Adauga la favorite

Vezi si

Scrieți o recenzie despre articolul „Particulă fundamentală”

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
• // fizica.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 majoritatea dintre ele nu sunt de fapt elementare, deoarece ele însele constau din cele mai simple sau, după 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 o structură internă, cel puțin până la cele mai mici distanțe studiate acum ~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.

În natură, există două grupuri de particule: 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. Bosonii au propriul moment unghiular, numit spin, egal cu valoarea întreagă a constantei lui Planck $h = 1,05 \cdot 10^(-27) erg \cdot c$. Cuantele câmpului și, în consecință, purtătorii interacțiunii puternice sunt gluoni, notați cu simbolul g, cuantele câmpului electromagnetic sunt binecunoscutele cuante de lumină - fotoni, notate cu $\gamma $, iar cuante ale câmpului slab și, în consecință, purtătorii interacțiunilor slabe sunt W± (ve dublu) - și Z 0 (zet zero)-bosoni.

Spre deosebire de bosoni, toate celelalte particule fundamentale sunt fermioni, adică particule care au un spin semiîntreg egal cu h/2.

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

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

Particule din tabel. 1 sunt notate cu 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 a dezvoltării Universului, în stadiul inițial al dezvoltării sale, particulele din toate cele trei generații au jucat un rol important.

Leptoni

Să luăm mai întâi în considerare 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).

Privind Masa. 1 ridică involuntar întrebarea de ce natura a avut nevoie de crearea a trei neutrini diferiți. Nu există încă un răspuns la această întrebare, deoarece nu a fost creată o astfel de teorie cuprinzătoare a particulelor fundamentale, care ar indica necesitatea și suficiența tuturor acestor particule și ar descrie proprietățile lor principale. Poate că această problemă va fi rezolvată în secolul 21 (sau mai târziu).

Linia de jos a tabelului. 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 tabelului periodic cunoscut de noi. 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.

Electronul este stabil, principala posibilitate de a distruge un electron este moartea acestuia la o coliziune 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 (așa-numiții fotoni de înaltă energie), care transportă 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 clar validitatea celebrei formule a lui A. Einstein despre echivalența masei și energiei: E = mc 2 .

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

În a doua generație a rândului de jos al tabelului. 1 este situat > muon - o particulă, care în toate proprietățile sale este un analog al unui electron, dar cu o masă anormal de mare. Masa muonului este de 207 ori masa electronului. Spre deosebire de electron, muonul este instabil. Timpul vieții lui t= 2,2 10 -6 s. Muonul se descompune în principal 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 taonul este mai greu decât protonul și neutronul. Durata sa de viață este de 2,9 10 -13 s, iar din peste 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 exemplu R\u003d 10 -13 cm. La o astfel de distanță, forțele electromagnetice sunt de aproape 10 miliarde de ori mai mari decât forțele slabe. Dar asta nu înseamnă deloc că rolul forțelor slabe în natură este mic. Departe de.

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 reacția (1).

Apropo de leptoni, trebuie adăugat că teoria modernă descrie interacțiunile electromagnetice și slabe cu ajutorul unei teorii electroslăbice unificate. A fost dezvoltat de S. Weinberg, A. Salam și S. Glashow în 1967.

Quarci

Însăși ideea de quarci a apărut ca urmare a unei strălucite încercări de a clasifica un număr mare de particule implicate în interacțiuni puternice și numite hadroni. M. Gell-Man 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 subdivizați în particule grele numite barionii, și mediile numite mezonii.

Barionii sunt caracterizați prin numărul barionului b= 1 pentru particule și b = -1 pentru antibarioni. Nașterea și distrugerea lor au loc întotdeauna în perechi: un barion și un 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 ar 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 numerele cuantice care sunt aceleași pentru toți quarcii - spin și numărul barionului, există și alte caracteristici importante ale acestora, cum ar fi mărimea masei lor de repaus. m, mărimea sarcinii electrice Q/e(în fracțiuni de sarcină electronică e\u003d 1,6 · 10 -19 coulomb) și un anumit set de numere cuantice care caracterizează așa-numitul aromă de quarc. Acestea includ:

1) valoarea 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 dubletului au mase similare 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. Crearea 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 pe acceleratoare, au fost observate particule care nu au putut fi descrise folosind u-, d- și s-cuarcuri. Prin analogie cu ciudățenia, a fost necesar să se introducă încă trei quarci noi cu numere cuantice noi DIN = +1, LA= -1 și T= +1. Particulele compuse din acești quarci au o masă mult mai mare (> 2 GeV/c2). Au o mare varietate de scheme de dezintegrare cu o durată de viață de ~10 -13 s. Un rezumat al caracteristicilor tuturor quarcilor este dat în tabel. 2.

