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 се казва сега, 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 сега разстояния ~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. Бозоните имат свой собствен ъглов момент, наречен спин, равен на целочислената стойност на константата на Планк $h = 1,05 \cdot 10^(-27) erg \cdot c$. Квантите на полето и съответно носителите на силното взаимодействие са глуоните, означени със символа g, квантите на електромагнитното поле са добре познатите кванти на светлината - фотоните, означени с $\gamma$, а кванти на слабото поле и съответно носителите на слабите взаимодействия са У± (двойно ve) - и З 0 (zet zero)-бозони.

За разлика от бозоните, всички останали фундаментални частици са фермиони, тоест частици, които имат полуцяло числово въртене, равно на ч/2.

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

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

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

Частици в таблицата. 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 всичките три поколения са изиграли важна роля.

лептони

Нека първо 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).

Гледане на масата. 1 неволно повдига въпроса защо природата има нужда от създаването на три различни неутрино. Все още няма отговор на този въпрос, тъй като все още 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).

Долният ред на таблицата. 1 започва с частицата, която най-много сме изучавали - 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 познати ни атоми на елементите от Периодичната система. 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 (т.нар. високоенергийни фотони), които отнасят както остатъчните 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, при анихилацията на позитрон, спрял в материята, и електрон в покой, цялата им маса на покой (равна на 1,22 MeV) преминава в енергията на $\gamma$-квантите, които нямат маса на покой.

Във второто поколение на долния ред на табл. 1 се намира > мюон - частица, която по всички свои свойства е аналог на електрона, но с аномално голяма маса. Масата на мюона 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 главно 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. таонът е по-тежък от протона и неутрона. Времето му на живот е 2,9 10 -13 s и 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 някакво определено разстояние, напр. Р\u003d 10 -13 см. На такова 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. Далеч от това.

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 в резултат на брилянтен опит да се класифицират голям брой частици, участващи в силни взаимодействия и 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 над сто частици (и същия брой античастици). Много десетки частици все още не са регистрирани. Всички адрони се подразделят на тежки частици, т.нар барионии именувани средни стойности мезони.

Барионите се характеризират с барионното 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 общо барионът да има 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 квантовите числа, които са еднакви за всички кварки - спиново и барионно число, има и други важни техни характеристики, като например големината на тяхната маса в покой м, големината на електрическия заряд Q/д(в части от заряда на електрона д\u003d 1,6 · 10 -19 кулона) и определен набор от квантови числа, характеризиращи т.нар. вкус на кварк. Те включват:

1) стойността 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 маси 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. Създаването или изчезването на странни частици поради силни взаимодействия се случва 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 с ускорители са наблюдавани частици, които не могат да бъдат описани с u-, д- и с-кварки. По аналогия със странността беше необходимо да се въведат още три нови кварка с нови квантови числа ОТ = +1, AT= -1 и T= +1. Частиците, съставени от тези кварки, имат много по-голяма маса (> 2 GeV/c2). Те имат голямо разнообразие от схеми на разпадане с живот ~10 -13 s. Обобщение на характеристиките на всички кварки е дадено в табл. 2.

Всеки кварк в табл. 2 съответства на своя антикварк. За антикварките всички квантови числа имат знак, противоположен на посочения за кварк. За големината на масата на кварките 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 поради енергията, пренасяна от глуоните, е по-голяма. 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 де енергията на виртуална двойка), което се случва с 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 те са собственици на съответните 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 табл. 1 и 2 може да бъде в три форми и е цветна частица. Смесването на трите цвята, както става в оптиката, дава бял цвят, тоест избелва частицата. Всички наблюдавани адрони са безцветни.

Кварковите взаимодействия се осъществяват от осем различни глуона. Терминът "глюон" означава лепило в превод от английски, т.е. тези полеви кванти са частици, които сякаш слепват кварките. 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 е оцветен 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 регистрират следи от частици (като балонна камера и т.н.), всички те бяха открити косвено чрез наличието на пикове в зависимостта на вероятност за взаимодействие на различни частици една с друга по отношение на енергията. Фигура 1 обяснява казаното. 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 в хода на напречното сечение. Ширината му е $\Gamma = 110$ MeV, а общата маса на частиците $\Delta^(++)$ е равна на $T^(")_(max)+M_p c^2+M_\pi c^2 =1232$ MeV /с 2 , където $T^(")_(max)$ е кинетичната енергия на сблъсък на частици в системата на техния масов център. Повечето резонанси могат да се разглеждат като възбудено състояние на стабилни частици, тъй като те имат същия кварков състав като техните стабилни двойници, въпреки че масата на резонансите е по-голяма поради енергията на възбуждане.

