Adauga la favorite

Vezi si

Scrieți o recenzie despre articolul „Particule fundamentale”

Note

Legături

• S. A. Slavatinsky// Institutul de Fizică și Tehnologie din Moscova (Dolgoprudny, regiunea Moscova)
• Slavatinsky S.A. // SOZH, 2001, nr. 2, p. 62–68 arhiva http://web.archive.org/web/20060116134302/http://journal.issep.rssi.ru/annot.php?id=S1176
• // nuclphys.sinp.msu.ru
• // second-physics.ru
• //physics.ru
• // nature.web.ru
• // nature.web.ru
• // nature.web.ru

Până relativ recent, câteva sute de particule și antiparticule erau considerate elementare. Un studiu detaliat al proprietăților și interacțiunilor lor cu alte particule și dezvoltarea teoriei a arătat că cele mai multe dintre ele nu sunt de fapt elementare, deoarece ele însele constau din cele mai simple sau, așa cum se spune acum, particule fundamentale. Particulele fundamentale în sine nu mai constau din nimic. Numeroase experimente au arătat că toate particulele fundamentale se comportă ca niște obiecte punctiforme adimensionale care nu au structură internă, cel puțin până la cele mai mici distanțe studiate în prezent de ~10 -16 cm.

Introducere

Printre nenumăratele și variatele procese de interacțiune dintre particule, există patru interacțiuni de bază sau fundamentale: puternice (nucleare), electromagnetice și gravitaționale. În lumea particulelor, interacțiunea gravitațională este foarte slabă, rolul ei este încă neclar și nu vom mai vorbi despre asta.

Există două grupuri de particule în natură: hadronii, care participă la toate interacțiunile fundamentale, și leptonii, care nu participă doar la interacțiunea puternică.

Conform conceptelor moderne, interacțiunile dintre particule se realizează prin emisia și absorbția ulterioară a cuantelor câmpului corespunzător (puternic, slab, electromagnetic) din jurul particulei. Astfel de cuante sunt bosoni gauge, care sunt, de asemenea, particule fundamentale. Pentru bozoni, propriul moment unghiular, numit spin, este egal cu valoarea întreagă a constantei lui Planck $h = 1,05 \cdot 10^(-27) erg \cdot s$. Cuantele de câmp și, în consecință, purtătorii de interacțiuni puternice sunt gluoni, notați cu simbolul g, cuantele de câmp electromagnetic sunt cuante de lumină bine-cunoscute - fotoni, notați cu $\gamma $ și cuantele de câmp slab și, în consecință, purtători de interacțiuni slabe. sunt W± (ve dublu)- și Z 0 (zet zero) bosoni.

Spre deosebire de bosoni, toate celelalte particule fundamentale sunt fermioni, adică particule cu o valoare de spin semiîntreg egală cu h/2.

În tabel 1 prezintă simbolurile fermionilor fundamentali - leptoni și quarci.

Fiecare particulă prezentată în tabel. 1, corespunde unei antiparticule care diferă de particulă numai în semnele sarcinii electrice și a altor numere cuantice (vezi Tabelul 2) și direcția spinului în raport cu direcția impulsului particulei. Vom desemna antiparticule cu aceleași simboluri ca și particulele, dar cu o linie ondulată deasupra simbolului.

Particule din tabel. 1 sunt desemnate prin litere grecești și latine și anume: litera $\nu$ - trei neutrini diferiți, literele e - electron, $\mu$ - muon, $\tau$ - taon, literele u, c, t, d, s, b denotă quarci; denumirea și caracteristicile lor sunt date în tabel. 2.

Particule din tabel. 1 sunt grupate în trei generații I, II și III conform structurii teoriei moderne. Universul nostru este construit din particule din prima generație - leptoni și quarci și bosoni gauge, dar, așa cum arată știința modernă despre dezvoltarea Universului, în stadiul inițial al dezvoltării sale, particulele din toate cele trei generații au jucat un rol important.

Leptoni

Mai întâi, să ne uităm la proprietățile leptonilor mai detaliat. În linia de sus a tabelului. 1 conține trei neutrini diferiți: electron $\nu_e$, muon $\nu_m$ și neutrino tau $\nu_t$. Masa lor nu a fost încă măsurată cu precizie, dar limita sa superioară a fost determinată, de exemplu, pentru ne egal cu 10 -5 din masa electronilor (adică $\leq 10^(-32)$ g).

