نموذج الجسيمات. النموذج القياسي للجسيمات الأولية للمبتدئين. خاتمة: موت النجوم

النموذج القياسيهي نظرية حديثة لبنية وتفاعلات الجسيمات الأولية ، تم التحقق منها تجريبياً بشكل متكرر. تستند هذه النظرية إلى عدد صغير جدًا من الافتراضات وتسمح لك بالتنبؤ نظريًا بخصائص آلاف العمليات المختلفة في عالم الجسيمات الأولية. في الغالبية العظمى من الحالات ، يتم تأكيد هذه التنبؤات عن طريق التجربة ، وأحيانًا بدقة عالية بشكل استثنائي ، وتصبح تلك الحالات النادرة التي لا تتفق فيها تنبؤات النموذج القياسي مع التجربة موضوع نقاش ساخن.

النموذج القياسي هو الحد الذي يفصل بين ما هو معروف بشكل موثوق وما هو افتراضي في عالم الجسيمات الأولية. على الرغم من نجاحه الباهر في وصف التجارب ، لا يمكن اعتبار النموذج القياسي النظرية النهائية للجسيمات الأولية. علماء الفيزياء على يقين من ذلك يجب أن يكون جزءًا من نظرية أعمق لبنية العالم الصغير. أي نوع من هذه النظرية لم يعرف بعد على وجه اليقين. لقد تطور المنظرون رقم ضخممرشحين لمثل هذه النظرية ، ولكن يجب أن تُظهر التجربة فقط أيًا منهم يتوافق مع الوضع الحقيقي الذي نشأ في عالمنا. لهذا السبب يبحث الفيزيائيون بإصرار عن أي انحرافات عن النموذج القياسي ، أو أي جسيمات ، أو قوى ، أو تأثيرات لا يتنبأ بها النموذج القياسي. يطلق العلماء مجتمعين على كل هذه الظواهر "فيزياء جديدة". بالضبط بحث فيزياء جديدةويشكل المهمة الرئيسية لمصادم الهادرونات الكبير.

المكونات الرئيسية للنموذج القياسي

أداة العمل في النموذج القياسي هي نظرية المجال الكمي - وهي نظرية تحل محل ميكانيكا الكم بسرعات قريبة من سرعة الضوء. الأشياء الرئيسية فيه ليست الجسيمات ، كما هو الحال في الميكانيكا الكلاسيكية ، وليس "موجات الجسيمات" ، كما في ميكانيكا الكم ، ولكن المجالات الكمومية: الإلكترونية ، والميون ، والكهرومغناطيسية ، والكوارك ، وما إلى ذلك - واحد لكل مجموعة متنوعة من "كيانات العالم الصغير".

كل من الفراغ ، وما نعتبره جسيمات منفصلة ، وتشكيلات أكثر تعقيدًا لا يمكن اختزالها إلى جسيمات منفصلة - كل هذا يوصف على أنه حالات مختلفة للحقول. عندما يستخدم الفيزيائيون كلمة "جسيم" ، فإنهم يقصدون في الواقع حالات الحقول هذه ، وليس الأشياء النقطية الفردية.

يتضمن النموذج القياسي المكونات الرئيسية التالية:

مجموعة من "لبنات" المادة الأساسية - ستة أنواع من اللبتونات وستة أنواع من الكواركات. كل هذه الجسيمات تدور بمقدار 1/2 فرميونات وتنظم نفسها بشكل طبيعي إلى ثلاثة أجيال. العديد من الهادرونات - جزيئات مركبة تشارك في التفاعل القوي - تتكون من كواركات في مجموعات مختلفة.
ثلاثة أنواع من القواتتعمل بين الفرميونات الأساسية - الكهرومغناطيسية والضعيفة والقوية. التفاعلات الكهرومغناطيسية والضعيفة وجهان لنفس الشيء التفاعل الكهروضعيف. القوة القوية منفصلة ، وهذه القوة هي التي تربط الكواركات في الهادرونات.
كل هذه القوى موصوفة على أساس مبدأ القياس- لم يتم إدخالها في النظرية "قسرًا" ، ولكن يبدو أنها تنشأ من تلقاء نفسها نتيجة لمتطلبات أن تكون النظرية متناظرة فيما يتعلق بتحولات معينة. تؤدي الأنواع المنفصلة من التناظر إلى ظهور تفاعلات قوية وكهربائية ضعيفة.
على الرغم من حقيقة وجود تناظر كهروضعيف في النظرية نفسها ، إلا أنه يتم انتهاكه تلقائيًا في عالمنا. الانكسار التلقائي للتناظر الكهروضعيف- عنصر ضروري للنظرية ، وفي إطار النموذج القياسي يحدث الانتهاك بسبب آلية هيغز.
القيم العددية لـ حوالي عشرين من الثوابت: هذه هي كتل الفرميونات الأساسية ، القيم العدديةاقتران ثوابت التفاعلات التي تميز قوتها وبعض الكميات الأخرى. يتم استخلاصها جميعًا مرة واحدة وإلى الأبد من المقارنة مع الخبرة ولم يعد يتم تعديلها في حسابات أخرى.

بالإضافة إلى ذلك ، فإن النموذج القياسي هو نظرية قابلة لإعادة التنظيم ، أي أن كل هذه العناصر يتم إدخالها فيه بطريقة متسقة ذاتيًا تسمح ، من حيث المبدأ ، بإجراء الحسابات بالدرجة المطلوبة من الدقة. ومع ذلك ، غالبًا ما تكون الحسابات بالدرجة المطلوبة من الدقة معقدة بشكل لا يطاق ، لكن هذه ليست مشكلة النظرية نفسها ، بل تتعلق بقدراتنا الحسابية.

ما يمكن للنموذج القياسي فعله وما لا يمكنه فعله

يعتبر النموذج القياسي ، من نواحٍ عديدة ، نظرية وصفية. إنه لا يعطي إجابات للعديد من الأسئلة التي تبدأ بـ "لماذا": لماذا يوجد الكثير من الجسيمات وهذه بالضبط؟ من أين أتت هذه التفاعلات وبالتحديد مع هذه الخصائص؟ لماذا احتاجت الطبيعة لخلق ثلاثة أجيال من الفرميونات؟ لماذا القيم العددية للمعلمات متطابقة تمامًا؟ بالإضافة إلى ذلك ، فإن النموذج القياسي غير قادر على وصف بعض الظواهر التي لوحظت في الطبيعة. على وجه الخصوص ، لا مكان لكتل النيوترينو وجزيئات المادة المظلمة. لا يأخذ النموذج القياسي في الاعتبار الجاذبية ، ولا يُعرف ما يحدث لهذه النظرية على مقياس بلانك للطاقة ، عندما تصبح الجاذبية مهمة للغاية.

ومع ذلك ، إذا تم استخدام النموذج القياسي للغرض المقصود منه ، للتنبؤ بنتائج تصادمات الجسيمات الأولية ، فإنه يسمح ، بناءً على العملية المحددة ، بإجراء الحسابات باستخدام درجات متفاوتهصحة.

ل الظواهر الكهرومغناطيسية(تشتت الإلكترون ، مستويات الطاقة) يمكن أن تصل الدقة إلى أجزاء في المليون أو حتى أفضل. يتم الاحتفاظ بالسجل هنا بواسطة العزم المغناطيسي الشاذ للإلكترون ، والذي يتم حسابه بدقة أفضل من واحد من المليار.
يتم حساب العديد من العمليات عالية الطاقة التي تحدث بسبب التفاعلات الكهروضعيفة بدقة أفضل من نسبة مئوية.
الأسوأ من ذلك كله هو التفاعل القوي مع طاقات غير عالية جدًا. تختلف دقة حساب مثل هذه العمليات اختلافًا كبيرًا: في بعض الحالات يمكن أن تصل إلى النسبة المئوية ، وفي حالات أخرى تكون مختلفة. المناهج النظريةقد تعطي إجابات تختلف عدة مرات.

يجدر التأكيد على أن حقيقة أن بعض العمليات يصعب حسابها بالدقة المطلوبة لا تعني أن "النظرية سيئة". الأمر معقد للغاية ، والتقنيات الرياضية الحالية ليست كافية بعد لتتبع كل عواقبه. على وجه الخصوص ، تتعلق إحدى مشاكل الألفية الرياضية الشهيرة بمشكلة الحبس في نظرية الكم مع تفاعل مقياس غير أبيليان.

أدبيات إضافية:

يمكن العثور على المعلومات الأساسية حول آلية هيغز في كتاب ل.ب.

على التين. 11.1 قمنا بإدراج جميع الجسيمات المعروفة. هذه هي اللبنات الأساسية للكون ، على الأقل هذه هي وجهة النظر في وقت كتابة هذا التقرير ، لكننا نتوقع اكتشاف المزيد - ربما سنرى بوزون هيغز أو جسيمًا جديدًا مرتبطًا بالمادة المظلمة الغامضة التي موجود بكثرة ، وهو أمر ضروري على الأرجح لوصف الكون بأسره. أو ربما نتوقع جسيمات فائقة التناظر تنبأ بها نظرية الأوتار ، أو إثارة كالوزا كلاين ، المميزة لأبعاد إضافية للفضاء ، أو كواركات تقنية ، أو كواركات ليبتو ، أو ... الحجج النظرية كثيرة ، وهي مسؤولية أولئك الذين يجرون التجارب في LHC لتضييق مجال البحث ، واستبعاد النظريات غير الصحيحة ، وتحديد الطريق إلى الأمام.

أرز. 11.1. جسيمات الطبيعة

كل ما يمكن رؤيته ولمسه ؛ أي آلة جامدة ، أي مخلوق، أي صخرة ، أي شخص على كوكب الأرض ، وأي كوكب وأي نجم في كل من 350 مليار مجرة في الكون المرئي يتكون من جزيئات من العمود الأول. أنت نفسك مكون من مزيج من ثلاثة جسيمات فقط - كواركات علوية وسفلية وإلكترون. تشكل الكواركات النواة الذرية ، والإلكترونات ، كما رأينا ، مسؤولة عن العمليات الكيميائية. قد يكون الجسيم المتبقي من العمود الأول ، النيوترينو ، أقل دراية لك ، لكن الشمس تخترق كل سنتيمتر مربع من جسمك بـ 60 مليار من هذه الجسيمات كل ثانية. إنهم يمرون في الغالب من خلالك وعلى الأرض بأكملها دون تأخير - ولهذا السبب لم تلاحظهم أبدًا ولم تشعر بوجودهم. لكنهم ، كما سنرى قريبًا ، يلعبون دورًا رئيسيًا في العمليات التي توفر طاقة الشمس ، وبالتالي تجعل حياتنا ممكنة.

تشكل هذه الجسيمات الأربعة ما يسمى بالجيل الأول من المادة - جنبًا إلى جنب مع التفاعلات الطبيعية الأساسية الأربعة ، وهذا ، على ما يبدو ، كل ما هو مطلوب لخلق الكون. ومع ذلك ، ولأسباب لم يتم فهمها بالكامل بعد ، اختارت الطبيعة أن تزودنا بجيلين آخرين - استنساخ من الجيل الأول ، فقط هذه الجسيمات هي الأكثر ضخامة. يتم تقديمها في العمودين الثاني والثالث من الشكل. 11.1. الكوارك العلوي ، على وجه الخصوص ، متفوق في الكتلة على الجسيمات الأساسية الأخرى. تم اكتشافه على معجل في مختبر المسرع الوطني. إنريكو فيرمي بالقرب من شيكاغو في عام 1995 وبلغت كتلته أكثر من 180 ضعف كتلة البروتون. لا يزال سبب تحول الكوارك العلوي إلى مثل هذا الوحش ، نظرًا لأنه يشبه النقطة مثل الإلكترون ، لغزا. على الرغم من أن كل هذه الأجيال الإضافية من المادة لا تلعب دورًا مباشرًا في الشؤون الطبيعية للكون ، فقد كانوا على الأرجح لاعبين أساسيين بعد الانفجار العظيم مباشرة ... لكن هذه قصة مختلفة.

على التين. في الشكل 11.1 ، يُظهر العمود الأيمن أيضًا تفاعل الجسيمات الحاملة. لا تظهر الجاذبية في الجدول. واجهت محاولة نقل حسابات النموذج القياسي إلى نظرية الجاذبية بعض الصعوبات. عدم وجود بعض الخصائص المهمة المميزة للنموذج القياسي في نظرية الكم للجاذبية لا يسمح بتطبيق نفس الأساليب هناك. نحن لا ندعي أنه غير موجود على الإطلاق. نظرية الأوتار هي محاولة لأخذ الجاذبية في الحسبان ، لكن نجاح هذه المحاولة محدود حتى الآن. نظرًا لأن الجاذبية ضعيفة جدًا ، فإنها لا تلعب دورًا مهمًا في تجارب فيزياء الجسيمات ، ولهذا السبب الواقعي للغاية ، لن نتحدث عنها بعد الآن. في الفصل الأخير ، أثبتنا أن الفوتون يعمل كوسيط في انتشار التفاعل الكهرومغناطيسي بين الجسيمات المشحونة كهربائيًا ، ويتم تحديد هذا السلوك من خلال قاعدة الانتثار الجديدة. حبيبات دبليوو ضافعل الشيء نفسه مع القوة الضعيفة ، وتحمل الغلوونات القوة الشديدة. ترجع الاختلافات الرئيسية بين الأوصاف الكمية للقوى إلى حقيقة أن قواعد التشتت مختلفة. نعم ، كل شيء (تقريبًا) بهذه البساطة ، وقد أظهرنا بعض قواعد التشتت الجديدة في الشكل. 11.2. إن التشابه مع الديناميكا الكهربية الكمومية يجعل من السهل فهم أداء التفاعلات القوية والضعيفة ؛ نحتاج فقط إلى فهم قواعد التشتت بالنسبة لهم ، وبعد ذلك يمكننا رسم نفس مخططات فاينمان التي قدمناها للديناميكا الكهربية الكمومية في الفصل الأخير. لحسن الحظ ، تغيير قواعد التشتت مهم جدًا للعالم المادي.

أرز. 11.2. بعض قواعد التشتت للتفاعلات القوية والضعيفة

إذا كنا نكتب كتابًا دراسيًا عن فيزياء الكم ، فيمكننا المضي قدمًا في اشتقاق قواعد التشتت لكل من تلك الموضحة في الشكل. 11.2 والعديد من العمليات الأخرى. تُعرف هذه القواعد بقواعد فاينمان ، وستساعدك لاحقًا - أو برنامج كمبيوتر - في حساب احتمالية هذه العملية أو تلك ، كما فعلنا في الفصل الخاص بالديناميكا الكهربية الكمية.

تعكس هذه القواعد شيئًا مهمًا جدًا عن عالمنا ، ومن حسن الحظ أنه يمكن اختزالها في مجموعة من الصور والمواقف البسيطة. لكننا في الواقع لا نكتب كتابًا دراسيًا عن فيزياء الكم ، لذلك دعونا نركز بدلاً من ذلك على الرسم التخطيطي في أعلى اليمين: هذا هو حكم نثرمهم بشكل خاص للحياة على الأرض. إنه يوضح كيف ينتقل كوارك علوي إلى كوارك سفلي وينبعث منه دبليو- الجسيمات ، وهذا السلوك يؤدي إلى نتائج عظيمة في لب الشمس.

الشمس عبارة عن بحر غازي من البروتونات والنيوترونات والإلكترونات والفوتونات بحجم مليون كرة أرضية. ينهار هذا البحر تحت تأثير جاذبيته. يؤدي الضغط المذهل إلى تسخين اللب الشمسي إلى 15.000.000 ، وعند درجة الحرارة هذه ، تبدأ البروتونات في الاندماج لتكوين نوى الهيليوم. هذا يطلق طاقة تزيد الضغط على الطبقات الخارجية للنجم ، وتوازن القوة الداخلية للجاذبية.

سنستكشف مسافة التوازن المحفوفة بالمخاطر هذه بمزيد من التفصيل في الخاتمة ، لكن في الوقت الحالي نريد فقط أن نفهم ما تعنيه عبارة "تبدأ البروتونات في الاندماج مع بعضها البعض". يبدو الأمر بسيطًا بدرجة كافية ، لكن الآلية الدقيقة لمثل هذا الاندماج في اللب الشمسي كانت مصدرًا للنقاش العلمي المستمر في عشرينيات وثلاثينيات القرن الماضي. كان العالم البريطاني آرثر إدينجتون أول من اقترح أن مصدر طاقة الشمس هو الاندماج النووي ، ولكن سرعان ما اكتشف أن درجة الحرارة بدت منخفضة جدًا لبدء هذه العملية وفقًا لقوانين الفيزياء المعروفة في ذلك الوقت. ومع ذلك ، عقد إدينجتون نفسه. ملاحظته معروفة: "الهليوم الذي نتعامل معه لا بد أنه قد تشكل في وقت ما في مكان ما. نحن لا نجادل مع الناقد أن النجوم ليست ساخنة بدرجة كافية لهذه العملية ؛ نقترح عليه أن يجد مكانًا أكثر دفئًا ".

تكمن المشكلة في أنه عندما يقترب بروتونان سريعان الحركة في لب الشمس من بعضهما البعض ، فإنهما يتنافران من خلال التفاعل الكهرومغناطيسي (أو ، بلغة الديناميكا الكهربية الكمومية ، من خلال تبادل الفوتونات). للاندماج ، يجب أن يتقاربوا ليكتملوا تقريبًا التداخل ، والبروتونات الشمسية ، كما كان يدرك إدينجتون وزملاؤه جيدًا ، لا تتحرك بالسرعة الكافية (لأن الشمس ليست ساخنة بدرجة كافية) للتغلب على التنافر الكهرومغناطيسي المتبادل. يتم حل rebus على النحو التالي: يأتي في المقدمة دبليو-الجسيمات ويحفظ الوضع. في حالة حدوث تصادم ، يمكن أن يتحول أحد البروتونات إلى نيوترون ، مما يحول أحد كواركاته العلوية إلى كوارك سفلي ، كما هو موضح في الرسم التوضيحي لقاعدة التشتت في الشكل. 11.2. الآن يمكن للنيوترون المشكل حديثًا والبروتون المتبقي أن يجتمعا معًا بشكل وثيق جدًا ، لأن النيوترون لا يحمل أي شحنة كهربائية. في لغة نظرية المجال الكمومي ، هذا يعني أن تبادل الفوتونات ، حيث يتنافر البروتون والنيوترون مع بعضهما البعض ، لا يحدث. بعد التحرر من التنافر الكهرومغناطيسي ، يمكن للبروتون والنيوترون أن يندمجوا معًا (من خلال التفاعل القوي) لتشكيل ديوترون ، مما يؤدي سريعًا إلى تكوين الهيليوم ، الذي يطلق الطاقة التي تمنح الحياة للنجم. هذه العملية موضحة في الشكل. 11.3 ويعكس حقيقة ذلك دبليو- الجسيم لا يعيش طويلا ، ويتحلل إلى بوزيترون ونيوترينو - وهذا هو مصدر النيوترينوات التي تطير عبر جسمك بهذه الكميات. كان دفاع إدينجتون المتشدد عن الاندماج كمصدر للطاقة الشمسية مبررًا ، على الرغم من أنه لم يكن لديه حل جاهز. دبليوتم اكتشاف جسيم يشرح ما يحدث في CERN معه Z-الجسيم في الثمانينيات.