Кварков модел на адроните

Ще започнем да описваме кварковия модел на адроните от чертежа на полеви линии, излъчвани от източник - кварк с цветен заряд и завършващ при 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 - електрически заряд като ветрило, тъй като виртуалните фотони, излъчвани едновременно от източника, не взаимодействат помежду си. Резултатът е законът на Кулон.

За разлика от тази картина, самите глуони имат цветни заряди и взаимодействат силно един с друг. В резултат на това вместо ветрило от силови линии имаме сноп, показан на фиг. 2, b. Въжето е опънато между кварка и антикварка, но най-изненадващото е, че самите глуони, имайки цветни заряди, стават източници на нови глуони, чийто брой нараства с отдалечаването им от кварка.
Такъв модел на взаимодействие съответства на зависимостта на потенциалната енергия на взаимодействие между кварките от разстоянието между тях, показана на фиг. 3. А именно: до разстояние Р> 10 -13 cm, зависимостта U(R) има фуниевиден характер и силата на цветния заряд в този диапазон от разстояния е относително малка, така че кварките при Р> 10 -15 cm в първо приближение могат да се разглеждат като свободни, невзаимодействащи си частици. Това явление има специалното име на асимптотичната свобода на кварките в малък размер Р. Въпреки това, когато Рповече от някаква критична стойност $R_(cr) \приблизително 10^(-13)$ cm стойност на потенциалната енергия на взаимодействие U(Р) става право пропорционална на стойността Р. Пряко от това следва, че силата Е = -dU/дР= const, тоест не зависи от разстоянието. Никое друго взаимодействие, което физиците са изследвали преди, 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 от огромна стойност, близка до 20 т. На 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! По този начин пред физиците се откри нова грандиозна картина на цветни 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 не.

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 при скъсване 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, в.

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 неизхвърляне на кварки се нарича задържане. При високи енергии може да е по-изгодно снопът да се счупи наведнъж на много места, образувайки набор от $q \tilde q$-двойки. По този начин подходихме 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 един и същ анти-заряд (например син кварк и анти-син антикварк), така че тяхната двойка, независимо от ароматите на кварка, да няма цвят (и наблюдаваме само безцветни частици).

Всички кварки и антикварки имат спин (в части от ч) равно на 1/2. Следователно общият спин на комбинацията от кварк с 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 по някои орбити вътре в частицата.

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

От най-добре проучените в момента 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 табл. 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 $\rho$ ±,0 е силното 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 слабото 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 има и преходи на кварк от едно поколение към кварк от друго поколение, например $u \to b + W^+$ или $u \to s + W^+$ и т.н., въпреки че такива преходи са много по-редки от преходите в рамките на едно поколение. В същото време по време на всички такива трансформации електрическият заряд в реакцията се запазва.

Изследването на мезоните, включително с- и ° С-кварки, доведе до откриването на няколко десетки странни и очаровани частици. Техните изследвания сега се провеждат в много научни центрове по света.

Изследването на мезоните, 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 цвята, 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 от протони и неутрони се състоят всички атомни ядра на химичните елементи. Броят на протоните в ядрото определя общия му електрически заряд З.

Другата основна частица в 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. 3 показва кварковото състояние на протона uudи неутрон udd. Но със завъртането на тази комбинация от кварки Дж= 3/2 се формират съответно резонансите $\Delta^+$ и $D^0$. Всички останали бариони са съставени от по-тежки кварки с, b, T, и имат много по-голяма маса. Сред тях особен интерес беше У- -хиперон, състоящ се от три странни кварка. За първи път е открит на хартия, тоест чрез изчисления, използвайки идеите за кварковата структура на барионите. Всички основни свойства на тази частица бяха предсказани и след това потвърдени от експерименти.

