Acasă | Despre noi | feedback-ul
Particulele elementare sunt numite parte a atomului anterior "indivizibil". Primul care a fost găsit a fost un electron, un proton, un neutron și un foton, un cuantum al câmpului electromagnetic. Din primul-
Cei trei au construit substanța și fotonul a interacționat între ei. Ei credeau că nu se mai pot descompune în nimic și, prin urmare, sunt "cărămizile primare" ale universului. Apoi sa dovedit că aceste particule elementare au o structură internă și se pot transforma unul în celălalt. După al doilea război mondial, datorită tehnologiei puternice, au fost descoperite multe alte particule care se pretindeau a fi "elementare". Fiecare particulă, în plus față de foton, a fost, de asemenea, o antiparticlă. Acum sunt mai mult de trei sute de particule elementare. Acestea includ acele particule care se obțin pe ciclotroni puternici, sincrotroni și alți acceleratori. Există particule elementare care apar în timpul trecerii prin atmosfera de raze cosmice, ele există câteva milionimi de secundă, apoi se dezintegrează, modificate, transformate în alte particule elementare, sau emit energie sub formă de radiații.
Știința modernă a dezvăluit unitatea la cel mai adânc nivel: substanța observată este compusă din fotoni, leptoni (electroni, muoni, neutri) și cuarci. În afară de interacțiunile electromagnetice purtate de fotoni, există interacțiuni nucleare puternice care leagă cuarcile de barioane (protoni, neutroni etc.) și mezoni. Interacțiunile nucleare slabe sunt responsabile, de exemplu, de descompunerea neutronilor. Toate acestea sunt descrise de o singură teorie neliniară, care generalizează ecuațiile Maxwell. O astfel de generalizare a fost făcută în 1954 de C. Young și R. Mills, iar alte generalizări sunt numite și teoria Yang-Mills. Anterior, teorii similare prezentate G. Mi și M. Born, A. Einstein și J. I. Frenkel. Deși problema particulelor elementare este legată de fundamentele științei, studiul lor se desfășoară într-o oarecare deconectare de la alte domenii ale fizicii.
Principalele caracteristici ale particulelor elementare sunt masa, sarcina electrică, centrifuga, durata medie de viață, momentul magnetic, paritatea spațială, sarcina baryonică și numerele cuantice.
Încărcarea electrică variază de la zero la "+" sau "-". Fiecare particulă, cu excepția unui foton, a unui neutrino și a doi mezoni, corespunde unei particule cu o încărcătură opusă sau unei antiparticule. În 1963
o ipoteză a fost avansată în legătură cu existența particulelor cu sarcină fracționată - cuarci.
Spinarea este una dintre cele mai importante caracteristici ale particulelor elementare. Se determină prin impulsul angular al particulei. Spinul fotonului este 1; aceasta înseamnă că particula va avea aceeași formă după o rotație completă de 360 °. O particula cu spin 1/2 va avea aceeasi forma ca si revolutia, de doua ori mai mare, adica la 720 °. Spinarea unui proton, a unui neutron și a unui electron este de 1/2. Există particule cu spin 3/2, 5/2, etc. O particulă cu rotire egală cu zero arată la fel pentru orice unghi de rotație. În funcție de valoarea spinului, toate particulele sunt împărțite în două grupuri:
fermioane (numele este dat în cinstea lui Enrico Fermi) - cu spate semi-integral (1/2, 3/3). Fermiunile constituie materie și, la rândul lor, sunt împărțite în două clase - leptone (din leptos greacă - lumină) și cuarci. Quark-urile fac parte din protoni, neutroni și alte particule similare, numite hadroni colectivi (de la adros-puternic). Leptonii încărcați se pot roti în jurul nucleelor, precum și a electronilor, formând atomi. Leptonii care nu au o sarcină pot, ca un neutrino, să treacă pe întregul Pământ fără a interacționa cu nimic. Fiecare particulă are o antiparticlă, care diferă numai în sarcină;
bosoanele (numite după omul de știință indian Shatendranath Bose, unul dintre creatorii de statistici cuantice) sunt particule cu interacțiune de rotire (0, 1, 2), interacțiune de transfer a bosonilor.
