Favorilere ekle

Ayrıca bakınız

"Temel parçacık" makalesi hakkında bir inceleme yazın

Notlar

Bağlantılar

• S. A. Slavatinsky// Moskova Fizik ve Teknoloji Enstitüsü (Dolgoprudny, Moskova bölgesi)
• Slavatinsky S.A. // SOZH, 2001, Sayı 2, s. 62–68 arşiv http://web.archive.org/web/20060116134302/http://journal.issep.rssi.ru/annot.php?id=S1176
• // nuclphys.sinp.msu.ru
• // ikinci-fizik.ru
• //fizik.ru
• // doğa.web.ru
• // doğa.web.ru
• // doğa.web.ru

Nispeten yakın zamana kadar yüzlerce parçacık ve antiparçacık temel sayılıyordu. Özelliklerinin ve diğer parçacıklarla etkileşimlerinin ayrıntılı bir incelemesi ve teorinin gelişimi, bunların çoğunun aslında temel parçacıklar olmadığını gösterdi, çünkü kendileri en basit veya şimdi söylendiği gibi temel parçacıklardan oluşuyor. Temel parçacıkların kendisi artık hiçbir şeyden oluşmuyor. Çok sayıda deney, tüm temel parçacıkların, en azından şu anda incelenen ~10-16 cm'lik en küçük mesafelere kadar, iç yapısı olmayan boyutsuz nokta nesneler gibi davrandığını göstermiştir.

giriiş

Parçacıklar arasındaki sayısız ve çeşitli etkileşim süreçleri arasında dört temel veya temel etkileşim vardır: güçlü (nükleer), elektromanyetik ve yerçekimi. Parçacıklar dünyasında yerçekimsel etkileşim çok zayıftır, rolü hala belirsizdir ve bunun hakkında daha fazla konuşmayacağız.

Doğada iki grup parçacık vardır: tüm temel etkileşimlere katılan hadronlar ve yalnızca güçlü etkileşime katılmayan leptonlar.

Modern kavramlara göre, parçacıklar arasındaki etkileşimler, parçacığı çevreleyen ilgili alanın (güçlü, zayıf, elektromanyetik) kuantumunun yayılması ve ardından emilmesi yoluyla gerçekleştirilir. Bu tür kuantumlar, aynı zamanda temel parçacıklar olan ayar bozonlarıdır. Bozonların spin adı verilen kendi açısal momentumu, Planck sabitinin $h = 1,05 \cdot 10^(-27) erg \cdot s$ tamsayı değerine eşittir. Alan kuantası ve buna göre güçlü etkileşimlerin taşıyıcıları g sembolüyle gösterilen gluonlardır, elektromanyetik alan kuantası iyi bilinen ışık kuantasıdır - $\gamma $ ile gösterilen fotonlar ve zayıf alan kuantumu ve buna göre zayıf etkileşimlerin taşıyıcıları öyle K± (çift ve)- ve Z 0 (zet sıfır) bozonlar.

Bozonlardan farklı olarak diğer tüm temel parçacıklar fermiyonlardır, yani yarım tamsayı spin değeri şuna eşit olan parçacıklardır: H/2.

Masada Şekil 1 temel fermiyonların (leptonlar ve kuarklar) sembollerini göstermektedir.

Tabloda gösterilen her parçacık. Şekil 1, parçacıktan yalnızca elektrik yükünün işaretleri ve diğer kuantum sayıları (bkz. Tablo 2) ve parçacığın momentumunun yönüne göre dönüş yönü açısından farklılık gösteren bir antiparçacığa karşılık gelir. Antiparçacıkları parçacıklarla aynı sembollerle ancak sembolün üzerinde dalgalı bir çizgiyle göstereceğiz.

Tablodaki parçacıklar. 1, Yunan ve Latin harfleriyle belirtilir: $\nu$ harfi - üç farklı nötrino, e - elektron harfleri, $\mu$ - müon, $\tau$ - taon, u, c, t harfleri, d, s, b kuarkları belirtir; isimleri ve özellikleri tabloda verilmiştir. 2.

Tablodaki parçacıklar. 1, modern teorinin yapısına göre I, II ve III olmak üzere üç kuşak halinde gruplandırılmıştır. Evrenimiz ilk neslin parçacıklarından (leptonlar, kuarklar ve ayar bozonları) inşa edilmiştir, ancak Evrenin gelişimi hakkındaki modern bilimin gösterdiği gibi, gelişiminin ilk aşamasında, üç neslin tümünün parçacıkları önemli bir rol oynadı.

Leptonlar

Öncelikle leptonların özelliklerine daha detaylı bakalım. Tablonun en üst satırında. 1, üç farklı nötrino içerir: elektron $\nu_e$, müon $\nu_m$ ve tau nötrino $\nu_t$. Kütleleri henüz doğru bir şekilde ölçülmemiştir, ancak üst sınırı örneğin elektron kütlesinin 10 -5'ine eşit olan ne için belirlenmiştir (yani $\leq 10^(-32)$ g).

