Clasificarea și proprietățile particulelor
În prezent, există aproximativ 400 de particule sub-nucleare, care sunt numite elementare. Marea majoritate a acestor particule sunt instabile.
Abilitatea de transformări reciproce - aceasta este cea mai importantă proprietate a tuturor particulelor elementare. Particulele elementare pot fi create și anihilat (emise sau absorbite). Acest lucru este valabil și pentru particule stabile, cu singura diferență că particulele stabile de conversie nu apar în mod spontan, și interacțiunea cu alte particule. Un exemplu este anihilarea (adică dispariția) a unui electron și un pozitron, însoțit de nașterea de fotoni de energie înaltă. Poate curge și un proces invers - crearea de perechi electron-pozitron, de exemplu, într-o coliziune a unui foton cu energie suficientă pentru nucleu. O astfel de dublu periculos, ceea ce un electron este pozitroni, există un proton. Se numește antiprotoni. sarcină electrică negativă antiprotoni. În prezent, antiparticule găsit în toate particulele. Antiparticule particule în contrast, deoarece, atunci când întâlnirea orice particulă cu antiparticula ei este anihilarea lor, adică, ambele particule dispar, transformându-se în cuante de radiație sau alte particule.
Antiparticule găsit chiar și în neutroni. Neutron și antineutron diferă doar semne ale momentului magnetic și așa-numita taxa barionic. Poate existența atomilor antimaterie. care constau din antinucleelor miez și învelișul - de pozitroni. În anihilarea materiei cu energie restul antimaterie este transformată în energie de fotoni. Aceasta este o energie uriașă considerabil mai mare decât cea care este eliberată în timpul reacțiilor de fisiune și fuziune.
Greutatea totală a particulei poate fi identificat mai multe grupuri caracteristice.
Fotonii - raze (particule, porțiuni) ale câmpului electromagnetic.
Nu are masă. Cu toate acestea pot transfera energie și impuls.
h este constanta lui Planck, și este egală cu J # 8729; a.
Fotonii - particule care, în principiu, nu poate fi în repaus. Ei se mișcă întotdeauna la o viteză de m / s. Aceasta este cea mai mare viteză în natură. Mai repede nu se poate mișca o singură particulă.
Lumina roșie are o lungime de undă. La o astfel de lungime de undă, are o energie fotonica
Un lot sau un pic? O astfel de energie un electron dobândește atunci când se deplasează între puncte, cu o diferență de potențial de 2,3 în. Am găsit viteza cu care pot fi achiziționate în același timp, o astfel de electroni.
Aceasta este, în cazul în care un foton de lumină roșie ar fi în măsură să transfere toată energia electronului într-o coliziune cu el, de la o astfel de lovitură electronului accelerat la viteza de 830 km / s. Foarte bine, asta e doar pentru a da toată energia unui electron în coliziunea unui foton nu poate încălca altfel legea conservării impulsului, și încalcă legile particulelor elementare nu pot.
Dacă nu iau în considerare efectele relativiste, legile de conservare a energiei și a impulsului în coliziunea unui foton cu un electron, poate fi scris după cum urmează:
Din aceasta obținem. dar pentru electronii non-relativistă,
În consecință, adevăratul „kick“, care va primi un electron într-o coliziune cu un foton, va fi mult mai mici, dar, de asemenea, fotonul cu aproape nici o energie pierdută.
De obicei, în fizica particulelor elementare trebuie să se ocupe cu viteze mult mai mari și energii. Exemplul I-am dat să subliniez încă o dată singularitatea problemei cu care se confruntă fizicienii în studiul microcosmos. Ori de câte ori se confruntă cu un fenomen neobișnuit, în primul rând, vom căuta o privire mai bine la el. În cazul în care fenomenul este prea departe sau prea mici, folosim instrumente speciale: telescoape si microscoape. Chiar dacă am făcut ceva ce nu putem vedea, avem încă nevoie să știm cum arată, pentru a reprezenta este ceva cel puțin în imaginație. Așa că am învățat să aibă încredere în viziunea sa. Dar obiectele microcosmos în principiu, nu poate fi văzut, deoarece fotonii roșu chiar și cu emisii reduse de energie sunt în măsură să distrugă în mod fundamental imaginea Microworld, pe care am dori să ia în considerare. Trebuie remarcat faptul că lumina roșie nu este în mod fundamental potrivit pentru vizualizarea obiectelor mici, cum ar fi electronii, datorită lungimii de undă mari. Pentru a vedea electronii, ne-ar trebui să folosească valuri (fotoni), cu o lungime de undă mult mai scurtă și frecvență mai mare. Astfel de fotoni de mare energie în electroni acționează ca anti-scoici pe bile de biliard. Cu toate că orice comparație a fenomenelor microcosmos și macrocosmos nu pot fi luate prea în serios.
Acest grup include două tipuri de neutrini (electroni și miuonici), electroni și # 956 și un număr de particule mezon. Toate leptoni au de spin.
Leptoni nu au nici o structură internă. Tariful electronic este CI. și 0.511Mev = greutate kg.
Implicată în interacțiuni puternice cu toate celelalte. Numărul total de aproximativ patru.
Mezonii - sunt particule cu rotire întreg (zero). astfel de particule
Barionii - hadronii cu rotire pe jumătate întreg (fermioni) și masele nu este mai mică decât masa unui proton. Cu excepția tuturor protonul instabil.
