Teoria quântica de campos |
| Os campos do real | | Tradução automática | | Categoria: matéria e partículas Actualização 07 de decembro de 2015 | Quando queremos falar da materia e do seu comportamento no mundo do infinitamente pequeno, o das partículas, abordamos a teoria quântica de campos. A teoria quântica de campos permite de compreende a física de partículas, onde em algumas situações, o número de partículas entrantes em uma porção de espaço, flutua e difere do número em saída. O número de partículas muda quando, por exemplo, 1 átomo em um estado inicial da um átomo mais um fotão em um estado final. Em outras palavras, um fotão é subitamente puxado para fora do vácuo e apareceu no campo electromagnético. A teoria quântica nos diz que no mundo real, tudo é "campo". Nós banhamos completamente, para as profundezas de nós mesmos, nos campos, múltiplos, diversos, com características surpreendentes. O campo é um conceito fundamental na física, ela é composta de nada otro, é o próprio que constitui o mundo real, os campos portam a energia de tudo que existe no universo, de átomos as grandes estruturas galácticas. O magnetismo, a gravidade, a força nuclear, a luz e outros fenômenos físicos são portado por campos. O mais surpreendente é que materia a própria, a que fizemos, é composto por um conjunto de campos, elétrons e prótons, são eles próprios campos, e nós são feitas de campos, escapando a nossa intuição. Em outras palavras, somos feitos de um agregado fantasmagórico de partículas quânticas banhadas em campos. Esses campos carregam a energia das partículas por todo o espaço disponível ao seu redor. | | Com o noção de campo, a visão da natureza das coisas é perturbante, a realidade torna-se estranho e escapa a nossos 5 sentidos. A realidade não explica-se simplesmente pela presença da matéria, mas também pelos intercâmbios e interações entre os objetos reais e os objetos virtuais dos campos quânticos de baixa energia. No mundo quântico todas as partículas do modelo padrão, férmions e bósons surgem de vibrações em um campo. Este é também o conceito básico do funcionamento de aceleradores de partículas como o Large Hadron Collider, LHC. Quando os cientistas querem ver uma partícula, podem causar colisões, cuja energia corresponde à partícula em questão. Quarks e elétrons constituem a matéria ordinária, mas a materia acima do zero absoluto (-273,15 ° C) emite radiação, ou seja, luz que se move em um campo. Cada tipo de férmions e cada tipo de bósons tem seu próprio campo de Higgs, as partículas são consideradas como estados excitados desses campos. A dualidade onda-partícula da luz, foi estendido para elétrons em 1929 pelo matemático e físico francês Louis de Broglie (1892 − 1987), em seguida, a todas as partículas. No entanto, a nossa mente precisa imagem do nosso mundo, para alimentar sua intuição e visualizar os conceitos, mas conceituar a quântica e todos os campos quânticos em que existimos não é fácil. Tudo é "campo" mas os campos quânticos que estão sistemas dinâmicos borbulhando e carregados, são todos os subconjuntos de campo gravitacional ou do campo eletromagnético, os dois únicos campos fundamentais da natureza. | | Imagem : representação da função de onda molecular que mostra a fronteira dos átomos numa molécula. Onde começa e termina um átomo? O átomo é um campo e são as linhas de campo que definem o seu volume. Ninguém viu os campos da física quântica, mas ele poderia parecer a esta imagem informática Quando os átomos se ligam a eles, seus campos são deformados, esta deformação é que caracteriza as ligações atômicas. As partículas da teoria quântica não são "bolas", mas ondulações, campos que têm um comprimento de onda, este comprimento de onda é o tamanho da partícula, e no campo, a energia do partícula. Crédito de imagem: T. A. Keith. nota : os pré-socráticos como Leucipo (século 5 aC.) e seu discípulo Demócrito (460 − 370 aC), pensei que o real foi feito de átomos e vácuo". Ele (Leucippe) acreditavam que todas as coisas são ilimitadas e transformam-se mutuamente uns em outros, e que o universo é tanto vazio e tanto cheio de corpo. "(Poeta Diógenes Laércio e biógrafo