Добави към любими

Вижте също

Напишете отзив за статията "Фундаментална частица"

Бележки

Връзки

• С. А. Славатински// Московски физико-технологичен институт (Долгопрудни, Московска област)
• Славатински С.А. // СОЖ, 2001, № 2, с. 62–68 архив http://web.archive.org/web/20060116134302/http://journal.issep.rssi.ru/annot.php?id=S1176
• // nuclphys.sinp.msu.ru
• // second-physics.ru
• //physics.ru
• // nature.web.ru
• // nature.web.ru
• // nature.web.ru

До сравнително скоро няколкостотин частици и античастици се смятаха за елементарни. Подробното изследване на техните свойства и взаимодействия с други частици и развитието на теорията показаха, че повечето от тях всъщност не са елементарни, тъй като самите те се състоят от най-простите или, както сега се казва, фундаментални частици. Самите фундаментални частици вече не се състоят от нищо. Многобройни експерименти показват, че всички фундаментални частици се държат като безразмерни точкови обекти, които нямат вътрешна структура, поне до най-малките изследвани в момента разстояния от ~10 -16 cm.

Въведение

Сред безбройните и разнообразни процеси на взаимодействие между частиците има четири основни или фундаментални взаимодействия: силно (ядрено), електромагнитно и гравитационно. В света на частиците гравитационното взаимодействие е много слабо, ролята му все още е неясна и няма да говорим повече за това.

В природата има две групи частици: адрони, които участват във всички фундаментални взаимодействия, и лептони, които не участват само в силното взаимодействие.

Според съвременните концепции взаимодействията между частиците се осъществяват чрез излъчване и последващо поглъщане на кванти на съответното поле (силно, слабо, електромагнитно), заобикалящо частицата. Такива кванти са калибровъчни бозони, които също са фундаментални частици. За бозоните техният собствен ъглов момент, наречен спин, е равен на целочислената стойност на константата на Планк $h = 1,05 \cdot 10^(-27) erg \cdot s$. Квантите на полето и съответно носителите на силни взаимодействия са глуони, обозначени със символа g, квантите на електромагнитното поле са добре познатите кванти на светлината - фотони, обозначени с $\gamma $, и кванти на слабото поле и съответно носители на слаби взаимодействия са У± (двойно ve)- и З 0 (zet zero) бозони.

За разлика от бозоните, всички останали фундаментални частици са фермиони, т.е. частици с полуцяла спинова стойност, равна на ч/2.

В табл 1 са показани символите на фундаменталните фермиони - лептони и кварки.

Всяка частица, показана в табл. 1, съответства на античастица, която се различава от частицата само по знаците на електрическия заряд и други квантови числа (виж таблица 2) и посоката на въртене спрямо посоката на импулса на частицата. Ще означаваме античастиците със същите символи като частиците, но с вълнообразна линия над символа.

Частици в табл. 1 се обозначават с гръцки и латински букви, а именно: буквата $\nu$ - три различни неутрино, буквите e - електрон, $\mu$ - мюон, $\tau$ - таон, буквите u, c, t, d, s, b означава кварки; техните имена и характеристики са дадени в табл. 2.

Частици в табл. 1 са групирани в три поколения I, II и III според структурата на съвременната теория. Нашата Вселена е изградена от частици от първо поколение - лептони и кварки и калибровъчни бозони, но, както показва съвременната наука за развитието на Вселената, в началния етап от нейното развитие частиците от трите поколения са изиграли важна роля.

лептони

Първо, нека разгледаме по-подробно свойствата на лептоните. В горния ред на таблицата. 1 съдържа три различни неутрино: електрон $\nu_e$, мюон $\nu_m$ и тау неутрино $\nu_t$. Тяхната маса все още не е точно измерена, но горната й граница е определена например за ne равно на 10 -5 от масата на електрона (т.е. $\leq 10^(-32)$ g).