Când se uită la masă. 1, se pune inevitabil întrebarea de ce natura a trebuit să creeze trei neutrini diferiți. Nu există încă un răspuns la această întrebare, deoarece nu a fost creată o teorie atât de cuprinzătoare a particulelor fundamentale care să indice necesitatea și suficiența tuturor acestor particule și să descrie proprietățile lor de bază. Poate că această problemă va fi rezolvată în secolul 21 (sau mai târziu).

Linia de jos a tabelului. Capitolul 1 începe cu particula pe care am studiat-o cel mai mult, electronul. Electronul a fost descoperit la sfarsitul secolului trecut de catre fizicianul englez J. Thomson. Rolul electronilor în lumea noastră este enorm. Sunt acele particule încărcate negativ care, împreună cu nucleele atomice, formează toți atomii elementelor cunoscute nouă în Tabelul Periodic al lui Mendeleev. În fiecare atom, numărul de electroni este exact egal cu numărul de protoni din nucleul atomic, ceea ce face atomul neutru din punct de vedere electric.

Un electron este stabil; principala posibilitate de a distruge un electron este moartea acestuia la ciocnirea cu o antiparticulă - un pozitron e +. Acest proces se numește anihilare:

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

Ca urmare a anihilării, se formează două cuante gamma (cum se numesc fotonii de înaltă energie), ducând atât energiile de repaus e + și e - cât și energiile lor cinetice. La energii mari se formează hadronii și perechile de cuarci e + și e - (vezi, de exemplu, (5) și Fig. 4).

Reacția (1) ilustrează în mod clar validitatea celebrei formule a lui A. Einstein privind echivalența masei și energiei: E = mc 2 .

Într-adevăr, în timpul anihilării unui pozitron oprit în materie și a unui electron în repaus, întreaga lor masă în repaus (egale cu 1,22 MeV) este convertită în energia $\gamma$-quanta, care nu au o masă în repaus.

În a doua generație a liniei de jos a tabelului. 1 este situat >muon - o particulă care este, în toate proprietățile sale, un analog al unui electron, dar cu o masă anormal de mare. Masa unui muon este de 207 ori mai mare decât masa unui electron. Spre deosebire de electron, muonul este instabil. Timpul vieții lui t= 2,2 · 10 -6 s. Muonul se descompune de preferință într-un electron și doi neutrini conform schemei

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

Un analog și mai greu al electronului este $\tau$-leptonul (taon). Masa sa este de peste 3 mii de ori mai mare decât masa unui electron ($m_(\tau) = 1777$ MeV/c 2), adică este mai greu decât un proton și un neutron. Durata sa de viață este de 2,9 · 10 -13 s, iar din mai mult de o sută de scheme (canale) diferite ale dezintegrarii sale sunt posibile următoarele:

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

Vorbind despre leptoni, este interesant să comparăm forțele slabe și electromagnetice la o anumită distanță, de ex. R= 10 -13 cm.La aceasta distanta, fortele electromagnetice sunt de aproape 10 miliarde de ori mai mari decat fortele slabe. Dar asta nu înseamnă deloc că rolul forțelor slabe în natură este mic. Deloc.

Forțele slabe sunt responsabile pentru multe transformări reciproce ale diferitelor particule în alte particule, ca, de exemplu, în reacțiile (2), (3), iar astfel de transformări reciproce sunt una dintre cele mai caracteristice trăsături ale fizicii particulelor. Spre deosebire de reacțiile (2), (3), forțele electromagnetice acționează în reacție (1).

Vorbind despre leptoni, este necesar să adăugăm că teoria modernă descrie interacțiunile electromagnetice și slabe folosind o teorie unificată a electroslabelor. A fost dezvoltat de S. Weinberg, A. Salam și S. Glashow în 1967.

Quarci

Însăși ideea de quarci a apărut dintr-o încercare genială de a clasifica un număr mare de particule care participă la interacțiuni puternice numite hadroni. M. Gell-Mann și G. Zweig au sugerat că toți hadronii constau dintr-un set corespunzător de particule fundamentale - quarci, antiquarcii lor și purtători ai interacțiunii puternice - gluoni.

Numărul total de hadroni observați în prezent este de peste o sută de particule (și același număr de antiparticule). Multe zeci de particule nu au fost încă înregistrate. Toți hadronii sunt împărțiți în particule grele numite barionii, iar mediile, numite mezonii.