do século 3 dC). | O que é um campo? | | | | | Em física, um campo que é três coisas ligadas num sistema com um grande número de objetos. A primeira é uma porção de espaço delimitado, a segunda é uma grandeza física mensurável, e o terceiro é uma relação que liga a porção de espaço a grandeza física. Em outras palavras, um campo é preenchido de grandezas físicas, de objectos mensuráveis, quantificáveis utilizando um instrumento, onde cada ponto porção de espaço está ligado a grandeza física, por uma correspondência, ou um função. Por exemplo (ver imagem) a pressão atmosférica, a temperatura do ar, a velocidade do vento, mas também a chuva, o magnetismo, a gravidade, a radioactividade, podem ser representados por campos. Os campos são escalar ou vetorial. Um campo escalar é mensurável por uma grandeza simples, por exemplo, a temperatura ou a massa definida por uma grandeza física mensurável inteiramente por um único valor. Um campo vetorial é associado com uma grandeza vectorial, isto é, uma grandeza onde um único valor não é suficiente, é necessário ter uma orientação que é uma direcção e um sentido como num campo de velocidades de vento. Como representar um campo? Para um campo escalar, você só precisa as áreas onde o valor é o mesmo como num campo de temperaturas ou pressões (1ª e 3ª imagem em miniatura). Para um campo vetorial você só precisa as linhas do campo, onde cada ponto é um vetor campo tangente, como no campo da direcção do vento ou num campo magnético (2ª e 4ª imagem em miniatura). A energia do campo desaparece no espaço, esta é a razão por que fora do campo eletromagnético gerado por uma estação de transmissão, já não captamos suas emissões e quando interrompemos brutalmente um campo eletromagnético, há uma faísca, que mostra que o campo contém bem uma energia. E o campo quântico? Na física quântica, ele não usa a noção de corpúsculo vez que as partículas quânticas não são corpúsculos mas grandezas matemáticas representadas por vetores de estado no espaço de Hilbert. Este conceito escapa à intuição. Como a visão é o sentido mais poderoso de nossos sentidos, é natural buscar imagens que facilitam a compreensão do campo quântico. | | O campo quântico preenche todo o espaço, é um campo vetorial de partículas subatômicas cujo a grandeza é quantificada (tomada em um conjunto finito de valores) e a relação é uma função de onda (vetor de estado), ele que permite saber todas as informações do sistema e dá a cada partícula as propriedades típicas de interferência de uma onda. No mundo quântico todas as partículas no estado fundamental (não excitado) são ondas. Se olharmos um campo de hádrons muito de perto, vemos partículas virtuais, partons (glúons e quarks) que se movem, aparecendo e desaparecendo no espaço vazio. Se olharmos um campo portado pela força nuclear fraca, vemos bósons W e Z. Se olharmos, um campo eletromagnético vemos fótons, e se pudéssemos olhar um campo gravitacional veríamos grávitons, mas a gravidade é uma força muito fraca, os grávitons são raros e difíceis de ver. Assim, as partículas virtuais e reais de materia banham nestes campos borbulhantes, ocasionalmente, transferindo suas energias. Isto é o que os cientistas provocam em um colisor. Em um colisor, quando um elétron e um pósitron se encontram, elas se aniquilam e transferem sua energia para o formigamento do vácuo, esta energia cria reais partículas materiais que saem do vácuo e aparecem alguns "momentos" em telas de computador. Um campo é um sistema borbulhando, uma ondulação, uma vibração, uma oscilação, uma onda que tem um comprimento de onda e, consequentemente, uma frequência, e graças à engenhosa fórmula E = hv de Max Planck (1858 − 1947), um campo tem também energia (E é a energia de algo que move, h é a constante de Planck e ν, a letra grega nu, a frequência). Este binário, de energia e frequência, caracteriza o campo em cada ponto no espaço. Cada ponto no espaço permite o surgimento ou aniquilação de partículas.
nota:
Quando queremos fazer compreender um conceito fundamental ou profundo, somos confrontados com um problema de interpretação que muitas vezes é contrário à nossa intuição.