Fiecare quarc din tabel. 2 corespunde cu antiquarcul său. Pentru antiquarci, toate numerele cuantice au un semn opus celui indicat pentru un cuarc. Următoarele trebuie spuse despre mărimea masei cuarcilor. Date în tabel. 2 valori corespund maselor de quarci goale, adică quarcurile înșiși fără a lua în considerare gluonii care îi înconjoară. Masa quarcilor îmbrăcați datorită energiei transportate de gluoni este mai mare. 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 un timp foarte scurt.

(Unde E este energia unei perechi virtuale), care are loc cu o încălcare a 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.

Principala caracteristică a tuturor quarcilor este că aceștia sunt proprietarii sarcinilor 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 încărcături sunt numite culorile quarcilor și anume: roșu condiționat, verde și albastru. Astfel, fiecare quarc din tabel. 1 și 2 pot fi în trei forme și sunt o particulă colorată. Amestecarea tuturor celor trei culori, așa cum are loc în optică, dă o culoare albă, adică albește particulele. Toți hadronii observați sunt incolori.

Interacțiunile cuarcilor sunt realizate de opt gluoni diferiți. Termenul „gluon” înseamnă lipici în traducere din engleză, adică aceste cuante de câmp sunt particule care, parcă, lipiciesc 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 a absorbit 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 dependența de probabilitatea interacțiunii diferitelor particule între ele asupra energiei. Figura 1 explică ceea ce s-a spus. 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, se vede un vârf în cursul secțiunii transversale. Lățimea sa este $\Gamma = 110$ MeV, iar masa totală a particulelor $\Delta^(++)$ 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 o stare 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

Vom începe să descriem modelul de cuarc al hadronilor din desenul liniilor de câmp care emană dintr-o sursă - un cuarc cu o încărcătură de culoare 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 - o sarcină electrică ca un ventilator, deoarece fotonii virtuali emiși simultan de sursă nu interacționează între ei. Rezultatul este legea lui Coulomb.

Spre deosebire de această imagine, gluonii înșiși au încărcături de culoare și interacționează puternic între ei. Ca rezultat, în loc de un evantai de linii de forță, avem un mănunchi, prezentat în Fig. 2, b. Coarda este întinsă între quarc și antiquarc, dar cel mai surprinzător lucru este că gluonii înșiși, având sarcini colorate, devin surse de noi gluoni, al căror număr crește pe măsură ce se îndepărtează de quarc.
Un astfel de model de interacțiune 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 distanțe este relativ mică, astfel încât quarcii la R> 10 -15 cm în prima aproximare pot fi considerate particule libere, care nu interacționează. Acest fenomen poartă denumirea specială de libertatea asimptotică a quarcilor mici R. Cu toate acestea, când R mai mult decât o valoare critică $R_(cr) \aproximativ 10^(-13)$ cm U(R) devine direct proporțională cu valoarea R. Rezultă direct de aici că forța F = -dU/dR= const, adică nu depinde de distanță. Nicio altă interacțiune pe care fizicienii le-au studiat anterior nu au avut o proprietate atât de neobișnuită.

Calculele arată că forțele care acționează între un cuarc și un antiquarc, într-adevăr, începând de la $R_(cr) \aprox 10_(-13)$ cm, încetează să mai depindă de distanță, rămânând la un nivel de o valoare uriașă apropiată de 20. tone.La distanta 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, în fața fizicienilor s-a deschis o nouă imagine grandioasă a forțelor colorate din natură, 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 nu.

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 profitabil 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 rupere este mai mare decât masa în repaus a cuarcului și a antiquarcului. Procesul de rupere a mănunchiului de linii de forță ale câmpului gluon este prezentat în fig. 2, în.

