|
Cząstka podstawowa z ładunkiem elektrycznym. cząstka fundamentalna
NA ZROZUMIENIE RUCHU MATERII, JEJ ZDOLNOŚCI DO ROZWOJU ORAZ POŁĄCZENIA I INTERAKCJI OBIEKTÓW MATERIALNYCH WE WSPÓŁCZESNEJ NAUCE PRZYRODNICZEJ Tsyupka wiceprezes Federalna Autonomiczna Instytucja Edukacyjna Wyższego Szkolnictwa Zawodowego „Belgorod State National Research University” (NRU „BelSU”)
1. Ruch materii
„Integralną własnością materii jest ruch” 1 , który jest formą istnienia materii i przejawia się w każdej jej przemianie. Z niezniszczalności i niezniszczalności materii i jej atrybutów, w tym ruchu, wynika, że ruch materii istnieje wiecznie i jest nieskończenie różnorodny w postaci swoich przejawów. Istnienie dowolnego obiektu materialnego przejawia się w jego ruchu, tj. w każdej zachodzącej wraz z nim zmianie. W trakcie zmian zawsze zmieniają się niektóre właściwości obiektu materialnego. Skoro z jego stanem odpowiada ogół wszystkich właściwości przedmiotu materialnego, które charakteryzują jego pewność, indywidualność, cechę w danym momencie, to okazuje się, że ruchowi przedmiotu materialnego towarzyszy zmiana jego stanów. . Zmiana właściwości może zajść tak daleko, że jeden obiekt materialny może stać się innym obiektem materialnym. „Ale przedmiot materialny nigdy nie może przekształcić się we właściwość” (na przykład masę, energię) i „własność – w przedmiot materialny” 2, ponieważ tylko poruszająca się materia może być zmienną substancją. W naukach przyrodniczych ruch materii nazywany jest również zjawiskiem naturalnym (zjawiskiem naturalnym). Wiadomo, że „bez ruchu nie ma materii”3, tak samo jak bez materii nie może być ruchu. Ruch materii można wyrazić ilościowo. Uniwersalną miarą ilościową ruchu materii, jak również dowolnego obiektu materialnego, jest energia, która wyraża działanie materii i dowolnego obiektu materialnego. Dlatego energia jest jedną z właściwości poruszającej się materii, a energia nie może być poza materią, oddzielona od niej. Energia jest w równoważnej relacji z masą. Dlatego masa może charakteryzować nie tylko ilość substancji, ale także stopień jej aktywności. Z faktu, że ruch materii istnieje wiecznie i jest nieskończenie różnorodny w postaci swoich przejawów, nieubłaganie wynika, że energia charakteryzująca ilościowo ruch materii również istnieje wiecznie (niestworzona i niezniszczalna) i nieskończenie różnorodna w postaci swoich przejawów . „Tak więc energia nigdy nie znika i nie pojawia się ponownie, zmienia się tylko z jednej formy w drugą” 1 zgodnie ze zmianą rodzajów ruchu. Obserwuje się różne typy (formy) ruchu materii. Można je klasyfikować biorąc pod uwagę zmiany właściwości obiektów materialnych oraz charakterystykę ich wzajemnego oddziaływania. Ruch próżni fizycznej (swobodne pola podstawowe w stanie normalnym) sprowadza się do tego, że cały czas nieznacznie odchyla się ona w różnych kierunkach od swojej równowagi, jakby „drżała”. W wyniku takich spontanicznych niskoenergetycznych wzbudzeń (odchylenia, perturbacje, fluktuacje) powstają wirtualne cząstki, które natychmiast rozpuszczają się w fizycznej próżni. Jest to najniższy (podstawowy) stan energetyczny poruszającej się próżni fizycznej, jej energia jest bliska zeru. Ale próżnia fizyczna może przez pewien czas w pewnym miejscu przejść w stan wzbudzony, charakteryzujący się pewnym nadmiarem energii. Przy tak znaczących, wysokoenergetycznych wzbudzeniach (odchyleniach, perturbacjach, fluktuacjach) próżni fizycznej, wirtualne cząstki mogą dopełnić swój wygląd, a następnie rzeczywiste fundamentalne cząstki różnych typów wyłamują się z fizycznej próżni i z reguły parami ( posiadające ładunek elektryczny w postaci cząstki i antycząstki z ładunkami elektrycznymi o przeciwnych znakach, na przykład w postaci pary elektron-pozyton). Pojedyncze wzbudzenia kwantowe różnych swobodnych pól fundamentalnych są cząstkami fundamentalnymi. Fermionowe (spinorowe) pola fundamentalne mogą dać początek 24 fermionom (6 kwarków i 6 antykwarków oraz 6 leptonów i 6 antyleptonów), które dzielą się na trzy pokolenia (rodziny). W pierwszej generacji kwarki górne i dolne (i antykwarki) oraz leptony, elektron i neutrino elektronowe (oraz pozyton z antyneutrinem elektronowym) tworzą zwykłą materię (i rzadko wykrywaną antymaterię). W drugiej generacji, posiadające większą masę (większy ładunek grawitacyjny), zaczarowane i dziwne kwarki (i antykwarki), a także leptony mionowe i neutrino mionowe (oraz antymion z antyneutrinem mionowym). W trzecim pokoleniu prawdziwe i piękne kwarki (i antykwarki), a także leptony taon i neutrino taonowe (oraz antytaon z antyneutrinem taonowym). Fermiony drugiej i trzeciej generacji nie uczestniczą w tworzeniu zwykłej materii, są niestabilne i rozkładają się wraz z powstawaniem fermionów pierwszej generacji. Bozonowe pola podstawowe mogą generować 18 rodzajów bozonów: pole grawitacyjne - grawitony, pole elektromagnetyczne - fotony, pole słabego oddziaływania - 3 rodzaje "wiionów" 1 , pole gluonowe - 8 rodzajów gluonów, pole Higgsa - 5 rodzajów Higgsa bozony. Fizyczna próżnia w stanie wystarczająco wysokoenergetycznym (wzbudzonym) jest w stanie wygenerować wiele fundamentalnych cząstek o znacznej energii, w postaci miniwszechświata. Dla substancji mikrokosmosu ruch jest zmniejszony: do dystrybucji, zderzenia i przemiany w siebie cząstek elementarnych; powstawanie jąder atomowych z protonów i neutronów, ich ruch, zderzenie i zmiana; powstawanie atomów z jąder atomowych i elektronów, ich ruch, zderzenia i zmiany, w tym przeskakiwanie elektronów z jednego orbity atomowej na drugi i ich oddzielenie od atomów, dodanie nadmiaru elektronów; tworzenie cząsteczek z atomów, ich ruch, zderzenie i zmiana, w tym dodanie nowych atomów, uwolnienie atomów, zastąpienie niektórych atomów innymi, zmiana ułożenia atomów względem siebie w cząsteczce.
Dla substancji makrokosmosu i megaświata ruch sprowadza się do przemieszczenia, zderzenia, deformacji, zniszczenia, zjednoczenia różnych ciał, a także do ich najróżniejszych zmian. Jeżeli ruchowi obiektu materialnego (skwantowanego pola lub obiektu materialnego) towarzyszy zmiana tylko jego właściwości fizycznych, np. częstotliwości lub długości fali dla pola skwantowanego, prędkości chwilowej, temperatury, ładunku elektrycznego dla obiektu materialnego, wtedy taki ruch jest określany jako forma fizyczna. Jeżeli ruchowi obiektu materialnego towarzyszy zmiana jego właściwości chemicznych, na przykład rozpuszczalności, palności, kwasowości, to taki ruch nazywamy formą chemiczną. Jeżeli ruch dotyczy zmiany obiektów megaświata (obiektów kosmicznych), to taki ruch nazywamy formą astronomiczną. Jeżeli ruch dotyczy zmiany obiektów w powłokach głębinowych (wnętrze ziemi), to taki ruch nazywamy formą geologiczną. Jeżeli ruch dotyczy zmiany przedmiotów w muszli geograficznej, która łączy wszystkie powierzchniowe ziemskie muszle, to taki ruch nazywamy formą geograficzną. Ruch żywych ciał i ich układów w postaci ich różnych przejawów życiowych określany jest jako forma biologiczna. Przemieszczanie się obiektów materialnych, któremu towarzyszy zmiana istotnych społecznie właściwości z obowiązkowym udziałem człowieka, na przykład wydobycie rudy żelaza i produkcja żelaza i stali, uprawa buraków cukrowych i produkcja cukru, jest określany jako społecznie zdeterminowana forma ruchu. Ruch jakiegokolwiek obiektu materialnego nie zawsze może być przypisany jednej formie. Jest złożony i zróżnicowany. Nawet fizyczny ruch właściwy przedmiotom materialnym od skwantowanego pola do ciał może obejmować kilka form. Na przykład zderzenie sprężyste (zderzenie) dwóch ciał stałych w postaci kul bilardowych obejmuje zarówno zmianę położenia kul względem siebie i stołu w czasie, jak i obrót kul oraz tarcie kulki na powierzchni stołu i powietrza oraz ruch cząstek każdej kulki i praktycznie odwracalna zmiana kształtu kulek podczas zderzenia sprężystego oraz wymiana energii kinetycznej z jej częściową konwersją na energię wewnętrzną kulki podczas zderzenia sprężystego, a także przenoszenie ciepła między kulkami, powietrzem i powierzchnią stołu oraz możliwy rozpad radioaktywny jąder niestabilnych izotopów zawartych w kulkach oraz przenikanie neutrin promieni kosmicznych przez kulki itp. Wraz z rozwojem materii i pojawieniem się chemicznych, astronomicznych, geologicznych, geograficznych, biologicznych i społecznie uwarunkowanych obiektów materialnych formy ruchu stają się bardziej złożone i bardziej zróżnicowane. W ruchu chemicznym można więc dostrzec zarówno fizyczne formy ruchu, jak i jakościowo nowe, nieredukowalne do fizycznych, chemicznych formy. W ruchu obiektów astronomicznych, geologicznych, geograficznych, biologicznych i społecznie uwarunkowanych można dostrzec zarówno fizyczne i chemiczne formy ruchu, jak i jakościowo nowe, nieredukowalne do fizycznych i chemicznych, odpowiednio astronomicznych, geologicznych, geograficznych, biologicznych czy społecznie. uwarunkowane formy ruchu. Jednocześnie dolne formy ruchu materii nie różnią się od siebie przedmiotami materialnymi o różnym stopniu złożoności. Na przykład ruch fizyczny cząstek elementarnych, jąder atomowych i atomów nie różni się w przypadku obiektów materialnych astronomicznych, geologicznych, geograficznych, biologicznych czy społecznie uwarunkowanych. W badaniu złożonych form ruchu należy unikać dwóch skrajności. Po pierwsze, badania złożonej formy ruchu nie można sprowadzić do prostych form ruchu, a złożonej formy ruchu nie można wyprowadzić z form prostych. Na przykład ruchu biologicznego nie można wyprowadzić wyłącznie z fizycznych i chemicznych form ruchu, ignorując same biologiczne formy ruchu. Po drugie, nie można ograniczać się do studiowania tylko złożonych form ruchu, ignorując te proste. Na przykład badanie ruchu biologicznego jest dobrym uzupełnieniem badania fizycznych i chemicznych form ruchu, które przejawiają się w tym przypadku.
