Physique des particules

Le mod??le standard de la physique des particules
Grand collisionneur de hadrons du tunnel CERN
Fond Physique des particules Mod??le Standard Th??orie quantique des champs th??orie de jauge Brisure spontan??e de sym??trie M??canisme de Higgs
Constituants Interaction ??lectrofaible Chromodynamique quantique Matrice CKM
Limites Probl??me de CP forte Probl??me de la hi??rarchie oscillations de neutrinos Voir aussi: Physique au-del?? du Mod??le Standard
Les scientifiques 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 ?? ?? Brut Politzer ?? Wilczek ?? Cronin ?? Fitch ?? Vleck ?? Higgs ?? Englert ?? Brout ?? Hagen ?? Guralnik ?? Kibble ?? Ting ?? Richter

La physique des particules est une branche de la physique qui ??tudie la nature des particules qui sont les constituants de ce qui est habituellement appel?? la mati??re et rayonnement. Dans compr??hension actuelle, les particules sont excitations de champs quantiques et interact suivant leur dynamique. La plupart de l'int??r??t dans ce domaine est dans des domaines fondamentaux, dont chacun ne peut pas ??tre d??finie comme un ??tat li?? d'autres domaines. L'ensemble actuel de champs fondamentaux et de leurs dynamiques sont r??sum??es dans une th??orie appel??e le Mod??le Standard , donc la physique des particules est en grande partie l'??tude de la teneur en particules du Mod??le Standard et ses extensions.This possibles nous montre que les particules ne suivent en effet les lois de la physique.

Particules subatomiques

Le mod??le standard de la physique

Recherche en physique des particules moderne se concentre sur particules subatomiques, y compris les constituants atomiques telles que des ??lectrons , protons et neutrons (protons et les neutrons sont des particules composites appel??s baryons, en quarks ), produit par radioactifs et processus de diffusion, comme les photons , neutrinos, et muons, ainsi que toute une gamme de particules exotiques. Pour ??tre plus pr??cis, la particule terme est un abus de langage de la physique classique parce que la dynamique de la physique des particules sont r??gies par la m??canique quantique . Comme tels, ils pr??sentent la dualit?? onde-particule , affichant le comportement des particules comme dans certaines conditions exp??rimentales et des vagues -comme le comportement dans d'autres. En termes plus techniques, ils sont d??crits par vecteurs d'??tat quantiques dans un Espace de Hilbert, qui est ??galement trait??e dans la th??orie quantique des champs . Apr??s la convention de physiciens des particules, particules ??l??mentaires se r??f??rent ?? des objets tels que des ??lectrons et des photons comme il est bien connu que ces types de particules pr??sentent des propri??t??s ondulatoires ainsi.

Toutes les particules et leurs interactions observ??es ?? ce jour, peuvent ??tre d??crits presque enti??rement par une th??orie quantique des champs appel?? le Mod??le Standard . Le mod??le standard a 61 particules ??l??mentaires. Ces particules ??l??mentaires peuvent se combiner pour former des particules composites, ce qui repr??sente les centaines d'autres esp??ces de particules qui ont ??t?? d??couverts depuis les ann??es 1960. Le mod??le standard a ??t?? trouv?? d'accord avec presque tous les tests exp??rimentaux r??alis??s ?? ce jour. Cependant, la plupart des physiciens des particules croient que ce est une description incompl??te de la nature, et que une th??orie plus fondamentale attend d??couverte (Voir Theory of Everything). Ces derni??res ann??es, les mesures de neutrino de masse ont fourni les premiers ??carts exp??rimentaux du mod??le standard.

Histoire

La physique moderne
??quation de Schr??dinger
Histoire de la physique moderne
Fondateurs Max Planck ?? Albert Einstein
Branches M??canique quantique Chromodynamique quantique ??lectrodynamique quantique M??canique statistique quantique Mati??re condens??e Physique nucl??aire La physique des particules ?? la physique atomique La relativit?? g??n??rale ?? La relativit?? sp??ciale
Les scientifiques R??ntgen ?? Becquerel ?? Lorentz ?? Planck ?? Curie ?? Wien ?? Sklodowska-Curie ?? Sommerfeld ?? Rutherford ?? Soddy ?? Onnes ?? Einstein ?? Wilczek ?? N?? ?? Weyl ?? Bohr ?? Schr??dinger ?? de Broglie ?? Laue ?? Bose ?? Compton ?? Pauli ?? Walton ?? Fermi ?? Waals ?? Heisenberg ?? Dyson ?? Zeeman ?? Moseley ?? Hilbert ?? G??del ?? Jordan ?? Dirac ?? Wigner ?? Hawking ?? PW Anderson ?? Thomson ?? Poincar?? ?? Wheeler ?? Laue ?? Penrose ?? Millikan ?? Nambu ?? von Neumann ?? Higgs ?? Hahn ?? Feynman ?? Lee ?? Lenard ?? Salam ?? 'T Hooft ?? De Bell ?? Gell-Mann ?? JJ Thomson ?? Raman ?? Bragg ?? Bardeen ?? Shockley ?? Chadwick ?? Lawrence

