物理学

理论物理学家庭作业帮助 理论物理学是物理学的一个分支，它采用物理对象和系统的数学模型和抽象来合理化，解释和预测自然现象。这与使用实验工具来探测这些现象的实验物理学形成对照 理论物理学家用数学来描述自然的某些方面。艾萨克牛顿爵士是第一位理论物理学家，虽然在他自己的时代他的职业被称为“自然哲学”。   在牛顿时代，人们已经使用代数和几何来构建奇妙的建筑作品，包括欧洲的伟大教堂，但代数和几何只描述了静止的东西。为了描述以某种方式移动或变化的东西，牛顿发明了微积分。   人类可以看到的最令人困惑和有趣的移动事物一直是太阳，月亮，行星和星空，我们可以在夜空中看到。牛顿的新演算结合他的“运动规律”，为重力的数学模型提供了一个数学模型，不仅描述了行星和星星在夜空中观察到的运动，而且还描述了在英国摆动重量和飞弹炮。   今天的理论物理学家往往在已知数学的边界上工作，有时候会像牛顿那样用微积分发明新数学。   牛顿既是理论家，也是实验家。他花了很多很长的时间，忽视了他的健康，观察了自然的行为方式，以便他更好地形容它。所谓的“牛顿运动定律”并不是抽象的规律，大自然在某种程度上被迫服从，而是以数学语言描述的观察到的自然行为。在牛顿的时代，理论与实验相结合。   今天理论与观察的功能分为两个不同的物理界。在牛顿的时代，这两个实验和理论都比复杂得多。理论家正在探索自然数学领域，迄今为止，技术不允许我们在实验中观察。许多今天活着的理论物理学家可能不会活着看到真正的自然与她的工作中的数学描述相比较。今天的理论家必须学会用歧义和不确定性来生活，使用数学来描述自然。 这些人做的是试图弄清自然如何运作。也就是说，为什么星星闪耀，为什么水是流体，天空是蓝色的，你所制造的是什么，为什么“它”重要，宇宙的扩张，或者实际上是什么能量和物质？ 人类生活中最令人惊奇的事实之一是，科学家们实际上可以回答一些这些问题，答案逐渐变得越来越好（即越来越多地与观察一致）。也许事实上，我们人类喜欢诗歌和音乐，是想到这一点，唯一的其他事实也是令人惊讶的。 经常会问两个问题：“理论与实验物理学家之间有什么区别？为什么会有区别？”第二个问题的答案很简单：两个“物种”的做法差别很大，往往很专业事情人们越来越难找到像维多利亚·达·芬奇这样的人，他们对“一切事物”都有所了解，并积极参与其中。实验主义者直接向自然人询问自然，像天文学家一样，或者像“ “与自然最小的成分，直接了解他们的行为。 实验家与理论家之间的关系往往是健康的真理竞争之一，而不是健康的竞争。这是一个反映这个事实的谜语： 农民把他的猪带到树林里。猪嗅着四周寻找松露。当猪得到它即将要吃的时候，农民用他的俱乐部踢了猪头，偷了松露。这些是相似之处：理论家也会声称实验者的发现（如果它与她/他的理论有任何关系），即使他没有做到！ 不同之处在于，农民总是把猪带到有松露的树林里，而通常情况下，理论家的建议把实验家们带到没有“松露”的“树林”（通过建议做实验）不会导致有趣的发现）。 不要对理论家不公平，我们必须补充说，这些规则有明显的例外，反复进行，理论家的指导有时是正确的方向！更经常的是，在寻找理论家的“松露”时，实验家们发现“黄金”：一些意想不到的，但更有意思的是！ （自然往往比我们更有创意）。 CERN理论物理学家的主要专长是试图了解“基本粒子”，它是宇宙的基本组成部分，也是自然基本力量的代理人，如重力。事实证明，我们对这些“基本”小事物的不断提高的知识也是我们对宇宙整体认识的基础！ 物理学的目的是了解我们周围的现象：我们试图发现和理解原因和影响的规律。例如，当你举起一个球，让它离开，它就会下降。物理学是在这里找出它落下的方式的法则 – […]