2. Zdolność materii do samorozwoju
Jak wiadomo, samorozwój materii, a materia jest zdolna do samorozwoju, charakteryzuje się spontanicznym, ukierunkowanym i nieodwracalnym stopniowym komplikowaniem się form poruszającej się materii. Spontaniczny samorozwój materii oznacza, że proces stopniowego komplikowania się form poruszającej się materii zachodzi samoistnie, naturalnie, bez udziału jakichkolwiek nienaturalnych lub nadprzyrodzonych sił Stwórcy, z przyczyn wewnętrznych, naturalnych. Kierunek samorozwoju materii oznacza rodzaj kanalizacji procesu stopniowego komplikowania się form przemieszczania się materii z jednej z jej form, które istniały wcześniej, do innej formy, która pojawiła się później: dla każdej nowej formy poruszania się materii można możesz znaleźć poprzednią formę poruszającej się materii, która dała jej początek, i odwrotnie, dla każdej poprzedniej formy poruszającej się materii możesz znaleźć nową formę poruszającej się materii, która z niej powstała. Jednocześnie poprzednia forma poruszającej się materii zawsze istniała przed nową formą poruszającej się materii, która z niej powstała, poprzednia forma jest zawsze starsza niż nowa forma, która z niej powstała. Ze względu na kanalizację samorozwoju poruszającej się materii powstaje rodzaj szeregu stopniowych komplikacji jej form, pokazując, w jakim kierunku, a także przez które formy pośrednie (przejściowe) historyczny rozwój tej lub innej formy przenoszenie materii kontynuowane. Nieodwracalność samorozwoju materii oznacza, że proces stopniowego komplikowania się form poruszającej się materii nie może iść w przeciwnym kierunku, wstecz: nowa forma poruszającej się materii nie może spowodować powstania poprzedzającej ją formy poruszającej się materii, z którego powstał, ale może stać się poprzednią formą dla nowych form. A jeśli nagle jakaś nowa forma poruszającej się materii okaże się bardzo podobna do jednej z poprzedzających ją form, to nie oznacza to, że poruszająca się materia zaczęła się rozwijać w przeciwnym kierunku: pojawiła się poprzednia forma poruszającej się materii znacznie wcześniej, a nowa forma poruszającej się materii, nawet i bardzo do niej podobna, pojawiła się znacznie później i jest, chociaż podobna, ale zasadniczo inną formą poruszającej się materii.
3. Komunikacja i interakcja obiektów materialnych
Integralnymi właściwościami materii są komunikacja i interakcja, które są przyczyną jej ruchu. Ponieważ połączenie i interakcja są przyczyną ruchu materii, dlatego połączenie i interakcja, podobnie jak ruch, są uniwersalne, tj. nieodłączne od wszystkich obiektów materialnych, niezależnie od ich natury, pochodzenia i złożoności. Wszystkie zjawiska w świecie materialnym są zdeterminowane (w sensie uwarunkowania) przez naturalne materialne powiązania i interakcje, a także obiektywne prawa natury, odzwierciedlające prawa powiązania i interakcji. „W tym sensie na świecie nie ma nic nadprzyrodzonego i absolutnie przeciwnego materii”. 1 Interakcja, podobnie jak ruch, jest formą bycia (istnienia) materii. Istnienie wszystkich obiektów materialnych przejawia się w interakcji. Dla każdego materialnego „obiektu istnienie oznacza w jakiś sposób manifestowanie się w stosunku do innych obiektów materialnych, wchodzenie z nimi w interakcję, przebywanie z nimi w obiektywnych powiązaniach i relacjach. Gdyby hipotetyczny materialny „obiekt, który w żaden sposób nie zamanifestował się w stosunku do jakichś innych materialnych obiektów, nie byłby z nimi w żaden sposób związany, nie wchodziłby z nimi w interakcje, to nie istniałby dla tych innych materialnych obiektów. „Ale nasze założenie o nim również nie mogło być oparte na niczym, ponieważ z powodu braku interakcji nie mielibyśmy o nim żadnych informacji”. 2 Interakcja to proces wzajemnego oddziaływania jednych obiektów materialnych na inne z wymianą energii. Oddziaływanie obiektów rzeczywistych może być bezpośrednie, np. w postaci zderzenia (kolizji) dwóch ciał stałych. A może się to zdarzyć na odległość. W tym przypadku wzajemne oddziaływanie obiektów rzeczywistych zapewniają związane z nimi pola podstawowe bozonowe (miernikowe). Zmiana w jednym obiekcie materialnym powoduje wzbudzenie (odchylenie, perturbacja, fluktuacja) związanego z nim odpowiedniego pola podstawowego bozonowego (mierniczego), a to wzbudzenie rozchodzi się w postaci fali o skończonej prędkości nieprzekraczającej prędkości światła w próżni (prawie 300 tysięcy km / z). Oddziaływanie rzeczywistych obiektów na odległość, zgodnie z kwantowo-polowym mechanizmem przenoszenia oddziaływań, ma charakter wymienny, ponieważ oddziaływanie przenoszone jest przez cząstki nośnika w postaci kwantów odpowiedniego pola bozonowego (wskaźnika). Różne bozony jako cząstki nośnika oddziaływań są wzbudzeniami (odchyleniami, perturbacjami, fluktuacjami) odpowiednich podstawowych pól bozonowych (mierników): podczas emisji i absorpcji obiektu materialnego są one rzeczywiste, a podczas propagacji są wirtualne. Okazuje się, że w każdym razie oddziaływanie obiektów materialnych, nawet na odległość, jest działaniem o krótkim zasięgu, ponieważ odbywa się bez żadnych luk, pustek. Oddziaływaniu cząstki z antycząstką materii towarzyszy ich anihilacja, czyli przekształcenie w odpowiednie pole fundamentalne fermionowe (spinorowe). W tym przypadku ich masa (energia grawitacyjna) jest zamieniana na energię odpowiedniego pola podstawowego fermionowego (spinorowego). Wirtualne cząstki wzbudzonej (odchylającej się, zaburzającej, „drżącej”) próżni fizycznej mogą oddziaływać z rzeczywistymi cząstkami, jakby je otaczając, towarzysząc im w postaci tzw. piany kwantowej. Na przykład w wyniku oddziaływania elektronów atomu z wirtualnymi cząstkami fizycznej próżni następuje pewne przesunięcie ich poziomów energetycznych w atomach, podczas gdy same elektrony wykonują ruchy oscylacyjne o małej amplitudzie. Istnieją cztery rodzaje oddziaływań podstawowych: grawitacyjne, elektromagnetyczne, słabe i silne. „Oddziaływanie grawitacyjne przejawia się we wzajemnym przyciąganiu… obiektów materialnych posiadających masę” 1 spoczynku, tj. obiektów materialnych, na dowolnych dużych odległościach. Zakłada się, że wzbudzona próżnia fizyczna, która generuje wiele cząstek elementarnych, jest zdolna do manifestacji odpychania grawitacyjnego. Oddziaływanie grawitacyjne jest przenoszone przez grawitony pola grawitacyjnego. Pole grawitacyjne łączy ciała i cząstki z masą spoczynkową. Do rozchodzenia się pola grawitacyjnego w postaci fal grawitacyjnych (wirtualne grawitony) nie jest wymagane żadne medium. Oddziaływanie grawitacyjne jest najsłabsze w swojej sile, dlatego jest nieistotne w mikroświecie ze względu na znikomość mas cząstek, w makrokosmosie jego manifestacja jest zauważalna i powoduje np. upadek ciał na Ziemię i w megaświecie odgrywa wiodącą rolę ze względu na ogromne masy ciał megaświata i zapewnia np. obrót Księżyca i sztucznych satelitów wokół Ziemi; powstawanie i ruch planet, planetoid, komet i innych ciał w Układzie Słonecznym oraz jego integralność; powstawanie i ruch gwiazd w galaktykach - gigantyczne układy gwiezdne, w tym do setek miliardów gwiazd, połączonych wzajemną grawitacją i wspólnym pochodzeniem, a także ich integralnością; integralność gromad galaktyk - układy stosunkowo blisko oddalonych galaktyk połączonych siłami grawitacyjnymi; integralność Metagalaktyki - systemu wszystkich znanych gromad galaktyk, połączonych siłami grawitacyjnymi, jako badana część Wszechświata, integralność całego Wszechświata. Oddziaływanie grawitacyjne warunkuje koncentrację rozproszonej we Wszechświecie materii i włączenie jej w nowe cykle rozwojowe. „Oddziaływanie elektromagnetyczne jest spowodowane ładunkami elektrycznymi i jest przenoszone” 1 przez fotony pola elektromagnetycznego na dowolne duże odległości. Pole elektromagnetyczne łączy ciała i cząstki, które mają ładunki elektryczne. Ponadto stacjonarne ładunki elektryczne są połączone tylko składową elektryczną pola elektromagnetycznego w postaci pola elektrycznego, a ruchome ładunki elektryczne są połączone zarówno składową elektryczną, jak i magnetyczną pola elektromagnetycznego. Do rozchodzenia się pola elektromagnetycznego w postaci fal elektromagnetycznych nie jest wymagane żadne dodatkowe medium, ponieważ „zmienne pole magnetyczne wytwarza zmienne pole elektryczne, które z kolei jest źródłem zmiennego pola magnetycznego” 2 . „Oddziaływanie elektromagnetyczne może przejawiać się zarówno jako przyciąganie (między przeciwnymi ładunkami), jak i odpychanie (między” 3 podobnymi ładunkami). Oddziaływanie elektromagnetyczne jest znacznie silniejsze niż grawitacyjne. Przejawia