أرز. 11.3. تحول البروتون إلى نيوترون في إطار التفاعل الضعيف مع انبعاث البوزيترون والنيوترينو. بدون هذه العملية ، لا يمكن للشمس أن تشرق

لاختتام مراجعتنا الموجزة للنموذج القياسي ، دعونا ننتقل إلى القوة الجبارة. قواعد التشتت هي أن الكواركات فقط هي التي يمكنها الدخول في الغلوونات. علاوة على ذلك ، من المرجح أن يفعلوا ذلك بالضبط أكثر من أي شيء آخر. إن الميل لإصدار الغلوونات هو بالتحديد سبب حصول القوة القوية على اسمها ولماذا نثر الغلوونات قادر على التغلب على القوة الكهرومغناطيسية البادئة التي قد تتسبب في تدمير بروتون موجب الشحنة لنفسه. لحسن الحظ ، فإن القوة النووية القوية تمتد لمسافة قصيرة فقط. تغطي الغلوونات مسافة لا تزيد عن 1 فيمتومتر (10-15 م) وتتحلل مرة أخرى. السبب وراء محدودية تأثير الغلوونات ، خاصةً عند مقارنتها بالفوتونات التي يمكنها السفر عبر الكون بأكمله ، هو أن الغلوونات يمكن أن تتحول إلى غلوونات أخرى ، كما هو موضح في الرسمين التخطيطيين الأخيرين في الشكل. 11.2. هذه الحيلة من جانب الغلوونات تميز بشكل أساسي التفاعل القوي عن التفاعل الكهرومغناطيسي وتحد من مجال نشاطها إلى محتويات النواة الذرية. لا تتمتع الفوتونات بهذا النوع من الانتقال الذاتي ، وهو أمر جيد ، لأنه بخلاف ذلك لن تكون قادرًا على رؤية ما يحدث أمامك ، لأن الفوتونات التي تطير نحوك سيتم صدها من قبل أولئك الذين يتحركون على طول خطك. مشهد. إن حقيقة أننا نستطيع رؤيتها على الإطلاق هي إحدى عجائب الطبيعة ، والتي تعمل أيضًا بمثابة تذكير صارخ بأن الفوتونات نادرًا ما تتفاعل على الإطلاق.

لم نوضح من أين تأتي كل هذه القواعد الجديدة ، ولا لماذا يحتوي الكون على مثل هذه المجموعة من الجسيمات. وهناك أسباب لذلك: في الحقيقة لا نعرف إجابة أي من هذه الأسئلة. الجسيمات التي يتألف منها الكون - الإلكترونات والنيوترينوات والكواركات - هي الجهات الفاعلة الرئيسية في الدراما الكونية التي تتكشف أمام أعيننا ، ولكن حتى الآن ليس لدينا طرق مقنعة لشرح سبب وجوب أن يكون المدلى بها على هذا النحو.

ومع ذلك ، فمن الصحيح أنه في ظل قائمة الجسيمات ، يمكننا أن نتنبأ جزئيًا بالطريقة التي تتفاعل بها مع بعضها البعض ، وفقًا لقواعد التشتت. لم يلتقط الفيزيائيون قواعد التشتت من الهواء الرقيق: في جميع الحالات تم توقعها على أساس أن النظرية التي تصف تفاعلات الجسيمات يجب أن تكون نظرية مجال كمي مع بعض الإضافة تسمى مقياس الثبات.

ستأخذنا مناقشة أصل قواعد التشتت بعيدًا جدًا عن الاتجاه الرئيسي للكتاب - لكننا ما زلنا نرغب في إعادة التأكيد على أن القوانين الأساسية بسيطة جدًا: يتكون الكون من جسيمات تتحرك وتتفاعل وفقًا لـ مجموعة من قواعد الانتقال والتشتت. يمكننا استخدام هذه القواعد عند حساب احتمال أن "شيء ما" يحدث، بإضافة صفوف من وجوه الساعة ، بحيث تتوافق كل ساعة مع كل طريقة "شيء ما" قد يحدث .

أصل الكتلة

بالقول إن الجسيمات يمكن أن تقفز من نقطة إلى نقطة وتشتت ، ندخل عالم نظرية المجال الكمومي. عمليًا كل ما تفعله هو الانتقال والتبدد. ومع ذلك ، لم نذكر الكتلة حتى الآن ، لأننا قررنا ترك الأكثر إثارة للاهتمام إلى النهاية.

فيزياء الجسيمات الحديثة مدعوة للإجابة على سؤال أصل الكتلة وتعطيها بمساعدة فرع جميل ومدهش من الفيزياء المرتبط بجسيم جديد. علاوة على ذلك ، فهو جديد ليس فقط بمعنى أننا لم نلتقِ به بعد على صفحات هذا الكتاب ، ولكن أيضًا لأنه في الواقع لم يقابله أحد "وجهًا لوجه" حتى الآن. يسمى هذا الجسيم بوزون هيغز ، والمصادم LHC قريب من العثور عليه. بحلول سبتمبر 2011 ، عندما نكتب هذا الكتاب ، لوحظ جسم غريب مشابه لبوزون هيغز في مصادم الهادرونات الكبير ، ولكن حتى الآن لم تحدث أحداث كافية لتقرير ما إذا كان كذلك أم لا. ربما كانت هذه مجرد إشارات مثيرة للاهتمام اختفت بعد مزيد من الفحص. إن مسألة أصل الكتلة ملحوظة بشكل خاص من حيث أن الإجابة عليها ذات قيمة تتجاوز رغبتنا الواضحة في معرفة ماهية الكتلة. دعونا نحاول شرح هذه الجملة الغامضة والغريبة إلى حد ما بمزيد من التفصيل.

عندما تحدثنا عن الفوتونات والإلكترونات في الديناميكا الكهربائية الكمية ، قدمنا قاعدة انتقالية لكل منهما ولاحظنا أن هذه القواعد مختلفة: للإلكترون المرتبط بالانتقال من نقطة لكنبالضبط فياستخدمنا الرمز ف (أ ، ب)، وللقاعدة المقابلة المرتبطة بالفوتون ، الرمز مختبر).حان الوقت للنظر في مدى اختلاف القواعد في هاتين الحالتين. الاختلاف ، على سبيل المثال ، هو أن الإلكترونات تنقسم إلى نوعين (كما نعلم ، "تدور" بإحدى طريقتين مختلفتين) ، والفوتونات مقسمة إلى ثلاثة ، لكن هذا التمييز لن يثير اهتمامنا الآن. سوف ننتبه لشيء آخر: للإلكترون كتلة ، لكن الفوتون ليس كذلك. هذا ما سوف نستكشفه.

على التين. يوضح الشكل 11.4 أحد الخيارات ، كيف يمكننا تمثيل انتشار الجسيم بالكتلة. الجسيم في الشكل يقفز من نقطة لكنبالضبط فيعلى عدة مراحل. تذهب من النقطة لكنإلى النقطة 1 ، من النقطة 1 إلى النقطة 2 ، وهكذا ، حتى تنتقل أخيرًا من النقطة 6 إلى النقطة في. من المثير للاهتمام ، في هذا الشكل ، أن قاعدة كل قفزة هي قاعدة الجسيم ذي الكتلة الصفرية ، ولكن مع تحذير واحد مهم: في كل مرة يغير فيها الجسيم اتجاهه ، يجب أن نطبق قاعدة جديدة لتقليل الساعة ، و كمية النقص تتناسب عكسيا مع كتلة الجزيئات الموصوفة. هذا يعني أنه في كل تغيير للساعة ، تقل حدة الساعات المرتبطة بالجسيمات الثقيلة بشكل أقل حدة من الساعات المرتبطة بالجسيمات الأخف. من المهم التأكيد على أن هذه القاعدة نظامية.

أرز. 11.4. جسيم ضخم يتحرك من نقطة لكنبالضبط في

يتبع كل من التعرج وتقلص الساعة مباشرة قواعد فاينمان لانتشار جسيم ضخم دون أي افتراضات أخرى. على التين. يوضح الشكل 11.4 طريقة واحدة فقط ليصطدم الجسيم من نقطة لكنبالضبط في- بعد ست دورات وستة تخفيضات. للحصول على وجه الساعة الأخير مرتبط بجسيم ضخم يمر من نقطة ما لكنبالضبط في، يجب علينا ، كما هو الحال دائمًا ، إضافة عدد لا حصر له من وجوه الساعة المرتبطة بكل الطرق الممكنة التي يمكن للجسيم من خلالها أن يجعل مساره المتعرج من النقطة لكنبالضبط في. أسهل طريقة هي المسار المستقيم بدون أي منعطفات ، ولكن عليك أيضًا أن تأخذ في الاعتبار الطرق التي بها عدد كبير من المنعطفات.

بالنسبة للجسيمات ذات الكتلة الصفرية ، يكون عامل الاختزال المرتبط بكل دوران مميتًا لأنه غير محدود. بمعنى آخر ، بعد المنعطف الأول ، نقوم بتقليل الاتصال الهاتفي إلى الصفر. وبالتالي ، بالنسبة للجسيمات التي ليس لها كتلة ، فإن المسار المباشر فقط هو المهم - المسارات الأخرى ببساطة لا تتوافق مع أي وجه ساعة. هذا هو بالضبط ما توقعناه: بالنسبة للجسيمات بدون كتلة ، يمكننا استخدام قاعدة القفز. ومع ذلك ، بالنسبة للجسيمات ذات الكتلة غير الصفرية ، يُسمح بالدوران ، على الرغم من أنه إذا كان الجسيم خفيفًا جدًا ، فإن عامل الاختزال يفرض حق النقض (الفيتو) الشديد على المسارات مع العديد من المنعطفات.

وبالتالي ، فإن المسارات الأكثر احتمالا تحتوي على عدد قليل من المنعطفات. على العكس من ذلك ، لا تواجه الجسيمات الثقيلة عامل اختزال أكثر من اللازم عند الدوران ، لذلك يتم وصفها غالبًا بمسارات متعرجة. لذلك ، يمكننا أن نفترض أن الجسيمات الثقيلة يمكن اعتبارها جسيمات عديمة الكتلة تتحرك من نقطة لكنبالضبط فيمتعرج. عدد المتعرجات هو ما نسميه "الكتلة".

كل هذا رائع لأن لدينا الآن طريقة جديدة لتمثيل الجسيمات الضخمة. على التين. يوضح الشكل 11.5 انتشار ثلاثة جسيمات مختلفة مع زيادة الكتلة من نقطة ما لكنبالضبط في. في جميع الحالات ، القاعدة المرتبطة بكل "متعرج" في مسارها هي نفسها قاعدة الجسيم بدون كتلة ، ولكل دور عليك أن تدفع مع انخفاض في وجه الساعة. لكن لا تتحمس كثيرًا: لم نوضح أي شيء أساسي حتى الآن. كل ما تم القيام به حتى الآن هو استبدال كلمة "كتلة" بعبارة "ميل متعرج". يمكن القيام بذلك لأن كلا الخيارين هما أوصاف مكافئة رياضياً لانتشار جسيم هائل. ولكن حتى مع وجود مثل هذه القيود ، تبدو استنتاجاتنا مثيرة للاهتمام ، والآن نتعلم أن هذا ، كما تبين ، ليس مجرد فضول رياضي.

أرز. 11.5. تتحرك الجسيمات ذات الكتلة المتزايدة من نقطة لكنبالضبط في. كلما زادت كتلة الجسيم ، ازدادت خطوط التعرج في حركته

تقدم سريعًا إلى عالم المضاربة - على الرغم من أنه بحلول الوقت الذي تقرأ فيه هذا الكتاب ، قد تكون النظرية قد تم تأكيدها بالفعل.

في الوقت الحالي ، تحدث تصادمات بروتونات بطاقة إجمالية قدرها 7 إلكترون فولت في مصادم الهادرونات الكبير. TeV هو تيرا إلكترون فولت ، وهو يتوافق مع الطاقة التي يمكن أن يمتلكها الإلكترون إذا مر عبر فرق جهد قدره 7،000،000 مليون فولت. للمقارنة ، لاحظ أن هذه هي الطاقة التي تمتلكها الجسيمات دون الذرية تقريبًا على تريليون من الثانية بعد الانفجار العظيم ، وهذه الطاقة كافية لتكوين كتلة مباشرة من الهواء ، تعادل كتلة 7000 بروتون (وفقًا لأينشتاين. معادلة ه = مك²). وهذا يمثل نصف الطاقة المحسوبة فقط: إذا لزم الأمر ، يمكن للمصادم LHC تشغيل سرعات أعلى.

أحد الأسباب الرئيسية لتوحيد 85 دولة حول العالم لإنشاء وإدارة هذه التجربة الجريئة العملاقة هو الرغبة في إيجاد الآلية المسؤولة عن تكوين كتلة الجسيمات الأساسية. الفكرة الأكثر شيوعًا عن أصل الكتلة هي ارتباطها بالتعرجات وتؤسس جسيمًا أساسيًا جديدًا "تصطدم" به الجسيمات الأخرى في حركتها عبر الكون. هذا الجسيم هو بوزون هيغز. وفقًا للنموذج القياسي ، بدون بوزون هيغز ، ستقفز الجسيمات الأساسية من مكان إلى آخر دون أي متعرجات ، وسيكون الكون مختلفًا تمامًا. ولكن إذا ملأنا الفضاء الفارغ بجزيئات هيغز ، فإنها يمكن أن تنحرف الجسيمات ، مما يجعلها متعرجة ، الأمر الذي ، كما أسلفنا بالفعل ، يؤدي إلى ظهور "الكتلة". يشبه الأمر المشي عبر شريط مزدحم: يتم دفعك من اليسار إلى اليمين ، وعمليًا تتعرج في طريقك إلى البار.

أخذت آلية هيجز اسمها من مُنظِّر إدنبرة بيتر هيغز. تم إدخال هذا المفهوم في فيزياء الجسيمات في عام 1964. كانت الفكرة واضحة في الهواء ، لأنه تم التعبير عنها في نفس الوقت من قبل العديد من الأشخاص في وقت واحد: أولاً ، بالطبع ، هيغز نفسه ، وكذلك روبرت براوت وفرانسوا إنجلر ، الذي عمل في بروكسل ، ولندن جيرالد جورالنيك ، كارل هاغان وتوم كيبل. استند عملهم بدوره إلى أعمال سابقة للعديد من أسلافهم ، بما في ذلك فيرنر هايزنبرغ ويويشيرو نامبو وجيفري غولدستون وفيليب أندرسون وستيفن واينبرغ. الفهم الكامل لهذه الفكرة التي حصل عليها في عام 1979 شيلدون جلاشو وعبد السلام ووينبرغ جائزة نوبل، ليس سوى النموذج القياسي لفيزياء الجسيمات. الفكرة في حد ذاتها بسيطة للغاية: الفضاء الفارغ ليس فارغًا في الواقع ، مما يؤدي إلى حركة متعرجة وظهور كتلة. لكن من الواضح أنه لا يزال لدينا الكثير لشرحه. كيف اتضح أن الفضاء الفارغ امتلأ فجأة بجزيئات هيغز - ألم نلاحظ ذلك عاجلاً؟ وكيف نشأت هذه الحالة الغريبة؟ لا يبدو الاقتراح بالفعل باهظًا إلى حد ما. بالإضافة إلى ذلك ، لم نوضح سبب عدم وجود كتلة لبعض الجسيمات (على سبيل المثال ، الفوتونات) ، في حين أن البعض الآخر ( دبليوالبوزونات والكواركات العلوية) لها كتلة مماثلة لكتلة ذرة من الفضة أو الذهب.

السؤال الثاني أسهل في الإجابة عن السؤال الأول ، على الأقل للوهلة الأولى. تتفاعل الجسيمات مع بعضها البعض فقط وفقًا لقاعدة التشتت ؛ لا تختلف جسيمات هيغز في هذا الصدد. تشير قاعدة التشتت للكوارك العلوي إلى احتمال اندماجه مع جسيم هيغز ، والتناقص المقابل في وجه الساعة (تذكر أنه في ظل جميع قواعد التشتت يوجد عامل تناقص) سيكون أقل أهمية بكثير مما في حالة الأخف. جسيمات دون الذرية. هذا هو السبب في أن كوارك القمة أكبر بكثير من كوارك القمة. ومع ذلك ، هذا ، بالطبع ، لا يفسر سبب كون قاعدة التشتت هي ذلك فقط. في العلم الحديثالجواب على هذا السؤال محبط: "لأن". هذا السؤال مشابه للآخرين: "لماذا بالضبط ثلاثة أجيال من الجسيمات؟" و "لماذا الجاذبية ضعيفة جدًا؟" وبالمثل ، لا توجد قاعدة تشتت للفوتونات تسمح لها بالاقتران مع جسيمات هيغز ، ونتيجة لذلك ، فإنها لا تتفاعل معها. وهذا بدوره يؤدي إلى حقيقة أنها ليست متعرجة وليس لها كتلة. على الرغم من أنه يمكننا القول إننا قد أعفينا أنفسنا من المسؤولية ، إلا أن هذا لا يزال على الأقل بعض التفسير. ومن المؤكد أنه من الآمن أن نقول إنه إذا كان بإمكان المصادم LHC المساعدة في اكتشاف بوزونات هيغز والتأكد من أنها تقترن بالفعل بجزيئات أخرى بهذه الطريقة ، فيمكننا أن نقول بأمان أننا وجدنا طريقة رائعة لإلقاء نظرة على كيفية عمل الطبيعة.

من الصعب الإجابة على أول أسئلتنا إلى حد ما. تذكر أننا كنا نتساءل: كيف حدث أن امتلأ الفضاء الفارغ بجزيئات هيغز؟ للإحماء ، دعنا نقول هذا: تقول فيزياء الكم أنه لا يوجد شيء اسمه الفضاء الفارغ. ما نسميه كذلك هو دوامة هائجة من الجسيمات دون الذرية ، لا سبيل للتخلص منها. مع أخذ ذلك في الاعتبار ، نحن مرتاحون أكثر لفكرة أن الفضاء الفارغ يمكن أن يكون مليئًا بجزيئات هيغز. لكن أول الأشياء أولاً.

