MARKUS KLUTE: Bine ați revenit la 8.701. Cu această prelegere, aș dori să prezint actorii principali ai acestei clase, particulele, particulele fundamentale, dar și unele dintre particulele compuse, care joacă un rol în discuțiile pe care le vom avea în următoarele săptămâni. Timp de secole, oamenii au crezut că atomii sunt constituenții fundamentali ai materiei. Denumirea atom provine din grecescul atomic, care înseamnă nedivizibil. Dar, după cum știți astăzi, electronii și nucleele construiesc un atom. Dar chiar și acele nuclee nu sunt particule fundamentale. După cum vedeți frumos aici în această imagine, nucleul poate fi construit din mulți neutroni și protoni și chiar și acești protoni și neutroni nu sunt particule fundamentale. Un proton, de exemplu, așa cum este descris aici, are trei componente și trei constituenți, doi cuarci up și unul down. Prin urmare, un neutron este construit dintr-un cuarc down și doi cuarci up. Este destul de important să înțelegem și să apreciem dimensiunea acelor particule, în special diferența de dimensiune. Comparând aici un atom, un atom tipic, de dimensiunea de 10 la minus 10 metri, și asta se compară cu un nucleon, care poate fi de câțiva 10 la minus 15 metri. Când vorbim despre un proton, de obicei ne place să folosim unități de femtometre, care este de 10 ori 10 la minus 15 metri. Dimensiunea extraordinară diferită sau descoperirea expansivă a celebrului experiment cu folie de aur, care a constatat că un atom este, practic, format dintr-un neant, spațiu gol și un nucleu încărcat foarte dens, nucleul. Deci vedeți acest lucru foarte mult în această imagine și comparând acele ordine de mărime. Nu este prezentată în această imagine, aici o particulă căreia nu îi place să interacționeze cu nimeni altcineva sau cu care forțele cu care interacționează sunt atât de slabe încât nu poate fi găsită, și acesta este un neutrin. Un neutrin nu este atât de diferit de un electron sau de un quarc. Doar că interacțiunile la care participă sunt doar marea forță așa cum înțelegem astăzi. Pentru a fi clar, când vorbesc despre o particulă fundamentală, vorbesc despre o particulă care nu are dimensiune, este infinit de mică. Nu are substructură, ceea ce înseamnă că nu poate fi împărțit în constituenți și nici nu poate fi excitat. Acestea fiind spuse, aceasta este înțelegerea noastră actuală a naturii și a acelor particule. Experimental, putem sonda acele particule doar la o anumită scară sau dimensiune și vom vorbi mai târziu despre cât de precis știm de fapt că un quarc este fundamental sau un electron este fundamental. În această discuție și în cea mai mare parte a prelegerii, vorbesc despre modelul standard în fizica particulelor. Este un fapt că măsurătorile noastre și constatările noastre experimentale sunt în acord fantastic cu această teorie foarte predictivă. Singura abatere experimentală de la aceasta este faptul că măsuram masa neutrinilor ca fiind diferită de zero. În consecință, ați putea spune că modelul standard este stricat sau am găsit fizica dincolo de modelul standard, dar de fapt este destul de simplu să extindem modelul standard pentru a se adapta maselor de neutrini. Așa că putem doar să uităm de acest mic fapt și să presupunem că modelul standard descrie natura așa cum o cunoaștem. În ultima săptămână a acestei clase, vom vorbi despre motivație, de ce credem că modelul standard, de fapt, nu este complet, iar unul dintre factorii principali aici este faptul că nu putem descrie toate observațiile din natură, în special observarea materiei întunecate, cu modelul standard în fizica particulelor. Dar asta pentru o dată ulterioară. Privind mai multe detalii, modelul standard are seturi de particule, unele particule care poartă forțe și unele sunt metaparticule. Cei care poartă forțele sunt toate particulele spin-unu și bosonii lor. În modelul standard, am descris trei interacțiuni. Interacțiunile electromagnetice, care sunt cunoscute din lumină, fenomene electromagnetice, chimie. Comportamentul moleculei atomului este determinat de interacțiuni electromagnetice. Și apoi există o interacțiune puternică. Numele îți spune deja că este puternic. Este foarte puternic. Primul purtător aici este gluonul. Gluonii, sunt opt, și apoi diferențiați prin așa-numita culoare, care este un efect interesant. Și apoi, există interacțiunea slabă purtată de bosonul W și bosonul Z. Sunt diferiți în sine pentru că poartă masă. Sunt particule masive. Și sunt de fapt destul de grele, de aproximativ 80 până la 100 de ori mai grele ca un proton. Interacțiunea slabă este responsabilă pentru dezintegrarea neutronilor, responsabilă și de arderea soarelui. Și în partea noastră de fizică nucleară, vorbim în detaliu despre ce înseamnă toate acestea. Efectele gravitaționale nu sunt luate în considerare în modelul standard. Sunt foarte, foarte slabi în comparație cu puterea celorlalte forțe pe care le vom discuta aici. Dar este foarte dificil din punct de vedere tehnic să se adapteze de fapt gravitația ca parte a unei teorii cuantice [INAUDIBILE]. Și, prin urmare, pur și simplu vom ignora acest fapt. Și acesta este încă un motiv pentru care puteți considera că modelul standard este incomplet ca model sau teorie care descrie natura. Particulele de materie în sine sunt toate fermioni. Au jumătate de rotație. Și vin în trei generații diferite. Singura diferență între o generație la alta este faptul că acele particule au masă diferită. Cu alte cuvinte, cuplarea lor la câmpul Higgs este diferită. Și asta este singura diferență dintre acele particule. Există consecințe