воскресенье, 02 декабря 2018
В Институте ядерной физики разрабатывается проект электрон-позитронного коллайдера "Супер C-тау фабрика", и на него возлагаются большие надежды. В мае была конференция, посвящённая задачам будущего ускорителя (на которую я не пришла). Для конференции выпустили рекламные буклеты проекта (а вы что хотели? Хорошие идеи надо продвигать). Один из них завалялся в моём кабинете — я его стащила и теперь вам показываю.
Но для начала посмотрим на таблицу известных на сегодняшний день фундаментальных частиц (она впоследствии понадобится). Простите, что надписи на английском, но по-русски частицы называются так же, как и по-английски, так что всё будет понятно.
Заглянем под обложку...Про Стандартную модель я немного писала здесь.
Продольная поляризацияЧтобы объяснить, что такое "продольная поляризация электронов", начнём издалека. Какие вообще есть характеристики у элементарных частиц? У частицы есть масса, время жизни и электрический заряд. У кварков и глюонов ещё есть цветовой заряд, и благодаря ему они участвуют в сильном взаимодействии. У лептонов (электрона, мюона, тау и трёх видов нейтрино, см. таблицу) есть лептонное число, равное 1 у частиц и -1 у античастиц. У барионов (адронов, состоящих из трёх кварков: протона, нейтрона и множества других) есть барионное число. Экспериментально установлено, что в любых превращениях частиц лептонное и барионное число сохраняются; именно поэтому электрон — самый лёгкий заряженный лептон — и протон — самый лёгкий барион — стабильны. Но есть у элементарных частиц одна характеристика, аналогов которой в нашем макромире нет. Это спин. Можно представить себе, что частица вращается, и спин — её момент импульса (момент импульса направлен вдоль оси вращения). Однако, если бы это было так, то скорость вращения экватора частицы была бы больше скорости света, а это противоречит теории относительности. Поэтому спин представить себе нельзя — он просто есть. Как люди додумались до его существования — отдельная история, и я не буду её пересказывать. Важно то, что спин может равняться или целому числу, или полуцелому, и больше никаких вариантов. Теперь посмотрим на таблицу. У фермионов спин равен 1/2, у бозонов, кроме Хиггса — 1, у бозона Хиггса спин равен 0. Бозоном называется любая частица с целым спином (даже если это ядро атома), а фермионом — любая частица с полуцелым спином. У бозонов и фермионов разные свойства, поэтому спин — важнейшая характеристика частицы.
Когда в ускорителе создаются частицы, их спины обычно направлены как попало; говорят, что пучок частиц неполяризован. Но можно сделать так, чтобы спины были направлены в одну сторону, тогда пучок станет поляризованным. Продольная поляризация означает, что спины электронов направлены вдоль их направления движения.
ГэВ, чармоний, очарованный мезонГэВ - это гигаэлектронвольт, или один миллиард электронвольт. 1 электронвольт = 1,6*10^(-19) джоулей. Кстати, массу частиц измеряют не в килограммах, а в электронвольтах: надо умножить массу частица на скорость света в квадрате и тогда по формуле Эйнштейна получится энергия. Чармоний — это мезон, состоящий из c-кварка и c-антикварка. Чармониев много; бакалаврская работа Терры Си была посвящена изучению свойств чармониев, поэтому у неё к ним особые чувства. 
Очарованные барионы — это барионы, в состав которых входит c-кварк.
Эксперимент Belle — это мой "родной эксперимент", анализом его данных я занимаюсь всю свою научную карьеру.
Несохранение лептонного числа, CP-нарушениеПро лептонное число я сказала выше. Признаки несохранения лептонного числа ищут вот по какой причине. По законам физики, в момент Большого взрыва во Вселенной родилось одинаковое количество материи и антиматерии. Потом они аннигилировали, и в космосе ничего не осталось. Нет, на самом деле всё было не так, ведь есть звёзды, планеты, мы, в конце концов. Значит, в какой-то момент материи стало больше, чем антиматерии. Андрей Сахаров (тот самый) сформулировал, что для того, чтобы такое стало возможным, барионное и лептонное число не должны сохраняться.