При гледане на масата. 1, неизбежно възниква въпросът защо природата има нужда да създаде три различни неутрино. Все още няма отговор на този въпрос, тъй като не е създадена толкова цялостна теория за фундаменталните частици, която да посочи необходимостта и достатъчността на всички такива частици и да опише основните им свойства. Може би този проблем ще бъде решен през 21 век (или по-късно).

Долен ред на таблицата. Глава 1 започва с частицата, която сме изучавали най-много, електрона. Електронът е открит в края на миналия век от английския физик Дж. Томсън. Ролята на електроните в нашия свят е огромна. Те са онези отрицателно заредени частици, които заедно с атомните ядра образуват всички атоми на елементите, познати ни в периодичната таблица на Менделеев. Във всеки атом броят на електроните е точно равен на броя на протоните в атомното ядро, което прави атома електрически неутрален.

Електронът е стабилен, основната възможност за унищожаване на електрон е неговата смърт при сблъсък с античастица - позитрон e +. Този процес се нарича анихилация:

$$e^- + e^+ \to \gamma + \gamma .$$

В резултат на анихилация се образуват два гама кванта (както се наричат ​​високоенергийните фотони), отнасящи както останалите енергии e + и e -, така и техните кинетични енергии. При високи енергии e + и e - се образуват адрони и кваркови двойки (вижте например (5) и фиг. 4).

Реакция (1) ясно илюстрира валидността на известната формула на А. Айнщайн за еквивалентността на масата и енергията: д = mc 2 .

Наистина, по време на анихилацията на позитрон, спрял в материята, и електрон в покой, цялата им маса на покой (равна на 1,22 MeV) се превръща в енергия на $\gamma$-кванти, които нямат маса на покой.

Във второто поколение на долния ред на таблицата. 1 е разположен >мюон - частица, която по всички свои свойства е аналог на електрона, но с аномално голяма маса. Масата на един мюон е 207 пъти по-голяма от масата на електрона. За разлика от електрона, мюонът е нестабилен. Времето на живота му T= 2,2 · 10 -6 s. Мюонът се разпада предимно на електрон и две неутрино според схемата

$$\mu^- \to e^- + \tilde \nu_e +\nu_(\mu)$$

Още по-тежък аналог на електрона е $\tau$-лептонът (таон). Масата му е повече от 3 хиляди пъти по-голяма от масата на електрона ($m_(\tau) = 1777$ MeV/c 2), т.е. той е по-тежък от протона и неутрона. Времето му на живот е 2,9 · 10 -13 s, а от повече от сто различни схеми (канали) на разпада му са възможни следните:

$$\tau^-\left\langle\begin(matrix) \to e^- + \tilde \nu_e +\nu_(\tau)\\ \to \mu^- + \tilde \nu_\mu +\nu_ (\tau)\end(matrix)\right.$$

Говорейки за лептони, интересно е да се сравнят слабите и електромагнитните сили на определено разстояние, напр. Р= 10 -13 см. На това разстояние електромагнитните сили са почти 10 милиарда пъти по-големи от слабите сили. Но това изобщо не означава, че ролята на слабите сили в природата е малка. Въобще не.

Слабите сили са отговорни за много взаимни трансформации на различни частици в други частици, като например в реакции (2), (3), и такива взаимни трансформации са една от най-характерните черти на физиката на елементарните частици. За разлика от реакциите (2), (3), в реакцията (1) действат електромагнитни сили.

Говорейки за лептоните, трябва да добавим, че съвременната теория описва електромагнитните и слабите взаимодействия с помощта на единна електрослаба теория. Разработен е от S. Weinberg, A. Salam и S. Glashow през 1967 г.

Кварки

Самата идея за кварките възниква от брилянтен опит да се класифицират голям брой частици, участващи в силни взаимодействия, наречени адрони. М. Гел-Ман и Г. Цвайг предполагат, че всички адрони се състоят от съответен набор от фундаментални частици - кварки, техните антикварки и носители на силното взаимодействие - глуони.

Общият брой на наблюдаваните в момента адрони е повече от сто частици (и същия брой античастици). Много десетки частици все още не са регистрирани. Всички адрони се делят на тежки частици, т.нар бариони, и средните стойности, наз мезони.

Барионите се характеризират с тяхното барионно число b= 1 за частици и b = -1 за антибариони. Тяхното раждане и унищожаване винаги се случва по двойки: барион и антибарион. Мезоните имат барионен заряд b = 0. Според идеята на Гел-Ман и Цвайг, всички бариони се състоят от три кварка, антибарионите - от три антикварка. Следователно, на всеки кварк беше присвоено барионно число от 1/3, така че като цяло барионът имаше b= 1 (или -1 за антибарион, състоящ се от три антикварка). Мезоните имат барионно число b= 0, така че те могат да бъдат съставени от всяка комбинация от двойки от всеки кварк и всеки антикварк. В допълнение към едни и същи квантови числа за всички кварки - спиново и барионно число - има и други важни характеристики за тях, като стойността на тяхната маса в покой м, големината на електрическия заряд Q/д(в части от заряда на електрона д= 1,6 · 10 -19 кулона) и определен набор от квантови числа, характеризиращи т.нар. вкус на кварк. Те включват:

1) големината на изотопния спин ази величината на третата му проекция, т.е аз 3. Така, u-кварк и д-кварк образуват изотопен дублет, им се приписва пълен изотопен спин аз= 1/2 с издатини аз 3 = +1/2 съответно u-кварк и аз 3 = -1/2, съответно д-кварк. И двата компонента на дублета имат сходни стойности на масата и са идентични във всички други свойства, с изключение на електрическия заряд;

2) квантово число С- странността характеризира странното поведение на някои частици, които имат аномално дълъг живот (~10 -8 - 10 -13 s) в сравнение с характерното ядрено време (~10 -23 s). Самите частици са наречени странни, съдържащи един или повече странни кварки и странни антикварки. Раждането или изчезването на странни частици поради силни взаимодействия се случват по двойки, тоест при всяка ядрена реакция сумата от $\Sigma$S преди реакцията трябва да бъде равна на $\Sigma$S след реакцията. При слаби взаимодействия обаче законът за запазване на странността не важи.

При експерименти на ускорители са наблюдавани частици, които е невъзможно да се опишат u-, д- И с-кварки. По аналогия със странността беше необходимо да се въведат още три нови кварка с нови квантови числа СЪС = +1, IN= -1 и T= +1. Частиците, съставени от тези кварки, имат значително по-голяма маса (> 2 GeV/c 2). Те имат голямо разнообразие от модели на разпадане с продължителност на живота от ~10 -13 s. Обобщение на характеристиките на всички кварки е дадено в табл. 2.

Всяка кваркова таблица. 2 съответства на вашия антикварк. За антикварките всички квантови числа имат знак, противоположен на посочения за кварка. За големината на масата на кварка трябва да се каже следното. Дадено в табл. 2 стойности съответстват на масите на голите кварки, тоест самите кварки, без да се вземат предвид глуоните около тях. Масата на облечените кварки е по-голяма поради енергията, пренасяна от глуоните. Това е особено забележимо при най-леките u- И д-кварки, чиято глуонна обвивка има енергия около 300 MeV.

Кварките, които определят основните физични свойства на частиците, се наричат ​​валентни кварки. Освен валентни кварки, адроните съдържат виртуални двойки частици - кварки и антикварки, които се излъчват и поглъщат от глуоните за много кратко време

(Където д- енергията на виртуалната двойка), което се случва в нарушение на закона за запазване на енергията в съответствие с отношението на несигурност на Хайзенберг. Виртуални двойки кварки се наричат морски кваркиили морски кварки. Така структурата на адроните включва валентни и морски кварки и глуони.

Основната характеристика на всички кварки е, че имат съответни силни заряди. Силните полеви заряди имат три еднакви разновидности (вместо един електрически заряд в теорията на електричните сили). В историческата терминология тези три вида заряд се наричат ​​цветовете на кварките, а именно: условно червен, зелен и син. Така всеки кварк в таблицата. 1 и 2 може да бъде в три форми и е цветна частица. Смесването на трите цвята, точно както се случва в оптиката, произвежда бяло, тоест избелва частицата. Всички наблюдавани адрони са безцветни.

Кварковите взаимодействия се осъществяват от осем различни глуона. Терминът "глюон" означава лепило на английски, т.е. тези полеви кванти са частици, които сякаш слепват кварките заедно. Подобно на кварките, глуоните са цветни частици, но тъй като всеки глуон променя цветовете на два кварка наведнъж (кварка, който излъчва глуона, и кварка, който абсорбира глуона), глуонът се оцветява два пъти, носейки цвят и антицвят, обикновено различен от цвета.

Масата на покой на глуоните, като тази на фотона, е нула. Освен това глуоните са електрически неутрални и нямат слаб заряд.

Адроните също обикновено се разделят на стабилни частици и резонанси: барион и мезон.
Резонансите се характеризират с изключително кратък живот (~10 -20 -10 -24 s), тъй като затихването им се дължи на силно взаимодействие.

Десетки такива частици са открити от американския физик Л.В. Алварес. Тъй като пътят на такива частици до разпадане е толкова кратък, че те не могат да бъдат наблюдавани в детектори, които записват следи от частици (като камера с мехурчета и т.н.), всички те са открити индиректно чрез наличието на пикове в зависимост от вероятността за взаимодействие на различни частици една с друга по отношение на енергията. Фигура 1 обяснява това. Фигурата показва зависимостта на напречното сечение на взаимодействие (пропорционално на стойността на вероятността) на положителен пион $\pi^+$ с протон строт кинетичната енергия на пиона. При енергия от около 200 MeV се вижда пик по време на напречното сечение. Ширината му е $\Gamma = 110$ MeV, а общата маса на частицата $\Delta^(++)$ е равна на $T^(")_(max)+M_p c^2+M_\pi c ^2=1232$ MeV /с 2 , където $T^(")_(max)$ е кинетичната енергия на сблъсъка на частиците в системата на техния масов център. Повечето резонанси могат да се разглеждат като възбудено състояние на стабилни частици, тъй като имат същия кварков състав като техните стабилни двойници, въпреки че масата на резонансите е по-голяма поради енергията на възбуждане.

Кварков модел на адроните

Започваме да описваме кварковия модел на адроните с чертеж на полеви линии, излъчвани от източник - кварк с цветен заряд и завършващ на антикварк (фиг. 2, b). За сравнение, на фиг. 2 и ние показваме, че в случай на електромагнитно взаимодействие силовите линии се отклоняват от техния източник - електрическия заряд - като вентилатор, тъй като виртуалните фотони, излъчвани едновременно от източника, не взаимодействат помежду си. В резултат на това получаваме закона на Кулон.

За разлика от тази картина, самите глуони имат цветни заряди и взаимодействат силно един с друг. В резултат на това вместо вентилатор от електропроводи имаме сноп, показан на фиг. 2, b. Въжето е опънато между кварк и антикварк, но най-удивителното е, че самите глуони, имайки цветни заряди, стават източници на нови глуони, чийто брой се увеличава с отдалечаването им от кварка.
Тази картина на взаимодействие съответства на зависимостта на потенциалната енергия на взаимодействие между кварките от разстоянието между тях, показана на фиг. 3. А именно: до разстоянието Р> 10 -13 cm, U(R) зависимостта има фуниеобразен характер и силата на цветния заряд в този диапазон на разстояние е относително малка, така че кварките при Р> 10 -15 cm, при първо приближение, могат да се считат за свободни, невзаимодействащи си частици. Това явление има специалното име асимптотична свобода на малки кварки Р. Въпреки това, когато Рпо-голяма от някаква критична $R_(cr) \приблизително 10^(-13)$ cm стойност на потенциалната енергия на взаимодействие U(Р) става право пропорционална на стойността Р. От това пряко следва, че силата Е = -dU/дР= const, тоест не зависи от разстоянието. Никое друго взаимодействие, което физиците са изследвали преди това, не е имало такова необичайно свойство.

Изчисленията показват, че силите, действащи между кварк и антикварк, наистина, започвайки от $R_(cr) \приблизително 10_(-13)$ cm, престават да зависят от разстоянието, оставайки на ниво с огромна величина, близо до 20 тона . От разстояние Р~ 10 -12 cm (равно на радиуса на средното атомно ядро) цветните сили са повече от 100 хиляди пъти по-големи от електромагнитните сили. Ако сравним силата на цвета с ядрените сили между протон и неутрон в атомно ядро, се оказва, че силата на цвета е хиляди пъти по-голяма! Така пред физиците се откри нова грандиозна картина на цветните сили в природата, много порядъци по-големи от известните в момента ядрени сили. Разбира се, веднага възниква въпросът дали такива сили могат да бъдат накарани да работят като източник на енергия. За съжаление отговорът на този въпрос е отрицателен.

Естествено възниква друг въпрос: до какви разстояния? Рмежду кварките, потенциалната енергия нараства линейно с нарастване Р?
Отговорът е прост: на големи разстояния снопът от силови линии се счупва, тъй като е енергийно по-изгодно да се образува скъсване с раждането на двойка частици кварк-антикварк. Това се случва, когато потенциалната енергия в мястото на прекъсване е по-голяма от масата на покой на кварка и антикварка. Процесът на прекъсване на снопа от силови линии на глуонното поле е показан на фиг. 2, V.

Такива качествени идеи за раждането на кварк-антикварк позволяват да се разбере защо единичните кварки изобщо не се наблюдават и не могат да бъдат наблюдавани в природата. Кварките остават завинаги в капан в адроните. Това явление на задържане на кварк се нарича задържане. При високи енергии може да е по-изгодно снопът да се счупи на много места едновременно, образувайки много $q\tilde q$-двойки. По този начин подхождаме към проблема с многоплодието двойки кварк-антикварки образуването на твърди кваркови струи.

Нека първо разгледаме структурата на леките адрони, тоест мезоните. Те се състоят, както вече казахме, от един кварк и един антикварк.

Изключително важно е и двамата партньори на двойката да имат еднакъв цветен заряд и еднакъв анти-заряд (например син кварк и анти-син антикварк), така че тяхната двойка, независимо от ароматите на кварките, да има без цвят (и наблюдаваме само безцветни частици).

Всички кварки и антикварки имат спин (в части от ч), равно на 1/2. Следователно общият спин на комбинация от кварк и антикварк е или 0, когато спиновете са антипаралелни, или 1, когато спиновете са успоредни един на друг. Но спинът на една частица може да бъде по-голям от 1, ако самите кварки се въртят в някои орбити вътре в частицата.

В табл Фигура 3 показва някои сдвоени и по-сложни комбинации от кварки, показващи на кои известни преди това адрони съответства тази комбинация от кварки.

От понастоящем най-добре проучените мезони и мезонни резонанси най-голямата група се състои от леки неароматни частици, чиито квантови числа С = ° С = б= 0. Тази група включва около 40 частици. Таблица 3 започва с пиони $\pi$ ±,0, открити от английския физик S.F. Пауъл през 1949 г. Заредените пиони живеят около 10 -8 s, разпадайки се на лептони по следните схеми:

$\pi^+ \to \mu + \nu_(\mu)$ и $\pi^- \to \mu^- + \tilde \nu_(\mu)$.

Техните "роднини" в таблицата. 3 - резонанси $\rho$ ±,0 (rho мезони), за разлика от пионите, имат спин Дж= 1, те са нестабилни и живеят само около 10 -23 s. Причината за разпадането на $\rho$ ±,0 е силно взаимодействие.