Barionii sunt caracterizați prin numărul lor de barion b= 1 pentru particule și b = -1 pentru antibarioni. Nașterea și distrugerea lor au loc întotdeauna în perechi: barion și antibarion. Mesonii au o sarcină barionică b = 0. Conform ideii lui Gell-Mann și Zweig, toți barionii constau din trei cuarci, antibarionii - din trei antiquarci. Prin urmare, fiecărui quarc i s-a atribuit un număr de barion de 1/3, astfel încât în ​​total barionul avea b= 1 (sau -1 pentru un antibarion format din trei antiquarci). Mezonii au un număr barion b= 0, deci pot fi compuse din orice combinație de perechi de orice quarc și orice antiquarc. Pe lângă aceleași numere cuantice pentru toți quarcii - spin și numărul barionului - există și alte caracteristici importante ale acestora, cum ar fi valoarea masei lor în repaus. m, mărimea sarcinii electrice Q/e(în fracțiuni de sarcină electronică e= 1,6 · 10 -19 coulombs) și un anumit set de numere cuantice care caracterizează așa-numitele aromă de quarc. Acestea includ:

1) mărimea spinului izotopic euși amploarea celei de-a treia proiecții, adică eu 3. Asa de, u-quarc și d-cuarcii formează un dublet izotopic, li se atribuie un spin izotopic complet eu= 1/2 cu proiecții eu 3 = +1/2 corespunzător u-quarc, și eu 3 = -1/2, corespunzător d-quarc. Ambele componente ale dubletei au valori similare ale masei și sunt identice în toate celelalte proprietăți, cu excepția sarcinii electrice;

2) număr cuantic S- ciudățenia caracterizează comportamentul ciudat al unor particule care au o durată de viață anormal de lungă (~10 -8 - 10 -13 s) față de timpul nuclear caracteristic (~10 -23 s). Particulele în sine au fost numite ciudate, conținând unul sau mai mulți cuarci ciudați și antiquarci ciudați. Nașterea sau dispariția particulelor ciudate din cauza interacțiunilor puternice are loc în perechi, adică în orice reacție nucleară, suma $\Sigma$S înainte de reacție trebuie să fie egală cu $\Sigma$S după reacție. Totuși, în interacțiunile slabe legea conservării ciudățeniei nu este valabilă.

În experimentele la acceleratoare, au fost observate particule care au fost imposibil de descris folosind u-, d- Și s-quarci. Prin analogie cu ciudățenia, a fost necesar să se introducă încă trei quarci noi cu numere cuantice noi CU = +1, ÎN= -1 și T= +1. Particulele compuse din acești quarci au o masă semnificativ mai mare (> 2 GeV/c 2). Au o mare varietate de modele de dezintegrare cu o durată de viață de ~10 -13 s. Un rezumat al caracteristicilor tuturor quarcilor este dat în tabel. 2.

Fiecare tabelă de quarci. 2 corespunde cu antiquarcul tău. Pentru antiquarci, toate numerele cuantice au semnul opus celui indicat pentru cuarc. Următoarele trebuie spuse despre mărimea masei cuarcului. Date în tabel. 2 valori corespund maselor de quarci goale, adică quarcurile înșiși fără a lua în considerare gluonii din jurul lor. Masa quarcilor îmbrăcați este mai mare datorită energiei transportate de gluoni. Acest lucru este vizibil mai ales pentru cei mai ușoare u- Și d-quarci, al căror strat de gluon are o energie de aproximativ 300 MeV.

Cuarcii care determină proprietățile fizice de bază ale particulelor se numesc cuarci de valență. Pe lângă quarcii de valență, hadronii conțin perechi virtuale de particule - quarci și antiquarci, care sunt emise și absorbite de gluoni pentru o perioadă foarte scurtă de timp.

(Unde E- energia perechii virtuale), care are loc cu încălcarea legii conservării energiei în conformitate cu relația de incertitudine Heisenberg. Se numesc perechi virtuale de quarci cuarcuri de mare sau cuarcuri de mare. Astfel, structura hadronilor include valență și quarci de mare și gluoni.