Masaya bakarken. Şekil 1'de kaçınılmaz olarak doğanın neden üç farklı nötrino yaratmaya ihtiyaç duyduğu sorusu ortaya çıkıyor. Bu sorunun henüz bir cevabı yok. Çünkü tüm bu parçacıkların gerekliliğini ve yeterliliğini gösterecek, temel özelliklerini anlatacak kadar kapsamlı bir temel parçacık teorisi oluşturulmamıştır. Belki bu sorun 21. yüzyılda (veya daha sonra) çözülecektir.

Tablonun alt satırı. 1. Bölüm en çok incelediğimiz parçacık olan elektronla başlıyor. Elektron geçen yüzyılın sonunda İngiliz fizikçi J. Thomson tarafından keşfedildi. Elektronların dünyamızdaki rolü çok büyüktür. Bunlar, atom çekirdekleriyle birlikte Mendeleev'in Periyodik Tablosunda bildiğimiz elementlerin tüm atomlarını oluşturan negatif yüklü parçacıklardır. Her atomdaki elektron sayısı, atom çekirdeğindeki proton sayısına tam olarak eşittir, bu da atomu elektriksel olarak nötr yapar.

Bir elektron kararlıdır; bir elektronu yok etmenin ana olasılığı, bir antipartikül olan bir pozitron e + ile çarpışması sonucu ölmesidir. Bu sürece yok etme denir:

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

Yok oluşun bir sonucu olarak, hem e + ve e - geri kalan enerjilerini hem de kinetik enerjilerini alıp götüren iki gama kuantası oluşur (yüksek enerjili fotonlara denir). Yüksek enerjilerde e+ ve e- hadronlar ve kuark çiftleri oluşur (bkz. örneğin (5) ve Şekil 4).

Tepki (1), A. Einstein'ın kütle ve enerjinin denkliğine ilişkin ünlü formülünün geçerliliğini açıkça göstermektedir: e = mc 2 .

Gerçekten de, madde içinde duran bir pozitronun ve dinlenme halindeki bir elektronun yok olması sırasında, bunların tüm dinlenme kütlesi (1,22 MeV'ye eşit), dinlenme kütlesi olmayan $\gamma$-quanta'nın enerjisine dönüşür.

Tablonun alt satırında ikinci nesilde. 1 >muon'da bulunur - tüm özellikleriyle elektronun benzeri olan ancak anormal derecede büyük bir kütleye sahip bir parçacık. Müonun kütlesi elektronun kütlesinden 207 kat daha fazladır. Müon, elektronun aksine kararsızdır. Hayatının zamanı T= 2,2 · 10 -6 sn. Müon, şemaya göre tercihen bir elektrona ve iki nötrinoya bozunur.

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

Elektronun daha da ağır bir benzeri ise $\tau$-lepton'dur (taon). Kütlesi elektronun kütlesinden 3 bin kat daha fazladır ($m_(\tau) = 1777$ MeV/c 2), yani proton ve nötrondan daha ağırdır. Ömrü 2,9 · 10 -13 saniyedir ve yüzden fazla farklı bozunum şemasından (kanalından) aşağıdakiler mümkündür:

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

Leptonlardan bahsetmişken, zayıf ve elektromanyetik kuvvetleri belirli bir mesafede karşılaştırmak ilginçtir; R= 10 -13 cm Bu mesafede elektromanyetik kuvvetler, zayıf kuvvetlerden neredeyse 10 milyar kat daha fazladır. Ancak bu, zayıf kuvvetlerin doğadaki rolünün küçük olduğu anlamına gelmez. Hiç de bile.

Çeşitli parçacıkların diğer parçacıklara birçok karşılıklı dönüşümünden, örneğin reaksiyonlarda (2), (3) sorumlu olan zayıf kuvvetlerdir ve bu tür karşılıklı dönüşümler, parçacık fiziğinin en karakteristik özelliklerinden biridir. Reaksiyonların (2), (3) aksine, elektromanyetik kuvvetler reaksiyon (1)'de etki eder.

Leptonlardan bahsetmişken, modern teorinin elektromanyetik ve zayıf etkileşimleri birleşik bir elektrozayıf teori kullanarak tanımladığını da eklemek gerekir. 1967 yılında S. Weinberg, A. Salam ve S. Glashow tarafından geliştirilmiştir.

Kuarklar

Kuark fikri, hadron adı verilen güçlü etkileşimlere katılan çok sayıda parçacığı sınıflandırmaya yönelik parlak bir girişimden ortaya çıktı. M. Gell-Mann ve G. Zweig, tüm hadronların karşılık gelen bir dizi temel parçacıktan (kuarklar, bunların antikuarkları ve güçlü etkileşimin taşıyıcıları) - gluonlardan oluştuğunu öne sürdüler.

Şu anda gözlemlenen toplam hadron sayısı yüzden fazla parçacıktır (ve aynı sayıda antiparçacık). Düzinelerce parçacık henüz kaydedilmedi. Bütün hadronlar, adı verilen ağır parçacıklara bölünmüştür. baryonlar ve ortalamalar, adlandırılmış mezonlar.

