Add hozzá a kedvencekhez

Lásd még

Írjon véleményt az "Alapvető részecske" cikkről

Megjegyzések

Linkek

• S. A. Slavatinsky// Moszkvai Fizikai és Technológiai Intézet (Dolgoprudny, Moszkvai régió)
• Slavatinsky S.A. // SOZH, 2001, 2. sz., p. 62–68 archívum 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

Egészen a közelmúltig több száz részecskét és antirészecskét tekintettek eleminek. Tulajdonságaik és más részecskékkel való kölcsönhatásaik részletes tanulmányozása, valamint az elmélet fejlődése azt mutatta, hogy a legtöbbjük valójában nem elemi, hiszen maguk is a legegyszerűbb vagy, ahogy most mondják, alapvető részecskékből állnak. Maguk az alapvető részecskék már nem állnak semmiből. Számos kísérlet kimutatta, hogy minden alapvető részecske dimenzió nélküli pontszerű objektumként viselkedik, amelynek nincs belső szerkezete, legalábbis a jelenleg vizsgált legkisebb távolságig ~10-16 cm.

Bevezetés

A részecskék közötti kölcsönhatás számtalan és változatos folyamata között négy alapvető vagy alapvető kölcsönhatás van: erős (nukleáris), elektromágneses és gravitációs. A részecskék világában a gravitációs kölcsönhatás nagyon gyenge, szerepe még tisztázatlan, erről nem is beszélünk tovább.

A természetben a részecskék két csoportja létezik: a hadronok, amelyek minden alapvető kölcsönhatásban részt vesznek, és a leptonok, amelyek nem csak az erős kölcsönhatásban vesznek részt.

A modern koncepciók szerint a részecskék közötti kölcsönhatások a részecskét körülvevő megfelelő mező (erős, gyenge, elektromágneses) kvantumainak kibocsátásával és ezt követő elnyelésével valósulnak meg. Ilyen kvantumok a mérőbozonok, amelyek szintén alapvető részecskék. A bozonoknak megvan a saját impulzusimpulzusuk, amit spinnek neveznek, és megegyezik a Planck-állandó $h = 1,05 \cdot 10^(-27) erg \cdot c$ egész értékével. A mező kvantumai és ennek megfelelően az erős kölcsönhatás hordozói a gluonok, amelyeket g jellel jelölünk, az elektromágneses mező kvantumai a jól ismert fénykvantumok - fotonok, melyeket $\gamma $ jelölünk, és a a gyenge mező kvantumai és ennek megfelelően a gyenge kölcsönhatások hordozói W± (kettős ve) - és Z 0 (zet nulla)-bozonok.

A bozonokkal ellentétben az összes többi alapvető részecske fermion, azaz olyan részecskék, amelyeknek a spinje fél egész számmal egyenlő h/2.

táblázatban. Az 1. ábra az alapvető fermionok – leptonok és kvarkok – szimbólumait mutatja.

A táblázatban megadott részecskék mindegyike. Az 1 egy antirészecskének felel meg, amely csak az elektromos töltés és egyéb kvantumszámok előjeleiben (lásd 2. táblázat), valamint a részecske impulzusának irányához viszonyított forgásirányban tér el a részecskétől. Az antirészecskéket ugyanazokkal a szimbólumokkal fogjuk jelölni, mint a részecskéket, de a szimbólum felett hullámvonallal.

Részecskék a táblázatban. Az 1-et görög és latin betűk jelölik, nevezetesen: $\nu$ betű - három különböző neutrínó, e betűk - elektron, $\mu$ - müon, $\tau$ - taon, u, c, t, d, s betűk , b jelentése kvark; nevüket és jellemzőiket a táblázat tartalmazza. 2.

Részecskék a táblázatban. A modern elmélet felépítése szerint három generációba soroljuk az I., II. és III. generációt. Univerzumunk az első generáció részecskéiből épül fel - leptonokból és kvarkokból, valamint mérőbozonokból, de amint azt az Univerzum fejlődésének modern tudománya mutatja, fejlődésének kezdeti szakaszában mindhárom generáció részecskéi fontos szerepet játszottak.

Leptonok

Először nézzük meg részletesebben a leptonok tulajdonságait. A táblázat felső sorában Az 1 három különböző neutrínót tartalmaz: $\nu_e$ elektront, $\nu_m$ müont és $\nu_t$ tau neutrínót. Tömegüket még nem mérték pontosan, de a felső határát meghatározták például az elektrontömeg 10 -5-tel egyenlő ne-re (azaz $\leq 10^(-32)$ g).