Caracteristica principală a tuturor quarcilor este că au sarcini puternice corespunzătoare. Sarcinile de câmp puternic au trei varietăți egale (în loc de o sarcină electrică în teoria forțelor electrice). În terminologia istorică, aceste trei tipuri de sarcină sunt numite culorile quarcilor și anume: în mod convențional roșu, verde și albastru. Astfel, fiecare quarc din tabel. 1 și 2 pot fi în trei forme și sunt o particulă colorată. Amestecând toate cele trei culori, așa cum se întâmplă în optică, produce alb, adică albește particula. Toți hadronii observați sunt incolori.

Interacțiunile cuarcilor sunt realizate de opt gluoni diferiți. Termenul „gluon” înseamnă lipici în engleză, adică aceste cuante de câmp sunt particule care, parcă, lipesc quarcii. La fel ca quarcii, gluonii sunt particule colorate, dar deoarece fiecare gluon își schimbă culorile a doi quarci simultan (cuarcul care emite gluonul și quarcul care absoarbe gluonul), gluonul este colorat de două ori, purtând o culoare și un anticolor, de obicei diferit de culoare.

Masa în repaus a gluonilor, ca cea a unui foton, este zero. În plus, gluonii sunt neutri din punct de vedere electric și nu au o sarcină slabă.

Hadronii sunt, de asemenea, împărțiți în particule stabile și rezonanțe: barion și mezon.
Rezonanța se caracterizează printr-o durată de viață extrem de scurtă (~10 -20 -10 -24 s), deoarece degradarea lor se datorează interacțiunii puternice.

Zeci de astfel de particule au fost descoperite de fizicianul american L.V. Alvarez. Deoarece calea de descompunere a unor astfel de particule este atât de scurtă încât nu pot fi observate la detectoarele care înregistrează urme de particule (cum ar fi o cameră cu bule etc.), toate au fost detectate indirect, prin prezența vârfurilor în funcție de probabilitatea de apariție a particulelor. interacțiunea diferitelor particule între ele asupra energiei. Figura 1 explică acest lucru. Figura arată dependența secțiunii transversale de interacțiune (proporțională cu valoarea probabilității) a unui pion pozitiv $\pi^+$ cu un proton p din energia cinetică a pionului. La o energie de aproximativ 200 MeV, un vârf este vizibil în timpul secțiunii transversale. Lățimea sa este $\Gamma = 110$ MeV, iar masa totală a particulei $\Delta^(++)$ este egală cu $T^(")_(max)+M_p c^2+M_\pi c ^2=1232$ MeV /с 2 , unde $T^(")_(max)$ este energia cinetică a ciocnirii particulelor în sistemul centrului lor de masă. Majoritatea rezonanțelor pot fi considerate ca starea excitată a particulelor stabile, deoarece au aceeași compoziție de cuarci ca și omologii lor stabili, deși masa rezonanțelor este mai mare datorită energiei de excitație.

Modelul cuarc al hadronilor

Începem să descriem modelul de cuarc al hadronilor cu un desen al liniilor de câmp care emană dintr-o sursă - un cuarc cu o sarcină colorată și care se termină la un antiquarc (Fig. 2, b). Pentru comparație, în fig. 2, și arătăm că în cazul interacțiunii electromagnetice, liniile de forță diverg de la sursa lor - sarcina electrică - ca un ventilator, deoarece fotonii virtuali emiși simultan de sursă nu interacționează între ei. Ca rezultat, obținem legea lui Coulomb.

Spre deosebire de această imagine, gluonii înșiși au încărcături colorate și interacționează puternic între ei. Ca rezultat, în loc de un ventilator de linii electrice, avem un pachet prezentat în Fig. 2, b. Coarda este întinsă între un quarc și un antiquarc, dar cel mai uimitor lucru este că gluonii înșiși, având sarcini colorate, devin surse de noi gluoni, al căror număr crește pe măsură ce se îndepărtează de quarc.
Această imagine a interacțiunii corespunde dependenței energiei potențiale de interacțiune dintre quarci de distanța dintre ei, prezentată în Fig. 3. Și anume: până la distanță R> 10 -13 cm, dependența U(R) are un caracter în formă de pâlnie, iar puterea încărcăturii de culoare în acest interval de distanță este relativ mică, astfel încât quarcii la R> 10 -15 cm, la o primă aproximare, pot fi considerate particule libere, care nu interacționează. Acest fenomen are denumirea specială de libertate asimptotică a quarcilor la mici R. Cu toate acestea, când R mai mare decât o valoare critică $R_(cr) \aproximativ 10^(-13)$ cm a energiei potențiale de interacțiune U(R) devine direct proporțională cu valoarea R. Rezultă direct că forța F = -dU/dR= const, adică nu depinde de distanță. Nicio altă interacțiune pe care fizicienii nu le-au studiat anterior nu avea o proprietate atât de neobișnuită.

