Сегодня мы обсудим фундаментальную вещь, лежащую в основе всего, что нас окружает - квантовое поле. Они подобны невидимому скелету Вселенной, от которого зависит вся физика элементарных частиц. Но что именно? Как они работают и как создают частицы?
Что такое квантовое поле?
Все начинается с того, что в квантовой физике и теории относительности мы представляем себе мир не как совокупность отдельных объектов, а как взаимодействие полей.
Поле — это объект, значение которого существует в каждой точке пространства и времени. Например:
— Температура — это поле (каждая точка имеет свое значение).
— Гравитация — это тоже поле, потому что она повсюду.
Квантовые поля — более сложная вещь. Он описывает вероятность появления частицы в определенной точке пространства. Частица – это всего лишь квант (наименьшая часть) этого поля.
Представьте себе, что площадка похожа на поверхность пруда: если бросить камешек, появятся волны.Обратите внимание: Большой адронный коллайдер обнаружил новые частицы.
Эти волны представляют собой разновидность «частиц», возникающих в поле.
Как квантовые поля создают частицы?
Частицы — это волны в квантовых полях. Например:
— Электроны возбуждаются электронными полями.
— Фотоны (световые частицы) — это колебания электромагнитных полей.
— Гравитон (гипотетическая частица) — Возбуждение гравитационного поля.
Метафора океана:
Поля — вода.
Частицы — это волны на воде.
Взаимодействие частиц – это столкновение волн.
Когда в какой-то точке поля достаточно энергии (например, при столкновении частиц в ускорителе), из колебаний поля «рождаются» новые частицы.
Квантовые поля повсюду!
В это трудно поверить, но все частицы вокруг нас, от электронов в вашем мобильном телефоне до нейтрино, проходящих через вас сейчас, являются всего лишь «точками света» в разных квантовых полях. Вся Вселенная представляет собой огромную «сетку», состоящую из постоянно взаимодействующих полей.
Почему важны квантовые поля?
Квантовые поля являются основой Стандартной модели физики. Она описала:
— Все известные частицы, от кварков до фотонов.
—Взаимодействующие силы, включая электромагнитную силу, слабое ядерное взаимодействие и сильное ядерное взаимодействие.
Единственное, что пока не удалось интегрировать в теорию, — это гравитация. Теория квантовой гравитации остается открытым вопросом.
Как он используется?
— Коллайдер частиц: В адронном коллайдере мы сталкиваем частицы на чрезвычайно высоких скоростях, чтобы наблюдать новые возбуждения в поле. Так был открыт бозон Хиггса.
- Квантовые компьютеры: эти устройства работают благодаря явлениям запутанности и суперпозиции в квантовых полях.
— Лазеры: Их работа напрямую связана с возбуждением электронных полей.
Для тех, кто хочет пойти глубже:
— «Квантовая теория поля для чайников» (Дэвид Гриффитс).
—— «Квантовая Вселенная» (Брайан Кокс).
— YouTube-канал «PBS Time and Space".
результат
Квантовые поля — это не просто сложная математическая абстракция, а реальная картина мира, объясняющая, как создается материя. Мир вокруг нас — океан полей, а мы сами — всего лишь «волны» в этом океане.
[Моя] Квантовая физика Физика элементарных частиц Наука Теория поля Квантовая теория Бозон Хиггса Наука Популярная Вселенная Вселенная Квантовая механика Длинная статья 8Больше интересных статей здесь: Новости науки и техники.
Источник статьи: Квантовые поля: что это такое и как они создают частицы?.