粒子物理学家庭作业帮助 粒子物理学是对宇宙的基本粒子的研究，或者换句话说，粒子物理学是研究真正的，真正的小东西。截至目前，我们知道12个基本粒子：六个夸克和六个子弹。见右边的粒子周期表。）这被称为物理世界中的标准模型。目前，已有数百种由这些幼体颗粒组合形成的颗粒，而科学家仍然发现更多。 奎特是自然的基本组成部分。它们结合形成球，如质子和中子。有六种不同类型的夸克：上，下，魅力，奇怪，顶部和底部。如果你看上面的表格，粒子的质量会随着你的右边的增加而增加，这意味着顶夸克比起夸克更重。顶排中的夸克具有+2/3的电子电荷（其中e = 1.9×10 -19℃），第二排中的夸克具有电子电荷的-1/3的电荷。你可能会认为这是奇怪的，因为你被教导说，你不能在一个电子上收取一小部分费用。你的本能是正确的：由于这个分数，夸克不能独立存在;它们必须结合形成更大的颗粒。 这不只是科幻小说！实际上所谓的反物质是真正的物理学。每个反物质与粒子完全相同（即相同的质量），但所有的属性都是相反的。例如，夸克夸克的收费是+2/3，所以反夸克夸克的收费是-2/3。 反物质夸克可以以与夸克所做的相同的方式相互作用并形成新的粒子。不同的是，现在你需要一个夸克和一个反夸克来制造一个粒子，而不是像以上的三夸克。 当颗粒与其抗粒子相遇时，它们消除并释放大量的能量 大多数μons来自宇宙射线。什么是宇宙射线？宇宙射线是由外层空间星星与地球大气层相互作用的高能量质子造成的。科学家不确定最高能量宇宙射线的起源。由于它们是膨胀的地球，所以它们离子化干燥一系列物质和反物质颗粒的气氛。这些颗粒被称为叶子（p），并且由上下夸克和反夸克组成。你可能从来没有听说过Aionion，那是因为他们不会持续很久。它们迅速衰减成较轻的东西，如瘦蛋白和电磁辐射。这就是我们的muons来自于它们：它们是质子与大气之间相互作用的结果，产生一个衰变成为一个微子的粒子。其他的光子，如电子和中微子也被发射出来，但是μ子具有更高的能量，所以更有可能使它降到地球表面。这些淋浴都是h。每分钟约有600颗颗粒通过你的身体！ 粒子冒险是粒子物理世界的一个很好的介绍。可以轻松导航并提供有关粒子检测方法的信息，以及标准模型。 物质的反思教你们10个简单的课程中的粒子物理学。 Fermilab是一个国家物理实验室，隶属于能源部，负责研究基本粒子。 Fermilab是Tevatron，四周四分之一的质子加速器和世界上最大的粒子加速器。费米勒被命名为意大利物理学家恩里科·费米（Enrico Fermi），因为他的开创性工作 查询心灵是与Fermilab相关的粒子物理相关网页的链接列表。 布鲁克海文国家实验室也是能源部的一部分。在这里研究了物理学到化学和生物学的许多事情，但粒子物理学最有趣的是相对论重离子对撞机（RHIC）。通过碰撞金核，他们可以看看宇宙创造之后的第一刻可能是什么样的。在创造之后的这些时刻，形成了基本的颗粒。 （CESR）。 CLEO检测器主要用于学校底部和魅力（CESR）。冷冻探测器主要用于研究底部和魅力。凯利是实验和理论物理学和加速器物理学的研究中心。夸克 CERN是位于瑞士的世界最大的粒子物理研究机构。

核物理学家庭作业帮助 核物理学是对原子中心的质子和中子的研究，以及将它们聚集在一个空间中的几个人体（10-15米）的相互作用。核反应的例子包括放射性衰变，裂变，核的分解和融合，核的合并。 核物理研究着重于理解由夸克和胶子构成的物质，占宇宙质量的99％。大多数这个问题是发现在原子的核心，同样的原子构成了我们周围所有的东西（包括我们自己）。研究人员试图回答一些问题，例如宇宙在大爆炸之后如何从夸克和胶子的超热等离子体中演化，宇宙的不同元素如何形成，以及核是如何由单个质子和中子组成的在自然界中最强大的力量。质子和中子本身是宇宙中夸克的基本束缚状态;这些状态是如何与量子色谱动力学所描述的与胶质相互作用的夸克形成的，仍然只是被深入了解，并且在积极的研究中。 实验核物理研究 本领域的现代实验研究使用质子和大核的高能加速，而现代理论研究大部分依赖高功率计算机构来了解数据并进行详细预测。