تخيل قطعة صغيرة من الفضاء بين النجوم ، زاوية منعزلة من الكون تبعد ملايين السنين الضوئية عن أقرب مجرة. بمرور الوقت ، اتضح أن الجسيمات تظهر باستمرار من العدم وتختفي إلى العدم. لماذا ا؟ الحقيقة هي أن القواعد تسمح بعملية تكوين وإبادة الجسيم المضاد. يمكن العثور على مثال في الرسم التخطيطي السفلي للشكل. 10.5: تخيل أنه ليس بها شيء سوى حلقة إلكترونية. الآن يتوافق الرسم البياني مع الظهور المفاجئ والاختفاء اللاحق لزوج الإلكترون والبوزيترون. نظرًا لأن رسم الحلقة لا ينتهك أيًا من قواعد الديناميكا الكهربية الكمية ، يجب أن ندرك أن هذا احتمال حقيقي: تذكر ، أي شيء يمكن أن يحدث ، يحدث. هذه الفرصة الخاصة ليست سوى واحدة من عدد لانهائيخيارات للحياة المضطربة للفضاء الفارغ ، وبما أننا نعيش في كون كمومي ، فمن الصحيح أن نلخص كل هذه الاحتمالات. بعبارة أخرى ، فإن بنية الفراغ غنية بشكل لا يصدق وتتألف من جميع الطرق الممكنة التي تظهر بها الجسيمات وتختفي.

في الفقرة الأخيرة ، ذكرنا أن الفراغ ليس فارغًا ، لكن صورة وجوده تبدو ديمقراطية تمامًا: كل الجسيمات الأولية تلعب دورها. ما الذي يجعل بوزون هيغز مميزًا جدًا؟ إذا كان الفراغ مجرد أرض خصبة لخلق وإبادة أزواج المادة المضادة ، فإن كل الجسيمات الأولية ستظل صفرية الكتلة: الحلقات الكمومية نفسها لا تولد كتلة. لا ، أنت بحاجة لملء الفراغ بشيء آخر ، وهنا يأتي دور حمولة شاحنة كاملة من جزيئات هيغز. لقد افترض بيتر هيغز ببساطة أن الفضاء الفارغ مليء بالجسيمات ، دون الشعور بأنه مضطر إلى الخوض في تفسيرات عميقة لسبب ذلك. تخلق جسيمات هيغز في الفراغ آلية متعرجة ، وتتفاعل باستمرار ، دون راحة ، مع كل جسيم ضخم في الكون ، مما يؤدي بشكل انتقائي إلى إبطاء حركتها وتكوين كتلة. النتيجة الإجمالية للتفاعلات بين المادة العادية والفراغ المملوء بجزيئات هيغز هي أن العالم الذي لا شكل له يصبح متنوعًا ورائعًا ، تسكنه النجوم والمجرات والأشخاص.

بالطبع ، يظهر سؤال جديد: من أين أتت بوزونات هيغز؟ لا تزال الإجابة غير معروفة ، لكن يُعتقد أن هذه هي بقايا ما يسمى بمرحلة الانتقال ، والتي حدثت بعد فترة وجيزة من الانفجار العظيم. إذا كنت تحدق في جزء من النافذة لفترة كافية في أمسية شتوية عندما يصبح الجو أكثر برودة ، فسترى الكمال المنظم لبلورات الجليد يظهر كما لو كان بفعل السحر من بخار الماء في هواء الليل. يعتبر الانتقال من بخار الماء إلى الجليد على الزجاج البارد مرحلة انتقالية حيث تتحول جزيئات الماء إلى بلورات ثلجية ؛ هذا كسر تلقائي لتماثل سحابة بخار عديمة الشكل بسبب انخفاض درجة الحرارة. تتشكل بلورات الجليد لأنها مواتية بقوة. عندما تتدحرج الكرة أسفل جبل لتصل إلى حالة طاقة منخفضة أدناه ، حيث تعيد الإلكترونات ترتيب نفسها حول نوى ذرية لتشكيل الروابط التي تربط الجزيئات معًا ، وبالتالي فإن جمال ندفة الثلج المحفور هو تكوين أقل للطاقة لجزيئات الماء من جزيئات الماء عديمة الشكل. سحابة بخار.

نعتقد أن شيئًا مشابهًا حدث في بداية تاريخ الكون. كان الكون الوليد عبارة عن جزيئات غازية ساخنة في البداية ، ثم تمدد وتبريد ، واتضح أن الفراغ بدون بوزونات هيغز اتضح أنه غير ملائم للطاقة ، وأصبحت حالة الفراغ المليئة بجزيئات هيغز طبيعية. هذه العملية ، في الواقع ، تشبه تكثيف الماء إلى قطرات أو ثلج على زجاج بارد. يعطي التكوين التلقائي لقطرات الماء أثناء تكثيفها على الزجاج البارد الانطباع بأنها تشكلت ببساطة "من العدم". هذا هو الحال مع بوزونات هيغز: في المراحل الحارة بعد الانفجار العظيم مباشرة ، ظهر الفراغ بتقلبات كمومية عابرة (ممثلة بحلقات في مخططات فاينمان): ظهرت الجسيمات والجسيمات المضادة من العدم واختفت مرة أخرى إلى اللامكان. ولكن بعد ذلك ، عندما برد الكون ، حدث شيء خطير: فجأة ، من العدم ، مثل قطرة ماء على الزجاج ، كان هناك "مكثف" من جسيمات هيغز ، التي كانت في البداية متماسكة معًا بالتفاعل ، متحدًا في فترة قصيرة العمر معلق تنتشر من خلاله الجسيمات الأخرى.

فكرة أن الفراغ ممتلئ بالمواد توحي بأننا ، مثل كل شيء آخر في الكون ، نعيش داخل مكثف عملاق نشأ عندما برد الكون ، كما يفعل ندى الصباح عند الفجر. لئلا نعتقد أن الفراغ قد اكتسب المحتوى فقط نتيجة لتكثيف بوزونات هيغز ، فإننا نشير إلى أنه لا يوجد فقط في الفراغ. مع زيادة تبريد الكون ، تكثفت الكواركات والجلوونات أيضًا ، ولم يكن مفاجئًا أن يتضح أن الكواركات والغلوونات تتكاثف. تم إثبات وجود هذين الأمرين بشكل تجريبي ، ويلعبان دورًا مهمًا للغاية في فهمنا للقوة النووية القوية. في الواقع ، بسبب هذا التكثيف ، ظهرت معظم كتلة البروتونات والنيوترونات. وبالتالي ، أدى فراغ هيغز في النهاية إلى خلق كتل الجسيمات الأولية التي نلاحظها - الكواركات ، والإلكترونات ، والتاو ، دبليو- و ض-حبيبات. يأتي دور مكثف الكوارك عندما يتعلق الأمر بشرح ما يحدث عندما تتحد العديد من الكواركات لتكوين بروتون أو نيوترون. ومن المثير للاهتمام ، في حين أن آلية هيغز ذات قيمة قليلة نسبيًا في تفسير كتل البروتونات والنيوترونات والنواة الذرية الثقيلة ، لتفسير الكتل. دبليو- و ض- الجسيمات مهم جدا. بالنسبة لهم ، فإن مكثفات الكوارك والغلون في غياب جسيم هيغز ستخلق كتلة تبلغ حوالي 1 جيجا إلكترون فولت ، لكن كتل هذه الجسيمات التي تم الحصول عليها تجريبياً أعلى بحوالي 100 مرة. تم تصميم LHC للعمل في منطقة الطاقة دبليو- و ض-الجزيئات لمعرفة الآلية المسؤولة عن كتلتها الكبيرة نسبيًا. أي نوع من الآلية - بوزون هيغز الذي طال انتظاره أو شيء لم يكن أحد يفكر فيه - فقط تصادمات الوقت والجسيمات ستظهر.

دعونا نخفف المنطق ببعض الأرقام المذهلة: الطاقة الموجودة في 1 م 3 من الفضاء الفارغ نتيجة لتكثيف الكواركات والغلوونات هي 1035 جول ، والطاقة الناتجة عن تكثيف جسيمات هيغز هي 100 مرة أخرى. إنهما معًا يساويان كمية الطاقة التي تنتجها شمسنا في 1000 عام. بتعبير أدق ، إنها طاقة "سلبية" لأن الفراغ في مستوى أقل حالة الطاقةمن الكون الذي لا يحتوي على أي جسيمات. الطاقة السالبة هي الطاقة الرابطة التي تصاحب تكوين المكثفات وليست بأي حال غامضة في حد ذاتها. ليس الأمر أكثر إثارة للدهشة من حقيقة أن غلي الماء يتطلب طاقة (وعكس انتقال الطور من بخار إلى سائل).

لكن لا يزال هناك لغز: مثل هذه الكثافة العالية للطاقة السلبية لكل متر مربع من الفضاء الفارغ يجب أن تجلب في الواقع مثل هذا الدمار للكون بحيث لا تظهر النجوم ولا الناس. سيتحرك الكون بعيدًا عن بعضه البعض بعد لحظات من الانفجار العظيم. هذا ما سيحدث إذا أخذنا تنبؤات تكثيف الفراغ من فيزياء الجسيمات وأضفناها مباشرة إلى معادلات الجاذبية لأينشتاين ، وقمنا بتطبيقها على الكون بأكمله. يُعرف هذا اللغز الشرير بمشكلة الثابت الكوني. في الواقع ، هذه واحدة من المشاكل المركزية للفيزياء الأساسية. تذكرنا أنه يجب على المرء أن يكون حذرًا للغاية عند ادعاء الفهم الكامل لطبيعة الفراغ و / أو الجاذبية. حتى نفهم شيئًا أساسيًا جدًا.

في هذه الجملة ، ننهي القصة ، لأننا وصلنا إلى حدود معرفتنا. منطقة المعروف ليست ما يعمل به عالم البحث. تشتهر نظرية الكم ، كما أشرنا في بداية الكتاب ، بكونها معقدة وغريبة بصراحة ، لأنها تسمح تقريبًا بأي سلوك للجسيمات المادية. لكن كل ما وصفناه ، باستثناء هذا الفصل الأخير ، معروف ومفهوم جيدًا. بعد لا الفطرة السليمة، والأدلة ، توصلنا إلى نظرية يمكن أن تصف كمية كبيرةالظواهر - من الأشعة المنبعثة من الذرات الساخنة إلى الاندماج النووي في النجوم. الاستخدام العمليأدت هذه النظرية إلى أهم اختراق تكنولوجي في القرن العشرين - ظهور الترانزستور ، وسيكون تشغيل هذا الجهاز غير مفهوم تمامًا بدون نهج كمي للعالم.

لكن نظرية الكم هي أكثر بكثير من مجرد انتصار للتفسير. نتيجة التزاوج القسري بين نظرية الكم والنسبية ، ظهرت المادة المضادة كضرورة نظرية تم اكتشافها بالفعل بعد ذلك. كان السبين ، الخاصية الأساسية للجسيمات دون الذرية التي تقوم على استقرار الذرات ، في الأصل أيضًا تنبؤًا نظريًا كان مطلوبًا حتى تكون النظرية مستقرة. والآن ، في القرن الكمي الثاني ، يتجه مصادم الهادرونات الكبير إلى المجهول لاستكشاف الفراغ نفسه. هذا ما هو عليه التقدم العلمي: الخلق الدائم والدقيق لمجموعة من التفسيرات والتنبؤات التي تغير حياتنا في النهاية. هذا ما يميز العلم عن كل شيء آخر. العلم ليس مجرد وجهة نظر مختلفة ، فهو يعكس واقعًا من الصعب تخيله حتى مع الخيال الأكثر تشويشًا وسريالية. العلم هو دراسة الواقع ، وإذا كان الواقع سرياليًا فهو كذلك. نظرية الكم هي أفضل مثال على قوة الطريقة العلمية. لا يمكن لأحد أن يبتكرها بدون أكثر التجارب الممكنة دقة وتفصيلاً ، وكان علماء الفيزياء النظرية الذين ابتكروها قادرين على تنحية أفكارهم المريحة العميقة الجذور عن العالم من أجل شرح الأدلة أمامهم. ربما يكون سر طاقة الفراغ هو دعوة إلى رحلة كمومية جديدة ؛ ربما سيوفر المصادم LHC بيانات جديدة لا يمكن تفسيرها ؛ ربما يتضح أن كل شيء يحتويه هذا الكتاب مجرد تقريب لصورة أعمق بكثير - وتستمر رحلة مذهلة لفهم كوننا الكمومي.

عندما كنا نفكر للتو في هذا الكتاب ، جادلنا لبعض الوقت في كيفية الانتهاء منه. أردت أن أجد انعكاسًا للقوة الفكرية والعملية لنظرية الكم ، والتي من شأنها أن تقنع حتى القارئ الأكثر تشككًا بأن العلم يعكس حقًا ما يحدث في العالم بكل التفاصيل. اتفق كلانا على وجود مثل هذا الانعكاس ، على الرغم من أنه يتطلب بعض الفهم للجبر. لقد بذلنا قصارى جهدنا للتفكير دون التفكير مليًا في المعادلات ، ولكن لا توجد طريقة لتجنب ذلك هنا ، لذلك فإننا على الأقل نقدم تحذيرًا. لذلك ينتهي كتابنا هنا ، حتى لو كنت ترغب في الحصول على المزيد. في الخاتمة - الدليل الأكثر إقناعًا ، في رأينا ، لقوة نظرية الكم. حظًا سعيدًا - أتمنى لك رحلة موفقة.

خاتمة: موت النجوم

عندما تموت ، ينتهي الأمر بالعديد من النجوم على شكل كرات فائقة الكثافة من المادة النووية متشابكة مع العديد من الإلكترونات. هذه هي الأقزام البيضاء المزعومة. سيكون هذا هو مصير شمسنا عندما ينفد الوقود النووي في حوالي 5 مليارات سنة ، ومصير أكثر من 95٪ من النجوم في مجرتنا. باستخدام قلم وورقة وقليل من رأسك فقط ، يمكنك حساب أكبر كتلة ممكنة من هذه النجوم. هذه الحسابات ، التي أجراها سوبرامانيان شاندراسيخار لأول مرة في عام 1930 ، باستخدام نظرية الكم والنسبية ، قدمت تنبؤين واضحين. أولاً ، كان تنبؤًا بوجود الأقزام البيضاء - كرات من المادة ، والتي ، وفقًا لمبدأ باولي ، يتم إنقاذها من الدمار بفعل قوة جاذبيتها. ثانيًا ، إذا نظرنا بعيدًا عن قطعة من الورق بها كل أنواع الخربشات النظرية ونظرنا إلى سماء الليل ، فإننا مطلقالن نرى قزمًا أبيض كتلته تزيد عن 1.4 مرة كتلة شمسنا. كل من هذه الافتراضات جريئة بشكل لا يصدق.

اليوم ، قام علماء الفلك بالفعل بتصنيف حوالي 10000 من الأقزام البيضاء. كتلة معظمهم تقارب 0.6 كتلة شمسية ، وأكبر كتلة مسجلة هي أقل قليلا 1.4 كتل شمسية. هذا الرقم ، 1.4 ، دليل على انتصار الطريقة العلمية. يعتمد على فهم الفيزياء النووية ، فيزياء الكمونظرية النسبية الخاصة لأينشتاين - الركائز الثلاث لفيزياء القرن العشرين. يتطلب حسابه أيضًا الثوابت الأساسية للطبيعة ، والتي سبق أن واجهناها في هذا الكتاب. بنهاية الخاتمة ، سنكتشف أن الحد الأقصى للكتلة يتحدد حسب النسبة

انظر بعناية إلى ما كتبناه: تعتمد النتيجة على ثابت بلانكوسرعة الضوء وثابت الجاذبية لنيوتن وكتلة البروتون. إنه لأمر مدهش أنه يمكننا التنبؤ بأكبر كتلة لنجم محتضر باستخدام مجموعة من الثوابت الأساسية. التركيبة الثلاثية من الجاذبية والنسبية وكمية الفعل التي تظهر في المعادلة ( hc / g) ½ تسمى كتلة بلانك ، وعند استبدال الأرقام ، اتضح أنها تساوي حوالي 55 ميكروغرام ، أي كتلة حبة الرمل. لذلك ، من الغريب أن يتم حساب حد Chandrasekhar باستخدام كتلتين - حبة رمل وبروتون. من هذه الكميات الضئيلة ، تتشكل وحدة أساسية جديدة من كتلة الكون - كتلة النجم المحتضر. يمكننا المضي قدمًا في شرح كيفية الحصول على حد Chandrasekhar ، ولكن بدلاً من ذلك سنذهب إلى أبعد من ذلك بقليل: سنصف الحسابات الفعلية ، لأنها الجزء الأكثر إثارة للاهتمام في العملية. لن نحصل على نتيجة دقيقة (1.4 كتلة شمسية) ، لكننا سنقترب منها ونرى كيف يتوصل الفيزيائيون المحترفون إلى استنتاجات عميقة من خلال سلسلة من الحركات المنطقية المدروسة بعناية ، مع الإشارة باستمرار إلى المبادئ الفيزيائية المعروفة. لن يكون عليك في أي وقت أن تأخذ كلمتنا على محمل الجد. مع الحفاظ على هدوئك ، سوف نقترب ببطء وبلا هوادة من استنتاجات مذهلة للغاية.

لنبدأ بالسؤال: ما هو النجم؟ يمكن أن يقال دون خطأ أن الكون المرئييتكون من الهيدروجين والهيليوم ، وهما أكثر اثنين عناصر بسيطةتشكلت في الدقائق القليلة الأولى بعد الانفجار العظيم. بعد حوالي نصف مليار سنة من التوسع ، أصبح الكون باردًا بدرجة كافية بحيث تبدأ المناطق الأكثر كثافة في السحب الغازية في التجمع معًا تحت تأثير جاذبيتها. كانت هذه أولى بدائل المجرات ، وفي داخلها ، حول "الكتل" الأصغر ، بدأت النجوم الأولى في التكون.

أصبح الغاز في هذه النجوم النموذجية أكثر سخونة مع انهيارها ، كما يعلم أي شخص لديه مضخة دراجة: يسخن الغاز عند ضغطه. عندما تصل درجة حرارة الغاز إلى حوالي 100000 ، لم يعد بالإمكان الاحتفاظ بالإلكترونات في مدارات حول نوى الهيدروجين والهيليوم ، وتتحلل الذرات لتشكل بلازما ساخنة مكونة من نوى وإلكترونات. يحاول الغاز الساخن التمدد ، ويقاوم المزيد من الانهيار ، ولكن مع وجود كتلة كافية ، تتولى الجاذبية زمام الأمور.

