💢آشنایی با معادلات حاکم بر بوزون هیگز

🔻در این ویدئو پروفسور برایان گرین تلاش می‌کند برخی از ریاضیات مدل استاندارد ذرات و توصیف کننده میدان هیگز را توضیح دهد.

زیرنویس پارسی دارد

📌@higgs_field

.

• ما مثل پروانه هایی هستیم که برای یک روز بال می زنیم و فکر می کنیم ابدیّت است.

🔺 کارل سیگن‌‌


📌@higgs_field

‌.

📌The universe is not symmetric !
Chapter ²

🔺در سطحی عمیق تر، یک ارتباط ناگسستنی بین تقارن در طبیعت و کمیت های پایسته در کیهان وجود دارد. این درک بیش از 100 سال پیش توسط امی نوتر، که قضیه همنام او - قضیه نوتر - یکی از اصول پایه فیزیک نظری حتی تا به امروز باقی مانده است، به صورت ریاضی ثابت شد. این قضیه که در اصل فقط برای smooth symmetry در فضای فیزیکی قابل استفاده بود، از آن زمان برای کشف ارتباطات عمیق بین تقارن های کیهان و قوانین ثابت طبیعت تعمیم یافته است.

←اگر سیستم شما تغییرناپذیر نسبت به زمان باشد، به این معنی که رویداد ها در حال حاضر با آنچه در گذشته بوده یا در آینده خواهد بود یکسان است، به قانون پایستگی انرژی منجر می شود.

←اگر سیستم شما تغییر ناپذیر نسبت به فضا باشد، به این معنی که سیستم در یک نقطه یا جلو و عقب آن ، یکسان است، به قانون پایستگی تکانه منتهی می شود.

←اگر سیستم شما از نظر چرخشی ثابت است، به این معنی که می توانید آن را حول محورش بچرخانید و ویژگی های آن یکسان بماند، به قانون پایستگی تکانه زاویه ای Angular momentum منتهی می شود.

در جایی که این تقارن ها وجود نداشته باشد، قوانین مربوط به پایستگی نیز وجود ندارد. به عنوان مثال، در جهان در حال انبساط، تغییر ناپذیری در زمان از بین می رود، و بنابراین انرژی در آن شرایط پایسته نخواهد ماند .



اگرچه دو نوع تقارن وجود دارد - تقارن پیوسته مانند تغییر ناپذیری چرخشی یا انتقالی، و همچنین تقارن های گسسته مانند تقارن آینه ای (reflection) یا تقارن های مزدوج بار (جایگزینی ذرات با همتایان ضد ذره آنها) - یا هر تقارن دیگری که می توانیم تصور کنیم در واقع در کیهان رعایت نمی شود.

به عنوان مثال، اگر یک ذره ناپایدار مانند مزون را بگیرید و آن را مشاهده کنید، متوجه می شوید که یک اسپین دارد: یک تکانه زاویه ای ذاتی دارد . هنگامی که آن مزون تجزیه می شود، جهتی که در آن ذره خاصی را به بیرون گسیل میدارد با اسپین آن در ارتباط است. اگر آن را در حال چرخش در جهت عقربه‌های ساعت تصور کنید، مانند حلقه کردن انگشتان دست چپ در حالی که شست چپ به سمت صورت شما می‌رود، ذره‌ای که بیرون می‌افتد به سمت شست شما خواهد رفت. با این حال، در نسخه انعکاس آینه، به جای چپ دست، راست دست به نظر می رسد.
برای برخی از واپاشی ها decays در برخی مزون‌ها، راست دست و چپ دست هیچ مزیتی بر یکدیگر ندارند .: مقادیر واپاشی های راست‌دست و چپ دست برابر است. اما برای دیگر ذرات ، کیهان به نحوی یک دست را بر دیگری ترجیح می دهد. نسخه «mirror image » واقعیت بنیادی با واقعیتی که ما مشاهده می کنیم متفاوت است .


«این انیمیشن ساده چگونگی انتقال به قرمز Redshift ، و اینکه چگونه فواصل بین اجسام نامحدود در طول زمان در یونیورس در حال انبساط تغییر می کند. توجه داشته باشید که هر فوتون با حرکت در جهان در حال انبساط انرژی خود را از دست می دهد - این انرژی هیچ جا نمیرود ، انرژی به سادگی در جهانی که لحظه به لحظه متفاوت است حفظ نمی شود.»