Причината за разпадането на заредените пиони се дължи на слабото взаимодействие, а именно на факта, че кварките, които изграждат частицата, могат да излъчват и поглъщат в резултат на слабо взаимодействие за кратко време Tв съответствие с релацията (4), виртуални калибровъчни бозони: $u \to d + W^+$ или $d \to u + W^-$ и, за разлика от лептоните, преходи на кварк от едно поколение към кварк от друго поколение също се извършва, например $u \to b + W^+$ или $u \to s + W^+$ и т.н., въпреки че такива преходи са значително по-редки от преходите в рамките на едно поколение. В същото време по време на всички такива трансформации електрическият заряд в реакцията се запазва.

Изследване на мезони включително с- И ° С-кварки, доведе до откриването на няколко десетки странни и очаровани частици. Сега техните изследвания се провеждат в много научни центрове по света.

Изследване на мезони включително b- И T-кварки, започнаха интензивно на ускорителите и засега няма да говорим по-подробно за тях.

Нека да преминем към разглеждането на тежките адрони, тоест бариони. Всички те са съставени от три кварка, но тези, които имат и трите разновидности на цвят, тъй като, подобно на мезоните, всички бариони са безцветни. Кварките вътре в барионите могат да имат орбитално движение. В този случай общият спин на частицата ще надвишава общия спин на кварките, равен на 1/2 или 3/2 (ако спиновете и на трите кварка са успоредни един на друг).

Барионът с минимална маса е протонът стр(виж таблица 3). Именно протоните и неутроните изграждат всички атомни ядра на химичните елементи. Броят на протоните в едно ядро ​​определя общия му електрически заряд З.

Другата основна частица на атомните ядра е неутронът н. Неутронът е малко по-тежък от протона, нестабилен е и в свободно състояние, с време на живот около 900 s, се разпада на протон, електрон и неутрино. В табл Фигура 3 показва кварковото състояние на протона uudи неутрон udd. Но със завъртането на тази комбинация от кварки Дж= образуват се 3/2 резонанса съответно $\Delta^+$ и $D^0$. Всички други бариони, състоящи се от по-тежки кварки с, b, T, и имат значително по-голяма маса. Сред тях особен интерес беше У- -хиперон, състоящ се от три странни кварка. Открит е първо на хартия, тоест чрез изчисления, използвайки идеи за кварковата структура на барионите. Всички основни свойства на тази частица са предсказани и след това потвърдени от експерименти.

Много експериментално наблюдавани факти сега убедително показват съществуването на кварки. По-специално, става дума за откриването на нов процес в реакцията на сблъсък на електрони и позитрони, водещ до образуването на кварк-антикваркови струи. Диаграма на този процес е показана на фиг. 4. Експериментът е проведен в колайдери в Германия и САЩ. Фигурата показва посоката на лъчите със стрелки д+ и д- , а от мястото на сблъсъка им излиза кварк ри антикварк $\tilde q$ при зенитен ъгъл $\Theta$ спрямо посоката на полета д+ и д- . Това раждане на двойка $q+\tilde q$ се случва в реакцията

$$e^+ + e^- \to \gamma_(virt) \to q + \tilde q$$

Както вече казахме, сноп от силови линии (по-често наричан низ), когато се разтегне достатъчно голям, се разпада на компоненти.
При висока енергия на кварка и антикварка, както споменахме по-рано, струната се къса на много места, в резултат на което се образуват два тесни снопа от вторични безцветни частици в двете посоки по линията на полета на q кварка и антикварка, както е показано на фиг. 4. Такива снопове от частици се наричат ​​струи. Доста често експериментално се наблюдава образуване на три, четири или повече струи от частици едновременно.

В експерименти, проведени при суперускорителни енергии в космическите лъчи, в които участва авторът на тази статия, бяха получени снимки на процеса на образуване на много струи. Факт е, че въжето или струната са едноизмерни и следователно центровете на образуване на три, четири или повече струи също са разположени по права линия.