Nézzük a táblázatot. 1 önkéntelenül felveti a kérdést, hogy miért volt szüksége a természetnek három különböző neutrínó létrehozására. Erre a kérdésre még nincs válasz, mert nem született olyan átfogó elmélet az alapvető részecskékről, amely az összes ilyen részecske szükségességét és elégségességét jelezné, és leírná főbb tulajdonságait. Talán ez a probléma a 21. században (vagy később) megoldódik.

A táblázat alsó sora. Az 1 az általunk leginkább tanulmányozott részecskével kezdődik - az elektronnal. Az elektront a múlt század végén fedezte fel J. Thomson angol fizikus. Az elektronok szerepe világunkban óriási. Ezek azok a negatív töltésű részecskék, amelyek az atommagokkal együtt alkotják a periódusos rendszer általunk ismert összes elemének atomját. Mindegyik atomban az elektronok száma pontosan megegyezik az atommagban lévő protonok számával, ami elektromosan semlegessé teszi az atomot.

Az elektron stabil, az elektron elpusztításának fő lehetősége a halála egy antirészecskével való ütközés során - egy pozitron e + . Ezt a folyamatot annihilációnak nevezik:

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

A megsemmisülés eredményeként két gamma-kvantum keletkezik (ún. nagyenergiájú fotonok), amelyek mind az e + és e - nyugalmi energiákat, mind azok mozgási energiáit elszállítják. Nagy energiáknál e + és e - hadronok és kvarkpárok képződnek (lásd például (5) és 4. ábra).

Az (1) reakció egyértelműen szemlélteti A. Einstein híres képletének érvényességét a tömeg és az energia egyenértékűségéről: E = mc 2 .

Valójában egy anyagban megállt pozitron és egy nyugalmi elektron megsemmisülése során a nyugalmi állapotuk teljes tömege (amely 1,22 MeV) átmegy a nyugalmi tömeggel nem rendelkező $\gamma$-kvantumok energiájába.

A táblázat alsó sorának második generációjában. 1 található > müon - egy részecske, amely minden tulajdonságában egy elektron analógja, de rendellenesen nagy tömegű. A müon tömege az elektron tömegének 207-szerese. Az elektrontól eltérően a müon instabil. Életének ideje t= 2,2 10 -6 s. A müon a séma szerint főleg elektronra és két neutrínóra bomlik

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

Az elektron még nehezebb analógja a $\tau$-lepton (taon). Tömege több mint 3 ezerszer nagyobb, mint egy elektron tömege ($m_(\tau) = 1777$ MeV/c 2), vagyis a taon nehezebb, mint a proton és a neutron. Élettartama 2,9 10 -13 s, és több mint száz különböző lecsengési séma (csatorna) közül a következők lehetségesek:

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

Ha a leptonokról beszélünk, érdekes összehasonlítani a gyenge és az elektromágneses erőket bizonyos távolságban, pl. R\u003d 10-13 cm. Ilyen távolságon az elektromágneses erők majdnem 10 milliárdszor nagyobbak, mint a gyenge erők. De ez egyáltalán nem jelenti azt, hogy a természetben a gyenge erők szerepe kicsi. Messze van tőle.

Gyenge erők a felelősek a különböző részecskék sok kölcsönös átalakulásáért más részecskékké, mint például a (2), (3) reakciókban, és az ilyen kölcsönös átalakulások a részecskefizika egyik legjellemzőbb jellemzője. A (2), (3) reakciókkal ellentétben az (1) reakcióban elektromágneses erők hatnak.

A leptonokról szólva hozzá kell tenni, hogy a modern elmélet az elektromágneses és gyenge kölcsönhatásokat egységes elektrogyenge elmélet segítségével írja le. S. Weinberg, A. Salam és S. Glashow fejlesztette ki 1967-ben.

Kvarkok

A kvarkok ötlete egy zseniális kísérlet eredményeként merült fel, amely nagyszámú, erős kölcsönhatásban részt vevő, hadronnak nevezett részecske osztályozására irányult. M. Gell-Man és G. Zweig azt javasolta, hogy minden hadron alapvető részecskék megfelelő halmazából áll - kvarkokból, antikvarkjaiból és az erős kölcsönhatás hordozóiból - gluonokból.

A jelenleg megfigyelt hadronok teljes száma több mint száz részecske (és ugyanennyi antirészecske). Sok tucat részecskét még nem regisztráltak. Minden hadron nehéz részecskékre van felosztva, úgynevezett baryonok, és a nevesített átlagok mezonok.