نظرًا لأن البروتونات لها شحنة كهربائية موجبة ، فإنها تتنافر. لكن الانهيار التثاقلي يكتسب زخمًا ، وتستمر درجة الحرارة في الارتفاع ، وتبدأ البروتونات في التحرك بشكل أسرع وأسرع. بمرور الوقت ، عند درجة حرارة تصل إلى عدة ملايين درجة ، ستتحرك البروتونات بأسرع ما يمكن وتقترب من بعضها البعض حتى تسود القوة النووية الضعيفة. عندما يحدث هذا ، يمكن أن يتفاعل بروتونان مع بعضهما البعض: يتحول أحدهما تلقائيًا إلى نيوترون ، ويصدر في نفس الوقت بوزيترونًا ونيوترينوًا (تمامًا كما هو موضح في الشكل 11.3). بعد التحرر من قوة التنافر الكهربائي ، يندمج البروتون والنيوترون نتيجة تفاعل نووي قوي ، مكونين الديوترون. يطلق هذا كمية هائلة من الطاقة لأنه ، تمامًا مثل تكوين جزيء الهيدروجين ، يؤدي ربط شيء ما معًا إلى إطلاق طاقة.

يطلق اندماج بروتون واحد القليل جدًا من الطاقة وفقًا للمعايير اليومية. يندمج مليون زوج من البروتونات معًا لإنتاج طاقة مساوية للطاقة الحركية لبعوضة أثناء الطيران ، أو طاقة مصباح 100 واط في نانوثانية. لكن على المستوى الذري ، هذه كمية هائلة. تذكر أيضًا أننا نتحدث عن اللب الكثيف لسحابة غازية منهارة ، حيث يصل عدد البروتونات لكل 1 سم مكعب إلى 1026. إذا اندمجت جميع البروتونات في سنتيمتر مكعب في الديوترونات ، فسيتم إطلاق 10¹³ جول من الطاقة - ما يكفي لتلبية الاحتياجات السنوية لمدينة صغيرة.

اندماج بروتونين في الديوترون هو بداية الاندماج الجامح. يسعى هذا الديوترون نفسه إلى الاندماج مع بروتون ثالث ، مكونًا نظيرًا أخف من الهليوم (الهليوم -3) وينبعث منه فوتونًا ، ثم تقترن نوى الهليوم هذه وتندمج في الهيليوم العادي (الهيليوم -4) مع انبعاث بروتونين . في كل مرحلة من مراحل التوليف ، يتم إطلاق المزيد والمزيد من الطاقة. بالإضافة إلى ذلك ، فإن البوزيترون ، الذي ظهر في بداية سلسلة التحولات ، يندمج بسرعة أيضًا مع إلكترون في البلازما المحيطة ، مكونًا زوجًا من الفوتونات. يتم توجيه كل هذه الطاقة المنبعثة إلى غاز ساخن من الفوتونات والإلكترونات والنوى ، والذي يقاوم ضغط المادة ويوقف الانهيار التثاقلي. هذا هو النجم: الاندماج النووي يحرق الوقود النووي بداخله ، ويخلق ضغطًا خارجيًا يعمل على استقرار النجم ، ويمنع حدوث انهيار الجاذبية.

بالطبع بمجرد نفاد وقود الهيدروجين ، لأن كميته محدودة. إذا توقفت الطاقة عن إطلاقها ، يتوقف الضغط الخارجي ، وتعود الجاذبية إلى مكانها مرة أخرى ، ويستأنف النجم انهياره المتأخر. إذا كان النجم ضخمًا بدرجة كافية ، يمكن أن يسخن قلبه إلى حوالي 100،000،000. في هذه المرحلة ، يشتعل الهيليوم - وهو منتج ثانوي لاحتراق الهيدروجين - ويبدأ اندماجه ، مكونًا الكربون والأكسجين ، ويتوقف الانهيار التثاقلي مرة أخرى.

ولكن ماذا يحدث إذا لم يكن النجم ضخمًا بما يكفي لبدء اندماج الهيليوم؟ حدث شيء مثير للدهشة مع النجوم التي تقل كتلتها عن نصف كتلة شمسنا. عندما يتقلص النجم ، فإنه يسخن ، ولكن حتى قبل أن يصل اللب إلى 100.000.000 ، هناك شيء ما يوقف الانهيار. هذا الشيء هو ضغط الإلكترونات التي تحترم مبدأ باولي. كما نعلم بالفعل ، فإن مبدأ باولي حيوي لفهم كيف تظل الذرات مستقرة. إنها تكمن وراء خصائص المادة. وإليكم ميزة أخرى لها: فهي تشرح وجود نجوم مضغوطة لا تزال موجودة ، على الرغم من أنها عملت بالفعل على إنتاج كل الوقود النووي. كيف يعمل؟

عندما يتقلص النجم ، تبدأ الإلكترونات الموجودة بداخله في شغل حجم أصغر. يمكننا تمثيل إلكترون النجم من خلال زخمه ص، وبالتالي ربطه بالطول الموجي لـ de Broglie ، ح / ع. تذكر أنه لا يمكن وصف الجسيم إلا بواسطة حزمة موجية تكون على الأقل بحجم الطول الموجي المرتبط بها. هذا يعني أنه إذا كان النجم كثيفًا بدرجة كافية ، فيجب أن تتداخل الإلكترونات مع بعضها البعض ، أي لا يمكن اعتبارها موصوفة بواسطة حزم الموجة المعزولة. وهذا بدوره يعني أن تأثيرات ميكانيكا الكم ، ولا سيما مبدأ باولي ، مهمة لوصف الإلكترونات. تتكثف الإلكترونات حتى يبدأ إلكترونان في التظاهر باحتلال نفس الموضع ، ويقول مبدأ باولي أن الإلكترونات لا تستطيع القيام بذلك. وهكذا وفي النجم المحتضرتتجنب الإلكترونات بعضها البعض ، مما يساعد على التخلص من المزيد من انهيار الجاذبية.

هذا هو مصير النجوم الفاتحة. وماذا سيحدث للشمس والنجوم الأخرى ذات الكتلة المماثلة؟ تركناهم قبل بضع فقرات عندما قمنا بحرق الهيليوم في الكربون والهيدروجين. ماذا يحدث عندما ينفد الهيليوم أيضًا؟ سيتعين عليهم أيضًا أن يبدأوا في الانكماش تحت تأثير جاذبيتهم ، أي أن الإلكترونات ستتكثف. ومبدأ باولي ، كما هو الحال مع النجوم الفاتحة ، سيتدخل في النهاية ويوقف الانهيار. ولكن بالنسبة للنجوم الأكثر ضخامة ، فحتى مبدأ باولي ليس كلي القدرة. عندما يتقلص النجم وتتكثف الإلكترونات ، يسخن اللب وتبدأ الإلكترونات في التحرك بشكل أسرع وأسرع. في النجوم الثقيلة بدرجة كافية ، تقترب الإلكترونات من سرعة الضوء ، وبعد ذلك يحدث شيء جديد. عندما تبدأ الإلكترونات في التحرك بهذه السرعة ، ينخفض الضغط الذي تستطيع الإلكترونات تطويره لمقاومة الجاذبية ، ولن يعودوا قادرين على حل هذه المشكلة. إنهم ببساطة لم يعودوا قادرين على محاربة الجاذبية ووقف الانهيار. مهمتنا في هذا الفصل هي حساب متى سيحدث هذا ، وقد قمنا بالفعل بتغطية الأكثر إثارة للاهتمام. إذا كانت كتلة النجم أكبر بـ 1.4 مرة أو أكثر من كتلة الشمس ، فإن الإلكترونات تهزم وتفوز الجاذبية.

وهكذا تنتهي المراجعة التي ستكون بمثابة أساس حساباتنا. الآن يمكننا المضي قدمًا ، متناسين الاندماج النووي ، لأن النجوم المشتعلة تقع خارج نطاق اهتماماتنا. سنحاول فهم ما يحدث داخل النجوم الميتة. سنحاول فهم كيف يوازن الضغط الكمي للإلكترونات المكثفة قوة الجاذبية وكيف ينخفض هذا الضغط إذا تحركت الإلكترونات بسرعة كبيرة. وبالتالي ، فإن جوهر بحثنا هو المواجهة بين الجاذبية وضغط الكم.

على الرغم من أن كل هذا ليس مهمًا جدًا للحسابات اللاحقة ، لا يمكننا ترك كل شيء بمفردنا. مكان مثير للاهتمام. عندما ينهار نجم ضخم ، يترك له سيناريوهان. إذا لم يكن ثقيلًا جدًا ، فسيستمر في ضغط البروتونات والإلكترونات حتى يتم تصنيعها في النيوترونات. وهكذا ، يتحول بروتون واحد وإلكترون واحد تلقائيًا إلى نيوترون بانبعاث نيوترينو ، مرة أخرى بسبب القوة النووية الضعيفة. بطريقة مماثلة ، يتحول النجم بلا هوادة إلى كرة نيوترونية صغيرة. وفقًا للفيزيائي الروسي ليف لانداو ، يصبح النجم "نواة عملاقة واحدة". كتب لانداو هذا في مقالته حول نظرية النجوم عام 1932 ، والتي ظهرت مطبوعة في نفس الشهر الذي اكتشف فيه جيمس تشادويك النيوترون. ربما يكون من الجرأة أن نقول إن لانداو تنبأ بوجود نجوم نيوترونية ، لكنه بالتأكيد توقع شيئًا مشابهًا وبتبصر كبير. ربما ينبغي إعطاء الأولوية لوالتر بادي وفريتز زويكي ، اللذين كتبوا في عام 1933: "لدينا كل الأسباب للاعتقاد بأن المستعرات الأعظمية تمثل انتقالًا من النجوم العادية إلى النجوم النيوترونية، والتي تتكون في مراحل الوجود الأخيرة من نيوترونات شديدة الكثافة.

بدت هذه الفكرة سخيفة لدرجة أنه تم تقليدها في صحيفة لوس أنجلوس تايمز (انظر الشكل 12.1) ، وظلت النجوم النيوترونية تثير الفضول النظري حتى منتصف الستينيات.

في عام 1965 ، وجد أنتوني هيويش وصمويل أوكوي "دليلًا على مصدر غير عادي للسطوع الراديوي عالي الحرارة في سديم السرطان" ، على الرغم من عدم قدرتهما على تحديد المصدر على أنه نجم نيوتروني. تم التعرف على الهوية في عام 1967 بفضل يوسف شكلوفسكي ، وبعد فترة وجيزة ، بعد بحث أكثر تفصيلاً ، بفضل جوسلين بيل ونفس هيويش. يُطلق على أول مثال على أحد أكثر الأشياء غرابة في الكون النجم Hewish pulsar - Okoye. ومن المثير للاهتمام ، أن نفس المستعر الأعظم الذي أدى إلى ظهور النجم النابض Hewish-Okoye شوهد من قبل علماء الفلك قبل 1000 عام. لاحظ علماء الفلك الصينيون المستعر الأعظم الكبير عام 1054 ، وهو الأكثر إشراقًا في التاريخ المسجل ، وكما هو معروف من الفن الصخري الشهير ، من قبل سكان تشاكو كانيون في جنوب غرب الولايات المتحدة.

لم نتحدث بعد عن كيفية تمكن هذه النيوترونات من مقاومة الجاذبية ومنع المزيد من الانهيار ، ولكن ربما يمكنك أنت نفسك تخمين سبب حدوث ذلك. النيوترونات (مثل الإلكترونات) عبيد لمبدأ باولي. يمكنهم أيضًا إيقاف الانهيار ، والنجوم النيوترونية ، مثل الأقزام البيضاء ، هي أحد الخيارات لنهاية حياة النجم. النجوم النيوترونية، في الواقع ، انحراف عن قصتنا ، لكن لا يسعنا إلا أن نلاحظ أن هذه أشياء خاصة جدًا في كوننا الرائع: إنها نجوم بحجم المدينة ، كثيفة لدرجة أن ملعقة صغيرة من مادتها تزن مثل جبل أرضي ، وهي تفعل ذلك لا تتحلل فقط بسبب "العداء" الطبيعي لجزيئات نفس الدوران لبعضها البعض.

بالنسبة لأضخم النجوم في الكون ، هناك احتمال واحد فقط. في هذه النجوم ، تتحرك حتى النيوترونات بسرعة قريبة من سرعة الضوء. مثل هذه النجوم تتعرض لكارثة ، لأن النيوترونات غير قادرة على خلق ضغط كافٍ لمقاومة الجاذبية. حتى تُعرف الآلية الفيزيائية التي تمنع نواة نجم ، الذي تبلغ كتلته حوالي ثلاثة أضعاف كتلة الشمس ، من السقوط على نفسه ، وتكون النتيجة ثقبًا أسود: مكان تعرفنا فيه جميع قوانين الفيزياء تم إلغاؤها. من المفترض أن قوانين الطبيعة لا تزال تعمل ، لكن لفهم الأعمال الداخلية للثقب الأسود بشكل كامل يتطلب نظرية كمومية للجاذبية ، والتي لم توجد بعد.

ومع ذلك ، فقد حان الوقت للعودة إلى جوهر الأمر والتركيز على هدفنا المزدوج المتمثل في إثبات وجود الأقزام البيضاء وحساب حد Chandrasekhar. نحن نعلم ما يجب القيام به: من الضروري موازنة جاذبية وضغط الإلكترونات. لا يمكن إجراء مثل هذه الحسابات في العقل ، لذلك يجدر رسم خطة عمل. إذن ها هي الخطة ؛ إنها طويلة جدًا لأننا نريد توضيح بعض التفاصيل الصغيرة أولاً وتهيئة المسرح للحسابات الفعلية.

الخطوة 1: يجب أن نحدد ما هو الضغط داخل النجم الذي تمارسه إلكترونات مضغوطة بشدة. قد تتساءل لماذا لا نهتم بالجسيمات الأخرى داخل النجم: ماذا عن النوى والفوتونات؟ لا تلتزم الفوتونات بمبدأ باولي ، لذلك بمرور الوقت ستترك النجم على أي حال. في الكفاح ضد الجاذبية ، فهم ليسوا مساعدين. بالنسبة إلى النوى ، فإن النوى ذات الدوران نصف الصحيح تخضع لمبدأ باولي ، ولكن (كما سنرى) لأنها تمتلك كتلة أكبر ، فإنها تمارس ضغطًا أقل من الإلكترونات ، ويمكن تجاهل مساهمتها في مكافحة الجاذبية بأمان. هذا يبسط المهمة إلى حد كبير: كل ما نحتاجه هو ضغط الإلكترون. دعونا نهدأ على ذلك.

الخطوة 2: بعد حساب ضغط الإلكترونات ، يجب أن نتعامل مع مسائل التوازن. قد لا يكون من الواضح ما يجب القيام به بعد ذلك. إن القول بأن "الجاذبية تدفع ، والإلكترونات تقاوم هذا الضغط" شيء مختلف تمامًا عن التعامل مع الأرقام. سيختلف الضغط داخل النجم: سيكون أكبر في المركز وأقل على السطح. وجود قطرات ضغط مهم جدا. تخيل مكعبًا من المادة النجمية يقع في مكان ما داخل النجم ، كما هو موضح في الشكل. 12.2. ستدفع الجاذبية المكعب باتجاه مركز النجم ، وعلينا أن نفهم كيف سيواجه ضغط الإلكترون هذا. يعمل ضغط الإلكترونات في الغاز على كل وجه من وجوه المكعب الستة ، وسيكون هذا التأثير مساويًا للضغط على الوجه مضروبًا في مساحة ذلك الوجه. هذا البيان دقيق. قبل ذلك ، استخدمنا كلمة "ضغط" ، بافتراض أن لدينا فهمًا بديهيًا كافيًا عن الغاز ضغط مرتفع"تضغط" أكثر من منخفضة. في الواقع ، هذا معروف لأي شخص قام بضخ إطار سيارة منفوخ بمضخة.

أرز. 12.2. مكعب صغير في مكان ما في منتصف النجمة. تظهر الأسهم القوة المؤثرة على المكعب من الإلكترونات في النجم

نظرًا لأننا بحاجة إلى فهم طبيعة الضغط بشكل صحيح ، فلنقم بغزو قصير في منطقة مألوفة أكثر. لنأخذ مثال الإطار. قد يقول الفيزيائي أن الإطار قد فرغ من الهواء بسبب عدم وجود ضغط هواء داخلي كافٍ لدعم وزن السيارة دون تشويه الإطار ، وهذا هو سبب تقديرنا نحن الفيزيائيين. يمكننا أن نتجاوز هذا ونحسب ما يجب أن يكون عليه ضغط الإطارات لسيارة كتلتها 1500 كجم ، إذا كان يجب أن يحافظ 5 سم من الإطار على اتصال دائم بالسطح ، كما هو موضح في الشكل. 12.3: مرة أخرى حان الوقت للوحة والطباشير والخرقة.

إذا كان عرض الإطار 20 سم وكان طول ملامسة الطريق 5 سم ، فإن مساحة سطح الإطار الملامس للأرض ستكون 20 × 5 = 100 سم مكعب. لا نعرف ضغط الإطارات المطلوب بعد - نحتاج إلى حسابه ، لذا دعنا نشير إليه بالرمز ص. نحتاج أيضًا إلى معرفة القوة المؤثرة على الطريق عن طريق الهواء في الإطار. إنه يساوي الضغط مرات مساحة الإطار الملامسة للطريق ، أي ص× 100 سم². علينا مضاعفة هذا في 4 لأن السيارة معروفة بأربعة إطارات: ص× 400 سم². هذه هي القوة الكلية للهواء في الإطارات التي تعمل على سطح الطريق. تخيل الأمر على هذا النحو: جزيء الهواء الموجود داخل الإطار مضروبًا على الأرض (على وجه الدقة ، يتم ضربه على مطاط الإطار الملامس للأرض ، لكن هذا ليس مهمًا جدًا).

عادة لا تنهار الأرض ، أي أنها تتفاعل بقوة متساوية ولكنها معاكسة (صيحة ، لقد احتجنا أخيرًا إلى قانون نيوتن الثالث). يتم رفع السيارة عن طريق الأرض وخفضها بواسطة الجاذبية ، وبما أنها لا تسقط في الأرض وترتفع في الهواء ، فإننا نفهم أن هاتين القوتين يجب أن يوازن كل منهما الآخر. وبالتالي ، يمكننا أن نفترض أن القوة ص× 400 سم² موازنة بقوة الجاذبية السفلية. هذه القوة تساوي وزن السيارة ، ونعرف كيفية حسابها باستخدام قانون نيوتن الثاني. F = أماه، أين أ- تسارع السقوط الحر على سطح الأرض والذي يساوي 9.81 م / ث². إذن ، الوزن 1500 كجم × 9.8 م / ث² = 14700 نيوتن (نيوتن: 1 نيوتن تقريبًا 1 كجم م / ث² ، وهو ما يعادل وزن التفاحة تقريبًا). بما أن القوتين متساويتان ، إذن

P × 400 سم² = 14700 نيوتن.

