'

Физика частиц и космология

Понравилась презентация – покажи это...





Слайд 1

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 2

Структура вещества


Слайд 3

4 типа взаимодействий электромагнитное слабое гравитационное сильное


Слайд 4

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 5

Силы и переносчики взаимодействия


Слайд 6

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 7

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 8

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 9

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 10

Из чего состоит Вселенная?


Слайд 11

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 12

Краткая история Вселенной


Слайд 13

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 14

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 15

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


Слайд 16

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


Слайд 17

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 18

Откуда анизотропия? Кривизна пространства может быть измерена!


Слайд 19

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 20

Угловой размер


Слайд 21

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 22

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 23

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 24

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 25

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 26

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: