Ещё фундаментальные взаимодействия?

[Kitozavr]

Купил сегодня книгу Л. Б. Окуня "Физика элементарных частиц". В первой главе, параграфе "Основные взаимодействия. Адроны и лептоны" он пишет:

Цитата:

Физики-теоретики предсказывают, что кроме гравитационного, электромагнитного, слабого и сильного взаимодействий должны существовать и другие типы взаимодействий, но их проявления пока не обнаружены, несмотря на многочисленные поисковые эксперименты.

Никогда о таких предсказаниях не слышал. Кто что может сказать?
P.S. Издание четвёртое, издательство ЛКИ.

[gris]

Может быть имеется в виду "пятое сила" (фундаментальное взаимодействие) http://en.wikipedia.org/wiki/Fifth_force.
Я чего-то читал в почти научно-популярной литературе, но в вопросе слабо разбираюсь.

[Munin]

Kitozavr в сообщении #391009 писал(а):

Купил сегодня книгу Л. Б. Окуня "Физика элементарных частиц".

Хорошая и полезная, хотя лежит бесплатно в интернете. Некоторые вещи и формулировки слегка подустарели, поскольку написана она в 86 году.

Kitozavr в сообщении #391009 писал(а):

P.S. Издание четвёртое, издательство ЛКИ.

Да ничего там со второго издания не изменилось.

Kitozavr в сообщении #391009 писал(а):

Никогда о таких предсказаниях не слышал. Кто что может сказать?

Начать с того, что бозон Хиггса - это уже нечто дополнительное к электромагнитному и слабому взаимодействиям. Далее, в неминимальных GUT и SUSY появляются разные поля в дополнение к четырём взаимодействиям СМ. В общем, читайте дальше книжку Окуня, там всё это написано.

Ну и имеются наблюдательные свидетельства таких полей: тёмная энергия, космологическая инфляция - интерпретации которых вызывают множество споров. Про тёмную энергию в книжке Окуня не написано, поскольку она была написана раньше, чем тёмную энергию открыли.

gris в сообщении #391024 писал(а):

Может быть имеется в виду "пятое сила" (фундаментальное взаимодействие) http://en.wikipedia.org/wiki/Fifth_force.

Это самое простое предположение, и поскольку за ним нет никакой теоретической конкретики, оно прежде всего экспериментальное: экспериментаторы ведут поиски "пятой силы" с тех пор, как обнаружили и зафиксировали список из известных четырёх (это было постепенно, в основном в 50-е). Но это не теоретическое предсказание. Теоретики стали предсказывать такие силы, когда построили теории известных четырёх, а это было уже в конце 70-х - начале 80-х. И в предсказаниях теоретиков всегда подразумевается нечто более конкретное, чем просто "пятая сила", и поэтому такого названия не используется. Не говоря уже о том, что часто предсказание даёт целый пучок таких сил: пятую, шестую,.. восьмую,.. или где-нибудь до шестнадцатой.

[Petruccio]

Munin в сообщении #391110 писал(а):

Цитата:

Начать с того, что бозон Хиггса - это уже нечто дополнительное к электромагнитному и слабому взаимодействиям.

Это самое простое предположение, и поскольку за ним нет никакой теоретической конкретики, оно прежде всего экспериментальное: экспериментаторы ведут поиски "пятой силы" с тех пор, как обнаружили и зафиксировали список из известных четырёх (это было постепенно, в основном в 50-е). Но это не теоретическое предсказание. Теоретики стали предсказывать такие силы, когда построили теории известных четырёх, а это было уже в конце 70-х - начале 80-х. И в предсказаниях теоретиков всегда подразумевается нечто более конкретное, чем просто "пятая сила", и поэтому такого названия не используется. Не говоря уже о том, что часто предсказание даёт целый пучок таких сил: пятую, шестую,.. восьмую,.. или где-нибудь до шестнадцатой.

Разрешите уточнить?
Какими экспериментами 100%-но обнаружено и доказано существование сильного и слабого взаимодействий?

[Munin]

Petruccio в сообщении #392738 писал(а):

Разрешите уточнить?Какими экспериментами 100%-но обнаружено и доказано существование сильного и слабого взаимодействий?

