atom zdrobitor
Se spune adesea că există două tipuri de știință - știință mari și mici. Scindarea atomului - o știință mare. Acesta are un imens facilități experimentale, buget uriaș și primește partea leului din premiile Nobel.
De ce fizicienii nevoie să împartă atomul? Raspunsul este simplu - pentru a înțelege modul în care atomul - conține un grăunte de adevăr, dar există un motiv mai general. Vorbind literalmente despre divizarea atomului nu este destul de corect. De fapt, este vorba despre coliziunea de particule de mare energie. Într-o coliziune de particule subatomice care se deplasează la viteze mari, există o naștere a unei noi lumi de interacțiuni și câmpuri. Anergia care transportă bucăți uriașe de materie, care zboară după coliziune, sunt pline de secretele naturii, acela de „creație“ au fost îngropate în adâncurile atomului.
Instalarea, pe care coliziunea particulelor de mare energie - acceleratoarelor de particule - sunt izbitoare în dimensiune și costul lor. Ei ajunge la mai mulți kilometri în diametru, și în comparație cu ei, chiar de laborator, în care pentru a studia coliziuni de particule par mici. In alte zone ale echipamentelor de cercetare este plasat într-un laborator, în mare energie laboratoarele de fizica sunt atașate la accelerator. Recent, Organizația Europeană pentru Cercetare Nucleară (CERN), situat în apropiere de Geneva, a alocat câteva sute de milioane de dolari pentru a construi un accelerator circular. Circumferința fiind construită în acest scop tunel ajunge la 27 km. Accelerator care devine numele LEP (LEP, Large Electron-Positron inel electron-pozitron-inel de mare), destinat să accelereze electronii și antiparticula lor (pozitron) la numai viteze „pe păr“, care diferă de viteza luminii. Pentru a avea o idee despre amploarea energiei, imaginați-vă că, în loc de electroni accelerați la o viteză de monede, cu valori de un penny. La sfârșitul ciclului de accelerare l-ar avea suficientă energie pentru a produce energie electrică în valoare de 1000 de milioane de $ .. Nu este surprinzător faptul că astfel de experimente pot fi efectuate la fizica „high-energie“. Deplasarea în interiorul inelului unul spre celălalt, electroni și pozitroni grinzi test de coliziune frontală în care electronii și pozitroni anihilează, eliberând energie suficientă pentru crearea de zeci de alte particule.
Care sunt aceste particule? Unele dintre ele - sunt „pietrele de temelie“, de la care sunt construite: protonii și neutronii, care formează nucleele atomice și electronilor în jurul nucleului. Alte particule sunt, de obicei, în materialul înconjurător nu se produce: vârsta lor este extrem de scurtă, iar după dezintegrarea lor în particule obișnuite. Numărul de specii de volatile de scurtă durată particule izbitoare: acestea sunt cunoscute de a avea câteva sute. La fel ca stelele, particulele instabile sunt prea numeroase pentru a distinge între „nume“. Multe dintre ele sunt marcate numai cu litere grecești, iar unele - doar numere.
Este important să se țină cont de faptul că toate aceste numeroase și diverse particule instabile sunt în niciun caz, în sensul literal al constituenților de protoni, neutroni și electroni. Atunci când se confruntă, electronii și pozitronii de înaltă energie nu zboară într-o multitudine de sub-atomic resturi. Chiar si cu coliziuni de mare energie de protoni, în mod evident, compus din alte obiecte (quarcuri), ele de obicei nu divizat în părțile sale componente, în sensul obișnuit. Ceea ce se întâmplă în aceste coliziuni, este cel mai bine privit ca o producție directă de noi particule din energia de coliziune.
În urmă cu douăzeci de ani, fizicienii au fost complet uimit de numărul mare și varietatea de noi particule subatomice, care părea să nu aibă sfârșit. A fost imposibil de înțeles de ce atât de multe particule. Poate particule elementare, cum ar fi locuitorii din grădina zoologică cu ei o implicită aparținând familiilor, dar fără nici o taxonomie clară. Sau poate, deoarece unele optimistii, particulele elementare sunt incarcate cu cheia universului? Ceea ce se observă în fizica particulelor: resturi minore și accidentale sau aspect care apare în fața ochilor noștri contururile slab percepute ordine, indicând existența unei structuri bogată și complexă a lumii sub-nucleare? Acum, existența unei astfel de structuri nu există nici o îndoială. Microworld ordine profundă și rațională inerente, și vom începe să înțelegem ce este sensul tuturor acestor particule.