📌@higgs_field

‌‌📌 تورم نامنظم و نوسانات کوانتومی

🔺 در تصویر تورمی، در طی فازی که انرژی زیادی به طور موقتی بر مقداری از جهان حاکم می شود، این ناحیه شروع به انبساط به صورت نمایی می کند. در لحظه ای، محدوده کوچکی در این "خلا کاذب" از حالت تورم خارج شده و تغییر فازی در آن اتفاق می افتد و محدوده درون آن به انرژی کمتر و واقعی خود می رسد.

سرعت انبساط این محدوده از حالتی نمایی خارج می شود. اما فضای بین این قبیل محدوده ها هنوز در حال انبساط با سرعت نمایی است. تا قبل از اینکه تغییر فاز در کل منطقه اتفاق بیافتد، منطقه در حال انبساط به طور نمایی است و همچنین این منطقه تورمی، محدوده هایی که از تورم خارج شده اند را با فاصله های بسیار زیادی از هم جدا می کند. مثل این می ماند که مواد مذاب از یک آتشفشان خارج می شود. بعضی از سنگ ها خنک شده و سفت می شوند، اما آن سنگ ها توسط دریایی از ماگمای مذاب حرکت کرده و از هم دور میشوند.

در سال 1980آندره لینده که به همراه آلن گوت، که یکی از معماران نظریه تورمی مدرن است، این تصویر را ارتقاء داد و یک سناریوی محتمل کلی تری را بیان کرد.

با در نظر گرفتن نوسانات کوانتومی طی این انبساط ماجرا جذاب تر می گردد.

با در نظر گرفتن نوسانات کوانتومی در خلا کاذب در حال انبساط در برخی از نواحی ها انرژی به مقادیر بالاتر هدایت می شود و در نتیجه به مقادیری دورتر از چیزی که تورم پایان یابد می روند و تورم بدون کم و کاستی ادامه می یابد. به دلیل اینکه این محدوده ها زمان بیشتری انبساط می یابند، محدوده ای که در حال تورم است بسیار بزرگ تر از محدوده هایی است که از حالت تورم خارج شده اند. حال در این محدوده ای که در حال تورم است، نوسانات کوانتومی می توانند باعث خروج بعضی زیر محدوده ها از تورم شده و از حالت انبساط نمایی خارج شوند و مجددا محدوده هایی وجود دارند که هنوز در حال انبساط اند و این داستان به همین ترتیب ادامه پیدا می کند.
این چیزیست که توسط لینده " تورم نامنظم " نام گرفته و در حقیقت شبیه به سیستم های نامنظم مشابهی بر روی کره زمین است.

برای مثال سوپی در حال جوشیدن را در نظر بگیرید. در هر لحظه حبابی از گاز در سطح آن می ترکد که بیانگر محدوده هایی است که مایع در آن محدوده، به دلیل دمای بالا تغییر فاز کاملی را برای تشکیل بخار گذرانده است. اما در میان حباب ها، سوپ همچنان در حال جریان و گردش است. در مقیاس بزرگتر، ما شاهد نظم هستیم- یعنی همواره نقاطی وجود دارند که حباب بر روی آنها می ترکد.
اما در مقیاس محلی اتفاقات کاملا متفاوت است و بستگی به موقعیت ناظر دارد. مشابه همین نیز در جهان تورمی نامنظم اتفاق می افتد. اگر کسی در حبابی قرار داشته باشد که تورمش به پایان رسیده، جهانی که می بیند بسیار متفاوت از حجم وسیعی است که اطراف آن حباب در حال تورم است.

در این تصویر، تورم تا ابد ادامه دارد. بعضی نواحی، در حقیقت اکثر نواحی همیشه در حال تورم هستند. محدوده هایی که از تورم خارج می شوند، جدا شده و تبدیل به جهان های مستقل، نا مرتبط و تصادفی می شوند. تاکید می کنم که در صورتی که تورم تا ابد ادامه یابد، چند جهانی اجتناب ناپذیر خواهد بود، و البته تاکنون حداقل در بین گزینه های تورمی، تورم ابدی محتمل ترین گزینه است.