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 neejectare a quarcilor se numește izolarea. La energii mari, poate fi mai avantajos ca pachetul să se rupă deodată în multe locuri, formând un set de $q \tilde q$-perechi. În acest fel am abordat 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 cuarc albastru și un antiquarc anti-albastru), astfel încât perechea lor, indiferent de aromele de quarc, să nu aibă culoare. (și observăm doar particule incolore).

Toți quarcii și antiquarcii au spin (în fracțiuni de h) egal cu 1/2. Prin urmare, spin-ul total al combinației unui cuarc cu un antiquarc este fie 0 atunci când spinurile sunt antiparalele, fie 1 când spinurile sunt paralele între ele. Dar spin-ul unei particule poate fi mai mare de 1 dacă quarcii înșiși se rotesc de-a lungul unor orbite în interiorul particulei.

În tabel. Figura 3 prezintă câteva combinații pereche și mai complexe de quarci, cu o indicație a căror hadroni cunoscuți anterior corespunde această combinație de quarci.

Dintre mezonii și rezonanțe mezone cel mai bine studiate în prezent, cel mai mare grup este format 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 din Tabel. 3 - rezonanțe $\rho$ ±,0 (mezonii rho) spre deosebire de pionii au un spin J= 1, sunt instabili și trăiesc doar aproximativ 10 -23 s. Motivul pentru $\rho$ ±,0 este interacțiunea puternică.

Motivul pentru dezintegrarea pionilor încărcați se datorează interacțiunii slabe, și anume, faptului 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, există și tranziții ale unui quarc de o generație la un quarc din altă generație, de exemplu $u \to b + W^+$ sau $u \to s + W^+$ etc., deși astfel de tranziții sunt mult mai rare decât tranzițiile dintr-o generație. În același timp, în timpul tuturor acestor transformări, sarcina electrică din reacție este conservată.

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 lume.

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

Să trecem la luarea în considerare a hadronilor grei, adică a barionilor. Toți sunt formați din trei quarci, dar cei care au toate cele trei culori, 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). Din protoni și neutroni constau toate nucleele atomice ale elementelor chimice. Numărul de protoni din nucleu determină sarcina electrică totală a acestuia Z.

Cealaltă particulă principală din nucleele atomice este neutronul. n. Neutronul este puțin mai greu decât protonul, este instabil și în stare liberă cu o durată de viață de aproximativ 900 s se descompune într-un proton, un electron și un neutrin. În tabel. 3 arată starea de cuarc a protonului uudși neutroni udd. Dar cu rotirea acestei combinații de quarci J= 3/2, se formează rezonanțe $\Delta^+$ și respectiv $D^0$. Toți ceilalți barioni sunt formați din quarci mai grei s, b, t, și au o masă mult mai mare. Printre acestea, de interes deosebit a fost W- -hyperon, format din trei quarci ciudate. A fost descoperit pentru prima dată pe hârtie, adică prin calcul, folosind ideile structurii cuarci a barionilor. Toate proprietățile principale ale acestei particule au fost prezise și apoi confirmate prin experimente.

Multe fapte observate experimental vorbesc acum în mod convingător despre existența quarcilor. În special, vorbim despre descoperirea unui nou proces în reacția de ciocnire a electronilor și pozitronilor, care duce la formarea jeturilor de cuarc-antiquarc. Schema acestui proces este prezentată în fig. 4. Experimentul a fost efectuat pe colidere din Germania și SUA. Săgețile arată direcțiile grinzilor din figură e+ și e- , iar un cuarc este emis din punctul de coliziune qși un antiquarc $\tilde q$ la un unghi zenital $\Theta$ față de direcția de zbor e+ și e- . Această pereche $q+\tilde q$ este produsă în reacție

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

După cum am spus deja, un garou de linii de forță (mai des se spune o sfoară) se rupe în componentele sale cu o tensiune suficient de mare.
La energii mari ale cuarcului și antiquarcului, așa cum am menționat mai devreme, șirul se rupe în multe locuri, drept urmare două fascicule înguste de particule secundare incolore se formează în ambele direcții de-a lungul liniei de zbor a cuarcului q și a antiquarcului, așa cum prezentat în Fig. 4. Astfel de fascicule de particule se numesc jeturi. Formarea a trei, patru sau mai multe jeturi de particule simultan este observată destul de des în experiment.