Baryonlar baryon sayılarıyla karakterize edilir B= 1 parçacıklar için ve B = -1 antibaryonlar için. Doğumları ve yok oluşları her zaman çiftler halinde gerçekleşir: baryon ve antibaryon. Mezonların baryon yükü vardır B = 0. Gell-Mann ve Zweig'in fikrine göre, tüm baryonlar üç kuarktan, antibaryonlar ise üç antikuarktan oluşur. Bu nedenle her kuarkın baryon numarası 1/3 olarak belirlendi, böylece baryon toplamda B= 1 (veya üç antikuarktan oluşan bir antibaryon için -1). Mezonların baryon numarası vardır B= 0 olduğundan herhangi bir kuark ve herhangi bir antikuark çiftinin herhangi bir kombinasyonundan oluşabilirler. Tüm kuarklar için aynı kuantum sayılarına (spin ve baryon sayısı) ek olarak, dinlenme kütlelerinin değeri gibi başka önemli özellikleri de vardır. M, elektrik yükünün büyüklüğü Q/e(elektron yükünün kesirleri halinde e= 1,6 & middot 10-19 coulomb) ve sözde karakterize edilen belirli bir kuantum sayıları dizisi kuark aroması. Bunlar şunları içerir:

1) izotopik spinin büyüklüğü BEN ve üçüncü projeksiyonunun büyüklüğü, yani BEN 3. Bu yüzden, sen-kuark ve D-kuark bir izotopik çift oluşturur, onlara tam bir izotopik dönüş atanır BEN= 1/2 projeksiyonlarla BEN 3 = +1/2 karşılık gelir sen-kuark ve BEN 3 = -1/2, karşılık gelir D-kuark. İkilinin her iki bileşeni de benzer kütle değerlerine sahiptir ve elektrik yükü hariç diğer tüm özelliklerde aynıdır;

2) kuantum sayısı S- gariplik, karakteristik nükleer zamana (~10 -23 s) kıyasla anormal derecede uzun bir ömre (~10 -8 - 10 -13 s) sahip bazı parçacıkların garip davranışını karakterize eder. Bir veya daha fazla tuhaf kuark ve tuhaf antikuark içeren parçacıkların kendilerine tuhaf denildi. Güçlü etkileşimler nedeniyle garip parçacıkların doğuşu veya kaybolması çiftler halinde meydana gelir, yani herhangi bir nükleer reaksiyonda reaksiyondan önceki $\Sigma$S toplamının reaksiyondan sonraki $\Sigma$S'ye eşit olması gerekir. Ancak zayıf etkileşimlerde tuhaflığın korunumu yasası geçerli değildir.

Hızlandırıcılarda yapılan deneylerde, kullanılarak tanımlanması imkansız olan parçacıklar gözlemlendi. sen-, D- Ve S-kuarklar. Tuhaflığa benzetmek gerekirse, yeni kuantum sayılarına sahip üç yeni kuarkın daha tanıtılması gerekiyordu. İLE = +1, İÇİNDE= -1 ve T= +1. Bu kuarklardan oluşan parçacıklar önemli ölçüde daha büyük bir kütleye sahiptir (> 2 GeV/c 2). ~10 -13 saniyelik ömürleri olan çok çeşitli bozunum modellerine sahiptirler. Tüm kuarkların özelliklerinin bir özeti tabloda verilmiştir. 2.

Her kuark tablosu. 2, antikuarkınıza karşılık gelir. Antikuarklar için tüm kuantum sayıları, kuark için belirtilenin tersi işarete sahiptir. Kuark kütlesinin büyüklüğü hakkında şunları söylemek gerekir. Tabloda verilmiştir. 2 değer, çıplak kuarkların kütlelerine, yani kuarkların kendilerini çevreleyen gluonları hesaba katmadan kendilerine karşılık gelir. Giyinmiş kuarkların kütlesi, gluonların taşıdığı enerjiden dolayı daha fazladır. Bu özellikle en hafif olanlar için fark edilir. sen- Ve D-gluon kaplaması yaklaşık 300 MeV enerjiye sahip olan kuarklar.

Parçacıkların temel fiziksel özelliklerini belirleyen kuarklara değerlik kuarkları denir. Hadronlar, değerlik kuarklara ek olarak, çok kısa bir süre için gluonlar tarafından yayılan ve emilen sanal parçacık çiftleri (kuarklar ve antikuarklar) içerir.

(Nerede e- Heisenberg belirsizlik ilişkisine uygun olarak enerjinin korunumu yasasını ihlal eden sanal çiftin enerjisi). Sanal kuark çiftlerine denir deniz kuarkları veya deniz kuarkları. Dolayısıyla hadronların yapısında değerlik, deniz kuarkları ve gluonlar bulunur.

