Номер ?1, страница 217, часть 2 - гдз по физике 9 класс учебник Белага, Воронцова

Часть 2. Глава 12. Строение и эволюция вселенной. Параграф 115. Решение задач. Вопросы для обсуждения - номер ?1, страница 217.

Условие.

Объясните, как данные, получаемые на современных ускорителях, могут быть использованы для изучения космических объектов и Вселенной.

Решение.

Данные, получаемые на современных ускорителях частиц, играют ключевую роль в изучении космических объектов и Вселенной, так как физика микромира (элементарных частиц) и макромира (космология) неразрывно связаны. Эта связь проявляется в нескольких ключевых областях.

Моделирование ранней Вселенной. Согласно теории Большого взрыва, в первые мгновения после своего рождения Вселенная представляла собой чрезвычайно горячую и плотную среду. В современных ускорителях, таких как Большой адронный коллайдер (БАК), при столкновении частиц на околосветовых скоростях достигаются колоссальные энергии и температуры, которые существовали лишь в первые доли секунды жизни Вселенной. Изучая продукты этих столкновений, например, кварк-глюонную плазму, ученые могут напрямую исследовать состояние вещества в ту эпоху. Это позволяет проверять и уточнять космологические модели, описывающие эволюцию ранней Вселенной.

Поиск темной материи и изучение темной энергии. Астрономические наблюдения показывают, что около 95% массы-энергии Вселенной приходится на неизвестные компоненты — темную материю и темную энергию. Темная материя не взаимодействует с электромагнитным излучением, и ее природа неизвестна. Одна из гипотез предполагает, что она состоит из новых, еще не открытых элементарных частиц. Ускорители являются одним из главных инструментов для поиска таких частиц. Если в результате столкновений родится частица с признаками темной материи (например, уносящая энергию и импульс, но не регистрируемая детекторами), это станет революционным открытием. Данные с ускорителей также помогают проверять теории, объясняющие природу темной энергии, ответственной за ускоренное расширение Вселенной.

Объяснение асимметрии материи и антиматерии. Фундаментальные законы физики предсказывают, что при Большом взрыве должно было образоваться равное количество материи и антиматерии. При их встрече они бы аннигилировали, и Вселенная состояла бы только из излучения. Однако мы наблюдаем мир, состоящий почти исключительно из материи. Это одна из главных загадок современной физики. На ускорителях проводятся высокоточные эксперименты по изучению мельчайших различий в свойствах и распадах частиц и античастиц (так называемое нарушение CP-инвариантности). Понимание механизма этого нарушения может объяснить, почему материя во Вселенной возобладала над антиматерией.

Изучение материи в экстремальных состояниях. В недрах космических объектов, таких как нейтронные звезды, вещество находится в экстремальных условиях — при огромной плотности и давлении. Физические свойства такого вещества до конца не изучены. В ускорителях при столкновениях тяжелых ионов создаются состояния материи с плотностью, сопоставимой с плотностью в ядре нейтронной звезды. Анализ этих состояний помогает физикам строить модели (уравнения состояния), которые описывают поведение вещества в таких экстремальных условиях. Эти модели, в свою очередь, необходимы для интерпретации наблюдений, например, гравитационных волн от слияния нейтронных звезд.

Ответ: Данные с ускорителей используются для изучения космоса, поскольку они позволяют: 1) воссоздавать условия ранней Вселенной и проверять космологические модели; 2) искать частицы темной материи, чтобы объяснить скрытую массу во Вселенной; 3) исследовать различия между материей и антиматерией для объяснения преобладания материи; 4) изучать вещество в экстремальных состояниях, аналогичных тем, что существуют в недрах нейтронных звезд. Таким образом, физика элементарных частиц напрямую связана с пониманием происхождения, эволюции и структуры Вселенной.