Есть такая большая область физики: физика элементарных частиц. Даже ещё большая область: субатомная физика, которая делится на физику атомного ядра и физику элементарных частиц. Она сформировалась в 30-е года 20 века, и занималась экспериментами с использованием космиических лучей, а в 50-е годы освоила новый экспериментальный метод: ускорители частиц - который с тех пор стал основным в этой области. В этих ускорителях разогнанные частицы направляют на неподвижную мишень из вещества или встречно на другие частицы, и заставляют вступать в разнообразные взаимодействия и реакции, и фиксируют результаты этих взаимодействий. Такие эксперименты очень быстро стали проводить ежедневно со всеми доступными частицами на всех доступных энергиях, причём дальше прогресс шёл по направлению роста доступных энергий.

Так вот, все эксперименты субатомной физики 100%-но обнаруживают и доказывают существование сильного и слабого взаимодействий. Очень трудно вспомнить эксперимент, который этого не делает, я навскидку не справился.

[12d3]

Petruccio в сообщении #392738 писал(а):

Какими экспериментами 100%-но обнаружено и доказано существование сильного и слабого взаимодействий?

Можно привести всем известные примеры этих взаимодействий. Например, нуклоны в ядре удерживаются именно сильным взаимодействием, а бета-распад - проявление слабого взаимодействия.

[Munin]

12d3 в сообщении #392791 писал(а):

Можно привести всем известные примеры этих взаимодействий.

Слишком длинный список получится :-)

...А, не "все известные", а "всем известные".

[Petruccio]

12d3 в сообщении #392791 писал(а):

Можно привести всем известные примеры этих взаимодействий. Например, нуклоны в ядре удерживаются именно сильным взаимодействием, а бета-распад - проявление слабого взаимодействия.

Кстати, а что именно является источником этих взаимодействий? Источником гравитационного взаимодействия является масса, источником электростатического - эл. заряд, источником электромагнитного - движущийся электрический заряд.
А что является источником сильного и слабого взаимодействий? Кстати, эти взаимодействия - полевые? Как гравитационное, эл.-магн. и электростатическое? Или нет?

Интересно, а почему сильное взаимодействие иногда "не работает" вообще - ну не создать физикам элемент с зарядом 120. И изотопы тоже не получаются какие угодно. Количество нейтронов дозируется довольно строго. Сильное взаимодействие весьма плохо работает в радиоактивных изотопах. Почему?

Бета-распад - проявление слабого взаимодействия? Как это? Объяснитесь, пожалуйста.

-- Вт дек 28, 2010 18:26:57 --

Munin в сообщении #392775 писал(а):

Есть такая большая область физики: физика элементарных частиц. Даже ещё большая область: субатомная физика, которая делится на физику атомного ядра и физику элементарных частиц. Она сформировалась в 30-е года 20 века, и занималась экспериментами с использованием космиических лучей, а в 50-е годы освоила новый экспериментальный метод: ускорители частиц - который с тех пор стал основным в этой области. В этих ускорителях разогнанные частицы направляют на неподвижную мишень из вещества или встречно на другие частицы, и заставляют вступать в разнообразные взаимодействия и реакции, и фиксируют результаты этих взаимодействий. Такие эксперименты очень быстро стали проводить ежедневно со всеми доступными частицами на всех доступных энергиях, причём дальше прогресс шёл по направлению роста доступных энергий.

Так вот, все эксперименты субатомной физики 100%-но обнаруживают и доказывают существование сильного и слабого взаимодействий. Очень трудно вспомнить эксперимент, который этого не делает, я навскидку не справился.

Давайте разбираться.
Когда физики сталкивают лбами две элементарные частицы, одна из которых бывает разогнана почти до скорости света, то что-то происходит с этими частицами. Это понятно.
Но давайте прежде ответим на два простых вопроса.
1. Как именно регистрируют физики изменения в элементарных частицах?
2. Что именно они получают - какие результаты?

После чего можно будет разбираться дальше.

[Munin]

Petruccio в сообщении #392811 писал(а):

Кстати, а что именно является источником этих взаимодействий? Источником гравитационного взаимодействия является масса, источником электростатического - эл. заряд, источником электромагнитного - движущийся электрический заряд.А что является источником сильного и слабого взаимодействий? Кстати, эти взаимодействия - полевые? Как гравитационное, эл.-магн. и электростатическое? Или нет?

Точнее говорят не про источник взаимодействия (взаимодействие - универсальный факт в нашей Вселенной), а про источник поля (в специфическом математическом смысле). Ещё можно назвать это зарядом для соответствующего взаимодействия.