Tüm kuarkların temel özelliği, karşılık gelen güçlü yüklere sahip olmalarıdır. Güçlü alan yüklerinin üç eşit çeşidi vardır (elektrik kuvvetleri teorisinde bir elektrik yükü yerine). Tarihsel terminolojide bu üç tür yüke kuarkların renkleri denir: geleneksel olarak kırmızı, yeşil ve mavi. Böylece tablodaki her kuark. 1 ve 2 üç biçimde olabilir ve renkli bir parçacıktır. Tıpkı optikte olduğu gibi üç rengin karıştırılması beyazı üretir, yani parçacığı beyazlatır. Gözlenen hadronların tümü renksizdir.

Kuark etkileşimleri sekiz farklı gluon tarafından gerçekleştirilir. "Gluon" terimi İngilizce'de yapıştırıcı anlamına gelir, yani bu alan kuantumları kuarkları birbirine yapıştıran parçacıklardır. Kuarklar gibi gluonlar da renkli parçacıklardır, ancak her gluon aynı anda iki kuarkın rengini değiştirdiğinden (gluon yayan kuark ve gluonu soğuran kuark), gluon iki kez renklendirilir ve genellikle bir renk ve bir antirenk taşır. renginden farklıdır.

Bir fotonunki gibi gluonların geri kalan kütlesi sıfırdır. Ayrıca gluonlar elektriksel olarak nötrdür ve zayıf bir yüke sahip değildir.

Hadronlar ayrıca genellikle kararlı parçacıklara ve rezonanslara ayrılır: baryon ve mezon.
Rezonanslar son derece kısa bir ömürle (~10 -20 -10 -24 s) karakterize edilir, çünkü bunların bozulması güçlü etkileşimden kaynaklanmaktadır.

Bu tür düzinelerce parçacık Amerikalı fizikçi L.V. Alvarez. Bu tür parçacıkların bozunma yolu, parçacıkların izlerini kaydeden dedektörlerde (kabarcık odası vb. gibi) gözlemlenemeyecek kadar kısa olduğundan, bunların tümü, olasılığa bağlı olarak tepe noktalarının varlığıyla dolaylı olarak tespit edilmiştir. çeşitli parçacıkların enerji üzerinde birbirleriyle etkileşimi. Şekil 1 bunu açıklamaktadır. Şekil, pozitif bir $\pi^+$ pionunun bir proton ile etkileşim kesitinin (olasılık değeriyle orantılı) bağımlılığını göstermektedir. P pion'un kinetik enerjisinden. Yaklaşık 200 MeV enerjide kesit sırasında bir tepe noktası görülür. Genişliği $\Gamma = 110$ MeV'dir ve $\Delta^(++)$ parçacığının toplam kütlesi $T^(")_(max)+M_p c^2+M_\pi c'ye eşittir. ^2=1232$ MeV /с 2 , burada $T^(")_(max)$, kütle merkezleri sistemindeki parçacıkların çarpışmasının kinetik enerjisidir. Rezonansların kütlesi, uyarılma enerjisinden dolayı daha büyük olmasına rağmen, kararlı benzerleriyle aynı kuark bileşimine sahip olduklarından çoğu rezonans, kararlı parçacıkların uyarılmış durumu olarak düşünülebilir.

Hadronların kuark modeli

Hadronların kuark modelini, renkli yüklü bir kuark olan ve bir antikuarkta biten bir kaynaktan çıkan alan çizgilerinin çizimiyle tanımlamaya başlıyoruz (Şekil 2, B). Karşılaştırma için, Şekil 2'de. Şekil 2'de elektromanyetik etkileşim durumunda kuvvet çizgilerinin kaynaktan (elektrik yükü) bir fan gibi saptığını gösteriyoruz, çünkü kaynak tarafından aynı anda yayılan sanal fotonlar birbirleriyle etkileşime girmiyor. Sonuç olarak Coulomb yasasını elde ederiz.

Bu resmin aksine, gluonların kendileri renkli yüklere sahiptir ve birbirleriyle güçlü bir şekilde etkileşime girerler. Sonuç olarak, elektrik hatlarının bir fanı yerine, Şekil 2'de gösterilen bir demetimiz var. 2, B. İp, bir kuark ile bir antikuark arasında gerilir, ancak en şaşırtıcı şey, renkli yüklere sahip olan gluonların, kuarktan uzaklaştıkça sayıları artan yeni gluonların kaynağı haline gelmesidir.
Etkileşimin bu resmi, Şekil 2'de gösterilen kuarklar arasındaki etkileşimin potansiyel enerjisinin aralarındaki mesafeye bağımlılığına karşılık gelir. 3. Yani: mesafeye kadar R> 10 -13 cm, U(R) bağımlılığı huni şeklinde bir karaktere sahiptir ve bu mesafe aralığındaki renk yükünün gücü nispeten küçüktür, dolayısıyla kuarklar R> 10-15 cm, ilk yaklaşıma göre serbest, etkileşmeyen parçacıklar olarak kabul edilebilir. Bu olaya küçük kuarkların asimptotik serbestliği adı verilmektedir. R. Ancak ne zaman R Potansiyel etkileşim enerjisinin bazı kritik $R_(cr) \approx 10^(-13)$ cm değerinden daha büyük sen(R) değerle doğru orantılı hale gelir R. Bundan doğrudan şu sonuç çıkar: kuvvet F = -dÜ/dr.= const, yani mesafeye bağlı değildir. Fizikçilerin daha önce incelediği başka hiçbir etkileşim bu kadar olağandışı bir özelliğe sahip değildi.

