Додати в обране

Див. також

Напишіть відгук про статтю "Фундаментальна частка"

Примітки

Посилання

• С. А. Словатинський// Московський фізико-технічний інститут (Довгопрудний, Московської обл.)
• Словатинський С.А.
• // СОЖ, 2001, No 2, с. 62–68 архів web.archive.org/web/20060116134302/journal.issep.rssi.ru/annot.php?id=S1176
• // nuclphys.sinp.msu.ru
• // second-physics.ru
• // physics.ru
• // physics.ru
• // physics.ru

Ще порівняно недавно елементарними вважалися кілька сотень частинок і античастинок. Детальне вивчення їхніх властивостей та взаємодій з іншими частинками та розвиток теорії показали, що більшість із них насправді не елементарні, оскільки самі складаються з найпростіших або, як зараз кажуть, фундаментальних частинок. Фундаментальні частки самі вже нічого не складаються. Численні експерименти показали, що це фундаментальні частки поводяться як безрозмірні точкові об'єкти, які мають внутрішньої структури, по крайнього заходу до найменших, вивчених зараз відстаней ~10 -16 див.

Вступ

Серед незліченних і різноманітних процесів взаємодії між частинками є чотири основні або фундаментальні взаємодії: сильна (ядерна), електромагнітна, і гравітаційна. У світі частинок гравітаційна взаємодія дуже слабка, її роль ще незрозуміла, і про неї далі не говоритимемо.

У природі існують дві групи частинок: адрони, які беруть участь у всіх фундаментальних взаємодіях, та лептони, які не беруть участь лише у сильній взаємодії.

Згідно з сучасними уявленнями, взаємодії між частинками здійснюються за допомогою випромінювання та подальшого поглинання квантів відповідного поля (сильного, слабкого, електромагнітного), що оточує частинку. Такими квантами є калібрувальні бозони, які також є фундаментальними частинками. У бозонів власний момент кількості руху, званий спином, дорівнює цілісному значенню постійної планки $ h = 1,05 \ cdot 10 ^ (-27) ерг \ cdot з $. Квантами поля і відповідно переносниками сильної взаємодії є глюони, що позначаються символом g, квантами електромагнітного поля є добре відомі нам кванти світла - фотони, що позначаються $gamma $, а квантами слабкого поля і відповідно переносниками слабких взаємодій є W± (дубль ве)- та Z 0 (зет нуль)-бозони.

На відміну від бозонів решта фундаментальних частинок є ферміонами, тобто частинками, що мають напівціле значення спина, рівне h/2.

У табл. 1 наведено символи фундаментальних ферміонів – лептонів та кварків.

Кожній частинці, наведеній у табл. 1 відповідає античастинка, що відрізняється від частинки лише знаками електричного заряду та інших квантових чисел (див. табл. 2) і напрямком спина щодо напрямку імпульсу частинки. Античастинки ми позначатимемо тими самими символами, як і частинки, але з хвилястою рисою над символом.

Частинки у табл. 1 позначені грецькими та латинськими літерами, а саме: літерою $\nu$ - три різних нейтрино, літерами е - електрон, $\mu$ - мюон, $\tau$ - таон, літерами u, c, t, d, s, b позначені кварки; їх найменування та характеристики наведені в табл. 2.

Частинки у табл. 1 згруповані в три покоління I, II та III відповідно до структури сучасної теорії . Наш Всесвіт побудований з частинок першого покоління - лептонів і кварків і калібрувальних бозонів, але, як свідчить сучасна наука про розвиток Всесвіту, на початковій стадії його розвитку важливу роль відігравали частки всіх трьох поколінь.

Лептони

Спочатку розглянемо докладніше властивості лептонів. У верхньому рядку табл. 1 містяться три різні нейтрино: електронне $\nu_e$, мюонне $\nu_m$ і тау-нейтрино $\nu_t$. Їх маса досі точно не виміряна, але визначено її верхню межу, наприклад, для ne дорівнює 10 -5 від величини маси електрона (тобто $\leq 10^(-32)$ г).