Calculele arata ca fortele care actioneaza intre un quarc si un antiquarc, intr-adevar, incepand de la $R_(cr) \aprox 10_(-13)$ cm, inceteaza sa mai depinda de distanta, ramanand la un nivel de magnitudine enorma, aproape de 20 de tone. . De la distanță R~ 10 -12 cm (egal cu raza nucleelor ​​atomice medii) forțele de culoare sunt de peste 100 de mii de ori mai mari decât forțele electromagnetice. Dacă comparăm forța de culoare cu forțele nucleare dintre un proton și un neutron din interiorul unui nucleu atomic, se dovedește că forța de culoare este de mii de ori mai mare! Astfel, o nouă imagine grandioasă a forțelor de culoare din natură s-a deschis înaintea fizicienilor, cu multe ordine de mărime mai mari decât forțele nucleare cunoscute în prezent. Desigur, se pune imediat întrebarea dacă astfel de forțe pot fi făcute să funcționeze ca sursă de energie. Din păcate, răspunsul la această întrebare este negativ.

Desigur, apare o altă întrebare: până la ce distanțe? Rîntre quarci, energia potențială crește liniar cu creșterea R?
Răspunsul este simplu: la distanțe mari mănunchiul de linii de câmp se rupe, deoarece este mai favorabil din punct de vedere energetic să se formeze o rupere odată cu nașterea unei perechi de particule quark-antiquarc. Acest lucru se întâmplă atunci când energia potențială la locul de discontinuitate este mai mare decât masa de repaus a cuarcului și a antiquarcului. Procesul de rupere a mănunchiului de linii de forță ale câmpului gluon este prezentat în Fig. 2, V.

Astfel de idei calitative despre nașterea unui quark-antiquark fac posibilă înțelegerea de ce quarcii unici nu sunt observați deloc și nu pot fi observați în natură. Quarcii sunt pentru totdeauna prinși în hadroni. Acest fenomen de izolare a cuarcilor se numește izolarea. La energii mari, poate fi mai avantajos ca pachetul să se rupă în mai multe locuri deodată, formând multe $q\tilde q$-perechi. În acest fel abordăm problema nașterilor multiple perechile quarc-antiquarcși formarea jeturilor de cuarci duri.

Să luăm în considerare mai întâi structura hadronilor ușori, adică mezonii. Ele constau, după cum am spus deja, dintr-un quarc și un antiquarc.

Este extrem de important ca ambii parteneri ai perechii să aibă aceeași încărcătură de culoare și aceeași anti-încărcare (de exemplu, un quarc albastru și un anti-cuarc anti-albastru), astfel încât perechea lor, indiferent de aromele quarcurilor, să aibă nicio culoare (și observăm doar particule incolore).

Toți quarcii și antiquarcii au o rotație (în fracțiuni de h), egal cu 1/2. Prin urmare, spin-ul total al unei combinații de quarc și antiquarc este fie 0 atunci când spin-urile sunt antiparalele, fie 1 când spin-urile sunt paralele între ele. Dar spin-ul unei particule poate fi mai mare de 1 dacă quarcii înșiși se rotesc pe unele orbite în interiorul particulei.

În tabel Figura 3 prezintă câteva combinații perechi și mai complexe de quarci, indicând căror hadroni cunoscuți anterior corespunde această combinație de quarci.

Dintre mezonii și rezonanțe mezone cel mai bine studiate în prezent, cel mai mare grup constă din particule ușoare nearomatice ale căror numere cuantice S = C = B= 0. Acest grup include aproximativ 40 de particule. Tabelul 3 începe cu pioni $\pi$ ±,0, descoperiți de fizicianul englez S.F. Powell în 1949. Pionii încărcați trăiesc aproximativ 10 -8 s, se descompun în leptoni conform următoarelor scheme:

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

„Rudele” lor în tabel. 3 - rezonanțe $\rho$ ±,0 (mezonii rho), spre deosebire de pioni, au spin J= 1, sunt instabile și trăiesc doar aproximativ 10 -23 s. Motivul pentru decăderea lui $\rho$ ±,0 este interacțiunea puternică.

Motivul pentru dezintegrarea pionilor încărcați se datorează interacțiunii slabe, și anume, faptul că quarcii care alcătuiesc particula sunt capabili să emită și să absoarbă ca urmare a interacțiunii slabe pentru o perioadă scurtă de timp. tîn conformitate cu relația (4), bosonii de gauge virtuali: $u \to d + W^+$ sau $d \to u + W^-$ și, spre deosebire de leptoni, tranzițiile unui quarc de o generație la un quarc de se efectuează și o altă generație, de exemplu $u \to b + W^+$ sau $u \to s + W^+$ etc., deși astfel de tranziții sunt semnificativ mai rare decât tranzițiile dintr-o generație. În același timp, în timpul tuturor acestor transformări, sarcina electrică din reacție este reținută.

Studiul mezonilor inclusiv s- Și c-quarci, au dus la descoperirea a câteva zeci de particule ciudate și fermecate. Cercetările lor se desfășoară acum în multe centre științifice din întreaga lume.

Studiul mezonilor inclusiv b- Și t-quarci, au început intens la acceleratoare și nu vom vorbi mai detaliat despre ele deocamdată.

Să trecem la luarea în considerare a hadronilor grei, adică a barionilor. Toate sunt compuse din trei quarci, dar cei care au toate cele trei varietăți de culoare, deoarece, ca și mezonii, toți barionii sunt incolori. Quarcii din interiorul barionilor pot avea mișcare orbitală. În acest caz, spinul total al particulei va depăși spinul total al quarcilor, egal cu 1/2 sau 3/2 (dacă spinurile tuturor celor trei quarci sunt paralele între ele).

Barionul cu masa minimă este protonul p(vezi Tabelul 3). Protonii și neutronii sunt cei care formează toate nucleele atomice ale elementelor chimice. Numărul de protoni dintr-un nucleu determină sarcina electrică totală a acestuia Z.

Cealaltă particulă principală a nucleelor ​​atomice este neutronul n. Un neutron este puțin mai greu decât un proton, este instabil și în stare liberă, cu o durată de viață de aproximativ 900 s, se descompune într-un proton, electron și neutrin. În tabel Figura 3 prezintă starea de cuarc a protonului uudși neutroni udd. Dar cu rotirea acestei combinații de quarci J= Se formează 3/2 rezonanțe $\Delta^+$ și, respectiv, $D^0$. Toți ceilalți barioni constând din quarci mai grei s, b, t, și au o masă semnificativ mai mare. Printre acestea, de interes deosebit a fost W- -hyperon, format din trei quarci ciudate. A fost descoperit mai întâi pe hârtie, adică prin calcul, folosind idei despre structura cuarcilor barionilor. Toate proprietățile de bază ale acestei particule au fost prezise și apoi confirmate prin experimente.

Multe fapte observate experimental indică acum în mod convingător existența quarcilor. În special, vorbim despre descoperirea unui nou proces în reacția de coliziune a electronilor și pozitronilor, care duce la formarea jeturilor de quark-antiquark. O diagramă a acestui proces este prezentată în Fig. 4. Experimentul a fost efectuat la colisionare din Germania și SUA. Figura arată direcția fasciculelor cu săgeți e+ și e- , iar din punctul ciocnirii lor scapă un quarc qși antiquarc $\tilde q$ la unghiul zenital $\Theta$ față de direcția de zbor e+ și e- . Această naștere a unei perechi $q+\tilde q$ are loc în reacție

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

După cum am spus deja, un mănunchi de linii electrice (mai des numit și șir) atunci când este întins suficient de mare se sparge în componente.
La energia mare a cuarcului și a antiquarcului, așa cum am menționat mai devreme, șirul se rupe în multe locuri, în urma cărora se formează două fascicule înguste de particule secundare incolore în ambele direcții de-a lungul liniei de zbor a cuarcului q și a antiquarcului, așa cum se arată în fig. 4. Astfel de fascicule de particule se numesc jeturi. Destul de des, s-a observat experimental formarea a trei, patru sau mai multe jeturi de particule simultan.

În experimentele efectuate la energii superacceleratoare în raze cosmice, la care a participat autorul acestui articol, au fost obținute fotografii ale procesului de formare a multor jeturi. Faptul este că frânghia sau sfoara este unidimensională și, prin urmare, centrele de formare a trei, patru sau mai multe jeturi sunt, de asemenea, situate de-a lungul unei linii drepte.