În experimentele care au fost efectuate la energii de supraaccelerare în raze cosmice, la care a participat și autorul acestui articol, s-au obținut, parcă, fotografii ale procesului de formare a multor jeturi. Faptul este că o frânghie sau o sfoară 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 prescurtat QCD. Este mult mai complicată decât teoria interacțiunilor electroslabe. QCD are succes în special în descrierea așa-numitelor procese dure, adică procesele de interacțiune a particulelor cu un 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 ne oprim pe scurt asupra faptului dacă șase leptoni și 18 quarci multicolori (și antiparticulele lor), precum și cuante de câmpuri fundamentale, epuizează fotonul, W ± -, Z 0 -bosoni, opt gluoni și, în final, cuante ale câmpului gravitațional - gravitoni - întregul arsenal de particule cu adevărat elementare, 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 în care sunt introduse un grup mare de așa-numitele particule supersimetrice, 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, crezând că doar luarea în considerare a gravitației, în ciuda rolului său care pare să fie mic în microcosmos, ar permite 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. Moscova: Nauka, 1988.

2. Kobzarev I.Yu. Laureaţi ai Premiului Nobel în 1979: S. Weinberg, S. Glashow, A. Salam // Priroda. 1980. N 1. S. 84.

3. Zeldovich Ya.B. Clasificarea particulelor elementare și a quarcilor în prezentarea pentru pietoni // Uspekhi nat. Științe. 1965. T. 8. S. 303.

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

5. I. Nambu, „De ce nu există quarci liberi”, Usp. Phys. Științe. 1978. V. 124. S. 146.

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

Revizorul articolului L.I. Sariciov

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

Structuri ale microlumilor

Anterior, particulele elementare erau numite particule care alcătuiesc atomul și sunt indecompuse în componente mai elementare, și anume electroni și nuclee.

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

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

– pe tipuri de interacțiuni

- după timpul vieții

- dimensiunea spatelui

Particulele elementare sunt împărțite în următoarele grupe:

Particule compozite și fundamentale (fără structură).

Particule compozite

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

Particule fundamentale (fără structură).

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

Quarci sunt particule încărcate fracțional care formează 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;

sunt trei bosoni vectori intermediari W + , W− și Z 0, purtând interacțiune slabă;

– gravitonul este o particulă ipotetică care poartă interacțiune 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 (tinde spre infinit în limită). Acestea includ electroni , protoni , neutrini . Neutronii sunt stabili și în interiorul nucleelor, dar sunt instabili în afara nucleului.

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

- rezonanțe (instabil, de scurtă durată). Rezonanțe includ particule elementare care se degradează datorită interacțiunii puternice. Durata de viață a acestora este mai mică de 10 -20 de secunde.

Clasificarea particulelor prin participarea la interacțiuni:

- leptoni : Neutronii sunt, de asemenea, printre ei. Toți nu participă la vârtejul interacțiunilor intranucleare, adică. nu sunt supuse unei interacțiuni puternice. Ei participă la interacțiunea slabă, iar având o sarcină electrică participă la interacțiunea electromagnetică.

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

Cunoscut în prezent șase leptoni :

Muonii și particulele tau, care sunt similare cu electronul, dar mai masive, aparțin aceleiași familii ca și electronul. Muonii și particulele tau sunt instabile și în cele din urmă se descompun în câteva alte particule, inclusiv un electron.

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

Cel mai faimos hadronii , protoni și neutrini, există sute de rude, care se nasc în mulți 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 de descompunere a particulelor, atunci se numește barion

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

Tabloul haotic al lumii subatomice, care s-a complicat 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) sunt formați din trei quarci și mezonii dintr-o pereche quark-antiquarc.

ARTICOLE POPULARE

Înțelegem cât câștigă Putin Agresiunea verbală și presiunea psihologică: cum să ripostezi un prost sau un manipulator Caracteristici ale comportamentului într-o situație de presiune psihologică Cum să găsești un sponsor și de ce dau bani model de contract de închiriere Tehnici psihologice de influenţare a interlocutorului Tehnici de atragere a atenţiei într-o prezentare orală

2022 "kingad.ru" - examinarea cu ultrasunete a organelor umane

Contacte harta site-ului