
A fÃsica de partÃculas
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Modelo padrão da fÃsica de partÃculas |
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![]() Grande Colisor de Hádrons no túnel CERN |
Fundo A fÃsica de partÃculas Modelo Padrão Teoria quântica de campos Teoria de gauge Quebra espontânea de simetria Mecanismo de Higgs |
Constituintes Interação eletrofraca Cromodinâmica quântica Matriz CKM |
Limitações Problema forte CP Hierarquia problema Oscilações de neutrinos Veja também: FÃsica além do Modelo Padrão |
Os cientistas Rutherford · Thomson · Chadwick · Bose · Sudarshan · Koshiba · Davis, Jr. · Anderson · Fermi · Dirac · Feynman · Rubbia · Gell-Mann · Kendall · Taylor · Friedman · Powell · PW Anderson · Glashow · Meer · Cowan · Nambu · Chamberlain · Cabibbo · Schwartz · Perl · Majorana · Weinberg · Lee · Ward · Salam · Kobayashi · Maskawa · Yang · Yukawa · 'T Hooft · Veltman · · Gross Politzer · Wilczek · Cronin · Fitch · Vleck · Higgs · Englert · Brout · · Hagen Guralnik · Kibble · Ting · Richter |
A fÃsica de partÃculas é um ramo da fÃsica que estuda a natureza das partÃculas que são os constituintes do que é normalmente referido como matéria e radiação. No entendimento atual, as partÃculas são excitações de campos quânticos e interagir seguindo sua dinâmica. A maior parte do interesse nessa área está em campos fundamentais, cada um dos quais não pode ser definida como um estado ligado de outros campos. O atual conjunto de campos fundamentais e suas dinâmicas são resumidos em uma teoria chamada de modelo padrão , portanto, fÃsica de partÃculas é em grande parte o estudo do conteúdo de partÃculas do Modelo Padrão e seus possÃveis extensions.This nos mostra que as partÃculas, de fato, seguir as leis da fÃsica.
PartÃculas subatômicas

Pesquisa de fÃsica de partÃculas moderna está focada em partÃculas subatômicas, incluindo constituintes atômicos tais como elétrons , prótons e nêutrons (prótons e nêutrons são partÃculas compostas chamadas bárions, feitos de quarks ), produzido por e radioactivos processos de dispersão, tais como fótons , neutrinos, e muões, bem como uma ampla gama de partÃculas exóticas. Para ser mais especÃfico, a partÃcula termo é um termo impróprio da fÃsica clássica porque a dinâmica da fÃsica de partÃculas são regidos pela mecânica quântica . Como tal, eles exibem dualidade onda-partÃcula , exibindo comportamento de partÃculas semelhantes sob certas condições experimentais e acenar -como comportamento em outros. Em termos mais técnicos, eles são descritos por vetores de estado do quantum em uma Espaço de Hilbert, que também é tratada na teoria quântica de campos . Após a convenção de fÃsicos de partÃculas, partÃculas elementares se referir a objetos, tais como elétrons e fótons , como é bem sabido que esses tipos de partÃculas exibem propriedades wave-like também.
Tipos | Gerações | AntipartÃcula | Cores | Total | |
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Quarks | 2 | 3 | Par | 3 | 36 |
Léptons | 2 | 3 | Par | Nenhum | 12 |
Glúons | 1 | 1 | Próprio | 8 | 8 |
W | 1 | 1 | Par | Nenhum | 2 |
Z | 1 | 1 | Próprio | Nenhum | 1 |
Fóton | 1 | 1 | Próprio | Nenhum | 1 |
Higgs | 1 | 1 | Próprio | Nenhum | 1 |
Total | 61 |
Todas as partÃculas e suas interações observadas até à data, pode ser descrito quase inteiramente por uma teoria quântica de campos chamado Modelo Padrão . O Modelo Padrão tem 61 partÃculas elementares. Essas partÃculas elementares podem se combinar para formar partÃculas compostas, representando as centenas de outras espécies de partÃculas que foram descobertos desde os anos 1960. O Modelo Padrão foi encontrado a concordar com quase todos os testes experimentais realizados até à data. No entanto, a maioria dos fÃsicos de partÃculas acreditam que é uma descrição incompleta da natureza, e que uma teoria mais fundamental aguarda identificação (Veja Teoria de Tudo). Nos últimos anos, as medições de neutrino massa forneceram os primeiros desvios experimentais do Modelo Padrão.