При погляді табл. 1 мимоволі виникає питання, навіщо природі знадобилося створення трьох різних нейтрино. Відповіді це питання поки немає, бо створено така всеосяжна теорія фундаментальних частинок, яка вказала на необхідність і достатність всіх таких частинок і описала їх основні властивості. Можливо, цю проблему буде вирішено у XXI столітті (або пізніше).

Нижній рядок табл. 1 починається з найбільш вивченої нами частинки – електрона. Електрон було відкрито ще наприкінці минулого століття англійським фізиком Дж. Томсоном. Роль електронів у світі величезна. Вони є негативно зарядженими частинками, які разом з атомними ядрами утворюють всі атоми відомих нам елементів Періодичної таблиці Менделєєва. У кожному атомі число електронів точно дорівнює числу протонів в атомному ядрі, що робить атом електрично нейтральним.

Електрон стабільний, головною можливістю знищення електрона є його загибель при зіткненні з античастинкою - позитроном e+. Цей процес отримав назву анігіляції:

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

В результаті анігіляції утворюються два гамма-кванти (так називають фотони високої енергії), що забирають і енергії спокою e + і e - , та їх кінетичні енергії. При високій енергії e + та e - утворюються адрони та кваркові пари (див., наприклад, (5) та рис. 4).

Реакція (1) наочно ілюструє справедливість знаменитої формули А. Ейнштейна про еквівалентність маси та енергії: E = mc 2 .

Дійсно, при анігіляції позитрона, що зупинився в речовині і електрона, що спочиває, вся маса їх спокою (рівна 1,22 МеВ) переходить в енергію $\gamma$-квантів, які не мають маси спокою.

У другому поколінні нижнього рядка табл. 1 розташований мюон - частка, що є за всіма своїми властивостями аналогом електрона, але з аномально великою масою. Маса мюона в 207 разів більша за масу електрона. На відміну від електрона, мюон нестабільний. Час його життя t= 2,2 · 10 -6 с. Мюон переважно розпадається на електрон та два нейтрино за схемою

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

Ще більш важким аналогом електрона є $tau$-лептон (таон). Його маса більш ніж 3 тис. разів перевищує масу електрона ($m_(\tau) = 1777$ МеВ/с 2), тобто таон важчий за протон і нейтрон. Час його життя дорівнює 2,9 · 10 -13 с, та якщо з більш ніж ста різних схем (каналів) його розпаду можливі такі:

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

Говорячи про лептони, цікаво порівняти слабкі та електромагнітні сили на певній певній відстані, наприклад R= 10 -13 см. На такій відстані електромагнітні сили більші за слабкі сили майже в 10 млрд разів. Але це зовсім не означає, що роль слабких сил у природі мала. Зовсім ні.

Саме слабкі сили відповідальні за безліч взаємних перетворень різних частинок на інші частинки, як, наприклад, у реакціях (2), (3), і такі взаємоперетворення є однією з найхарактерніших рис фізики частинок. На відміну від реакцій (2), (3) реакції (1) діють електромагнітні сили.

Говорячи про лептони, необхідно додати, що сучасна теорія описує електромагнітні та слабкі взаємодії за допомогою єдиної електрослабкої теорії. Вона розроблена С. Вайнбергом, А. Саламом та Ш. Глешоу у 1967 році.

Кварки

Сама ідея кварків виникла в результаті блискучої спроби класифікувати велику кількість частинок, що беруть участь у сильних взаємодіях і називаються адронами. М. Гелл-Ман та Г. Цвейг припустили, що всі адрони складаються з відповідного набору фундаментальних частинок – кварків, їх антикварків та переносників сильної взаємодії – глюонів.

Повна кількість адронів, спостерігане нині, становить понад сто частинок (і стільки ж античастинок). Багато десятків частинок ще не зареєстровано. Усі адрони поділяються на важкі частки, названі баріонами, та середні, названі мезонами.