A barionokat a barionszám jellemzi b= 1 részecskék és b = -1 az antibaryonok esetében. Születésük és pusztulásuk mindig párban történik: egy barion és egy antibarion. A mezonoknak bariontöltetük van b = 0. Gell-Mann és Zweig ötlete szerint minden barion három kvarkból, az antibarion három antikvarkból áll. Ezért minden kvarkhoz 1/3-os barionszámot rendeltek, így a barionnak összesen b= 1 (vagy -1 három antikvarkból álló antibarion esetén). A mezonoknak barionszámuk van b= 0, tehát tetszőleges kvark és antikvark párok tetszőleges kombinációjából állhatnak. Az összes kvarknál azonos kvantumszámokon – a spin- és barionszámon – kívül vannak más fontos jellemzőik is, mint például nyugalmi tömegük nagysága. m, az elektromos töltés nagysága K/e(az elektrontöltés töredékében e\u003d 1,6 · 10 -19 coulomb) és a kvantumszámok egy bizonyos halmaza, amely az ún. túrós íz. Ezek tartalmazzák:

1) az izotóp spin értéke énés a harmadik vetületének nagysága, azaz én 3. Így, u-kvark és d-a kvark izotóp dublettet alkot, teljes izotópos spint kapnak én= 1/2 vetületekkel én 3 = +1/2 megfelelő u-kvark, és én 3 = -1/2 megfelelő d-kvark. A dublett mindkét komponense hasonló tömegű, és minden más tulajdonságban azonos, kivéve az elektromos töltést;

2) kvantumszám S- a furcsaság jellemzi egyes részecskék furcsa viselkedését, amelyek élettartama anomálisan hosszú (~10 -8 - 10 -13 s) a jellegzetes magidőhöz (~10 -23 s) képest. Magukat a részecskéket furcsanak nevezték, egy vagy több furcsa kvarkot és furcsa antikvarkot tartalmaznak. A furcsa részecskék erős kölcsönhatások miatti keletkezése vagy eltűnése párokban történik, vagyis bármely magreakcióban a reakció előtti $\Sigma$S összegének egyenlőnek kell lennie a reakció utáni $\Sigma$S-vel. Gyenge kölcsönhatások esetén azonban a furcsaság megmaradásának törvénye nem érvényesül.

A gyorsítókkal végzett kísérletekben olyan részecskéket figyeltek meg, amelyeket nem lehetett leírni u-, d- és s-kvarkok. A furcsaság analógiájára még három új kvarkot kellett bevezetni új kvantumszámokkal TÓL TŐL = +1, NÁL NÉL= -1 és T= +1. Az ezekből a kvarkokból álló részecskék tömege sokkal nagyobb (> 2 GeV/c2). Sokféle bomlási sémával rendelkeznek, élettartamuk ~10-13 s. Az összes kvark jellemzőit a táblázat foglalja össze. 2.

Minden kvark a táblázatban. 2 az antikvarkjának felel meg. Az antikvarkok esetében minden kvantumszámnak van egy jele, amely ellentétes a kvarknál jelzett előjellel. A kvarkok tömegének nagyságáról a következőket kell elmondani. táblázatban megadva. 2 érték a csupasz kvarkok tömegének felel meg, vagyis maguknak a kvarkoknak, anélkül, hogy figyelembe vennénk az őket körülvevő gluonokat. A bevont kvarkok tömege a gluonok által szállított energia miatt nagyobb. Ez különösen a legkönnyebbeknél észrevehető u- és d-kvarkok, amelyek gluon bevonatának energiája körülbelül 300 MeV.

A részecskék alapvető fizikai tulajdonságait meghatározó kvarkokat vegyértékkvarknak nevezzük. A vegyérték-kvarkok mellett a hadronok virtuális részecskepárokat is tartalmaznak - kvarkokat és antikvarkokat, amelyeket a gluonok nagyon rövid ideig bocsátanak ki és abszorbeálnak.

(ahol E egy virtuális pár energiája), amely az energiamegmaradás törvényének megsértésével következik be a Heisenberg-féle bizonytalansági relációnak megfelelően. A virtuális kvarkpárokat nevezzük tengeri kvarkok vagy tengeri kvarkok. Így a hadronok szerkezete vegyértéket és tengeri kvarkokat és gluonokat tartalmaz.

