Семестр_4_Лекция_25 (Отличные лекции от Семиколенова), страница 4

д. Преобразование комбинированной инверсии (CP)связываетспиральные состояния частицы с состояниями античастиц противоположной спиральности.Частицам и их античастицам приписываются одинаковые по величине, но противоположные познаку барионное и лептонное числа.8Семестр 4. Лекция 25.Вследствие инвариантности относительно зарядового сопряжения (С-инвариантности)сильного и электромагнитного взаимодействий связанные соответствующими силами составные объекты из частиц (атомные ядра, атомы) и из античастиц (ядра и атомы антивещества)должны иметь идентичную структуру. По той же причине совпадает структура адронов и ихантичастиц, причём в рамках модели кварков состояния антибарионов описываются точно также, как состояния барионов с заменой составляющих кварков на соответствующие им антикварки .Состояния мезонов и их античастиц отличаются заменой составляющих кварка и антикварка на соответствующие антикварк и кварк.

Для истинно нейтральных частиц состояниячастицы и античастицы совпадают. Такие частицы обладают определёнными зарядовой чётностью (С-чётностью) и СР-чётностью. Все известные истинно нейтральные частицы - бозоны(напр.,π0 -мезон - со спином фотон - со спином 1), однако в принципе могут существовать и истинно нейтральные фермионы (так называемые майорановские частицы).Само определение того, что называть «частицей» в паре частица- античастица, в значительной мере условно.

Однако при данном выборе «частицы» её античастица определяется однозначно. Сохранение барионного числа в процессах слабого взаимодействия позволяет по цепочке распадов барионов определить «частицу» в любой паре барион-антибарион. Выбор электрона как «частицы» в паре электрон-позитрон фиксирует (вследствие сохранения лептонногочисла в процессах слабого взаимодействия) определение состояния «частицы» в паре электронных нейтрино-антинейтрино.Рождение античастиц происходит в столкновениях частиц вещества, разогнанных доэнергий, превосходящих порог рождения пары частица- античастица.

В лабораторных условияхантичастицы рождаются во взаимодействиях частиц на ускорителях; хранение образующихсяантичастиц осуществляют в накопительных кольцах при высоком вакууме. В естественных условиях античастицы рождаются при взаимодействии первичных космических лучей с веществом, например, атмосферы Земли, а также должны рождаться в окрестностях пульсаров и активных ядер галактик. Теоретическая астрофизика рассматривает образование античастиц (позитронов, антинуклонов) при аккреции вещества на чёрные дыры. В рамках современной космологии рассматривают рождение античастиц при испарении первичных чёрных дыр малоймассы.При энергиях, превышающих энергию покоя частиц данного, пары частица- античастицаприсутствуют в равновесии с веществом и электромагнитным излучением.

Такие условия могутреализовываться для электрон-позитронных пар в горячих ядрах массивных звёзд. Согласнотеории горячей Вселенной, на очень ранних стадиях расширения Вселенной в равновесии с веществом и излучением находились пары частица- античастица всех сортов. В соответствии смоделями великого объединения эффекты нарушения C-и СР-инвариантности в неравновесныхпроцессах с несохранением барионного числа могли привести в очень ранней Вселенной к барионной асимметрии Вселенной даже в условиях строгого начального равенства числа частиц иантичастиц. Это даёт физическое обоснование отсутствию наблюдательных данных о существовании во Вселенной объектов из античастиц.ВакуумПод физическим вакуумом в современной физике понимают полностью лишённое вещества пространство.

Даже если бы удалось получить это состояние на практике, оно не было быабсолютной пустотой. Квантовая теория поля утверждает, что, в согласии с принципом неопределённости, в физическом вакууме постоянно рождаются и исчезают виртуальные частицы:происходят так называемые нулевые колебания полей. В том числе, возможно даже рождениезаряженных частиц в паре со своей античастицей. Эта пара может существовать очень короткоевремя, в пределах квантовой неопределённости ∆t ∼, чтобы не нарушать закон сохранения∆Eэнергии.

Но если на вакуум воздействует внешнее поле, то за счёт его энергии возможно рождение реальных частиц. Взаимодействие частиц с вакуумом приводит к изменению массы и заряда частиц.9Семестр 4. Лекция 25.Поляризация вакуума в квантовой электродинамике заключается в образовании виртуальных электронно-позитронных (а также мюон-антимюонных и таон-антитаонных) пар из вакуума под влиянием электромагнитного поля.

Поляризация вакуума приводит к радиационнымпоправкам к законам квантовой электродинамики и к взаимодействию нейтральных частиц сэлектромагнитным полем. Так, лэмбовский сдвиг атомных уровней объясняется нулевыми колебаниями электромагнитного поля в физическом вакууме.Стандартная модельСтандартная модель - теоретическая конструкция в физике элементарных частиц, описывающая электромагнитное, слабое и сильное взаимодействие всех элементарных частиц. Стандартная модель не включает в себя гравитацию.Стандартная модель состоит из следующих положений:Всё вещество состоит из 12 фундаментальных частиц-фермионов: 6 лептонов (электрон, мюон,тау-лептон, электронное нейтрино, мюонное нейтрино и тау-нейтрино) и 6 кварков (u, d, s, c, b,t), которые можно объединить в три поколения фермионов.Кварки участвуют в сильных, слабых и электромагнитных взаимодействиях; заряжённыелептоны (электрон, мюон, тау-лептон) - в слабых и электромагнитных; нейтрино - только в слабых взаимодействиях.Все три типа взаимодействий возникают как следствие постулата, что наш мир симметричен относительно трёх типов калибровочных преобразований.Частицами-переносчиками взаимодействий являются:8 глюонов для сильного взаимодействия (группа симметрии SU(3));3 тяжёлых калибровочных бозона (W+, W−, Z0) для слабого взаимодействия (группа симметрииSU(2));один фотон для электромагнитного взаимодействия (группа симметрии U(1)).В отличие от электромагнитного и сильного, слабое взаимодействие может смешиватьфермионы из разных поколений, что приводит к нестабильности всех частиц, за исключениемлегчайших, и к таким эффектам, как нарушение CP – инвариантности и нейтринные осцилляции.До сих пор все предсказания Стандартной модели подтверждались экспериментально,иногда с очень высокой точностью в миллионные доли процента.

Только в последние годы стали появляться результаты, в которых предсказания Стандартной модели слегка расходятся сэкспериментом и даже явления, крайне трудно поддающиеся интерпретации в её рамках.С другой стороны, очевидно, что Стандартная модель не может являться последним словом в физике элементарных частиц, ибо она содержит слишком много внешних параметров, атакже не включает гравитацию. Поэтому поиск отклонений от Стандартной модели (так называемой «новой физики») одно из самых активных направлений исследования в последние годы.Ожидается, что эксперименты на Большом Адронном коллайдере (LHC) смогут зарегистрировать множество отклонений от Стандартной модели.10.