L'id??e que tout question est compos?? de particules ??l??mentaires remonte au moins ?? la 6??me si??cle avant JC. La doctrine philosophique de atomisme et la nature des particules ??l??mentaires ont ??t?? ??tudi??s par anciens philosophes grecs tels que Leucippe, D??mocrite, et ??picure; antique Philosophes indiens tels que Kanada, Dignaga, et Dharmakirti; Savants musulmans tels que Ibn al-Haytham, Ibn Sina, et Mohammad al-Ghazali; et en l'Europe moderne par les physiciens tels que Pierre Gassendi, Robert Boyle et Isaac Newton . La th??orie des particules de lumi??re a ??galement ??t?? propos?? par Ibn al-Haytham, Ibn Sina, Gassendi, et Newton. Ces premi??res id??es ont ??t?? fond??es par abstraite, philosophique raisonnement plut??t que exp??rimentation et l'observation empirique.

Au 19e si??cle, John Dalton , ?? travers son travail sur stoechiom??trie, a conclu que chaque ??l??ment de la nature ??tait compos?? d'un seul type unique de particules. Dalton et ses contemporains croyaient que ce sont les particules fondamentales de la nature et donc les atomes nomm??s, apr??s les atomos mot grec, qui signifie ??indivisible??. Cependant, vers la fin de ce si??cle, les physiciens ont d??couvert que les atomes ne sont pas, en fait, les particules fondamentales de la nature, mais conglom??rats de particules encore plus petites. Les explorations d??but du 20??me si??cle de la physique nucl??aire et la physique quantique ont abouti ?? des preuves de la fission nucl??aire en 1939 par Lise Meitner (bas?? sur des exp??riences par Otto Hahn), et la fusion nucl??aire par Hans Bethe dans cette m??me ann??e. Ces d??couvertes ont donn?? naissance ?? une industrie active de g??n??rer un atome d'un autre, m??me rendu possible (m??me se il ne sera probablement jamais ??tre rentable) de la transmutation du plomb en or; et, ces m??mes d??couvertes ont ??galement conduit ?? l'??laboration d' armes nucl??aires . Tout au long des ann??es 1950 et 1960, une vari??t?? ahurissante de particules ont ??t?? trouv??es dans les exp??riences de diffusion. Il a ??t?? appel?? le " zoo de particules ". Ce terme a ??t?? obsol??te apr??s la formulation du mod??le standard dans les ann??es 1970 dans lequel le grand nombre de particules a ??t?? expliqu?? que des combinaisons de (relativement) petit nombre de particules fondamentales.

Mod??le Standard

L'??tat tr??s actuel de la classification de toutes les particules ??l??mentaires se explique par le mod??le standard . Il d??crit la forte, faible et ??lectromagn??tique interactions fondamentales, en utilisant m??diation bosons de jauge. Les esp??ces de bosons de jauge sont les gluons, W -, W + et bosons Z, et les photons . Le mod??le standard contient ??galement 24 particules fondamentales (12, particules et de leurs particules anti-associ??s), qui sont les constituants de toute mati??re . Enfin, le mod??le standard pr??voit ??galement l'existence d'un type de connu sous le nom de Higgs Boson de Higgs.

Laboratoires exp??rimentaux

En physique des particules, les grands laboratoires internationaux sont situ??s au:

