Partikel-Physik ist ein Zweig der Physik, die die Existenz und Wechselwirkungen von Partikeln studiert, die die Bestandteile dessen sind, was gewöhnlich Sache oder Radiation genannt wird. Im aktuellen Verstehen sind Partikeln Erregung von Quant-Feldern und wirken im Anschluss an ihre Dynamik aufeinander. Der grösste Teil vom Interesse an diesem Gebiet ist in grundsätzlichen Feldern, von denen jedes als ein bestimmter Staat anderer Felder nicht beschrieben werden kann. Der aktuelle Satz von grundsätzlichen Feldern und ihrer Dynamik wird in einer Theorie genannt das Standardmodell zusammengefasst, deshalb ist Partikel-Physik größtenteils die Studie des Partikel-Inhalts des Standardmodells und seine möglichen Erweiterungen.

Subatomare Partikeln

Moderne Partikel-Physik-Forschung wird auf subatomare Partikeln, einschließlich Atombestandteile wie Elektronen, Protone und Neutronen eingestellt (Protone, und Neutronen sind genannter baryons von zerlegbaren Partikeln, der aus Quarken gemacht ist), Partikeln, die durch radioaktive und sich zerstreuende Prozesse, wie Fotonen, neutrinos, und muons, sowie eine breite Reihe von exotischen Partikeln erzeugt sind.

Um spezifisch zu sein, ist der Begriff Partikel eine falsche Bezeichnung von der klassischen Physik, weil die Triebkräfte der Partikel-Physik durch die Quant-Mechanik geregelt werden. Als solcher stellen sie Dualität der Welle-Partikel aus, einer Partikel ähnliches Verhalten unter bestimmten experimentellen Bedingungen und Welle ähnliches Verhalten in anderen zeigend. In mehr Fachbegriffen werden sie durch Quant-Zustandvektoren in einem Raum von Hilbert beschrieben, der auch in der Quant-Feldtheorie behandelt wird. Im Anschluss an die Tagung von Partikel-Physikern beziehen sich elementare Partikeln auf Gegenstände wie Elektronen und Fotonen, weil es weithin bekannt ist, dass diese Typen von Partikeln Welle ähnliche Eigenschaften ebenso zeigen.

Alle Partikeln und ihre Wechselwirkungen beobachtet können bis heute fast völlig durch eine Quant-Feldtheorie genannt das Standardmodell beschrieben werden. Das Standardmodell hat 17 Arten von elementaren Partikeln: 12 fermions oder 24, wenn man Antiteilchen, 4 Vektor bosons (5 mit Antiteilchen), und 1 Skalar boson unterscheidet. Diese elementaren Partikeln können sich verbinden, um zerlegbare Partikeln zu bilden, für die Hunderte von anderen Arten von seit den 1960er Jahren entdeckten Partikeln verantwortlich seiend. Wie man gefunden hat, ist das Standardmodell fast mit allen experimentellen Tests geführt bis heute übereingestimmt. Jedoch glauben die meisten Partikel-Physiker, dass es eine unvollständige Beschreibung der Natur ist, und dass eine grundsätzlichere Theorie Entdeckung erwartet (Sieh Theorie von Allem). In den letzten Jahren haben Maße der Neutrino-Masse die ersten experimentellen Abweichungen vom Standardmodell zur Verfügung gestellt.

Partikel-Physik hat die Philosophie der Wissenschaft außerordentlich betroffen. Einige Partikel-Physiker kleben am Reduktionismus, ein Gesichtspunkt, der kritisiert und von Philosophen und Wissenschaftlern verteidigt worden ist. Andere Physiker können die Philosophie des Holismus verteidigen, der allgemein angesehen worden ist, um das Gegenteil des Reduktionismus zu sein.

Geschichte

Die Idee, dass die ganze Sache aus elementaren Partikel-Daten zu mindestens dem 6. Jahrhundert v. Chr. zusammengesetzt wird. Die philosophische Doktrin des Atomismus und die Natur von elementaren Partikeln wurden von alten griechischen Philosophen wie Leucippus, Democritus und Epicurus studiert; alte Indianerphilosophen wie Kanada, Dignāga und Dharmakirti; mittelalterliche Wissenschaftler wie Alhazen, Avicenna und Algazel; und früh moderne europäische Physiker wie Pierre Gassendi, Robert Boyle und Isaac Newton. Die Partikel-Theorie des Lichtes wurde auch von Alhazen, Avicenna, Gassendi und Newton vorgeschlagen. Diese frühen Ideen wurden im abstrakten, philosophischen Denken aber nicht dem Experimentieren und der empirischen Beobachtung gegründet.

