Skip to main content
Global

11: Fizikia ya chembe na Kosmolojia

  1. Last updated
  2. Save as PDF
  • Page ID
    175203

    • \( \newcommand{\vecs}[1]{\overset { \scriptstyle \rightharpoonup} {\mathbf{#1}} } \) \( \newcommand{\vecd}[1]{\overset{-\!-\!\rightharpoonup}{\vphantom{a}\smash {#1}}} \)\(\newcommand{\id}{\mathrm{id}}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \( \newcommand{\kernel}{\mathrm{null}\,}\) \( \newcommand{\range}{\mathrm{range}\,}\) \( \newcommand{\RealPart}{\mathrm{Re}}\) \( \newcommand{\ImaginaryPart}{\mathrm{Im}}\) \( \newcommand{\Argument}{\mathrm{Arg}}\) \( \newcommand{\norm}[1]{\| #1 \|}\) \( \newcommand{\inner}[2]{\langle #1, #2 \rangle}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \(\newcommand{\id}{\mathrm{id}}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \( \newcommand{\kernel}{\mathrm{null}\,}\) \( \newcommand{\range}{\mathrm{range}\,}\) \( \newcommand{\RealPart}{\mathrm{Re}}\) \( \newcommand{\ImaginaryPart}{\mathrm{Im}}\) \( \newcommand{\Argument}{\mathrm{Arg}}\) \( \newcommand{\norm}[1]{\| #1 \|}\) \( \newcommand{\inner}[2]{\langle #1, #2 \rangle}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\)\(\newcommand{\AA}{\unicode[.8,0]{x212B}}\)

    Mwanzoni mwa maandishi haya tulijadili mizani mbalimbali ambayo fizikia inajumuisha, kutoka kwa chembe ndogo sana hadi kiwango kikubwa iwezekanavyo—ulimwengu wenyewe. Katika sura hii ya mwisho sisi kuchunguza baadhi ya mipaka ya utafiti katika mizani hizi uliokithiri. Fizikia ya chembe inahusika na vitalu vya msingi vya ujenzi wa suala na vikosi vinavyowashikilia pamoja. Kosmolojia ni utafiti wa nyota, galaxi, na miundo ya galactic inayojaa ulimwengu wetu, pamoja na historia yao ya zamani na mageuzi ya baadaye.

    • 11.1: Prelude kwa Chembe Fizikia na Kosmolojia
      Utafiti wa chembe za msingi unahitaji nguvu kubwa za kuzalisha chembe za pekee, zinazohusisha baadhi ya mashine kubwa ambazo binadamu wamewahi kujengwa. Lakini nguvu hizo za juu zilikuwepo katika hatua za mwanzo za ulimwengu na ulimwengu tunaoona karibu nasi leo uliumbwa kwa sehemu na asili na mwingiliano wa chembe za msingi zilizoundwa wakati huo. Kumbuka kwamba fizikia ya chembe na cosmology ni maeneo yote ya utafiti mkali wa sasa, chini ya uvumi sana.
    • 11.2: Kuanzishwa kwa Fizikia ya Chembe
      Nguvu nne za msingi za asili ni, kwa utaratibu wa nguvu: nyuklia kali, umeme, nyuklia dhaifu, na mvuto. Quarks huingiliana kupitia nguvu kali, lakini leptons hawana. Wote quark na leptoni huingiliana kupitia vikosi vya umeme, dhaifu, na mvuto. Chembe za msingi zinawekwa katika fermions na boson. Fermions ina spin nusu-muhimu na kutii kanuni ya kutengwa. Bosons na spin muhimu na wala kutii kanuni hii.
    • 11.3: Sheria za Uhifadhi wa chembe
      Ushirikiano wa chembe ya msingi unatawaliwa na sheria za uhifadhi wa chembe, ambazo zinaweza kutumika kuamua ni athari gani za chembe na kuoza zinawezekana (au haramu). Baryon sheria ya uhifadhi idadi na tatu lepton idadi mazungumzo sheria ni halali kwa michakato yote ya kimwili. Hata hivyo, uhifadhi wa uganga ni halali tu kwa mwingiliano mkali wa nyuklia na mwingiliano wa umeme.
    • 11.4: Quarks
      Quarks sita inayojulikana zipo: up (u), chini (d), charm (c), ajabu (s), juu (t), na chini (b). Chembe hizi ni fermions na spin nusu-muhimu na malipo ya sehemu. Baryons inajumuisha quarks tatu, na mesons hujumuisha jozi ya quark-antiquark. Kutokana na nguvu kali, quarks haiwezi kuwepo katika kutengwa. Ushahidi wa quarks hupatikana katika majaribio ya kueneza.
    • 11.5: Accelerators ya chembe na Detectors
      Aina nyingi za kasi za chembe zimeandaliwa ili kujifunza chembe na mwingiliano wao. Hizi ni pamoja na kasi za kasi, cyclotrons, synchrotrons, na mihimili ya kugongana. Mashine ya boriti ya kugongana hutumiwa kutengeneza chembe kubwa zinazooza haraka kwa chembe nyepesi. Detectors nyingi hutumiwa kutengeneza nyanja zote za migongano ya juu-nishati. Hizi ni pamoja na detectors kupima kasi na nguvu za chembe za malipo na photons.
    • 11.6: Mfano wa Standard
      Model Standard inaeleza mwingiliano kati ya chembe kupitia nguvu nyuklia, umeme, na dhaifu nguvu nyuklia. Uingiliano wa chembe huwakilishwa na michoro za Feynman. Mchoro wa Feynman inawakilisha mwingiliano kati ya chembe kwenye graph ya muda wa nafasi. Vikosi vya umeme hufanya kazi kwa muda mrefu, lakini nguvu na dhaifu vikosi vinatenda juu ya muda mfupi. Majeshi haya yanatumiwa kati ya chembe kwa kutuma na kupokea bosoni.
    • 11.7: Big Bang
      Ulimwengu unapanuka kama putoni—kila hatua inapungua kutoka kila hatua nyingine. Galaksi za mbali huondoka kwetu kwa kasi sawia na umbali wake. Kiwango hiki kinapimwa kuwa takriban 70 km/s/mpc. Hivyo, galaxi za mbali zinatoka kwetu, kasi yao kubwa zaidi. Hizi “kasi za kurudi” zinaweza kupimwa kwa kutumia mabadiliko ya Doppler ya mwanga. Kwa mujibu wa mifano ya sasa ya cosmological, ulimwengu ulianza na Big Bang takriban miaka bilioni 13.7 iliyopita.
    • 11.8: Mageuzi ya Ulimwengu wa Mapema
      Ulimwengu wa mapema ulikuwa moto na mnene. Ulimwengu ni isotropic na kupanua. Mionzi ya asili ya Cosmic ni ushahidi wa Big Bang Sehemu kubwa ya wingi na nishati ya ulimwengu haijulikani vizuri.
    • 11.A: Chembe Fizikia na Kosmolojia (Majibu)
    • 11.S: Chembe Fizikia na Kosmolojia (muhtasari)
    • 11.E: Chembe Fizikia na Kosmolojia (Mazoezi)

    Thumbnail: proton inajumuisha quarks mbili, moja chini quark, na gluons kwamba kupatanisha vikosi “kumfunga” pamoja. Kazi ya rangi ya quarks ya mtu binafsi ni kiholela, lakini rangi zote tatu zinapaswa kuwepo. Picha imetumiwa kwa ruhusa (CC BY-SA 2.5; Arpad Horvath).