Dodaj u favorite

vidi također

Napišite recenziju na članak "Fundamentalna čestica"

Bilješke

Linkovi

• S. A. Slavatinskog// Moskovski institut za fiziku i tehnologiju (Dolgoprudny, Moskovska regija)
• Slavatinsky S.A. // SOZH, 2001, broj 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
• // fizika.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 interakcija s drugim česticama te razvojem teorije pokazalo se da većina njih zapravo i nije elementarna, jer se same sastoje od najjednostavnijih ili, kako se sada 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 udaljenosti koje se sada proučavaju ~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 uvijek 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. Bozoni imaju vlastiti kutni moment, koji se naziva spin, jednak cjelobrojnoj vrijednosti Planckove konstante $h = 1,05 \cdot 10^(-27) erg \cdot c$. Kvanti polja i prema tome nositelji jake interakcije 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 koje imaju polucijeli spin jednak h/2.

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

Svaka čestica navedena u tablici. 1 odgovara antičestici, koja se od čestice razlikuje samo po predznacima električnog naboja i drugim kvantnim brojevima (vidi tablicu 2) te po 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 označavaju se 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 važnu su ulogu imale čestice sve tri generacije.

Leptoni

Razmotrimo najprije 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).

Gledajući Table. 1 nehotice postavlja pitanje zašto je prirodi bilo potrebno stvaranje tri različita neutrina. Na ovo pitanje još nema odgovora, jer nije stvorena tako sveobuhvatna teorija fundamentalnih čestica, koja bi ukazala na nužnost i dostatnost svih takvih čestica i opisala njihova glavna svojstva. Možda će se ovaj problem riješiti u 21. stoljeću (ili kasnije).

Donja linija tablice. 1 počinje česticom koju smo najviše proučavali - elektronom. Elektron je krajem prošlog stoljeća otkrio engleski fizičar J. Thomson. Uloga elektrona u našem svijetu je ogromna. One su one negativno nabijene čestice koje zajedno s atomskim jezgrama tvore sve atome nama poznatih elemenata periodnog sustava elemenata. 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 u sudaru s antičesticom - pozitron e + . Taj se proces naziva anihilacija:

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

Kao rezultat anihilacije nastaju dva gama kvanta (tzv. visokoenergetski fotoni), koji odnose i preostale energije mirovanja e + i e - i svoje 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, cjelokupna masa njihovog mirovanja (jednaka 1,22 MeV) prelazi u energiju $\gamma$-kvanta, koji nemaju masu mirovanja.

U drugoj generaciji donjeg reda tablice. 1 nalazi se > mion - čestica, koja je po svim svojim 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 uglavnom 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 taon je teži od protona i neutrona. Njegov životni vijek je 2,9 10 -13 s, a od više od stotinu različitih shema (kanala) njegovog raspada moguće su sljedeće:

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

Kad smo već kod leptona, zanimljivo je usporediti slabe i elektromagnetske sile na nekoj određenoj udaljenosti, npr. R\u003d 10 -13 cm. Na takvoj 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. Daleko od toga.

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, treba dodati da moderna teorija opisuje elektromagnetske i slabe interakcije uz pomoć jedinstvene elektroslabe teorije. Razvili su ga S. Weinberg, A. Salam i S. Glashow 1967. godine.

Kvarkovi

Sama ideja o kvarkovima nastala je kao rezultat briljantnog pokušaja klasificiranja velikog broja čestica koje sudjeluju u jakim interakcijama i nazivaju se hadroni. M. Gell-Man 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 hadrona koji se trenutno promatra je preko stotinu čestica (i isto toliko antičestica). Mnogi deseci čestica još nisu registrirani. Svi hadroni se dalje dijele na teške čestice tzv barioni, i imenovani prosjeci mezoni.