Теорията, която описва силните взаимодействия, се нарича квантова хромодинамикаили за кратко КХД. Тя е много по-сложна от теорията за електрослабите взаимодействия. КХД е особено успешна при описването на така наречените твърди процеси, тоест процеси на взаимодействие на частици с голям трансфер на импулс между частиците. Въпреки че създаването на теорията все още не е завършено, много теоретични физици вече са заети със създаването на „голямото обединение“ - обединяването на квантовата хромодинамика и теорията за електрослабото взаимодействие в една теория.

В заключение, нека разгледаме накратко дали шест лептона и 18 многоцветни кварка (и техните античастици), както и кванти на фундаментални полета - фотонът, У ± -, З 0 бозона, осем глуона и накрая кванти на гравитационното поле - гравитони - целият арсенал от наистина елементарни или по-точно фундаментални частици. Очевидно не. Най-вероятно описаните картини на частици и полета са отражение само на сегашните ни познания. Не напразно вече има много теоретични идеи, които включват голяма група от все още наблюдавани така наречени суперсиметрични частици, октет от свръхтежки кварки и много други.

Очевидно съвременната физика все още е далеч от изграждането на пълна теория на частиците. Може би великият физик Алберт Айнщайн е бил прав, когато е вярвал, че само вземането под внимание на гравитацията, въпреки сегашната й привидно малка роля в микросвета, ще направи възможно изграждането на строга теория на частиците. Но всичко това е вече в 21 век или дори по-късно.

Литература

1. Окун Л.Б. Физика на елементарните частици. М.: Наука, 1988.

2. Кобзарев И.Ю. Лауреати на Нобелова награда 1979: С. Вайнберг, С. Глашоу, А. Салам // Природа. 1980. N 1. С. 84.

3. Зелдович Я.Б. Класификация на елементарни частици и кварки, представена за пешеходци // Успехи на физиката. Sci. 1965. Т. 8. С. 303.

4. Крайнов В.П. Отношение на несигурност за енергия и време // Сорос Образователен вестник. 1998. N 5. С. 77-82.

5. Намбу И. Защо няма свободни кварки // Успехи на физ. Sci. 1978. Т. 124. С. 146.

6. Жданов Г.Б., Максименко В.М., Славатински С.А. Експеримент "Памир" // Природа. 1984. N 11. С. 24

Рецензент на статиятаЛ.И. Саричева

С. А. СлаватинскиМосковски физико-технологичен институт, Долгопрудни, Московска област.

Структури на микросвета

Преди това елементарни частици се наричаха частици, които са част от атом и не могат да бъдат разделени на по-елементарни компоненти, а именно електрони и ядра.

По-късно беше установено, че ядрата се състоят от по-прости частици - нуклони(протони и неутрони), които от своя страна се състоят от други частици. Ето защо най-малките частици материя започват да се считат за елементарни частици , с изключение на атомите и техните ядра .

Към днешна дата са открити стотици елементарни частици, което налага тяхната класификация:

– по вид взаимодействие

- по време на живота

– най-голям гръб

Елементарните частици се делят на следните групи:

Композитни и фундаментални (безструктурни) частици

Съставни частици

адрони (тежки)– частици, участващи във всички видове фундаментални взаимодействия. Те се състоят от кварки и от своя страна се делят на: мезони– адрони с целочислен спин, тоест те са бозони; бариони– адрони с полуцяло въртене, тоест фермиони. Към тях, по-специално, спадат частиците, изграждащи ядрото на атома - протон и неутрон, т.е. нуклони.

Фундаментални (безструктурни) частици

Лептони (светлина)– фермиони, които имат формата на точкови частици (т.е. не се състоят от нищо) до мащаби от порядъка на 10 − 18 м. Те не участват в силни взаимодействия. Участието в електромагнитни взаимодействия се наблюдава експериментално само за заредени лептони (електрони, мюони, тау лептони) и не се наблюдава за неутрино.

