Симметрия в физике, математике и жизни

Наконец, имеется ещё одно характерное свойство процессов рождения суперсимметричных частиц. При распаде суперсимметричной частицы всегда образуется новая подобная частица меньшей массы, и процесс идёт так до тех пор, пока не образуется легчайшая суперсимметричная частица (ЛСЧ), которая является стабильной. Эта частица является нейтральной, она остаётся незамеченной и вылетает из детектора, унося импульс и энергию. Следовательно, процессы рождения суперсимметричных частиц должны сопровождаться недостающей энергией. Это есть характерный признак таких процессов, что служит важным правилом отбора событий на ускорителях.

Поиску суперсимметричных частиц на Большом адронном коллайдере уделяется  особое внимание, хотя их искали и на предыдущих ускорителях, и на Большом  электрон-позитронном коллайдере в Женеве, и на протон-антипротонном коллайдере Национальной лаборатории им. Э. Ферми под Чикаго. Результат — отрицательный. В первом случае это объясняется недостаточной энергией ускорителя, а во втором — недостаточным количеством рождённых частиц, чтобы их можно было бы отделить от фона. При условии, конечно, что суперсимметрия реализуется в физике частиц. Большой адронный коллайдер планомерно движется к намеченной цели и, вероятно, в ближайшие годы мы сможем получить ответ на вопрос, существует ли суперсимметрия в физике частиц при низких энергиях.

 

 

5. Нарушение взаимодействия  элементарных частиц и возникновение  мира.

 

Согласно известным ограничениям по применимости современных физических теорий, наиболее ранним моментом, допускающим  описание, считается момент Планковской эпохи с температурой примерно 10³² К (Планковская температура) и плотностью около 10⁹³ г/см³ (Планковская плотность). Ранняя Вселенная представляла собой высокооднородную и изотропную среду с необычайно высокой плотностью энергии, температурой и давлением. В результате расширения и охлаждения во Вселенной произошли фазовые переходы, аналогичные конденсации жидкости из газа, но применительно к элементарным частицам.

Приблизительно через 10⁻³⁵ секунд после наступления Планковской эпохи (Планковское время — 10⁻⁴³ секунд после Большого взрыва, в это время гравитационное взаимодействие отделилось от остальных фундаментальных взаимодействий) фазовый переход вызвал экспоненциальное расширение Вселенной. Данный период получил название Космической инфляции. После окончания этого периода строительный материал Вселенной представлял собой кварк-глюонную плазму (состояние вещества в физике высоких энергий и физике элементарных частиц, при котором адронное вещество переходит в состояние, аналогичное состоянию, в котором находятся электроны и ионы в обычной плазме). По прошествии времени температура упала до значений, при которых стал возможен следующий фазовый переход, называемый бариогенезисом. На этом этапе кварки(фундаментальная частица в Стандартной модели, обладающая электрическим зарядом, кратным e/3, и не наблюдающаяся в свободном состоянии) и глюоны(gluon от glue — клей — элементарные частицы, являющиеся причиной взаимодействия кварков, а также косвенно ответственные за соединение протонов и нейтронов в атомном ядре)объединились в барионы(семейство элементарных частиц, сильно взаимодействующие фермионы, состоящие из трёх кварков), такие как протоны и нейтроны(элементарная частица, не имеющая электрического заряда). При этом одновременно происходило асимметричное образование как материи, которая превалировала, так и антиматерии, которые взаимно аннигилировали(в физике реакция превращения частицы и античастицы при их столкновении в какие-либо иные частицы, отличные от исходных), превращаясь в излучение.

Дальнейшее падение температуры  привело к следующему фазовому переходу — образованию физических сил и элементарных частиц в их современной форме. После чего наступила эпоха нуклеосинтеза, при которой протоны, объединяясь с нейтронами, образовали ядра дейтерия, гелия-4 и ещё нескольких лёгких изотопов. После дальнейшего падения температуры и расширения Вселенной наступил следующий переходный момент, при котором гравитация стала доминирующей силой. Через 380 тысяч лет после Большого взрыва температура снизилась настолько, что стало возможным существование атомов водорода (до этого процессы ионизации и рекомбинации протонов с электронами находились в равновесии).