• Brookhaven National Laboratory ( Long Island, ??tats-Unis ). Son usine principale est la Collisionneur d'ions lourds relativistes (RHIC), qui entre en collision les ions lourds tels que des ions d'or et de protons polaris??s. Il est le premier collisionneur d'ions lourds du monde, et seulement proton polaris??e du monde.
• Budker Institut de Physique Nucl??aire ( Novosibirsk, Russie ). Ses principaux projets sont l'??lectron-positron collisionneurs VEPP-2000, exploit?? depuis 2006, et VEPP-4, ont commenc?? en 1994. installations exp??riences ant??rieures incluent le premier ??lectron-faisceau d'??lectrons faisceau collisionneur VEP-1, qui a men?? des exp??riences de 1964 ?? 1968; l'??lectron-positron collisionneurs VEPP-2, exploit??e de 1965 ?? 1974; et son successeur VEPP-2M, a effectu?? des exp??riences de 1974 ?? 2000.
• CERN, ( franco - suisse fronti??re, pr??s de Gen??ve ). Son principal projet est maintenant le Large Hadron Collider (LHC), qui a tenu sa premi??re circulation de faisceau, le 10 Septembre 2008, et est maintenant plus ??nergique collisionneur du monde de protons. Il est ??galement devenu le plus ??nergique collisionneur d'ions lourds apr??s le d??but de la collision des ions de plomb. Les installations ant??rieures comprennent le Large Electron-Positron Collider (LEP), qui a ??t?? arr??t?? le 2 Novembre 2000, puis d??mantel?? pour faire place pour le LHC; et le Super synchrotron ?? protons, qui est r??utilis?? comme un pr??-acc??l??rateur pour le LHC.
• DESY ( Hambourg , Allemagne ). Son usine principale est la Hadron Elektron Anneau Anlage (HERA), qui entre en collision des ??lectrons et des positrons avec des protons.
• Fermilab, ( Batavia, ??tats-Unis ). Son usine principale jusqu'en 2011 ??tait le Tevatron, qui est entr?? en collision des protons et des antiprotons et a ??t?? le collisionneur de particules le plus ??lev?? de l'??nergie sur la plan??te Terre jusqu'?? ce que le Grand collisionneur de hadrons a d??pass?? le 29 Novembre de 2009.
• KEK, ( Tsukuba, Japon ). Ce est la maison d'un certain nombre d'exp??riences comme le K2K, un exp??rience d'oscillation des neutrinos et Belle, une exp??rience mesurant la CP violation de m??sons B.

Beaucoup d'autres les acc??l??rateurs de particules existent.

Les techniques n??cessaires pour faire exp??rimentale, la physique moderne, particules sont assez vari??es et complexes, constituant une sous-sp??cialit?? presque compl??tement distincte de l'aspect th??orique du champ.

Th??orie

Th??orie quantique des champs
Diagramme de Feynman
Histoire
Fond Field Theory th??orie de jauge Poincar?? sym??trie M??canique quantique Brisure spontan??e de sym??trie
Sym??tries La conjugaison de charge Travers??e Parit?? Le retournement temporel
Outils Anomalie Th??orie effective valeur Attente Fant??mes Faddeev-Popov Diagramme de Feynman Th??orie de jauge sur r??seau Formule de r??duction LSZ la fonction de partage Propagator Quantification R??gularisation Renormalisation ??tat de vide Th??or??me de Wick Axiomes Wightman
??quations ??quation de Dirac Klein-Gordon ??quation ??quations ProcA Wheeler-DeWitt ??quation ??quations Bargmann-Wigner
Mod??le Standard Interaction ??lectrofaible M??canisme de Higgs Chromodynamique quantique ??lectrodynamique quantique Th??orie de Yang-Mills
Th??ories incompl??tes La gravit?? quantique La th??orie des cordes Supersym??trie Technicolor Th??orie du tout
Les scientifiques CD Anderson PW Anderson Bardeen Bethe Bjorken Bogolioubov Brout Cabibbo Callan Cronin DeWitt Dirac Dyson Englert Fermi Feynman Fierz P??cheur Fock Fr??hlich Gell-Mann Brut H??nsch Heisenberg Higgs Haag 'T Hooft Kadanoff Kendall Klitzing Kobayashi Agneau Landau Lee Majorana Maskawa Mills Nambu Nishijima Parisi Paul Polyakov Salam Schwinger Shockley Skyrme St??rmer Sudarshan Thomson Tomonaga Veltman Quartier Weinberg Wilczek Wilson Yang Yukawa

Physique th??orique des particules tente de d??velopper les mod??les, le cadre th??orique et des outils math??matiques pour comprendre les exp??riences en cours et faire des pr??dictions pour de futures exp??riences. Voir ??galement la physique th??orique. Il ya plusieurs grands efforts d??ploy??s interd??pendants en physique th??orique des particules aujourd'hui. Un tentatives de branche importante de mieux comprendre le Mod??le Standard et ses tests. En extrayant les param??tres du mod??le standard, ?? partir d'exp??riences avec moins d'incertitude, ce travail explore les limites du mod??le standard et ??largit donc notre compr??hension des ??l??ments constitutifs de la nature. Ces efforts sont d??ploy??s difficile par la difficult?? de calculer les quantit??s de chromodynamique quantique. Certains th??oriciens travaillant dans ce domaine se consid??rent comme ph??nom??nologues et ils peuvent utiliser les outils de la th??orie quantique des champs et Th??orie effective. D'autres font appel ?? des la th??orie du champ treillis et se appeler th??oriciens treillis.

