اضافه کردن به علاقه مندی ها

همچنین ببینید

نظری در مورد مقاله ذره بنیادی بنویسید

یادداشت

پیوندها

• S. A. Slavatinsky// موسسه فیزیک و فناوری مسکو (Dolgoprudny، منطقه مسکو)
• Slavatinsky S.A. // SOZH، 2001، شماره 2، ص. آرشیو 62–68 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

تا همین اواخر، چند صد ذره و پادذره ابتدایی در نظر گرفته می شدند. مطالعه دقیق خواص و برهمکنش آنها با ذرات دیگر و توسعه نظریه نشان داد که بیشتر آنها در واقع ابتدایی نیستند، زیرا آنها خود از ساده ترین یا همانطور که اکنون می گویند ذرات اساسی تشکیل شده اند. خود ذرات بنیادی دیگر از چیزی تشکیل نمی شوند. آزمایش‌های متعدد نشان داده‌اند که همه ذرات بنیادی مانند اجسام نقطه‌ای بی‌بعد رفتار می‌کنند که ساختار داخلی ندارند، حداقل تا کوچک‌ترین فواصل کنونی مورد مطالعه ~10-16 سانتی‌متر.

معرفی

در میان فرآیندهای بی شمار و متنوع برهمکنش بین ذرات، چهار برهمکنش اساسی یا اساسی وجود دارد: قوی (هسته ای)، الکترومغناطیسی و گرانشی. در دنیای ذرات، برهمکنش گرانشی بسیار ضعیف است، نقش آن هنوز نامشخص است و ما بیشتر در مورد آن صحبت نمی کنیم.

دو گروه از ذرات در طبیعت وجود دارد: هادرون ها که در تمام برهمکنش های بنیادی شرکت می کنند و لپتون ها که فقط در برهمکنش قوی شرکت نمی کنند.

بر اساس مفاهیم مدرن، فعل و انفعالات بین ذرات از طریق انتشار و جذب متعاقب آن کوانتوم های میدان مربوطه (قوی، ضعیف، الکترومغناطیسی) اطراف ذره انجام می شود. این کوانتوم ها بوزون های گیج هستند که ذرات بنیادی نیز هستند. برای بوزون‌ها، تکانه زاویه‌ای خودشان که اسپین نامیده می‌شود، برابر با مقدار صحیح ثابت پلانک $h = 1.05 \cdot 10^(-27) erg \cdot s$ است. کوانتوم های میدانی و بر این اساس حامل های برهمکنش های قوی گلوئون ها هستند که با نماد g نشان داده می شوند، کوانتوم های میدان الکترومغناطیسی کوانتوم های نوری شناخته شده هستند - فوتون ها که با $\گاما $ نشان داده می شوند و کوانتوم های میدان ضعیف و بر این اساس، حامل های برهمکنش های ضعیف هستند. هستند دبلیو± (ve مضاعف)- و ز 0 (زت صفر) بوزون.

برخلاف بوزون ها، همه ذرات بنیادی دیگر فرمیون هستند، یعنی ذراتی با مقدار اسپین نیم صحیح برابر با ساعت/2.

روی میز 1 نمادهای فرمیون های اساسی - لپتون ها و کوارک ها را نشان می دهد.

هر ذره در جدول نشان داده شده است. 1، مربوط به پادذره ای است که تنها در نشانه های بار الکتریکی و سایر اعداد کوانتومی با ذره تفاوت دارد (جدول 2 را ببینید) و جهت چرخش نسبت به جهت حرکت ذره. ما پادذرات را با نمادهای مشابه ذرات، اما با یک خط موجی بالای نماد نشان خواهیم داد.

ذرات در جدول 1 با حروف یونانی و لاتین مشخص می شود، یعنی: حرف $\nu$ - سه نوترینو مختلف، حروف e - الکترون، $\mu$ - muon، $\tau$ - taon، حروف u، c، t، d، s، b نشان دهنده کوارک ها است. نام و مشخصات آنها در جدول آورده شده است. 2.

ذرات در جدول 1 با توجه به ساختار نظریه مدرن به سه نسل I، II و III گروه بندی می شوند. جهان ما از ذرات نسل اول - لپتون ها و کوارک ها و بوزون های گیج ساخته شده است، اما همانطور که علم مدرن در مورد توسعه کیهان نشان می دهد، در مرحله اولیه توسعه آن، ذرات هر سه نسل نقش مهمی داشتند.

لپتون ها

ابتدا، بیایید با جزئیات بیشتری به خواص لپتون ها نگاه کنیم. در خط بالای جدول. 1 شامل سه نوترینو مختلف است: الکترون $\nu_e$، میون $\nu_m$ و تاو نوترینو $\nu_t$. جرم آنها هنوز به طور دقیق اندازه گیری نشده است، اما حد بالایی آن تعیین شده است، به عنوان مثال، برای ne برابر با 10 -5 جرم الکترون (یعنی $\leq 10^(-32)$ g).

وقتی به میز نگاه می کنید. 1، به ناچار این سوال مطرح می شود که چرا طبیعت نیاز به ایجاد سه نوترینو مختلف داشت؟ هنوز پاسخی برای این سوال وجود ندارد، زیرا چنین نظریه جامعی از ذرات بنیادی ایجاد نشده است که ضرورت و کفایت همه این ذرات را نشان دهد و خواص اساسی آنها را بیان کند. شاید این مشکل در قرن بیست و یکم (یا بعد از آن) حل شود.

خط پایین جدول. فصل 1 با ذره ای که ما بیشتر مطالعه کرده ایم، الکترون، آغاز می شود. این الکترون در پایان قرن گذشته توسط فیزیکدان انگلیسی جی تامسون کشف شد. نقش الکترون ها در دنیای ما بسیار زیاد است. آنها آن دسته از ذرات باردار منفی هستند که همراه با هسته های اتم، تمام اتم های عناصر شناخته شده در جدول تناوبی مندلیف را تشکیل می دهند. در هر اتم تعداد الکترون ها دقیقاً برابر با تعداد پروتون های هسته اتم است که باعث می شود اتم از نظر الکتریکی خنثی شود.

یک الکترون پایدار است؛ احتمال اصلی از بین بردن یک الکترون مرگ آن در هنگام برخورد با یک پادذره - یک پوزیترون e + است. این فرآیند نابودی نامیده می شود:

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

در نتیجه نابودی، دو کوانتا گاما تشکیل می شود (به نام فوتون های پرانرژی) که هر دو انرژی های باقی مانده e + و e - و انرژی های جنبشی آنها را با خود می برند. در انرژی های بالا، هادرون های e + و e- و جفت کوارک تشکیل می شوند (به عنوان مثال، (5) و شکل 4 را ببینید).

واکنش (1) به وضوح اعتبار فرمول معروف A. Einstein را در مورد هم ارزی جرم و انرژی نشان می دهد: E = mc 2 .

در واقع، هنگام نابودی یک پوزیترون متوقف شده در ماده و یک الکترون در حالت سکون، کل جرم سکون آنها (برابر 1.22 مگا ولت) به انرژی $\gamma$-qunta تبدیل می شود که جرم سکون ندارند.

در نسل دوم خط پایانی جدول. 1 > میون قرار دارد - ذره ای که با تمام خواصش آنالوگ یک الکترون است، اما با جرم غیرعادی بزرگ. جرم یک میون 207 برابر بیشتر از جرم یک الکترون است. برخلاف الکترون، میون ناپایدار است. زمان زندگی او تی= 2.2 · 10 -6 ثانیه. طبق این طرح، میون ترجیحاً به یک الکترون و دو نوترینو تجزیه می شود

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

آنالوگ حتی سنگین‌تر از الکترون، لپتون $\tau$ (taon) است. جرم آن بیش از 3 هزار بار بیشتر از جرم یک الکترون است ($m_(\tau) = 1777$ MeV/c 2)، یعنی از یک پروتون و یک نوترون سنگین تر است. طول عمر آن 2.9 · 10 -13 ثانیه است و از بیش از صد طرح (کانال) مختلف فروپاشی آن موارد زیر ممکن است:

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

در مورد لپتون ها، مقایسه نیروهای ضعیف و الکترومغناطیسی در فاصله ای خاص جالب است، به عنوان مثال. آر= 10 -13 سانتی متر در این فاصله نیروهای الکترومغناطیسی تقریباً 10 میلیارد بار بیشتر از نیروهای ضعیف هستند. اما این به هیچ وجه به این معنا نیست که نقش نیروهای ضعیف در طبیعت کم است. اصلا.

این نیروهای ضعیف هستند که مسئول بسیاری از تبدیل‌های متقابل ذرات مختلف به ذرات دیگر هستند، مثلاً در واکنش‌های (2)، (3)، و چنین تبدیل‌های متقابل یکی از مشخص‌ترین ویژگی‌های فیزیک ذرات است. برخلاف واکنش های (2)، (3)، نیروهای الکترومغناطیسی در واکنش (1) عمل می کنند.

در مورد لپتون ها، لازم است اضافه کنیم که نظریه مدرن برهمکنش های الکترومغناطیسی و ضعیف را با استفاده از یک نظریه واحد الکتروضعیف توصیف می کند. این توسط S. Weinberg، A. Salam و S. Glashow در سال 1967 توسعه یافت.

کوارک ها

ایده کوارک ها از تلاشی درخشان برای طبقه بندی تعداد زیادی از ذرات شرکت کننده در برهمکنش های قوی به نام هادرون ناشی شد. M.Gell-Mann و G. Zweig پیشنهاد کردند که همه هادرون ها از مجموعه ای متناظر از ذرات بنیادی - کوارک ها، آنتی کوارک های آنها و حاملان برهم کنش قوی - گلوئون ها تشکیل شده اند.

تعداد کل هادرون های مشاهده شده در حال حاضر بیش از صد ذره (و همین تعداد پادذره) است. ده ها ذره هنوز ثبت نشده اند. همه هادرون ها به ذرات سنگینی به نام تقسیم می شوند باریون ها، و میانگین ها، نام برد مزون ها.

باریون ها با تعداد باریونشان مشخص می شوند ب= 1 برای ذرات و ب = -1 برای آنتی باریون ها. تولد و نابودی آنها همیشه به صورت جفت اتفاق می افتد: باریون و آنتی باریون. مزون ها باریونی دارند ب = 0. طبق ایده ژل مان و تسوایگ، همه باریون ها از سه کوارک، آنتی باریون ها - از سه آنتی کوارک تشکیل شده اند. بنابراین، به هر کوارک یک عدد باریون 1/3 اختصاص داده شد، به طوری که در مجموع باریون داشت ب= 1 (یا -1 برای یک آنتی باریون متشکل از سه آنتی کوارک). مزون ها عدد باریونی دارند ب= 0، بنابراین آنها می توانند از هر ترکیبی از جفت های هر کوارک و هر آنتی کوارکی تشکیل شوند. علاوه بر اعداد کوانتومی یکسان برای همه کوارک ها - اسپین و عدد باریون - ویژگی های مهم دیگری نیز برای آنها وجود دارد، مانند مقدار جرم سکون آنها. متر، مقدار بار الکتریکی س/ه(در کسری از بار الکترون ه= 1.6 و نقطه میانی 10 -19 کولن) و مجموعه خاصی از اعداد کوانتومی مشخص کننده به اصطلاح طعم کوارک. این شامل:

1) بزرگی اسپین ایزوتوپی منو بزرگی برآمدگی سوم آن یعنی من 3. بنابراین، تو-کوارک و د-کوارک یک دوتایی ایزوتوپی را تشکیل می دهند، به آنها یک اسپین ایزوتوپی کامل اختصاص داده می شود من= 1/2 با پیش بینی من 3 = +1/2 مربوطه تو-کوارک و من 3 = -1/2، مربوطه د-کوارک هر دو جزء دوتایی دارای مقادیر جرمی مشابهی هستند و در تمام خواص دیگر به استثنای بار الکتریکی یکسان هستند.

2) عدد کوانتومی اس- عجیب بودن رفتار عجیب برخی از ذرات را مشخص می کند که طول عمر غیرعادی طولانی (~10-8-10-13s) در مقایسه با زمان مشخصه هسته ای (~10-23s) دارند. خود ذرات عجیب نامیده می شوند که حاوی یک یا چند کوارک عجیب و آنتی کوارک عجیب هستند. تولد یا ناپدید شدن ذرات عجیب به دلیل فعل و انفعالات قوی به صورت جفت اتفاق می افتد، یعنی در هر واکنش هسته ای، مجموع $\Sigma$S قبل از واکنش باید برابر با $\Sigma$S بعد از واکنش باشد. با این حال، در فعل و انفعالات ضعیف، قانون حفظ غرابت برقرار نیست.

در آزمایش‌ها در شتاب‌دهنده‌ها، ذراتی مشاهده شد که توصیف آنها با استفاده از آنها غیرممکن بود تو-, د- و س-کوارک ها با تشبیه عجیب بودن، لازم بود سه کوارک جدید دیگر با اعداد کوانتومی جدید معرفی شوند با = +1, که در= -1 و تی= +1. ذرات متشکل از این کوارک ها دارای جرم قابل توجهی بزرگتر هستند (> 2 GeV/c2). آنها دارای طیف گسترده ای از الگوهای پوسیدگی با طول عمر ~ 10-13 ثانیه هستند. خلاصه ای از خصوصیات همه کوارک ها در جدول آورده شده است. 2.

هر جدول کوارکی 2 مربوط به آنتی کوارک شماست. برای آنتی کوارک ها، همه اعداد کوانتومی دارای علامتی هستند که برای کوارک نشان داده شده است. در مورد بزرگی جرم کوارک باید موارد زیر بیان شود. در جدول آورده شده است. 2 مقدار مربوط به جرم کوارک های برهنه است، یعنی خود کوارک ها بدون در نظر گرفتن گلوئون های اطراف آنها. جرم کوارک های پوشیده شده به دلیل انرژی حمل شده توسط گلوئون ها بیشتر است. این به ویژه برای سبک ترین ها قابل توجه است تو- و د-کوارک‌هایی که پوشش گلوئونی آن‌ها انرژی حدود 300 مگا ولت دارد.

کوارک هایی که خواص فیزیکی اساسی ذرات را تعیین می کنند، کوارک های ظرفیتی نامیده می شوند. علاوه بر کوارک‌های ظرفیت، هادرون‌ها دارای جفت‌های مجازی از ذرات - کوارک‌ها و آنتی‌کوارک‌ها هستند که برای مدت بسیار کوتاهی توسط گلوئون‌ها ساطع و جذب می‌شوند.

(جایی که E- انرژی جفت مجازی) که با نقض قانون بقای انرژی مطابق با رابطه عدم قطعیت هایزنبرگ رخ می دهد. جفت های مجازی کوارک ها نامیده می شوند کوارک های دریایییا کوارک های دریایی. بنابراین، ساختار هادرون ها شامل کوارک ها و گلوئون های ظرفیتی و دریایی است.

ویژگی اصلی همه کوارک ها این است که دارای بارهای قوی متناظر هستند. بارهای میدان قوی سه نوع برابر دارند (به جای یک بار الکتریکی در تئوری نیروهای الکتریکی). در اصطلاح تاریخی، این سه نوع بار را رنگ کوارک ها می نامند، یعنی: قرمز، سبز و آبی متعارف. بنابراین، هر کوارک در جدول. 1 و 2 می تواند به سه شکل باشد و یک ذره رنگی است. مخلوط کردن هر سه رنگ، درست همانطور که در اپتیک اتفاق می افتد، سفید تولید می کند، یعنی ذره را سفید می کند. همه هادرون های مشاهده شده بی رنگ هستند.

فعل و انفعالات کوارک توسط هشت گلوئون مختلف انجام می شود. اصطلاح گلوون در زبان انگلیسی به معنای چسب است، یعنی این کوانتوم های میدانی ذراتی هستند که به قولی کوارک ها را به هم می چسبانند. مانند کوارک ها، گلوئون ها ذرات رنگی هستند، اما از آنجایی که هر گلوئون رنگ دو کوارک را به طور همزمان تغییر می دهد (کوارکی که گلوئون را ساطع می کند و کوارکی که گلوئون را جذب می کند)، گلوئون دو بار رنگ می شود که حامل یک رنگ و یک ضد رنگ است، معمولا. متفاوت از رنگ .

جرم بقیه گلوئون ها، مانند فوتون، صفر است. علاوه بر این، گلوئون ها از نظر الکتریکی خنثی هستند و بار ضعیفی ندارند.

هادرون ها نیز معمولاً به ذرات و رزونانس های پایدار تقسیم می شوند: باریون و مزون.
رزونانس ها با طول عمر بسیار کوتاه (~10-20-10-24 ثانیه) مشخص می شوند، زیرا پوسیدگی آنها به دلیل تعامل قوی است.

ده ها مورد از این ذرات توسط فیزیکدان آمریکایی L.V. آلوارز. از آنجایی که مسیر این گونه ذرات به سمت فروپاشی آنقدر کوتاه است که نمی توان آنها را در آشکارسازهایی که آثار ذرات را ثبت می کنند (مانند اتاقک حباب و غیره) مشاهده کرد، همه آنها به طور غیرمستقیم و با وجود قله ها بسته به احتمال تشخیص داده شدند. برهمکنش ذرات مختلف با یکدیگر بر روی انرژی شکل 1 این را توضیح می دهد. شکل وابستگی مقطع برهمکنش (متناسب با مقدار احتمال) یک پیون مثبت $\pi^+$ با یک پروتون را نشان می دهد. پاز انرژی جنبشی پایون. در انرژی حدود 200 مگا ولت، یک پیک در طول مقطع قابل مشاهده است. عرض آن $\Gamma = 110$ MeV است و جرم کل ذره $\Delta^(++)$ برابر با $T^(")_(max)+M_p c^2+M_\pi c است. ^2=1232$ MeV /с 2، که در آن $T^(")_(max)$ انرژی جنبشی برخورد ذرات در سیستم مرکز جرم آنها است. بیشتر تشدیدها را می توان به عنوان حالت برانگیخته ذرات پایدار در نظر گرفت، زیرا آنها ترکیب کوارکی مشابهی با همتایان پایدار خود دارند، اگرچه جرم رزونانس ها به دلیل انرژی برانگیختگی بیشتر است.

مدل کوارکی هادرون ها

ما شروع به توصیف مدل کوارک هادرون ها با ترسیم خطوط میدانی می کنیم که از یک منبع سرچشمه می گیرند - کوارکی با بار رنگی و به یک آنتی کوارک ختم می شود (شکل 2، ب). برای مقایسه، در شکل. 2، و نشان می‌دهیم که در مورد برهمکنش الکترومغناطیسی، خطوط نیرو از منبع خود - بار الکتریکی - مانند یک فن منحرف می‌شوند، زیرا فوتون‌های مجازی که به طور همزمان از منبع ساطع می‌شوند با یکدیگر تعامل ندارند. در نتیجه، قانون کولن را به دست می آوریم.

در مقابل این تصویر، خود گلوئون ها بارهای رنگی دارند و به شدت با یکدیگر تعامل دارند. در نتیجه، به جای فن خطوط برق، یک بسته نرم افزاری داریم که در شکل. 2، ب. طناب بین یک کوارک و یک آنتی کوارک کشیده شده است، اما شگفت انگیزترین چیز این است که خود گلوئون ها با داشتن بارهای رنگی به منابع گلوئون های جدید تبدیل می شوند که با دور شدن از کوارک تعداد آنها افزایش می یابد.
این تصویر از برهمکنش مربوط به وابستگی انرژی پتانسیل برهمکنش بین کوارک ها به فاصله بین آنها است که در شکل نشان داده شده است. 3. یعنی: تا فاصله آر> 10-13 سانتی متر، وابستگی U(R) دارای یک کاراکتر قیفی شکل است و قدرت بار رنگی در این محدوده فاصله نسبتاً کم است، به طوری که کوارک ها در آربیش از 10-15 سانتی متر، با تقریب اول، می تواند به عنوان ذرات آزاد و غیر متقابل در نظر گرفته شود. این پدیده نام ویژه آزادی مجانبی کوارک ها در کوچک است آر. با این حال، زمانی که آربزرگتر از مقدار بحرانی $R_(cr) \تقریباً 10^(-13)$ سانتی متر مقدار انرژی برهمکنش بالقوه U(آر) مستقیماً با مقدار متناسب می شود آر. مستقیماً نتیجه می گیرد که نیرو اف = -dU/دکتر= const، یعنی به فاصله بستگی ندارد. هیچ فعل و انفعال دیگری که فیزیکدانان قبلاً مطالعه کرده بودند چنین خاصیت غیرعادی نداشت.

محاسبات نشان می‌دهد که نیروهایی که بین یک کوارک و یک آنتی‌کوارک عمل می‌کنند، در واقع، از R_(cr) \تقریباً 10_(-13) $ سانتی‌متر شروع می‌شوند، به فاصله بستگی ندارند و در سطحی با قدر عظیم، نزدیک به 20 تن باقی می‌مانند. . در یک فاصله آر~ 10-12 سانتی متر (برابر شعاع متوسط ​​هسته های اتمی) نیروهای رنگی بیش از 100 هزار بار بیشتر از نیروهای الکترومغناطیسی است. اگر نیروی رنگ را با نیروهای هسته ای بین یک پروتون و یک نوترون در داخل هسته اتم مقایسه کنیم، معلوم می شود که نیروی رنگ هزاران بار بیشتر است! بنابراین، یک تصویر بزرگ جدید از نیروهای رنگ در طبیعت در برابر فیزیکدانان گشوده شد که قدری بسیار بیشتر از نیروهای هسته ای شناخته شده فعلی است. البته بلافاصله این سوال مطرح می شود که آیا می توان چنین نیروهایی را به عنوان منبع انرژی به کار انداخت؟ متاسفانه پاسخ این سوال منفی است.

طبیعتاً سؤال دیگری مطرح می شود: تا چه فاصله هایی؟ آربین کوارک ها، انرژی پتانسیل با افزایش به صورت خطی افزایش می یابد آر?
پاسخ ساده است: در فواصل زیاد، دسته خطوط میدان شکسته می شود، زیرا از نظر انرژی مطلوب تر است که با تولد یک جفت ذره کوارک-آنتی کوارک، شکاف ایجاد شود. این زمانی اتفاق می افتد که انرژی پتانسیل در محل ناپیوستگی بیشتر از جرم باقی کوارک و آنتی کوارک باشد. فرآیند شکستن دسته خطوط نیرو میدان گلوئون در شکل نشان داده شده است. 2، V.

چنین ایده های کیفی در مورد تولد کوارک-آنتی کوارک این امکان را فراهم می کند که بفهمیم چرا تک کوارک ها اصلاً مشاهده نمی شوند و نمی توان آنها را در طبیعت مشاهده کرد. کوارک ها برای همیشه در داخل هادرون ها به دام می افتند. این پدیده محصور شدن کوارک نامیده می شود حصر. در انرژی های بالا، ممکن است برای بسته نرم افزاری مفیدتر باشد که به طور هم زمان در مکان های مختلف شکسته شود و جفت های q$-q\tilde زیادی تشکیل شود. به این ترتیب به مشکل چند قلو زایی نزدیک می شویم جفت کوارک-آنتی کوارکو تشکیل جت های کوارکی سخت.

اجازه دهید ابتدا ساختار هادرون های نور، یعنی مزون ها را در نظر بگیریم. همانطور که قبلاً گفتیم آنها از یک کوارک و یک آنتی کوارک تشکیل شده اند.

بسیار مهم است که هر دو شریک جفت دارای بار رنگی یکسان و ضد بار یکسان باشند (مثلاً یک کوارک آبی و یک آنتی کوارک ضد آبی)، به طوری که جفت آنها، صرف نظر از طعم کوارک ها، دارای بدون رنگ (و ما فقط ذرات بی رنگ را مشاهده می کنیم).

همه کوارک ها و آنتی کوارک ها دارای یک چرخش (به کسری از ساعت) برابر با 1/2. بنابراین، مجموع اسپین ترکیبی از کوارک و آنتی کوارک یا زمانی که اسپین ها ضد موازی هستند 0 است، یا زمانی که اسپین ها موازی یکدیگر هستند، 1 است. اما اسپین یک ذره می تواند بزرگتر از 1 باشد اگر خود کوارک ها در برخی مدارهای درون ذره بچرخند.

روی میز شکل 3 چند ترکیب جفت و پیچیده تر کوارک ها را نشان می دهد، که نشان می دهد این ترکیب کوارک ها با کدام هادرون های شناخته شده قبلی مطابقت دارد.

از میان مزون‌ها و رزونانس‌های مزون که در حال حاضر بهترین مطالعه شده‌اند، بزرگترین گروه شامل ذرات سبک غیر معطر است که اعداد کوانتومی آنها اس = سی = ب= 0. این گروه شامل حدود 40 ذره است. جدول 3 با پیون $\pi$ ±,0 شروع می شود که توسط فیزیکدان انگلیسی S.F. پاول در سال 1949. پیون‌های باردار حدود 10 تا 8 ثانیه زنده می‌مانند و طبق طرح‌های زیر به لپتون‌ها تجزیه می‌شوند:

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

"بستگان" آنها در جدول. 3 - تشدید $\rho$ ±،0 (مزون های rho)، بر خلاف پیون ها، دارای اسپین هستند. جی= 1، آنها ناپایدار هستند و فقط برای 10 -23 ثانیه زندگی می کنند. دلیل فروپاشی $\rho $ ±،0 تعامل قوی است.

دلیل فروپاشی پیون های باردار به دلیل برهمکنش ضعیف است، یعنی این واقعیت است که کوارک های تشکیل دهنده ذره قادر به انتشار و جذب در نتیجه برهمکنش ضعیف برای مدت کوتاهی هستند. تیمطابق با رابطه (4)، بوزون‌های گیج مجازی: $u \به d + W^+$ یا $d \to u + W^-$ و برخلاف لپتون‌ها، انتقال کوارک یک نسل به کوارک نسل دیگری نیز انجام می شود، برای مثال $u \to b + W^+$ یا $u \to s + W^+$ و غیره، اگرچه چنین انتقال هایی به طور قابل توجهی نادرتر از انتقال در یک نسل است. در عین حال، در تمام این تبدیل ها، بار الکتریکی در واکنش حفظ می شود.

مطالعه مزون ها از جمله س- و ج-کوارک ها منجر به کشف چند ده ذره عجیب و جذاب شد. تحقیقات آنها در حال حاضر در بسیاری از مراکز علمی در سراسر جهان در حال انجام است.

مطالعه مزون ها از جمله ب- و تی-کوارک‌ها به‌شدت در شتاب‌دهنده‌ها شروع شدند و فعلاً در مورد آنها با جزئیات بیشتر صحبت نمی‌کنیم.

بیایید به بررسی هادرون های سنگین یعنی باریون ها ادامه دهیم. همه آنها از سه کوارک تشکیل شده اند، اما آنهایی که هر سه نوع رنگ دارند، زیرا مانند مزونها، همه باریونها بی رنگ هستند. کوارک های درون باریون ها می توانند حرکت مداری داشته باشند. در این حالت، اسپین کل ذره از اسپین کل کوارک ها، برابر با 1/2 یا 3/2 (اگر اسپین های هر سه کوارک با یکدیگر موازی باشند) بیشتر خواهد شد.

باریون با حداقل جرم پروتون است پ(جدول 3 را ببینید). این پروتون ها و نوترون ها هستند که تمام هسته های اتمی عناصر شیمیایی را تشکیل می دهند. تعداد پروتون های یک هسته بار الکتریکی کل آن را تعیین می کند ز.

ذره اصلی دیگر هسته اتم نوترون است n. یک نوترون کمی سنگین تر از یک پروتون است، ناپایدار است و در حالت آزاد، با طول عمر حدود 900 ثانیه، به پروتون، الکترون و نوترینو تجزیه می شود. روی میز شکل 3 وضعیت کوارک پروتون را نشان می دهد uudو نوترون udd. اما با چرخش این ترکیب کوارک ها جی= 3/2 رزونانس $\Delta^+$ و $D^0$ به ترتیب تشکیل می شود. همه باریون های دیگر از کوارک های سنگین تر تشکیل شده اند س, ب, تی، و دارای جرم قابل توجهی بزرگتر هستند. در میان آنها، از علاقه خاصی بود دبلیو- هایپرون، متشکل از سه کوارک عجیب. ابتدا روی کاغذ، یعنی با محاسبه، با استفاده از ایده هایی در مورد ساختار کوارکی باریون ها کشف شد. تمام خصوصیات اساسی این ذره با آزمایشات پیش بینی و سپس تایید شد.

بسیاری از حقایق تجربی مشاهده شده اکنون به طور قانع کننده ای وجود کوارک ها را نشان می دهند. به طور خاص، ما در مورد کشف یک فرآیند جدید در واکنش برخورد الکترون ها و پوزیترون ها صحبت می کنیم که منجر به تشکیل جت های کوارک-آنتی کوارک می شود. نمودار این فرآیند در شکل نشان داده شده است. 4. این آزمایش در برخورد دهنده ها در آلمان و ایالات متحده انجام شد. شکل جهت تیرها را با فلش نشان می دهد ه+ و ه- ، و از نقطه برخورد آنها یک کوارک فرار می کند qو آنتی کوارک $\tilde q$ در زاویه اوج $\Theta$ نسبت به جهت پرواز ه+ و ه- . این تولد یک جفت $q+\tilde q$ در واکنش رخ می دهد

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

همانطور که قبلاً گفتیم، دسته ای از خطوط برق (که اغلب رشته نامیده می شود) هنگامی که به اندازه کافی بزرگ کشیده می شوند، به اجزای خود می شکند.
در انرژی بالای کوارک و آنتی کوارک، همانطور که قبلا ذکر شد، رشته در بسیاری از نقاط می شکند، در نتیجه دو پرتو باریک از ذرات بی رنگ ثانویه در هر دو جهت در امتداد خط پرواز کوارک q و آنتی کوارک تشکیل می شوند. همانطور که در شکل نشان داده شده است. 4. به این گونه پرتوهای ذرات، جت می گویند. اغلب، به طور تجربی تشکیل سه، چهار یا چند جت ذره به طور همزمان مشاهده می شود.

در آزمایش‌هایی که روی انرژی‌های ابرشتاب‌دهنده در پرتوهای کیهانی انجام شد، که نویسنده این مقاله در آن شرکت داشت، عکس‌هایی از روند تشکیل بسیاری از جت‌ها به دست آمد. واقعیت این است که طناب یا ریسمان یک بعدی است و بنابراین مراکز تشکیل سه، چهار یا چند جت نیز در امتداد یک خط مستقیم قرار دارند.

نظریه ای که تعاملات قوی را توصیف می کند نامیده می شود کرومودینامیک کوانتومییا به طور خلاصه QCD. این بسیار پیچیده تر از نظریه برهمکنش های الکتروضعیف است. QCD به ویژه در توصیف فرآیندهای به اصطلاح سخت، یعنی فرآیندهای برهمکنش ذرات با انتقال بزرگ حرکت بین ذرات، موفق است. اگرچه ایجاد این نظریه هنوز کامل نشده است، بسیاری از فیزیکدانان نظری در حال حاضر مشغول ایجاد "اتحاد بزرگ" هستند - اتحاد کرومودینامیک کوانتومی و نظریه برهمکنش ضعیف الکتریکی در یک نظریه واحد.

در پایان، اجازه دهید به طور خلاصه بررسی کنیم که آیا شش لپتون و 18 کوارک چند رنگ (و پادذرات آنها)، و همچنین کوانتوم های میدان های بنیادی - فوتون، دبلیو ± -, ز 0 بوزون، هشت گلوئون و در نهایت، کوانتوم های میدان گرانشی - گراویتون ها - کل زرادخانه ذرات واقعاً ابتدایی، یا دقیق تر، ذرات بنیادی. ظاهرا نه. به احتمال زیاد، تصاویر توصیف شده از ذرات و میدان ها تنها بازتابی از دانش فعلی ما هستند. بیخود نیست که در حال حاضر ایده های نظری زیادی وجود دارد که شامل گروه بزرگی از ذرات به اصطلاح فوق متقارن هنوز مشاهده شده، هشت کوارک های فوق سنگین و موارد دیگر می شود.

بدیهی است که فیزیک مدرن هنوز تا ساختن یک نظریه کامل در مورد ذرات فاصله دارد. شاید حق با فیزیکدان بزرگ آلبرت انیشتین بود که معتقد بود تنها در نظر گرفتن گرانش، علیرغم نقش به ظاهر کوچک آن در جهان خرد، امکان ساخت یک نظریه دقیق از ذرات را فراهم می کند. اما همه اینها در قرن بیست و یکم یا حتی بعد از آن است.

ادبیات

1. Okun L.B. فیزیک ذرات بنیادی. M.: Nauka، 1988.

2. Kobzarev I.Yu. برندگان جایزه نوبل 1979: S. Weinberg, S. Glashow, A. Salam // طبیعت. 1980. N 1. ص 84.

3. Zeldovich Ya.B. طبقه بندی ذرات بنیادی و کوارک ها برای عابران پیاده // Uspekhi fiz. علمی 1965. T. 8. P. 303.

4. Krainov V.P. رابطه عدم قطعیت برای انرژی و زمان // مجله آموزشی سوروس. 1998. N 5. ص 77-82.

5. Nambu I. چرا کوارک های آزاد وجود ندارند // Uspekhi fiz. علمی 1978. T. 124. ص 146.

6. Zhdanov G.B., Maksimenko V.M., Slavatinsky S.A. آزمایش "پامیر" // طبیعت. 1984. N 11. ص 24

داور مقاله L.I. ساریچوا

S. A. Slavatinskyموسسه فیزیک و فناوری مسکو، Dolgoprudny، منطقه مسکو.

ساختارهای جهان خرد

قبلاً به ذرات بنیادی ذراتی گفته می شد که بخشی از یک اتم هستند و نمی توان آنها را به اجزای بنیادی تری یعنی الکترون ها و هسته ها تجزیه کرد.

بعدها مشخص شد که هسته ها از ذرات ساده تری تشکیل شده اند - نوکلئون ها(پروتون ها و نوترون ها) که به نوبه خود از ذرات دیگر تشکیل شده اند. از همین رو کوچکترین ذرات ماده به عنوان ذرات بنیادی در نظر گرفته شدند , به استثنای اتم ها و هسته های آنها .

تا به امروز، صدها ذره بنیادی کشف شده است که نیاز به طبقه بندی آنها دارد:

- بر اساس نوع تعامل

- بر اساس زمان زندگی

- بزرگترین پشت

ذرات اولیه به گروه های زیر تقسیم می شوند:

ذرات مرکب و بنیادی (بدون ساختار).

ذرات مرکب

هادرون (سنگین)- ذرات شرکت کننده در انواع برهمکنش های بنیادی. آنها از کوارک ها تشکیل شده اند و به نوبه خود به موارد زیر تقسیم می شوند: مزون ها- هادرون با اسپین عدد صحیح، یعنی بوزون هستند. باریون ها- هادرون با اسپین نیمه صحیح، یعنی فرمیون ها. اینها، به ویژه، شامل ذرات تشکیل دهنده هسته یک اتم - پروتون و نوترون، یعنی. نوکلئون ها.

ذرات بنیادی (بدون ساختار).

لپتون (نور)- فرمیون‌ها که شکل ذرات نقطه‌ای دارند (یعنی از چیزی تشکیل نشده‌اند) تا مقیاس‌های 10 تا 18 متر. در برهمکنش‌های قوی شرکت نمی‌کنند. مشارکت در فعل و انفعالات الکترومغناطیسی تنها برای لپتون‌های باردار (الکترون‌ها، میون‌ها، لپتون‌های تاو) به صورت تجربی مشاهده شد و برای نوترینوها مشاهده نشد.

کوارک ها- ذرات باردار کسری که هادرون ها را می سازند. آنها در حالت آزاد مشاهده نشدند.

بوزون ها را اندازه گیری کنید- ذراتی که از طریق تبادل آنها فعل و انفعالات انجام می شود:

فوتون - ذره ای که برهمکنش الکترومغناطیسی را انجام می دهد.

- هشت گلوئون - ذراتی که برهمکنش قوی دارند.

- سه بوزون بردار میانی دبلیو + , دبلیو- و ز 0، که تعاملات ضعیف را تحمل می کند.

- گراویتون یک ذره فرضی است که برهمکنش گرانشی را منتقل می کند. وجود گراویتون ها، اگرچه به دلیل ضعف برهم کنش گرانشی هنوز به طور تجربی ثابت نشده است، کاملاً محتمل در نظر گرفته می شود. با این حال، گراویتون در مدل استاندارد ذرات بنیادی گنجانده نشده است.

بر اساس مفاهیم مدرن، ذرات بنیادی (یا ذرات بنیادی «واقعی») که ساختار درونی و ابعاد محدودی ندارند عبارتند از:

کوارک ها و لپتون ها

ذراتی که برهمکنش های اساسی را ایجاد می کنند: گراویتون ها، فوتون ها، بوزون های برداری، گلوئون ها.

طبقه بندی ذرات بنیادی بر اساس طول عمر:

- پایدار: ذراتی که عمر آنها بسیار طولانی است (در حد به بی نهایت میل می کند). این شامل الکترون ها , پروتون ها , نوترینو . نوترون ها در داخل هسته نیز پایدار هستند، اما در خارج از هسته ناپایدار هستند.

- ناپایدار (شبه پایدار): ذرات بنیادی ذراتی هستند که در اثر فعل و انفعالات الکترومغناطیسی و ضعیف تجزیه می شوند و عمر آنها بیش از 10 تا 20 ثانیه است. چنین ذرات شامل نوترون آزاد (یعنی یک نوترون خارج از هسته یک اتم)

- رزونانس ها (ناپایدار، کوتاه مدت). رزونانس ها شامل ذرات بنیادی هستند که به دلیل فعل و انفعالات قوی تجزیه می شوند. طول عمر آنها کمتر از 10-20 ثانیه است.

طبقه بندی ذرات بر اساس مشارکت در فعل و انفعالات:

- لپتون ها : از جمله نوترون ها هستند. همه آنها در گرداب فعل و انفعالات درون هسته ای شرکت نمی کنند، یعنی. در معرض تعاملات قوی نیستند. آنها در برهمکنش ضعیف شرکت می کنند و آنهایی که بار الکتریکی دارند نیز در برهمکنش الکترومغناطیسی شرکت می کنند

- هادرون ها : ذراتی که در داخل هسته اتم وجود دارند و در فعل و انفعالات قوی شرکت می کنند. معروف ترین آنها هستند پروتون و نوترون .

امروزه شناخته شده است شش لپتون :

در همان خانواده الکترون، ذرات میون و تاو قرار دارند که شبیه به الکترون هستند اما جرم بیشتری دارند. میون ها و ذرات تاو ناپایدار هستند و در نهایت به چندین ذره دیگر از جمله الکترون تجزیه می شوند.

سه ذره خنثی الکتریکی با جرم صفر (یا نزدیک به صفر، دانشمندان هنوز در مورد این نقطه تصمیم نگرفته اند)، به نام نوترینو . هر یک از سه نوترینو (الکترون نوترینو، میون نوترینو، نوترینو تاو) با یکی از سه نوع ذره از خانواده الکترون ها جفت می شوند.

معروف ترین هادرون ها ، پروتون ها و نوترینوها صدها خویشاوند وجود دارند که به تعداد زیاد متولد می شوند و بلافاصله در فرآیند واکنش های هسته ای مختلف تجزیه می شوند. به استثنای پروتون، همه آنها ناپایدار هستند و می توان آنها را بر اساس ترکیب ذراتی که در آنها تجزیه می شوند طبقه بندی کرد:

اگر در میان محصولات نهایی تجزیه ذرات یک پروتون وجود داشته باشد، آن را می نامند باریون

اگر در بین محصولات فروپاشی پروتون وجود نداشته باشد، ذره نامیده می شود مزون .

تصویر آشفته دنیای زیراتمی که با کشف هر هادرون جدید پیچیده تر می شد، با ظهور مفهوم کوارک ها جای خود را به تصویر جدیدی داد. با توجه به مدل کوارک، همه هادرون ها (اما نه لپتون ها) از ذرات بنیادی بیشتری تشکیل شده اند - کوارک ها. بنابراین باریون ها (به ویژه پروتون) از سه کوارک تشکیل شده است و مزون ها - از جفت کوارک - آنتی کوارک.

مقالات محبوب

نفی نه با افعال (به صورت شخصی، در مصدر، به صورت جیروند) به طور جداگانه نوشته می شود: نگرفتن، نبود، نمی دانستند، آهسته ارائه، گزارش ویژگی های اصلی فلسفه احیاء سبک داستانی ارائه بچه های زمین ما بچه های زمین برای مهد کودک هستیم ارائه با موضوع موانع ارتباط کار توسط دانش آموزان تکمیل شد بدون ارتباط خود را در قفل می کنیم

2023 "kingad.ru" - بررسی سونوگرافی اندام های انسان

مخاطب نقشه سایت