Minden kvark fő jellemzője, hogy a megfelelő erős töltések tulajdonosai. Az erős tértöltéseknek három egyenlő változata van (az elektromos erők elméletében egy elektromos töltés helyett). A történeti terminológiában ezt a három töltéstípust a kvarkok színének nevezik, nevezetesen: feltételesen vörös, zöld és kék. Így minden kvark a táblázatban. Az 1. és 2. ábra háromféle lehet, és egy színes részecske. Mindhárom szín összekeverése, akárcsak az optikában, fehér színt ad, vagyis kifehéríti a részecskét. Minden megfigyelt hadron színtelen.

A kvark kölcsönhatásait nyolc különböző gluon hajtja végre. A "gluon" kifejezés angol fordításban ragasztót jelent, vagyis ezek a mezőkvantumok olyan részecskék, amelyek mintegy összeragasztják a kvarkokat. A kvarkokhoz hasonlóan a gluonok is színes részecskék, de mivel mindegyik gluon egyszerre két kvark színét változtatja meg (a gluont kibocsátó kvark és a gluont elnyelő kvark), a gluon kétszer színeződik meg, és egy színt és egy antiszínt hordoz, általában eltér a színétől.

A gluonok maradék tömege, akárcsak a fotoné, nulla. Ezenkívül a gluonok elektromosan semlegesek, és nincs gyenge töltésük.

A hadronokat általában stabil részecskékre és rezonanciákra is osztják: barionra és mezonra.
A rezonanciákat rendkívül rövid élettartam jellemzi (~10 -20 -10 -24 s), mivel leépülésük erős kölcsönhatásnak köszönhető.

Több tucat ilyen részecskét fedezett fel az amerikai fizikus, L.V. Alvarez. Mivel az ilyen részecskék bomlási útja olyan rövid, hogy nem figyelhetők meg olyan detektorokban, amelyek részecskék nyomait rögzítik (például buborékkamrában stb.), ezeket mind közvetetten észlelték, azáltal, hogy csúcsok jelenléte a függőségben. a különböző részecskék egymással való kölcsönhatásának valószínűsége az energián. Az 1. ábra magyarázza az elhangzottakat. Az ábra a $\pi^+$ pozitív pion és a proton közötti kölcsönhatás-keresztmetszet (a valószínűségi értékkel arányos) függését mutatja p a pion mozgási energiájából. Kb. 200 MeV energiánál a keresztmetszet során csúcs látható. Szélessége $\Gamma = 110 $ MeV, és a teljes részecsketömege $\Delta^(++)$ egyenlő: $T^(")_(max)+M_p c^2+M_\pi c^2 =1232$ MeV /с 2 , ahol $T^(")_(max)$ a részecskék ütközésének kinetikai energiája a tömegközéppontjuk rendszerében. A legtöbb rezonancia felfogható stabil részecskék gerjesztett állapotának, mivel a kvark összetétele megegyezik stabil társaikéval, bár a rezonanciák tömege nagyobb a gerjesztési energia miatt.

A hadronok kvark modellje

A hadronok kvarkmodelljének leírását egy forrásból kiinduló térvonalak megrajzolásával kezdjük - egy színes töltésű és antikvarknál végződő kvarkból (2. ábra, b). Összehasonlításképpen az ábrán. 2, és megmutatjuk, hogy elektromágneses kölcsönhatás esetén az erővonalak eltérnek a forrásuktól - egy elektromos töltés, mint egy ventilátor, mivel a forrás által egyidejűleg kibocsátott virtuális fotonok nem lépnek kölcsönhatásba egymással. Az eredmény a Coulomb-törvény.

Ezzel a képpel ellentétben maguk a gluonok színes töltésekkel rendelkeznek, és erős kölcsönhatásba lépnek egymással. Ennek eredményeként az erővonalak ventilátora helyett egy köteget kapunk, az ábrán látható. 2, b. A kötél a kvark és az antikvark közé feszül, de a legmeglepőbb az, hogy maguk a gluonok színes töltésekkel új gluonok forrásaivá válnak, amelyek száma a kvarktól távolodva nő.
Egy ilyen kölcsönhatási minta megfelel a kvarkok közötti kölcsönhatás potenciális energiájának a köztük lévő távolságtól való függésének, amint az az ábrán látható. 3. Mégpedig: távolságig R> 10-13 cm, az U(R) függőség tölcsér alakú, és a színtöltés erőssége ebben a távolságtartományban viszonylag kicsi, így a kvarkok R> 10-15 cm első közelítésben szabad, nem kölcsönható részecskéknek tekinthető. Ennek a jelenségnek a különleges neve a kvarkok aszimptotikus szabadsága kicsiben R. Azonban mikor R több mint valami kritikus érték $R_(cr) \kb. 10^(-13)$ cm U(R) egyenesen arányossá válik az értékkel R. Ebből egyenesen következik, hogy az erő F = -dU/dR= const, azaz nem függ a távolságtól. A fizikusok által korábban tanulmányozott más kölcsönhatások nem rendelkeztek ilyen szokatlan tulajdonsággal.