Hesaplamalar, bir kuark ile bir antikuark arasında etki eden kuvvetlerin aslında $R_(cr) \approx 10_(-13)$ cm'den başlayarak mesafeye bağlı olmadığını ve 20 tona yakın muazzam büyüklükte bir seviyede kaldığını göstermektedir. .uzakta R~ 10 -12 cm (ortalama atom çekirdeğinin yarıçapına eşit) renk kuvvetleri elektromanyetik kuvvetlerden 100 bin kat daha fazladır. Renk kuvvetini atom çekirdeğindeki proton ve nötron arasındaki nükleer kuvvetlerle karşılaştırırsak, renk kuvvetinin binlerce kat daha büyük olduğu ortaya çıkar! Böylece, fizikçilerin önünde, şu anda bilinen nükleer kuvvetlerden çok daha büyük olan, doğadaki renkli kuvvetlerin yeni ve görkemli bir resmi açıldı. Tabii ki, bu tür kuvvetlerin bir enerji kaynağı olarak çalıştırılıp çalıştırılamayacağı sorusu hemen ortaya çıkıyor. Ne yazık ki bu sorunun cevabı olumsuzdur.

Doğal olarak başka bir soru ortaya çıkıyor: Hangi mesafelere? R kuarklar arasında potansiyel enerji arttıkça doğrusal olarak artar R?
Cevap basit: Alan çizgileri demeti büyük mesafelerde kırılır, çünkü bir kuark-antikuark parçacık çiftinin doğuşuyla bir kırılma oluşturmak enerji açısından daha uygundur. Bu, süreksizlik bölgesindeki potansiyel enerji kuarkın ve antikuarkın geri kalan kütlesinden daha büyük olduğunda meydana gelir. Gluon alanının kuvvet çizgileri demetinin kırılma süreci Şekil 2'de gösterilmektedir. 2, V.

Bir kuark-antikuarkın doğuşuna ilişkin bu tür niteliksel fikirler, tekil kuarkların neden doğada hiç gözlemlenmediğini ve gözlemlenemediğini anlamayı mümkün kılmaktadır. Kuarklar sonsuza kadar hadronların içinde hapsolur. Bu kuark hapsi olgusuna denir kapatılma. Yüksek enerjilerde, paketin aynı anda birçok yerden kırılması ve çok sayıda $q\tilde q$ çifti oluşturması daha avantajlı olabilir. Bu şekilde çoğul doğum sorununa yaklaşıyoruz kuark-antikuark çiftleri ve sert kuark jetlerinin oluşumu.

Öncelikle hafif hadronların yani mezonların yapısını ele alalım. Daha önce de söylediğimiz gibi bir kuark ve bir antikuarktan oluşurlar.

Çiftin her iki ortağının da aynı renk yüküne ve aynı anti-yüke (örneğin, bir mavi kuark ve bir anti-mavi antikuark) sahip olması son derece önemlidir, böylece kuarkların çeşnileri ne olursa olsun çiftleri renk yok (ve yalnızca renksiz parçacıkları gözlemliyoruz).

Tüm kuarklar ve antikuarkların bir spini vardır (kesirlerde) H), 1/2'ye eşittir. Bu nedenle, bir kuark ve bir antikuark kombinasyonunun toplam spini, spinler antiparalel olduğunda 0 veya spinler birbirine paralel olduğunda 1 olur. Ancak kuarklar parçacığın içindeki bazı yörüngelerde dönüyorsa parçacığın spini 1'den büyük olabilir.

Masada Şekil 3, kuarkların bazı eşleştirilmiş ve daha karmaşık kombinasyonlarını göstermektedir; bu kuark kombinasyonunun önceden bilinen hangi hadronlara karşılık geldiğini göstermektedir.

Şu anda en iyi incelenen mezonlar ve mezon rezonansları arasında en büyük grup, kuantum sayıları eşit olan hafif, aromatik olmayan parçacıklardan oluşur. S = C = B= 0. Bu grup yaklaşık 40 parçacık içerir. Tablo 3, İngiliz fizikçi S.F. tarafından keşfedilen $\pi$ ±,0 piyonları ile başlamaktadır. 1949'da Powell'dı. Yüklü pionlar yaklaşık 10-8 saniye kadar yaşarlar ve aşağıdaki şemaya göre leptonlara bozunurlar:

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

Tablodaki "akrabaları". 3 - rezonanslar $\rho$ ±,0 (rho mezonlar), pionlardan farklı olarak spinlidir J= 1, kararsızdırlar ve yalnızca 10-23 saniye kadar yaşarlar. $\rho$ ±,0'ın azalmasının nedeni güçlü etkileşimdir.

Yüklü pionların bozunmasının nedeni zayıf etkileşimden yani parçacığı oluşturan kuarkların zayıf etkileşim sonucunda kısa süreliğine yayılıp soğurulabilmesinden kaynaklanmaktadır. T(4) ilişkisine uygun olarak, sanal ayar bozonları: $u \ ila d + W^+$ veya $d \ ila u + W^-$ ve leptonlardan farklı olarak, bir nesil kuarkın bir nesil kuarkına geçişleri başka bir nesil de gerçekleştirilir, örneğin $u \to b + W^+$ veya $u \to s + W^+$, vb., ancak bu tür geçişler bir nesil içindeki geçişlerden önemli ölçüde daha nadirdir. Aynı zamanda tüm bu dönüşümler sırasında reaksiyondaki elektrik yükü korunur.

Mezonların incelenmesi S- Ve C-kuarklar, birkaç düzine tuhaf ve büyülü parçacığın keşfine yol açtı. Araştırmaları şu anda dünyadaki birçok bilim merkezinde yürütülüyor.

Mezonların incelenmesi B- Ve T-kuarklar hızlandırıcılarda yoğun bir şekilde başladı ve şimdilik onlar hakkında daha detaylı konuşmayacağız.

Ağır hadronları yani baryonları ele almaya geçelim. Hepsi üç kuarktan oluşur, ancak mezonlar gibi tüm baryonlar renksiz olduğundan, her üç renk çeşidine de sahip olanlar. Baryonların içindeki kuarklar yörüngesel harekete sahip olabilir. Bu durumda parçacığın toplam spini, kuarkların toplam spinini 1/2 veya 3/2'ye eşit olarak aşacaktır (eğer üç kuarkın da spinleri birbirine paralelse).

Minimum kütleye sahip baryon protondur P(bkz. Tablo 3). Kimyasal elementlerin tüm atom çekirdeklerini oluşturan protonlar ve nötronlardır. Bir çekirdekteki protonların sayısı onun toplam elektrik yükünü belirler Z.

Atom çekirdeğinin diğer ana parçacığı nötrondur N. Bir nötron, bir protondan biraz daha ağırdır, kararsızdır ve serbest durumda olup, yaklaşık 900 saniyelik ömrü ile proton, elektron ve nötrinoya bozunur. Masada Şekil 3 protonun kuark durumunu göstermektedir uud ve nötron ud. Fakat bu kuark kombinasyonunun dönüşüyle J= 3/2 rezonans sırasıyla $\Delta^+$ ve $D^0$ oluşur. Daha ağır kuarklardan oluşan diğer tüm baryonlar S, B, T ve önemli ölçüde daha büyük bir kütleye sahiptir. Bunlar arasında özellikle ilgi çekici olan K- -hiperon, üç tuhaf kuarktan oluşur. İlk olarak kağıt üzerinde, yani baryonların kuark yapısına ilişkin fikirler kullanılarak hesaplama yoluyla keşfedildi. Bu parçacığın tüm temel özellikleri tahmin edildi ve deneylerle doğrulandı.

Deneysel olarak gözlemlenen birçok gerçek artık kuarkların varlığını ikna edici bir şekilde göstermektedir. Özellikle elektronların ve pozitronların çarpışma reaksiyonunda kuark-antikuark jetlerinin oluşumuna yol açan yeni bir sürecin keşfinden bahsediyoruz. Bu prosesin bir diyagramı Şekil 2'de gösterilmektedir. 4. Deney, Almanya ve ABD'deki çarpıştırıcılarda gerçekleştirildi. Şekilde kirişlerin yönü oklarla gösterilmektedir e+ ve e- ve çarpışma noktasından bir kuark kaçar Q ve antikuark $\tilde q$ uçuş yönüne $\Theta$ başucu açısında e+ ve e- . Bir $q+\tilde q$ çiftinin bu doğuşu reaksiyonda meydana gelir

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

Daha önce de söylediğimiz gibi, yeterince büyük bir şekilde gerildiğinde, bir güç hatları demeti (daha sıklıkla bir dizi olarak adlandırılır) bileşenlere ayrılır.
Kuark ve antikuarkın yüksek enerjisinde, daha önce de belirtildiği gibi, sicim birçok yerde kırılır ve bunun sonucunda, q kuark ve antikuarkın uçuş hattı boyunca her iki yönde iki dar ikincil renksiz parçacık demeti oluşur. Şekil 2'de gösterildiği gibi. 4. Bu tür parçacık ışınlarına jetler denir. Çoğu zaman, aynı anda üç, dört veya daha fazla parçacık jetinin oluşumu deneysel olarak gözlemlenmiştir.