حل هذه المعادلة سهل: ص= (14700/400) نيوتن / سم² = 36.75 نيوتن / سم². قد لا يكون الضغط البالغ 36.75 ه / سم 2 طريقة مألوفة للتعبير عن ضغط الإطارات ، ولكن يمكن بسهولة تحويله إلى "قضبان" مألوفة.

أرز. 12.3. يتشوه الإطار قليلاً بسبب وزن السيارة.

بار واحد هو ضغط الهواء القياسي ، والذي يساوي 101000 نيوتن لكل متر مربع. هناك 10000 سم² في 1 متر مربع ، لذا فإن 101000 نيوتن لكل متر مربع تساوي 10.1 نيوتن لكل سم². لذا فإن ضغط الإطارات المطلوب هو 36.75 / 10.1 = 3.6 بار (أو 52 رطل / بوصة مربعة - يمكنك معرفة ذلك بنفسك). باستخدام معادلتنا ، يمكننا أيضًا فهم أنه إذا انخفض ضغط الإطارات بنسبة 50٪ إلى 1.8 بار ، فإننا نضاعف مساحة الإطار الملامس لسطح الطريق ، أي ينكمش الإطار قليلاً. مع هذا الانحدار المنعش لحساب الضغط ، نحن مستعدون للعودة إلى مكعب المادة النجمية الموضح في الشكل. 12.2.

إذا كان الوجه السفلي للمكعب أقرب إلى مركز النجمة ، فيجب أن يكون الضغط عليه أكبر قليلاً من الضغط على الوجه العلوي. يولد فرق الضغط هذا قوة تعمل على المكعب ، والتي تميل إلى دفعه بعيدًا عن مركز النجم ("لأعلى" في الشكل) ، وهو ما نريد تحقيقه ، لأن المكعب يتم دفعه في نفس الوقت عن طريق الجاذبية باتجاه مركز النجم ("لأسفل" في الشكل). إذا تمكنا من فهم كيفية الجمع بين هاتين القوتين ، فسنحسن فهمنا للنجم. لكن قول هذا أسهل من فعله لأنه بالرغم من ذلك الخطوة 1يسمح لنا بفهم ضغط الإلكترونات على المكعب ، لا يزال يتعين علينا حساب مقدار ضغط الجاذبية في الاتجاه المعاكس. بالمناسبة ، ليست هناك حاجة لمراعاة الضغط على الوجوه الجانبية للمكعب ، لأنها متساوية البعد عن مركز النجمة ، لذا فإن الضغط على الجانب الأيسر سيوازن الضغط على الجانب الأيمن ، و لن يتحرك المكعب إلى اليمين أو اليسار.

لمعرفة مقدار قوة الجاذبية التي تؤثر على المكعب ، يجب أن نعود إلى قانون الجذب لنيوتن ، والذي ينص على أن كل قطعة من المادة النجمية تؤثر على المكعب بقوة تتناقص مع زيادة المسافة ، أي الأجزاء البعيدة من المادة اضغط أقل من تلك القريبة. يبدو أن حقيقة أن ضغط الجاذبية على المكعب يختلف باختلاف قطع المادة النجمية اعتمادًا على المسافة بينهما يمثل مشكلة صعبة ، لكننا سنرى كيفية الالتفاف حول هذه النقطة ، على الأقل من حيث المبدأ: لقد قطعنا النجم إلى قطعة ثم نحسب القوة التي تمارسها كل قطعة على المكعب. لحسن الحظ ، ليست هناك حاجة لتقديم قطع الطهي الخاص بالنجم لأنه يمكن استخدام حل بديل رائع. ينص قانون غاوس (الذي سمي على اسم عالم الرياضيات الألماني الأسطوري كارل غاوس) على ما يلي: أ) يمكن للمرء أن يتجاهل تمامًا جاذبية جميع القطع التي تكون أبعد من مركز النجم عن المكعب ؛ ب) إجمالي ضغط الجاذبية لجميع القطع القريبة من المركز يساوي تمامًا الضغط الذي ستمارسه هذه القطع إذا كانت بالضبط في مركز النجم. باستخدام قانون جاوس وقانون الجذب لنيوتن ، يمكننا أن نستنتج أن المكعب قوة تدفعه نحو مركز النجم ، وأن هذه القوة تساوي

أين دقيقةهي كتلة النجم داخل الكرة ، نصف قطرها يساوي المسافةمن المركز إلى المكعب ، مكوبيهي كتلة المكعب ، و صهي المسافة من المكعب إلى مركز النجمة ( جيهو ثابت نيوتن). على سبيل المثال ، إذا كان المكعب على سطح نجم ، إذن دقيقةهي الكتلة الكلية للنجم. لجميع المواقع الأخرى دقيقةسيكون أقل.

لقد حققنا بعض النجاح لأن موازنة التأثيرات على المكعب (تذكر ، هذا يعني أن المكعب لا يتحرك والنجم لا ينفجر أو ينهار) يتطلب ذلك

أين ببوتومو بتوبهي ضغط إلكترونات الغاز على الوجوه السفلية والعلوية للمكعب ، على التوالي ، و لكنهي مساحة كل جانب من جوانب المكعب (تذكر أن القوة التي يمارسها الضغط تساوي الضغط مضروبًا في المنطقة). قمنا بتمييز هذه المعادلة بالرقم (1) لأنها مهمة للغاية وسنعود إليها لاحقًا.

الخطوه 3: اصنع لنفسك بعض الشاي واستمتع بنفسك ، لأنه من خلال صنعه الخطوة 1، حسبنا الضغوط ببوتومو بتوب، وثم الخطوة 2أصبح من الواضح كيفية موازنة القوى. ومع ذلك ، لا يزال العمل الرئيسي أمامنا ، لأننا بحاجة إلى الانتهاء الخطوة 1وتحديد فرق الضغط الظاهر على الجانب الأيسر من المعادلة (1). ستكون هذه مهمتنا التالية.

تخيل نجمة مليئة بالإلكترونات والجسيمات الأخرى. كيف تتشتت هذه الإلكترونات؟ دعونا ننتبه إلى الإلكترون "النموذجي". نحن نعلم أن الإلكترونات تخضع لمبدأ باولي ، أي أن إلكترونين لا يمكن أن يكونا في نفس المنطقة من الفضاء. ماذا يعني هذا للبحر من الإلكترونات الذي نسميه "إلكترونات الغاز" في نجمنا؟ نظرًا لأنه من الواضح أن الإلكترونات منفصلة عن بعضها البعض ، يمكن افتراض أن كل منها في مكعب وهمي مصغر خاص به داخل النجم. في الواقع ، هذا ليس صحيحًا تمامًا ، لأننا نعلم أن الإلكترونات تنقسم إلى نوعين - "مع الدوران لأعلى" و "مع الدوران لأسفل" ، ويحظر مبدأ باولي الترتيب القريب جدًا للجسيمات المتطابقة ، أي نظريًا ، يمكن أن يكون في مكعب وإلكترونين. هذا يتناقض مع الموقف الذي قد ينشأ إذا لم تمتثل الإلكترونات لمبدأ باولي. في هذه الحالة ، لن يجلسوا اثنين في اثنين داخل "الحاويات الافتراضية". سوف ينتشرون ويستمتعون بمساحة معيشة أكبر بكثير. في الواقع ، إذا كان من الممكن التجاهل طرق مختلفةتفاعلات الإلكترونات مع بعضها البعض ومع الجسيمات الأخرى في النجم ، لن يكون هناك حد لمساحة معيشتهم. نحن نعلم ما يحدث عندما نقيد الجسيم الكمومي: إنه يقفز وفقًا لمبدأ عدم اليقين لهايزنبرغ ، وكلما زاد تقييده ، زاد قفزه. هذا يعني أنه مع انهيار قزمنا الأبيض ، تصبح الإلكترونات محصورة أكثر فأكثر وأكثر حماسًا. إن الضغط الذي تسببه الإثارة هو الذي يوقف انهيار الجاذبية.

يمكننا أن نذهب إلى أبعد من ذلك لأنه يمكننا تطبيق مبدأ اللايقين لهايزنبرغ لحساب الزخم النموذجي للإلكترون. على سبيل المثال ، إذا قصرنا إلكترونًا على منطقة من الحجم Δx، سوف تقفز بزخم نموذجي ص ~ ح / Δx. في الواقع ، كما ناقشنا في الفصل 4 ، سيقترب الزخم من الحد الأعلى ، وسيكون الزخم النموذجي أي شيء من الصفر إلى تلك القيمة ؛ تذكر هذه المعلومات ، سنحتاجها لاحقًا. تتيح لك معرفة الزخم معرفة شيئين آخرين على الفور. أولاً ، إذا لم تمتثل الإلكترونات لمبدأ باولي ، فإنها ستقتصر على منطقة ليس لها حجم Δx، ولكن أكبر من ذلك بكثير. وهذا بدوره يعني اهتزازًا أقل بكثير ، وكلما قل الاهتزاز ، قل الضغط. لذلك من الواضح أن مبدأ باولي يدخل حيز التنفيذ ؛ إنها تضغط على الإلكترونات لدرجة أنها ، وفقًا لمبدأ عدم اليقين لهايزنبرغ ، تُظهر اهتزازات مفرطة. بعد فترة ، سنحول فكرة التقلبات الزائدة إلى صيغة ضغط ، لكن أولاً سنكتشف ما سيكون "الثاني". منذ الزخم ع = مف، فإن معدل التذبذب أيضًا مرتبط عكسياً بالكتلة ، لذلك تقفز الإلكترونات ذهابًا وإيابًا بشكل أسرع بكثير من النوى الأثقل التي هي أيضًا جزء من النجم. هذا هو السبب في أن ضغط النوى الذرية لا يكاد يذكر.

فكيف يمكن للمرء ، بمعرفة زخم الإلكترون ، حساب الضغط الذي يمارسه غاز مكون من هذه الإلكترونات؟ تحتاج أولاً إلى معرفة الحجم الذي يجب أن تكون عليه الكتل التي تحتوي على أزواج من الإلكترونات. كتلنا الصغيرة لها حجم ( Δx) ³ ، وبما أننا يجب أن نلائم جميع الإلكترونات داخل النجم ، فيمكن التعبير عن ذلك بعدد الإلكترونات داخل النجم ( ن) مقسومًا على حجم النجمة ( الخامس). لتناسب جميع الإلكترونات ، أنت بحاجة بالضبط ن/ 2 وعاء ، لأن كل وعاء يمكن أن يحتوي على إلكترونين. هذا يعني أن كل حاوية ستشغل مجلدًا الخامسمقسومة على ن/ 2 ، أي 2 ( الخامس / ن). نحن بحاجة إلى الكمية بشكل متكرر غير متاح(عدد الإلكترونات لكل وحدة حجم داخل النجمة) ، لذلك دعونا نعطيها رمزها الخاص ن. الآن يمكننا تدوين حجم الحاويات الذي يجب أن يكون من أجل احتواء جميع الإلكترونات في النجم ، أي ( Δx) ³ = 2 / ن. يتيح استخراج الجذر التكعيبي من الجانب الأيمن للمعادلة استنتاج ذلك

يمكننا الآن ربط هذا بتعبيرنا المشتق من مبدأ عدم اليقين وحساب الزخم النموذجي للإلكترونات وفقًا لتذبذباتها الكمومية:

ص ~ ح(ن/ 2)⅓, (2)

حيث تعني علامة ~ "حول المساواة". بالطبع ، لا يمكن أن تكون المعادلة دقيقة ، لأنه لا توجد طريقة يمكن أن تتأرجح بها جميع الإلكترونات بنفس الطريقة: سيتحرك بعضها أسرع من القيمة النموذجية ، والبعض الآخر أبطأ. لا يمكن لمبدأ عدم اليقين هايزنبرغ أن يحدد بالضبط عدد الإلكترونات التي تتحرك بسرعة واحدة وكم عدد الإلكترونات في سرعة أخرى. يجعل من الممكن عمل بيان أكثر تقريبيًا: على سبيل المثال ، إذا ضغطت منطقة إلكترون ، فسوف يتأرجح بزخم يساوي تقريبًا ح / Δx. سنأخذ هذا الزخم النموذجي ونضبطه ليكون هو نفسه لجميع الإلكترونات. وبالتالي ، سنفقد قليلاً في دقة الحسابات ، لكننا سنكتسب بشكل كبير في البساطة ، وستبقى فيزياء الظاهرة كما هي بالتأكيد.

الآن نحن نعرف سرعة الإلكترونات ، والتي تعطي معلومات كافية لتحديد الضغط الذي تمارسه على المكعب. لرؤية هذا ، تخيل مجموعة كاملة من الإلكترونات تتحرك في نفس الاتجاه وبنفس السرعة ( الخامس) نحو المرآة المباشرة. اصطدموا بالمرآة وارتدوا ، متحركين بنفس السرعة ، لكن هذه المرة في الاتجاه المعاكس. دعونا نحسب القوة التي تؤثر بها الإلكترونات على المرآة. بعد ذلك ، يمكنك الانتقال إلى حسابات أكثر واقعية للحالات التي تتحرك فيها الإلكترونات في اتجاهات مختلفة. هذه المنهجية شائعة جدًا في الفيزياء: يجب أن تفكر أولاً في نسخة أبسط من المشكلة التي تريد حلها. وبالتالي ، يمكنك فهم فيزياء الظاهرة بمشكلات أقل واكتساب الثقة لحل مشكلة أكثر خطورة.

تخيل أن أسطول الإلكترونات يتكون من نالجسيمات لكل متر مكعب وللتبسيط لها مساحة دائرية تبلغ 1 متر مربع ، كما هو موضح في الشكل. 12.4. في ثانية ن.ستضرب الإلكترونات المرآة (إذا الخامستقاس بالمتر في الثانية).

أرز. 12.4. أسطول من الإلكترونات (نقاط صغيرة) يتحرك في نفس الاتجاه. كل الإلكترونات الموجودة في أنبوب بهذا الحجم ستضرب المرآة كل ثانية.

"نتساءل لماذا يكرس مجموعة من الأشخاص الموهوبين والمخلصين حياتهم لمطاردة الأشياء الصغيرة جدًا بحيث لا يمكن رؤيتها حتى؟ في الواقع ، في صفوف علماء فيزياء الجسيمات ، يتجلى الفضول البشري والرغبة في معرفة كيفية عمل العالم الذي نعيش فيه ". شون كارول

إذا كنت لا تزال خائفًا من عبارة ميكانيكا الكم وما زلت لا تعرف ما هو النموذج القياسي - مرحبًا بك في cat. سأحاول في منشوري أن أشرح أساسيات عالم الكم ، وكذلك فيزياء الجسيمات الأولية ، بأكبر قدر ممكن من البساطة والوضوح. سنحاول معرفة الاختلافات الرئيسية بين الفرميونات والبوزونات ، ولماذا تحمل الكواركات مثل هذه الأسماء الغريبة ، وأخيرًا ، لماذا كان الجميع حريصًا جدًا على العثور على بوزون هيغز.

من ماذا صنعنا نحن؟

حسنًا ، سنبدأ رحلتنا إلى العالم المصغر بسؤال بسيط: مما تتكون الأشياء من حولنا؟ عالمنا ، مثل المنزل ، يتكون من العديد من الطوب الصغير ، والذي ، عند دمجها بطريقة خاصة ، يخلق شيئًا جديدًا ، ليس فقط في مظهر خارجي، ولكن أيضًا من حيث خصائصه. في الواقع ، إذا نظرت إليها عن كثب ، ستجد أنه لا يوجد الكثير من أنواع الكتل المختلفة ، إنها فقط في كل مرة تتصل ببعضها البعض بطرق مختلفة ، وتشكل أشكالًا وظواهر جديدة. كل كتلة هي جسيم أولي غير قابل للتجزئة ، والذي سيتم مناقشته في قصتي.

على سبيل المثال ، لنأخذ بعض المضمون ، فليكن العنصر الثاني النظام الدوريمنديليف ، غاز خامل ، الهيليوم. مثل المواد الأخرى في الكون ، يتكون الهيليوم من جزيئات تتشكل بدورها من روابط بين الذرات. لكن في هذه الحالة ، بالنسبة لنا ، الهيليوم مميز بعض الشيء لأنه ذرة واحدة فقط.

مما تتكون الذرة؟

تتكون ذرة الهليوم ، بدورها ، من نيوترونين وبروتونين ، يشكلان النواة الذرية ، التي يدور حولها إلكترونان. الشيء الأكثر إثارة للاهتمام هو أن الشيء الوحيد غير القابل للتجزئة تمامًا هنا هو إلكترون.

لحظة مثيرة للاهتمام في عالم الكم

كيف الأصغركتلة الجسيم الأولي أكثرتشغل مساحة. ولهذا السبب تشغل الإلكترونات ، وهي أخف بمقدار 2000 مرة من البروتون ، مساحة أكبر بكثير من نواة الذرة.

تنتمي النيوترونات والبروتونات إلى مجموعة ما يسمى الهادرونات(الجسيمات عرضة لتفاعل قوي) ، ولكي تكون أكثر دقة ، باريونات.

يمكن تقسيم الهدرونات إلى مجموعات
تتكون الباريونات من ثلاثة كواركات

الميزونات ، والتي تتكون من زوج: جسيم مضاد

النيوترون ، كما يوحي اسمه ، مشحون بشكل محايد ، ويمكن تقسيمه إلى كواركين سفليين وكوارك علوي واحد. ينقسم البروتون ، وهو جسيم موجب الشحنة ، إلى كوارك سفلي واحد وكواركين علويين.

نعم ، نعم ، أنا لا أمزح ، يُطلق عليهم حقًا العلوي والسفلي. يبدو أننا إذا اكتشفنا الكواركات العلوية والسفلية ، وحتى الإلكترون ، فسنكون قادرين على وصف الكون بأكمله بمساعدتهم. لكن هذا البيان سيكون بعيدًا جدًا عن الحقيقة.

المشكلة الرئيسية هي أن الجسيمات يجب أن تتفاعل بطريقة ما مع بعضها البعض. إذا كان العالم يتألف فقط من هذا الثالوث (النيوترون والبروتون والإلكترون) ، فإن الجسيمات ستطير ببساطة عبر مساحات شاسعة من الفضاء ولن تتجمع أبدًا في تشكيلات أكبر ، مثل الهادرونات.

الفرميونات والبوزونات

منذ زمن بعيد ، اخترع العلماء شكلاً مناسبًا وموجزًا لتمثيل الجسيمات الأولية ، يُطلق عليه النموذج القياسي. اتضح أن جميع الجسيمات الأولية مقسمة إلى الفرميونات، والتي تتكون منها كل المادة ، و البوزوناتالتي تحمل أنواعًا مختلفة من التفاعلات بين الفرميونات.