Între particulele, există patru tipuri de interacțiuni, fiecare dintre care realizeaza propriul tip de bosoni: fotonului, un foton - graviton interacțiune electromagnetică - forțe gravitaționale care acționează între orice organisme care au masă. Opt gluoni poartă interacțiuni nucleare puternice care leagă cuarcile. Bozoanele vectorilor intermediari transferă interacțiunile slabe responsabile pentru anumite descompuneri ale particulelor. Se crede că toate cele patru forțe din natură sunt reduse la aceste patru interacțiuni. Una dintre cele mai remarcabile realizări ale acestui secol a fost dovada că la temperaturi foarte ridicate (sau energii), toate cele patru interacțiuni fuzioneze într-una singură.
La o energie de 100 GeV (10 9 eV), interacțiunile electromagnetice și slabe sunt combinate. Această energie corespunde temperaturii Universului în 10-10 sec după Big Bang și 4 trilioane de ori mai mare decât temperatura camerei. Aceasta descoperire a dus la ipoteza că energia de ordinul din 15 octombrie GeV se poate realiza combinarea lor interacțiuni puternice, așa cum se menționează în teoria Grand Unified (GUT), iar la o energie din 19 octombrie GeV la interacțiunile TVO se alăture și interacțiunea gravitațională „care formează“ FA ( Teoria întregii existențe).
Acceleratoarele, asupra cărora este posibil să se obțină astfel de energii și să se testeze aceste teorii, nu sunt încă disponibile și, prin urmare, nu sunt prevăzute,
la Univers, pentru a găsi în ea posibile limitări pentru un număr imens de particule elementare. În ultimii treizeci de ani a existat o strânsă legătură între fizica particulelor elementare și cosmologie. Totalitatea datelor astrofizice poate fi considerată "material experimental", acumulat ca rezultat al lucrării universului - un accelerator de particule uriașe. Putem trata numai consecințele indirecte ale proceselor și proceselor care au avut loc, rezultând influența lor asupra evoluției materiei medii în univers.
Printre leptoni, electronul este cel mai cunoscut, probabil că nu constă în alte particule, adică este elementar. Un alt lepton este neutrino. Acesta este cel mai frecvent lepton din univers și, în același timp, cel mai evaziv. Neutrinii nu participă nici la interacțiuni puternice, nici la electromagnetice. După ce a prezis neutrinii, a fost descoperit abia după 30 de ani pe acceleratoare. Există trei tipuri de neutrini: neutrinii electronici, muonici și tau. Mionul este, de asemenea, un lepton larg răspândit. A fost descoperită în razele cosmice în 1936; Aceasta este o particulă instabilă, și altfel arată ca un electron. Pentru două milioane de secunde, se rupe într-un electron și două neutrinos. Radiația cosmică de fond constă în principal din muoni. La sfârșitul anilor '70. A fost detectat un al treilea lepton încărcat (cu excepția electronului și a muonului) -tau-lepton. El se comportă foarte mult ca semenii săi, dar este mai greu decât un electron de 3500 de ori. Fiecare lepton are o antiparticlă; doar 12 dintre ele.
Există o mulțime de Hadroni, sute dintre ei. Prin urmare, ele sunt adesea considerate nu particule elementare, ci compuse din altele. Ele sunt încărcate electric și neutre. Toate hadronii participă la interacțiuni puternice, slabe și gravitaționale. Dintre acestea, cele mai renumite sunt protonul și neutronul. Restul trăiește foarte puțin, se descompune timp de 10-6 s datorită interacțiunii slabe sau timp de 10 -23 s - datorită rezistenței puternice. Hadronii sunt sortați după greutate, încărcați și înapoi. Acest lucru a fost ajutat de ipoteza de cuarci, sau de particule, care alcătuiesc hadroni.
Quark-urile pot fi conectate în acest scop în tripleți, compunând barioane sau în perechi: quark-antiquark, compuși de mezoni (particule intermediare). Quark-urile au o încărcătură de 1/3 sau 2/3 din încărcătura electronică. Apoi, în combinație dau 0 sau 1. Toate cuarcile au un spin egal cu 1/2, adică ele aparțin fermionilor. Ei cred că sunt legați prin interacțiune puternică, dar participă la cei slabi. Caracteristicile interacțiunii puternice se caracterizează prin tipuri ("arome") - "superioară", "inferioară", "ciudată". Dar interacțiunea slabă poate schimba "aroma" quark-ului. De exemplu, în decăderea unui neutron, unul din cuarcile "inferior" devine "superior", iar surplusul electron poartă sarcina excesivă. Deci o interacțiune puternică nu poate schimba "parfumul" și fără a schimba "aroma" quark-ului, decăderea hadronului este imposibilă.