História
A fÃsica moderna |
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![]() Equação de Schrödinger |
História da fÃsica moderna |
Fundadores |
Ramos Mecânica quântica Cromodinâmica quântica Eletrodinâmica quântica Mecânica estatÃstica quântica FÃsica da matéria condensada FÃsica nuclear A fÃsica de partÃculas · FÃsica Atómica A relatividade geral · A relatividade especial |
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A idéia de que tudo importa é composto por partÃculas elementares datas para, pelo menos, o sexto século antes de Cristo. A doutrina filosófica de atomização e a natureza das partÃculas elementares foram estudados por antigos filósofos gregos, como Leucipo, Demócrito, e Epicuro; antigo Filósofos indianos, tais como Kanada, Dignaga, e Dharmakirti; Cientistas muçulmanos como Ibn al-Haytham, Ibn Sina, e Mohammad al-Ghazali; e em inÃcio Europa moderna por fÃsicos como Pierre Gassendi, Robert Boyle , e Isaac Newton . A teoria das partÃculas de luz também foi proposta por Ibn al-Haytham, Ibn Sina, Gassendi e Newton. Essas primeiras ideias foram fundadas através abstrato, filosófico raciocÃnio em vez de experimentação e observação empÃrica.
No século 19, John Dalton , através de seu trabalho em estequiometria, concluir-se que cada elemento de natureza era composta por um único tipo, única de partÃcula. Dalton e seus contemporâneos acreditavam aqueles eram as partÃculas fundamentais da natureza e, portanto, nomeou-os átomos, após os atomos palavra grega, que significa "indivisÃvel". No entanto, perto do final do mesmo século, os fÃsicos descobriram que os átomos não são, de fato, as partÃculas fundamentais da natureza, mas conglomerados de partÃculas ainda menores. As explorações inÃcio do século 20 de fÃsica nuclear e fÃsica quântica culminou em provas de fissão nuclear em 1939 por Lise Meitner (baseado em experimentos por Otto Hahn), e fusão nuclear por Hans Bethe, no mesmo ano. Essas descobertas deram origem a uma indústria ativa de gerar um átomo de outro, mesmo tornando possÃvel (embora provavelmente nunca será rentável) a transmutação do chumbo em ouro; e, os mesmos também descobertas conduziram ao desenvolvimento de armas nucleares . Ao longo dos anos 1950 e 1960, uma desconcertante variedade de partÃculas foram encontrados em experimentos de espalhamento. Foi referido como o " partÃcula zoo ". Esse termo foi preterido após a formulação do Modelo Padrão durante a década de 1970 em que o grande número de partÃculas foi explicado como combinações de um (relativamente) pequeno número de partÃculas fundamentais.
Modelo Padrão
O estado muito atual da classificação de todas as partÃculas elementares é explicada pelo Modelo Padrão . Ele descreve o forte, fraca e eletromagnética interacções fundamentais, usando mediador bósons. As espécies de bósons são as glúons, W -, W + e os bósons Z, e os fótons . O modelo padrão também contém 24 partÃculas fundamentais, (12 partÃculas e as suas partÃculas anti-associados), que são os constituintes de todas matéria . Finalmente, o modelo padrão também prevê a existência de um tipo de Higgs conhecido como o Bóson de Higgs.
