Најважније из лекције
Стандардни модел: Све елементарне честице дели на кваркове, лептоне, носиоце интеракција и Хигсов бозон.
Кваркови vs Лептони: Кваркови (\( u, d, c, s, t, b \)) не могу постојати самостално, већ искључиво у везаним стањима. Лептони (\( e, \mu, \tau, \nu_e, \nu_\mu, \nu_\tau \)) могу постојати слободни.
Неутрини: Неутрални лептони (\( q = 0 \)) занемарљиве масе (\( \approx 500\,000 \) пута мања од масе електрона), пролазе кроз супстанцу готово без икакве интеракције.
Носиоци интеракција: Фотон (\( \gamma \)), бозони \( W^+, W^-, Z^0 \) (откривени 1983. на SPS-у) и глуони (\( g \)).
Хигсов бозон: Потврђен 2012. године на LHC-у; кључан за разумевање механизма порекла масе субатомских честица.
Кваркови vs Лептони: Кваркови (\( u, d, c, s, t, b \)) не могу постојати самостално, већ искључиво у везаним стањима. Лептони (\( e, \mu, \tau, \nu_e, \nu_\mu, \nu_\tau \)) могу постојати слободни.
Неутрини: Неутрални лептони (\( q = 0 \)) занемарљиве масе (\( \approx 500\,000 \) пута мања од масе електрона), пролазе кроз супстанцу готово без икакве интеракције.
Носиоци интеракција: Фотон (\( \gamma \)), бозони \( W^+, W^-, Z^0 \) (откривени 1983. на SPS-у) и глуони (\( g \)).
Хигсов бозон: Потврђен 2012. године на LHC-у; кључан за разумевање механизма порекла масе субатомских честица.
Стандардни модел је физичка теорија настала седамдесетих година 20. века која описује основне градивне честице материје и њихове међусобне интеракције.
Све елементарне честице према Стандардном моделу сврставају се у четири главне групе:
| Група | Ознака | Назив честице |
|---|---|---|
| Кваркови | \( u \) | горњи (up) |
| \( d \) | доњи (down) | |
| \( c \) | шармантни (charm) | |
| \( s \) | страни (strange) | |
| \( t \) | горњи / вршни (top) | |
| \( b \) | доњи / дубински (bottom) | |
| Лептони | \( e \) | електрон |
| \( \mu \) | мион | |
| \( \tau \) | тау честица | |
| \( \nu_e \) | електронски неутрино | |
| \( \nu_\mu \) | мионски неутрино | |
| \( \nu_\tau \) | тау неутрино | |
| Носиоци интеракција | \( \gamma \) | фотон |
| \( W^+,\, W^- \) | \( W \) бозони | |
| \( Z^0 \) | \( Z^0 \) бозон | |
| \( g \) | глуони | |
| Хигсов сектор | \( H \) | Хигсов бозон |
Којој групи честица према Стандардном моделу припада фотон, а којој мион?
Фотон (\( \gamma \)) је носилац интеракције (баждарни бозон), док је мион (\( \mu \)) лептон.
Критеријум поделе: Способност постојања у слободном (невезаном) стању.
- Кваркови не могу постојати као самосталне, изоловане честице у слободном стању; увек су везани унутар сложених честица.
- Лептони могу постојати као појединачне, самосталне честице у невезаном стању.
Порекло назива:
- Лептони – од грчке речи λεπτός (leptos) што значи лак, танак, нежан. Међутим, тау честица (\( \tau \)) има већу масу чак и од протона, па је назив историјски услован.
- Кваркови – назив потиче из књижевног дела Џејмса Џојса.
Да ли је могуће у експерименту детектовати један усамљен, слободан \( u \) (up) кварк ван хадрона?
Није могуће, јер кваркови не могу постојати у невезаном, слободном стању у природи.
Неутрини (\( \nu_e, \nu_\mu, \nu_\tau \)) су електрично неутрални лептони занемарљиво мале масе који изузетно слабо интерагују са супстанцом.
Својства неутрина:
- Немају наелектрисање (\( q = 0 \)).
- Немају магнетни момент.
- Имају изузетно малу масу - процењена маса електронског неутрина је око \( 500\,000 \) пута мања од масе електрона. У изворном Стандардном моделу третирани су као честице без масе, али експерименти показују да поседују врло малу масу.
