'

Физика частиц и космология

Понравилась презентация – покажи это...





Слайд 0

Физика частиц и космология Дмитрий В. Наумов, ОИЯИ 25 июня 2012, Дубна Содержание лекции Структура вещества и 4 вида взаимодействий Зоопарк частиц и элементарные частицы Силы и переносчики взаимодействия Объединение взаимодействий Успехи Стандартной Модели Что такое космология? Краткая история Вселенной Из чего состоит Вселенная? Недостатки Стандартной Модели Дальнейшие пути развития


Слайд 1

Структура вещества


Слайд 2

4 типа взаимодействий электромагнитное слабое гравитационное сильное


Слайд 3

Зоопарк частиц Фермионы Лептоны e, ?, ?, ?e, ??, ?? Кварки u, c, t d, s, b Бозоны Фотоны, W±, Z, глюоны, поле Хиггса Частицы составные из кварков p, n, ?, ?, ?, ?c … ?, K, ?, ?, ?, D,… Сотни частиц, собранные в PDG: http://pdglive.lbl.gov


Слайд 4

Силы и переносчики взаимодействия


Слайд 5

Объединение взаимодействий Электричество, магнетизм и оптика объединены в одну теорию электромагнетизма Максвеллом Электромагнетизм и слабое взаимодействие объединены в одну Электрослабую теорию Глэшоу, Вайнбергом и Саламом Электрослабая теория + квантовая хромодинамика = Стандартная Модель (объединение лишь формальное) Из трех размерных фундаментальных констант h = постоянная Планка с = скорость света G = постоянная Ньютона Строятся Планковские переменные: длина: lp = (h G/c3 )1/2 = 1.6 10-33 см время: tp = (h G/c5 )1/2 = 5.4 10-44 сек масса: mp = (h G)1/2 = 2.18 10-5 г На этом масштабе ожидается ВЕЛИКОЕ ОБЪЕДИНЕНИЕ Всех взаимодействий


Слайд 6

Успехи Стандартной Модели Экспериментальное и теоретическое значения магнитного момента электрона согласуются на уровне 10-8 СМ описывает огромный объем экспериментальных данных в современной физике частиц В СМ не хватает пока последнего кирпичика – бозона Хиггса (ищут прямо сейчас на БАК) И все же СМ не окончательная теория! Этому нас учит, в первую очередь космология


Слайд 7

Что такое космология? Космология – это наука о Вселенной, о ее эволюции от начала до сегодняшнего дня (и далее). Космология «стыкует» всю физику от масштабов 10-33 см до 1028 см: Квантовая физика, Физика элементарных частиц Гравитация


Слайд 8

Что говорит нам Космология об истории Вселенной? Вселенная расширяется сейчас – звезды тем краснее, чем они от нас дальше, а значит: Вселенная не была вечной! Она родилась около 13.7 млрд лет назад (Возраст Солнца – 4.6 млрд лет, возраст Земли 4.6-5 млрд лет) Что произошло 13.7 млрд лет назад? И как об этом узнали сегодня? На больших масштабах (около 100 Мпк) Вселенная очень однородна со средней плотностью около 10-29 г/см3 Полный вес Вселенной 1050 тонн Число атомов во Вселенной 1080 Число звезд (3-100) х 1022 в 80 млрд галактик. Вес в момент рождения согласно Бесконечен (теория Большого Взрыва (БВ)) Меньше миллиграмма (инфляционная теория) Вся энергия Вселенной равна НУЛЮ!


Слайд 9

Из чего состоит Вселенная?


Слайд 10

То, из чего сделаны мы сами и все вокруг дает вклад в плотность энергии во Вселенной всего лишь на уровне 4.5% Остальное: Темная материя и Темная энергия Не известно, что такое! Вопрос: Но как об этом узнали? Ответ: Реликтовые фотоны!


Слайд 11

Краткая история Вселенной


Слайд 12

Первые три минуты Время жизни нейтрона зависит от параметров СМ: ?n ~ MW4/(mn-mp)5 достаточно, например, MW = 80 ГэВ > MW = 53 ГэВ или mn-mp = 1.3 МэВ > mn-mp = 1.79 МэВ Чтобы нейтрон жил меньше 3 минут вместо 15 минут сегодня!


Слайд 13

Со всех направлений микроволновое излучение одинаково, с одной и той же температурой Т=2.7К. Откуда оно? Это замороженный свет, оставшийся после 380000 лет после БВ Вселенная с тех пор расширилась в 3000/2.7 = 1100 раз


Слайд 14

Анизотропия реликтового излучения Удивительно, но «одинаковость» температуры света справедлива только с точностью до 10-5 К


Слайд 15

Можно ли УВИДЕТЬ звуковые колебания Вселенной? Сжатый газ нагревается Флуктуации температуры


Слайд 16

Кривизна пространства и полная энергия Вселенной Кривизну пространства можно измерить сделав 4 равных шага, каждый раз поворачивая налево на 900 Кинетическая энергия Потенциальная энергия ??= ?>1?Сферическая, открытая Вселенная ?=1?Плоская Вселенная ?<1?Гиперболическая, замкнутая Вселенная


Слайд 17

Откуда анизотропия? Кривизна пространства может быть измерена!