Teoria care descrie interacțiunile puternice se numește cromodinamica cuantică sau pe scurt QCD. Este mult mai complexă decât teoria interacțiunilor electroslabe. QCD are succes în special în descrierea așa-numitelor procese dure, adică procese de interacțiune a particulelor cu transfer mare de impuls între particule. Deși crearea teoriei nu a fost încă finalizată, mulți fizicieni teoreticieni sunt deja ocupați să creeze „marea unificare” - unificarea cromodinamicii cuantice și teoria interacțiunii electro-slabe într-o singură teorie.

În concluzie, să luăm în considerare pe scurt dacă șase leptoni și 18 quarci multicolori (și antiparticulele lor), precum și cuantele câmpurilor fundamentale - fotonul, W ± -, Z 0 bosoni, opt gluoni și, în final, cuante ale câmpului gravitațional - gravitonii - întregul arsenal de particule cu adevărat elementare, sau mai precis, fundamentale. Aparent nu. Cel mai probabil, imaginile descrise ale particulelor și câmpurilor sunt doar o reflectare a cunoștințelor noastre actuale. Nu degeaba există deja multe idei teoretice care includ un grup mare de așa-numitele particule supersimetrice încă observate, un octet de quarci supergrei și multe altele.

Evident, fizica modernă este încă departe de a construi o teorie completă a particulelor. Poate că marele fizician Albert Einstein avea dreptate când credea că doar luarea în considerare a gravitației, în ciuda rolului său aparent mic în microlume, ar face posibilă construirea unei teorii riguroase a particulelor. Dar toate acestea sunt deja în secolul 21 sau chiar mai târziu.

Literatură

1. Okun L.B. Fizica particulelor elementare. M.: Nauka, 1988.

2. Kobzarev I.Yu. Laureaţii Premiului Nobel 1979: S. Weinberg, S. Glashow, A. Salam // Nature. 1980. N 1. P. 84.

3. Zeldovich Ya.B. Clasificarea particulelor elementare și a cuarcilor așa cum este prezentată pentru pietoni // Uspekhi fiz. Sci. 1965. T. 8. P. 303.

4. Krainov V.P. Relația de incertitudine pentru energie și timp // Soros Educational Journal. 1998. N 5. P. 77-82.

5. Nambu I. De ce nu există quarci liberi // Uspekhi fiz. Sci. 1978. T. 124. P. 146.

6. Zhdanov G.B., Maksimenko V.M., Slavatinsky S.A. Experimentul „Pamir” // Natură. 1984. N 11. P. 24

Revizorul articolului L.I. Sarycheva

S. A. Slavatinsky Institutul de Fizică și Tehnologie din Moscova, Dolgoprudny, regiunea Moscova.

Structurile microlumilor

Anterior, particulele elementare erau numite particule care fac parte dintr-un atom și nu pot fi descompuse în componente mai elementare, și anume electroni și nuclee.

Mai târziu s-a descoperit că nucleele constau din particule mai simple - nucleonii(protoni și neutroni), care la rândul lor constau din alte particule. De aceea cele mai mici particule de materie au început să fie considerate particule elementare , excluzând atomii și nucleele acestora .

Până în prezent, au fost descoperite sute de particule elementare, ceea ce necesită clasificarea lor:

– după tipul de interacțiune

- după timpul vieții

– cel mai mare spate

Particulele elementare sunt împărțite în următoarele grupe:

Particule compozite și fundamentale (fără structură).

Particule compuse

Hadroni (grele)– particule care participă la toate tipurile de interacțiuni fundamentale. Sunt formați din quarci și sunt împărțiți, la rândul lor, în: mezonii– hadroni cu spin întreg, adică sunt bosoni; barionii– hadroni cu spin semiîntreg, adică fermioni. Acestea, în special, includ particulele care alcătuiesc nucleul unui atom - proton și neutron, adică. nucleonii.

Particule fundamentale (fără structură).

Leptoni (lumini)– fermioni, care au forma unor particule punctiforme (adică, care nu constau din nimic) până la scări de ordinul 10 – 18 m. Ei nu participă la interacțiuni puternice. Participarea la interacțiuni electromagnetice a fost observată experimental numai pentru leptoni încărcați (electroni, muoni, leptoni tau) și nu a fost observată pentru neutrini.

Quarci– particule încărcate fracționat care alcătuiesc hadronii. Nu au fost observați în stare liberă.

Bosoni de măsurare– particule prin schimbul cărora se realizează interacțiuni:

– foton – o particulă care poartă interacțiune electromagnetică;

– opt gluoni – particule care poartă interacțiunea puternică;

– trei bosoni vectori intermediari W + , W− și Z 0, care tolerează interacțiuni slabe;

– gravitonul este o particulă ipotetică care transferă interacțiunea gravitațională. Existența gravitonilor, deși nu este încă demonstrată experimental din cauza slăbiciunii interacțiunii gravitaționale, este considerată destul de probabilă; cu toate acestea, gravitonul nu este inclus în modelul standard al particulelor elementare.

Conform conceptelor moderne, particulele fundamentale (sau particulele elementare „adevărate”) care nu au o structură internă și dimensiuni finite includ:

Quarci și leptoni

Particule care asigură interacțiuni fundamentale: gravitoni, fotoni, bosoni vectoriali, gluoni.

Clasificarea particulelor elementare după durata de viață:

- grajd: particule a căror durată de viață este foarte lungă (în limită tinde spre infinit). Acestea includ electronii , protoni , neutrini . Neutronii sunt stabili și în interiorul nucleelor, dar sunt instabili în afara nucleului.

- instabil (cvasi-stabile): particulele elementare sunt acele particule care se degradează din cauza interacțiunilor electromagnetice și slabe și a căror durată de viață este mai mare de 10-20 de secunde. Astfel de particule includ neutron liber (adică un neutron în afara nucleului unui atom)

- rezonanțe (instabil, de scurtă durată). Rezonanțe includ particule elementare care se degradează din cauza interacțiunilor puternice. Durata lor de viață este mai mică de 10-20 de secunde.

Clasificarea particulelor prin participarea la interacțiuni:

- leptoni : Acestea includ neutroni. Toți nu participă la vârtejul interacțiunilor intranucleare, adică. nu sunt supuse unor interacțiuni puternice. Ei participă la interacțiunea slabă, iar cei cu o sarcină electrică participă și la interacțiunea electromagnetică

- hadronii : particule care există în interiorul nucleului atomic și participă la interacțiuni puternice. Cele mai cunoscute dintre ele sunt proton Și neutroni .

Cunoscut astăzi șase leptoni :

În aceeași familie cu electronul se află muonii și particulele tau, care sunt similare cu electronul, dar mai masive. Muonii și particulele tau sunt instabile și în cele din urmă se descompun în alte câteva particule, inclusiv electronul

Trei particule neutre din punct de vedere electric cu masă zero (sau aproape de zero, oamenii de știință nu s-au hotărât încă asupra acestui punct), numite neutrini . Fiecare dintre cei trei neutrini (neutrin electronic, neutrin muon, neutrin tau) este asociat cu unul dintre cele trei tipuri de particule din familia de electroni.

Cel mai faimos hadronii , protoni și neutrini există sute de rude, care se nasc în număr mare și se descompun imediat în procesul diferitelor reacții nucleare. Cu excepția protonului, toți sunt instabili și pot fi clasificați în funcție de compoziția particulelor în care se descompun:

Dacă există un proton printre produsele finale ale dezintegrarii particulelor, atunci se numește barion

Dacă nu există proton printre produșii de descompunere, atunci particula este numită mezon .

Tabloul haotic al lumii subatomice, care a devenit mai complexă odată cu descoperirea fiecărui hadron nou, a făcut loc unei noi imagini odată cu apariția conceptului de quarci. Conform modelului cuarcilor, toți hadronii (dar nu leptonii) constau din și mai multe particule elementare - quarci. Asa de barionii (în special protonul) constau din trei quarci și mezonii - din perechea quarc - antiquarc.

ARTICOLE POPULARE

Negația nu cu verbe (la forma personală, la infinitiv, la forma gerunziului) se scrie separat: a nu lua, nu a fost, neștiind, încet. Prezentare, raportați principalele trăsături ale filozofiei renașterii Stilul de ficțiune Copiii pământului Prezentare suntem copiii pământului pentru grădiniță Prezentare pe tema barierelor în calea comunicării, lucrarea a fost finalizată de studenți.Fără comunicare, ne închidem în

2023 „kingad.ru” - examinarea cu ultrasunete a organelor umane

Contacte Harta site-ului