الفرق بين هذه المجموعات واضح جدا. الحقيقة هي أنه وفقًا لقوانين العالم الكمي ، تحتاج الفرميونات إلى بعض المساحة للبقاء على قيد الحياة ، في حين أن نظيراتها ، البوزونات ، يمكن أن تعيش بسهولة فوق بعضها البعض في تريليونات.

الفرميونات

مجموعة من الفرميونات ، كما ذكرنا سابقًا ، تخلق مادة مرئية من حولنا. كل ما نراه وأينما كان يتم إنشاؤه بواسطة الفرميونات. الفرميونات مقسمة إلى جسيمات دون الذرية، التي تتفاعل بقوة مع بعضها البعض وتحتجز داخل جسيمات أكثر تعقيدًا مثل الهادرونات ، و اللبتونات، التي توجد بحرية في الفضاء بشكل مستقل عن نظيراتها.

جسيمات دون الذريةتنقسم إلى مجموعتين.

النوع العلوي. تشمل الكواركات العلوية ، بتهمة +23: كواركات علوية ، وكواركات ساحرة ، وكواركات حقيقية
النوع السفلي. تتضمن الكواركات من النوع السفلي ، بشحنها -13: كواركات سفلية وغريبة وساحرة

الكواركات الحقيقية والرائعة هي أكبر الكواركات ، بينما الكواركات العلوية والسفلية هي الأصغر. لماذا أعطيت الكواركات مثل هذه الأسماء غير العادية ، والأصح ، "النكهات" ، لا يزال موضع جدل بين العلماء.

لبتوناتتنقسم أيضًا إلى مجموعتين.

المجموعة الأولى ، بشحنة "-1" ، تشمل: إلكترون وميون (جسيم أثقل) وجسيم تاو (أكبر كتلة)
المجموعة الثانية ، ذات الشحنة المحايدة ، تحتوي على: نيوترينو الإلكترون ، نيوترينو الميون ونيوترينو تاو.

النيوترينو هو جسيم صغير من المادة يكاد يكون من المستحيل اكتشافه. شحنتها دائمًا 0.

السؤال الذي يطرح نفسه هو ما إذا كان الفيزيائيون سيجدون عدة أجيال أخرى من الجسيمات ستكون أكثر ضخامة من الأجيال السابقة. من الصعب الإجابة عن هذا السؤال ، لكن المنظرين يعتقدون أن أجيال اللبتونات والكواركات محدودة بثلاثة أجيال.

لا تجد أي أوجه تشابه؟ تنقسم كل من الكواركات واللبتونات إلى مجموعتين تختلفان عن بعضهما البعض في الشحنة لكل وحدة؟ ولكن أكثر عن ذلك لاحقا...

البوزونات

بدونها ، ستطير الفرميونات حول الكون في تيار مستمر. لكن عند تبادل البوزونات ، تخبر الفرميونات بعضها البعض بنوع من التفاعل. البوزونات نفسها لا تتفاعل مع بعضها البعض.

التفاعل الذي تنقله البوزونات هو:

الكهرومغناطيسي، الجسيمات - الفوتونات. هذه الجسيمات عديمة الكتلة تنقل الضوء.
نووي قوي، الجسيمات عبارة عن غلوونات. بمساعدتهم ، لا تتحلل الكواركات من نواة الذرة إلى جسيمات منفصلة.
نووي ضعيفوالجسيمات - بوزونات W و Z. بمساعدتهم ، يتم نقل الفرميونات بالكتلة والطاقة ويمكن أن تتحول إلى بعضها البعض.
الجاذبية ، حبيبات - الجرافيتون. قوة ضعيفة للغاية بمقياس الصورة المصغرة. يصبح مرئيًا فقط على الأجسام فائقة الكتلة.

تحفظ حول تفاعل الجاذبية.
لم يتم تأكيد وجود الجرافيتونات تجريبياً. هم موجودون فقط في شكل نسخة نظرية. في النموذج القياسي ، في معظم الحالات ، لا يتم النظر فيها.

هذا كل شيء ، يتم تجميع النموذج القياسي.

بدأت المشكلة للتو

على الرغم من التمثيل الجميل جدًا للجسيمات في الرسم التخطيطي ، يبقى سؤالان. من أين تحصل الجسيمات على كتلتها وما هو هيغز بوزون، والتي تبرز عن بقية البوزونات.

لفهم فكرة استخدام بوزون هيغز ، نحتاج إلى اللجوء إلى نظرية المجال الكمي. تتحدث لغة بسيطة، يمكن القول أن العالم كله ، الكون كله ، لا يتكون من أصغر الجسيمات ، ولكن من العديد من المجالات المختلفة: غلوون ، كوارك ، إلكتروني ، كهرومغناطيسي ، إلخ. في كل هذه المجالات ، تحدث تقلبات طفيفة باستمرار. لكننا نعتبر أقوىها جسيمات أولية. نعم ، وهذه الأطروحة مثيرة للجدل إلى حد كبير. من وجهة نظر ثنائية الموجة الجسدية ، يتصرف نفس الكائن في العالم المصغر في مواقف مختلفة مثل الموجة ، أحيانًا مثل الجسيم الأولي ، ويعتمد ذلك فقط على الكيفية التي يكون بها أكثر ملاءمة للفيزيائي الذي يراقب العملية لنمذجة الموقف .

مجال هيغز

اتضح أن هناك ما يسمى بمجال هيغز ، متوسطه لا يريد أن يذهب إلى الصفر. نتيجة لذلك ، يحاول هذا الحقل أخذ قيمة ثابتة غير صفرية في جميع أنحاء الكون. يشكل الحقل الخلفية المنتشرة والثابتة ، ونتيجة لذلك يظهر بوزون هيجز كنتيجة لتقلبات قوية.
وبفضل مجال هيغز ، تتمتع الجسيمات بالكتلة.
تعتمد كتلة الجسيم الأولي على مدى قوة تفاعله مع مجال هيغزتحلق باستمرار بداخلها.
وبسبب بوزون هيغز ، وبشكل أكثر تحديدًا بسبب مجاله ، يحتوي النموذج القياسي على العديد من مجموعات الجسيمات المتشابهة. أجبر حقل هيجز على تكوين العديد من الجسيمات الإضافية ، مثل النيوترينوات.

نتائج

ما قيل لي هو الفهم الأكثر سطحية لطبيعة النموذج القياسي ولماذا نحتاج إلى Higgs Boson. لا يزال بعض العلماء يأملون في أعماقهم أن الجسيم الذي تم العثور عليه في عام 2012 والذي يشبه بوزون هيغز في المصادم LHC كان مجرد خطأ إحصائي. بعد كل شيء ، يكسر مجال هيغز العديد من التناظرات الجميلة للطبيعة ، مما يجعل حسابات الفيزيائيين أكثر إرباكًا.
يعتقد البعض أن النموذج القياسي يعيش حياته. السنوات الاخيرةبسبب النقص فيها. لكن هذا لم يتم إثباته تجريبيًا ، ويظل النموذج القياسي للجسيمات الأولية مثالًا صالحًا على عبقرية الفكر البشري.

ليس من المنطقي الاستمرار في فعل الشيء نفسه وتوقع نتائج مختلفة.

البرت اينشتاين

النموذج القياسي (الجسيمات الأولية)(إنجليزي) النموذج القياسي للجسيمات الأولية) - بناء نظري لا يتوافق مع الطبيعة ، ويصف أحد مكونات التفاعلات الكهرومغناطيسية المنفصلة بشكل مصطنع إلى تفاعل كهرومغناطيسي ، وتفاعلات خيالية ضعيفة وقوية افتراضية لجميع الجسيمات الأولية. لا يشمل النموذج القياسي الجاذبية.

أولا ، استطرادا طفيفا. تعتمد النظرية الميدانية للجسيمات الأولية ، التي تعمل في إطار العلوم ، على أساس أثبتته الفيزياء:

الديناميكا الكهربائية الكلاسيكية ،
ميكانيكا الكم،
قوانين الحفظ هي القوانين الأساسية للفيزياء.

هذا هو الاختلاف الأساسي بين النهج العلمي الذي تستخدمه نظرية المجال للجسيمات الأولية - يجب أن تعمل النظرية الحقيقية بصرامة ضمن قوانين الطبيعة: هذا ما يدور حوله العلم.

استخدام جسيمات أولية غير موجودة في الطبيعة ، أو ابتكار تفاعلات أساسية غير موجودة في الطبيعة ، أو استبدال التفاعلات الموجودة في الطبيعة بتفاعلات خرافية ، وتجاهل قوانين الطبيعة ، والقيام بمعالجات رياضية عليها (خلق مظهر العلم) - هذا هو الكثير من الحكايات الخيالية التي تتنكر في صورة العلم. نتيجة لذلك ، انزلقت الفيزياء إلى عالم القصص الخيالية الرياضية. لقد وجدت الكواركات الخرافية ذات الغلوونات الرائعة والجرافيتونات الرائعة والحكايات الخيالية لـ "نظرية الكم" (تُطلق على أنها حقيقة) طريقها بالفعل إلى كتب الفيزياء المدرسية - فهل نخدع الأطفال؟ حاول أنصار الفيزياء الجديدة الصادقة مقاومة ذلك ، لكن القوى لم تكن متساوية. وهكذا كان حتى عام 2010 قبل ظهور النظرية الميدانية للجسيمات الأولية ، عندما انتقل الكفاح من أجل إحياء علم الفيزياء إلى مستوى المواجهة المفتوحة بين النظرية العلمية الحقيقية والحكايات الخرافية الرياضية التي استولت على القوة في فيزياء العالم الصغير (وليس فقط).

الصورة مأخوذة من ويكيبيديا العالم

في الأصل ، تم اقتراح نموذج كوارك الهادرونات بشكل مستقل في عام 1964 من قبل جيلمان وزويج وكان مقتصرًا على ثلاثة كواركات افتراضية وجسيماتها المضادة. جعل هذا من الممكن وصف طيف الجسيمات الأولية المعروفة في ذلك الوقت بشكل صحيح ، دون مراعاة اللبتونات ، التي لم تتناسب مع النموذج المقترح ، وبالتالي تم التعرف عليها على أنها أولية ، إلى جانب الكواركات. كان ثمن ذلك هو إدخال الشحنات الكهربائية الجزئية التي لا توجد في الطبيعة. بعد ذلك ، مع تطور الفيزياء واستلام البيانات التجريبية الجديدة ، نما نموذج الكوارك تدريجيًا وتحول وتكيف مع البيانات التجريبية الجديدة ، وتحول في النهاية إلى النموذج القياسي. - من المثير للاهتمام أنه بعد أربع سنوات ، في عام 1968 ، بدأت العمل على فكرة أعطت البشرية في عام 2010 نظرية الحقل للجسيمات الأولية ، وفي عام 2015 - نظرية جاذبية الجسيمات الأولية ، وأرسلت العديد من الحكايات الرياضية لفيزياء النصف الثاني لأرشيف تاريخ تطور الفيزياء في القرن العشرين بما في ذلك هذا القرن.

1 الأحكام الأساسية للنموذج القياسي للجسيمات الأولية

من المفترض أن كل المادة تتكون من 12 جسيم فرميون أساسي: 6 لبتونات (إلكترون ، ميون ، تاو ليبتون ، إلكترون نيوترينو ، نيوترينو ميوون ونيوترينو تاو) و 6 كواركات (u ، d ، s ، c ، b ، t).

يذكر أن الكواركات تشارك في تفاعلات قوية وضعيفة وكهرومغناطيسية (مع فهم نظرية الكم) ؛ اللبتونات المشحونة (الإلكترون ، الميون ، تاو ليبتون) - في الوضع الضعيف والكهرومغناطيسي ؛ نيوترينو - فقط في تفاعل ضعيف.

من المفترض أن تنشأ جميع أنواع التفاعلات الثلاثة نتيجة لحقيقة أن عالمنا متماثل فيما يتعلق بثلاثة أنواع من تحولات المقاييس.

يذكر أن الجسيمات الحاملة للتفاعلات التي أدخلها النموذج هي:

8 جلونات للتفاعل الافتراضي القوي (مجموعة التناظر SU (3)) ؛
3 بوزونات ثقيلة المقاييس (W ± -bosons ، Z 0 -boson) للتفاعل الافتراضي الضعيف (مجموعة التماثل SU (2)) ؛
1 فوتون للتفاعل الكهرومغناطيسي (مجموعة التناظر U (1)).

يُقال أن القوة الضعيفة الافتراضية يمكن أن تخلط الفرميونات من أجيال مختلفة ، مما يؤدي إلى عدم استقرار جميع الجسيمات باستثناء الأخف وزناً ، فضلاً عن تأثيرات مثل انتهاك CP وتذبذبات النيوترينو الافتراضية.

2 النموذج القياسي والتفاعلات الأساسية

في الواقع ، توجد الأنواع التالية من التفاعلات الأساسية في الطبيعة ، بالإضافة إلى المجالات الفيزيائية المقابلة:

إن وجود مجالات فيزيائية أساسية أخرى موجودة بالفعل في الطبيعة ، باستثناء المجالات الرائعة بشكل محدود (مجالات "نظرية" الكم: غلوون ، مجال هيغز و.) ، لم تثبت الفيزياء (ولكن في الرياضيات يمكن أن يكون هناك العديد كما تريد ). الوجود في الطبيعة لتفاعل افتراضي قوي وتفاعل ضعيف افتراضي تفترضه نظرية الكم - لم يثبت، ويتم تبريرها فقط من خلال رغبات النموذج القياسي. هذه التفاعلات الافتراضية مجرد تخمينات. - في الطبيعة ، هناك قوى نووية تختزل إلى تفاعلات كهرومغناطيسية (موجودة بالفعل في الطبيعة) للنوكلونات في النوى الذرية ، لكن عدم استقرار الجسيمات الأولية يتحدد بوجود قنوات الانحلال وغياب الحظر من جانبها من قوانين الطبيعة ، ولا علاقة له بالتفاعل الضعيف الرائع.

لم يتم إثبات وجود العناصر الأساسية للنموذج القياسي: الكواركات والغلوونات. ما يفسره بعض الفيزيائيين في التجارب على أنه آثار للكواركات - يسمح بتفسيرات بديلة أخرى. تم ترتيب الطبيعة بحيث تزامن عدد الكواركات الافتراضية مع عدد الموجات الدائمة للتيار الكهربائي المتناوب. حقل مغناطيسيداخل الجسيمات الأولية. - لكن في الطبيعة لا توجد شحنة كهربائية جزئية تساوي شحنة الكواركات الافتراضية. حتى حجم الشحنة الكهربية ثنائية القطب لا يتطابق مع حجم الشحنة الكهربية التخيلية للكواركات الوهمية. وكما فهمت بدون الكواركات ، لا يمكن أن يوجد النموذج القياسي..

من حقيقة أنه في عام 1968 ، في تجارب على التشتت العميق غير المرن في معجل ستانفورد الخطي (SLAC) ، تم التأكيد على أن البروتونات لها بنية داخلية ، وتتكون من ثلاثة أشياء (اثنان u- وواحد d-quark - لكن هذا لم يثبت) ، والتي أطلق عليها لاحقًا ريتشارد فاينمان partons في إطار نموذج Parton الخاص به (1969) ، يمكن استخلاص استنتاج آخر - في التجارب ، لوحظت الموجات الواقفة لموجة متناوبة من المجال الكهرومغناطيسي ، وعدد العقد العكسية الذي يتطابق تمامًا مع عدد الكواركات الرائعة (بارتون). والتصريح التفاخر الذي نشرته ويكيبيديا العالمية بأن "مجمل الحقائق التجريبية الحالية لا يشكك في صحة النموذج" هو بيان خاطئ.

3 النموذج القياسي والبوزونات المقيسة

لم يتم إثبات وجود بوزونات قياس في الطبيعة - هذه مجرد افتراضات لنظرية الكم. (W ± -bosons، Z 0 -boson) هي ميزونات ناقلات عادية مثل D-mesons.
احتاجت نظرية الكم إلى حاملي التفاعلات التي افترضتها. ولكن نظرًا لعدم وجود مثل هذا في الطبيعة ، تم أخذ أنسب البوزونات وعُزيت القدرة على أن تكون حاملة للتفاعل الافتراضي المطلوب.

4 نموذج قياسي وغلونات

الحقيقة هي أنه باستخدام الغلوونات الافتراضية ، تبين أن النموذج القياسي محرج.

تذكر ما هو الغلوون - فهذه جسيمات أولية افتراضية مسؤولة عن تفاعلات الكواركات الافتراضية. تتحدث لغة رياضية، تسمى الغلوونات بوزونات مقياس النواقل المسؤولة عن تفاعل اللون الافتراضي القوي بين الكواركات الافتراضية في الديناميكا اللونية الكمومية. في هذه الحالة ، يُفترض أن الغلوونات الافتراضية تحمل شحنة لونية ، وبالتالي فهي ليست مجرد ناقلات لتفاعلات افتراضية قوية ، بل تشارك أيضًا فيها. الغلوون الافتراضي هو كمية من مجال ناقل في الديناميكا اللونية الكمومية ، وليس له كتلة سكون وله وحدة دوران (مثل الفوتون). بالإضافة إلى ذلك ، فإن الغلوون الافتراضي هو الجسيم المضاد الخاص به.

لذلك ، يُقال أن للغلون وحدة دوران (مثل الفوتون) وهو جسيم مضاد خاص به. - إذن: وفقًا لميكانيكا الكم والديناميكا الكهربائية الكلاسيكية (ونظرية المجال للجسيمات الأولية ، التي تمكنت من جعلها تعمل معًا لتحقيق نتيجة مشتركة) ، والتي حددت طيف الجسيمات الأولية في الطبيعة - للحصول على وحدة دوران (مثل a الفوتون) وجسيمًا مضادًا لنفسه ، فإن جسيمًا أساسيًا واحدًا في الطبيعة هو فوتون ، لكنه مشغول بالفعل بالتفاعلات الكهرومغناطيسية. جميع الجسيمات الأولية الأخرى ذات الوحدة المغزلية هي ميزونات متجهة وحالاتها المثارة ، ولكن هذه جسيمات أولية مختلفة تمامًا ، ولكل منها جسيم مضاد خاص بها.

وإذا تذكرنا أن جميع الميزونات المتجهة لها كتلة راحة غير صفرية (نتيجة للقيمة غير الصفرية للعدد الكمي L لنظرية المجال) ، فلن يكون أيًا من الميزونات المتجهية (الجسيمات ذات العدد الصحيح المغزلي) خرافيًا سوف يتناسب gluon بأي شكل من الأشكال. حسنًا ، لم يعد هناك جسيمات أولية ذات وحدة تدور في الطبيعة. في الطبيعة ، قد يكون هناك أنظمة معقدةتتكون من عدد زوجي من اللبتونات أو الباريونات! لكن عمر مثل هذه التكوينات من الجسيمات الأولية سيكون أقل بكثير من عمر بوزون هيغز الرائع - أو بالأحرى الميزون المتجه. لذلك ، لا يمكن العثور على الغلوونات الافتراضية في الطبيعة ، بغض النظر عن مقدار البحث عنها وعدد المليارات من اليورو أو الدولارات التي يتم إنفاقها في البحث عن جزيئات رائعة. وإذا تم سماع بيان حول اكتشافهم في مكان ما ، فلن يتوافق هذا مع الواقع.

لذلك ، لا يوجد مكان في الطبيعة للغلوونات.. بعد أن خلقت قصة خرافية حول التفاعل القوي ، بدلاً من القوى النووية الموجودة بالفعل في الطبيعة ، عن طريق القياس مع التفاعل الكهرومغناطيسي ، فإن "نظرية الكم" و "النموذج القياسي" ، واثقًا في عصمتهم ، دفعوا أنفسهم إلى الموت نهاية. - لذلك ربما حان الوقت للتوقف والتوقف عن الإيمان بالحكايات الخرافية الرياضية.

5 النموذج القياسي وقانون حفظ الطاقة

تنفيذ تفاعلات الجسيمات الأولية من خلال تبادل الجسيمات الافتراضية ينتهك بشكل مباشر قانون الحفاظ على الطاقة وأي تلاعبات رياضية على قوانين الطبيعة في العلوم غير مقبولة. الطبيعة والعالم الافتراضي للرياضيات نوعان حول العالم: حقيقي وخيالي - عالم الحكايات الرياضية.

Gluons - الناقلات الافتراضية للتفاعل الافتراضي القوي للكواركات الافتراضية ، والتي تتمتع بقدرة رائعة على تكوين غلوونات جديدة من لا شيء (من الفراغ) (انظر مقالة الحبس) ، تتجاهل صراحة قانون الحفاظ على الطاقة.

هكذا، النموذج القياسي يتعارض مع قانون الحفاظ على الطاقة.

6 النموذج القياسي والكهرومغناطيسية.

أُجبر النموذج القياسي ، عن غير قصد ، على التعرف على وجود مجالات كهربائية ثنائية القطب ثابتة في الجسيمات الأولية ، والتي تم تأكيد وجودها من خلال نظرية المجال للجسيمات الأولية. بتأكيد أن الجسيمات الأولية تتكون من كواركات افتراضية ، والتي (وفقًا للنموذج القياسي) حاملة لشحنة كهربائية ، فإن النموذج القياسي قد أدرك التواجد داخل البروتون ، بالإضافة إلى المنطقة ذات الشحنة الكهربية الموجبة ، وهي أيضًا منطقة بها شحنة كهربائية سالبة ووجود زوج من المناطق بشحنات كهربائية متعاكسة ولنيوترون "متعادل" كهربائيًا. والمثير للدهشة أن مقادير الشحنات الكهربائية لهذه المناطق تكاد تكون متزامنة مع مقادير الشحنات الكهربائية الناشئة عن نظرية مجال الجسيمات الأولية.

لذلك كان النموذج القياسي قادرًا على وصف ما هو داخلي الشحنات الكهربائيةالباريونات المحايدة والموجبة الشحنة ، ولكن مع الباريونات سالبة الشحنة كان هناك اختلال. نظرًا لأن الكواركات الافتراضية السالبة الشحنة لها شحنة –e / 3 ، فإن ثلاثة كواركات سالبة الشحنة مطلوبة للحصول على إجمالي شحنة –e ، ولن يعمل المجال الكهربائي ثنائي القطب المماثل للمجال الكهربائي للبروتون. بالطبع ، يمكن للمرء استخدام الكواركات المضادة ، ولكن بعد ذلك بدلاً من الباريون ، سيحصل المرء على مضاد للباريون. لذا فإن "نجاح" النموذج المعياري في وصف المجالات الكهربائية للباريونات اقتصر فقط على الباريونات المحايدة والموجبة الشحنة.

إذا نظرت إلى بنية كوارك افتراضية للميزونات مع دوران صفري ، فسيتم الحصول على حقول ثنائي القطب الكهربائي فقط للميزونات المحايدة ، وبالنسبة للميزونات المشحونة ، لا يمكن إنشاء حقل ثنائي القطب الكهربائي من كواركين افتراضيين - الشحنات غير مسموح بها. لذلك ، عند وصف المجالات الكهربائية للميزونات ذات الدوران الصفري ، حصل النموذج القياسي على المجالات الكهربائية فقط من الميزونات المحايدة. هنا ، أيضًا ، تزامنت مقادير الشحنات الكهربائية للمناطق ثنائية القطب تقريبًا مع مقادير الشحنات الكهربائية الناشئة عن نظرية مجال الجسيمات الأولية.

ولكن هناك مجموعة أخرى من الجسيمات الأولية تسمى الميزونات المتجهة - وهي ميزونات ذات وحدة دوران ، حيث يكون لكل جسيم بالضرورة جسيم مضاد خاص به. بدأ المجربون بالفعل في اكتشافها في الطبيعة ، لكن النموذج القياسي ، من أجل عدم التعامل مع هيكلها ، يفضل تسمية بعضها على أنها ناقلات للتفاعلات التي اخترعها (الدوران) يساوي واحد- ماذا تحتاج). هنا ، حصل النموذج القياسي على الحقول الكهربائية للميزونات المحايدة فقط ، نظرًا لأن عدد الكواركات لم يتغير (تم تدوير دورانها ببساطة بحيث لا تطرح ، بل تمت إضافتها).
دعونا نلخص النتيجة الوسيطة. تبين أن نجاح النموذج القياسي في وصف بنية المجالات الكهربائية للجسيمات الأولية كان فاترًا. إنه أمر مفهوم: الملاءمة في مكان ما تم الزحف إليها مع وجود تناقض في مكان آخر.

الآن بخصوص كتل الكواركات الافتراضية. إذا جمعنا كتل الكواركات الافتراضية في الميزونات أو الباريونات ، نحصل على نسبة صغيرة من الكتلة المتبقية لجسيم أولي. وبالتالي ، حتى في إطار النموذج القياسي ، توجد داخل الجسيمات الأولية كتلة ذات طبيعة غير كواركية ، وهي أكبر بكثير من القيمة الإجمالية لكتل جميع كواركاتها الافتراضية. لذلك ، فإن بيان النموذج القياسي بأن الجسيمات الأولية تتكون من كواركات ليس صحيحًا. يوجد داخل الجسيمات الأولية عوامل أقوى من الكواركات الافتراضية ، والتي تخلق القيمة الرئيسية لكتلة الجاذبية والقصور الذاتي للجسيمات الأولية. أثبتت نظرية المجال للجسيمات الأولية جنبًا إلى جنب مع نظرية جاذبية الجسيمات الأولية أن وراء كل هذا مجال كهرومغناطيسي متناوب مستقطب الموجي ينتج عنه خصائص الموجةالجسيمات الأولية ، والتي تحدد سلوكها الإحصائي ، وبالطبع ميكانيكا الكم.

لحظة أخرى. لماذا ، في نظام مُقيد من جسيمين (كواركات) مع دوران نصف عدد صحيح ، يجب أن تكون سبينات الجسيمات بالضرورة معاكسة للتوازي (الحاجة إلى ذلك في النموذج القياسي من أجل الحصول على دوران الميزونات ليست قانونًا بعد من الطبيعة). يمكن أيضًا أن تكون دوران الجسيمات المتفاعلة متوازية ، ثم تحصل على نسخة مكررة من الميزون ، ولكن مع دوران واحد وكتلة راحة مختلفة قليلاً ، والتي لم تخلقها الطبيعة بشكل طبيعي - فهي لا تهتم باحتياجات المعيار نموذج بحكاياته الخرافية. تعرف الفيزياء التفاعل ، مع الاعتماد على الدوران - هذه هي تفاعلات المجالات المغناطيسية ، التي لا تحبها "نظرية" الكم. هذا يعني أنه إذا كانت الكواركات الافتراضية موجودة في الطبيعة ، فإن تفاعلاتها تكون مغناطيسية (بطبيعة الحال ، لا أتذكر الغلوونات الرائعة) - تخلق هذه التفاعلات قوى جذابة للجسيمات ذات اللحظات المغناطيسية المضادة (وبالتالي تدور المضاد للتوازي ، إذا كانت نواقل المغناطيسية العزم والدوران متوازيان) ولا يسمحان بإنشاء حالة ملزمة لزوج من الجسيمات مع لحظات مغناطيسية متوازية (اتجاه موازٍ للدوران) ، لأن القوى الجذابة تتحول بعد ذلك إلى نفس قوى التنافر. ولكن إذا كانت الطاقة ملزمة للزوج لحظات مغناطيسيةهي قيمة معينة (0.51 MeV لـ π ± و 0.35 MeV لـ π 0) ، ثم في الحقول المغناطيسية للجسيمات نفسها تكون الطاقة (تقريبًا) أكبر بترتيب من حيث الحجم ، وبالتالي الكتلة المقابلة لها - الكتلة الكهرومغناطيسية لحقل مغناطيسي ثابت.

بعد الاعتراف بوجود مجالات كهربائية ثنائية القطب في الجسيمات الأولية ، نسي النموذج القياسي المجالات المغناطيسية للجسيمات الأولية ، والتي تم إثبات وجودها تجريبياً ، وتم قياس قيم اللحظات المغناطيسية للجسيمات الأولية باستخدام درجة عالية من الدقة.

تظهر التناقضات بين النموذج القياسي والمغناطيسية بوضوح في مثال بي ميزون. إذن ، للكواركات الافتراضية شحنة كهربائية ، مما يعني أن لها أيضًا مجالًا كهربائيًا ثابتًا ، ولديها أيضًا مجال مغناطيسي ثابت. وفقًا لقوانين الديناميكا الكهربائية الكلاسيكية ، والتي لم يتم إلغاؤها بعد ، فإن هذه الحقول لها طاقة داخلية ، وبالتالي الكتلة المقابلة لهذه الطاقة. لذا فإن الكتلة المغناطيسية الإجمالية للمجالات المغناطيسية الثابتة لزوج من كواركات افتراضية من π ± -mesons مشحونة هي 5.1 ميغا إلكترون فولت (من 7.6 ميغا إلكترون فولت) ، وπ 0-ميكرون 3.5 ميغا إلكترون فولت (من 4 إلكترون فولت). دعونا نضيف إلى هذه الكتلة الكتلة الكهربائية للحقول الكهربائية الثابتة للجسيمات الأولية ، لأنها تختلف أيضًا عن الصفر. مع انخفاض الأبعاد الخطية للشحنات ، تزداد طاقة هذه الحقول باستمرار ، وبسرعة كبيرة تأتي لحظة تتركز فيها 100٪ من الطاقة الداخلية للكوارك الافتراضي في مجالاته الكهرومغناطيسية الثابتة. ثم ما يتبقى للكوارك نفسه هو الجواب: لا شيء ، وهو ما تدعيه نظرية المجال للجسيمات الأولية. وتتحول "آثار الكواركات الافتراضية" التي يُزعم أنها لوحظت إلى آثار لموجات واقفة لمجال كهرومغناطيسي متناوب ، وهي موجودة بالفعل. ولكن هناك ميزة واحدة: لا يمكن للموجات الدائمة للموجة المتناوبة في المجال الكهرومغناطيسي ، والتي يطلق عليها النموذج القياسي باسم "كواركات" ، أن تخلق مجالات كهربائية ومغناطيسية ثابتة تمتلكها الجسيمات الأولية). لذلك توصلنا إلى استنتاج مفاده أنه لا توجد كواركات في الطبيعة ، وأن الجسيمات الأولية تتكون من مجال كهرومغناطيسي متناوب مستقطب الموجي ، بالإضافة إلى المجالات الكهربائية والمغناطيسية ثنائية القطب الثابتة المرتبطة بها ، وهو ما تدعيه نظرية المجال للجسيمات الأولية.

مع قيم الكتلة ، أثبت النموذج القياسي أن جميع pi-mesons لها طاقة داخلية متبقية ، والتي تتوافق مع بيانات نظرية المجال للجسيمات الأولية حول الموجة المتناوبة المجال الكهرومغناطيسي الموجود داخل الجسيمات الأولية. ولكن إذا كانت أكثر من (95-97)٪ من الطاقة الداخلية للجسيمات الأولية ليست ذات طبيعة كوارك وتتركز في موجة متناوبة في المجال الكهرومغناطيسي ، والباقي (3-5)٪ يُعزى إلى كواركات افتراضية ، (80) -90)٪ تتركز في المجالات الكهربائية والمغناطيسية الثابتة للجسيمات الأولية ، ثم التأكيد غير المثبت على أن هذه الجسيمات الأولية تتكون من كواركات غير موجودة في الطبيعة يبدو غريبًا ، حتى في إطار النموذج القياسي نفسه.

تبين أن تكوين الكوارك للبروتون في النموذج القياسي أمر مؤسف للغاية. الكتلة الإجمالية لـ 2 يو كواركات وواحد دي كوارك هي 8.81 ميغا إلكترون فولت ، وهي أقل من 1٪ من كتلة سكون البروتون (938.2720 إلكترون فولت). وهذا يعني أن 99 في المائة من البروتون لديه شيء يخلق كتلته الرئيسية في الجاذبية والقصور الذاتي جنبًا إلى جنب مع قوته النووية ، وهذا لا يتعلق بالكواركات ، لكننا ، مع المثابرة التي تستحق تطبيقًا أفضل ، نستمر في إخبارنا بالحكاية العلمية الزائفة من المفترض أن يتكون البروتون من كواركات لم يتم العثور عليها أبدًا في الطبيعة ، على الرغم من كل الجهود والموارد المالية التي بذلت ، ويريدون منا أن نصدق عملية الاحتيال هذه. - الرياضيات قادرة على تأليف أي قصة خرافية وتمريرها على أنها "أعلى" إنجاز "للعلم". حسنًا ، إذا كنت تستخدم العلم ، فوفقًا لحسابات مجالات البروتون باستخدام نظرية المجال ، فإن مجاله الكهربائي الثابت يحتوي على طاقة تبلغ 3.25 ميجا فولت ، ويتم استعارة باقي الطاقة لكتلة الكواركات الافتراضية من الكثير أقوى مجال مغناطيسي ثابت للبروتون ، مما يخلق قوته النووية.

7 النموذج القياسي ونظرية المجال للجسيمات الأولية

تنكر نظرية المجال للجسيمات الأولية وجود الكواركات والجلوونات غير الموجودة في الطبيعة ، وتنفي وجود تفاعلات افتراضية قوية وضعيفة (تفترضها نظرية الكم) وتطابق التناظر الوحدوي مع الواقع.
تاو ليبتون هي الحالة المثارة للميون ، ونيوترينوه هو الحالة المثارة لنيوترينو الميون.
(W ± -bosons، Z 0 -boson) هي ميزونات ناقلات عادية وليست ناقلات للتفاعلات المرتبطة بتجاهل قانون الحفاظ على الطاقة ، وكذلك قوانين الطبيعة الأخرى.
يوجد الفوتون في الطبيعة فقط في حالة حقيقية. الحالة الافتراضية للجسيمات الأولية هي معالجة رياضية لقوانين الطبيعة.
يتم تقليل القوى النووية بشكل أساسي إلى تفاعلات المجالات المغناطيسية للنيوكليونات في المنطقة القريبة.
تستند أسباب اضمحلال الجسيمات الأولية غير المستقرة إلى وجود قنوات الانحلال وقوانين الطبيعة. يميل الجسيم الأولي ، مثل الذرة أو نواتها ، إلى حالة ذات أقل طاقة - فقط إمكانياتها مختلفة.
تستند ما يسمى ب "تذبذبات النيوترينو" ، أو بالأحرى ردود الفعل ، على الاختلاف في كتل سكونها ، مما يؤدي إلى اضمحلال نيوترينو الميون الأثقل. بشكل عام ، فإن التحول الرائع لجسيم أولي إلى آخر يتعارض مع قوانين الكهرومغناطيسية وقانون الحفاظ على الطاقة. - أنواع مختلفة من النيوترينوات لها مجموعات مختلفة من الأرقام الكمية ، ونتيجة لذلك مجال كهرومغناطيسيتختلف ، لديهم قيمة مختلفة من إجمالي الطاقة الداخلية ، وبالتالي ، قيمة مختلفة لكتلة الباقي. لسوء الحظ ، أصبح التلاعب الرياضي بقوانين الطبيعة هو المعيار لنظريات الحكايات الخرافية ونماذج الفيزياء في القرن العشرين.