У сильного и слабого взаимодействий "на ядерном уровне" источником является такая характеристика частиц, как изоспин. Он аналогичен электрическому заряду, но у протона изоспин +1/2, а у нейтрона -1/2. Точнее, выделяют "сильный изоспин" и "слабый изоспин", которые играют роль зарядов соответственно для сильного и слабого взаимодействий. Отличаются они так: у электронов и нейтрино сильный изоспин 0, а слабый изоспин соответственно +1/2 и -1/2. Кроме того, слабый изоспин отличается от нуля только для левовращающихся частиц, а для правовращающихся равен нулю.

"На фундаментальном уровне" вместо ядерного сильного взаимодействия возникает цветовое сильное взаимодействие. У него зарядом является цвет кварков и глюонов. Этот заряд более сложен, чем изоспин, он может принимать значения не двух типов ("плюс" и "минус"), а трёх (R, G, B, по условным названиям "красный", "зелёный", "синий"). Углубляться не буду, потому что дальше там сильно нешкольная математика.

Все эти взаимодействия полевые, но их полевую природу было трудно обнаружить. Дело в том, что гравитационное и электромагнитное взаимодействие остаются существенными и полевыми на макроскопических масштабах, а сильное и слабое работают вообще только на квантовых (причём по разным причинам), и поэтому в начале при их обнаружении выглядели таким образом, что не похожи на привычные поля. Чтобы добраться до их полевой природы, пришлось провести намного более тонкие эксперименты, чем просто чтобы их обнаружить, и произошло это с задержкой на несколько десятилетий, в конце 70-х - начале 80-х. Именно эти события стали завершением и экспериментальным подтверждением Стандартной Модели элементарных частиц и взаимодействий.

-- 28.12.2010 18:00:10 --

Petruccio в сообщении #392811 писал(а):

Давайте разбираться.Когда физики сталкивают лбами две элементарные частицы, одна из которых бывает разогнана почти до скорости света, то что-то происходит с этими частицами. Это понятно.Но давайте прежде ответим на два простых вопроса.1. Как именно регистрируют физики изменения в элементарных частицах?2. Что именно они получают - какие результаты?После чего можно будет разбираться дальше.

Физики наблюдают новые частицы, разлетающиеся из места столкновения. Они определяют их энергию, импульс, спин, свойства, выясняют тип этих частиц, и рассчитывают, в каком виде эти частицы вылетели из места столкновения. Это позволяет реконструировать само столкновение в детальном виде, хотя в сложных квантовомеханических и квантовополевых терминах. Квантовые законы устроены вероятностным образом, и кроме того, при столкновении частиц можно задавать условия столкновения только приблизительно, поэтому дальше для выяснения, что именно происходит, необходимо набрать большое количество таких столкновений - "статистику", и по ним уже судить о процессах, происходящих в ходе столкновения.

Это очень сложная и изощрённая наука, разбираться в ней можно много лет. Для начального знакомства рекомендую популярные книжки Библиотечки "Квант":
Выпуск 11 - Копылов Г.И. Всего лишь кинематика (1981)
Выпуск 15 - Боровой А.А. Как регистрируют частицы (1981)
Выпуск 45 - Окунь Л.Б. Элементарное введение в физику элементарных частиц (1985)
Выпуск 75 - Мигдал А.Б. Квантовая физика для больших и маленьких (1989)

[Petruccio]

Уважаемый Munin
Всё что Вы написали, весьма интересно.
И про заряды изоспинов, которые почему-то равны половинкам, а не единичкам, как например, у элементарных (самых маленьких) электрических зарядов.
Вы, кстати, можете, объяснить, зачем понадобилась такое деление изоспиновых зарядов физико-теоретикам? Чем были бы плохи целые числа?
Или надо было просто окончательно запутать "не посвященных"? Чтобы не вякали?

Цитата:

... дальше там сильно нешкольная математика.

И что из этого?

Вообще-то мой вопрос был про методологию субядерных исследований.
Вы пишете:

Цитата:

Физики наблюдают новые частицы, разлетающиеся из места столкновения. Они определяют их энергию, импульс, спин, свойства, выясняют тип этих частиц, и рассчитывают, в каком виде эти частицы вылетели из места столкновения. Это позволяет реконструировать само столкновение в детальном виде, хотя в сложных квантовомеханических и квантовополевых терминах.