Кварки– частично заредени частици, които изграждат адроните. Те не са наблюдавани в свободно състояние.

Калибровъчни бозони– частици, чрез обмена на които се осъществяват взаимодействия:

– фотон – частица, която носи електромагнитно взаимодействие;

– осем глуона – частици, носещи силното взаимодействие;

– три междинни векторни бозона У + , У− и З 0, които толерират слаби взаимодействия;

– гравитонът е хипотетична частица, която предава гравитационно взаимодействие. Съществуването на гравитони, въпреки че все още не е експериментално доказано поради слабостта на гравитационното взаимодействие, се счита за доста вероятно; гравитонът обаче не е включен в Стандартния модел на елементарните частици.

Според съвременните концепции фундаменталните частици (или „истински“ елементарни частици), които нямат вътрешна структура и крайни размери, включват:

Кварки и лептони

Частици, които осигуряват фундаментални взаимодействия: гравитони, фотони, векторни бозони, глуони.

Класификация на елементарните частици по време на живот:

- стабилен: частици, чийто живот е много дълъг (в границите клони към безкрайност). Те включват електрони , протони , неутрино . Неутроните също са стабилни вътре в ядрата, но са нестабилни извън ядрото.

- нестабилен (квазистабилни): елементарни частици са онези частици, които се разпадат поради електромагнитни и слаби взаимодействия и чийто живот е повече от 10–20 секунди. Такива частици включват свободен неутрон (т.е. неутрон извън ядрото на атом)

- резонанси (нестабилен, краткотраен). Резонансите включват елементарни частици, които се разпадат поради силни взаимодействия. Техният живот е по-малко от 10 -20 секунди.

Класификация на частиците по участие във взаимодействия:

- лептони : Те включват неутрони. Всички те не участват във водовъртежа на вътрешноядрените взаимодействия, т.е. не са обект на силни взаимодействия. Те участват в слабо взаимодействие, а тези с електрически заряд участват и в електромагнитно взаимодействие

- адрони : частици, които съществуват вътре в атомното ядро ​​и участват в силни взаимодействия. Най-известните от тях са протон И неутрон .

Известен днес шест лептона :

В същото семейство като електрона са мюоните и тау частиците, които са подобни на електрона, но са по-масивни. Мюоните и тау частиците са нестабилни и в крайна сметка се разпадат на няколко други частици, включително електрона

Три електрически неутрални частици с нулева (или близка до нула, учените все още не са решили по този въпрос) маса, т.нар. неутрино . Всяко от трите неутрино (електронно неутрино, мюонно неутрино, тау неутрино) е свързано с един от трите вида частици от семейството на електроните.

Най-известният адрони , протоните и неутриното има стотици роднини, които се раждат в големи количества и веднага се разпадат в процеса на различни ядрени реакции. С изключение на протона, всички те са нестабилни и могат да бъдат класифицирани според състава на частиците, на които се разпадат:

Ако сред крайните продукти на разпада на частиците има протон, тогава той се нарича барион

Ако сред продуктите на разпадане няма протон, тогава частицата се нарича мезон .

Хаотичната картина на субатомния свят, която ставаше все по-сложна с откриването на всеки нов адрон, отстъпи място на нова картина с появата на концепцията за кварките. Според кварковия модел всички адрони (но не и лептони) се състоят от още по-елементарни частици - кварки. Така бариони (по-специално протонът) се състои от три кварка и мезони - от двойката кварк - антикварк.

ПОПУЛЯРНИ СТАТИИ

Отрицанието не с глаголи (в лична форма, в инфинитив, под формата на герундий) се пише отделно: да не взема, не беше, без да знае, бавно Презентация, докладвайте основните характеристики на философията на възраждането Художествен стил Деца на земята Презентация ние сме деца на земята за детска градина Презентация по темата за бариерите в комуникацията, работата беше завършена от ученици. Без комуникация ние се заключваме в себе си

2023 “kingad.ru” - ултразвуково изследване на човешки органи

Контакти Карта на сайта