8 جزيئات في الفيزياء من خلال عيون ويكيبيديا العالمية في بداية عام 2017

هذا ما تبدو عليه الجسيمات في الفيزياء من وجهة نظر العالم ويكيبيديا:

لقد غطيت لونين على هذه الصورة ، والتي تم نقلها على أنها حقيقة ، لأنها بحاجة إلى إضافات. يبرز اللون الأخضر ما هو حقيقي. اتضح قليلاً ، لكن هذا كل ما تم العثور عليه موثوقًا به. يسلط اللون الأفتح الضوء على ما هو موجود أيضًا في الطبيعة ، لكنهم يحاولون تفجيره فينا كشيء آخر. حسنًا ، جميع الإبداعات عديمة اللون من عالم الحكايات الخيالية. والآن الإضافات نفسها:

حقيقة عدم وجود كواركات في الطبيعة - مؤيدو النموذج القياسي نفسه لا يريدون أن يعرفوا ، مما دفعنا جميعًا إلى "إثبات" إخفاء الكواركات في التجارب.
من بين الحالات الأرضية للبتونات ، وفقًا لنظرية المجال للجسيمات الأولية ، يوجد فقط في الطبيعة إلكترون به ميون مع النيوترينوات والجسيمات المضادة المقابلة. لا تعني قيمة الدوران لـ tau lepton ، التي تساوي 1/2 ، أن هذا الجسيم ينتمي إلى الحالة الأرضية للبتونات - فهما ببساطة لهما نفس الدورات. حسنًا ، عدد الحالات المثارة لكل جسيم أولي يساوي اللانهاية - نتيجة لنظرية المجال للجسيمات الأولية. بدأ المجربون بالفعل في اكتشافهم واكتشفوا العديد من الحالات المثيرة للجسيمات الأولية الأخرى ، باستثناء تاو ليبتون ، لكنهم أنفسهم لم يفهموا هذا بعد. حسنًا ، حقيقة أنه بالنسبة للبعض ، فإن نظرية المجال للجسيمات الأولية ، مثل عظم في الحلق ، سيتم التسامح معها ، بل والأفضل إذا أعادوا التعلم.
لا توجد بوزونات معيارية في الطبيعة - في الطبيعة هناك جسيمات أولية فقط بوحدة الدوران: هذه هي الفوتون والميزونات المتجهة (التي يرغبون في تمريرها على أنها ناقلات لتفاعلات خرافية ، على سبيل المثال ، تفاعل "ضعيف") مع حالاتهم المُثارة ، وكذلك الحالة المثارة الأولى للميزونات.
تناقض بوزونات هيغز الرائعة نظرية جاذبية الجسيمات الأولية. نحن تحت ستار بوزون هيغز الذي يحاول تفجير الميزون المتجه.
لا توجد الجسيمات الأساسية في الطبيعة - فقط الجسيمات الأولية موجودة في الطبيعة.
الشركاء المتميزون هم أيضًا من عالم الحكايات الخيالية ، مثل الجسيمات الأساسية الافتراضية الأخرى. اليوم لا يمكن للمرء أن يؤمن بشكل أعمى بالحكايات الخرافية ، بغض النظر عن اسم المؤلف. يمكنك اختراع أي جسيم: "أحادي القطب المغناطيسي" لديراك ، جسيم بلانك ، جزء ، أنواع مختلفةكواركات ، أرواح ، جسيمات "عقيمة" ، جرافيتون (جرافيتينو) ... - هذا مجرد دليل صفري. - لا تلتفت إلى أي دمية علمية زائفة صادرة لتحقيق العلم.
الجسيمات المركبةيوجد في الطبيعة ، لكن هذه ليست باريونات وهايبرونات وميزونات. - هذه ذرات. النوى الذريةوأيونات وجزيئات المادة الباريونية ، وكذلك مركبات نيوترينوات الإلكترون المنبعثة بكميات هائلة من النجوم.
وفقًا لنظرية المجال للجسيمات الأولية ، في الطبيعة يجب أن تكون هناك مجموعات من الباريونات ذات قيم مختلفة لنصف عدد صحيح تدور: 1/2 ، 3/2 ، 5/2 ، 7/2 ، .... أتمنى نجح المجربون في اكتشاف الباريونات ذات الدوران الكبير.
تنقسم الميزونات إلى بسيطة (مع دوران صفري) بحالاتها المثارة (تسمى تاريخيًا الرنين) ، وإلى متجه (مع عدد صحيح دوران). بدأت الفيزياء بالفعل في اكتشاف الميزونات المتجهية في الطبيعة ، على الرغم من عدم وجود اهتمام ملحوظ بها بين المجربين.
الذرات الغريبة التي تم إنشاؤها بشكل مصطنع قصيرة العمر ، حيث تم استبدال الإلكترون بجسيم أولي آخر أكثر ضخامة - هذا من عالم "علماء الفيزياء يستمتعون". وليس لهم مكان في العالم الضخم.
لا توجد هادرونات غريبة في الطبيعة ، حيث لا يوجد تفاعل قوي في الطبيعة (ولكن هناك قوى نووية بكل بساطة ، وهذه مفاهيم مختلفة) ، وبالتالي ، لا توجد هادرونات في الطبيعة ، بما في ذلك الغريبة منها.

يمكنك اختراع أي جسيم كدعم لنظرية زائفة ، ثم تمرره على أنه انتصار "للعلم" ، فقط الطبيعة لا تهتم بهذا.

اليوم من الواضح أن من المستحيل الوثوق بالمعلومات حول الجسيمات الأولية الموجودة في ويكيبيديا العالمية. للحصول على معلومات تجريبية موثوقة حقًا ، أضافوا عبارات لا أساس لها من الإنشاءات النظرية المجردة ، متظاهرين بأنها أعلى إنجازات العلم ، ولكنها في الواقع حكايات رياضية عادية. لقد استنفدت ويكيبيديا العالمية الثقة العمياء في معلومات دور النشر التي تكسب المال من العلوم ، وتقبل المقالات للنشر مقابل أموال المؤلفين - ولهذا السبب يتم نشر أولئك الذين لديهم أموال ، بدلاً من أولئك الذين لديهم أفكار لتطوير العلوم. هذا ما يحدث عندما يتم إقصاء العلماء في ويكيبيديا العالمية ، ولا يتم التحكم في محتوى المقالات من قبل المتخصصين. يطلق مؤيدو الحكايات الرياضية الخرافية على الكفاح ضد عقائدهم اسم "البديل" ، متناسين أنه في بداية القرن العشرين ، نشأت فيزياء العالم المصغر كبديل للأوهام السائدة آنذاك. أثناء دراسة العالم المصغر ، وجدت الفيزياء الكثير من الأشياء الجديدة ، ولكن جنبًا إلى جنب مع البيانات التجريبية الحقيقية ، تدفق أيضًا تيار من الإنشاءات النظرية المجردة في الفيزياء ، ودرس شيئًا خاصًا به ، وكان يمثل أعلى إنجاز للعلم. ربما في العالم الافتراضي الذي تم إنشاؤه بواسطة هذه التركيبات النظرية ، تعمل "قوانين الطبيعة" التي اخترعتها ، لكن الفيزياء تدرس الطبيعة نفسها وقوانينها ، ويمكن لعلماء الرياضيات الاستمتاع بقدر ما يريدون. اليوم تحاول فيزياء القرن الحادي والعشرين تطهير نفسها من الأوهام والاحتيال في القرن العشرين.

9 نموذج قياسي ومناسب للواقع

يدعي منظرو الأوتار ، بمقارنتها بالنموذج القياسي والحملات من أجل نظرية الأوتار ، أن النموذج القياسي يحتوي على 19 معلمة مجانية لتناسب البيانات التجريبية.

إنهم يفتقدون شيئًا ما. عندما كان لا يزال يطلق على النموذج القياسي نموذج الكوارك ، كانت 3 كواركات فقط كافية له. ولكن مع تطوره ، احتاج النموذج القياسي إلى زيادة عدد الكواركات إلى 6 (سفلي ، علوي ، غريب ، ساحر ، جميل ، حقيقي) ، كما تم تزويد كل كوارك افتراضي بثلاثة ألوان (r ، g ، b) - نحن احصل على 6 * 3 = 18 جسيم افتراضي. احتاجوا أيضًا إلى إضافة 8 غلوونات ، والتي يجب أن تُمنح بقدرة فريدة تسمى "الحبس". 18 كواركات خرافية بالإضافة إلى 8 غلوونات خرافية ، والتي لم يكن لها مكان في الطبيعة أيضًا - هذا بالفعل 26 كائنًا خياليًا ، باستثناء 19 معلمة مناسبة. - نمى النموذج بعناصر خيالية جديدة لتلائم البيانات التجريبية الجديدة. لكن تبين أن إدخال الألوان للكواركات الخيالية لم يكن كافيًا ، وقد بدأ البعض بالفعل في الحديث عنها بنية معقدةجسيمات دون الذرية.

إن تحويل نموذج الكوارك إلى النموذج القياسي هو عملية تعديل للواقع ، من أجل تجنب الانهيار الحتمي ، مما يؤدي إلى نمو باهظ في لاغرانج:

وبغض النظر عن كيفية بناء النموذج القياسي "بقدرات" جديدة ، فلن يصبح علميًا من هذا - فالأساس خاطئ.

10 فيزياء القرن الحادي والعشرين: النموذج القياسي - ملخص

النموذج القياسي (للجسيمات الأولية) هو مجرد بناء افتراضي لا يرتبط جيدًا بالواقع ، بغض النظر عن كيفية تخصيصه:

لم يتم إثبات تناسق عالمنا فيما يتعلق بالأنواع الثلاثة لتحولات المقاييس ؛
لا توجد الكواركات في الطبيعة بأي طاقة - لا توجد كواركات في الطبيعة;
لا يمكن أن توجد الغلوونات في الطبيعة على الإطلاق.;
لم يتم إثبات وجود تفاعل ضعيف في الطبيعة ، ولا تحتاجه الطبيعة ؛
تم اختراع القوة القويةبدلاً من القوى النووية (الموجودة بالفعل في الطبيعة) ؛
الجسيمات الافتراضية تتعارض مع قانون الحفاظ على الطاقة- القانون الأساسي للطبيعة ؛
لم يتم إثبات وجود بوزونات قياس في الطبيعة - فهناك ببساطة بوزونات في الطبيعة.

آمل أن تتمكن من أن ترى بوضوح: على أي أساس تم بناء النموذج القياسي.

غير موجود ، غير مثبت ، إلخ. هذا لا يعني أنه لم يتم العثور عليه بعد ولم يتم إثباته بعد - فهذا يعني أنه لا يوجد دليل على وجود في الطبيعة العناصر الرئيسية للنموذج القياسي. وبالتالي ، فإن النموذج القياسي يقوم على أساس زائف لا يتوافق مع الطبيعة. لذلك ، فإن النموذج القياسي هو مغالطة في الفيزياء. يريد مؤيدو النموذج القياسي أن يستمر الناس في تصديق حكايات النموذج القياسي أو سيتعين عليهم إعادة التعلم. إنهم ببساطة يتجاهلون انتقاد النموذج القياسي ، ويقدمون آرائهم على أنها حل العلم. ولكن عندما يستمر تكرار المفاهيم الخاطئة في الفيزياء ، على الرغم من تناقضها الذي أثبته العلم ، تتحول المفاهيم الخاطئة في الفيزياء إلى عملية احتيال في الفيزياء.

يمكن أيضًا أن يُعزى الراعي الرئيسي للنموذج القياسي ، وهو مجموعة من الافتراضات الرياضية غير المثبتة (تحدث ببساطة ، مجموعة من الحكايات الخاطئة الرياضية ، أو وفقًا لأينشتاين) إلى المفاهيم الخاطئة في الفيزياء: مجموعة من الأفكار المجنونة التي تم إنشاؤها من قصاصات الأفكار غير المتماسكة") تسمى" نظرية الكم "، والتي لا تريد حساب القانون الأساسي للطبيعة - قانون الحفاظ على الطاقة. طالما استمرت نظرية الكم في مراعاة قوانين الطبيعة بشكل انتقائي والانخراط في التلاعبات الرياضية ، لا تكاد تُنسب الإنجازات إلى الإنجازات العلمية ، إذ يجب أن تعمل النظرية العلمية بصرامة ضمن قوانين الطبيعة ، أو تثبت عدم دقة مثل هذه الإنجازات ، وإلا فإنها ستتجاوز حدود العلم.

في وقت من الأوقات ، لعب النموذج القياسي دورًا إيجابيًا معينًا في تراكم البيانات التجريبية في العالم الصغير - لكن ذلك الوقت قد انتهى. حسنًا ، نظرًا لأنه تم الحصول على البيانات التجريبية واستمرار الحصول عليها باستخدام النموذج القياسي ، فإن السؤال الذي يطرح نفسه حول موثوقيتها. لا علاقة لتكوين الكوارك للجسيمات الأولية المكتشفة بالواقع. - لذلك ، تحتاج البيانات التجريبية التي تم الحصول عليها باستخدام النموذج القياسي إلى تحقق إضافي خارج إطار النموذج.

في القرن العشرين ، تم تعليق آمال كبيرة على النموذج القياسي ، فقد تم تقديمه على أنه أعلى إنجاز للعلم ، ولكن انتهى القرن العشرين ، ومعه انتهى زمن الهيمنة في الفيزياء لقصة رياضية أخرى خرافية مبنية على أساس خاطئ. المسمى: "النموذج المعياري للجسيمات الأولية". اليوم ، مغالطة النموذج القياسي لا يلاحظها أولئك الذين لا يريدون أن يلاحظوها.

فلاديمير جورونوفيتش

أنظمة

يتكون النموذج القياسي من الأحكام التالية:

تتكون كل المادة من 24 حقلاً كموميًا أساسيًا من السبين ½ ، وكمياتها عبارة عن جسيمات أساسية - فيرميونات ، والتي يمكن دمجها في ثلاثة أجيال من الفرميونات: 6 لبتونات (إلكترون ، ميون ، تاو ليبتون ، إلكترون نيوترينو ، نيوترينو نيوترينو وتاو نيوترينو ) ، 6 كواركات (u ، d ، s ، c ، b ، t) و 12 جسيمًا مضادًا مناظرًا.
تشارك الكواركات في تفاعلات قوية وضعيفة وكهرومغناطيسية ؛ اللبتونات المشحونة (الإلكترون ، الميون ، تاو ليبتون) - ضعيف وكهرومغناطيسي ؛ النيوترينوات - فقط في التفاعلات الضعيفة.
تنشأ جميع أنواع التفاعلات الثلاثة نتيجة لافتراض أن عالمنا متماثل فيما يتعلق بثلاثة أنواع من تحولات المقاييس. الجسيمات الحاملة للتفاعلات هي البوزونات:

8 غلوونات للتفاعل القوي (مجموعة التناظر SU (3)) ؛ 3 بوزونات قياس ثقيل (W + ، W - ، Z 0) للتفاعل الضعيف (مجموعة التماثل SU (2)) ؛ فوتون واحد للتفاعل الكهرومغناطيسي (مجموعة التناظر U (1)).

على عكس التفاعلات الكهرومغناطيسية والقوية ، يمكن للتفاعل الضعيف أن يخلط الفرميونات من أجيال مختلفة ، مما يؤدي إلى عدم استقرار جميع الجسيمات باستثناء الأخف وزناً ، وإلى تأثيرات مثل انتهاك CP وتذبذبات النيوترينو.
المعلمات الخارجية للنموذج القياسي هي:
- كتل اللبتونات (3 معلمات ، يُفترض أن النيوترينوات عديمة الكتلة) والكواركات (6 معلمات) ، تُفسَّر على أنها ثوابت تفاعل مجالاتها مع مجال بوزون هيغز ،
- معلمات مصفوفة خلط كوارك CKM - ثلاث زوايا خلط وطور واحد معقد يكسر تناظر CP - ثوابت تفاعل الكواركات مع مجال كهروضعيف ،
- معلمتان لحقل هيغز ، ترتبط بشكل فريد بقيمة الفراغ المتوقع وكتلة بوزون هيغز ،
- ثلاثة ثوابت تفاعل مرتبطة بمجموعات المقاييس U (1) و SU (2) و SU (3) على التوالي ، وتميز الشدة النسبية للتفاعلات الكهرومغناطيسية والضعيفة والقوية.

نظرًا لاكتشاف تذبذبات النيوترينو ، يحتاج النموذج القياسي إلى امتداد يقدم 3 كتل نيوترينو إضافية وما لا يقل عن 4 معلمات لمصفوفة خلط نيوترينو PMNS المشابهة لمصفوفة خلط كوارك CKM ، وربما معلمتان إضافيتان للخلط إذا كانت النيوترينوات ماجورانا حبيبات. أيضًا ، يتم أحيانًا تضمين زاوية الفراغ للديناميكا الكمومية ضمن معلمات النموذج القياسي. من الجدير بالذكر أن نموذج رياضيباستخدام مجموعة من 20 عددًا فرديًا ، يمكنه وصف نتائج ملايين التجارب التي أجريت حتى الآن في الفيزياء.

ما وراء النموذج القياسي

أنظر أيضا

ملاحظات

المؤلفات

إميليانوف في م.النموذج القياسي وامتداداته. - م: فيزاتليت ، 2007. - 584 ص. - (الفيزياء الأساسية والتطبيقية). - ردمك 978-5-922108-30-0

الروابط

مؤسسة ويكيميديا. 2010.

شاهد ما هو "النموذج القياسي" في القواميس الأخرى:

النموذج القياسي ، وهو نموذج من الجسيمات الأولية وتفاعلاتها ، وهو الأكثر وصف كامل الظواهر الفيزيائيةالمتعلقة بالكهرباء. تنقسم الجزيئات إلى HADRONS (تتحول إلى كوارك تحت تأثير القوات النووية) ، ... ... القاموس الموسوعي العلمي والتقني

في فيزياء الجسيمات الأولية ، النظرية ، وفقًا لسرب أساسي. (الأساسية) الجسيمات الأولية هي الكواركات واللبتونات. يتم تنفيذ التفاعل القوي ، الذي بواسطته ترتبط الكواركات مع الهادرونات ، عن طريق تبادل الغلوونات. ضعيف كهربائي ... علم الطبيعة. قاموس موسوعي

- ... ويكيبيديا

نموذج التجارة الدولية القياسي- النموذج الأكثر استخدامًا للتجارة الدولية في الوقت الحاضر ، يكشف عن تأثير التجارة الخارجية على مؤشرات الاقتصاد الكلي الرئيسية للبلد التجاري: الإنتاج والاستهلاك والرفاهية العامة ... علم الاقتصاد: مسرد

- (نموذج Heckscher Ohlin) النموذج القياسي للتجارة الخارجية بين البلدان (التجارة الصناعية البينية) بهيكل صناعي مختلف ، سمي على اسم المبدعين السويديين. وفقًا لهذا النموذج ، تمتلك الدول نفس الإنتاج ... ... القاموس الاقتصادي

الصورة العلمية للعالم (SCM) (واحدة من مفاهيم اساسيةفي العلوم الطبيعية) هو شكل خاص من أشكال تنظيم المعرفة والتعميم النوعي والتوليف الأيديولوجي لمختلف النظريات العلمية. كونه نظامًا شاملاً للأفكار حول المشتركة ...... ويكيبيديا

C مكتبة قياسية assert.h complex.h ctype.h errno.h fenv.h float.h inttypes.h iso646.h limits.h locale.h math.h setjmp.h signal.h stdarg.h stdbool.h stddef. ح ... ويكيبيديا

المفهوم المعياري للعلم هو شكل من أشكال التحليل المنطقي والمنهجي لنظريات العلوم الطبيعية ، وقد تم تطويره تحت التأثير الكبير لفلسفة العلم الوضعية الجديدة. في إطار المفهوم القياسي للعلم ، خصائص النظرية (تفسر على أنها ... ... موسوعة فلسفية

شكل من أشكال التحليل المنطقي والمنهجي لنظريات العلوم الطبيعية ، تم تطويره تحت التأثير الكبير لفلسفة العلم الوضعية الجديدة. في إطار المفهوم القياسي للعلم ، فإن خصائص النظرية (تفسر على أنها مجموعة ذات مغزى علميًا ... ... موسوعة فلسفية

كتب

فيزياء الجسيمات - 2013. الديناميكا الكهربية الكمية والنموذج القياسي ، O.M Boyarkin ، G. G. Boyarkina. في المجلد الثاني من كتاب مكون من مجلدين يحتوي على مقرر حديث في فيزياء الجسيمات الأولية ، تعتبر الديناميكا الكهربية الكمية أول مثال على نظرية التفاعلات الحقيقية. ...

نموذج الجسيمات. النموذج القياسي للجسيمات الأولية للمبتدئين. خاتمة: موت النجوم

المكونات الرئيسية للنموذج القياسي

ما يمكن للنموذج القياسي فعله وما لا يمكنه فعله