się zarówno w mikrokosmosie, jak iw makrokosmosie i megaświecie, ale w makrokosmosie należy do niego wiodąca rola. Oddziaływanie elektromagnetyczne zapewnia oddziaływanie elektronów z jądrami. Oddziaływanie międzyatomowe i międzycząsteczkowe jest elektromagnetyczne, dzięki temu istnieją np. cząsteczki i zachodzi chemiczna forma ruchu materii, istnieją ciała i określa się ich stany skupienia, sprężystość, tarcie, napięcie powierzchniowe cieczy, wzrok Funkcje. W ten sposób oddziaływanie elektromagnetyczne zapewnia stabilność atomów, cząsteczek i ciał makroskopowych. Oddziaływanie słabe obejmuje cząstki elementarne o masie spoczynkowej, przenoszone przez „wiony” o 4 polach cechowania. Pola słabego oddziaływania wiążą różne cząstki elementarne z masą spoczynkową. Oddziaływanie słabe jest znacznie słabsze niż oddziaływanie elektromagnetyczne, ale silniejsze niż oddziaływanie grawitacyjne. Ze względu na swoje krótkie działanie przejawia się tylko w mikrokosmosie, powodując np. większość samorozpadów cząstek elementarnych (np. samorozpady wolnego neutronu z udziałem ujemnie naładowanego bozonu cechowania w proton , elektron i antyneutrino elektronowe, czasami powstaje inny foton), oddziaływanie neutrina z resztą substancji. Oddziaływanie silne przejawia się wzajemnym przyciąganiem hadronów, do których należą struktury kwarkowe, np. mezony dwukwarkowe i nukleony trójkwarkowe. Jest ona przekazywana przez gluony pól gluonowych. Pola gluonowe wiążą hadrony. Jest to oddziaływanie najsilniejsze, ale ze względu na swoje krótkie działanie przejawia się tylko w mikrokosmosie, zapewniając np. wiązanie kwarków w nukleonach, wiązanie nukleonów w jądrach atomowych, zapewniając ich stabilność. Oddziaływanie silne jest 1000 razy silniejsze niż oddziaływanie elektromagnetyczne i nie pozwala na rozpraszanie się podobnie naładowanych protonów zjednoczonych w jądrze. Reakcje termojądrowe, w których kilka jąder łączy się w jedno, są również możliwe dzięki silnemu oddziaływaniu. Naturalne reaktory termojądrowe to gwiazdy, które tworzą wszystkie pierwiastki chemiczne cięższe od wodoru. Ciężkie jądra multinukleonowe stają się niestabilne i ulegają rozszczepieniu, ponieważ ich wymiary przekraczają już odległość, przy której ujawnia się oddziaływanie silne. „W wyniku badań eksperymentalnych oddziaływań cząstek elementarnych… stwierdzono, że przy wysokich energiach zderzeń protonów – około 100 GeV –… oddziaływania słabe i elektromagnetyczne nie różnią się – można je uznać za pojedyncze elektrosłabe interakcja." 1 Przyjmuje się, że „przy energii 10 15 GeV łączy je oddziaływanie silne, a przy” 2 nawet „większych energiach oddziaływania cząstek (do 10 19 GeV) lub przy ekstremalnie wysokiej temperaturze materii wszystkie cztery podstawowe interakcje charakteryzują się tą samą siłą, tj. reprezentują jedną interakcję” 3 w postaci „supermocarstwa”. Być może takie wysokoenergetyczne warunki istniały na początku rozwoju Wszechświata, który wyłonił się z fizycznej próżni. W procesie dalszej ekspansji Wszechświata, któremu towarzyszyło gwałtowne ochłodzenie uformowanej materii, oddziaływanie integralne najpierw podzielono na elektrosłabe, grawitacyjne i silne, a następnie oddziaływanie elektrosłabe zostało podzielone na elektromagnetyczne i słabe, czyli na cztery interakcje zasadniczo różniące się od siebie.
BIBLIOGRAFIA:
Karpenkov, S.Kh Podstawowe koncepcje nauk przyrodniczych [Tekst]: podręcznik. dodatek dla uniwersytetów / S. Kh. Karpenkov. - wyd. 2, poprawione. i dodatkowe - M. : Projekt akademicki, 2002. - 368 s. Koncepcje współczesnych nauk przyrodniczych [Tekst]: podręcznik. dla uczelni / wyd. V. N. Lavrinenko, V. P. Ratnikova. - 3. ed., poprawione. i dodatkowe - M. : UNITI-DANA, 2005. - 317 s. Filozoficzne problemy nauk przyrodniczych [Tekst]: podręcznik. dodatek dla doktorantów i studentów filozofii. i natury. fałsz. un-tov / Wyd. S.T. Meljuchina. - M. : Szkoła Wyższa, 1985. - 400 s. Tsyupka, V.P. Przyrodniczy obraz świata: koncepcje współczesnej nauki przyrodniczej [Tekst]: podręcznik. zasiłek / V. P. Tsyupka. - Biełgorod: IPK NRU "BelGU", 2012. - 144 pkt. Tsyupka, V.P. Koncepcje współczesnej fizyki, stanowiące nowoczesny fizyczny obraz świata [Zasób elektroniczny] // Naukowe archiwum elektroniczne Rosyjskiej Akademii Nauk Przyrodniczych: niestacjonarne. elektron. naukowy por. „Koncepcje współczesnych nauk przyrodniczych lub obraz przyrodniczy świata” URL: http://witryna/artykuł/6315(wysłano: 31.10.2011) Yandex. Słowniki. [Zasób elektroniczny] URL: http://slovari.yandex.ru/ 1Karpenkov S. Kh. Podstawowe pojęcia z nauk przyrodniczych. M. Projekt akademicki. 2002, s. 60. 2Filozoficzne problemy nauk przyrodniczych. M. Szkoła Wyższa. 1985. S. 181. 3Karpenkov S. Kh. Podstawowe pojęcia z nauk przyrodniczych... S. 60. 1Karpenkov S. Kh. Podstawowe pojęcia z nauk przyrodniczych... S. 79. 1Karpenkov S. Kh. 1Filozoficzne problemy nauk przyrodniczych... S. 178. 2Ibid. S. 191. 1Karpenkov S. Kh. Podstawowe pojęcia z nauk przyrodniczych... S. 67. 1Karpenkov S. Kh. Podstawowe pojęcia z nauk przyrodniczych... S. 68. 3Filozoficzne problemy nauk przyrodniczych... S. 195. 4Karpenkov S. Kh. Podstawowe pojęcia z nauk przyrodniczych... S. 69. 1Karpenkov S. Kh. Podstawowe pojęcia z nauk przyrodniczych... S. 70. 2Koncepcje współczesnych nauk przyrodniczych. M. JEDNOŚĆ-DANA. 2005. S. 119. 3Karpenkov S. Kh. Podstawowe pojęcia z nauk przyrodniczych... S. 71.
Tsyupka wiceprezes NA ZROZUMIENIE RUCHU MATERII, JEJ ZDOLNOŚCI DO ROZWOJU ORAZ POŁĄCZENIA I INTERAKCJI OBIEKTÓW MATERIALNYCH WE WSPÓŁCZESNEJ PRZYRODZIE // Naukowe archiwum elektroniczne.
URL: (data dostępu: 17.03.2020).
|
±1 |
1
|
80,4
|
Słaba interakcja |
| Z0 |
0
|
1
|
91,2
|
Słaba interakcja |
| Gluon |
0
|
1
|
0
|
Silna interakcja |
| bozon Higgsa |
0
|
0
|
≈125,09±0,24 |
masa bezwładna |
| Pokolenie
|
|
Kwarki z ładunkiem (+2/3) |
|
Kwarki z ładunkiem (−1/3) |
|
|
|
|
Symbol kwarka/antykwarka |
Masa (MeV) |
|
Nazwa/smak kwarków/antykwarków |
Symbol kwarka/antykwarka |
Masa (MeV) |
|---|
| 1
|
|
u-kwark (kwark górny) / anty-kwark u |
|
od 1,5 do 3 |
|
kwark d (kwark dolny) / antykwark d |
|
4,79±0,07 |
| 2
|
|
c-kwark (kwark-czarny) / anty-kwark-c |
|
1250±90 |
|
s-kwark (dziwny kwark) / anty-s-kwark |
|
95±25 |
| 3
|
|
t-kwark (górny) / anty-t-kwark |
|
174 200 ± 3300 |
|
b-kwark (dolny kwark) / anty-b-kwark |
|
4200±70 |
Zobacz też
Napisz recenzję artykułu „Cząstka podstawowa”
Uwagi
Spinki do mankietów
- S. A. Sławatyński// Moskiewski Instytut Fizyki i Technologii (Dolgoprudny, obwód moskiewski)
- Sławatiński S.A. // SOZH, 2001, nr 2, s. 62–68 archiwum web.archive.org/web/20060116134302/journal.issep.rssi.ru/annot.php?id=S1176
- // nuclphys.sinp.msu.ru
- // druga-fizyka.ru
- // fizyka.ru
- // natura.web.ru
- // natura.web.ru
- // natura.web.ru
|
|
|---|
|
|
Fundamentalny
cząstki
| |
|---|
|
|
Złożony
cząstki | |
| |
|---|
|
|
Znajomości
podstawowe i/lub
cząstki składowe
| |
|---|
|
|
|
| |
|---|
|
|---|
|
|
Inny
Klasyfikacja
cząstki
| |
|---|
|
Fragment charakteryzujący cząstkę fundamentalną
Następnego dnia obudził się późno. Wspominając wrażenia z przeszłości, przypomniał sobie przede wszystkim, że dziś musiał się przedstawić cesarzowi Franciszkowi, wspomniał ministra wojny, uprzejmego skrzydła austriackiego adiutanta Bilibina i rozmowę z poprzedniego wieczoru. Ubrany w galowy mundur, którego od dawna nie nosił, na wycieczkę do pałacu, świeży, żywy i przystojny, z zabandażowaną ręką, wszedł do gabinetu Bilibina. W biurze było czterech dżentelmenów z korpusu dyplomatycznego. Z księciem Ippolitem Kuraginem, który był sekretarzem ambasady, Bolkonsky był zaznajomiony; Bilibin przedstawił go innym.
Odwiedzający Bilibin panowie, ludzie świeccy, młodzi, bogaci i pogodni, zarówno w Wiedniu, jak i tutaj, tworzyli osobny krąg, który Bilibin, który stał na czele tego kręgu, nazwał naszym les netres. Ten krąg, składający się prawie wyłącznie z dyplomatów, miał najwyraźniej własne interesy wyższych sfer, relacje z pewnymi kobietami i urzędniczą stronę służby, która nie miała nic wspólnego z wojną i polityką. Ci panowie najwyraźniej chętnie, jako swój własny (zaszczyt, który zrobili nielicznym), przyjęli księcia Andrieja do swojego kręgu. Z grzeczności, jako temat do rozmowy, zadano mu kilka pytań o armię i bitwę, a rozmowa ponownie przerodziła się w niekonsekwentne, wesołe dowcipy i plotki.
„Ale to szczególnie dobre”, powiedział jeden z nich, opowiadając o porażce kolegi dyplomaty, „szczególnie dobrze, że kanclerz powiedział mu wprost, że jego powołanie do Londynu jest awansem i że powinien na to spojrzeć w ten sposób. Czy widzisz jego sylwetkę w tym samym czasie?...
„Ale co gorsza, panowie, zdradzam wam Kuragina: człowiek jest w nieszczęściu, a ten Don Juan, ten okropny człowiek, wykorzystuje to!”
Książę Hippolyte leżał na krześle Voltaire, z nogami na uchwycie. On śmiał się.
- Parlez moi de ca, [Cóż, dobrze, dobrze] - powiedział.
Och, Don Juanie! O wężu! słychać było głosy.
„Nie wiesz, Bołkoński”, Bilibin zwrócił się do księcia Andrieja, „że wszystkie okropności armii francuskiej (niemal powiedziałem, że armia rosyjska) są niczym w porównaniu z tym, co ten mężczyzna robił między kobietami.
- La femme est la compagne de l "homme, [Kobieta jest przyjacielem mężczyzny] - powiedział książę Hippolyte i zaczął patrzeć na swoje uniesione nogi przez lorgnetę.
Bilibin i my wybuchnęli śmiechem, patrząc Ippolitowi w oczy. Książę Andriej widział, że ten Ippolit, którego (musiał wyznać) był prawie zazdrosny o swoją żonę, był w tym towarzystwie błaznem.
„Nie, muszę cię leczyć Kuraginsem” – powiedział cicho Bilibin do Bołkońskiego. - Jest czarujący, kiedy mówi o polityce, trzeba to dostrzec.
Usiadł obok Hippolyte'a i zebrawszy fałdy na czole, rozpoczął z nim rozmowę o polityce. Książę Andriej i inni otoczyli ich obu.
- Le Cabinet de Berlin ne peut pas exprimer un sentyment d „alliance” – zaczął Hippolyte, rozglądając się znacząco po wszystkich – sans exprimer… comme dans sa derieniere note… vous comprenez… vous comprenez… et puis si sa Majeste l „Empereur ne deroge pas au principe de notre Alliance… [Gabinet berliński nie może wyrazić swojej opinii na temat sojuszu bez wyrażenia… jak w ostatniej notatce… rozumiesz… rozumiesz… jednak, jeśli Jego Wysokość Cesarz to zrobi nie zmieniaj istoty naszego sojuszu…]
- Attendez, je n "ai pas fini..." - powiedział do księcia Andrieja, chwytając go za rękę. - Je suppose que l" interwencja sera plus forte que la non interwencja. Et… — przerwał. - On ne pourra pas imputer a la fin de non recevoir notre depeche du 28 Novembre. Voila komentarz tout cela finira. [Czekaj, nie skończyłem. Myślę, że interwencja będzie silniejsza niż nieinterwencja i... Nie można uznać sprawy za zakończoną przez nieprzyjęcie naszej depeszy z 28 listopada. Jak to wszystko się skończy?]
I puścił rękę Bołkońskiego, pokazując tym, że teraz całkowicie skończył.
- Demostenes, je te reconnais au caillou que tu as cache dans ta bouche d "albo! [Demosthenes, poznaję cię po kamyku, który chowasz w swoich złotych ustach!] - powiedział Bilibin, którego włos poruszał się na głowie przyjemność.
Każdy się śmiał. Najgłośniej roześmiał się Hippolyte. Najwyraźniej cierpiał, dusił się, ale nie mógł powstrzymać się od dzikiego śmiechu, rozciągając swoją zawsze nieruchomą twarz.
- No, panowie - powiedział Bilibin - Bolkonsky jest moim gościem w domu i tutaj w Brunn i chcę go traktować jak najwięcej ze wszystkich radości życia tutaj. Gdybyśmy byli w Brunn, byłoby łatwo; ale tutaj, dans ce vilain trou morave [w tej paskudnej morawskiej dziurze], jest trudniej i proszę was wszystkich o pomoc. Il faut lui faire les honneurs de Brunn. [Muszę mu pokazać Brunna.] Ty przejmujesz teatr, ja przejmuję społeczeństwo, ty, Hippolyte, oczywiście przejmujesz kobiety.
- Musimy mu pokazać Amelie, kochana! powiedział jeden z naszych, całując koniuszki palców.
„Ogólnie rzecz biorąc, ten krwiożerczy żołnierz”, powiedział Bilibin, „należy zwrócić się ku bardziej filantropijnym poglądom.
„Prawie nie mogę skorzystać z waszej gościnności, panowie, a teraz nadszedł czas, abym poszedł” – powiedział Bolkonsky, spoglądając na zegarek.
- Gdzie?
- Do cesarza.
- O! o! o!
- Cóż, do widzenia, Bolkonsky! Żegnaj, książę; przyjdź wcześniej na obiad - głosy poszły. - Dbamy o ciebie.
„W rozmowie z cesarzem staraj się jak najbardziej chwalić porządek w dostawie prowiantu i tras” – powiedział Bilibin, eskortując Bołkońskiego na front.
„I chciałbym pochwalić, ale nie mogę, o ile wiem”, odpowiedział Bolkonsky z uśmiechem.
Cóż, mów tyle, ile możesz. Jego pasją jest publiczność; ale on nie lubi mówić i nie wie jak, jak zobaczysz. | Z0 |
0
|
1
|
91,2
|
Słaba interakcja |
| Gluon |
0
|
1
|
0
|
Silna interakcja |
| bozon Higgsa |
0
|
0
|
≈125,09±0,24 |
masa bezwładna |
| Pokolenie
|
|
Kwarki z ładunkiem (+2/3) |
|
Kwarki z ładunkiem (−1/3) |
|
|
|
|
Symbol kwarka/antykwarka |
Masa (MeV) |
|
Nazwa/smak kwarków/antykwarków |
Symbol kwarka/antykwarka |
Masa (MeV) |
|---|
| 1
|
|
u-kwark (kwark górny) / anty-kwark u |
texvc nie znaleziono; Zobacz matematykę/README, aby uzyskać pomoc dotyczącą konfiguracji.): u / \, \overline(u)
|
od 1,5 do 3 |
|
kwark d (kwark dolny) / antykwark d |
Nie można przeanalizować wyrażenia (plik wykonywalny) texvc nie znaleziono; Zobacz matematykę/README, aby uzyskać pomoc dotyczącą konfiguracji.): d / \, \overline(d)
|
4,79±0,07 |
| 2
|
|
c-kwark (kwark-czarny) / anty-kwark-c |
Nie można przeanalizować wyrażenia (plik wykonywalny) texvc nie znaleziono; Zobacz math/README, aby uzyskać pomoc dotyczącą konfiguracji.): c / \, \overline(c)
|
1250±90 |
|
s-kwark (dziwny kwark) / anty-s-kwark |
Nie można przeanalizować wyrażenia (plik wykonywalny) texvc nie znaleziono; Zobacz matematykę/README, aby uzyskać pomoc dotyczącą konfiguracji.): s / \, \overline(s)
|
95±25 |
| 3
|
|
t-kwark (górny) / anty-t-kwark |
Nie można przeanalizować wyrażenia (plik wykonywalny) texvc nie znaleziono; Zobacz matematykę/README, aby uzyskać pomoc dotyczącą konfiguracji.): t / \, \overline(t)
|
174 200 ± 3300 |
|
b-kwark (dolny kwark) / anty-b-kwark |
Nie można przeanalizować wyrażenia (plik wykonywalny) texvc nie znaleziono; Zobacz math/README, aby uzyskać pomoc dotyczącą konfiguracji.): b / \, \overline(b)
|
4200±70 |
Zobacz też
Napisz recenzję artykułu „Cząstka podstawowa”
Uwagi
Spinki do mankietów
- S. A. Sławatyński// Moskiewski Instytut Fizyki i Technologii (Dolgoprudny, obwód moskiewski)
- Sławatiński S.A. // SOZH, 2001, nr 2, s. 62–68 archiwum http://web.archive.org/web/20060116134302/http://journal.issep.rssi.ru/annot.php?id=S1176
- // nuclphys.sinp.msu.ru
- // druga-fizyka.ru
- // fizyka.ru
- // natura.web.ru
- // natura.web.ru
- // natura.web.ru
| Wyświetl ten szablon
|
|---|
|
|
Fundamentalny
cząstki
| |
|---|
|
|
Złożony
cząstki | |
| |
|---|
|
|
Znajomości
podstawowe i/lub
cząstki składowe
| |
|---|
|
|
|
| |
|
|
|---|
|
|
Nie mogłem tego dłużej znieść...
– A skąd wiesz, dokąd idziemy? – potargałem się jak zamarznięty wróbel, mruknąłem obrażony.
Więc wszystko jest napisane na twojej twarzy - uśmiechnęła się babcia.
Oczywiście nie było to wypisane na mojej twarzy, ale wiele bym dała, żeby dowiedzieć się, jak ona zawsze wszystko tak pewnie wiedziała, gdy chodziło o mnie?
Kilka minut później maszerowaliśmy razem w kierunku lasu, entuzjastycznie rozmawiając o najbardziej różnorodnych i niesamowitych historiach, o których ona oczywiście wiedziała znacznie więcej niż ja i był to jeden z powodów, dla których tak bardzo lubiłem spacerować z nią .
Byliśmy tylko we dwoje i nie było potrzeby bać się, że ktoś podsłucha i komuś może się nie spodobać to, o czym rozmawiamy.
Babcia bardzo łatwo akceptowała wszystkie moje dziwactwa i nigdy się niczego nie bała; a czasami, jak widziała, że jestem w czymś kompletnie „zagubiony”, dawała mi rady, które pomogły mi wyjść z tej czy innej niepożądanej sytuacji, ale najczęściej po prostu obserwowała, jak reaguję na trudności życiowe, które już się utrwaliły, bez końca, który natknąłem się na moją „kolczastą” ścieżkę. Ostatnio zaczęło mi się wydawać, że moja babcia tylko czeka na coś nowego, aby zobaczyć, czy dojrzałam przynajmniej pięta, czy jeszcze „gotowałam się” w moim „szczęśliwym dzieciństwie”, nie chcąc dostać z krótkich koszulek dziecięcych. Ale nawet za jej „okrutne” zachowanie bardzo ją kochałem i starałem się wykorzystywać każdą dogodną chwilę, by spędzać z nią czas jak najczęściej.
Las przywitał nas przyjaznym szelestem złotych jesiennych liści. Pogoda dopisała i można było mieć nadzieję, że mój nowy znajomy, „szczęście przypadkiem”, też tam będzie.
Zerwałam mały bukiet skromnych jesiennych kwiatów, które jeszcze pozostały, a kilka minut później byliśmy już w pobliżu cmentarza, u którego bram… w tym samym miejscu siedziała ta sama miniaturowa słodka staruszka…
„I myślałem, że nie mogę na ciebie czekać!” szczęśliwie przywitała się.
Dosłownie „opadła mi szczęka” z takiego zaskoczenia iw tym momencie najwyraźniej wyglądałem dość głupio, bo staruszka śmiejąc się wesoło podeszła do nas i delikatnie poklepała mnie po policzku.
- No idź, kochanie, Stella już na ciebie czekała. I posiedzimy tu chwilę...
Nie zdążyłem nawet zapytać, jak dostanę się do tej samej Stelli, jak wszystko znowu gdzieś zniknęło, a znalazłem się w znajomym już, iskrzącym i opalizującym świecie wybujałej fantazji Stelli i nie mając czasu na zaglądanie wokół lepiej, właśnie tam usłyszał entuzjastyczny głos:
„Och, dobrze, że przyszedłeś! A ja czekałem, czekałem!
Dziewczyna podleciała do mnie jak trąba powietrzna i klepnęła mnie prosto w ręce... mały czerwony "smok"... Cofnąłem się z zaskoczenia, ale od razu zaśmiałem się wesoło, bo to było najbardziej zabawne i zabawne stworzenie na świecie !...
„Smok”, jeśli można go tak nazwać, wybrzuszył swój delikatny różowy brzuch i syknął na mnie groźnie, najwyraźniej mając nadzieję, że mnie w ten sposób przestraszy. Ale kiedy zobaczył, że nikt się tu nie boi, spokojnie usiadł mi na kolanach i zaczął spokojnie chrapać, pokazując, jaki jest dobry i jak bardzo trzeba go kochać…
Zapytałem Stelę, jak się nazywa i jak dawno go stworzyła.
Och, nawet nie wymyśliłem jeszcze nazwiska! I pojawił się właśnie teraz! Naprawdę go lubisz? dziewczyna zaćwierkała radośnie i poczułem, że cieszy się, że znów mnie widzi.
- To jest dla ciebie! powiedziała nagle. Będzie mieszkał z tobą.
Mały smok zabawnie wyciągnął kolczasty pysk, najwyraźniej decydując się sprawdzić, czy mam coś ciekawego... I nagle polizał mnie prosto w nos! Stella pisnęła z zachwytu i najwyraźniej była bardzo zadowolona ze swojej pracy.
— No dobrze — zgodziłem się — dopóki tu jestem, może być ze mną.
– Nie zabierzesz go ze sobą? Stella była zaskoczona.
I wtedy zdałem sobie sprawę, że najwyraźniej w ogóle nie wie, że jesteśmy „inni” i że nie żyjemy już w tym samym świecie. Najprawdopodobniej babcia, aby jej współczuć, nie powiedziała dziewczynie całej prawdy i szczerze myślała, że to dokładnie ten sam świat, w którym żyła wcześniej, z tą różnicą, że teraz może nadal sama tworzy swój świat...
Wiedziałem na pewno, że nie chcę być tym, który powie tej ufnej dziewczynce, jak naprawdę wygląda jej życie. Była usatysfakcjonowana i szczęśliwa w tej „swojej” fantastycznej rzeczywistości, a ja w myślach przysiągłem sobie, że nigdy i nigdy nie będę tym, który zniszczy ten jej baśniowy świat. Po prostu nie mogłem zrozumieć, jak moja babcia wyjaśniła nagłe zniknięcie całej swojej rodziny i w ogóle wszystkiego, w czym teraz żyła?..
„Widzisz”, powiedziałem z lekkim wahaniem, uśmiechając się, „tam, gdzie mieszkam, smoki nie są zbyt popularne…
Więc nikt go nie zobaczy! - ćwierkała wesoło mała dziewczynka.
To było jak góra z moich ramion!... Nienawidziłem leżeć ani wychodzić, a zwłaszcza przed tak czystym małym człowieczkiem jak Stella. Okazało się, że doskonale wszystko rozumiała i jakoś udało jej się połączyć radość tworzenia i smutek po stracie najbliższych.
„W końcu znalazłem tu przyjaciela!” - oznajmiła triumfalnie dziewczynka. |
|---|
|
|---|
|
|---|
|
Do niedawna kilkaset cząstek i antycząstek uważano za elementarne. Szczegółowe badanie ich właściwości i interakcji z innymi cząstkami oraz rozwój teorii wykazały, że większość z nich w rzeczywistości nie jest elementarna, ponieważ same składają się z najprostszych lub, jak mówią teraz, cząstek podstawowych. Same cząstki fundamentalne nie składają się już z niczego. Liczne eksperymenty wykazały, że wszystkie cząstki fundamentalne zachowują się jak bezwymiarowe obiekty punktowe, które nie mają struktury wewnętrznej, przynajmniej do najmniejszych badanych obecnie odległości ~10 -16 cm.
Wstęp
Wśród niezliczonych i różnorodnych procesów interakcji między cząstkami istnieją cztery podstawowe lub fundamentalne oddziaływania: silne (jądrowe), elektromagnetyczne i grawitacyjne. W świecie cząstek oddziaływanie grawitacyjne jest bardzo słabe, jego rola jest wciąż niejasna i nie będziemy o tym dalej mówić.
W przyrodzie istnieją dwie grupy cząstek: hadrony, które uczestniczą we wszystkich fundamentalnych oddziaływaniach oraz leptony, które uczestniczą nie tylko w silnym oddziaływaniu.
Zgodnie ze współczesnymi koncepcjami oddziaływania między cząstkami odbywają się poprzez emisję, a następnie absorpcję kwantów odpowiedniego pola (silnego, słabego, elektromagnetycznego) otaczającego cząstkę. Takie kwanty to bozony cechowania, które są również cząstkami fundamentalnymi. Bozony mają swój własny moment pędu, zwany spinem, równy całkowitej wartości stałej Plancka $h = 1,05 \cdot 10^(-27) erg \cdot c$. Kwantami pola i odpowiednio nośnikami oddziaływania silnego są gluony oznaczane symbolem g, kwantami pola elektromagnetycznego są dobrze znane kwanty światła - fotony, oznaczane przez $\gamma $, a kwanty pola elektromagnetycznego kwantami pola słabego i odpowiednio nośnikami oddziaływań słabych są W± (podwójne ve) - i Z 0 (zera zet)-bozonów.
W przeciwieństwie do bozonów, wszystkie inne cząstki podstawowe są fermionami, to znaczy cząstkami, które mają spin połówkowy równy h/2.
W tabeli. 1 przedstawia symbole podstawowych fermionów - leptonów i kwarków.
Każda cząstka podana w tabeli. 1 odpowiada antycząstce, która różni się od cząstki jedynie znakami ładunku elektrycznego i innymi liczbami kwantowymi (patrz Tabela 2) oraz kierunkiem spinu względem kierunku pędu cząstki. Antycząstki oznaczymy tymi samymi symbolami, co cząstki, ale nad symbolem falistej linii.
Cząstki w tabeli. 1 oznaczamy literami greckimi i łacińskimi, a mianowicie: litera $\nu$ - trzy różne neutrina, litery e - elektron, $\mu$ - mion, $\tau$ - taon, litery u, c, t, d, s , b oznacza kwarki; ich nazwy i charakterystykę podano w tabeli. 2.
Cząstki w tabeli. 1 są pogrupowane na trzy generacje I, II i III zgodnie ze strukturą współczesnej teorii. Nasz Wszechświat zbudowany jest z cząstek pierwszej generacji – leptonów i kwarków oraz bozonów cechowania, ale jak pokazuje współczesna nauka o rozwoju Wszechświata, w początkowej fazie jego rozwoju ważną rolę odgrywały cząstki wszystkich trzech generacji.
| Leptony |
Kwarki |
| I |
II |
III |
$\nu_e$
mi
|
$\nu_(\mu)$
$\mu$ |
$\nu_(\tau)$
$\tau$ |
|
|
Leptony
Rozważmy najpierw bardziej szczegółowo właściwości leptonów. W górnej linii stołu 1 zawiera trzy różne neutrina: elektron $\nu_e$, mion $\nu_m$ i neutrino tau $\nu_t$. Ich masa nie została jeszcze dokładnie zmierzona, ale wyznaczono jej górną granicę, na przykład dla ne równego 10 -5 masy elektronu (czyli $\leq 10^(-32)$ g).
Patrząc na tabelę. Mimowolnie stawiam pytanie, dlaczego natura potrzebowała stworzenia trzech różnych neutrin. Na to pytanie nie ma jeszcze odpowiedzi, ponieważ nie powstała tak kompleksowa teoria cząstek elementarnych, która wskazywałaby na konieczność i wystarczalność wszystkich takich cząstek oraz opisywałaby ich główne właściwości. Być może ten problem zostanie rozwiązany w XXI wieku (lub później).
Dolna linia tabeli. 1 zaczyna się od cząstki, którą badaliśmy najbardziej - elektronu. Elektron został odkryty pod koniec ubiegłego wieku przez angielskiego fizyka J. Thomsona. Rola elektronów w naszym świecie jest ogromna. Są to te ujemnie naładowane cząstki, które wraz z jądrami atomowymi tworzą wszystkie znane nam atomy pierwiastków układu okresowego. W każdym atomie liczba elektronów jest dokładnie równa liczbie protonów w jądrze atomowym, co sprawia, że atom jest elektrycznie obojętny.
Elektron jest stabilny, główną możliwością zniszczenia elektronu jest jego śmierć w zderzeniu z antycząstką - pozytonem e + . Ten proces nazywa się anihilacją:
$$e^- + e^+ \to \gamma + \gamma .$$
W wyniku anihilacji powstają dwa kwanty gamma (tzw. fotony wysokoenergetyczne), które unoszą zarówno pozostałe energie e + i e - jak i ich energie kinetyczne. Przy wysokich energiach e + i e - tworzą się hadrony i pary kwarków (patrz np. (5) i ryc. 4).
Reakcja (1) wyraźnie ilustruje słuszność słynnego wzoru A. Einsteina o równoważności masy i energii: mi = mc 2 .
Rzeczywiście, podczas anihilacji pozytonu zatrzymanego w substancji i elektronu w spoczynku, cała ich masa spoczynkowa (równa 1,22 MeV) przechodzi w energię kwantów $\gamma$, które nie mają masy spoczynkowej.
W drugiej generacji dolnego rzędu tabeli. 1 znajduje się > mion - cząstka, która we wszystkich swoich właściwościach jest analogiem elektronu, ale o anomalnie dużej masie. Masa mionu jest 207 razy większa od masy elektronu. W przeciwieństwie do elektronu mion jest niestabilny. Czas jego życia t= 2,2 10 -6 s. Mion rozpada się głównie na elektron i dwa neutrina zgodnie ze schematem
$$\mu^- \to e^- + \tylda \nu_e +\nu_(\mu)$$
Jeszcze cięższym odpowiednikiem elektronu jest $\tau$-lepton (taon). Jego masa jest ponad 3 tys. razy większa od masy elektronu ($m_(\tau) = 1777$ MeV/c 2), czyli taon jest cięższy od protonu i neutronu. Jego żywotność wynosi 2,9 10 -13 s, a spośród ponad stu różnych schematów (kanałów) jego zaniku możliwe są:
$$\tau^-\left\langle\begin(macierz) \to e^- + \tylda \nu_e +\nu_(\tau)\\ \to \mu^- + \tylda \nu_\mu +\nu_ (\tau)\end(macierz)\prawo.$$
Mówiąc o leptonach, interesujące jest porównanie sił słabych i elektromagnetycznych w pewnej określonej odległości, na przykład R\u003d 10 -13 cm W takiej odległości siły elektromagnetyczne są prawie 10 miliardów razy większe niż siły słabe. Ale to wcale nie znaczy, że rola słabych sił w przyrodzie jest niewielka. Daleko stąd.
To właśnie siły słabe są odpowiedzialne za wiele wzajemnych przemian różnych cząstek w inne cząstki, jak np. w reakcjach (2), (3) i takie wzajemne przemiany są jedną z najbardziej charakterystycznych cech fizyki cząstek elementarnych. W przeciwieństwie do reakcji (2), (3), w reakcji (1) działają siły elektromagnetyczne.
Mówiąc o leptonach, należy dodać, że współczesna teoria opisuje oddziaływania elektromagnetyczne i słabe za pomocą zunifikowanej teorii elektrosłabej. Został opracowany przez S. Weinberga, A. Salama i S. Glashowa w 1967 roku.
Kwarki
Sama idea kwarków powstała w wyniku genialnej próby sklasyfikowania dużej liczby cząstek biorących udział w oddziaływaniach silnych i zwanych hadronami. M. Gell-Man i G. Zweig zasugerowali, że wszystkie hadrony składają się z odpowiedniego zbioru cząstek podstawowych – kwarków, ich antykwarków i nośników oddziaływania silnego – gluonów.
Całkowita liczba obserwowanych obecnie hadronów to ponad sto cząstek (i tyle samo antycząstek). Wiele dziesiątek cząstek nie zostało jeszcze zarejestrowanych. Wszystkie hadrony są podzielone na ciężkie cząstki zwane bariony, a średnie nazwane mezony.
Bariony charakteryzują się liczbą barionową b= 1 dla cząstek i b = -1 dla antybarionów. Ich narodziny i zniszczenie zawsze następują parami: barion i antybarion. Mezony mają ładunek barionowy b = 0. Zgodnie z ideą Gell-Manna i Zweiga wszystkie bariony składają się z trzech kwarków, antybariony z trzech antykwarków. Dlatego każdemu kwarkowi przypisano liczbę barionową 1/3, tak aby w sumie barion miał b= 1 (lub -1 dla antybarionu składającego się z trzech antykwarków). Mezony mają liczbę barionową b= 0, więc mogą składać się z dowolnej kombinacji par dowolnego kwarka i dowolnego antykwarka. Oprócz liczb kwantowych, które są takie same dla wszystkich kwarków - liczby spinowej i barionowej, istnieją inne ważne cechy, takie jak wielkość ich masy spoczynkowej m, wielkość ładunku elektrycznego Q/mi(we ułamkach ładunku elektronowego mi\u003d 1,6 · 10 -19 kulomb) i pewien zestaw liczb kwantowych charakteryzujących tzw. smak twarogu. Obejmują one:
1) wartość spinu izotopowego I i wielkość jego trzeciej projekcji, czyli I 3 . Więc, ty-kwark i d-kwark tworzą dublet izotopowy, mają przypisany pełny spin izotopowy I= 1/2 z rzutami I 3 = +1/2 odpowiadający ty-kwark, i I 3 = -1/2 odpowiadający d-twaróg. Oba składniki dubletu mają zbliżone wartości masy i są identyczne we wszystkich innych właściwościach, z wyjątkiem ładunku elektrycznego;
2) liczba kwantowa S- dziwność charakteryzuje dziwne zachowanie niektórych cząstek, które mają anomalnie długi czas życia (~10 -8 - 10 -13 s) w porównaniu z charakterystycznym czasem jądrowym (~10 -23 s). Same cząstki nazwano dziwnymi, zawierającymi jeden lub więcej dziwnych kwarków i dziwnych antykwarków. Powstawanie lub zanikanie dziwnych cząstek na skutek oddziaływań silnych następuje parami, czyli w każdej reakcji jądrowej suma $\Sigma$S przed reakcją musi być równa $\Sigma$S po reakcji. Jednak w oddziaływaniach słabych prawo zachowania obcości nie obowiązuje.
W eksperymentach na akceleratorach zaobserwowano cząstki, których nie można było opisać za pomocą ty-, d- oraz s-kwarki. Analogicznie do dziwności konieczne było wprowadzenie trzech nowych kwarków z nowymi liczbami kwantowymi Z = +1, W= -1 i T= +1. Cząstki składające się z tych kwarków mają znacznie większą masę (> 2 GeV/c2). Mają szeroką gamę schematów zaniku o żywotności ~10 -13 s. Zestawienie cech wszystkich kwarków podano w tabeli. 2.
Każdy kwark w tabeli. 2 odpowiada jego antykwarkowi. W przypadku antykwarków wszystkie liczby kwantowe mają znak przeciwny do oznaczenia kwarka. Co należy powiedzieć o wielkości masy kwarków. Podane w tabeli. 2 wartości odpowiadają masom nagich kwarków, czyli samych kwarków bez uwzględnienia otaczających je gluonów. Masa kwarków ubranych ze względu na energię przenoszoną przez gluony jest większa. Jest to szczególnie widoczne w przypadku najlżejszych ty- oraz d-kwarki, których powłoka gluonowa ma energię około 300 MeV.
Kwarki, które określają podstawowe właściwości fizyczne cząstek, nazywane są kwarkami walencyjnymi. Oprócz kwarków walencyjnych hadrony zawierają wirtualne pary cząstek - kwarki i antykwarki, które są emitowane i absorbowane przez gluony przez bardzo krótki czas.
(gdzie mi jest energią pary wirtualnej), co następuje z naruszeniem prawa zachowania energii zgodnie z relacją niepewności Heisenberga. Wirtualne pary kwarków to kwarki morskie lub kwarki morskie. Tak więc struktura hadronów obejmuje walencję, kwarki morskie i gluony.
Główną cechą wszystkich kwarków jest to, że są właścicielami odpowiednich silnych ładunków. Ładunki pola silnego mają trzy równe odmiany (zamiast jednego ładunku elektrycznego w teorii sił elektrycznych). W terminologii historycznej te trzy rodzaje ładunków nazywane są kolorami kwarków, a mianowicie: warunkowo czerwony, zielony i niebieski. Tak więc każdy kwark w tabeli. 1 i 2 mogą występować w trzech postaciach i są kolorową cząstką. Zmieszanie wszystkich trzech kolorów, tak jak ma to miejsce w optyce, daje kolor biały, czyli wybiela cząsteczkę. Wszystkie zaobserwowane hadrony są bezbarwne.
| Kwarki |
ty(w górę) |
d(na dół) |
s(dziwny) |
c(czar) |
b(na dole) |
t(Top) |
| Masa m0 |
(1,5-5) MeV/s 2 |
(3-9) MeV/s 2 |
(60-170) MeV/s 2 |
(1.1-4.4) GeV/c 2 |
(4.1-4.4) GeV/c 2 |
174 GeV/s 2 |
| Izospina I
|
+1/2
|
+1/2
|
0
|
0
|
0
|
0
|
| Występ I 3
|
+1/2
|
-1/2
|
0
|
0
|
0
|
0
|
| Ładunek elektryczny Q/mi
|
+2/3
|
-1/3
|
-1/3
|
+2/3
|
-1/3
|
+2/3
|
| Niesamowitość S
|
0
|
0
|
-1
|
0
|
0
|
0
|
| Czar C
|
0
|
0
|
0
|
+1
|
0
|
0
|
| Na dole B
|
0
|
0
|
0
|
0
|
-1
|
0
|
| Top T
|
0
|
0
|
0
|
0
|
0
|
+1
|
Oddziaływania kwarków są realizowane przez osiem różnych gluonów. Termin „gluon” oznacza klej w tłumaczeniu z języka angielskiego, to znaczy te kwanty pola są cząstkami, które niejako sklejają kwarki. Podobnie jak kwarki, gluony są kolorowymi cząstkami, ale ponieważ każdy gluon zmienia jednocześnie kolory dwóch kwarków (kwarka emitującego gluon i kwarka, który pochłonął gluon), gluon jest barwiony dwukrotnie, niosąc kolor i antykolor, zwykle różni się od koloru.
Masa spoczynkowa gluonów, podobnie jak fotonu, wynosi zero. Ponadto gluony są elektrycznie obojętne i nie mają słabego ładunku.
Hadrony dzieli się również zwykle na cząstki stabilne i rezonanse: barion i mezon.
Rezonanse charakteryzują się niezwykle krótkim czasem życia (~10 -20 -10 -24 s), ponieważ ich zanik jest wynikiem silnego oddziaływania.
Dziesiątki takich cząstek odkrył amerykański fizyk L.V. Alvarez. Ponieważ droga takich cząstek do rozpadu jest tak krótka, że nie można ich zaobserwować w detektorach rejestrujących ślady cząstek (takich jak komora pęcherzykowa itp.), wszystkie zostały wykryte pośrednio, poprzez obecność pików w zależności od prawdopodobieństwo oddziaływania różnych cząstek ze sobą na energię. Rysunek 1 wyjaśnia, co zostało powiedziane. Rysunek przedstawia zależność przekroju oddziaływania (proporcjonalnego do wartości prawdopodobieństwa) dodatniego pionu $\pi^+$ z protonem p z energii kinetycznej pionu. Przy energii około 200 MeV widoczny jest pik na przekroju. Jej szerokość wynosi $\Gamma = 110$ MeV, a całkowita masa cząstki $\Delta^(++)$ jest równa $T^(")_(max)+M_p c^2+M_\pi c^2 =1232$ MeV /с 2 , gdzie $T^(")_(max)$ jest energią kinetyczną zderzenia cząstek w układzie ich środka masy. Większość rezonansów można traktować jako wzbudzony stan stabilnych cząstek, ponieważ mają one taki sam skład kwarkowy jak ich stabilne odpowiedniki, chociaż masa rezonansów jest większa ze względu na energię wzbudzenia.
kwarkowy model hadronów
Zaczniemy opisywać kwarkowy model hadronów od narysowania linii pola wychodzących ze źródła - kwarka z ładunkiem kolorowym i kończących się na antykwarku (ryc. 2, b). Dla porównania na ryc. 2, a pokazujemy, że w przypadku oddziaływania elektromagnetycznego linie siły rozchodzą się od swojego źródła - ładunek elektryczny jak wentylator, ponieważ wirtualne fotony emitowane jednocześnie przez źródło nie oddziałują ze sobą. Rezultatem jest prawo Coulomba.
W przeciwieństwie do tego obrazu, same gluony mają ładunki kolorowe i silnie ze sobą oddziałują. W rezultacie zamiast wachlarza linii siły mamy wiązkę pokazaną na ryc. 2, b. Lina jest rozciągnięta między kwarkiem a antykwarkiem, ale najbardziej zaskakujące jest to, że same gluony, posiadające kolorowe ładunki, stają się źródłem nowych gluonów, których liczba wzrasta wraz z oddalaniem się od kwarku.
Taki wzorzec oddziaływania odpowiada zależności energii potencjalnej oddziaływania między kwarkami od odległości między nimi, pokazanej na ryc. 3. Mianowicie: na odległość R> 10 -13 cm, zależność U(R) ma charakter lejkowaty, a siła ładunku barwnego w tym zakresie odległości jest stosunkowo niewielka, tak że kwarki w R> 10 -15 cm w pierwszym przybliżeniu można uznać za cząstki swobodne, nieoddziałujące. Zjawisko to ma specjalną nazwę asymptotycznej swobody kwarków na małym poziomie R. Jednak kiedy R więcej niż jakaś wartość krytyczna $R_(cr) \ok 10^(-13)$ cm U(R) staje się wprost proporcjonalna do wartości R. Wynika z tego bezpośrednio, że siła F = -du/dr= const, czyli nie zależy od odległości. Żadne inne interakcje, które wcześniej badali fizycy, nie miały tak niezwykłej właściwości.
Obliczenia pokazują, że siły działające między kwarkiem a antykwarkiem rzeczywiście, począwszy od $R_(cr) \ok 10_(-13)$ cm, przestają zależeć od odległości, pozostając na poziomie ogromnej wartości bliskiej 20 ton. Na odległość R~10 -12 cm (równe promieniowi średniego jądra atomowego) siły koloru są ponad 100 tys. razy większe niż siły elektromagnetyczne. Jeśli porównamy siłę koloru z siłami jądrowymi między protonem a neutronem wewnątrz jądra atomowego, okazuje się, że siła koloru jest tysiące razy większa! W ten sposób przed fizykami otworzył się nowy wspaniały obraz kolorowych sił w przyrodzie, o wiele rzędów wielkości większy niż obecnie znane siły jądrowe. Oczywiście natychmiast pojawia się pytanie, czy takie siły mogą działać jako źródło energii. Niestety odpowiedź na to pytanie brzmi nie.
Oczywiście pojawia się kolejne pytanie: do jakich odległości R między kwarkami energia potencjalna rośnie liniowo wraz ze wzrostem R?
Odpowiedź jest prosta: na dużych odległościach pęka wiązka linii pola, ponieważ energetycznie bardziej opłacalne jest zerwanie z narodzinami pary cząstek kwark-antykwark. Dzieje się tak, gdy energia potencjalna przy zerwaniu jest większa niż masa spoczynkowa kwarka i antykwarka. Proces rozbijania wiązki linii sił pola gluonowego pokazano na ryc. 2, w.
Takie jakościowe wyobrażenia o narodzinach kwarka-antykwarka pozwalają zrozumieć, dlaczego pojedynczych kwarków w ogóle nie obserwuje się i nie można ich zaobserwować w przyrodzie. Kwarki są na zawsze uwięzione w hadronach. To zjawisko niewyrzucania kwarków nazywa się uwięzienie. Przy wysokich energiach bardziej korzystne może być pęknięcie wiązki od razu w wielu miejscach, tworząc zbiór par $q \tyldy q$. W ten sposób podeszliśmy do problemu porodów mnogich. pary kwark-antykwark oraz powstawanie dżetów twardego kwarku.
Rozważmy najpierw budowę jasnych hadronów, czyli mezonów. Składają się, jak już powiedzieliśmy, z jednego kwarka i jednego antykwarka.
Niezwykle ważne jest, aby obaj partnerzy pary mieli ten sam ładunek barwny i ten sam anty-ładunek (np. kwark niebieski i antykwark niebieski), tak aby ich para, niezależnie od smaków kwarków, nie miała koloru (a obserwujemy tylko bezbarwne cząsteczki).
Wszystkie kwarki i antykwarki mają spin (we ułamkach h) równy 1/2. Zatem całkowity spin kombinacji kwarka z antykwarkiem wynosi albo 0, gdy spiny są antyrównoległe, albo 1, gdy spiny są do siebie równoległe. Ale spin cząstki może być większy niż 1, jeśli same kwarki obracają się po pewnych orbitach wewnątrz cząstki.
W tabeli. Rysunek 3 pokazuje niektóre sparowane i bardziej złożone kombinacje kwarków ze wskazaniem, którym wcześniej znanym hadronom odpowiada ta kombinacja kwarków.
| Kwarki |
Mezony |
|
Kwarki |
bariony |
| J=0
|
J=1
|
J=1/2
|
J=3/2
|
| cząstki |
rezonanse |
cząstki |
rezonanse |
|
|
$\pi^+$
|
$\rho^+$
|
uuu
|
|
$\Delta^(++)$
|
| $\tylda u d$ |
$\pi^-$
|
$\rho^-$
|
uud
|
p
|
$\Delta^+$
|
| $u \tylda u - d \tylda d$ |
$\pi^0$
|
$\rho^0$
|
udd
|
n
(neutron) |
\Delta^0
(delta0) |
| $u \tylda u + d \tylda d$ |
$\eta$
|
$\omega$
|
ddd
|
|
$\Delta^-$
|
| $d \tylda s$ |
$k^0$
|
$k^0*$
|
uus
|
$\Sigma^+$
|
$\Sigma^+*$
|
| $u \tylda s$ |
$k^+$
|
$k^+*$
|
wrzuć
|
$\Lambda^0$
|
$\Sigma^0*$
|
| $\tylda nas $ |
$k^-$
|
$k^-*$
|
dds
|
$\Sigma^-$
|
$\Sigma^-*$
|
| $c \tylda d$ |
$D^+$
|
$D^+*$
|
uss
|
$\Xi^0$
|
$\Xi^0*$
|
| $c \tylda s$ |
$D^+_s$
|
$D^+_s*$
|
dss
|
$\Xi^-$
|
$\Xi^-*$
|
| $c \tylda c$ |
Charmonium |
$J/\psi$
|
sss
|
$\Omega^-$
|
|
| $b \tylda b$ |
Bottonium |
Ipsilon |
udc
|
$\Lambda^+_c$
(lambda-ce+) |
|
| $c \tylda u$ |
$D^0$
|
$D^0*$
|
uuc
|
$\Sigma^(++)_c$
|
|
| $b \tylda u$ |
$B^-$
|
$B*$
|
udb
|
$\Lambda_b$
|
|
Spośród najlepiej zbadanych obecnie mezonów i rezonansów mezonowych największą grupę stanowią lekkie cząstki niearomatyczne, których liczby kwantowe S = C = B= 0. Ta grupa obejmuje około 40 cząstek. Tabela 3 zaczyna się od pionów $\pi$ ±,0 odkrytych przez angielskiego fizyka S.F. Powella w 1949 roku. Naładowane piony żyją około 10 -8 s, rozpadając się na leptony według następujących schematów:
$\pi^+ \do \mu + \nu_(\mu)$ i $\pi^- \do \mu^- + \tylda \nu_(\mu)$.
Ich „krewni” w tabeli. 3 - rezonanse $\rho$ ±,0 (mezony rho) w przeciwieństwie do pionów mają spin J= 1, są niestabilne i żyją tylko około 10 -23 s. Przyczyną zaniku $\rho$ ±,0 jest oddziaływanie silne.
Przyczyną rozpadu naładowanych pionów jest oddziaływanie słabe, a mianowicie fakt, że kwarki tworzące cząstkę są w stanie emitować i absorbować w wyniku oddziaływania słabego przez krótki czas. t zgodnie z zależnością (4), wirtualne bozony cechowania: $u \to d + W^+$ lub $d \to u + W^-$ oraz, w przeciwieństwie do leptonów, występują również przejścia kwarka jednego pokolenia do kwark innego pokolenia, na przykład $u \to b + W^+$ lub $u \to s + W^+$ itd., chociaż takie przejścia są znacznie rzadsze niż przejścia w obrębie jednego pokolenia. Jednocześnie we wszystkich takich przemianach ładunek elektryczny w reakcji jest zachowany.
Badanie mezonów, w tym s- oraz c-kwarki, doprowadziły do odkrycia kilkudziesięciu dziwnych i zaczarowanych cząstek. Ich badania prowadzone są obecnie w wielu ośrodkach naukowych świata.
Badanie mezonów, w tym b- oraz t-kwarki, rozpoczęły się intensywnie przy akceleratorach i na razie nie będziemy o nich mówić bardziej szczegółowo.
Przejdźmy do rozważenia ciężkich hadronów, czyli barionów. Wszystkie składają się z trzech kwarków, ale te, które mają wszystkie trzy kolory, ponieważ, podobnie jak mezony, wszystkie bariony są bezbarwne. Kwarki wewnątrz barionów mogą mieć ruch orbitalny. W tym przypadku całkowity spin cząstki przekroczy całkowity spin kwarków, równy 1/2 lub 3/2 (jeśli spiny wszystkich trzech kwarków są do siebie równoległe).
Barion o minimalnej masie to proton p(patrz Tabela 3). To właśnie z protonów i neutronów składają się wszystkie jądra atomowe pierwiastków chemicznych. Liczba protonów w jądrze określa jego całkowity ładunek elektryczny Z.
Drugą główną cząstką w jądrach atomowych jest neutron. n. Neutron jest nieco cięższy od protonu, jest niestabilny iw stanie swobodnym z czasem życia około 900 s rozpada się na proton, elektron i neutrino. W tabeli. 3 pokazuje stan kwarkowy protonu uud i neutron udd. Ale ze spinem tej kombinacji kwarków J= 3/2, powstają rezonanse odpowiednio $\Delta^+$ i $D^0$. Wszystkie inne bariony złożone z cięższych kwarków s, b, t i mają znacznie większą masę. Wśród nich szczególnie interesujące było: W- -hiperon, składający się z trzech dziwnych kwarków. Po raz pierwszy odkryto go na papierze, to znaczy za pomocą obliczeń, wykorzystując idee budowy kwarkowej barionów. Wszystkie główne właściwości tej cząstki zostały przewidziane, a następnie potwierdzone eksperymentami.
Wiele zaobserwowanych eksperymentalnie faktów przekonuje obecnie o istnieniu kwarków. W szczególności mówimy o odkryciu nowego procesu w reakcji zderzenia elektronów i pozytonów, prowadzącego do powstania dżetów kwarkowo-antykwarkowych. Schemat tego procesu pokazano na ryc. 4. Eksperyment przeprowadzono na zderzaczach w Niemczech i USA. Strzałki pokazują kierunki wiązek na rysunku mi+ i mi- , a kwark jest emitowany z miejsca ich zderzenia q oraz antykwark $\tylda q$ pod kątem zenitalnym $\Theta$ do kierunku lotu mi+ i mi- . Ta para $q+\tylda q$ jest tworzona w reakcji
$$e^+ + e^- \to \gamma_(virt) \to q + \tylda q$$
Jak już powiedzieliśmy, opaska uciskowa linii siły (częściej mówi się o strunie) rozbija się na swoje elementy z wystarczająco dużym napięciem.
Przy wysokich energiach kwarka i antykwarka, jak wspomniano wcześniej, struna pęka w wielu miejscach, w wyniku czego powstają w obu kierunkach dwie wąskie wiązki wtórnych bezbarwnych cząstek wzdłuż linii lotu kwarka i antykwarka q, jak pokazano na ryc. 4. Takie wiązki cząstek nazywane są dżetami. W eksperymencie dość często obserwuje się jednoczesne tworzenie trzech, czterech lub więcej dżetów cząstek.
W eksperymentach przeprowadzonych przy energiach superakceleracji w promieniowaniu kosmicznym, w których uczestniczył również autor tego artykułu, uzyskano niejako zdjęcia procesu formowania się wielu dżetów. Faktem jest, że lina lub sznurek są jednowymiarowe, a zatem centra powstawania trzech, czterech lub więcej strumieni również znajdują się wzdłuż linii prostej.
Teoria opisująca oddziaływania silne nazywa się chromodynamika kwantowa lub w skrócie QCD. Jest znacznie bardziej skomplikowana niż teoria oddziaływań elektrosłabych. QCD jest szczególnie skuteczne w opisie tak zwanych twardych procesów, czyli procesów interakcji cząstek z dużym przeniesieniem pędu między cząstkami. Chociaż tworzenie teorii nie zostało jeszcze zakończone, wielu fizyków teoretycznych jest już zajętych tworzeniem „wielkiej unifikacji” - unifikacji chromodynamiki kwantowej i teorii oddziaływań elektrosłabych w jedną teorię.
Na zakończenie zastanówmy się pokrótce, czy sześć leptonów i 18 wielobarwnych kwarków (i ich antycząstek) oraz kwanty pól fundamentalnych wyczerpuje foton, W ± -, Z 0 -bozony, osiem gluonów i wreszcie kwanty pola grawitacyjnego - grawitony - cały arsenał prawdziwie elementarnych, a dokładniej fundamentalnych cząstek. Najwyraźniej nie. Najprawdopodobniej opisane obrazy cząstek i pól są jedynie odzwierciedleniem naszej obecnej wiedzy. Nie bez powodu istnieje już wiele pomysłów teoretycznych, w których wprowadza się dużą grupę tak zwanych cząstek supersymetrycznych, oktet superciężkich kwarków i wiele innych.
Oczywiście współczesna fizyka wciąż jest daleka od zbudowania kompletnej teorii cząstek. Być może wielki fizyk Albert Einstein miał rację, uważając, że tylko uwzględnienie grawitacji, pomimo jej pozornie małej roli w mikrokosmosie, pozwoli zbudować rygorystyczną teorię cząstek. Ale to wszystko już w XXI wieku, a nawet później.
Literatura
1. Okun L.B. Fizyka cząstek elementarnych. Moskwa: Nauka, 1988.
2. Kobzarev I.Yu. Laureaci Nagrody Nobla w 1979 roku: S. Weinberg, S. Glashow, A. Salam // Priroda. 1980. N 1. S. 84.
3. Zeldovich Ya.B. Klasyfikacja cząstek elementarnych i kwarków w prezentacji dla pieszych // Uspekhi nat. Nauki. 1965. T. 8. S. 303.
4. Krainov W.P. Relacja niepewności dla energii i czasu // Soros Educational Journal. 1998. N 5. S. 77-82.
5. I. Nambu, „Dlaczego nie ma wolnych kwarków”, Usp. Phys. Nauki. 1978. V. 124. S. 146.
6. Zhdanov G.B., Maksimenko V.M., Slavatinsky S.A. Eksperyment „Pamir” // Natura. 1984. Nr 11. S. 24
Recenzent artykułu L.I. Sarychev
S. A. Sławatyński Moskiewski Instytut Fizyki i Technologii, Dolgoprudny, obwód moskiewski
Struktury mikroświata
Wcześniej cząstki elementarne nazywano cząstkami, które tworzą atom i są nierozkładalne na bardziej elementarne składniki, a mianowicie elektrony i jądra.
Później okazało się, że jądra składają się z prostszych cząstek - nukleony(protony i neutrony), które z kolei składają się z innych cząstek. Dlatego cząstki elementarne zaczęto uważać za najmniejsze cząstki materii
, z wyłączeniem atomów i ich jąder
.
Do tej pory odkryto setki cząstek elementarnych, co wymaga ich klasyfikacji:
– według rodzajów interakcji
- według czasu życia
- rozmiar pleców
Cząstki elementarne dzielą się na następujące grupy:
Cząstki kompozytowe i fundamentalne (bezstrukturalne)
Cząstki kompozytowe
Hadrony (ciężkie)– cząstki uczestniczące we wszystkich rodzajach oddziaływań fundamentalnych. Składają się z kwarków i dzielą się z kolei na: mezony- hadrony o spinie całkowitym, czyli będące bozonami; bariony- hadrony o spinie połówkowym, czyli fermiony. Należą do nich w szczególności cząstki tworzące jądro atomu - proton i neutron, tj. nukleony.
Cząstki podstawowe (bezstrukturalne)
Leptony (lekkie)- fermiony, które mają postać cząstek punktowych (czyli nie składają się z niczego) do skali rzędu 10 − 18 m. Nie uczestniczą w oddziaływaniach silnych. Udział w oddziaływaniach elektromagnetycznych zaobserwowano eksperymentalnie tylko dla naładowanych leptonów (elektronów, mionów, tau-leptonów), a nie zaobserwowano dla neutrin.
Kwarki są cząstkami naładowanymi frakcyjnie, które tworzą hadrony. Nie były przestrzegane w stanie wolnym.
Bozony wskaźnikowe- cząstki poprzez wymianę których przeprowadzane są oddziaływania:
– foton – cząstka przenosząca oddziaływanie elektromagnetyczne;
- osiem gluonów - cząstki przenoszące silne oddziaływanie;
są trzema pośrednimi bozonami wektorowymi W + , W− i Z 0 , niosący słabą interakcję;
– grawiton to hipotetyczna cząstka przenosząca oddziaływanie grawitacyjne. Istnienie grawitonów, chociaż jeszcze nie udowodnione eksperymentalnie ze względu na słabość oddziaływania grawitacyjnego, uważane jest za całkiem prawdopodobne; jednak grawiton nie jest zawarty w Modelu Standardowym cząstek elementarnych.
Zgodnie ze współczesnymi koncepcjami do cząstek fundamentalnych (lub „prawdziwych” cząstek elementarnych), które nie mają struktury wewnętrznej i skończonych rozmiarów należą:
Kwarki i leptony
Cząstki zapewniające oddziaływania fundamentalne: grawitony, fotony, bozony wektorowe, gluony.
Klasyfikacja cząstek elementarnych według czasu życia:
- stabilny:
cząstki, których czas życia jest bardzo długi (ma tendencję do nieskończoności w granicy). Obejmują one elektrony
, protony
, neutrin
. Neutrony są również stabilne wewnątrz jądra, ale poza jądrem są niestabilne.
- nietrwały
(quasi-stabilne): cząstki elementarne to cząstki, które rozpadają się w wyniku oddziaływań elektromagnetycznych i słabych, a ich czas życia wynosi ponad 10–20 sekund. Te cząstki obejmują wolny neutron
(tj. neutron poza jądrem atomu)
- rezonanse
(niestabilny, krótkotrwały). Rezonanse obejmują cząstki elementarne, które rozpadają się w wyniku silnego oddziaływania. Żywotność dla nich jest mniejsza niż 10 -20 sek.
Klasyfikacja cząstek przez udział w oddziaływaniach:
- leptony
: Wśród nich są też neutrony. Wszystkie z nich nie uczestniczą w wirze oddziaływań wewnątrzjądrowych, tj. nie podlega silnej interakcji. Uczestniczą w oddziaływaniu słabym, a mając ładunek elektryczny uczestniczą w oddziaływaniu elektromagnetycznym.
- hadrony
: cząstki, które istnieją wewnątrz jądra atomowego i uczestniczą w oddziaływaniu silnym. Najbardziej znane z nich to proton
oraz neutron
.
Obecnie znany sześć leptonów
:
Miony i cząstki tau, które są podobne do elektronu, ale bardziej masywne, należą do tej samej rodziny co elektron. Miony i cząstki tau są niestabilne i ostatecznie rozpadają się na kilka innych cząstek, w tym elektron.
Trzy elektrycznie obojętne cząstki o zerowej (lub bliskiej zeru, naukowcy jeszcze nie zdecydowali w tej sprawie) o masie, zwane neutrin
. Każde z trzech neutrin (neutrino elektronowe, neutrino mionowe, neutrino taonowe) jest sparowane z jednym z trzech rodzajów cząstek rodziny elektronowej.
Najsławniejszy hadrony
, protony i neutrina, istnieją setki krewnych, które rodzą się w wielu i natychmiast ulegają rozpadowi w procesie różnych reakcji jądrowych. Z wyjątkiem protonu wszystkie są niestabilne i można je sklasyfikować według składu cząstek, na które się rozpadają:
Jeśli wśród końcowych produktów rozpadu cząstek znajduje się proton, to nazywa się to barion
Jeśli wśród produktów rozpadu nie ma protonu, wówczas cząstkę nazywamy mezon
.
Chaotyczny obraz świata subatomowego, który komplikował się wraz z odkryciem każdego nowego hadronu, ustąpił miejsca nowemu obrazowi wraz z pojawieniem się koncepcji kwarków. Zgodnie z modelem kwarkowym wszystkie hadrony (ale nie leptony) składają się z jeszcze większej liczby cząstek elementarnych - kwarków. Więc bariony
(szczególnie proton) zbudowane są z trzech kwarków, a mezony
z pary kwark-antykwark.
|