Баріони характеризуються баріонним числом b= 1 для частинок та b =-1 для антибаріонів. Їхнє народження та знищення завжди відбуваються парами: баріону та антибаріону. У мезонів баріонний заряд b = 0. Згідно ідеї Гелл-Мана і Цвейга, всі баріони складаються з трьох кварків, антибаріони - з трьох антикварків. Тому кожному кварку було приписано баріонне число 1/3, щоб у сумі у баріона було b= 1 (або -1 для антибаріону, що складається із трьох антикварків). Мезони мають баріонне число b= 0, тому вони можуть бути складені з будь-якої комбінації пар будь-якого кварку та будь-якого антикварка. Крім однакових для всіх кварків квантових чисел - спина та баріонного числа є інші важливі їх характеристики, такі, як величина їхньої маси спокою m, величина електричного заряду Q/e(У частках заряду електрона е= 1,6 · 10 -19 кулон) та деякого набору квантових чисел, що характеризують так званий аромат кварку. До них відносяться:

1) величина ізотопічного спина Iта величина його третьої проекції, тобто I 3 . Так, u-кварк та d-Кварк утворюють ізотопічний дублет, їм приписаний повний ізотопічний спин I= 1/2 з проекціями I 3 = +1/2, що відповідає u-кварку, та I 3 = -1/2, що відповідає d-Кварку. Обидві компоненти дублету мають близькі значення маси і ідентичні за іншими властивостями, за винятком електричного заряду;

2) квантове число S- дивність характеризує дивну поведінку деяких частинок, що мають аномально велику пору життя (~10 -8 - 10 -13 с) порівняно з характерним ядерним часом (~10 -23 с). Самі частки були названі дивними, до їх складу входить один чи кілька дивних кварків та дивних антикварків. Народження або зникнення дивних частинок внаслідок сильних взаємодій відбуваються парами, тобто в будь-якій ядерній реакції сума $Sigma$S до реакції повинна дорівнювати $Sigma$S після реакції. Однак у слабких взаємодіях закон збереження дива не виконується.

У дослідах на прискорювачах спостерігали частинки, які неможливо описати за допомогою u-, d- І s-Кварків. За аналогією з дивністю потрібно ввести ще три нових кварки з новими квантовими числами. З = +1, У= -1 і Т= +1. Частинки, складені з цих кварків, мають значно більшу масу (> 2 ГеВ/с 2). Вони мають велику різноманітність схем розпадів із часом життя ~10 -13 с. Зведення характеристик всіх кварків наведено у табл. 2.

Кожному кварку табл. 2 відповідає свій антикварк. У антикварків усі квантові числа мають знак, протилежний до того, що вказаний для кварка. Про величину маси кварків слід сказати таке. Наведені у табл. 2 значення відповідають масам голих кварків, тобто власне кварків без урахування навколишніх глюонів. Маса одягнених кварків за рахунок енергії, несомої глюонами, більша. Особливо це помітно для найлегших u- І d-кварків, глюонна шуба яких має енергію близько 300 МеВ

Кварки, що визначають основні фізичні властивості частинок, називають валентними кварками. Крім валентних кварків у складі адронів є віртуальні пари частинок - кварки та антикварки, які випускаються та поглинаються глюонами на дуже короткий час.

(де Е- Енергія віртуальної пари), що відбувається з порушенням закону збереження енергії відповідно до співвідношення невизначеності Гейзенберга. Віртуальні пари кварків називають кварками моряабо морськими кварками. Таким чином, до структури адронів входять валентні та морські кварки та глюони.