din asta, de exemplu particulele mai grele indicând particule mai ușoare. Facem diferența între quarci și leptoni. Quarcii participă la interacțiunile puternice, în timp ce electronii sunt neutri în interacțiunea puternică. Și apoi am văzut deja neutrini și particule de tip electron. Particule de tip electron, leptoni încărcați, au sarcină electrică. Deci, se cuplează la fotoni prin legătură cu neutrini. Vă voi arăta din nou aici una dintre acele diferențe izbitoare. Un electron este de 9 ori 10 la minus 31 de kilograme. Ne place să vorbim despre unități dintr-o clasă diferită. Dar asta înseamnă 511 keV. În timp ce neuronul este de aproximativ 200 de ori mai greu, și chiar mai greu, leptonul tau. Și așa cum am spus mai devreme, asta permite neuronilor acei tau lepton [INAUDIBILI] să se descompună în particule mai ușoare. Vom vorbi despre acest lucru și despre cum putem folosi aceste degradari pentru a afla despre modelul standard. Și apoi este bosonul Higgs. Și din nou, bosonul Higgs, descoperit în 2012, joacă un rol cu ​​totul special în modelul standard. Vorbim despre Lagrange este o teorie care descrie modelul standard, sau care este baza - este o teorie în sine. Și mai târziu, în această teorie, introducem un potențial care este prezentat aici-- este această pălărie mexicană-- dacă vrei-- potențial. Și ceea ce vedeți aici este că în această imagine, cea mai scăzută stare de energie a acestui potențial rupe o simetrie. Deci este departe de punctul 0. Și acea ruptură de simetrie dă apoi masă bosonului W și Z, pe care le descrieam înainte. Și cuplarea metaparticulelor la câmpul Higgs dă masă în acest punct. Toate acestea la o dată ulterioară. M-am gândit aici că v-aș spune și cum CERN descrie de fapt bosonul Higgs. 4 iulie este o zi specială în SUA, dar este și o zi specială la CERN, pentru că descoperirea lui Higgs a fost anunțată în această zi. Și la CERN, de obicei, meniul este îmbogățit în acea zi de bosonul Higgs însuși sub formă de pizza, care ia forma unor afișări de evenimente - afișări de coliziuni proton-protoni în bosonul Higgs și apoi dezintegrari ulterioare. Ne vom uita la unele dintre aceste afișări de evenimente și mai târziu. Ei bine, asta completează elementul... particulele fundamentale ale modelului standard, particule care descriu aproape tot ce ne înconjoară. Deci am văzut leptonii încărcați și neutri. Am văzut quarcii. Am văzut purtătorii de forță, cu bosonii W/Z, fotonul și gluonul și bosonul Higgs, care este un fel de particulă foarte specială care ține totul împreună. Un punct interesant aici este, din nou, să ne uităm puțin la istorie și când acele particule au fost descoperite și, de asemenea, când au fost explicate acele particule - și nu vreau să vă citesc toate astea. Vedeți că cea mai veche descoperire a fost o descoperire a lui J.J. Thomson a electronului și cel mai recent, finalizarea particulelor din modelul standard -- bosonul Higgs -- în 2012. Interesant pentru bosonul Higgs, timpul dintre descoperirea teoretică de către Peter Higgs și prieteni a fost cu aproximativ 50 de ani înainte. descoperirea experimentală. Dar apoi există și particule compozite. Lucrurile din jurul tău sunt toate particule compozite. Aici, putem diferenția între mezoni și barioni. Mezonii sunt particule care sunt formate din quarci și perechi de antiquarci [? pentru stările legate ?]. Și sunt bosonice, pentru că adaugi 2 1/2 particule împreună. Un exemplu este un pion, care este alcătuit din quarci up și quarci down care pot fi încărcați în pioni neutri. Și grădina zoologică a particulelor crește destul de repede dacă apoi luați în considerare că nu sunt doar quarcii sus și jos care produc acele particule. Dar ai putea adăuga ciudățenie la asta, adică un quarc ciudat. Și așa vezi aici în această imagine, mezonii, pionii, etas, dar și apoi neutroni și particulele încărcate cu sarcini diferite, iar apoi kaonii, care sunt particule care au un cuarc în plus față de un cuarc up și un cuarc down. Și apoi sunt barionii. Sunt formați din trei quarci. Am văzut deja protonii și neutronii. Dar și aici, puteți vedea o altă configurație. Vom introduce conceptul de isospin. Puteți vedea aici protonul și neutronul, iar apoi ciudățenia se adaugă cu una sau două componente ale ciudățeniei. Și apoi există și această componentă isospin. Această situație devine complexă foarte, foarte repede. Dar ne vom uita la asta mai detaliat. Și apoi din nou, adunând acele stări legate împreună - stări legate de protoni și neutroni prin forța puternică ne oferă un tabel bogat de nuclee pe bandă izotopică. Aici, puteți descrie nucleele după numărul de protoni, care este de obicei numit Z, și numărul de neutroni, care este de obicei numit N. Suma, N plus Z este masa atomică. Acum, fiecare proton și neutron are o greutate de aproximativ 1 geV. Și atunci masa atomică este pur și simplu suma lor. Deci știi deja în mod explicit cât de greu ar putea fi izotopul tău. Vom vorbi despre faptul că acele mase nu sunt chiar suma maselor mai târziu, pentru că este implicată o energie de legare. Și apoi izotopii pot fi stabili sau instabili. Ele se pot degrada în diferite procese. Le puteți combina. Este foarte interesant de înțeles cum sunt de fapt create în sistemul nostru solar sau în univers în general. Prin urmare, aș dori să închei această parte a introducerii. Deci i-am văzut pe principalii jucători ai acestui curs cu particulele fundamentale, dar și particulele compuse, mezonul, barionii și nucleele. Și mai sunt câteva puncte în introducere înainte de a ne arunca mai mult în discuția teoretică.