科罗拉多大学在核物理学的理论和实验研究方面都有积极的团队。 理论核物理研究 物理学家通过研究量子色力学理论探索强大的力量。与电磁量子理论不同，量子色力学具有当在更高和更高的能量级或温度下探测时，基本粒子（夸克和胶子）的相互作用越来越弱。这个理论的属性称为渐近自由。 夸克 – 葡萄糖等离子体 渐近自由的一个有趣的后果是，在一些温度下，相互作用应该太弱，使得基本粒子不再在普通细胞核内被束缚（连接）。在一定温度下，使用最新的量子色谱动力学计算机模拟，可以将该温度计算为T≈170MeV，或约2兆开尔文。高于这个温度，物质处于物质的新阶段，称为夸克 – 胶浆等离子体。目前使用相对论重离子对撞机（RHIC）和大型强子对撞机（LHC）的实验研究了该夸克 – 胶浆等离子体的性质。 相对论流体动力学 RHIC和LHC的实验数据强烈地表明夸克胶子等离子体是非常好的液体，粘度非常小。这激发了使用流体动力学模拟的实验结果的理论研究。由于这些实验中涉及的能量非常大，流体成分几乎以光速移动，因此需要使用完全相对论的流体动力学版本。 中子星 在非常高的温度下，非常高的密度与Quantum Chromodynamic的相互作用变弱。中子星的中心预计将达到宇宙中最高的粒子密度，因此中子星可能在内核中具有夸克物质。研究中子星的性质并与观测数据进行比较，也是理论核物理学的研究课题之一。

高能物理学家庭作业帮助 粒子物理学（也是高能物理学）是研究构成物质和辐射的粒子的性质的物理学分支。 高能物理学 高能物理学（也称为粒子物理学）的目标是确定最基本的物质构件，并了解这些粒子之间的相互作用。粒子物理学中的基本理论构造称为标准模型，它包含6个夸克，6个光子，4个量子玻色子和一个标量玻色子（希格斯玻色子），它们通过三个相互作用（强力，弱力和电磁）相互作用， 。通过尝试了解在较高能量（相应于较小的距离）会发生什么，我们可能会产生新的颗粒或识别标准模型中的差异，可以获得更多的知识。我们还可以在更低的能量下更深入地研究现有的粒子阵列，以寻找超越标准模型的线索。这些结果将更好地了解宇宙的运作方式，潜在地回答了为什么希格斯群众如此光明，什么是黑暗物质所构成的问题，都是将力量统一成一个高能量的力量，反物质发生了什么早期宇宙等 科罗拉多大学的高能物理组进行了各种实验和理论高能物理研究。 实验家有两个主要组织，一个在能源前沿工作，作为CERN的CMS实验的一部分，另一个在研究中微子的强度前沿作为J-PARC的T2K实验的一部分，CERN的NA61 / Shine实验，和Fermilab的DUNE程序。 理论组的主要研究领域包括晶格规范理论（主要是关于潜在适用于暗物质或超标模型现象学的强耦合系统）以及弦理论和量子重力（主要是关于AdS / CFT通信）。 高能物理 粒子物理学的目标是了解什么是最基本的物质成分以及这些基本粒子如何相互作用。未来几年对于回答诸如此类的根本问题抱有很大的希望 电弱对称断裂和质量（希格斯部门）的起源是什么？ 是否有额外的基本粒子（例如已知粒子的超对称伙伴）？ 宇宙中物质反物质不对称的起源是什么？ 什么是暗物质？ 什么是暗能量？ Penn拥有非常活跃和强大的基本粒子物理理论组。中心线是所有互动的统一。这包括弦和布理论中的理论研究，电弱相互作用的现象学研究，以及将基本理论与实验连接起来的尝试。暗物质，黑暗能量和早期宇宙的本质的难题需要宇宙学和粒子物理学的合资企业。宾夕法尼亚州有一个新的粒子宇宙学中心，为这样的研究提供了一个孵化器，促进了新的理论方法的发展，建立在当前的显着实验进展的时代。