Головна особливість усіх кварків у тому, що вони володіють відповідними сильними зарядами. Заряди сильного поля мають три рівноправні різновиди (замість одного електричного заряду теоретично електричних сил). У термінології, що історично склалася, ці три різновиди заряду називають кольорами кварків, а саме: умовно червоним, зеленим і синім. Таким чином, кожен кварк у табл. 1 і 2 може бути у трьох іпостасях і є кольоровою частинкою. Змішування всіх трьох кольорів, подібно до того, як це має місце в оптиці, дає білий колір, тобто знебарвлює частинку. Усі адрони, що спостерігаються, безбарвні.

Взаємодії кварків здійснюють вісім різних глюонів. Термін "глюон" означає в перекладі з англійської клей, тобто ці кванти поля є частинки, які ніби склеюють кварки між собою. Як і кварки, глюони є кольоровими частинками, але оскільки кожен глюон змінює кольори відразу двох кварків (кварка, що випускає глюон, і кварка, який поглинув глюон), то глюон пофарбований двічі, несучи на собі колір і антицвіт, як правило, відмінний від кольору .

Маса спокою глюонів, як і фотона, дорівнює нулю. Крім того, глюони електрично нейтральні і не мають слабкого заряду.

Адрони прийнято також ділити на стабільні частки та резонанси: баріонні та мезонні.
Для резонансів характерний надзвичайно малий час життя (~10 -20 -10 -24 с), оскільки їх розпад обумовлений сильною взаємодією.

Десятки таких частинок було відкрито американським фізиком Л.В. Альварес. Оскільки шлях таких частинок до розпаду настільки малий, що вони не можуть спостерігатися в детекторах, що реєструють сліди частинок (таких, як бульбашкова камера та ін), всі вони були виявлені опосередковано, за наявності піків залежно від ймовірності взаємодії різних частинок один від одного від енергії. Малюнок 1 пояснює сказане. На малюнку наведено залежність перерізу взаємодії (пропорційне величині ймовірності) позитивного півонії $\pi^+$ з протоном pвід кінетичної енергії півонії. При енергії близько 200 МеВ видно пік під час перерізу. Його ширина $\Gamma = 110$ МеВ, а повна маса частки $\Delta^(++)$ дорівнює $T^(")_(max)+M_p c^2+M_\pi c^2=1232$ МеВ /с 2 де $T^(")_(max)$ - кінетична енергія зіткнення частинок в системі їх центру мас. Більшість резонансів можна розглядати як збуджений стан стабільних частинок, так як вони мають той же кварковий склад, що і їх стабільні аналоги, хоча маса резонансів більша за рахунок енергії збудження.

Кваркова модель адронів

Кваркову модель адронів почнемо описувати з малюнка силових ліній, що виходять із джерела - кварка з кольоровим зарядом і закінчуються на антикварці (рис. 2, б). Для порівняння на рис. 2, а ми показуємо, що у разі електромагнітної взаємодії силові лінії розходяться від їхнього джерела - електричного заряду віялом, бо віртуальні фотони, випущені одночасно джерелом, не взаємодіють один з одним. В результаті одержуємо закон Кулона.

На відміну від цієї картини глюони самі мають кольорові заряди і сильно взаємодіють один з одним. В результаті замість віяла з силових ліній ми маємо джгут, показаний на рис. 2, б. Джгут простягнутий між кварком і антикварком, але найдивовижніше те, що самі глюони, маючи кольорові заряди, стають джерелами нових глюонів, кількість яких наростає в міру їхнього віддалення від кварку.
Така картина взаємодії відповідає залежності потенційної енергії взаємодії між кварками від відстані з-поміж них, показаної на рис. 3. А саме: до відстані R> 10 -13 див залежність U(R) має воронкообразный характер, причому сила кольорового заряду у цій галузі відстаней щодо невелика, отже кварки при R> 10 -15 cм у першому наближенні можна як вільні, невзаємодіючі частки. Це явище має спеціальну назву асимптотичної свободи кварків при малих R. Однак при Rбільше деякого критичного $R_(кр) \approx 10^(-13)$ cм величина потенційної енергії взаємодії U(R) стає прямо пропорційною величині R. Звідси прямо випливає, що сила F = -dU/dR= const, тобто залежить від відстані. Ніякі інші взаємодії, які фізики раніше вивчили, не мали такої незвичайної властивості.