Због одсуства наелектрисања и изузетно слабе интеракције са супстанцом, највећи део електронских неутрина који настају унутар Сунца пролази кроз читаву планету Земљу без иједног судара или интеракције.
Назив неутрино увео је италијански физичар Енрико Ферми. Додавањем италијанског деминутивног суфикса -ino реч означава „мали неутрални ентитет”.
Колико пута је маса електронског неутрина приближно мања од масе електрона?
Маса електронског неутрина је приближно \( 500\,000 \) (пола милиона) пута мања од масе електрона.
Теоријска предвиђања Стандардног модела потврђена су открићима кључних честица на акцелераторима у CERN-у:
Откриће \( W \pm \) и \( Z^0 \) бозона:
На суперпротонском синхротрону (SPS - Super Proton Synchrotron) у CERN-у експериментално су откривени \( W^+ \), \( W^- \) и \( Z^0 \) бозони (носиоци слабе интеракције). За ово откриће, Карло Рубија и Симон ван дер Мер су 1984. године добили Нобелову награду за физику.
На суперпротонском синхротрону (SPS - Super Proton Synchrotron) у CERN-у експериментално су откривени \( W^+ \), \( W^- \) и \( Z^0 \) бозони (носиоци слабе интеракције). За ово откриће, Карло Рубија и Симон ван дер Мер су 1984. године добили Нобелову награду за физику.
Откриће Хигсовог бозона:
На великом хадронском сударачу (LHC - Large Hadron Collider) у CERN-у доказано је постојање Хигсовог бозона. Наредне године (2013), Питер Хигс и Франсоа Англер добили су Нобелову награду за теоријско предвиђање механизма порекла масе субатомских честица.
На великом хадронском сударачу (LHC - Large Hadron Collider) у CERN-у доказано је постојање Хигсовог бозона. Наредне године (2013), Питер Хигс и Франсоа Англер добили су Нобелову награду за теоријско предвиђање механизма порекла масе субатомских честица.
Који убрзавач честица је коришћен приликом открића Хигсовог бозона 2012. године?
Коришћен је Велики хадронски сударач (LHC - Large Hadron Collider) у CERN-у.
Задаци за вежбање
Задатак 1 (лак): Којих шест врста кваркова предвиђа Стандардни модел? Навести њихове ознаке и називе.
Шест кваркова су:
- \( u \) - горњи (up)
- \( d \) - доњи (down)
- \( c \) - шармантни (charm)
- \( s \) - страни (strange)
- \( t \) - горњи/вршни (top)
- \( b \) - доњи/дубински (bottom)
Задатак 2 (средњи): Иако назив лептони потиче од грчке речи за „лако”, зашто овај назив није потпуно доследан њиховој стварној маси? Која честица представља изузетак?
Назив потиче од грчког придева leptos (мало, лагано, нежно) јер су први откривени лептони (електрон и мион) знатно лакши од протона. Међутим, изузетак је тау честица (\( \tau \)), која припада групи лептона иако има масу већу од масе протона.
Задатак 3 (средњи): Објасните физичке разлоге због којих неутрини изузетно слабо интерагују са супстанцом.
Неутрини изузетно слабо интерагују са супстанцом зато што:
- не поседују наелектрисање (електрично су неутрални),
- не поседују магнетни момент,
- имају занемарљиво малу масу (приближно пола милиона пута мању од масе електрона).
Задатак 4 (тежак): Упоредите открића \( W \pm / Z^0 \) бозона и Хигсовог бозона: наведите године открића, постројења у CERN-у на којима су детектовани и физички значај тих честица.
- \( W^+ \), \( W^- \) и \( Z^0 \) бозони: Откривени су 1983. године на постројењу SPS (суперпротонски синхротрон). Они су носиоци слабе нуклеарне интеракције (одговорне нпр. за бета радиоактивни распад). За ово откриће Рубија и Ван дер Мер су добили Нобелову награду 1984.
- Хигсов бозон: Откривен је 2012. године на знатно снажнијем постројењу LHC (велики хадронски сударач). Његово постојање објашњава механизам давања масе елементарним честицама (Хигсов механизам). За његово теоријско предвиђање Питер Хигс и Франсоа Англер су добили Нобелову награду 2013.