Bu makalenin yazarının da yer aldığı kozmik ışınlarda süper hızlandırıcı enerjilerde yapılan deneylerde birçok jetin oluşum sürecinin fotoğrafları elde edildi. Gerçek şu ki, ip veya ip tek boyutludur ve bu nedenle üç, dört veya daha fazla jetin oluşum merkezleri de düz bir çizgi boyunca yerleştirilmiştir.

Güçlü etkileşimleri açıklayan teoriye denir. kuantum kromodinamiği veya kısaca QCD. Elektrozayıf etkileşim teorisinden çok daha karmaşıktır. QCD, özellikle sert süreçleri, yani parçacıklar arasında büyük momentum aktarımıyla parçacıkların etkileşim süreçlerini tanımlamada başarılıdır. Teorinin oluşturulması henüz tamamlanmamasına rağmen, birçok teorik fizikçi halihazırda “büyük birleşmeyi”, yani kuantum kromodinamiği ile elektrozayıf etkileşim teorisinin tek bir teoride birleştirilmesini yaratmakla meşgul.

Sonuç olarak, altı lepton ve 18 çok renkli kuarkın (ve bunların antiparçacıklarının) yanı sıra temel alanların kuantumlarının (foton, foton) olup olmadığını kısaca ele alalım. K ± -, Z 0 bozon, sekiz gluon ve son olarak yerçekimi alanının kuantumu - gravitonlar - gerçekten temel veya daha kesin olarak temel parçacıkların tüm cephaneliği. Görünüşe göre öyle değil. Büyük olasılıkla, parçacıkların ve alanların açıklanan resimleri yalnızca mevcut bilgimizin bir yansımasıdır. Halen gözlemlenen süpersimetrik parçacıklar olarak adlandırılan büyük bir grup, süper ağır kuarklardan oluşan bir oktet ve çok daha fazlasını içeren çok sayıda teorik fikrin zaten mevcut olması boşuna değildir.

Açıkçası, modern fizik parçacıklarla ilgili eksiksiz bir teori oluşturmaktan hala çok uzaktır. Belki de büyük fizikçi Albert Einstein, mikrodünyadaki küçük rolüne rağmen yalnızca yerçekimini hesaba katmanın, parçacıklara ilişkin sağlam bir teori oluşturmayı mümkün kılacağına inanırken haklıydı. Ancak tüm bunlar zaten 21. yüzyılda, hatta daha sonra.

Edebiyat

1. Okun L.B. Temel parçacıkların fiziği. M.: Nauka, 1988.

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

3. Zeldovich Ya.B. Yayalar için sunulan temel parçacıkların ve kuarkların sınıflandırılması // Uspekhi fiz. Bilim. 1965. T. 8. S. 303.

4. Krainov V.P. Enerji ve zaman için belirsizlik ilişkisi // Soros Eğitim Dergisi. 1998. N 5. S. 77-82.

5. Nambu I. Neden serbest kuark yok // Uspekhi fiz. Bilim. 1978. T. 124. S. 146.

6. Zhdanov G.B., Maksimenko V.M., Slavatinsky S.A. Deney "Pamir" // Doğa. 1984. N 11. S. 24

Makale incelemecisi L.I. Sarıçeva

S. A. Slavatinsky Moskova Fizik ve Teknoloji Enstitüsü, Dolgoprudny, Moskova bölgesi.

Mikro dünya yapıları

Daha önce, temel parçacıklara, bir atomun parçası olan ve elektronlar ve çekirdekler gibi daha temel bileşenlere bölünemeyen parçacıklar deniyordu.

Daha sonra çekirdeklerin daha basit parçacıklardan oluştuğu keşfedildi. nükleonlar(protonlar ve nötronlar) ve bunlar da diğer parçacıklardan oluşur. Bu yüzden maddenin en küçük parçacıkları temel parçacıklar olarak kabul edilmeye başlandı , atomlar ve çekirdekleri hariç .

Bugüne kadar sınıflandırılmasını gerektiren yüzlerce temel parçacık keşfedildi:

– etkileşim türüne göre

- yaşam süresine göre

– en büyük sırt

Temel parçacıklar aşağıdaki gruplara ayrılır:

Bileşik ve temel (yapısız) parçacıklar

Bileşik parçacıklar

Hadronlar (ağır)– her türlü temel etkileşime katılan parçacıklar. Kuarklardan oluşurlar ve sırasıyla aşağıdakilere ayrılırlar: mezonlar– tamsayı spinli hadronlar, yani bozonlardır; baryonlar– yarım tamsayı spinli hadronlar, yani fermiyonlar. Bunlar özellikle bir atomun çekirdeğini oluşturan proton ve nötron parçacıklarını içerir. nükleonlar.

Temel (yapısız) parçacıklar

Leptonlar (hafif)– 10 – 18 m mertebesinde ölçeklere kadar nokta parçacıkları (yani hiçbir şeyden oluşmayan) formunda olan fermiyonlar, güçlü etkileşimlere katılmazlar. Elektromanyetik etkileşimlere katılım deneysel olarak yalnızca yüklü leptonlar (elektronlar, müonlar, tau leptonlar) için gözlemlendi ve nötrinolar için gözlemlenmedi.