Розрахунки показують, що сили, що діють між кварком і антикварком, дійсно, починаючи з $R_(кр) \approx 10_(-13)$ см, перестають залежати від відстані, залишаючись на рівні величезної величини близько 20 т. На відстані R~ 10 -12 см (рівний радіус середніх атомних ядер) кольорові сили більш ніж у 100 тис. разів більше електромагнітних сил. Якщо порівняти кольорову силу з ядерними силами між протоном і нейтроном усередині атомного ядра, то виявляється, що кольорова сила у тисячі разів більша! Таким чином, перед фізиками відкрилася нова грандіозна картина кольорових сил у природі, яка на багато порядків перевищує нині відомі ядерні сили. Звичайно, одразу виникає і питання про те, чи можна такі сили змусити працювати як джерело енергії. На жаль, відповідь на це запитання є негативною.

Звичайно, постає й інше питання: до яких відстаней Rміж кварками потенційна енергія лінійно зростає із зростанням R?
Відповідь проста: при великих відстанях джгут силових ліній рветься, тому що енергетично вигідніше утворити розрив з народженням кварк-антикваркової пари частинок. Це відбувається, коли потенційна енергія в місці розриву більша за масу спокою кварка і антикварка. Процес розриву джгута силових ліній глюонного поля показано на рис. 2, в.

Такі якісні уявлення про народження кварку-антикварку дозволяють зрозуміти, чому поодинокі кварки взагалі не спостерігаються і не можуть спостерігатися в природі. Кварки надовго укладені всередині адронів. Це явище невильоту кварків називається конфайнментом. При високих енергіях джгуту може бути вигідніше розірватися відразу в багатьох місцях, утворивши безліч $q \tilde q$-пар. Таким шляхом ми підійшли до проблеми множинного народження кварк-антикваркових парта утворення жорстких кваркових струменів.

Розглянемо спочатку будову легких адронів, тобто мезонів. Вони складаються, як ми вже казали, з одного кварку та одного антикварка.

Надзвичайно важливо, що обидва партнери пари мають при цьому однаковий кольоровий заряд і такий же антизаряд (наприклад, кварк синій та антикварк антисиній), так що їхня пара незалежно від ароматів кварків не має кольору (а тільки безбарвні частинки ми й спостерігаємо).

Усі кварки та антикварки мають спин (у частках від h), рівний 1/2. Тому сумарний спин поєднання кварку з антикварком дорівнює або 0, коли спини антипаралельні, або 1, коли спини паралельні одна одній. Але спин частки може бути і більше 1, якщо самі кварки обертаються за будь-якими орбітами всередині частки.

У табл. 3 наведені деякі парні і складніші комбінації кварків із зазначенням, яким відомим раніше адронам дане поєднання кварків відповідає.

З найбільш вивчених нині мезонів і мезонних резонансів найбільшу групу становлять легкі неароматні частки, у яких квантові числа S = C = B= 0. До цієї групи входять близько 40 частинок. Таблиця 3 починається з півонії $ ± 0, відкритих англійським фізиком С.Ф. Пауеллом у 1949 році. Заряджені півонії живуть близько 10 -8 с, розпадаючись на лептони за такими схемами:

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

Їхні "родичі" в табл. 3 - резонанси $ rho $ ±,0 (ро-мезони) мають на відміну від півонії спин J= 1, вони нестабільні і живуть близько 10 -23 с. Причина розпаду $ rho $ ±,0 - сильна взаємодія.