جهانی از عدم - لاورنس کراوس

📌@higgs_field

‌‌📌بوزون ها bosons
نمودارهای فاینمن Feynman Diagram
قسمت دوم

🔺نمودارهای فاینمن روش‌های گرافیکی برای نمایش تبادل نیرو هستند. هر نقطه ای که در آن خطوط به هم می رسند راس vertex نامیده می شود و در هر راس می توان قوانین پایستگی را که بر تعامل ذرات حاکم است بررسی کرد. هر رأس باید بار، عدد باریون و عدد لپتون را محافظت کند conservation .

این نمودارها که توسط فاینمن برای توصیف برهمکنش‌های الکترودینامیک کوانتومی (QED) توسعه یافته‌اند، در توصیف انواع برهمکنش‌های ذرات کاربرد پیدا کرده‌اند. آنها نمودارهای فضازمان،(زمان) ct در مقابل ( مکان) x هستند. محور زمان به سمت بالا و محور مکان به سمت راست است. (فیزیکدانان ذرات بنیادین اغلب این جهت را معکوس می کنند.) ذرات با خطوطی با فلش هایی برای نشان دادن جهت حرکت خود نشان داده می شوند، در حالی که فلش های ضد ذرات معکوس است.

ذرات مجازی با خطوط موج دار یا شکسته نشان داده می شوند و هیچ فلشی ندارند. تمام فعل و انفعالات الکترومغناطیسی را می توان با ترکیبی از نمودارهای اولیه مانند این توصیف کرد.

فقط خطوطی که وارد نمودار می شوند یا از آن خارج می شوند ذرات قابل مشاهده را نشان می دهند. در اینجا (تصویر پایین) دو الکترون وارد می شوند، یک فوتون را مبادله می کنند و سپس خارج می شوند. محورهای زمانی و مکانی معمولاً نشان داده نمی شوند. جهت عمودی نشان دهنده پیشرفت زمان به سمت بالا ، و فاصله افقی فاصله بین ذرات را نشان نمی دهد.
سایر فرآیندهای الکترومغناطیسی را می توان مانند مثال های زیر نشان داد. یک فلش رو به عقب نشان دهنده پاد ذره است، که در این موارد یک پوزیترون است. به خاطر داشته باشید که زمان به سمت بالا پیش می‌رود و فلش رو به پایین، ذره‌ای نیست که به سمت پایین پیش می‌رود، بلکه ضدذره‌ای است که به سمت بالا (در زمان به جلو) پیش می‌رود.‌‌


📌@higgs_field

📌بوزون ها bosons
دیاگرام های فاینمن
قسمت دوم - پیوست


• پس از معرفی برای فرآیندهای الکترومغناطیسی، نمودارهای فاینمن برای برهمکنش‌های ضعیف و قوی نیز توسعه یافتند.

• برهمکنش های ذرات را می توان با نمودارهایی با حداقل دو راس نشان داد. آنها را می‌توان برای پروتون‌ها، نوترون‌ها، و غیره ترسیم کرد، حتی اگر آنها اجسام مرکب باشند و این برهم‌کنش را می‌توان بین کوارک‌های تشکیل‌دهنده‌شان ترسیم کرد.

📌@higgs_field

📌 bosons

Chapter ¹-https://t.me/phys_Q/5793

Chapter ²-https://t.me/phys_Q/5799

2/1 - https://t.me/phys_Q/5800

Chapter ³- https://t.me/phys_Q/5803

Chapter ⁴ - https://t.me/phys_Q/5817

Fine

‌‌📌بوزون ها bosons
قسمت سوم

🔺بوزون های برداری میانجی

ذرات W و Z ذرات تبادل جرم-مند هستند که در برهمکنش ضعیف هسته‌ای، نیروی ضعیف بین الکترون‌ها و نوترینوها، نقش دارند. این ذرات توسط واینبرگ، سلام و گلاشو در سال 1979 پیش‌بینی شدند و در سال 1982 در سرن اندازه‌گیری شدند.

این پیش‌بینی شامل پیش‌بینی جرم این ذرات به‌عنوان بخشی از تئوری وحدت نیروهای الکترومغناطیسی و ضعیف، یعنی اتحاد الکتروضعیف بود.