Kuarklar– hadronları oluşturan kesirli yüklü parçacıklar. Özgür durumda gözlemlenmediler.

Ölçer bozonları– etkileşimlerin gerçekleştirildiği değişim yoluyla parçacıklar:

– foton – elektromanyetik etkileşimi taşıyan bir parçacık;

– sekiz gluon – güçlü etkileşimi taşıyan parçacıklar;

– üç ara vektör bozonu K + , K- ve Z Zayıf etkileşimleri tolere eden 0;

– Graviton, yerçekimsel etkileşimi aktaran varsayımsal bir parçacıktır. Gravitonların varlığı, yerçekimi etkileşiminin zayıflığı nedeniyle henüz deneysel olarak kanıtlanmamış olsa da oldukça olası kabul ediliyor; ancak graviton, temel parçacıkların Standart Modeline dahil değildir.

Modern kavramlara göre, bir iç yapıya ve sonlu boyutlara sahip olmayan temel parçacıklar (veya "gerçek" temel parçacıklar) şunları içerir:

Kuarklar ve leptonlar

Temel etkileşimleri sağlayan parçacıklar: gravitonlar, fotonlar, vektör bozonlar, gluonlar.

Temel parçacıkların ömürlerine göre sınıflandırılması:

- stabil: Ömrü çok uzun olan parçacıklar (sınırda sonsuza eğilimlidir). Bunlar şunları içerir: elektronlar , protonlar , nötrino . Nötronlar da çekirdeğin içinde kararlıdır, ancak çekirdeğin dışında kararsızdırlar.

- dengesiz (yarı kararlı): temel parçacıklar, elektromanyetik ve zayıf etkileşimler nedeniyle bozunan ve ömrü 10-20 saniyeden fazla olan parçacıklardır. Bu tür parçacıklar şunları içerir: serbest nötron (yani bir atomun çekirdeğinin dışındaki bir nötron)

- rezonanslar (kararsız, kısa ömürlü). Rezonanslar, güçlü etkileşimler nedeniyle bozunan temel parçacıkları içerir. Ömürleri 10-20 saniyeden azdır.

Etkileşimlere katılıma göre parçacıkların sınıflandırılması:

- leptonlar : Bunlara nötronlar da dahildir. Hepsi intranükleer etkileşimlerin girdabına katılmaz, yani. güçlü etkileşimlere maruz kalmazlar. Zayıf etkileşime katılırlar ve elektrik yüküne sahip olanlar da elektromanyetik etkileşime katılırlar.

- hadronlar : Atom çekirdeğinin içinde bulunan ve güçlü etkileşimlere katılan parçacıklar. Bunlardan en ünlüleri proton Ve nötron .

Bugün biliniyor altı lepton :

Elektronla aynı ailede, elektrona benzeyen ancak daha büyük kütleli müonlar ve tau parçacıkları bulunur. Müonlar ve tau parçacıkları kararsızdır ve sonunda elektron da dahil olmak üzere diğer birçok parçacığa bozunurlar.

Sıfır (veya sıfıra yakın, bilim adamları henüz bu noktaya karar vermedi) kütlesine sahip, elektriksel olarak nötr üç parçacık, nötrino . Üç nötrinodan her biri (elektron nötrino, müon nötrino, tau nötrino), elektron ailesindeki üç parçacık türünden biriyle eşleşir.

En ünlü hadronlar , protonlar ve nötrinoların çok sayıda doğan ve çeşitli nükleer reaksiyonlar sürecinde hemen bozunan yüzlerce akrabası vardır. Proton dışında hepsi kararsızdır ve bozundukları parçacıkların bileşimine göre sınıflandırılabilirler:

Parçacık bozunmasının son ürünleri arasında bir proton varsa buna denir. baryon

Bozunma ürünleri arasında proton yoksa parçacığa denir. meson .

Her yeni hadronun keşfiyle daha da karmaşık hale gelen atom altı dünyasının kaotik tablosu, kuark kavramının ortaya çıkışıyla yerini yeni bir tabloya bıraktı. Kuark modeline göre, tüm hadronlar (ancak leptonlar değil) daha da temel parçacıklardan, yani kuarklardan oluşur. Bu yüzden baryonlar (özellikle proton) üç kuarktan oluşur ve mezonlar - kuark - antikuark çiftinden.

POPÜLER MAKALELER

Fiillerle olmayan olumsuzluk (kişisel biçimde, mastar halinde, ulaç biçiminde) ayrı ayrı yazılır: almamak, değildi, bilmemek, yavaş yavaş Sunum, canlanma felsefesinin temel özelliklerini rapor edin Kurgu tarzı Anaokulu için Dünyanın Çocukları Sunumu Biz Dünyanın Çocuklarıyız İletişim engelleri konulu sunum öğrenciler tarafından tamamlandı.İletişim olmazsa kendimizi içeri kapatırız

2023 “kingad.ru” - insan organlarının ultrason muayenesi

Kişiler Site Haritası