Barioni su karakterizirani 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 bi ukupni 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 kvantnih brojeva koji su isti za sve kvarkove - spinski i barionski broj, postoje i druge njihove važne karakteristike, kao što je veličina njihove mase mirovanja m, veličina električnog naboja Q/e(u frakcijama naboja elektrona e\u003d 1,6 · 10 -19 coulomb) i određeni skup kvantnih brojeva koji karakteriziraju tzv. okus kvarka. To uključuje:

1) vrijednost 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 odgovarajuće d-kvark. Obje komponente dubleta imaju slične mase i identične su u svim drugim svojstvima, osim u električnom naboju;

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. Stvaranje ili nestanak čudnih čestica zbog jakih interakcija događa se u parovima, odnosno u svakoj 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 se ne mogu opisati pomoću u-, d- i s-kvarkovi. Po analogiji s neobičnošću, bilo je potrebno uvesti još tri nova kvarka s novim kvantnim brojevima IZ = +1, NA= -1 i T= +1. Čestice sastavljene od ovih kvarkova imaju puno veću masu (> 2 GeV/c2). Imaju širok izbor shema raspada sa životnim vijekom od ~10 -13 s. Sažetak karakteristika svih kvarkova dan je u tablici. 2.

Svaki kvark u tablici. 2 odgovara svom antikvarku. Za antikvarke, svi kvantni brojevi imaju predznak suprotan od onoga naznačenog za kvark. O veličini mase kvarkova 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 zbog energije koju nose gluoni je veća. 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 je 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 su vlasnici odgovarajućih jakih naboja. 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: uvjetno 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 to događa u optici, dobiva se bijela boja, odnosno izbjeljuje česticu. Svi promatrani hadroni su bezbojni.

Interakcije kvarkova provodi osam različitih gluona. Pojam "gluon" u prijevodu s engleskog 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 je apsorbirao 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 registriraju tragove čestica (kao što je komora s mjehurićima itd.), sve su detektirane neizravno, prisutnošću vrhova u ovisnosti vjerojatnost međusobne interakcije raznih čestica na energiju. Slika 1 objašnjava ono što je rečeno. 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 vidi se vrh u toku poprečnog 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 središta 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

Počet ćemo opisivati ​​kvarkovski model hadrona crtanjem linija polja koje izlaze iz izvora - kvarka s nabojem u boji 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. Rezultat je Coulombov zakon.

Za razliku od ove slike, sami gluoni imaju naboje u boji i snažno djeluju jedni na druge. Kao rezultat, umjesto lepeze linija sile, imamo snop, prikazan na Sl. 2, b. Uže je rastegnuto između kvarka i antikvarka, ali ono što najviše iznenađuje je da sami gluoni, s obojenim nabojima, postaju izvori novih gluona, čiji se broj povećava kako se udaljavaju od kvarka.
Takav obrazac interakcije odgovara ovisnosti potencijalne energije interakcije između kvarkova o udaljenosti između njih, prikazanoj na sl. 3. Naime: do daljine R> 10 -13 cm, ovisnost U(R) 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 možemo smatrati slobodnim česticama koje ne djeluju međusobno. Ova pojava ima poseban naziv asimptotička sloboda kvarkova u malom R. Međutim, kada R više od neke kritične vrijednosti $R_(cr) \približno 10^(-13)$ cm U(R) postaje izravno proporcionalna vrijednosti R. Iz ovoga izravno slijedi da sila F = -dU/dR= const, odnosno ne ovisi o udaljenosti. Nijedna druga interakcija koju su fizičari dosad proučavali nije imala takvo 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 ogromne vrijednosti blizu 20 tona.Na daljinu 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 obojenih sila u prirodi, mnogo redova veličine većih 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 ne.

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 se lomi, budući da je energetski isplativije formirati prekid rađanjem para čestica kvark-antikvark. To se događa kada je potencijalna energija pri lomu veća od mase mirovanja kvarka i antikvarka. Proces kidanja snopa linija sila gluonskog polja prikazan je na sl. 2, u.