После эры рекомбинации материя  стала прозрачной для излучения, которое, свободно распространяясь  в пространстве, дошло до нас в виде реликтового излучения (процесс испускания и распространения энергии в виде волн и частиц).

 

7. Заключение

 

За последние 100 лет человек создал устройства, позволяющие ему передвигаться  по земле и даже летать с огромной скоростью, общаться с другими людьми, находящимися на разных континентах, не выходя из своего дома, видеть то, что происходит в мире. Цивилизация решила проблему обеспечения продуктами питания, научилась предотвращать эпидемии, освоила новые виды энергии. Все эти достижения - плоды научного познания явлений природы.

 

Важнейшие научные открытия в естествознании развивали науку и меняли мировоззрение  людей, а также влияли на судьбы мира. Взять хотя бы учение Коперника, эксперименты Фарадея или теорию относительности Эйнштейна. Эти исследования повлияли на нас не меньше, чем мировые войны или революции.

 

Благодаря знаниям, представленным нам  естествознанием, мы имеем достаточно полное представление об окружающем нас мире, его проблемах, а также  необходимости их решения.

 

С симметрией мы встречаемся всюду.   Понятие симметрии проходит через всю многовековую историю человеческого творчества. Оно встречается уже у истоков человеческого знания; его широко используют все без исключения направления современной науки.

 

Симметрия играет ведущую, хотя и не всегда  осознанную,  роль  в  современной  науке, искусстве, технике и окружающей нас жизни. Симметрия  пронизывает  буквально все вокруг,  захватывая,  казалось  бы,  совершенно  неожиданные  области  и объекты.

 

Выполнив эту контрольную работу и изучив массу материала, я понимаю, что мир элементарных частиц подчиняется квантовым законам и всё ещё не до конца познан. Определяющим понятием при построении различных моделей взаимодействия элементарных частиц является понятие симметрии, понимаемое как математическое свойство неизменности процессов взаимодействия при различных преобразованиях координат или внутренних параметров модели.

 

Выполнив эту работу, я еще  раз обратила внимание, как все  вокруг нас наполнено симметрией! Все физические процессы идут одинаково, когда бы они ни начались — минуту или миллиард лет назад. Свет далеких звезд идет до нас миллиарды лет, но длины волн света, излучаемого атомами звезд, такие же, как у земных атомов, электроны на далеких звездах движутся так же, как и на Земле. На этом примере с большой точностью установлена равномерность хода времени, и это означает, что во всякое время относительная скорость всех процессов в природе одинакова.

Симметричность предметов завораживает. Наш мозг в постоянном поиске симметрии, ведь это не только красиво, но и правильно и удобно, с точки зрения геометрии, различных вычислений, да и любые расчёты можно просто умножать на два.

 

Литература:

 

1. Лихтман Е. П. Cуперсимметрия — 30 лет тому назад, УФН, том 171, вып. 9.-М.: 2001, с.1025-1032.

2. Weinberg S., The Quantum Theory of Fields, Volume 3: Supersymmetry, CambridgeUniversity Press,Cambridge, (1999).

3. Baer H., Tata X., Weak Scale Supersymmetry, CambridgeUniversity Press, Cambridge (2006). 
4. Суперсимметрия, Статья в «Физической энциклопедии», М.: Наука, 1988-1998.

5. Вейль Г. Симметрия. М.: Наука, 1968

6. Новожилов Ю.В. Элементарные частицы. М.: Наука, 1974

7. Система симметрии. Гармония. М., 1988.

8. Фейнман Р. Характер физических законов. М.: Наука, 1987.

9. Эллиот Дж.Добер П. Симметрия в физике. Т.2. М.: Мир.1983