Физика элементарных частиц

Физика элементарных частиц — раздел физики, изучающий структуру и свойства элементарных частиц и их взаимодействия. Цель этого изучения — понять, как устроен мир неживой природы и установить наиболее общие законы, которые им управляют. ФЭЧ имеет уже более чем вековую историю, и за это время сформировались новые концепции квантового мира, не присущие классической физике. Главным результатом современной ФЭЧ является построение Стандартной модели фундаментальных взаимодействий (сильного, слабого и электромагнитного) кварков и лептонов — основных «кирпичиков» мироздания. Данная модель базируется на специальной теории относительности, идее локальной симметрии и механизме спонтанного нарушения симметрии (механизм Браута — Энглера — Хиггса). За последние годы ее предсказания были многократно проверены в экспериментах, и в настоящее время она — единственная физическая теория, адекватно описывающая устройство нашего мира вплоть до расстояний порядка 10–18 м.

Настоящий курс коротких лекций посвящен описанию мира элементарных частиц, кварков и лептонов, а также взаимодействий между ними. Речь идет также об адронах — сильновзаимодействующих частицах, являющихся связанными состояниями кварков, о нейтрино — необычных нейтральных частицах, возникающих в распадах частиц и играющих важную роль в процессах горения Солнца, о свойстве симметрии элементарных частиц — ключевом понятии Стандартной модели фундаментальных взаимодействий. Обсуждается механизм спонтанного нарушения симметрии, который ответственен за возникновение масс у кварков, лептонов и промежуточных секторных бозонов — переносчиков слабого взаимодействия. Коротко рассказывается об ускорителях — основном инструменте познания микромира: от циклотронов до Большого адронного коллайдера. Наконец, перечисляются нерешенные проблемы физики элементарных частиц.

Программа

1. Элементарные частицы

Как квантовая механика изменила представление об устройстве атома? Какие элементарные частицы были обнаружены в космических лучах? Какие существуют подходы к классификации элементарных частиц? 

2. Ускорители частиц

По какому принципу работают ускорители частиц? Как происходит фиксация частиц в коллайдерах? В чем преимущества и недостатки циклических и линейных ускорителей? 

3. Андроны

Как адроны классифицируются по угловому моменту? Как кварковая схема объясняет структуру матриц, в которые складываются адроны? Почему при столкновении адронов в ускорителе частиц рождаются новые адроны? 

4. Кварки

Как были открыты три поколения кварков? Какие теории описывают взаимодействие частиц? Какими свойствами обладают кварки? 

5. Лептоны и нейтрино

Как происходит регистрация нейтрино? Чем дираковские частицы отличаются от майорановских? Какие существуют источники нейтрино? 

6. Симметрии в мире элементарных частиц

7. Фундаментальные взаимодействия

8. Спонтанное нарушение симметрии

9. Стандартная модель фундаментальных взаимодействий

10. Нерешенные проблемы физики элементарных частиц

11. Диалоги: Физика элементарных частиц

Беседа физиков Валерия Рубакова и Дмитрия Казакова о бозоне Хиггса, Стандартной модели и новых открытиях на коллайдере

12. Существует ли симметрия в мире элементарных частиц

О понятии, способном объединить фундаментальные взаимодействия в рамках единой теории