Primul pas spre înțelegerea microcosmos a fost făcută de sistematizeze toate particulele cunoscute, la fel ca în secolul al XVIII-lea. biologi au fost catalog detaliat al speciilor de plante și animale. Printre cele mai importante caracteristici ale particulelor subatomice includ masă, sarcină electrică, și de spin.
Sarcina electrică a particulelor variază într-un interval destul de îngust, dar, după cum am observat, este întotdeauna un multiplu al unității fundamentale de încărcare. Unele particule, de exemplu fotoni și neutrinii nu au nici o sarcină electrică. Dacă încărcătura de protoni încărcate pozitiv luate ca 1, taxa de electroni este -1.
În capitolul. 2, am introdus o altă caracteristică a particulelor - de spin. De asemenea, este nevoie întotdeauna valori care sunt multipli de o unitate de bază, care, din motive istorice alese să fie 1/2. Astfel, protoni, neutroni și electroni au de spin 1/2, iar spinul fotonului este egal cu 1. Există și particule cu spin-0, 3/2, și 2. particule fundamentale cu centrifugare mai mare de 2 nu este detectat, iar teoreticienii cred că particulele cu astfel de rotiri Ea nu există.
Spinul unei particule - o caracteristică importantă, și în funcție de valoarea tuturor particulelor sunt împărțite în două clase. Particulele de spin 0, 1 și 2 sunt numite „boson“ - după fizicianul indian Chatendranata Bose și particule cu jumătate de rotire integrală (adică un spin 1/2 sau 3/2. - „fermionilor“ după Enrico Fermi Afiliere una dintre aceste două clase este, probabil, cele mai importante caracteristici ale particulelor din listă.
O altă caracteristică importantă a particulei - durata sa de viață. Până de curând se credea că electronii, protonii și fotoni neutrini absolut stabil, adică Ei au o durată de viață infinită. Neutron rămâne stabil până când este „blocat“ in nucleu, dar neutron liber se dezintegrează în aproximativ 15 min. Toate celelalte particule cunoscute sunt foarte instabile și timpul vieții lor variază de la câteva microsecunde la 10-23 secunde. Aceste intervale de timp par de neînțeles mici, dar nu trebuie uitat faptul că particulele se deplasează la o viteză apropiată de viteza luminii (și majoritatea particulelor produse în acceleratoare deplasăm cu astfel de viteze), un timp de microsecundă pentru a acoperi o distanță de 300 m.
Particulele Instabil putrezirea, care este un proces cuantic, și, prin urmare, în descompunerea este întotdeauna un element de imprevizibilitate. Durata de părți specifice ale vieții nu poate fi prezis în avans. Pe baza unor considerente statistice, se poate prezice numai durata medie de viață. De obicei, vorbind despre perioada de înjumătățire a particulelor - timpul în care populația de particule identice este redus la jumătate. Experimentul arată că scăderea populației apare exponențial (vezi. Fig. 6) și timpul de înjumătățire de 0693 de durata medie.
Fizicienii suficient să știe că există o anumită particulă - ele tind să înțeleagă, care este rolul său. Răspunsul la această întrebare depinde de proprietățile particulelor enumerate mai sus, precum și natura forțelor care acționează asupra particulei din interiorul și exteriorul ei. În primul rând proprietățile particulelor sunt determinate de capacitatea sa (sau incapacitatea) de a participa la interacțiunea puternică. Particulele implicate într-o interacțiune puternică, formează o clasă specială numită și Androna. Particulele implicate în interacțiuni slabe și nu participă la puternice, numite leptoni, ceea ce înseamnă „lumină“. Pe scurt familiarizat cu fiecare dintre aceste familii.