«اگر نیروهای ضعیف و الکترومغناطیسی اساساً یکسان هستند، پس باید قدرت یکسانی نیز داشته باشند.»

در واقع مقادیر مشاهدات تجربی کاملاً متفاوت از آن بنظر می رسند که به جرم ذرات W و Z نسبت داده شوند - تحت شرایط ویژه ، نیرویی با اندازه بزرگ میتواند با نیرویی با اندازه کوچک ظاهر شود اگر ذره ای که نیرو را حمل می کند بسیار پر جرم باشد.

محاسبات نظری نشان می دهد که در سطحی بنیادی، نیروهای ضعیف و الکترومغناطیسی اندازه یکسانی خواهند داشت اگر ذرات W و Z به ترتیب دارای جرم 80 و 90 GeV باشند.
جرم های اندازه گیری شده در سرن 82 و 93 گیگا الکترون ولت بود که تاییدی درخشان از وحدت الکتروضعیف بود.

آزمایشات سرن ، مجموعا 10 بوزون W و 4 بوزون Z را شناسایی کردند. در آزمایشاتی گسترده در Tevatron Fermilab در سال (1992-96)، مرکز آشکارسازی D0 بیش از 100،000 ذره W را ثبت کرد. مقداری D0 برای جرم W اندازه گرفت 80.482 گیگا الکترون ولت با ضریب خطای +/- 0.091 است.

🔺ویژگی های W و Z

پارتیکل های W و Z، بوزون‌های بردار میانجی نامیده می‌شوند و ذرات تبادلی برای برهمکنش ضعیف هستند. برهمکنش ضعیفی که در نمودار فاینمن در زیر مشاهده می‌شود، مسئول فروپاشی نوترون و واپاشی بتا است. [ در تصویر ]


بوزون‌های باردار W در تبدیل کوارک‌هایی شرکت می‌کنند که در آن طعم ( flavor) کوارک تغییر می‌کند. بوزون خنثی Z در تغییر طعم کوارک ها شرکت نمی کند، به همین دلیل آشکار سازی برهمکنش های آن دشوارتر است. با تأثیر بر پراکندگی cross نوترینوها در آنچه «جریان‌های خنثی neutral currents » نامیده می‌شود، تعامل دارد.

[تصویر]

بوزون‌های W می‌توانند با تعدادی از این فرآیندها واپاشیده شوند ، و این مسیرهای واپاشی متنوعی را برای آن ذرات که در اثر برهمکنش ضعیف واپاشی می‌شوند، فراهم می‌کند. یک مثال جالب، فروپاشی مزون D است.‌‌


📌@higgs_field

‌‌📌The universe is not symmetric !
Chapter ³

🔺پاریته parity ، یا تقارن آینه ای، یکی از سه تقارن بنیادین در کیهان است، همراه با تقارن زمان معکوس و تقارن charge-conjugation که بیانگر تناظر پارتیکل و آنتی پارتیکل در بار مخالف است .

اگر ذرات در یک جهت بچرخند و در امتداد یک محور خاص واپاشیده شوند، چرخاندن آنها در آینه به این معنی است که می توانند در جهت مخالف بچرخند و در امتداد همان محور واپاشی شوند. مشاهده شد که این ( تقارن cp) در مورد واپاشی‌های ضعیف صدق نمی‌کند، اولین نشانه‌ای که نشان می‌دهد ذرات می‌توانند «دست بودن» ذاتی داشته باشند، و این توسط مادام چین-شیونگ وو کشف شد.

نمونه های بسیار دیگری از این عدم تقارن های بنیادین در طبیعت وجود دارد.
اگر نوترینوها را مشاهده کنید، متوجه می شوید که همیشه چپ دست هستند. اگر نوترینو در جهتی حرکت کند که انگشت شست شما هم جهت با آن باشد، تنها جهتی که انگشتان دست چپ شما می پیچند، چرخش نوترینو را توصیف می کند. به طور مشابه، پادنوترینوها همیشه راست دست هستند. مثل این است که بین نسخه ماده و ضد ماده این ذرات تفاوت بنیادین وجود دارد.