Un autre effort important est dans la construction de mod??le o?? mod??listes de d??velopper des id??es pour ce que la physique peut mentir au-del?? du Mod??le Standard (?? des ??nergies plus ??lev??es ou de plus petites distances). Ce travail est souvent motiv??e par le probl??me de la hi??rarchie et est contraint par des donn??es exp??rimentales existantes. Il peut se agir travaux sur supersym??trie, des alternatives ?? la M??canisme de Higgs, les dimensions spatiales suppl??mentaires (comme la Randall-Sundrum mod??les), Preon th??orie, des combinaisons de ceux-ci, ou d'autres id??es.

Un troisi??me effort majeur en physique th??orique des particules est la th??orie des cordes . Les th??oriciens des cordes tentent de construire une description unifi??e de la m??canique quantique et la relativit?? g??n??rale en construisant une th??orie bas??e sur de petites cha??nes, et branes plut??t que des particules. Si la th??orie est r??ussie, il peut ??tre consid??r?? comme un " Theory of Everything ".

Il ya aussi d'autres domaines de travail en physique des particules th??oriques allant de la cosmologie de particules boucle la gravit?? quantique.

Cette division des efforts dans la physique des particules se refl??te dans les noms des cat??gories sur la arXiv, un archive pr??publication: hep-th (th??orie), hep-ph (ph??nom??nologie), hep-ex (exp??riences), hep-lat ( th??orie de jauge r??seau).

Les applications pratiques

Comme les g??n??rations se appuient sur d'autres, les applications potentielles augmentation de l'utilisation de la technologie de la physique des particules. En 1930, le premier cyclotron ?? main a ??t?? construit ?? Berkeley, en Californie par Ernest O. Lawrence. Plus puissants acc??l??rateurs ont ??t?? construites peu apr??s. Le cyclotron de Berkeley a ensuite ??t?? utilis?? pour produire des isotopes m??dicaux pour la recherche et le traitement. La premi??re application de cette technologie dans le traitement du cancer par Lawrence ??tait lui-m??me avec sa propre m??re en tant que patient. La science m??dicale utilise maintenant des faisceaux de particules dans les technologies d'??conomie de la vie.

Cette technologie est aussi utilis??e dans le supraconducteur de fils et de c??bles. Il est utilis?? pour magn??tiques des aimants d'imagerie par r??sonance et, finalement, le World Wide Web. Usages moins connus ??galement ??tude comportementale des fluides et des motions.

D'autres applications se trouvent dans la m??decine, la s??curit?? nationale, de l'industrie, de l'informatique, la science et le d??veloppement de la main-d'??uvre illustrent une liste longue et croissante des applications pratiques b??n??fiques avec des contributions de la physique des particules.

Avenir

L'objectif primordial, qui est poursuivi dans plusieurs fa??ons distinctes, est de trouver et de comprendre ce que la physique peut mentir au-del?? du mod??le standard. Il ya plusieurs raisons exp??rimentales puissants de se attendre ?? une nouvelle physique, y compris la mati??re noire et masse du neutrino. Il ya aussi des conseils th??oriques que cette nouvelle physique devrait ??tre trouv?? ?? des ??chelles d'??nergie accessibles. En outre, il peut y avoir des surprises qui nous donnera la possibilit?? de d??couvrir la nature.

Une grande partie de l'effort pour trouver cette nouvelle physique se concentrent sur de nouvelles exp??riences collisionneur. Le Large Hadron Collider (LHC) a ??t?? achev??e en 2008 pour aider ?? poursuivre la recherche de la Boson de Higgs, particules supersym??triques, et d'autres une nouvelle physique. Un objectif interm??diaire est la construction de la Collisionneur lin??aire international (ILC), qui viendra compl??ter le LHC en permettant des mesures plus pr??cises des propri??t??s des particules nouvellement trouv??es. En Ao??t 2004, une d??cision de la technologie de la CIT a ??t?? prise, mais le site doit encore ??tre convenue.

En outre, il ya des exp??riences non-collisionneur importantes qui tentent aussi de trouver et de comprendre physique au-del?? du mod??le standard. Un important effort non-collisionneur est la d??termination de la la masse des neutrinos, puisque ces masses peuvent d??couler de neutrinos de m??lange avec des particules tr??s lourdes. En outre, cosmologiques observations fournissent de nombreuses contraintes utiles sur la mati??re noire, mais il peut ??tre impossible de d??terminer la nature exacte de la mati??re noire sans les collisionneurs. Enfin, des bornes inf??rieures sur le tr??s long dur??e de vie du proton mettre des contraintes sur Th??ories de Grande Unification ?? l'??chelle de l'??nergie beaucoup plus ??lev??s que les exp??riences de collisionneur pourront sonder tout moment bient??t.