Когда вы смотрите в зеркало, вы выполняете над собой P-преобразование. Бытовой и научный опыт подсказывают, что в обычном и "зеркальном" мире происходит одно и то же. Это значит, что P-чётность сохраняется. С-преобразование — это когда в системе частицы меняют на соответствующие античастицы и наоборот. CP-преобразование — это одновременное отражение системы в зеркале и замена частиц на античастицы. Сильное, гравитационное и электромагнитные взаимодействия работают одинаково в исходной системе и CP-преобразованной. Но слабое взаимодействие нарушает и P, и CP. Открытие этого нарушения, ей-богу, заслуживает отдельного поста.
Каон, аномальный магнитный момент, осцилляции нейтрино, глюбол, гибридКаоны — это мезоны, в состав которых входит s-кварк.
Что такое аномальный магнитный момент? Земля вращается вокруг своей оси, в ядре текут токи, создающие магнитное поле, и у Земли есть магнитный момент. А у заряженных фермионов есть спин, поэтому у них есть и магнитный момент. Кстати, аномальный магнитный момент мюона — одна из самых точно измеренных величин в мире.
Теперь про нейтринные осцилляции. В Солнце, как и в любой звезде, происходят термоядерные реакции, в которых рождаются электронные нейтрино. Эти нейтрино летят на Землю, и их можно зарегистрировать. Так вот, измеренный поток солнечных нейтрино в 2-3 раза меньше, чем предсказанный из теории ядерных реакций. Оказалось, что электронные нейтрино по дороге превращаются в мюонные и тау-нейтрино, а детектор регистрирует только электронные. Эти превращения и называются нейтринными осцилляциями.
Протон состоит из двух u-кварков и d-кварка. Но это не вся правда. Кварки постоянно излучают и поглощают глюоны. По дороге глюон может излучить ещё глюон, он может распасться на пару кварк-антикварк, которые тоже излучат глюоны... короче, протон — это каша из глюонов и кварков. Можно представить себе частицу, в которой есть только глюоны и ни одного кварка. Такая частица называется глюбол.
Кварки в адронах связаны сильным взаимодействием. Представьте себе, что они соединены силовыми линиями. А теперь представьте, что эти линии натянуты, как струны, и колеблются. Вот адрон, в котором силовые линии колеблются, называется гибридом.
Суперсимметрия, аксионЕсть теория под названием теория суперсимметрии. Она утверждает, что у каждого фермиона из Стандартное модели есть два суперсимметричных партнёра — бозона со спином 0, а у каждого бозона — по суперсимметричному фермиону. То есть согласно этой теории есть ещё куча частиц, которых мы ещё не видели. Аксион — это гипотетический бозон, призванный объяснить, почему сильное взаимодействие сохраняет P-чётность (а вообще-то не должно).
Сцинтиллятор, фотоумножительКогда частица пролетает через сцинтиллятор, он светится. Сцинтиляторы бывают разные — жидкие, газообразные, пластиковые, кристаллические. Фотоумножитель — это устройство, преобразующее свет в электрический сигнал.
Обратите внимание на парня посередине. Это мой бывший однокурсник, сейчас — аспирант-ускорительщик.
Про термоядерный синтез я писала тут.
Здесь я скажу, что благодаря контрактным заказам ИЯФ выжил в"лихие девяностые".
Мартин Перл в 1995 году получил Нобелевскую премию по физике за открытие тау-лептона.
Слева — А. Е. Бондарь, декан физического факультета НГУ и заведующий моей лабораторией. Справа — А. С. Кузьмин, мой коллега и, в некотором смысле, научный руководитель.
"Мы не сделаем вас умнее. Мы научим вас думать" — девиз НГУ.
@темы:
ИЯФ,
Новосибирск,
волшебный мир физики,
слава Омниссии!