Причина розпаду заряджених півонів обумовлена ​​слабкою взаємодією, а саме тим, що складові частинку кварки здатні випускати і поглинати внаслідок слабкої взаємодії на короткий час tвідповідно до співвідношення (4) віртуальні калібрувальні бозони: $u \to d + W^+$ або $d \to u + W^-$, причому на відміну від лептонів здійснюються і переходи кварка одного покоління в кварк іншого покоління, наприклад $u \to b + W^+$ або $u \to s + W^+$ і т.д., хоча такі переходи значно рідкісніші, ніж переходи в рамках одного покоління. Разом з тим, при всіх подібних перетвореннях електричний заряд у реакції зберігається.

Вивчення мезонів, що включають s- І c-кварки, що призвело до відкриття кількох десятків дивних і чармованих частинок. Їхнє дослідження проводиться зараз у багатьох наукових центрах світу.

Вивчення мезонів, що включають b- І t-кварки, інтенсивно почалося на прискорювачах, і ми поки що не говоритимемо про них докладніше.

Перейдемо до розгляду важких адронів, тобто баріонів. Всі вони складені з трьох кварків, але таких, у яких є всі три різновиди кольору, оскільки, як і мезони, всі баріони безбарвні. Кварки всередині баріонів можуть мати орбітальний рух. У цьому випадку сумарний спин частинки перевищуватиме сумарний спин кварків, що дорівнює 1/2 або 3/2 (якщо спини всіх трьох кварків паралельні один одному).

Баріон з мінімальною масою є протон p(Див. табл. 3). Саме з протонів та нейтронів складаються всі атомні ядра хімічних елементів. Число протонів у ядрі визначає його сумарний електричний заряд Z.

Іншою основною частиною атомних ядер є нейтрон n. Нейтрон трохи важчий за протон, він нестійкий і у вільному стані з часом життя близько 900 с розпадається на протон, електрон і нейтрино. У табл. 3 показано кварковий стан протону uudта нейтрону udd. Але при спині цієї комбінації кварків J= 3/2 утворюються резонанси $\Delta^+$ і $D^0$ відповідно. Всі інші баріони, що складаються з більш важких кварків s, b, t, мають і значно більшу масу. Серед них особливий інтерес викликав W- -Гіперон, що складається з трьох дивних кварків. Він був відкритий спочатку на папері, тобто розрахунковим чином з використанням ідей кваркової будови баріонів. Були передбачені всі основні властивості цієї частки, підтверджені експериментами.

Багато експериментально спостерігаються факти переконливо говорять зараз про існування кварків. Зокрема, йдеться і про відкриття нового процесу в реакції зіткнення електронів і позитронів, що призводить до утворення кварк-антикваркових струменів. Схема цього процесу показано на рис. 4. Експеримент виконаний на колайдерах у Німеччині та США. На малюнку показані стрілками напрямки пучків e+ і e- , а з точки їх зіткнення виліт кварка qі антикварка $\tilde q$ під зенітним кутом $\Theta$ до напрямку польоту e+ і e- . Таке народження $q+\tilde q$ пари відбувається в реакції

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

Як ми вже говорили, джгут силових ліній (частіше кажуть струна) при досить великому розтягуванні рветься на складові.
При великій енергії кварка і антикварка, як говорилося раніше, струна рветься в багатьох місцях, в результаті чого в обох напрямках вздовж лінії польоту кварка q і антикварка утворюються два вузькі пучки вторинних безбарвних частинок, як це показано на рис. 4. Такі пучки частинок названі струменями. Досить часто на досвіді спостерігається утворення трьох, чотирьох і більше струменів часток одночасно.

В експериментах, які проводилися при надприскорювальних енергіях у космічних променях, в яких брав участь і автор цієї статті, отримані фотографії процесу утворення багатьох струменів. Справа в тому, що джгут або струна одномірні і тому центри освіти трьох, чотирьох і більше струменів також розташовуються вздовж прямої лінії.

Теорія, що описує сильні взаємодії, називається квантовою хромодинамікоюабо скорочено КХД. Вона набагато складніша за теорію електрослабких взаємодій. Особливо успішно КХД описує звані жорсткі процеси, тобто процеси взаємодії частинок з великою передачею імпульсу між частинками. Хоча створення теорії ще не завершено, багато фізиків-теоретиків вже зараз зайняті створенням "великого об'єднання" - об'єднання квантової хромодинаміки та теорії електрослабкої взаємодії в єдину теорію.