Слайд 18

Теоретические ожидания 380 000 лет За время жизни Вселенной размер вырос в 1100 раз Время жизни Вселенной Угловой размер = = 1100*380 000 лет/13.7 000 000 000 лет = = 0.03 радиана = 1 градус Если кривизна сферическая > 1 градуса Если кривизна гиперболическая < 1 градуса


Слайд 19

Угловой размер


Слайд 20

Недостатки Стандартной Модели В СМ нет разумного кандидата на роль темной материи и темной энергии СМ не может описать тот факт, что вещества во Вселенной больше, чем анти-вещества Поле бозона Хиггса даст вклад в плотность энергии во Вселенной много больший, чем сегодняшнее число Большое (больше 20) число свободных параметров Еще вопросы: За время эволюции Вселенной плотность материи уменьшилась в 10100 раз. Почему сегодня плотность материи и плотность энергии вакуума одного порядка? Случайно ли это? Почему у вакуума не нулевая плотность энергии?


Слайд 21

Дальнейшие пути развития М.Планк: Я хочу заниматься теоретической физикой Ф.Жолли: Не надо! Она уже, в основном, построена. Осталось заделать мелкие проблемы Работа М.Планка положила начало квантовой механики За последние 10-15 лет получены новые фундаментальные знания об эволюции и свойствах Вселенной Стандартная Модель очень успешно описывает почти все экспериментальные данные на Земле, однако, она не полна, когда речь идет о космологии Возможно, мы стоим на пороге важных открытий в физике. Будущие Открытия – дело молодых!


Слайд 22

Список литературы и ссылок в интернете Planck project http://rssd.esa.int WMAP Mission: http://map.gsfc.nasa.gov/ SuperNova Cosmology Project http://www.supernova.lbl.gov/ http://www.astronet.ru http://en.wikipedia.org/wiki/Gravitational_lens


Слайд 23

Космология . Физика космоса. Маленькая энциклопедия. М.: Сов. энциклопедия, 1986, с. 90. Вайнберг С. Первые три минуты. М.: Энергоиздат, 1981. Долгов А.Д., Зельдович Я.Б., Сажин М.В. Космология ранней Вселенной. М.: МГУ, 1988. Зельдович Я.Б., Новиков И.Д. Строение и эволюция Вселенной. М.: Наука, 1975. Окунь Л.Б. Физика элементарных частиц. М.: Наука, 1988. Список литературы и ссылок в интернете


Слайд 24

D.Scramm and M.S. Turner, ``Big Bang enters the precision era'', RMP70(1998)0303 В.Л.Гинзбург, “О некоторых успехах физики и астрономии за последние три года”, УФH172(2002)0213 В.А.Рубаков, ``Физика частиц и космология: состояние и надежды”, УФН169(1999)1299 S.Sarkar, ``Big bang nucleosynthesis and physics beyond the standard model'',RPP59(1996)1493 M.Turner, J.Tyson, ``Cosmology at the millenium'',RMP71(1999)S145 Dolgov, Ya.Zeldovich, ``Cosmology and elementary particles'',RMP53(1981)0001 A.Dolgov, ``Neutrinos in Cosmology'',PR370(2002)333 M.Maggiore, ``Gravitational Wave Experiments ...'',PR331(2000)283 V.L. Ginzburg, ``What problems of physics and astrophysics ...'', PhU042(1999)0353 I.L.Rozental, ``Elementary particles and cosmology'', PhU40(1997)0763 V.A. Rubakov, M.E.Saposhnikov, ``Electroweak baryon number non-conservation ...'', PhU039(1996)0461 J.Ellis, ``Astropartical Physics: A personal outlook'', NPB48(1996)522 J.Ellis, ``Particles and Cosmology'',NPB35(1994)005 J.M.Uson, ``General Cosmology: Overview and outstanding problems'',NPB28A(1992)017 L.Jauneau, ``Introduction to Gravity and Cosmology'', LAL88-41 M.Kutschera, ``Introduction to Physical Cosmology'', INP-1659-PH P.Olesen, ``An introduction to cosmology'',ESHEP(1997)220 astro-ph/0204294, astro-ph/0208103, astro-ph/0208103 astro-ph/0210580, astro-ph/0305038, astro-ph/0305063 astro-ph/0309703, astro-ph/0309704, astro-ph/0402065 astro-ph/9312022, astro-ph/9609007, astro-ph/9905017 astro-ph/9911325, astro-ph/9911440, gr-qc/0101003 gr-qc/0103023, hep-ph/0101119, hep-ph/0104251 hep-ph/0201178, hep-ph/0304257, hep-ph/0304264 hep-ph/0308251, hep-ph/9808418, hep-ph/9811432 hep-ph/9904502, hep-th/0209261, hep-th/9802057 hep-th/9907067 Список литературы и ссылок в интернете


Слайд 25

Возможные темы для рефератов Темная энергия Темная материя Кривизна Вселенной Нуклеосинтез Бариогенезис Квазары Реликтовое излучение Анизотропия реликтового излучения Крупно-масштабные структуры Как образуются галактики Почему светят звезды? Взрыв звезды — сверхновая Теория Большого взрыва. Успехи и проблемы Инфляционная Модель


×

HTML:





Ссылка: