Фізика частинок та стандартна модель

⚛️ Кварки

Flavors та generations

6 кварків: up u (2.3 MeV), down d (4.8 MeV), charm c (1.27 GeV), strange s (93 MeV), top t (173 GeV), bottom b (4.18 GeV). 3 generations. Маса зростає з generation.

Color charges

3 кольори: R, G, B (червоний, зелений, синій). Все hadrons colorless: комбінації RGB, R̄R, ḠG, B̄B. Кварки завжди confined.

Hadrons

Baryons: 3 кварки (p = uud, n = ddu). Mesons: quark-antiquark (π⁺ = ūd). Mass spectrum: протон ~938 MeV, нейтрон ~940 MeV.

Confinement

Кварки не існують як free particles. Potential V(r) ~ r для large separation. Asymptotic freedom: weak coupling на short distances.

🔬 Лептони

Charged leptons

Електрон e (0.511 MeV), мю μ (105.7 MeV), тау τ (1.78 GeV). Відсутність strong interaction. Стабільність: тільки e стабільний.

Neutrinos

νe, νμ, ντ. Маси < 1 eV, майже безмасові. Осциляції нейтрино через mass mixing. PMNS matrix: масові кутів mixing.

Lepton number conservation

Conserved для charged leptons у SM. Neutrino oscillations: lepton flavor violation. Majorana vs Dirac neutrinos.

Generations

3 generations: (e,νe), (μ,νμ), (τ,ντ). Масса зростає. Всі участь у weak interaction.

⚡ Калібрувальні бозони

Photon γ

Електромагнітна взаємодія. Безмасова. Ranged: electromagnetic force ~1/r². Quantum electrodynamics (QED).

Gluons g

8 gluons для сильної взаємодії. Безмасова. Color charges: gluons carry color. Self-interaction. Confinement.

W± та Z⁰

W± (80.4 GeV): charged current weak interaction. Z⁰ (91.2 GeV): neutral current. Масивні: коротка дальність. Parity violation.

Хіггса бозон H

125 GeV. Походження маси часток через Хіггса механізм. Scalar particle. Discovered CERN LHC (2012).

🔬 Quantum Chromodynamics

Asymptotic freedom

Running coupling αs(Q²): αs → 0 для Q² → ∞. Perturbative QCD на high energies. β-function: negative для QCD.

Quark confinement

Potential V(r) ~ σr для large separation, де σ ≈ 0.9 GeV/fm. String tension. Lattice QCD calculations.

Color charges

SU(3)color gauge group. 8 gluons: QCD Lagrangian. Non-Abelian gauge theory. Yang-Mills Lagrangian.

Lattice QCD

Non-perturbative числення. Hadron masses, matrix elements. Compute-intensive simulations.

⚛️ Electroweak theory

Spontaneous symmetry breaking

Хіггса механізм: SU(2)L ⊗ U(1)Y → U(1)EM. Хіггса vacuum expectation value v ≈ 246 GeV. Mass generation.

Mixing

CKM matrix для quark mixing. CP violation. Wolfenstein parameterization. B-factory experiments.

Charged current

W± exchange: flavor-changing transitions. Unitarity triangle. Rare decays: b → s, K → π decays.

Tests precision

LHC, LEP. Electroweak precision tests. Anomalous magnetic moments. Muon g-2.

🔬 Collider experiments

LHC

Large Hadron Collider: √s = 14 TeV (future 27 TeV). Proton-proton collisions. Хіггса discovery 2012. Beyond SM searches.

Detectors

ATLAS, CMS: multi-purpose. Tracking, calorimetry, muon systems. Trigger systems. Data analysis.

Results

Хіггса mass: 125.38±0.11 GeV. Top quark: 172.76 GeV. Electroweak measurements. BSM searches: dark matter, SUSY.

Future colliders

FCC, ILC, CLIC. Higher energies, precision. Dark matter searches. New physics.

📊 Графіки та діаграми

Стандартна модель

Fundamental particles:

Mass spectrum: top (173 GeV) heaviest quark; neutrino (< 1 eV) lightest particle.

QCD potential

Quark-antiquark potential:

Asymptotic freedom: αs → 0 на short distances. Confinement: V(r) ~ r на large r.

Quarks: u, d, c, s, t, b (3 colors each) Leptons: e, μ, τ; νe, νμ, ντ Gauge bosons: γ, W±, Z⁰, g (8) Хіггса: H (125 GeV)

🧪 Практичні приклади

Приклад 1: Протон структура

p = uud. Quark masses contribute ~1% до протон mass (~938 MeV). Більше: QCD binding energy, gluons.

Приклад 2: Neutrino oscillations

Solar neutrino problem: deficit νe. MSW effect у Сонці. Δm²₁₂ ≈ 7.5×10⁻⁵ eV². Super-Kamiokande, SNO.

Приклад 3: Хіггса boson decay

H → γγ, ZZ*, WW*, bb̄, ττ. Branching ratios depend на mass. Discovery channel: H → γγ, ZZ* → 4l.

Приклад 4: Top quark production

tt̄ production у pp collisions: QCD глюон fusion dominant. Mass ~173 GeV. LHC: N_top ~ millions.

© 2025 Науковий Симулятор. Всі права захищені.

Стандартна модель: фундаментальні будівельні блоки

Try it live

Everything above runs in your browser — open SPH Fluid and change the parameters while it is running. Nothing is installed, nothing is uploaded, the whole model lives in one tab.