وقتی ستاره‌ها، کهکشان‌ها و حتی اجزای بین کهکشانی کیهان را مشاهده می‌کنیم، متوجه می‌شویم که آنها عمدتاً از ماده و نه از پادماده ساخته شده اند. به نوعی، در گذشته بسیار دور کیهان، یک عدم تقارن بنیادین بین ماده و پادماده ایجاد شد.

و وقتی به قوانین فیزیک نگاه می کنیم، می بینیم که نوشتن قوانین برای بارها و جریان های مغناطیسی و میدان های الکتریکی که آنها ایجاد می کنند، به همان اندازه که قوانینی برای بارها و جریان های الکتریکی که میدان های مغناطیسی ایجاد می کنند ، میدانیم ، آسان است .

اما به نظر می رسد که جهان ما فقط دارای بارها و جریان های الکتریکی است، نه بارهای مغناطیسی. کیهان می توانست متقارن باشد، اما بنا به دلایلی اینطور نیست.‌‌


📌@higgs_field

.

🔺آدرنالین و فیزیک‌ - حرکت و گرانش

📌@higgs_field

🔺How does consciousness, our unique lived experience, emerge from billions of neurons in our brain? Anil Seth , a neuroscientist at the University of Sussex, discusses progress on the “hard problem” of consciousness.

✓ چگونه آگاهی، تجربه‌ی زیستی منحصر به فردِ ما، از میلیاردها نورون در مغز ما پدید می آید؟ آنیل ست ، عصب شناس در دانشگاه ساسکس، در مورد پیشرفت در "مشکل سخت" آگاهی توضیح می دهد .
https://www.quantamagazine.org/anil-seth-finds-consciousness-in-lifes-push-against-entropy-20210930/


📌@higgs_field

.

🔺'We were introduced in his study.. He wore this sweater, without a shirt under it, no socks—just like everybody says—and was such a soft, nice man in the discussions, at all points. He was such an interesting man to talk to'

Memories of meeting Albert Einstein
By Richard Feynman‌‌


✓ ما را در اتاق کارش بهم معرفی کردند. او این ژاکت را پوشیده بود ، بدون پیراهن زیر آن، بدون جوراب - درست همانطور که همه می گویند - و مردی نرم خو و مهربان در بحث ها، در همه موارد بود. وی مرد جالبی برای صحبت کردن بود‌.

🔺خاطرات ملاقات با آلبرت انیشتین-نوشته ریچارد فاینمن‌‌

📌@higgs_field

.

🔺🟣'Imagination reaches out repeatedly trying to achieve some higher level of understanding, until suddenly I find myself momentarily alone before one new corner of nature’s pattern of beauty and true majesty revealed. That was my reward.'

✓ [ در من ]تخیل مکرّرا در تلاش برای دستیابی به درجه‌ی بالاتری از فهم بود ، تا اینکه ناگهان قبل از آشکار شدن گوشه جدیدی از الگوی زیبایی و شکوه طبیعت، در لحظه‌ خود را تنها دیدم . این پاداش من بود.

-Richard Feynman

https://www.nobelprize.org/prizes/physics/1965/feynman/speech/‌‌


🆔 @phys_Q

بیوسنتریسم

https://t.me/higgs_field/2343

https://t.me/higgs_field/2352

https://t.me/higgs_field/2364

https://t.me/higgs_field/2376

‌‌📌The universe is not symmetric !
Chapter ⁴

• با این حال، ارتباط قدرتمند بین تقارن ها و کمیت های پایسته منجر به یک سری تحولات خارق العاده در فیزیک در طول قرن بیستم شد. متوجه شدیم که می‌توان تقارن‌ها را در دماهای بالا بازیابی کرد، و زمانی که کیهان سرد می‌شود و این تقارن‌ها شکسته می‌شوند، عواقب فیزیکی شگفت‌انگیز خاصی پدید می‌آیند. بعلاوه، مقادیر خاصی وجود داشتند که به نظر می‌رسید بدون هیچ توضیحی پایسته اند، و ربط دادن این کمیت‌های پایسته به یک تقارن زیربنایی فرضی نیز ثمره ی کنجکاوی و انقلابی را از نظر آنچه در جهان در حال بازی بود، به همراه داشت.

