Честична Физика

Иако поимот „честичка“ може да биде нешто што е многу ситно (на пр. протони, гасни честички, па дури и прашина), честичната физика ги иследува најмалите неупростиви честички, како и основните полиња на неупростиви со кои тие се објаснуваат. Според тековните сознанија, елементарните честички претставуваат возбудувања на квантните полиња, кои исто така ги одредуваат нивните заемодејства. Најприфатената теорија која ги објаснува честичките, полињата и нивната динамика е стандардниот модел. Оттука, современата честична физика се занимава со иследување на стандардниот модел и негово дополнување и прилагодување, од најновите познати честички (на пр. Хигсовиот бозон) до најстарите познати сили како што е гравитацијата.

Денешните честичнодизички истражувања се задржуваат на субатомските честички — составниците на атомите како електроните, протоните и неутроните (протоните и неутроните се сложени честички наречени бариони, сочинето од кваркови), оние кои настануваат со радиоактивни и расејувачки процеси како фотоните, неутрината и мионите, како и најразлични егзотични честички. Динамиката на честичките зависи и од квантната механика, од каде се гледа нивната браново-честична двојност, однесувајќи се како честички под едни, а како бранови под други опитни услови. Потехнички изразено, овие појави ги опшуваат векторите на квантната стотојба во Хилбертов простор, со кои се занимава и квантната теорија за полето. Договорно, честичните физичари ги нарекуваат елементарни они честички кои се, според нашите тековни сознанија, важат за неделиви на помали честички.

Сите досега утврдени честички и нивното поведение можат да се опишат со квантата теорија за полето наречена стандарден модел. Согласно тековните сфаќања, стандардниот модел има 61 елементарна честичка. Овие елементарни честички можат и да се здружат, образувајќи сотици видови сложени честички откриени од 1960-тите наваму. Заклучено е дека стандардниот модел е складен со речиси сите опитни проби направени досега. Сепак, највеќето стручњаци сметаат дека сегашниот модел не претставува целосно образложение за нештата и појавите во природата, и дека оваа задача ја има некоја уште потемелна теорија која допрва треба да се развива. Во најново време, измерената маса на неутрината се смета првиот опитен доказ отстапување од стандардниот модел.

Претставата дека материјата е сочинета од елементарни честички потекнува од претсократските мислители од VI век п.н.е., а можеби и порано. Во XIX век, Џон Далтон, работејќи на полето на стехиометријата, заклучил дека секој елемент во природата е составен од посебен вид честичка. Поимот атом доаѓа од старогрчкиот збор ἄτομος (атомос) што значи „неделив“, односно најмалата честичка на еден хемиски елемент. Но подоцна научниците увиделе дека атомите не се основни честички на природата, туку склопови од помали честички како што е електронот. На почетокот на XX век, иследувањата на јадрената и квантната физика овозможиле во 1939 г. да се докажат појавите како јадрено цепење (Лиза Мајтнер, врз основа на претходни опити на Ото Хан) и јадреното соединување (Ханс Бете, истата година). Обете откритија довеле до развојот на јадрено оружје. Во текот на 1950-тите и 1960-тите се спроведени опити со расејување и пронајден е огромен број на најразновидни честички, кои тогаш се сметале за сосема посебни. Две децении подоцна е утврдено дека се работи за релативно мал број на честички кои меѓусебно се здружуваат и прават сложени единици.

 

Според тековната класификација, сите видови честички се опфатени со стандардниот модел, кој ги опишува основните заемодејства како силното, слабото и електромагнетното, со помош на посреднички баждарни бозони. Овие баждарни честички можат да бидат глуони,
W−
,
W+
и
Z
бозони или пак фотони. Стандардниот модел содржи и 24 основни честички, (12 честички и 12 нивни античестички), од кои е сочинета сета материја. Последно достигнување на овој модел е предвидувањето на Хигсовиот бозон, чие постоење е потврдено во 2012 г.

Ова се најзначајните лаборатории за честична физика во светот:

• Брукхејвенска национална лабораторија (Лонг Ајленд, САД). Главен строј е Релативистичкиот судирач на тешки јони (RHIC), кој судира тешки јони како златни јони и поларизирани протони. Ова е првиот судирач на тешки јони на светот и првиот судирач на поларизирани протони.
• Институт за јадрена физика „Буткер“ (Новосибирск, Русија). Најважни проекти се електронско-позитронските судирачи ВЭПП-2000, (од 2006 г.) и ВЭПП-4, пуштен во 1994 г.
• CERN, (Conseil Européen pour la Recherche Nucléaire, „Европски совет за јадрени истражувања“) на француско-швајцарската граница близу Женева. Главен проект на организацијата е Големиот хадронски судирач (LHC) кој почнал со работа во 2008 г. и денес е најсилен судирач на протони и тешки јони во светот.
• DESY (Deutsches Elektronen-Synchrotron, „Германски електронски синхротрон“) во Хамбург, Германија. Главен строј е Хадронскиот електронски прстенест забрзувач (Hadron Elektron Ring Anlage. HERA), кој судура електрони и позитрони со протони.
• Национална забрзувачка лабораторија „Ферми“ („Фермилаб“) во Батавија, САД). Сè до 2011 г. главен строј бил Теватрон, кој судирал протони со антипротони. Бил најсилен судирач на честички сè до пуштањето на Големиот хадронски судирач.
• KEK во Цукуба, Јапонија). Има разни строеви во кои се одвиваат потфати како опитот К2К за неутринска осцилација и опитот „Бел“ за мерење на CP-нарушувањето кај B-мезоните.
• Национална забрзувачка лабораторија SLAC во Менло Парк, САД. Ова е забрзувач долг околу 3.2 км кој почнал со работа во 1962 г. и послужил за низа опити со судирање на електрони и позитрони кои се спроведувале сè до 2008 г. Оттогаш наваму забрзувачот се користи како погон за рендгенски ласер, како и напредно истражување во конструкцијата на забрзувачи. Персоналот постојано учествува во меѓународни опити ширум светот.

