Dodaj u favorite

vidi također

Napišite recenziju o članku "Fundamentalna čestica"

Bilješke

Linkovi

• S. A. Slavatinskog// Moskovski institut za fiziku i tehnologiju (Dolgoprudny, Moskovska regija)
• Slavatinsky S.A. // SOZH, 2001, br. 2, str. 62–68 arhiva 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

Sve do relativno nedavno nekoliko stotina čestica i antičestica smatralo se elementarnim. Detaljnim proučavanjem njihovih svojstava i međudjelovanja s drugim česticama te razvojem teorije pokazalo se da većina njih zapravo i nije elementarna, budući da se same sastoje od najjednostavnijih ili, kako se danas kaže, fundamentalnih čestica. Same fundamentalne čestice više se ne sastoje ni od čega. Brojni eksperimenti su pokazali da se sve fundamentalne čestice ponašaju kao bezdimenzionalni točkasti objekti koji nemaju unutarnju strukturu, barem do najmanjih trenutno proučavanih udaljenosti od ~10 -16 cm.

Uvod

Među bezbrojnim i raznolikim procesima međudjelovanja među česticama postoje četiri temeljna međudjelovanja: jaka (nuklearna), elektromagnetska i gravitacijska. U svijetu čestica gravitacijska interakcija je vrlo slaba, njena uloga je još nejasna, te o njoj nećemo dalje govoriti.

U prirodi postoje dvije skupine čestica: hadroni koji sudjeluju u svim temeljnim međudjelovanjima i leptoni koji ne sudjeluju samo u jakom međudjelovanju.

Prema suvremenim konceptima, interakcije među česticama odvijaju se putem emisije i naknadne apsorpcije kvanta odgovarajućeg polja (jakog, slabog, elektromagnetskog) koji okružuje česticu. Takvi kvanti su mjerni bozoni, koji su također fundamentalne čestice. Za bozone, njihov vlastiti kutni moment, koji se naziva spin, jednak je cjelobrojnoj vrijednosti Planckove konstante $h = 1,05 \cdot 10^(-27) erg \cdot s$. Kvanti polja i prema tome nositelji jakih interakcija su gluoni, označeni simbolom g, kvanti elektromagnetskog polja su dobro poznati kvanti svjetlosti - fotoni, označeni sa $\gamma $, a kvanti slabog polja i prema tome nositelji slabih interakcija su W± (dvostruko ve)- i Z 0 (zet zero) bozoni.

Za razliku od bozona, sve ostale fundamentalne čestice su fermioni, odnosno čestice s polucijelom vrijednošću spina jednakom h/2.

U tablici 1 prikazuje simbole fundamentalnih fermiona - leptona i kvarkova.

Svaka čestica prikazana u tablici. 1, odgovara antičestici koja se od čestice razlikuje samo po predznacima električnog naboja i drugim kvantnim brojevima (vidi tablicu 2) i smjeru spina u odnosu na smjer količine gibanja čestice. Antičestice ćemo označavati istim simbolima kao i čestice, ali s valovitom crtom iznad simbola.

Čestice u tablici. 1 označeni su grčkim i latiničnim slovima, i to: slovo $\nu$ - tri različita neutrina, slova e - elektron, $\mu$ - mion, $\tau$ - taon, slova u, c, t, d, s, b označava kvarkove; njihovi nazivi i karakteristike dati su u tablici. 2.

Čestice u tablici. 1 grupirani su u tri generacije I, II i III prema strukturi moderne teorije. Naš Svemir izgrađen je od čestica prve generacije - leptona i kvarkova te kalibracijskih bozona, no, kako pokazuje suvremena znanost o razvoju Svemira, u početnoj fazi njegova razvoja čestice sve tri generacije imale su važnu ulogu.

Leptoni

Prvo, pogledajmo detaljnije svojstva leptona. U gornjem retku tablice. 1 sadrži tri različita neutrina: elektronski $\nu_e$, mionski $\nu_m$ i tau neutrino $\nu_t$. Njihova masa još nije točno izmjerena, ali je gornja granica određena, na primjer, za ne jednako 10 -5 mase elektrona (to jest, $\leq 10^(-32)$ g).

Pri pogledu na stol. 1 neizbježno se postavlja pitanje zašto je priroda trebala stvoriti tri različita neutrina. Odgovora na to pitanje još nema, jer nije stvorena tako sveobuhvatna teorija fundamentalnih čestica koja bi ukazala na nužnost i dostatnost svih takvih čestica i opisala njihova osnovna svojstva. Možda će se ovaj problem riješiti u 21. stoljeću (ili kasnije).

Donja linija tablice. Prvo poglavlje počinje česticom koju smo najviše proučavali, elektronom. Elektron je krajem prošlog stoljeća otkrio engleski fizičar J. Thomson. Uloga elektrona u našem svijetu je ogromna. To su one negativno nabijene čestice koje zajedno s atomskim jezgrama tvore sve atome elemenata koji su nam poznati u Mendeljejevom periodnom sustavu. U svakom atomu broj elektrona točno je jednak broju protona u atomskoj jezgri, što atom čini električki neutralnim.

Elektron je stabilan; glavna mogućnost uništenja elektrona je njegova smrt pri sudaru s antičesticom - pozitron e+. Taj se proces naziva anihilacija:

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

Kao rezultat anihilacije nastaju dva gama kvanta (kako se nazivaju visokoenergetski fotoni), koji odnose i preostale energije e + i e - i njihove kinetičke energije. Pri visokim energijama e + i e - nastaju hadroni i parovi kvarkova (vidi npr. (5) i sl. 4).

Reakcija (1) jasno ilustrira valjanost poznate formule A. Einsteina o ekvivalentnosti mase i energije: E = mc 2 .

Doista, tijekom anihilacije pozitrona zaustavljenog u materiji i elektrona u mirovanju, njihova cjelokupna masa mirovanja (jednaka 1,22 MeV) pretvara se u energiju $\gamma$-kvanta, koji nemaju masu mirovanja.

U drugoj generaciji donjeg retka tablice. 1 nalazi se >mion - čestica koja je po svim svojstvima analogna elektronu, ali s anomalno velikom masom. Masa miona je 207 puta veća od mase elektrona. Za razliku od elektrona, mion je nestabilan. Vrijeme njegova života t= 2,2 · 10 -6 s. Mion se prvenstveno raspada na elektron i dva neutrina prema shemi

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

Još teži analog elektrona je $\tau$-lepton (taon). Njegova masa je više od 3 tisuće puta veća od mase elektrona ($m_(\tau) = 1777$ MeV/c 2), odnosno teži je od protona i neutrona. Njegov životni vijek je 2,9 · 10 -13 s, a iz više od stotinu različitih shema (kanala) njegovog raspada moguće su sljedeće:

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

Govoreći o leptonima, zanimljivo je usporediti slabe i elektromagnetske sile na nekoj specifičnoj udaljenosti, npr. R= 10 -13 cm.Na ovoj su udaljenosti elektromagnetske sile gotovo 10 milijardi puta veće od slabih sila. Ali to uopće ne znači da je uloga slabih sila u prirodi mala. Nikako.

Upravo su slabe sile odgovorne za mnoge međusobne transformacije raznih čestica u druge čestice, kao npr. u reakcijama (2), (3), a takve međusobne transformacije jedno su od najkarakterističnijih obilježja fizike čestica. Za razliku od reakcija (2), (3), u reakciji (1) djeluju elektromagnetske sile.

Govoreći o leptonima, potrebno je dodati da moderna teorija opisuje elektromagnetske i slabe interakcije koristeći jedinstvenu elektroslabu teoriju. Razvili su ga S. Weinberg, A. Salam i S. Glashow 1967. godine.

Kvarkovi

Sama ideja o kvarkovima proizašla je iz briljantnog pokušaja klasificiranja velikog broja čestica koje sudjeluju u jakim interakcijama zvanih hadroni. M. Gell-Mann i G. Zweig sugerirali su da se svi hadroni sastoje od odgovarajućeg skupa fundamentalnih čestica - kvarkova, njihovih antikvarkova i nositelja jake interakcije - gluona.

Ukupan broj trenutno opaženih hadrona iznosi više od stotinu čestica (i isto toliko antičestica). Mnogi deseci čestica još nisu registrirani. Svi hadroni se dijele na teške čestice tzv barioni, i prosjeci, imenovani mezoni.

Barioni su karakterizirani svojim barionskim brojem b= 1 za čestice i b = -1 za antibarione. Njihovo rođenje i uništenje uvijek se odvija u paru: barion i antibarion. Mezoni imaju barionski naboj b = 0. Prema ideji Gell-Mann-a i Zweiga, svi barioni se sastoje od tri kvarka, antibarioni - od tri antikvarka. Stoga je svakom kvarku dodijeljen barionski broj od 1/3, tako da je ukupno barion imao b= 1 (ili -1 za antibarion koji se sastoji od tri antikvarka). Mezoni imaju barionski broj b= 0, tako da mogu biti sastavljene od bilo koje kombinacije parova bilo kojeg kvarka i bilo kojeg antikvarka. Osim istih kvantnih brojeva za sve kvarkove - spin i barionski broj - postoje i druge njihove važne karakteristike, kao što je vrijednost njihove mase mirovanja m, veličina električnog naboja Q/e(u frakcijama naboja elektrona e= 1,6 · 10 -19 kulona) i određeni skup kvantnih brojeva koji karakteriziraju tzv. okus kvarka. To uključuje:

1) veličina izotopskog spina ja i veličina njegove treće projekcije tj ja 3. Tako, u-kvark i d-kvarkovi tvore izotopski dublet, pripisuje im se puni izotopski spin ja= 1/2 s projekcijama ja 3 = +1/2 odgovarajuće u-kvark, i ja 3 = -1/2, što odgovara d-kvark. Obje komponente dubleta imaju slične vrijednosti mase i identične su u svim ostalim svojstvima, s izuzetkom električnog naboja;

2) kvantni broj S- neobičnost karakterizira čudno ponašanje nekih čestica koje imaju anomalno dug životni vijek (~10 -8 - 10 -13 s) u usporedbi s karakterističnim nuklearnim vremenom (~10 -23 s). Same čestice su nazvane čudnim, jer sadrže jedan ili više čudnih kvarkova i čudnih antikvarkova. Rađanje ili nestanak čudnih čestica zbog jakih interakcija događa se u parovima, odnosno u bilo kojoj nuklearnoj reakciji zbroj $\Sigma$S prije reakcije mora biti jednak $\Sigma$S nakon reakcije. Međutim, u slabim interakcijama zakon očuvanja neobičnosti ne vrijedi.

U pokusima na akceleratorima uočene su čestice koje je bilo nemoguće opisati u-, d- I s-kvarkovi. Po analogiji s neobičnošću, bilo je potrebno uvesti još tri nova kvarka s novim kvantnim brojevima S = +1, U= -1 i T= +1. Čestice sastavljene od ovih kvarkova imaju znatno veću masu (> 2 GeV/c 2). Imaju široku paletu uzoraka raspada sa životnim vijekom od ~10 -13 s. Sažetak karakteristika svih kvarkova dan je u tablici. 2.

Svaka tablica kvarkova. 2 odgovara vašem antikvarku. Za antikvarke, svi kvantni brojevi imaju predznak suprotan od onoga naznačenog za kvark. O veličini mase kvarka mora se reći sljedeće. Dano u tablici. 2 vrijednosti odgovaraju masama golih kvarkova, odnosno samih kvarkova bez uzimanja u obzir gluona koji ih okružuju. Masa odjevenih kvarkova veća je zbog energije koju nose gluoni. To je posebno vidljivo kod najlakših u- I d-kvarkovi, čiji gluonski omotač ima energiju od oko 300 MeV.

Kvarkovi koji određuju osnovna fizikalna svojstva čestica nazivaju se valentni kvarkovi. Osim valentnih kvarkova, hadroni sadrže virtualne parove čestica - kvarkove i antikvarkove, koje gluoni vrlo kratko vrijeme emitiraju i apsorbiraju

(Gdje E- energija virtualnog para), što se događa uz kršenje zakona održanja energije u skladu s Heisenbergovom relacijom nesigurnosti. Virtualni parovi kvarkova nazivaju se morski kvarkovi ili morski kvarkovi. Dakle, struktura hadrona uključuje valentne i morske kvarkove i gluone.

Glavna značajka svih kvarkova je da imaju odgovarajuće jake naboje. Jaki naboji polja imaju tri jednake varijante (umjesto jednog električnog naboja u teoriji električnih sila). U povijesnoj se terminologiji ove tri vrste naboja nazivaju bojama kvarkova, i to: konvencionalno crvena, zelena i plava. Dakle, svaki kvark u tablici. 1 i 2 mogu biti u tri oblika i obojena je čestica. Miješanjem sve tri boje, kao što se događa u optici, nastaje bijelo, odnosno izbjeljuje česticu. Svi promatrani hadroni su bezbojni.

Interakcije kvarkova provodi osam različitih gluona. Pojam "gluon" na engleskom znači ljepilo, odnosno ti kvanti polja su čestice koje, takoreći, lijepe kvarkove. Kao i kvarkovi, gluoni su obojene čestice, ali budući da svaki gluon mijenja boje dvaju kvarkova odjednom (kvarka koji emitira gluon i kvarka koji apsorbira gluon), gluon je obojen dva puta, noseći boju i antiboju, obično različita od boje.

Masa mirovanja gluona, kao i mase fotona, jednaka je nuli. Osim toga, gluoni su električki neutralni i nemaju slab naboj.

Hadroni se također obično dijele na stabilne čestice i rezonancije: barion i mezon.
Rezonancije karakterizira izuzetno kratak životni vijek (~10 -20 -10 -24 s), budući da je njihovo slabljenje posljedica jake interakcije.

Desetke takvih čestica otkrio je američki fizičar L.V. Alvarez. Budući da je put takvih čestica do raspada toliko kratak da se ne mogu promatrati u detektorima koji bilježe tragove čestica (kao što je komora s mjehurićima itd.), sve su detektirane neizravno, prisutnošću vrhova ovisno o vjerojatnosti međudjelovanje različitih čestica na energiju. Slika 1 to objašnjava. Na slici je prikazana ovisnost presjeka interakcije (proporcionalna vrijednosti vjerojatnosti) pozitivnog piona $\pi^+$ s protonom str od kinetičke energije piona. Pri energiji od oko 200 MeV vidljiv je vrh tijekom presjeka. Njegova širina je $\Gamma = 110$ MeV, a ukupna masa čestice $\Delta^(++)$ jednaka je $T^(")_(max)+M_p c^2+M_\pi c ^2=1232$ MeV /s 2 , gdje je $T^(")_(max)$ kinetička energija sudara čestica u sustavu njihovog centra mase. Većina rezonancija može se smatrati pobuđenim stanjem stabilnih čestica, budući da imaju isti sastav kvarkova kao i njihovi stabilni parnjaci, iako je masa rezonancija veća zbog energije pobude.

Kvarkov model hadrona

Počinjemo opisivati ​​kvarkovski model hadrona s crtežom linija polja koje proizlaze iz izvora - kvarka s obojenim nabojem i završavaju na antikvarku (Sl. 2, b). Za usporedbu, na Sl. 2, i pokazujemo da se u slučaju elektromagnetske interakcije linije sile odvajaju od svog izvora - električnog naboja - poput lepeze, jer virtualni fotoni koje istovremeno emitira izvor ne djeluju jedni na druge. Kao rezultat toga dobivamo Coulombov zakon.

Za razliku od ove slike, sami gluoni imaju obojene naboje i međusobno snažno djeluju. Kao rezultat toga, umjesto lepeze dalekovoda, imamo snop prikazan na Sl. 2, b. Uže je rastegnuto između kvarka i antikvarka, ali najnevjerojatnije je da sami gluoni, s obojenim nabojima, postaju izvori novih gluona, čiji se broj povećava kako se udaljavaju od kvarka.
Ova slika interakcije odgovara ovisnosti potencijalne energije interakcije između kvarkova o udaljenosti između njih, prikazanoj na sl. 3. Naime: do daljine R> 10 -13 cm, U(R) ovisnost ima ljevkasti karakter, a jakost naboja boje u tom rasponu udaljenosti je relativno mala, tako da kvarkovi na R> 10 -15 cm, u prvoj aproksimaciji, mogu se smatrati slobodnim česticama koje ne djeluju međusobno. Ova pojava ima poseban naziv asimptotička sloboda kvarkova u malom R. Međutim, kada R veća od neke kritične $R_(cr) \približno 10^(-13)$ cm vrijednosti potencijalne energije interakcije U(R) postaje izravno proporcionalna vrijednosti R. Iz toga izravno slijedi da sila F = -dU/dR= const, odnosno ne ovisi o udaljenosti. Nijedna druga interakcija koju su fizičari prethodno proučavali nije imala tako neobično svojstvo.

Izračuni pokazuju da sile koje djeluju između kvarka i antikvarka, doista, počevši od $R_(cr) \približno 10_(-13)$ cm, prestaju ovisiti o udaljenosti, ostajući na razini enormne veličine, blizu 20 tona . Na udaljenosti R~ 10 -12 cm (jednako polumjeru prosječne atomske jezgre) sile boje su više od 100 tisuća puta veće od elektromagnetskih sila. Usporedimo li silu boje s nuklearnim silama između protona i neutrona unutar atomske jezgre, ispada da je sila boje tisućama puta veća! Tako se pred fizičarima otvorila nova grandiozna slika sila boja u prirodi, mnogo redova veličine veća od trenutno poznatih nuklearnih sila. Naravno, odmah se postavlja pitanje mogu li se takve sile natjerati da rade kao izvor energije. Nažalost, odgovor na ovo pitanje je negativan.

Naravno, postavlja se još jedno pitanje: na koje udaljenosti? R između kvarkova, potencijalna energija raste linearno s porastom R?
Odgovor je jednostavan: na velikim udaljenostima snop linija polja puca, budući da je energetski povoljnije formirati prekid s rađanjem para čestica kvark-antikvark. To se događa kada je potencijalna energija na mjestu diskontinuiteta veća od mase mirovanja kvarka i antikvarka. Proces kidanja snopa linija sila gluonskog polja prikazan je na sl. 2, V.

Takve kvalitativne ideje o rađanju kvark-antikvarka omogućuju razumijevanje zašto se pojedinačni kvarkovi uopće ne promatraju i ne mogu se promatrati u prirodi. Kvarkovi su zauvijek zarobljeni unutar hadrona. Ovaj fenomen zatvorenosti kvarkova naziva se zatvorenost. Pri visokim energijama može biti povoljnije da se snop razbije na mnogo mjesta odjednom, tvoreći mnogo $q\tilde q$-parova. Na taj način pristupamo problemu višeporođaja parovi kvark-antikvark i stvaranje tvrdih kvarkovih mlaznica.

Razmotrimo najprije strukturu lakih hadrona, odnosno mezona. Sastoje se, kao što smo već rekli, od jednog kvarka i jednog antikvarka.

Iznimno je važno da oba partnera u paru imaju isti naboj boje i isti anti-naboj (na primjer, plavi kvark i anti-plavi antikvark), tako da njihov par, bez obzira na okuse kvarkova, ima bez boje (i promatramo samo bezbojne čestice).

Svi kvarkovi i antikvarkovi imaju spin (u frakcijama h), jednako 1/2. Stoga je ukupni spin kombinacije kvarka i antikvarka ili 0 kada su spinovi antiparalelni ili 1 kada su spinovi međusobno paralelni. Ali spin čestice može biti veći od 1 ako sami kvarkovi rotiraju u nekim orbitama unutar čestice.

U tablici Slika 3 prikazuje neke uparene i složenije kombinacije kvarkova, pokazujući kojim prethodno poznatim hadronima ova kombinacija kvarkova odgovara.

Od trenutno najbolje proučenih mezona i mezonskih rezonancija, najveću skupinu čine lake nearomatske čestice čiji kvantni brojevi S = C = B= 0. U ovu skupinu spada oko 40 čestica. Tablica 3 počinje pionima $\pi$ ±,0, koje je otkrio engleski fizičar S.F. Powell 1949. godine. Nabijeni pioni žive oko 10 -8 s, raspadajući se u leptone prema sljedećim shemama:

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

Njihovi "rođaci" u tablici. 3 - rezonancije $\rho$ ±,0 (rho mezoni), za razliku od piona, imaju spin J= 1, nestabilni su i žive samo oko 10 -23 s. Razlog raspada $\rho$ ±,0 je jaka interakcija.

Razlog raspada nabijenih piona je slaba interakcija, naime, činjenica da kvarkovi koji čine česticu mogu emitirati i apsorbirati kao rezultat slabe interakcije kratko vrijeme. t u skladu s relacijom (4), virtualni kalibrirani bozoni: $u \to d + W^+$ ili $d \to u + W^-$, te, za razliku od leptona, prijelazi kvarka jedne generacije u kvark od provodi se i druga generacija, npr. $u \to b + W^+$ ili $u \to s + W^+$ itd., iako su takvi prijelazi znatno rjeđi nego prijelazi unutar jedne generacije. U isto vrijeme, tijekom svih takvih transformacija, električni naboj u reakciji se zadržava.

Proučavanje mezona uključujući s- I c-kvarkova, doveli su do otkrića nekoliko desetaka čudnih i čarobnih čestica. Njihova istraživanja sada se provode u mnogim znanstvenim centrima diljem svijeta.

Proučavanje mezona uključujući b- I t-kvarkovi, intenzivno su započeli na akceleratorima, te o njima za sada nećemo detaljnije govoriti.

Prijeđimo na razmatranje teških hadrona, odnosno bariona. Svi se oni sastoje od tri kvarka, ali oni koji imaju sve tri varijante boja, budući da su, poput mezona, svi barioni bezbojni. Kvarkovi unutar bariona mogu imati orbitalno gibanje. U tom će slučaju ukupni spin čestice premašiti ukupni spin kvarkova, jednak 1/2 ili 3/2 (ako su spinovi sva tri kvarka međusobno paralelni).

Barion s najmanjom masom je proton str(vidi tablicu 3). Upravo protoni i neutroni čine sve atomske jezgre kemijskih elemenata. Broj protona u jezgri određuje njezin ukupni električni naboj Z.

Druga glavna čestica atomskih jezgri je neutron n. Neutron je nešto teži od protona, nestabilan je iu slobodnom stanju, s životnim vijekom od oko 900 s, raspada se na proton, elektron i neutrino. U tablici Slika 3 prikazuje stanje kvarka protona uud i neutron udd. Ali sa spinom ove kombinacije kvarkova J= nastaju 3/2 rezonancije $\Delta^+$ i $D^0$. Svi ostali barioni koji se sastoje od težih kvarkova s, b, t, i imaju znatno veću masu. Među njima je posebno zanimljiv bio W- -hiperon, koji se sastoji od tri čudna kvarka. Otkriven je najprije na papiru, odnosno proračunom, koristeći ideje o kvarkovskoj strukturi bariona. Sva osnovna svojstva ove čestice su predviđena, a potom potvrđena eksperimentima.

Mnoge eksperimentalno uočene činjenice sada uvjerljivo ukazuju na postojanje kvarkova. Konkretno, govorimo o otkriću novog procesa u reakciji sudara elektrona i pozitrona, što dovodi do stvaranja kvark-antikvark mlaznica. Dijagram ovog procesa prikazan je na sl. 4. Eksperiment je izveden na sudaračima u Njemačkoj i SAD-u. Na slici je strelicama prikazan smjer greda e+ i e- , a iz točke njihovog sudara pobjegne kvark q i antikvark $\tilde q$ pod zenitnim kutom $\Theta$ u odnosu na smjer leta e+ i e- . Ovo rađanje para $q+\tilde q$ događa se u reakciji

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

Kao što smo već rekli, snop energetskih vodova (češće se naziva niz) kada se dovoljno rastegne raspada se na komponente.
Pri visokoj energiji kvarka i antikvarka, kao što je ranije spomenuto, struna puca na mnogo mjesta, uslijed čega se formiraju dva uska snopa sekundarnih bezbojnih čestica u oba smjera duž linije leta q kvarka i antikvarka, kako je prikazano na sl. 4. Takvi snopovi čestica nazivaju se mlaznice. Često se eksperimentalno uočava stvaranje tri, četiri ili više mlazova čestica istovremeno.

U eksperimentima provedenim na superakceleratorskim energijama u kozmičkim zrakama, u kojima je sudjelovao i autor ovog članka, dobivene su fotografije procesa nastanka mnogih mlaznica. Činjenica je da je uže ili struna jednodimenzionalna i stoga se središta formiranja tri, četiri ili više mlazova također nalaze duž ravne linije.

Teorija koja opisuje jake interakcije naziva se kvantna kromodinamika ili skraćeno QCD. Mnogo je složenija od teorije elektroslabih interakcija. QCD je posebno uspješan u opisivanju tzv. tvrdih procesa, odnosno procesa međudjelovanja čestica s velikim prijenosom količine gibanja između čestica. Iako stvaranje teorije još nije dovršeno, mnogi teorijski fizičari već su zaokupljeni stvaranjem “velikog ujedinjenja” – objedinjavanjem kvantne kromodinamike i teorije elektroslabe interakcije u jednu teoriju.

Zaključno, razmotrimo ukratko da li šest leptona i 18 raznobojnih kvarkova (i njihovih antičestica), kao i kvanti fundamentalnih polja - foton, W ± -, Z 0 bozona, osam gluona i, konačno, kvanti gravitacijskog polja - gravitoni - cijeli arsenal istinski elementarnih, točnije, fundamentalnih čestica. Očigledno nije. Najvjerojatnije su opisane slike čestica i polja samo odraz našeg trenutnog znanja. Nije uzalud već mnogo teorijskih ideja koje uključuju veliku skupinu još uvijek promatranih takozvanih supersimetričnih čestica, oktet superteških kvarkova i još mnogo toga.

Očito je da je moderna fizika još daleko od izgradnje cjelovite teorije čestica. Možda je veliki fizičar Albert Einstein bio u pravu kada je vjerovao da će jedino uzimanje u obzir gravitacije, unatoč njezinoj sada naizgled maloj ulozi u mikrosvijetu, omogućiti konstruiranje stroge teorije čestica. Ali sve je to već u 21. stoljeću ili čak i kasnije.

Književnost

1. Okun L.B. Fizika elementarnih čestica. M.: Nauka, 1988.

2. Kobzarev I.Yu. Dobitnici Nobelove nagrade 1979.: S. Weinberg, S. Glashow, A. Salam // Nature. 1980. N 1. Str. 84.

3. Zeldovich Ya.B. Klasifikacija elementarnih čestica i kvarkova kako je prikazana za pješake // Uspekhi fiz. Sci. 1965. T. 8. Str. 303.

4. Krainov V.P. Odnos nesigurnosti za energiju i vrijeme // Soros Educational Journal. 1998. N 5. P. 77-82.

5. Nambu I. Zašto nema slobodnih kvarkova // Uspekhi fiz. Sci. 1978. T. 124. 146. str.

6. Zhdanov G.B., Maksimenko V.M., Slavatinsky S.A. Eksperiment "Pamir" // Priroda. 1984. N 11. S. 24

Recenzent članka L.I. Sarycheva

S. A. Slavatinskog Moskovski institut za fiziku i tehnologiju, Dolgoprudny, Moskovska regija.

Strukture mikrosvijeta

Ranije su se elementarnim česticama nazivale čestice koje su dio atoma i ne mogu se rastaviti na elementarnije komponente, naime na elektrone i jezgre.

Kasnije je otkriveno da se jezgre sastoje od jednostavnijih čestica - nukleoni(protoni i neutroni), koji se pak sastoje od drugih čestica. Zato najsitnije čestice materije počele su se smatrati elementarnim česticama , isključujući atome i njihove jezgre .

Do danas je otkriveno na stotine elementarnih čestica, što zahtijeva njihovu klasifikaciju:

– prema vrsti interakcije

- prema vremenu života

– najveća leđa

Elementarne čestice dijelimo u sljedeće skupine:

Kompozitne i fundamentalne (bezstrukturne) čestice

Složene čestice

Hadroni (teški)– čestice koje sudjeluju u svim vrstama temeljnih interakcija. Sastoje se od kvarkova i dijele se na: mezoni– hadroni s cijelim spinom, odnosno oni su bozoni; barioni– hadroni s polucijelim spinom, odnosno fermioni. Tu posebice spadaju čestice koje čine jezgru atoma - proton i neutron, tj. nukleoni.

Fundamentalne (bezstrukturne) čestice

Leptoni (svjetlo)– fermioni, koji imaju oblik točkastih čestica (tj. ne sastoje se ni od čega) do mjerila reda veličine 10 − 18 m. Ne sudjeluju u jakim interakcijama. Sudjelovanje u elektromagnetskim interakcijama eksperimentalno je uočeno samo za nabijene leptone (elektrone, mione, tau leptone) i nije uočeno za neutrine.

Kvarkovi– djelomično nabijene čestice koje čine hadrone. Nisu uočeni u slobodnom stanju.

Mjerni bozoni– čestice čijom se izmjenom ostvaruju međudjelovanja:

– foton – čestica koja nosi elektromagnetsku interakciju;

– osam gluona – čestica koje nose snažnu interakciju;

– tri posredna vektorska bozona W + , W− i Z 0, koji toleriraju slabe interakcije;

– graviton je hipotetska čestica koja prenosi gravitacijsku interakciju. Postojanje gravitona, iako još nije eksperimentalno dokazano zbog slabosti gravitacijske interakcije, smatra se sasvim vjerojatnim; međutim, graviton nije uključen u standardni model elementarnih čestica.

Prema suvremenim konceptima, fundamentalne čestice (ili "prave" elementarne čestice) koje nemaju unutarnju strukturu i konačne dimenzije uključuju:

Kvarkovi i leptoni

Čestice koje osiguravaju temeljne interakcije: gravitoni, fotoni, vektorski bozoni, gluoni.

Klasifikacija elementarnih čestica prema vremenu života:

- stabilan: čestice čiji je životni vijek jako dug (u granici teži beskonačnosti). To uključuje elektroni , protoni , neutrino . Neutroni su također stabilni unutar jezgre, ali su nestabilni izvan jezgre.

- nestabilan (kvazistabilne): elementarne čestice su one čestice koje se raspadaju zbog elektromagnetskih i slabih međudjelovanja, a čije je vrijeme života dulje od 10-20 sekundi. Takve čestice uključuju slobodni neutron (tj. neutron izvan jezgre atoma)

- rezonancije (nestabilan, kratkotrajan). Rezonancije uključuju elementarne čestice koje se raspadaju zbog jakih međudjelovanja. Njihov životni vijek je manji od 10 -20 sekundi.

Klasifikacija čestica prema sudjelovanju u interakcijama:

- leptoni : Ovo uključuje neutrone. Svi oni ne sudjeluju u vrtlogu unutarnuklearnih interakcija, tj. nisu podložni jakim interakcijama. Sudjeluju u slaboj interakciji, a one s električnim nabojem sudjeluju i u elektromagnetskoj interakciji

- hadroni : čestice koje postoje unutar atomske jezgre i sudjeluju u jakim međudjelovanjima. Najpoznatiji od njih su proton I neutron .

Danas poznato šest leptona :

U istoj su obitelji kao i elektron mioni i tau čestice, koje su slične elektronu, ali su masivnije. Mioni i tau čestice su nestabilni i na kraju se raspadaju na nekoliko drugih čestica, uključujući elektron

Tri električki neutralne čestice s nultom (ili blizu nule, znanstvenici još nisu odlučili o tome) masom, tzv. neutrino . Svaki od tri neutrina (elektronski neutrino, mionski neutrino, tau neutrino) uparen je s jednom od tri vrste čestica iz obitelji elektrona.

Najpoznatiji hadroni , protoni i neutrini postoje stotine srodnika, koji se rađaju u velikom broju i odmah se raspadaju u procesu raznih nuklearnih reakcija. S izuzetkom protona, svi su nestabilni i mogu se klasificirati prema sastavu čestica na koje se raspadaju:

Ako među krajnjim produktima raspada čestice postoji i proton, tada se on naziva barion

Ako među produktima raspada nema protona, tada se naziva čestica mezon .

Kaotična slika subatomskog svijeta, koja je postajala sve složenija otkrićem svakog novog hadrona, ustupila je mjesto novoj slici pojavom pojma kvarkova. Prema modelu kvarkova, svi hadroni (ali ne i leptoni) sastoje se od još elementarnijih čestica – kvarkova. Tako barioni (osobito proton) sastoje se od tri kvarka, i mezoni - od para kvark - antikvark.

POPULARNI ČLANCI

Negacija ne s glagolima (u osobnom obliku, u infinitivu, u obliku gerunda) piše se odvojeno: ne uzimati, nije, ne znajući, polako Prezentacija, izvješće o glavnim značajkama filozofije oživljavanja Stil fikcije Djeca zemlje Prezentacija mi smo djeca zemlje za vrtić Prezentacija na temu Prepreke u komunikaciji, rad su dovršili učenici Bez komunikacije se zaključavamo u sebe

2023 “kingad.ru” - ultrazvučni pregled ljudskih organa

Kontakti Karta stranice