодействующих частиц. При энергии, соответствующей планковской температуре, гравитация становится столь же существенной, что и остальные взаимодействия, и наши теории о элементарных частицах перестают работать. Когда возраст Вселенной не превышал планковское время, в ней существовали именно такие условия.



Часть "macro" посвящена современной Вселенной на самом большом наблюдаемом масштабе. На экране показывается крупномасштабная структура космоса — сверхскопления галактик, объединённые в нити и стены и разделённые пустотами (войдами).


@темы: волшебный мир физики, what Terra cees, CERN, космоса глубины

11:12 

Comprehension is the key to all things
Запостить, что ли, магнитики, которые подруга привезла аж из самого ЦЕРНа ещё осенью.



Это не просто симпатичные чудики, это все известные сегодня фундаментальные частицы (и даже одна неизвестная (гравитон)).
Дизайн их взят с этой картинки:


@темы: CERN, волшебный мир физики

16:55 

Про пингвинов и квантовую физику

Comprehension is the key to all things
Этот пост создан по просьбе LikeIason. В нём будут физика, пингвины и игра в дартс. Но прежде чем перейти к интересностям, придётся вооружиться кое-какими знаниями.

Диаграммы Фейнмана и для чего они нужны

Теперь, пожалуй, можно перейти к сути. Представим себе мезон, состоящий из s-кварка и анти-b-кварка. Анти-b-кварк испускает W-бозон и превращается в анти-t-кварк. Этот кварк испускает глюон, который поглощает s-кварк. Потом анти-t-кварк поглощает W-бозон и становится анти-s-кварком. Так один мезон превратился в другой. А теперь давайте нарисуем фейнмановскую диаграмму, изображающую этот процесс.



Хмм, кого-то она мне напоминает... Может, пингвина? Действительно, подобные диаграммы называют пингвинными. Вышеописанный процесс впервые был изучен А. И. Вайнштейном и М. А. Шифманом, сотрудниками ИЯФа, но название "пингвинная диаграмма" придумал Джон Эллис. Вот что он рассказывал об этом:

"Весной 1977 г. Майк Чановиц, Мэри К. и я написали статью по теории Великого объединения, предсказывающую массу b-кварка до его открытия. Когда несколько недель спустя он был обнаружен, мы с Мэри К., Дмитрием и Сержем Рудазом немедленно принялись работать над его феноменологией. Тем летом в ЦЕРНе была студентка, Мелисса Франклин, сейчас она физик-экспериментатор в Гарварде. Однажды вечером она, я и Серж пошли в паб, где я и она решили сыграть в дартс. Мы поспорили, что если я проиграю, то должен буду включить слово "пингвин" в мою следующую статью. Правда, Мелисса покинула игру до её конца, её заменил Серж, который меня победил. Тем не менее, я считал себя обязанным выполнить условие спора.
В течение некоторого времени я не понимал, как включить слово "пингвин" в статью про b-кварк, которую мы в то время писали. Однако, однажды вечером, после работы в ЦЕРНе я остановился по дороге домой у друзей, живущих в Мерене, где употребил некое запрещённое вещество :hash2: . Потом, когда я пришёл домой и продолжил работать над статьёй, меня осенило, что знаменитые диаграммы похожи на пингвинов. Так мы вписали это слово в статью, а что было дальше, вы сами знаете".


Однако не всем это название понравилось. Существует рассказ о том, как во время одного из семинаров Фейнман стал активно протестовать против названия "пингвин", говоря, что соответствующие диаграммы не похожи на пингвинов. Присутствующий на семинаре Валентин Телегди возразил, что фейнмановские диаграммы не похожи на Фейнмана. Такая вот история.

@темы: я у мамы переводчик, новый ПЧ, волшебный мир физики, ИЯФ, cool story, CERN

Нулевая энтропия

главная