Насамкінець коротко зупинимося на тому, чи вичерпують шість лептонів і 18 різнокольорових кварків (і їх античастинки), а також кванти фундаментальних полів - фотон, W ± -, Z 0 -бозони, вісім глюонів і, нарешті, кванти гравітаційного поля - гравітони весь арсенал істинно елементарних, точніше фундаментальних частинок. Мабуть, ні. Швидше за все, описані картини частинок і полів є відображенням лише наших знань в даний час. Недарма вже зараз є багато теоретичних ідей, в які вводяться велика група ще на спостережених так званих суперсиметричних частинок, октет надважких кварків та багато іншого.

Очевидно, сучасна фізика ще далека від побудови завершеної теорії частинок. Можливо, мав рацію великий фізик Альберт Ейнштейн, вважаючи, що лише облік гравітації, незважаючи на її нині малу роль у мікросвіті, дозволить побудувати сувору теорію частинок. Але все це вже у XXI столітті чи ще пізніше.

Література

1. Окунь Л.Б. Фізика елементарних частинок. М: Наука, 1988.

2. Кобзарєв І.Ю. Лауреати Нобелівської премії 1979: С. Вайнберг, Ш. Глешоу, А. Салам // Природа. 1980. N 1. З. 84.

3. Зельдович Я.Б. Класифікація елементарних частинок та кварки у викладі для пішоходів // Успіхи фіз. наук. 1965. Т. 8. С. 303.

4. Крайнов В.П. Співвідношення невизначеності для енергії та часу // Соросівський Освітній Журнал. 1998. N 5. С. 77-82.

5. Намбу І. Чому немає вільних кварків // Успіхи фіз. наук. 1978. Т. 124. С. 146.

6. Жданов Г.Б., Максименко В.М., Славатинський С.А. Експеримент "Памір"// Природа. 1984. N 11. С. 24

Рецензент статтіЛ.І. Саричева

С. А. СловатинськийМосковський фізико-технічний інститут, Довгопрудний Московської обл.

Структури мікросвіту

Раніше елементарними частинками називали частинки, що входять до складу атома і нерозкладні більш елементарні складові, а саме електрони і ядра.

Пізніше було встановлено, що ядра складаються з найпростіших частинок – нуклонів(протонів та нейтронів), які у свою чергу складаються з інших частинок. Тому елементарними частинками стали вважати найдрібніші частинки матерії , виключаючи атоми та їх ядра .

На сьогоднішній день відкрито сотні елементарних частинок, що потребує їх класифікації:

– за видами взаємодій

- За часом життя

- За величиною спина

Елементарні частинки поділяються на такі групи:

Складові та фундаментальні (безструктурні) частинки

Складові частинки

Адрони (важкі)- Частки, що беруть участь у всіх видах фундаментальних взаємодій. Вони складаються з кварків і поділяються, своєю чергою, на: мезони– адрони з цілим спином, тобто бозонами; баріони- Адрони з напівцілим спином, тобто ферміони. До них, зокрема, відносяться частинки, що становлять ядро ​​атома, - протон і нейтрон, тобто. нуклонів.

Фундаментальні (безструктурні) частинки

Лептони (легкі)– ферміони, які мають вигляд точкових частинок (тобто не складаються ні з чого) аж до масштабів порядку 10 – 18 м. Не беруть участь у сильних взаємодіях. Участь в електромагнітних взаємодіях експериментально спостерігалося лише заряджених лептонів (електрони, мюони, тау-лептони) і спостерігалося для нейтрино.

Кварки- Дрібнозаряджені частинки, що входять до складу адронів. У вільному стані немає.