A számítások azt mutatják, hogy a kvark és az antikvark között ható erők $R_(cr) \kb 10_(-13)$ cm-től kezdve már nem függenek a távolságtól, és egy hatalmas, 20-hoz közeli értékű szinten maradnak. tonna. Távolról R A ~ 10-12 cm-es (az átlagos atommagok sugarával megegyező) színerők több mint 100 ezerszer nagyobbak, mint az elektromágneses erők. Ha összehasonlítjuk a színerőt az atommagban lévő proton és neutron közötti nukleáris erőkkel, akkor kiderül, hogy a színerő ezerszer nagyobb! Így a fizikusok előtt egy új grandiózus kép tárult fel a természet színes erőiről, sok nagyságrenddel nagyobb, mint a jelenleg ismert nukleáris erők. Természetesen azonnal felvetődik a kérdés, hogy ilyen erőket lehet-e energiaforrásként működni. Sajnos a válasz erre a kérdésre nem.

Természetesen egy másik kérdés is felmerül: milyen távolságokra R kvarkok között a potenciális energia a növekedéssel lineárisan növekszik R?
A válasz egyszerű: nagy távolságok esetén a mezővonalköteg megszakad, hiszen energetikailag kifizetődőbb egy kvark-antikvark részecskepár születésével szakítást kialakítani. Ez akkor fordul elő, ha a törésnél a potenciális energia nagyobb, mint a kvark és az antikvark nyugalmi tömege. A gluonmező erővonalkötegének megszakítási folyamatát az 1. ábra mutatja. 2, ban ben.

Az ilyen kvalitatív elképzelések a kvark-antikvark születéséről lehetővé teszik annak megértését, hogy az egyes kvarkokat egyáltalán nem figyelik meg, és miért nem figyelhetők meg a természetben. A kvarkok örökre a hadronok belsejében rekedtek. A kvarkok nem kilökődésének ezt a jelenségét ún bezártság. Nagy energiáknál előnyösebb lehet, ha a köteg egyszerre több helyen eltörik, és $q \tilde q$-párokból álló halmazt alkot. Így közelítettük meg a többszörös születés problémáját. kvark-antikvark párokés a kemény kvark-sugarak kialakulása.

Nézzük először a könnyű hadronok, vagyis a mezonok szerkezetét. Mint már említettük, egy kvarkból és egy antikvarkból állnak.

Rendkívül fontos, hogy a pár mindkét partnerének ugyanaz a színtöltése és azonos anti-töltése legyen (például egy kék kvark és egy antikék antikvark), hogy a párjuknak a kvark ízétől függetlenül ne legyen színe. (és csak színtelen részecskéket figyelünk meg).

Minden kvarknak és antikvarknak van spinje (a h) egyenlő 1/2. Ezért a kvark és az antikvark kombinációjának teljes spinje vagy 0, ha a spinek antiparallelek, vagy 1, ha a spinek párhuzamosak egymással. De egy részecske spinje nagyobb is lehet 1-nél, ha maguk a kvarkok a részecskén belüli pályákon forognak.

táblázatban. A 3. ábra a kvarkok néhány páros és összetettebb kombinációját mutatja be, és jelzi, hogy mely korábban ismert hadronoknak felel meg ez a kvarkkombináció.

A jelenleg legjobban vizsgált mezonok és mezonrezonanciák közül a legnagyobb csoportot a könnyű, nem aromás részecskék alkotják, amelyek kvantumszámai S = C = B= 0. Ez a csoport körülbelül 40 részecskét tartalmaz. A 3. táblázat a $\pi$ ±,0 pionokkal kezdődik, amelyeket S.F. angol fizikus fedezett fel. Powell 1949-ben. A feltöltött pionok körülbelül 10-8 másodpercig élnek, és leptonokká bomlanak a következő sémák szerint:

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

"Rokonaik" a táblázatban. 3 - a rezonanciák $\rho$ ±,0 (rho mezonok) a pionokkal ellentétben pörögnek J= 1, instabilak, és csak körülbelül 10-23 másodpercig élnek. A $\rho$ ±,0 bomlás oka az erős kölcsönhatás.

A töltött pionok bomlásának oka a gyenge kölcsönhatás, nevezetesen az, hogy a részecskét alkotó kvarkok a gyenge kölcsönhatás következtében rövid ideig képesek kibocsátani és elnyelni. t a (4) összefüggésnek megfelelően virtuális mérőbozonok: $u \to d + W^+$ vagy $d \to u + W^-$, és a leptonokkal ellentétben vannak egy generációs kvark átmenetei is egy másik generáció kvarkja, például $u \to b + W^+$ vagy $u \to s + W^+$ stb., bár az ilyen átmenetek sokkal ritkábbak, mint az egy generáción belüli átmenetek. Ugyanakkor minden ilyen átalakulás során a reakcióban lévő elektromos töltés megmarad.

A mezonok tanulmányozása, beleértve s- és c-kvarkok, több tucat furcsa és elbűvölő részecske felfedezéséhez vezetett. Kutatásaikat jelenleg a világ számos tudományos központjában végzik.

A mezonok tanulmányozása, beleértve b- és t-kvarkok, indultak intenzíven a gyorsítóknál, ezekről egyelőre nem beszélünk részletesebben.

Térjünk át a nehéz hadronok, azaz a barionok figyelembevételére. Mindegyik három kvarkból áll, de azok, amelyek mindhárom színt tartalmazzák, mivel a mezonokhoz hasonlóan minden barion színtelen. A barionok belsejében lévő kvarkok keringési mozgást végezhetnek. Ebben az esetben a részecske teljes spinje meghaladja a kvarkok teljes spinjét, ami egyenlő 1/2 vagy 3/2 (ha mindhárom kvark spinje párhuzamos egymással).

A legkisebb tömegű barion a proton p(lásd a 3. táblázatot). A kémiai elemek összes atommagja protonokból és neutronokból áll. Az atommagban lévő protonok száma határozza meg a teljes elektromos töltését Z.

Az atommag másik fő részecskéje a neutron. n. A neutron valamivel nehezebb a protonnál, instabil, és szabad állapotban körülbelül 900 s élettartammal protonná, elektronná és neutrínóvá bomlik. táblázatban. A 3. ábra a proton kvark állapotát mutatja uudés neutron udd. De ennek a kvarkkombinációnak a forgásával J= 3/2, akkor a $\Delta^+$ és $D^0$ rezonanciák rendre kialakulnak. Az összes többi barion nehezebb kvarkokból áll s, b, t, és sokkal nagyobb tömegük van. Közülük különösen érdekes volt W- -hyperon, amely három furcsa kvarkból áll. Először papíron fedezték fel, vagyis számítással, a barionok kvarkszerkezetének elképzeléseit felhasználva. Ennek a részecskenak minden fő tulajdonságát megjósolták, majd kísérletekkel megerősítették.

Sok kísérletileg megfigyelt tény ma már meggyőzően beszél a kvarkok létezéséről. Különösen egy új folyamat felfedezéséről beszélünk az elektronok és pozitronok ütközésének reakciójában, amely kvark-antikvark sugárkövek kialakulásához vezet. Ennek a folyamatnak a sémája az ábrán látható. 4. A kísérletet ütköztetőkkel Németországban és az USA-ban végeztük. A nyilak a gerendák irányát mutatják az ábrán e+ és e- , és ütközésük helyéről kvark bocsát ki qés egy antikvark $\tilde q$ a repülési irányhoz képest $\Theta$ zenitszögben e+ és e- . Ez a $q+\tilde q$ pár keletkezik a reakcióban

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

Ahogy már mondtuk, az erővonalak érszorítója (gyakrabban zsinórnak mondják) kellően nagy feszültséggel tör az összetevőire.
A kvark és antikvark nagy energiáinál, amint azt korábban említettük, a húr sok helyen elszakad, aminek következtében a q kvark és antikvark repülési vonala mentén két keskeny, másodlagos színtelen részecskenyaláb képződik mindkét irányban, ábrán látható. 4. Az ilyen részecskenyalábokat sugárnak nevezzük. A kísérlet során gyakran megfigyelhető három, négy vagy több részecskesugár egyidejű képződése.

A kozmikus sugarak szupergyorsítási energiáival végzett kísérletekben, amelyekben a cikk szerzője is részt vett, számos sugár kialakulásának folyamatáról készült fényképek. A helyzet az, hogy egy kötél vagy egy húr egydimenziós, ezért három, négy vagy több sugár kialakulásának középpontja is egy egyenes mentén helyezkedik el.

Az erős kölcsönhatásokat leíró elméletet ún kvantumkromodinamika vagy rövidítve QCD. Sokkal bonyolultabb, mint az elektrogyenge kölcsönhatások elmélete. A QCD különösen sikeres az úgynevezett kemény folyamatok leírásában, vagyis a részecskék közötti nagy lendületátvitellel járó részecskekölcsönhatási folyamatok leírásában. Bár az elmélet megalkotása még nem fejeződött be, sok elméleti fizikus már a "nagy egyesülés" megteremtésével van elfoglalva – a kvantumkromodinamika és az elektrogyenge kölcsönhatás elméletének egyetlen elméletté történő egyesítése.

Végezetül röviden időzzünk el azon, hogy hat lepton és 18 sokszínű kvark (és antirészecskék), valamint az alapvető mezők kvantumai kimerítik-e a fotont? W ± -, Z 0 -bozonok, nyolc gluon és végül a gravitációs mező kvantumai - gravitonok - a valóban elemi, pontosabban alapvető részecskék teljes arzenálja. Nyilvánvalóan nem. Valószínűleg a részecskékről és mezőkről leírt képek csak a jelenlegi tudásunkat tükrözik. Nem hiába van már sok olyan elméleti elképzelés, amelyben úgynevezett szuperszimmetrikus részecskék nagy csoportja, szupernehéz kvarkok oktettje és még sok más szerepel.

Nyilvánvaló, hogy a modern fizika még mindig messze van attól, hogy teljes részecskeelméletet alkosson. Talán igaza volt a nagy fizikusnak, Albert Einsteinnek, aki úgy vélte, hogy csak a gravitáció figyelembe vétele, annak ellenére, hogy jelenleg csekélynek tűnik a mikrokozmoszban, lehetővé teszi a részecskék szigorú elméletének felépítését. De mindez már a 21. században vagy még később.

Irodalom

1. Okun L.B. Az elemi részecskék fizikája. Moszkva: Nauka, 1988.

2. Kobzarev I.Yu. Az 1979-es Nobel-díjasok: S. Weinberg, S. Glashow, A. Salam // Priroda. 1980. N 1. S. 84.

3. Zeldovich Ya.B. Az elemi részecskék és kvarkok osztályozása a gyalogosoknak szóló előadásban // Uspekhi nat. Tudományok. 1965. T. 8. S. 303.

4. Krainov V.P. Az energia és az idő bizonytalansága // Soros Educational Journal. 1998. N 5. S. 77-82.

5. I. Nambu, „Miért nincsenek szabad kvarkok”, Usp. Phys. Tudományok. 1978. V. 124. S. 146.

6. Zsdanov G.B., Maksimenko V.M., Slavatinsky S.A. "Pamir" kísérlet // Természet. 1984. No. 11. S. 24

Cikk lektor L.I. Sarychev

S. A. Slavatinsky Moszkvai Fizikai és Technológiai Intézet, Dolgoprudny, Moszkvai régió

A mikrovilág struktúrái

Korábban az elemi részecskéket olyan részecskéknek nevezték, amelyek az atomot alkotják, és nem bonthatók fel elemibb komponensekre, nevezetesen elektronokra és atommagokra.

Később kiderült, hogy az atommagok egyszerűbb részecskékből állnak - nukleonok(protonok és neutronok), amelyek viszont más részecskékből állnak. Ezért az elemi részecskéket kezdték az anyag legkisebb részecskéinek tekinteni , az atomokat és azok magjait kizárva .

A mai napig több száz elemi részecskét fedeztek fel, amelyek osztályozásukat igénylik:

– az interakciók típusai szerint

- életidő szerint

- a hát mérete

Az elemi részecskéket a következő csoportokra osztják:

Kompozit és alapvető (szerkezet nélküli) részecskék

Kompozit részecskék

Hadronok (nehéz)– minden típusú alapvető kölcsönhatásban részt vevő részecskék. Kvarkokból állnak, és a következőkre oszthatók: mezonok- egész spinű hadronok, azaz bozonok; baryonok- hadronok félegész spinnel, azaz fermionok. Ide tartoznak különösen az atommagot alkotó részecskék - a proton és a neutron, azaz. nukleonok.

Fundamentális (szerkezet nélküli) részecskék

Leptonok (fény)- fermionok, amelyek pontszerű részecskék formájúak (vagyis nem állnak semmiből) 10-18 m nagyságrendű méretig, erős kölcsönhatásban nem vesznek részt. Az elektromágneses kölcsönhatásokban való részvételt kísérletileg csak töltött leptonok (elektronok, müonok, tau-leptonok) esetében figyelték meg, neutrínók esetében nem.