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. Ova pojava neizbacivanja kvarkova naziva se zatvorenost. Pri visokim energijama može biti povoljnije da se snop odjednom prekine na mnogo mjesta, formirajući skup $q \tilde q$-parova. Na taj smo način pristupili 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 u boji i isti anti-naboj (na primjer, plavi kvark i anti-plavi antikvark), tako da njihov par, bez obzira na okuse kvarkova, nema boju (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 duž nekih orbita unutar čestice.

U tablici. Slika 3 prikazuje neke uparene i složenije kombinacije kvarkova s ​​naznakom kojim ranije poznatim hadronima ta 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 za raspad nabijenih piona leži u slaboj interakciji, odnosno činjenici da kvarkovi koji čine česticu mogu kratkotrajno emitirati i apsorbirati kao rezultat slabe interakcije. t u skladu s relacijom (4), virtualni kalibrirani bozoni: $u \to d + W^+$ ili $d \to u + W^-$, a za razliku od leptona, postoje i prijelazi kvarka jedne generacije u kvark druge generacije, na primjer $u \to b + W^+$ ili $u \to s + W^+$ itd., iako su takvi prijelazi puno rjeđi od prijelaza unutar jedne generacije. U isto vrijeme, tijekom svih takvih transformacija, električni naboj u reakciji je očuvan.

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 svijeta.

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

Prijeđimo na razmatranje teških hadrona, odnosno bariona. Svi se sastoje od tri kvarka, ali oni koji imaju sve tri boje, 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). Sve atomske jezgre kemijskih elemenata sastoje se od protona i neutrona. Broj protona u jezgri određuje njezin ukupni električni naboj Z.

Druga glavna čestica u atomskim jezgrama je neutron. n. Neutron je nešto teži od protona, nestabilan je i u slobodnom stanju s životnim vijekom od oko 900 s raspada se na proton, elektron i neutrino. U tablici. 3 prikazuje stanje kvarka protona uud i neutron udd. Ali sa spinom ove kombinacije kvarkova J= 3/2, formiraju se rezonancije $\Delta^+$ i $D^0$. Svi ostali barioni sastavljeni su od težih kvarkova s, b, t, i imaju mnogo veću masu. Među njima je posebno zanimljiv bio W- -hiperon, koji se sastoji od tri čudna kvarka. Prvi put je otkriven na papiru, odnosno proračunom, koristeći se idejama kvarkovske strukture bariona. Sva glavna svojstva ove čestice su predviđena i potom potvrđena eksperimentima.

Mnoge eksperimentalno uočene činjenice sada uvjerljivo govore o postojanju kvarkova. Konkretno, govorimo o otkriću novog procesa u reakciji sudara elektrona i pozitrona, koji dovodi do stvaranja kvark-antikvark mlaznica. Shema ovog procesa prikazana je na sl. 4. Eksperiment je proveden na sudaračima u Njemačkoj i SAD-u. Strelice pokazuju smjerove greda na slici e+ i e- , a kvark se emitira iz točke njihovog sudara q i antikvark $\tilde q$ pod zenitnim kutom $\Theta$ u odnosu na smjer leta e+ i e- . Ovaj par $q+\tilde q$ nastaje u reakciji

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

Kao što smo već rekli, sklop linija sile (češće kažu struna) lomi se na svoje komponente s dovoljno velikom napetosti.
Pri visokim energijama 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, kao prikazano na sl. 4. Takve zrake čestica nazivamo mlaznicama. Često se u eksperimentu opaža stvaranje tri, četiri ili više mlazova čestica istovremeno.

U eksperimentima koji su provedeni na energijama superakceleracije u kozmičkim zrakama, au kojima je sudjelovao i autor ovog članka, dobivene su takoreći 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 kompliciranija od teorije elektroslabih interakcija. QCD je posebno uspješan u opisivanju tzv. tvrdih procesa, odnosno procesa međudjelovanja čestica s velikim prijenosom impulsa između čestica. Iako stvaranje teorije još nije dovršeno, mnogi teorijski fizičari već su zaokupljeni stvaranjem "velike unifikacije" - objedinjavanjem kvantne kromodinamike i teorije elektroslabe interakcije u jednu teoriju.