Калібрувальні бозони- Частки, за допомогою обміну якими здійснюються взаємодії:

– фотон – частка, що переносить електромагнітну взаємодію;

– вісім глюонів – частинок, які переносять сильну взаємодію;

– три проміжні векторні бозони W + , W− і Z 0 , що переносять слабку взаємодію;

– гравітон – гіпотетична частка, що переносить гравітаційну взаємодію. Існування гравітонів, хоча поки що не доведено експериментально у зв'язку зі слабкістю гравітаційної взаємодії, вважається цілком імовірним; однак гравітон не входить до стандартної моделі елементарних частинок.

За сучасними уявленнями, до фундаментальних частинок (або «істинно» елементарних частинок), що не мають внутрішньої структури та кінцевих розмірів, відносяться:

Кварки та лептони

Частинки, що забезпечують фундаментальні взаємодії: гравітони, фотони, векторні бозони, глюони.

Класифікація елементарних частинок за часом життя:

- стабільні: частки, час життя яких дуже велике (у межі прагне нескінченності). До них відносяться електрони , протони , нейтрино . Усередині ядер стабільні також нейтрони, але вони нестабільні поза ядром.

- нестабільні (квазістабільні): елементарні частинки – це такі частинки, які розпадаються за рахунок електромагнітної та слабкої взаємодій, та час життя яких більше 10 –20 сек. До таких частинок належить вільний нейтрон (тобто нейтрон поза ядром атома)

- резонанси (Нестабільні, короткоживучі). До резонансів відносяться елементарні частинки, що розпадаються за рахунок сильної взаємодії. Час життя їм менше 10 -20 сек.

Класифікація частинок за участю у взаємодіях:

- лептони : до них належать і нейтрони. Усі вони беруть участь у вирі внутрішньоядерних взаємодій, тобто. не схильні до сильної взаємодії. Вони беруть участь у слабкій взаємодії, а ті, що мають електричний заряд, беруть участь і в електромагнітній взаємодії.

- адрони : частинки, що існують усередині атомного ядра та беруть участь у сильній взаємодії. Найвідоміші з них це протон і нейтрон .

На сьогодні відомі шість лептонів :

До одного сімейства з електроном відносяться мюони і тау-частки, які схожі на електрон, але масивніші за нього. Мюони та тау-частки нестабільні і згодом розпадаються на кілька інших частинок, включаючи електрон

Три електрично нейтральних частинки з нульовою (або близькою до нуля, з цього приводу вчені поки не визначилися) масою, яка отримала назву нейтрино . Кожне з трьох нейтрино (електронне нейтрино, мюонне нейтрино, тау-нейтрино) є одним з трьох різновидів частинок електронного сімейства.

У найвідоміших адронів , протонів і нейтрино є сотні родичів, які в багатьох народжуються і відразу розпадаються в процесі різних ядерних реакцій. За винятком протона, всі вони нестабільні, і їх можна класифікувати за складом частинок, на які вони розпадаються:

Якщо серед кінцевих продуктів розпаду частинок є протон, його називають баріон

Якщо протону серед продуктів розпаду немає, то частка називається мезон .

Сумбурна картина субатомного світу, що ускладнювалася з відкриттям кожного нового адрону, поступилася місцем новій картині, з появою концепції кварків. Згідно з кварковою моделлю, всі адрони (але не лептони) складаються з ще більш елементарних частинок – кварків. Так баріони (зокрема протон) складаються з трьох кварків, а мезони - З пари кварк - антикварк.

ПОПУЛЯРНІ СТАТТІ

"Опорно-рухова система Духовенство, миряни та православні святині кирсанівського повіту Сучасна релігійна ситуація в Україні Церква з внутрішнього подвір'я Тульчинська єпархія упцмосковський патріархатхристо-різдвяний кафедральний собор Пастир та вчитель. Духовник Царської Сім'ї. Ранні роки Святителя

2024 «kingad.ru» - УЗД дослідження органів людини

Контакти Карта сайту