Un nou hadron, numit o particulă, a fost descoperit pe acceleratoare (1974). Prin urmare, în conformitate cu teoria cuarcii, a fost introdusă o altă caracteristică, cea de-a patra "aromă", așa că a apărut un cuar "enchanted". Deci, particula este un presupus mezon, constând dintr-un cvark și un cvartec. Acum s-au descoperit multe particule "fascinate", și toate
ele sunt grele. Și în 1977, a apărut un mezon, iar întreaga poveste a fost repetată, a cincea aromă a fost numită "fermecător". Așa se dezvoltă atomismul. Acum ei cred că există 12 cuarci - particule fundamentale și cât mai multe antiparticule. Șase particule sunt cuarcuri cu nume exotice "superioară", "inferioară", "fermecată", "ciudată", "adevărată", "fermecătoare". Ele sunt produsul unei teorii care luptă pentru ordine și frumusețe și totul este deschis, cu excepția celui "adevărat". Restul de șase sunt leptoni: un electron, un muon, o particulă și neutrinii corespunzători (electron, muon, neutrino).
Aceste 12 particule, sau două până la șase, sunt grupate în trei generații, fiecare dintre ele constituind din patru membri. În prima generație - „superior“ și „inferior“ quarc, un electron și un neutrino e, în al doilea - „fermecat“ și „ciudat“ quark, neutrini muon și muonilor în al treilea - „adevărat“ și „destul“ și cuarc cu -particle neutrino. Toată materia obișnuită este formată din particule de prima generație. Proton, de exemplu, este format din două quark „superior“ și unul „inferior“, neutronice - a doua „low“ și „sus“. Fiecare atom constă dintr-un nucleu greu (protoni legați puternic și neutroni) înconjurați de un nor de electroni.
Dar de ce există alte generații de particule și cât de multe pot fi acestea? Potrivit fizicienilor japonezi M. Kobayashi și T. Maskawa, asimetria dintre materie și antimaterie necesită trei generații. Dacă numărul de generații nu este limitat, sunt quarks și leptoni principalele "cărămizi ale naturii" și cât de importante sunt acestea? Cele mai recente date obținute pe diferite acceleratoare ne permit să presupunem că numărul de generații nu poate fi mai mare de cinci, deoarece numărul total de neutrini nu depășește acest număr. Răspunsurile la aceste întrebări sunt căutate în cosmologia modernă, în modelele de nucleosinteză primară, care au dat naștere unor particule, dintre care unele pot fi determinate de prevalența unuia sau a altui element din univers. Aceste studii oferă o persoană posibilitatea de a atinge misterul universului, de a găsi acele "cărămizi" din care se construiește totul în lume, iar în spatele lor sunt tehnologii noi.
Întrebări pentru auto-examinare și repetare
1. Ce particule formează nucleul unui atom, care sunt dimensiunile lui? Cum a fost stabilit?
2. Explicați conceptul de particule elementare, cum sunt clasificate particulele elementare și modul în care sunt investigate. Ce sunt "antiparticulele"? Care este ipoteza quark-ului? Care sunt problemele din teoria particulelor elementare?
3. Care este unitatea discretității și continuității? Descrieți problema căutării "obiectelor primare" și a conceptului de atomism. Ce sunt "cvasi-particulele"?
4. Care este specificitatea microworld-ului în comparație cu studiul mega- și macrocosmosului. Explicați principiile corespondenței și complementarității.
5. Explicați principiul incertitudinii, conceptul de determinism și indeterminism. Cum a fost conceptul de schimbare aleatorie și naturală? Explicați rolul dispozitivului în mecanica cuantică.
6. Cum au evoluat conceptele de cauzalitate în mecanica cuantică? De ce este limitarea impactului asupra sensului microlevel al legii fundamentale a naturii?
7. Ce parametri descriu starea microparticulei? Cum are loc sinteza proprietăților valurilor și a proprietăților corpusculare? Care este diferența în descrierea stării în mecanica clasică și cuantică?
8. Ce ecuație descrie mișcarea în microworld și corespunde celei de-a doua legi a lui Newton? Care este semnificația cantităților incluse în acesta?
9. Ce modele descriu structura și proprietățile nucleelor atomice? De ce elementele grele nu se descompun spontan în plămâni? Ce fel de reacții de fisiune sunt posibile și care sunt condițiile pentru aceasta?
10. Explicați cum se determină stabilitatea nucleelor atomice. Ce este
"Defecțiunea de masă" și cum apar reacțiile în interiorul stelelor?
CONCEPTELE STRUCTURII SUBSTANȚEI (DIN MICROMIR LA MICROMIR)