É muito difícil dizer precisamente na linguagem cotidiana, algo verdadeiro sabendo que qualquer que seja a explicação, ela estará errada?
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| | Imagem : Um campo não pode ser representado por uma imagem, no entanto, pode ser mapeado.Video : O campo nucleon. Nenhum dispositivo óptico nos permite ver a agitação de pequenas partículas dentro de um próton ou um nêutron, mas a imagem, mesma falsa, é fundamental para entender os conceitos. Portanto, neste vídeo, uma simulação do conceito matemático do nucleon foi conduzido para nos permitir fazer uma intuição do que acontece dentro de prótons e nêutrons. crédito : 1996 - Jean-François Colonna (Centre de Mathématiques appliquées de l'Ecole Polytechnique et France Télécom). |
La fonction d'onde est un des concepts fondamentaux de la mécanique quantique. Elle correspond à la représentation de l'état quantique d'un système
dans une base de dimension infinie. La fonction d'onde donne à toute particule les propriétés d'interférence typiques d'une onde. En mécanique classique
on représente le mouvement par des particules qui se déplacent dans l'espace,
en mécanique quantique on représente les particules réelles et imaginaires par des fonctions d'onde. Ces fonctions d'onde correspondent à des états stationnaires
ou non-stationnaires (dépendant du temps) de l'énergie.
Dans le modèle standard de la physique des particules, un hadron est composé de quarks et/ou d'anti-quarks et de gluons.
Les particules subatomiques constituant un hadron sont appelées des partons.
Les quarks ou antiquarks présents dans le hadron sont appelés quarks de valence tandis que les paires quark-antiquark et gluons qui apparaissent et disparaissent en permanence dans le hadron,
sont appelées particules virtuelles.
Les gluons sont les vecteurs de l'interaction forte qui maintient les quarks ensemble.
Les bosons sont des particules subatomiques qui transmettent l'information des différentes forces ou interactions.
Les bosons sont des particules sociales, elles aiment se mélanger, comme la lumière qui se mélange avec la lumière, les photons sont des bosons.
Le photon est la particule médiatrice de l’interaction électromagnétique.
Le gluon est le messager de l'interaction nucléaire forte, il confine les quarks ensemble en les liant très fortement.
Les bosons Z0 et W± sont les bosons de jauge de l'interaction faible.
Les deux catégories de particules de la nature sont les fermions et les bosons.
En physique des particules, le modèle des partons a été proposé par Richard Feynman en 1969 pour décrire la structure des hadrons (protons, neutrons) et modéliser les interactions avec les hadrons à haute énergie. Les partons sont les quarks,
les antiquarks et les gluons qui constituent les hadrons. Les quarks présents dans le hadron tout le long de son existence sont appelés quarks de valence, à l'opposé des particules virtuelles (paires quark antiquark et gluons) qui apparaissent et disparaissent en permanence dans le hadron. Les gluons sont les vecteurs de l'interaction forte qui maintient les quarks ensemble.
Un hadron est un composé de partons, particules subatomiques régi par l'interaction forte.
Les fermions sont les particules subatomiques (électrons, neutrinos et quarks) de la matière.
Toute la matière qui compose les objets qui nous entourent est faites de fermions.
Les fermions sont des particules asociales, en d'autres termes elles refusent de réduire leur espace vital, c'est pour cela que la matière n'est pas compressible et que nous pouvons marcher sur le sol.
Les deux catégories de particules de la nature sont les fermions et les bosons.
L'espace de Hilbert, David Hilbert (1862 − 1943), est un espace vectoriel muni d'un produit scalaire qui permet de mesurer des longueurs et des angles.
L'espace de Hulbert généralise la notion d'espace euclidien classique (plan à deux
dimensions, et espace à trois dimensions) à des espaces de dimension quelconque, finis ou infinis. L'espace de Hilbert est un concept mathématique abstrait
qui permet d'appliquer les techniques de l'analyse mathématique à tous les espaces. Ces techniques sont utilisées dans les théories des équations aux dérivées partielles, en mécanique quantique, en analyse de Fourier, en thermodynamique.
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