Abundența de hadroni deschise și redeschideți a condus oamenii de știință să creadă că acestea sunt construite din alte particule mai fundamentale. În 1964, fizicianul american Murray Gell-Mann a propus ipoteza, confirmată prin studii ulterioare, că toate particulele fundamentale grele - hadroni - construite din mai multe particule fundamentale numite cuarci. Pe baza ipotezei quarc a fost nu numai înțeles structura hadronii cunoscute, dar a prezis, de asemenea, existența noului. Teoria Gell-Mann presupune existența a trei cuarci și trei anticuarcii, interconectate în diverse combinații. Astfel, fiecare barionic este format din trei cuarci. Figura prezintă un exemplu pentru structura protonului și neutronului. Antibaryon construite din trei anticuarcii. Mezonii constau din perechi cuarc-anticuarc.
Odată cu adoptarea ipotezei quarc am fost capabili de a crea un sistem coerent de particule fundamentale. Cu toate acestea, proprietățile prezise ale acestor particule ipotetice au fost destul de neașteptat. sarcină electrică poate fi exprimată ca număr de cuarci fracționată taxa egal și elementar.
Numeroase căutări pentru quarci în stare liberă, care produc acceleratori de mare energie și razele cosmice, nu au avut succes. Oamenii de știință cred că una dintre cauzele non-observabilitate din cuarci liberi sunt, probabil, masele lor foarte mari. Acest lucru previne crearea unui quarc cu acele energii care sunt realizate în acceleratoare moderne. Cu toate acestea, majoritatea experților sunt acum convinși că există cuarcii în interiorul particulelor grele - hadroni.
interacțiuni fundamentale. Procesele care implică diferite particule elementare sunt foarte diferite de timpurile caracteristice ale apariției și energiile lor. Conform conceptelor moderne, în natură se realizează patru tipuri de interacțiuni care nu pot fi reduse la alte tipuri mai simple de interacțiuni: puternice, electromagnetice, slabe și gravitaționale. Aceste tipuri de interacțiuni sunt numite fundamentale.
interacțiune puternică (sau nucleară) - aceasta este cea mai intensă a tuturor tipurilor de interacțiuni. Ele provoacă legătură extrem de puternice între protoni și neutroni în nucleele atomilor. Într-o interacțiune puternică pot fi implicate particule numai grele - hadroni (Mezonii și barioni). interacțiunea puternică se manifestă la distanțe de ordinul a -15 și mai mică de 10 m. Prin urmare, se numește o rază scurtă de acțiune.
Interacțiunea electromagnetică. În acest tip de interacțiune poate lua parte orice particule încărcate electric, precum și fotoni - cuante de câmp electromagnetic. Interacțiunea electromagnetică este responsabilă, în special, pentru existența atomilor și moleculelor. Acesta definește multe dintre proprietățile substanțelor în stări solide, lichide și gazoase. Repulsiei Coulomb dintre protoni nuclee duce la instabilitate cu numere de masă mare. Interacțiunea electromagnetică determină absorbția și emisia de fotoni de atomi sau molecule ale materiei, și multe alte procese sunt fizica micro- și macro.
Interactiunea slaba - cel mai lent dintre toate interacțiunile care au loc în microcosmos. Se poate lua parte orice particule elementare, cu excepția fotoni. interacțiune slabă este responsabil pentru fluxul de procese care implică neutrini sau antineutrinii, de exemplu, # 946; dezintegrarea neutronilor și dezintegrarea proceselor particulelor neutrinoless cu durată lungă de viață (# 964; ≥ 10 -10 s).
interacțiune gravitationala inerente în oricare și toate particulele, dar din cauza masei mici a particulelor elementare ale interacțiunii forței gravitaționale sunt rol neglijabil între ele și lipsite de importanță în procesele microcosmos. Forțele gravitaționale joacă un rol crucial în interacțiunea obiectelor cosmice (stele, planete, și așa mai departe. P.) Cu masele lor uriașe.
În 30-e ai secolului XX, o ipoteză care, în lumea particulelor elementare interacționează prin schimbul de fotoni din orice domeniu. Această ipoteză a fost inițial prezentată de compatrioții noștri I. E. Tammom și DD Ivanenko. Ei au sugerat că interacțiunile fundamentale rezultă din schimbul de particule în același mod ca și o legătură chimică covalentă cu schimbul de atomi apare electroni de valență, care sunt combinate în învelișul de electroni neumplut.
Interacțiunea se realizează prin schimbul de particule în fizică, a primit numele interacțiunii de schimb. De exemplu, interacțiunea electromagnetică dintre particulele încărcate se produce datorită schimbului de fotoni - cuante câmpului electromagnetic.
Teoria interacțiunii de schimb a fost recunoscut dupa fizicianul japonez H. Yukawa a demonstrat teoretic în 1935 că interacțiunea puternică dintre nucleoni poate fi explicată în nucleele atomilor, dacă presupunem că nucleonii sunt schimbate particule ipotetice, numite mezoni. Yukawa masa acestor particule, care a fost aproximativ egal cu 300 de mase de electroni calculat. Particulele cu o astfel de masă au fost ulterior efectiv detectate. Aceste particule sunt numite mezoni pi (pionii). În prezent, există trei tipuri de pionul: π +. pi - și pi 0.