🔺 پایستگی بار الکتریکی

وقتی تقارن های خاصی شکسته می شود، یک ذره بدون جرم می تواند بیرون بیاید: بوزون گلدستون goldstone boson

کاربرد نظریه گروه، جبرهای لی ، و سایر زمینه‌های ریاضی در فیزیک بنیادی که زیربنای کیهان است، باعث ایجاد تعدادی ایده‌های شگفت‌انگیز شد. شاید انقلابی ترین ایده این بود که دو نیروی به ظاهر نامرتبط - نیروی الکترومغناطیسی و نیروی هسته ای ضعیف - می توانند در انرژی بالا با هم متحد شوند. اگر این تقارن شکسته شود، آنگاه یک سری ذرات جدید پدید می آیند، در حالی که ذرات دیگر که قبلاً بدون جرم بودند، ناگهان بسیار پرجرم می شوند. کشف بوزون‌های پیمانه ای ضعیف فوق‌سنگین، بوزون‌های W و Z ، و همچنین بوزون هیگز پرجرم ، موفقیت شگفت‌انگیز ممکن را با تحمیل تقارن‌های اضافی و اتحاد نیروها نشان داد.‌‌


«می توان معادلات گوناگونی مانند معادلات ماکسول را نوشت که جهان را توصیف می کند. و همچنین میتوانیم آنها را به روش های گوناگونی بنویسیم ، اما تنها با تطبیق پیش‌بینی‌های آن‌ها با مشاهدات فیزیکی می‌توانیم پیرامون اعتبار آنها نتیجه‌گیری کنیم. به همین دلیل است که معادلات ماکسول با تک قطبی مغناطیسی (راست) با واقعیت مطابقت ندارد، در حالی که معادلات فاقد تک قطبی (سمت چپ) مطابقت دارند.»

📌@higgs_field

‌‌📌 bosons بوزونها ⁴

photon فوتون

• فوتون نامی است که به یک کوانتوم نور یا سایر تابش های الکترومغناطیسی داده می شود. انرژی فوتون در رابطه پلانک تعیین می شود. فوتون ذره تبادلی است که مسئول نیروی الکترومغناطیسی است. نیروی بین دو الکترون را می‌توان بر اساس نمودار فاینمن مطابق شکل زیر مشاهده کرد. برد بی نهایت نیروی الکترومغناطیسی ناشی از جرم سکون صفر فوتون است. در حالی که فوتون جرم سکون صفر دارد، دارای تکانه محدود است، خمیدگی میدان گرانشی میتواند به فوتون نیرویی اعمال کند .

• فوتون دارای تکانه زاویه ای ذاتی یا "اسپین spin " 1 است، پس الکترون در حال انتقال [ در تراز انرژی] که یک فوتون می تاباند باید در تکانه زاویه ای 1 در سیستم قرار بگیرد ‌، این یکی از "قوانین انتخاب selection rules " برای انتقال الکترون است.‌‌

🔺گراویتون

گراویتون ذره تبادل نیروی گرانشی است. اگرچه مستقیماً مشاهده نشده است، اما تعدادی از ویژگی های آن را می توان از ماهیت نیرو استخراج کرد. از آنجایی که گرانش یک نیروی مربع معکوس فاصله با برد ظاهراً نامتناهی است، می‌توان چنین برداشت کرد که جرم سکون گراویتون صفر است. نیروها توسط بوزون ها از جمله فوتون برای نیروی الکترومغناطیسی و بوزون W و Z برای برهمکنش ضعیف منتقل می شوند.

گلوئون ها تنها بوزون های تبادل نیرو دارای بار رنگ هستند . همه ی بوزون ها به جز گراویتون دارای اسپین 1 هستند، اما گراویتون دارای اسپین 2 هست.
آزمایش‌های فعلی LIGO و VIRGO به دنبال تشخیص امواج گرانشی هستند که مجموعه‌ای منسجم از گراویتون‌هاست را در نظر گرفته است .

پایان

📌@higgs_field

📌 bosons

Chapter ¹-https://t.me/higgs_field/5793

Chapter ²-https://t.me/higgs_field/5799
2/1 - https://t.me/higgs_field/5800

Chapter ³- https://t.me/higgs_field/5803

Chapter ⁴ - https://t.me/higgs_field/5817

Fine