11.S: Chembe Fizikia na Kosmolojia (muhtasari)

Masharti muhimu

antiparticle	chembe ya subatomic na molekuli sawa na maisha kama chembe yake inayohusishwa, lakini kinyume cha malipo ya umeme
baryon idadi	Baryon idadi ina thamani\(B=+1\) kwa baryons,\(–1\) kwa antibaryons, na 0 kwa chembe nyingine zote na ni kuhifadhiwa katika mwingiliano chembe
baryons	kikundi cha quarks tatu
Big bang	upanuzi wa haraka wa nafasi ambayo ilikuwa mwanzo wa ulimwengu
bosoni	chembe na spin muhimu kwamba ni symmetric juu ya kubadilishana
rangi	mali ya chembe na kwamba ina jukumu moja katika mwingiliano nguvu nyuklia kama malipo ya umeme gani katika mwingiliano sumakuumeme
mionzi ya asili ya microwave (CMBR)	mionzi ya joto iliyozalishwa na tukio la Big Bang
kosmolojia	utafiti wa asili, mageuzi, na hatima ya mwisho ya ulimwengu
nishati ya giza	aina ya nishati wanaamini kuwa na jukumu la kuongeza kasi aliona ya ulimwengu
jambo la giza	jambo katika ulimwengu ambao hauingiliani na chembe nyingine lakini hiyo inaweza kuhitimishwa na kufuta mwanga wa nyota ya umbali
electroweak nguvu	umoja wa nguvu ya umeme na mwingiliano dhaifu wa nguvu za nyuklia
ulinganifu wa kubadilishana	mali ya mfumo wa chembe zisizojulikana ambazo zinahitaji kubadilishana kwa chembe zozote mbili kuwa zisizoonekana
fermion	chembe na spin nusu muhimu kwamba ni antisymmetric juu ya kubadilishana
Mchoro wa Feynman	nafasi ya wakati mchoro kwamba inaeleza jinsi chembe hoja na kuingiliana
nguvu ya msingi	moja ya vikosi vinne vinavyofanya kati ya miili ya jambo: nguvu ya nyuklia, umeme, nyuklia dhaifu, na nguvu za mvuto
gluon	chembe kwamba kubeba nguvu nguvu ya nyuklia kati ya quarks ndani ya kiini atomiki
nadharia kuu ya umoja	nadharia ya mwingiliano chembe kwamba unifies nguvu nyuklia, umeme, na nguvu dhaifu nyuklia
hadroni	meson au baryon
Hubble ya mara kwa mara	mara kwa mara ambayo inahusiana kasi na umbali katika sheria ya Hubble
Sheria ya Hubble	uhusiano kati ya kasi na umbali wa nyota na galaxi
leptoni	fermion ambayo inashiriki katika nguvu ya electroweak
nambari ya leptoni	nambari ya elektroni-lepton\(L_e\), nambari ya muon-lepton\(L_μ\), na nambari ya tau-lepton\(L_τ\) huhifadhiwa tofauti katika kila mwingiliano wa chembe
mesons	kikundi cha quarks mbili
nucleosynthesis	kuundwa kwa mambo nzito, yanayotokea wakati wa Big Bang
chembe ya kasi	mashine iliyoundwa ili kuharakisha chembe za kushtakiwa; kasi hii hupatikana kwa mashamba yenye nguvu ya umeme, mashamba ya magnetic, au vyote viwili
detector chemb	detector iliyoundwa kupima kwa usahihi matokeo ya migongano iliyoundwa na kasi ya chembe; detectors ya chembe ni hermetic na multipurpose
positron	antielektroni
chromodynamics quantum (QCD)	nadharia inayoelezea ushirikiano mkali kati ya quarks
electrodynamics ya quantum (QED)	nadharia inayoelezea mwingiliano wa elektroni na photoni
quark	fermion ambayo inashiriki katika nguvu ya nyuklia ya electroweak na nguvu
mabadiliko mapya	lengthening ya wavelength ya mwanga (au reddening) kutokana na upanuzi wa cosmological
Mfano wa Standard	mfano wa mwingiliano chembe ambayo ina nadharia electroweak na chromodynamics quantum (QCD)
ya kigeni	chembe mali zinazohusiana na kuwepo kwa quark ajabu
nguvu ya nyuklia	nguvu ya kuvutia kiasi kwamba vitendo juu ya umbali mfupi (kuhusu\ (10^ {-15}) m) kuwajibika kwa kumfunga protoni na nyutroni pamoja katika viini atomiki
synchrotron	kasi ya mviringo ambayo inatumia voltage mbadala na kuongeza nguvu za shamba la magnetic ili kuharakisha chembe kwa nguvu za juu na
mionzi ya synchrotron	mionzi ya juu-nishati zinazozalishwa katika kasi ya synchrotron na mwendo wa mviringo wa boriti iliyoshtakiwa
nadharia ya kila kitu	nadharia ya mwingiliano chembe kwamba unifies nguvu zote nne za msingi
chembe virtual	chembe iliyopo kwa muda mfupi sana ili kuonekana
A na Z boson	chembe yenye molekuli kubwa kiasi ambayo hubeba nguvu dhaifu ya nyuklia kati ya leptoni na quarks
nguvu dhaifu ya nyuklia	nguvu dhaifu (kuhusu nguvu\(10^{−6}\) ya nguvu ya nguvu ya nyuklia) inayohusika na kuoza kwa chembe za msingi na mwingiliano wa neutrino

Mlinganyo muhimu

Kasi ya chembe iliyoshtakiwa katika cyclotron	\(p=0.3Br\)
Kituo cha nishati ya molekuli ya mashine ya boriti ya kupigana	\(W^2=2[E_1E_2+(p_1c)(p_2c)]+(m_1c^2)^2+(m_2c^2)^2\)
Takriban muda wa kubadilishana chembe virtual kati ya chembe nyingine mbili	\(Δt=\frac{h}{E}\)
Sheria ya Hubble	\(v=H_0d\)
Cosmological nafasi wakati metric	\(ds^2=c^2dt^2−a(t)^2d\sum^2\)

Muhtasari

11.1 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. Bosons ni flygbolag nguvu ya mwingiliano wa chembe.

   

• Quarks na leptoni ni mali ya familia chembe linajumuisha wanachama watatu kila mmoja. Wanachama wa familia hushiriki mali nyingi (malipo, spin, ushiriki katika vikosi) lakini sio wingi.

   

• Chembe zote zina antiparticles. Vipande vinashiriki mali sawa na chembe zao za antimatter, lakini hubeba malipo kinyume.

   

11.2 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 zimepigwa marufuku).

   

• 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.

   

11.3 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.

   

11.4 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.

   

• Chembe za kushtakiwa hupimwa kwa kupiga chembe hizi kwenye mduara na shamba la magnetic.

   

• Chembe hupimwa kwa kutumia calorimeters ambazo huchukua chembe.

   

11.5 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 nguvu hufanya juu ya muda mfupi. Majeshi haya yanatumiwa kati ya chembe kwa kutuma na kupokea bosoni.

   

• Nadharia kuu za umoja zinatafuta ufahamu wa ulimwengu kwa suala la nguvu moja tu.

   

11.6 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.

   

11.7 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.