Покрај овие, постојат многу други забрзувачи на честички.

Теоретската честична физика настојува да разработи модели, теоретска рамка и математички алатки со кои би се објасниле таковните опити и да даде предвидувања за она што би се открило по опитен пат во иднината. Денес постојат неколку поважни меѓусебно поврзани потфати на кои се работи. Еден од нив се обидува да добие подобар увид во стандардниот модел и неговите испробувања. Изведувајќи ги параметрите на моделот од опити со помала сигурнсот, овие обиди се стреамат да ги откријат неговите граници, така давајќи поширока слика за основното градиво на природата. Голем предизвик претставува пресметката на количества во квантната хромодинамика. Некои теоретичари кои работат на ова поле се нарекуваат феноменолози и ги користат средствата на квантната и делотворна теорија за полето. Други се служат со решеткавата теорија за полето и се нарекуваат решеткотеоретичари.

Друг поважен потфат во изградбата на модели е настојувањето да се осознае што сè од физиката се крие по стандардниот модел (при поголеми енергии и помали растојанија). Значаен поттик за оваа работа е хиерархискиот проблем, а ограничувачки чинител се постоечките опитни податоци. Тука предмет на проучување може да биде суперсиметријата, алтернативи на Хигсовиот механизам, дополнителни посебни димензии (како што се Рендал-Сандрамовите модели), преонската теорија, мешани приоди како и други замисли.

Трет позначаен приод во теоретската честична физика е теоријата на струните. Струнотеоретичарите се обидуваат да ја опишат квантната механика и општата релативност во една целина по пат на теорија за постоењето на мали струни и брани наместо честички. Доколку оваа теорија е успешна, таа ќе може да се смета за „теорија на сè“.

Постојат и други полиња на делување во теоретската честична физика, од честичната космологија до јамчестата квантна гравитација.

Начелно земено, сета физика и нејзината практична примена се заснова на нејзините основни елементи. Строевите кои се користат во честичнофизичките иследувања сепак наоѓаат изведена примена и во други сфери на живеењето. Такви се циклотроните, со кои се произведуваат медицински изотопи за истражуавња и лечење (на пр. кај позитронската емисиона томографија, т.е. ПЕТ), или пак непосредно кај извесни лекувања на ракот. Подобрувањата на суперпроводниците исто така асе должат на нивната употреба во честичната физика. Светската пајажина (интернет) и допирниот екран се измислени во CERN.

Други места на примена на придобивките од честичната физика се медицината, државната безбедност, производството, информатиката и кадровското работење.

Главна замисла за иднината на честичната физика физиката е да дознае што се крие по стандардниот модел. Постојат неколку исклучителни поводи за постојаните напори, меѓу кои се опитните наводи за постоењето на темна материја и масата на неутрината. Има и теоретски показатели кои укажуваат на тоа дека овие нови области на физиката можат да се проучуваат и при пониски енергетски нивоа.

Најголеми опитни потфати на денешницата се Големиот хадронски судирач (LHC) наменет за потрага по Хигсовиот бозон, суперсиметрични честички и други нови аспекти на физиката и изградбата на Меѓународниот линеарен судирач (ILC) наменет за упте поточни мерења на својствата на новопронајдените честички.

Покрај судирачите, во светот се одвиваат и други видови опити за да се дојде до откритија по стандардниот модел. Еден од поважните е обидот да се утврди масата на неутрината, што може да се должи на нивото мешање со мошне тешки честички. Космолошките набљудувања исто така играат улога во разбирањето на темната материја, но истата веројатно сепак ќе треба да се испитува во судирачи. Како последен проблем се јавува и многу долгиот животниот век на протонот кој задава ограничувања на теоријата на големото обединување при енергетски нивоа многу поголеми од способноста на судирачите во блиска иднина.

• Атомска физика
• Квантна механика
• Забрзувач на честички
• Список на честички
• Теорија на броевите
• Стандарден модел
• Тетракварк

• Списание Symmetry („Симетрија“) (англиски)
• Фермилаб (англиски)
• За честичната физика Архивирано на 9 март 2011 г. — Институт за физика (англиски)