Позвольте возразить.
Физики на самом деле никаких новых частиц не наблюдают.
Они регистрируют с помощью каких-то приборов какие-то изменения и пытаются дать им какое-то логичное на их взгляд объяснение или даже физико-математическое обоснование.
Так вот. Давайте разберем детально методы определения:
- энергии частицы
- импульса
- спина
- свойств (каждого свойства конкретно) - интересно, какие "свойства" имеете в виду Вы
- ну и "тип" частицы.

Готовы?

[Bulinator]

Petruccio
Насколько мне известно все далется следующим образом. Было замечено, что вектор потенциал электромагнитного поля можно рассматривать как связность в расслоенном пространстве, где базой является наше любимое и родное $\mathbb{R}^{1,3}$ а слой - группа $U(1)\simeq S^1$. Потом Янг и Миллс построили поле связанное с так называемым $G$-расслоением, слоем которого является $SU(2)\simeq S^3$. Это поле соответствует слабому взаимодействию. Сильное же взаимоействие описывается группой $SU(3)$. Потому и говорят, что стандартная модель есть $U(1)\times SU(2)\times SU(3)$.

Все вопросы далее связаны с неприводимыми представлениями этих групп. Но как именно- не знаю.

-- Ср дек 29, 2010 17:50:23 --

Забыл сказать, что заряды вводятся вручную. Это, так сказать, эмпирический факт.

[Joker_vD]

Petruccio в сообщении #393327 писал(а):

Они регистрируют с помощью каких-то приборов какие-то изменения и пытаются дать им какое-то логичное на их взгляд объяснение или даже физико-математическое обоснование.

Верно. А еще есть такой принцип: "Если что-то выглядит как утка, плавает как утка, крякает как утка и летает как утка — то это утка". Так что если теория адекватно описывает реальность (а она описывает адекватно, чтобы вы там ни мнили себе) — значит, эта теория верна.

[Munin]

Petruccio в сообщении #393327 писал(а):

И про заряды изоспинов, которые почему-то равны половинкам, а не единичкам, как например, у элементарных (самых маленьких) электрических зарядов.

Это условность. Просто группа изоспина устроена так же, как группа обычного пространственного спина при значении спина 1/2 (группа $SU(2)$), вот его и обозначили $\pm 1/2.$ Можно было бы обозначить единичкой, и гордиться этим, но работать с формулами было бы неудобней. Кстати, самые маленькие электрические заряды - 1/3 единичного, а у квазичастиц, вроде, бывают и ещё меньше.

Petruccio в сообщении #393327 писал(а):

И что из этого?

Я просто объясняю, почему не рассказываю дальше. Могу дать учебники, но вы там не продвинетесь дальше введения.

Petruccio в сообщении #393327 писал(а):

Вообще-то мой вопрос был про методологию субядерных исследований.

Я дал ажно пачку литературы.

Petruccio в сообщении #393327 писал(а):

Позвольте возразить.Физики на самом деле никаких новых частиц не наблюдают.Они регистрируют с помощью каких-то приборов какие-то изменения и пытаются дать им какое-то логичное на их взгляд объяснение или даже физико-математическое обоснование.

Когда изменение - это трек частицы, то об этом говорят "наблюдают частицу". Потому что каждый раз произносить длинные фразы, которые всем известны, просто мешало бы работе.

Petruccio в сообщении #393327 писал(а):

Так вот. Давайте разберем детально методы определения:- энергии частицы- импульса- спина- свойств (каждого свойства конкретно) - интересно, какие "свойства" имеете в виду Вы- ну и "тип" частицы.Готовы?

Читайте книжки, там это всё написано. Я не готов, мне технические детали неинтересны. Я знаю людей, в этом намного подробнее разбирающихся, а мне было достаточно усвоить общие принципы. Впрочем, и вы ничего детально разобрать не сможете, потому что вам базовых знаний не хватает.

Bulinator в сообщении #393342 писал(а):

Все вопросы далее связаны с неприводимыми представлениями этих групп. Но как именно- не знаю.

Хелзен, Мартин, там всё это на таком элементарном уровне, что вам я даже стесняюсь рекомендовать эту книжку.

[Bulinator]

(Оффтоп)

Munin в сообщении #393518 писал(а):

Хелзен, Мартин, там всё это на таком элементарном уровне, что вам я даже стесняюсь рекомендовать эту книжку.

Отчего же, Munin. Вы обо мне слишком высокого мнения. Сейчас скачаю и обязательно просмотрю.