Zaključno, zadržimo se kratko na tome iscrpljuju li foton šest leptona i 18 raznobojnih kvarkova (i njihovih antičestica), kao i kvanti fundamentalnih polja, W ± -, Z 0 -bozoni, 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 sadašnjeg znanja. Nije uzalud već mnogo teorijskih ideja u koje se uvodi velika skupina 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, vjerujući da bi samo uzimanje u obzir gravitacije, unatoč njezinoj sada naizgled maloj ulozi u mikrokozmosu, omogućilo izgradnju rigorozne teorije čestica. Ali sve je to već u 21. stoljeću ili čak i kasnije.

Književnost

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

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

3. Zeldovich Ya.B. Klasifikacija elementarnih čestica i kvarkova u prezentaciji za pješake // Uspekhi nat. znanosti. 1965. T. 8. S. 303.

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

5. I. Nambu, "Zašto nema slobodnih kvarkova", Usp. Phys. znanosti. 1978. V. 124. S. 146.

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

Recenzent članka L.I. Sarychev

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

Strukture mikrosvijeta

Ranije su se elementarnim česticama nazivale čestice koje čine atom i koje su nerazgradive na elementarnije komponente, naime na elektrone i jezgre.

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

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

– prema vrstama interakcija

- prema vremenu života

- veličina leđa

Elementarne čestice dijelimo u sljedeće skupine:

Kompozitne i fundamentalne (bezstrukturne) čestice

Kompozitne čestice

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

Fundamentalne (bezstrukturne) čestice

Leptoni (svjetlo)- fermioni, koji imaju oblik točkastih čestica (odnosno, 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 su frakcijsko 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;

su tri međuvektorska bozona W + , W− i Z 0 , nosi slabu interakciju;

– graviton je hipotetska čestica koja nosi 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 modernim konceptima, temeljne čestice (ili "prave" elementarne čestice) koje nemaju unutarnju strukturu i konačne veličine 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 vrlo 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 čestice koje se raspadaju zbog elektromagnetskih i slabih međudjelovanja, a čije je vrijeme života dulje od 10-20 sec. Ove čestice uključuju slobodni neutron (tj. neutron izvan jezgre atoma)

- rezonancije (nestabilan, kratkotrajan). Rezonancije uključuju elementarne čestice koje se raspadaju zbog jake interakcije. Životni vijek im je manji od 10 -20 sekundi.

Klasifikacija čestica prema sudjelovanju u interakcijama:

- leptoni : Među njima su i neutroni. Svi oni ne sudjeluju u vrtlogu unutarnuklearnih interakcija, tj. nije podložan snažnoj interakciji. Oni sudjeluju u slaboj interakciji, a s električnim nabojem sudjeluju u elektromagnetskoj interakciji.

- hadroni : čestice koje postoje unutar atomske jezgre i sudjeluju u snažnoj interakciji. Najpoznatiji od njih su proton i neutron .

Trenutno poznato šest leptona :

Mioni i tau čestice, koje su slične elektronu, ali su masivnije, pripadaju istoj obitelji kao i elektron. 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 o tome još nisu odlučili) 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 mnogima 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 čestica postoji 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 kompliciranija 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 iz para kvark-antikvark.

POPULARNI ČLANCI

Znamo koliko Putin zarađuje Verbalna agresija i psihološki pritisak: kako uzvratiti sinu ili manipulatoru Značajke ponašanja u situaciji psihološkog pritiska Kako pronaći sponzora i zašto daju novac obrazac ugovora o najmu Psihološke tehnike utjecanja na sugovornika Tehnike privlačenja pažnje u usmenom izlaganju

2022 "kingad.ru" - ultrazvučni pregled ljudskih organa

Kontakti mapa stranice