Im 19. Jahrhundert hat John Dalton, durch seine Arbeit an der Stöchiometrie, beschlossen, dass jedes Element der Natur aus einem einzelnen, einzigartigen Typ der Partikel zusammengesetzt wurde. Dalton und seine Zeitgenossen haben geglaubt, dass diese die grundsätzlichen Partikeln der Natur waren und sie so Atome, nach dem griechischen Wort atomos genannt haben, "unteilbar" bedeutend. Jedoch, in der Nähe vom Ende des Jahrhunderts, haben Physiker entdeckt, dass Atome nicht, tatsächlich, die grundsätzlichen Partikeln der Natur, aber Konglomerate von noch kleineren Partikeln sind. Der Anfang von Erforschungen des 20. Jahrhunderts der Kernphysik und Quant-Physik hat in Beweisen der Atomspaltung 1939 durch Lise Meitner (gestützt auf Experimenten durch Otto Hahn), und Kernfusion durch Hans Bethe in demselben Jahr kulminiert. Diese Entdeckungen haben eine aktive Industrie verursacht, ein Atom von einem anderen zu erzeugen, sogar möglich (obwohl nicht gewinnbringend) die Umwandlung der Leitung in Gold (Alchimie) machend. Sie haben auch zur Entwicklung von Kernwaffen geführt. Im Laufe der 1950er Jahre und der 1960er Jahre wurde eine verwirrende Vielfalt von Partikeln im Zerstreuen von Experimenten gefunden. Das ist den "Partikel-Zoo" genannt geworden. Dieser Begriff wurde nach der Formulierung des Standardmodells während der 1970er Jahre missbilligt, in denen die Vielzahl von Partikeln als Kombinationen einer (relativ) kleinen Zahl von grundsätzlichen Partikeln erklärt wurde.

Standardmodell

Der sehr aktuelle Staat der Klassifikation von elementaren Partikeln ist das Standardmodell. Es beschreibt die starken, schwachen und elektromagnetischen grundsätzlichen Wechselwirkungen, mit vermittelnd Maß bosons. Die Arten des Maßes bosons sind der gluons, und bosons und die Fotonen. Das Modell enthält auch 24 grundsätzliche Partikeln, die die Bestandteile der Sache sind. Schließlich sagt es die Existenz eines Typs von boson bekannt als Higgs boson voraus, der noch entdeckt werden soll.

Experimentelle Laboratorien

In der Partikel-Physik sind die internationalen Hauptlaboratorien:

• Brookhaven Nationales Laboratorium (die Lange Insel, die Vereinigten Staaten). Seine Hauptmöglichkeit ist Relativistic Heavy Ion Collider (RHIC), der schwere Ionen wie Goldionen und polarisierte Protone kollidiert. Es ist das erste schwere Ion in der Welt collider und das nur polarisierte Proton in der Welt collider.
• Budker Institut für die Kernphysik (Novosibirsk, Russland). Seine Hauptprojekte sind jetzt der Elektronpositron colliders VEPP-2000, bedient seit 2006, und VEPP-4, hat Experimente 1994 angefangen. Frühere Möglichkeiten schließen den ersten Elektronelektronbalken-Balken collider VEP-1 ein, der Experimente von 1964 bis 1968 durchgeführt hat; der Elektronpositron colliders VEPP-2, bedient von 1965 bis 1974; und sein Nachfolger VEPP-2M, durchgeführte Experimente in 1974-2000.
• CERN, (Franco-schweizerische Grenze, in der Nähe von Genf). Sein Hauptprojekt ist jetzt Large Hadron Collider (LHC), der seinen ersten Balken-Umlauf am 10. September 2008 hatte, und jetzt der energischste collider in der Welt von Protonen ist. Es wird auch der energischste collider von schweren Ionen sein, wenn es beginnt, Leitungsionen 2010 zu kollidieren. Frühere Möglichkeiten schließen den Großen Elektronpositron Collider (LEP) ein, der 2001 angehalten und dann demontiert wurde, um für LHC nachzugeben; und das Superprotonensynchrotron, das als ein Vorgaspedal für LHC wiederverwendet wird.
• DESY (Hamburg, Deutschland). Seine Hauptmöglichkeit ist Hadron Elektron Ring Anlage (HERA), der Elektronen und Positrone mit Protonen kollidiert.
• Fermilab, (Batavia, die Vereinigten Staaten). Seine Hauptmöglichkeit ist Tevatron, der Protone und Antiprotone kollidiert und die Partikel der höchsten Energie collider in der Welt war, bis der Große Hadron Collider es am 29. November 2009 übertroffen hat.
• KEK, (Tsukuba, Japan). Es ist das Haus mehrerer Experimente wie das K2K-Experiment, ein Neutrino-Schwingungsexperiment und Belle, ein Experiment, das die BEDIENUNGSFELD-Übertretung von B Mesonen misst.