Laboratórios experimentais
Em fÃsica de partÃculas, os principais laboratórios internacionais estão localizados na parte:
- Brookhaven National Laboratory, em ( Long Island, Estados Unidos ). A sua principal instalação é o Colisor RelativÃstico de Ã?ons Pesados (RHIC), que colide Ãons pesados, tais como Ãons de ouro e prótons polarizados. É o primeiro colisor de Ãons pesados do mundo, e só colisor de prótons polarizados do mundo.
- Budker Instituto de FÃsica Nuclear ( Novosibirsk, Rússia ). Seus principais projetos são agora o elétron-pósitron aceleradores VEPP-2000, operado desde 2006, e VEPP-4, começou experimentos em 1994. instalações anteriores incluem o primeiro feixe de raio elétron-elétron colisor VEP-1, que conduziu experimentos 1964-1968; o elétron-pósitron aceleradores VEPP-2, operado 1965-1974; e, o seu sucessor VEPP-2M, realizou experimentos 1974-2000.
- CERN, ( Franco - Swiss fronteira, perto de Genebra ). Seu principal projeto é agora o Large Hadron Collider (LHC), que teve sua primeira circulação feixe em 10 de setembro de 2008, e é agora colisor mais energético do mundo de prótons. Ele também se tornou o colisor mais enérgica de Ãons pesados depois que começou a colidir Ãons de chumbo. Instalações anteriores incluem o Large Electron Positron Collider-(LEP), que foi interrompida em 2 de Novembro de 2000 e, em seguida, desmontado para dar lugar para o LHC; e o Super Proton Synchrotron, que está sendo reutilizado como um pré-acelerador para o LHC.
- DESY ( Hamburgo , Alemanha ). A sua principal instalação é o Hadron Elektron Anel Anlage (HERA), que colide elétrons e pósitrons com prótons.
- Fermilab, ( Batavia, Estados Unidos ). A sua principal instalação até 2011 foi a Tevatron, que colidiu prótons e anti-prótons e foi o colisor de partÃculas de mais alta energia no planeta Terra até que o Grande Colisor de Hádrons superou em 29 de Novembro de 2009.
- KEK, ( Tsukuba, Japão ). É o lar de uma série de experimentos, como o K2K experimento, uma oscilação de neutrinos e experiência Belle, uma experiência de medição da CP violação de Mésons B.
Muitos outros existem aceleradores de partÃculas.
As técnicas necessárias para fazer moderno, experimental, fÃsica de partÃculas são bastante variados e complexos, constituindo uma sub-especialidade quase completamente distinto do lado teórico do campo.
Teoria
Teoria quântica de campos |
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História |
Fundo
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Simetrias
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Ferramentas
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Equações
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Teorias incompletas
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Os cientistas
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FÃsica de partÃculas teórica tenta desenvolver os modelos, quadro teórico, e ferramentas matemáticas para compreender experiências atuais e fazem previsões para futuros experimentos. Veja também fÃsica teórica. Existem vários grandes esforços inter-relacionados que estão sendo feitas na fÃsica de partÃculas teórica hoje. Uma tentativa de filiais importantes para entender melhor o modelo padrão e seus testes. Ao extrair os parâmetros do Modelo Padrão, a partir de experimentos com menos incerteza, o presente trabalho investiga os limites do Modelo Padrão e, portanto, amplia a nossa compreensão de blocos de construção da natureza. Esses esforços são feitos desafiador pela dificuldade de calcular as quantidades em cromodinâmica quântica. Alguns teóricos que trabalham nesta área se referem a si mesmos como fenomenologistas e eles podem usar as ferramentas da teoria quântica de campos e teoria de campo efetivo. Outros fazem uso de teoria do campo da estrutura e se chamam os teóricos de treliça.
Outra grande esforço está em modelo de construção onde construtores modelo desenvolver ideias para o que a fÃsica pode estar além do Modelo Padrão (a energias mais elevadas ou menores distâncias). Este trabalho é muitas vezes motivado pelo problema hierarquia e é limitado por dados experimentais existentes. Pode envolver trabalho em supersimetria, alternativas para o Mecanismo de Higgs, dimensões espaciais extras (como o Randall-Sundrum modelos), Teoria Preon, combinações destas, ou outras idéias.