电磁学家庭作业帮助 电磁学，电荷科学，与电荷相关的力量和领域。电力和磁性是电磁的两个方面。 电力和磁力被认为是分开的力量。直到19世纪才被认为是相互关联的现象。 1905年，爱因斯坦爱因斯坦的特殊相对论被认为是一个普遍现象的两个方面。然而，在实用的层面上，电磁力和磁力的作用是非常不同的，并且由不同的方程描述。电力在静止或运动中产生电力。另一方面，磁力仅通过移动费用而产生，并且仅在运动中起作用。 即使在中性物质中也会发生电气现象，因为力会对各个带电成分起作用。特别是电力负责原子和分子的大部分物理和化学性质。与重力相比非常强大。例如，在距离两米（两码）的两个70公斤（154磅）的人中，每十亿分子中只有一个电子只有一个电子将以30,000吨的力量击退。在一个更加熟悉的规模上，电气现象是伴随某些风暴的雷电和雷声的原因。 可以在称为电场和磁场的区域中检测到电磁力。这些领域本质上是根本性的，并且可以存在于远离产生它们的电荷或电流的空间中。显着地，电场可以产生磁场，反之亦然，与任何外部电荷无关。变化的磁场产生电场，正如英国物理学家迈克尔·法拉第（Michael Faraday）在工作中发现的，形成发电的基础。相反，随着苏格兰物理学家詹姆斯·克莱斯·麦克斯韦（James Clerk Maxwell）的推演，电场的变化产生一个磁场。由麦克斯韦制定的数学方程将光和波现象纳入电磁学。他表明，电场和磁场通过空间一起作为电磁辐射波，随着变化的场相互维持。无线电和电视波，微波，红外线，可见光，紫外线，X射线和伽马射线都可以通过空间传播的电磁波的实例。所有这些波浪以相同的速度 – 即光速（大约30万公里，或每秒186,000英里）的速度。它们之间的电场和磁场的振荡频率彼此不同。 麦克斯韦方程仍然提供了对亚原子尺度的电磁学的完整和优雅的描述，但不包括。然而，他的工作的解释在二十世纪得到了扩大。爱因斯坦的狭义相对论将电场和磁场合并成一个共同的领域，并将所有物质的速度限制在电磁辐射速度上。在20世纪60年代末期，物理学家发现，其他自然界的力量具有类似于电磁场的数学结构的场。这些其他力量是强大的力量，负责核聚变释放的能量，以及在不稳定原子核的放射性衰变中观察到的弱力。特别地，弱电磁力被组合成称为电弱力的共同力。许多物理学家将所有基本力量（包括重力）统一到一个统一的统一理论中的目标至今尚未得到实现。 电磁学的一个重要方面是电力科学，涉及到总体负责人的行为，包括物质内部的收费分配以及从一个地方到另一个地方的收费动议。不同类型的材料是根据收费是否可以自由移动通过其组成事项来分类为导体或绝缘体。电流是电量流量的衡量标准;管理物质流动的法律在技术上尤为重要，特别是在生产，分配和控制能源方面。 电压的概念，如电荷和电流一样，是电力科学的基础。电压是衡量电荷从一个地方流向另一个地方的倾向的量度;正电荷通常倾向于从高电压区域移动到较低电压的区域。一个常见的电力问题是确定在给定物理情况下电压和电流之间的关系。 每天的现代生活都被电磁现象所渗透。当灯泡打开时，电流流过灯泡中的细丝，电流将灯丝加热至发光，照亮其周围的高温。电气时钟和连接将这种简单的设备与诸如交通信号灯之类的复杂系统相连接，这些系统与车流的速度同步。无线电和电视机以光速接收通过空间传播的电磁波携带的信息。为了启动汽车，电动起动电动机中的电流产生使电动机轴旋转并驱动发动机活塞以压缩汽油和空气的爆炸性混合物的磁场;引发燃烧的火花是放电，其构成瞬时电流。 库仑定律 这些设备和现象中的许多是复杂的，但它们来自相同的电磁学基本定律。其中最重要的一个是库仑定律，它描述了带电对象之间的电力。由18世纪法国物理学家Charles-Augustin de Coulomb制定，类似于牛顿引力定律。重力和电力都随着物体之间的距离的平方而减小，并且两个力沿它们之间的线行进。然而，在库仑定律中，电力的大小和符号由物体的电荷而不是质量决定。因此，电荷决定了电磁对电荷物体运动的影响。 （电荷是物质的基本属性，物质的每个成分都具有可以为正，负或零的值的电荷，例如，电子带负电，原子核带正电，大多数物质具有同等量的正负电荷，因此净电荷为零）