Viele andere Partikel-Gaspedale bestehen.

Die Techniken, die erforderlich sind, moderne experimentelle Partikel-Physik zu tun, werden ganz geändert und Komplex, eine von der theoretischen Seite des Feldes fast völlig verschiedene Subspezialisierung einsetzend.

Theorie

Theoretische Partikel-Physik versucht, die Modelle, das theoretische Fachwerk und die mathematischen Werkzeuge zu entwickeln, um aktuelle Experimente zu verstehen und Vorhersagen für zukünftige Experimente zu machen. Siehe auch theoretische Physik. Es gibt mehrere in Wechselbeziehung stehende Hauptanstrengungen in der theoretischen Partikel-Physik heute.

Ein wichtiger Zweig versucht, das Standardmodell und seine Tests besser zu verstehen. Durch das Extrahieren der Rahmen des Standardmodells von Experimenten mit weniger Unklarheit untersucht diese Arbeit die Grenzen des Standardmodells und breitet deshalb unser Verstehen der Bausteine der Natur aus. Diese Anstrengungen werden schwierig durch die Schwierigkeit gemacht, Mengen im Quant chromodynamics zu berechnen. Einige Theoretiker, die in diesem Gebiet arbeiten, beziehen sich auf sich als phenomenologists und können die Werkzeuge der Quant-Feldtheorie und wirksamen Feldtheorie verwenden. Andere machen von der Gitter-Feldtheorie Gebrauch und nennen sich Gitter-Theoretiker.

Eine andere Hauptanstrengung ist im Mustergebäude, wo Musterbaumeister Ideen dafür entwickeln, welche Physik außer dem Standardmodell (an höheren Energien oder kleineren Entfernungen) liegen kann. Diese Arbeit wird häufig durch das Hierarchie-Problem motiviert und wird durch vorhandene experimentelle Angaben beschränkt. Es kann Arbeit an der Supersymmetrie, den Alternativen zum Mechanismus von Higgs, Extraraumdimensionen (wie die Modelle von Randall-Sundrum), Theorie von Preon, Kombinationen von diesen oder andere Ideen einschließen.

Eine dritte Hauptanstrengung in der theoretischen Partikel-Physik ist Schnur-Theorie. Spannen Sie Theoretiker-Versuch, eine vereinigte Beschreibung der Quant-Mechanik und allgemeinen Relativität zu bauen, indem Sie eine Theorie bauen, die auf kleinen Schnuren, und branes aber nicht Partikeln gestützt ist. Wenn die Theorie erfolgreich ist, kann es als eine "Theorie von Allem" betrachtet werden.

Es gibt auch andere Gebiete der Arbeit in der theoretischen Partikel-Physik im Intervall von der Partikel-Kosmologie, um Quant-Ernst zu schlingen.

Diese Abteilung von Anstrengungen in der Partikel-Physik wird in den Namen von Kategorien auf dem arXiv, ein Vorabdruck-Archiv http://www.arxiv.org widerspiegelt: hep-th (Theorie), hep-ph (Phänomenologie), hep-ab (Experimente), hep-lat (Gitter-Maß-Theorie).

Praktische Anwendungen

Weil Generationen auf andere, potenzielle Anwendungszunahme im Gebrauch der Partikel-Physik-Technologie bauen. 1930 wurde das erste tragbare Zyklotron an Berkeley, Kalifornien von Ernest O. Lawrence gebaut. Stärkere Gaspedale wurden bald danach gebaut. Das Zyklotron von Berkeley wurde später verwendet, um medizinische Isotope für die Forschung und Behandlung zu erzeugen. Die erste Anwendung dieser Technologie in der Behandlung des Krebses war durch Lawrence selbst mit seiner eigenen Mutter als ein Patient. Medizinische Wissenschaft verwendet jetzt Partikel-Balken in Lebenssparen-Technologien.

Diese Technologie wird auch im Superleiten von Leitungen und Kabeln verwendet. Das wird für die magneticic Klangfülle verwendet, Magnete und schließlich das World Wide Web darstellend. Weniger bekannter Gebrauch schließt auch Verhaltensstudie von Flüssigkeiten und Bewegungen ein.

Zusätzliche Anwendungen werden in Medizin, Heimatssicherheit, Industrie, Computerwissenschaft, Wissenschaft gefunden, und Belegschaft-Entwicklung illustriert eine lange und wachsende Liste von vorteilhaften praktischen Anwendungen mit Beiträgen von der Partikel-Physik.