Um terceiro grande esforço na fÃsica de partÃculas teórica é teoria das cordas . Os teóricos das cordas tentar construir uma descrição unificada da mecânica quântica e da relatividade geral com a construção de uma teoria baseada em pequenas cordas, e branas em vez de partÃculas. Se a teoria é bem sucedida, pode ser considerado um " Teoria de Tudo ".
Existem também outras áreas de trabalho em fÃsica de partÃculas teóricas que vão desde partÃculas cosmologia para gravidade quântica em loop.
Esta divisão de esforços na fÃsica de partÃculas é reflectido nos nomes de categorias no arXiv, uma arquivo de pré-impressão: hep-th (teoria), hepatite-ph (fenomenologia), hepatite-ex (experimentos), hep-lat ( teoria do retÃculo de gauge).
Aplicações práticas
Como gerações construir em cima de outros, aplicações potenciais de expansão do uso da tecnologia de fÃsica de partÃculas. Em 1930, o primeiro cÃclotron de mão foi construÃdo em Berkeley, Califórnia por Ernest O. Lawrence. Mais aceleradores potentes foram construÃdos logo depois. O ciclotrão Berkeley mais tarde foi usado para produzir isótopos médicos para investigação e tratamento. A primeira aplicação desta tecnologia no tratamento de câncer foi pelo próprio Lawrence com sua própria mãe como um paciente. A ciência médica agora usa feixes de partÃculas em tecnologias que salvam vidas.
Esta tecnologia é também utilizada na supercondutor dos fios e dos cabos. Isto é usado para Magnetic Ãmãs ressonância e, finalmente, a World Wide Web. Usos menos conhecidos também incluem estudo comportamental de fluidos e movimentos.
Outras aplicações são encontradas em medicina, segurança nacional, a indústria, computação, ciência e desenvolvimento da força de trabalho ilustram uma longa e crescente lista de aplicações práticas benéficas com contribuições de fÃsica de partÃculas.
Futuro
A meta primordial, que é perseguido de várias maneiras distintas, é encontrar e entender o que a fÃsica pode estar além do modelo padrão. Há várias razões experimentais poderosas para esperar nova fÃsica, incluindo matéria escura e massa do neutrino. Há também sugestões teóricas que esta nova fÃsica devem ser encontradas em escalas de energia acessÃveis. Além disso, pode haver surpresas que nos dará a oportunidade de aprender sobre a natureza.
Grande parte do esforço para encontrar este novo fÃsica estão focados em novos experimentos colisor. O Large Hadron Collider (LHC) foi concluÃda em 2008 para ajudar a continuar a busca para o Bóson de Higgs, partÃculas supersimétricas, e outros novos fÃsica. Um objetivo intermediário é a construção do Colisor Linear Internacional (ILC), que irá complementar o LHC, permitindo medições mais precisas das propriedades das partÃculas recém-encontrado. Em agosto de 2004, uma decisão para a tecnologia da ILC foi feita mas o site ainda tem de ser acordado.
Além disso, existem importantes experiências não-colisor que também tentam encontrar e entender fÃsica além do Modelo Padrão. Um importante esforço não-colisor é a determinação do massa dos neutrinos, uma vez que estas massas podem surgir a partir de neutrinos de mistura com partÃculas muito pesadas. Além disso, cosmológicas observações fornecem muitas restrições úteis sobre a matéria escura, embora possa ser impossÃvel determinar a natureza exata da matéria escura sem os aceleradores. Finalmente, limites inferiores no muito longo tempo de vida do próton colocar restrições em Grandes Teorias Unificadas em escalas de energia muito mais elevadas do que as experiências colisor será capaz de sondar qualquer momento em breve.