Много експериментално наблюдавани факти сега говорят убедително за 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. Схемата на този процес е показана на фиг. 4. Експериментът е проведен на колайдери в Германия и САЩ. Стрелките показват посоките на лъчите на фигурата д+ и д- , и от мястото на сблъсъка им се излъчва кварк ри антикварк $\tilde q$ под зенитен ъгъл $\Theta$ спрямо посоката на полета д+ и д- . Тази двойка $q+\tilde q$ се получава в реакцията

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

Както вече казахме, турникет от силови линии (по-често казват струна) се разпада на компонентите си с достатъчно голямо напрежение.
При високи енергии 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, т.к. показано на фиг. 4. Такива снопове от частици се наричат ​​джетове. Много често в експеримента се наблюдава образуването на три, четири или повече струи от частици едновременно.

В експерименти, проведени при енергии на суперускорение в космическите лъчи, в които участва и авторът на тази статия, бяха получени снимки, така да се каже, на процеса на образуване на много струи. Факт е, че въже или струна е едномерна и следователно центровете на образуване на три, четири или повече струи също са разположени по права линия.

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

В заключение, нека се спрем накратко на това дали шест лептона и 18 разноцветни кварка (и техните античастици), както и кванти на фундаментални полета изчерпват фотона, У ± -, З 0-бозони, осем глуона и накрая кванти на гравитационното поле - гравитони - целият арсенал от наистина елементарни, по-точно фундаментални частици. Очевидно не. Най-вероятно описаните картини на частици и полета са само отражение на сегашните ни познания. Не напразно вече има много теоретични идеи, в които се въвеждат голяма група от така наречените 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, вярвайки, че само вземането под внимание на гравитацията, въпреки сега изглеждащата й малка роля в микрокосмоса, ще позволи 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. Москва: Наука, 1988.

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

3. Зелдович Я.Б. Класификация на елементарни частици и кварки в презентацията за пешеходци // Uspekhi nat. науки. 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. I. Nambu, "Защо няма свободни кварки", Usp. Phys. науки. 1978. Т. 124. С. 146.

6. Жданов Г.Б., Максименко В.М., Славатински С.А. Експеримент "Памир" // Природа. 1984. № 11. С. 24

Рецензент на статиятаЛ.И. Саричев

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

Структури на микросвета

Преди това елементарни частици се наричаха частици, които изграждат атома и са неразложими на по-елементарни компоненти, а именно електрони и ядра.

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

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

– по видове взаимодействия

- по време на живота

- размерът на гърба

Елементарните частици се делят на следните групи:

Композитни и фундаментални (безструктурни) частици

Композитни частици

адрони (тежки)– частици, участващи във всички видове фундаментални взаимодействия. Те се състоят от кварки и от своя страна се подразделят на: мезони- адрони с целочислен спин, тоест бозони; бариони- адрони с полуцяло въртене, тоест фермиони. Те включват по-специално частиците, които изграждат ядрото на атома - протонът и неутронът, 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.

Кваркиса 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, осъществяваща електромагнитно взаимодействие;

- осем глуона - частици, носещи силното взаимодействие;

са три междинни векторни бозона У + , У− и З 0 , носещ слабо взаимодействие;

– гравитонът е хипотетична частица, осъществяваща 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 ограничени размери, включват:

Кварки и лептони

Частици, осигуряващи фундаментални взаимодействия: гравитони, фотони, векторни бозони, глуони.

Класификация на елементарните частици по време на живот:

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

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

- резонанси (нестабилен, краткотраен). Резонансите включват елементарни частици, които се разпадат поради силно взаимодействие. Животът им е под 10 -20 сек.

Класификация на частиците по участие във взаимодействия:

- лептони : Неутроните също са сред тях. Всички те не участват във водовъртежа на вътрешноядрените взаимодействия, т.е. не подлежи на силно взаимодействие. Те участват в слабото взаимодействие, а имайки електрически заряд участват в електромагнитното взаимодействие.

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

Известен в момента шест лептона :

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

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 , протони и неутрино, има стотици роднини, които се раждат в много 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 има протон сред крайните продукти на разпадане на частиците, 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 (особено протонът) са съставени от три кварка и мезони от двойка кварк-антикварк.

ПОПУЛЯРНИ СТАТИИ

Колко време отнема дексаметазонът да започне да действа? Мексидол таблетки как да приемате преди или след хранене Postinor - инструкции за употреба Малко кръв в тялото - причини, симптоми, лечение Забавете усвояването на желязото Pont du Gard: най-високият древен римски акведукт в света Заглавието на „Архитектура и история на Франция®“

2022 "kingad.ru" - ултразвуково изследване на човешки органи

Контакти карта на сайта