Kvarkok frakcionált töltésű részecskék, amelyek hadronokat alkotnak. Szabad államban nem figyelték meg őket.

Mérő bozonok- részecskék, amelyek cseréje révén kölcsönhatások jönnek létre:

– foton – elektromágneses kölcsönhatást hordozó részecske;

- nyolc gluon – erős kölcsönhatást hordozó részecskék;

három köztes vektor bozon W + , W− és Z 0, gyenge kölcsönhatást hordozó;

– a graviton egy hipotetikus részecske, amely gravitációs kölcsönhatást hordoz. A gravitonok létezését, bár a gravitációs kölcsönhatás gyengesége miatt kísérletileg még nem igazolták, meglehetősen valószínűnek tartják; a graviton azonban nem szerepel az elemi részecskék standard modelljében.

A modern fogalmak szerint az alapvető részecskék (vagy „igazi” elemi részecskék), amelyeknek nincs belső szerkezetük és véges méreteik, a következők:

Kvarkok és leptonok

Alapvető kölcsönhatást biztosító részecskék: gravitonok, fotonok, vektorbozonok, gluonok.

Az elemi részecskék osztályozása élettartam szerint:

- stabil: olyan részecskék, amelyek élettartama nagyon hosszú (a határértékben a végtelenbe hajlik). Ezek tartalmazzák elektronok , protonok , neutrino . A neutronok az atommag belsejében is stabilak, de a magon kívül instabilok.

- instabil (kvázi stabil): az elemi részecskék olyan részecskék, amelyek elektromágneses és gyenge kölcsönhatások következtében bomlanak le, és élettartamuk meghaladja a 10-20 másodpercet. Ezek a részecskék magukban foglalják szabad neutron (azaz egy neutron az atommagon kívül)

- rezonanciák (instabil, rövid életű). A rezonanciák közé tartoznak az erős kölcsönhatás következtében lebomló elemi részecskék. Élettartamuk kevesebb, mint 10-20 másodperc.

A részecskék osztályozása az interakciókban való részvétel alapján:

- leptonok : A neutronok is köztük vannak. Mindegyikük nem vesz részt az intranukleáris kölcsönhatások örvényében, azaz. nincs kitéve erős kölcsönhatásnak. Részt vesznek a gyenge kölcsönhatásban, elektromos töltéssel pedig az elektromágneses kölcsönhatásban.

- hadronok : az atommag belsejében létező részecskék, amelyek részt vesznek az erős kölcsönhatásban. Közülük a leghíresebbek proton és neutron .

Jelenleg ismert hat lepton :

Az elektronhoz hasonló, de nagyobb tömegű müonok és tau részecskék ugyanabba a családba tartoznak, mint az elektron. A müonok és tau részecskék instabilok, és végül több más részecskévé, köztük elektronná bomlanak.

Három nulla (vagy nullához közeli, a tudósok még nem döntöttek ebben a kérdésben) tömegű, elektromosan semleges részecske, ún. neutrino . A három neutrínó (elektronneutrínó, müonneutrínó, tau-neutrínó) mindegyike az elektroncsalád három típusú részecskéjének valamelyikével párosul.

A leghíresebb hadronok , protonok és neutrínók, rokonok százai vannak, amelyek sokakban születnek és a különböző nukleáris reakciók során azonnal lebomlanak. A proton kivételével mindegyik instabil, és az általuk bomló részecskék összetétele szerint osztályozható:

Ha a részecskék végső bomlástermékei között van proton, akkor azt ún baryon

Ha a bomlástermékek között nincs proton, akkor a részecskét ún mezon .

A szubatomi világ kaotikus képe, amely minden újabb hadron felfedezésével egyre bonyolultabbá vált, a kvarkok fogalmának megjelenésével új képnek adott teret. A kvark modell szerint minden hadron (de nem lepton) még több elemi részecskéből – kvarkból – áll. Így baryonok (különösen a proton) három kvarkból áll, és mezonok kvark-antikvark párosból.

NÉPSZERŰ CIKKEK

A tagadást nem igékkel (személyes formában, infinitivusban, gerund alakban) külön írjuk: ne vedd, nem volt, nem tudva, lassan Előadás, beszámoló a reneszánsz filozófiájának főbb vonásairól Szépirodalmi stílus A föld gyermekei Bemutató mi vagyunk a föld gyermekei a kertért Előadás a kommunikációs akadályok témában, a munkát tanulók végezték Kommunikáció nélkül bezárkózunk.

2022 "kingad.ru" - az emberi szervek ultrahangvizsgálata

Kapcsolatok az oldal térképe