Zukunft

Die sich überwölbende Absicht, die auf mehrere verschiedene Weisen verfolgt wird, ist, zu finden und zu verstehen, welche Physik außer dem Standardmodell liegen kann. Es gibt mehrere starke experimentelle Gründe, neue Physik, einschließlich der dunklen Sache und Neutrino-Masse zu erwarten. Es gibt auch theoretische Hinweise, dass diese neue Physik an zugänglichen Energieskalen gefunden werden sollte. Außerdem kann es unerwartete und unvorausgesagte Überraschungen geben, die uns den grössten Teil der Gelegenheit geben werden, über die Natur zu erfahren.

Viele der Anstrengungen, diese neue Physik zu finden, werden auf neue Collider-Experimente eingestellt. Large Hadron Collider (LHC) wurde 2008 vollendet, um zu helfen, die Suche nach Higgs boson, supersymmetrischen Partikeln und anderer neuer Physik fortzusetzen. Eine Zwischenabsicht ist der Aufbau von International Linear Collider (ILC), der den LHC durch das Erlauben genauerer Maße der Eigenschaften kürzlich gefundener Partikeln ergänzen wird. Im August 2004 wurde eine Entscheidung für die Technologie des ILC getroffen, aber die Seite muss noch vereinbart sein.

Außerdem gibt es wichtige Non-Collider-Experimente, die auch versuchen, Physik außer dem Standardmodell zu finden und zu verstehen. Eine wichtige non-collider Anstrengung ist der Entschluss von den Neutrino-Massen, da diese Massen aus neutrinos entstehen können, der sich mit sehr schweren Partikeln vermischt. Außerdem stellen kosmologische Beobachtungen viele nützliche Einschränkungen auf die dunkle Sache zur Verfügung, obwohl es unmöglich sein kann, die genaue Natur der dunklen Sache ohne den colliders zu bestimmen. Schließlich stellen niedrigere Grenzen auf der sehr langen Lebenszeit des Protons Einschränkungen auf Großartige Vereinigte Theorien an Energieskalen viel höher, als Collider-Experimente im Stande sein werden, irgendwann bald forschend einzudringen.

Siehe auch

• Atomphysik
• Grundsätzliche Wechselwirkung
• Physik des Hochdrucks
• Einführung in die Quant-Mechanik
• Liste von Gaspedalen in der Partikel-Physik
• Liste von Partikeln
• Magnetischer Monopol
• Schwarzes Mikroloch
• Physik außer dem Standardmodell
• Klangfülle (Partikel-Physik)
• Konferenz von Rochester
• Standardmodell (mathematische Formulierung)
• Physik-Informationsgewinnungssystem von Stanford
• Subatomare Partikel
• Zeitachse der Partikel-Physik
• Unpartikel-Physik

Referenzen

Weiterführende Literatur

Allgemeine Leser

• Offenherzig Nah (2004) Partikel-Physik: Eine Sehr Kurze Einführung. Presse der Universität Oxford. Internationale Standardbuchnummer 0-19-280434-0.
• Ford, Kenneth W. (2005) die Quant-Welt. Harvard Univ. Drücken.
• Oerter, Robert (2006) die Theorie von fast allem: Das Standardmodell, der unbesungene Triumph der modernen Physik. Wolke.
• Schumm, Bruce A. (2004) Tief Unten Dinge: Die Atemberaubende Schönheit der Partikel-Physik. John Hopkins Univ. Drücken. Internationale Standardbuchnummer 0 8018 7971 X.

Sanfte Texte

• Offenherzig Nah (2006) Die Neue Kosmische Zwiebel. Taylor & Francis. Internationale Standardbuchnummer 1-58488-798-2.

Härter

Ein Überblick-Artikel:

• Robinson, Matthew B., Gerald Cleaver und J. R. Dittmann (2008) "Eine Einfache Einführung in die Partikel-Physik" - Teil 1, 135pp. und Teil 2, nnnpp. Universitätsabteilung von Baylor der Physik.

Texte:

Links

• Das Partikel-Abenteuer - Bildungsprojekt, das von Particle Data Group von Lawrence Berkeley National Laboratory (LBNL) gesponsert ist
• Symmetrie-Zeitschrift
• Partikel-Physik - es ist - das Institut für die Physik von Bedeutung
• Nobes, Matthew (2002) "Einführung ins Standardmodell der Partikel-Physik" auf Kuro5hin: Teil 1, Teil 2, Teil 3a, Teil 3b.
• CERN - europäische Organisation für die Kernforschung
• Fermilab