Фундаменталната подлост Съдбата постъпи с мен така, че неволно се докоснах до най-фундаменталните явления на нашата социална система и успях да ги погледна без никакви воали и илюзии, които да ги скриват. Както ми се стори тогава, видях какво най-много

3. Фундаментално напрежение

3. Фундаментално напрежение В самата същност на християнството се крие фактът, че то идва от юдаизма от 1 век. Исус беше евреин. Първите християни са всички евреи. Християнството започва от юдаизма, от месианска секта в юдаизма. То възприема

ФУНДАМЕНТАЛНА ИСТИНА

ФУНДАМЕНТАЛНА ИСТИНА В нашата притча Джалин е преобраз на Исус Христос, но кралят ли е Бащата? това е Всемогъщият Бог Отец. Дагон представлява!дявола; живот в Ендел? това е човешкият живот на земята; Affabel представлява небесния град на Бог. Изоставена земя Лон?

Тези три частици (както и други, описани по-долу) се привличат и отблъскват взаимно според техните обвинения, които са само четири вида според броя на основните природни сили. Зарядите могат да бъдат подредени в ред на намаляване на съответните сили, както следва: цветен заряд (сили на взаимодействие между кварки); електрически заряд (електрични и магнитни сили); слаб заряд (сила при някои радиоактивни процеси); накрая, маса (гравитационна сила или гравитационно взаимодействие). Думата "цвят" тук няма нищо общо с цвета на видимата светлина; това е просто характеристика на най-силния заряд и най-големите сили.

Обвинения упорствам, т.е. Зарядът, който влиза в системата, е равен на заряда, който излиза от нея. Ако общият електрически заряд на определен брой частици преди тяхното взаимодействие е, да речем, 342 единици, то след взаимодействието, независимо от неговия резултат, той ще бъде равен на 342 единици. Това важи и за други заряди: цвят (силен заряд на взаимодействие), слаб и маса (маса). Частиците се различават по своите заряди: по същество те „са“ тези заряди. Таксите са, така да се каже, „сертификат“ за правото да се отговори на съответната сила. Така само цветните частици се влияят от цветовите сили, само електрически заредените частици се влияят от електрическите сили и т.н. Свойствата на една частица се определят от най-голямата сила, действаща върху нея. Само кварките са носители на всички заряди и следователно са обект на действието на всички сили, сред които цветът е доминиращ. Електроните имат всички заряди с изключение на цвета и доминиращата сила за тях е електромагнитната сила.

Най-стабилни в природата са, като правило, неутралните комбинации от частици, в които зарядът на частиците от един знак се компенсира от общия заряд на частиците от друг знак. Това съответства на минималната енергия на цялата система. (По подобен начин два прътовидни магнита са в една линия, като северният полюс на единия е обърнат към южния полюс на другия, което съответства на минимална енергия на магнитното поле.) Гравитацията е изключение от това правило: отрицателна маса не съществува. Няма тела, които биха паднали.

ВИДОВЕ МАТЕРИЯ

Обикновената материя се образува от електрони и кварки, групирани в обекти, които са неутрални по цвят и след това по електрически заряд. Силата на цвета се неутрализира, което ще бъде обсъдено по-подробно по-долу, когато частиците се комбинират в триплети. (Оттук и самият термин „цвят“, взет от оптиката: трите основни цвята, когато се смесват, дават бяло.) Така кварките, за които цветната сила е доминираща, образуват триплети. Но кварките и те се подразделят на u-кварки (от английски up - горен) и д-кварки (от английски down - по-нисък), те също имат електрически заряд, равен на u-кварк и за д-кварк. две u-кварк и едно д-кварк придават електрически заряд +1 и образуват протон, и единица u-кварк и две д-кварките дават нулев електрически заряд и образуват неутрон.

Стабилните протони и неутрони, привлечени един към друг от остатъчните цветни сили на взаимодействие между съставните им кварки, образуват цветно неутрално атомно ядро. Но ядрата носят положителен електрически заряд и, като привличат отрицателни електрони, които се въртят около ядрото като планети, въртящи се около Слънцето, се стремят да образуват неутрален атом. Електроните в техните орбити се отдалечават от ядрото на разстояния, десетки хиляди пъти по-големи от радиуса на ядрото - доказателство, че електрическите сили, които ги задържат, са много по-слаби от ядрените. Благодарение на силата на цветовото взаимодействие, 99,945% от масата на атома е затворена в неговото ядро. Тегло u- и д-кварките са около 600 пъти по-големи от масата на електрона. Следователно електроните са много по-леки и по-подвижни от ядрата. Тяхното движение в материята предизвиква електрически явления.

Има няколкостотин естествени разновидности на атоми (включително изотопи), които се различават по броя на неутроните и протоните в ядрото и съответно по броя на електроните в орбитите. Най-простият е водородният атом, състоящ се от ядро ​​под формата на протон и един въртящ се около него електрон. Цялата "видима" материя в природата се състои от атоми и частично "разглобени" атоми, които се наричат ​​йони. Йоните са атоми, които след като са загубили (или са спечелили) няколко електрона, са се превърнали в заредени частици. Материята, състояща се почти от един йон, се нарича плазма. Звездите, които изгарят поради термоядрени реакции, протичащи в центровете, са съставени главно от плазма и тъй като звездите са най-често срещаната форма на материя във Вселената, може да се каже, че цялата Вселена се състои главно от плазма. По-точно, звездите са предимно напълно йонизиран газообразен водород, т.е. смес от отделни протони и електрони и следователно почти цялата видима вселена се състои от него.

Това е видима материя. Но все още има невидима материя във Вселената. И има частици, които действат като носители на сили. Има античастици и възбудени състояния на някои частици. Всичко това води до явно прекомерно изобилие от "елементарни" частици. В това изобилие може да се намери индикация за истинската, истинска природа на елементарните частици и силите, действащи между тях. Според най-новите теории, частиците могат да бъдат основно разширени геометрични обекти - "струни" в десетизмерното пространство.

Невидим свят.

Във Вселената има не само видима материя (но също черни дупки и „тъмна материя“ като студени планети, които стават видими, когато бъдат осветени). Има и една наистина невидима материя, която прониква във всички нас и в цялата Вселена всяка секунда. Това е бързо движещ се газ от един вид частици - електронни неутрино.

Електронното неутрино е партньор на електрона, но няма електрически заряд. Неутриното носят само така наречения слаб заряд. Тяхната маса на покой по всяка вероятност е нула. Но те взаимодействат с гравитационното поле, защото имат кинетична енергия д, което съответства на ефективната маса м, според формулата на Айнщайн д = mc 2, където ° Се скоростта на светлината.

Ключовата роля на неутриното е, че допринася за трансформацията и-кварки в дкварки, което води до трансформация на протон в неутрон. Неутриното играе ролята на "игла на карбуратора" за звездни термоядрени реакции, при които четири протона (водородни ядра) се комбинират, за да образуват хелиево ядро. Но тъй като ядрото на хелия се състои не от четири протона, а от два протона и два неутрона, за такъв ядрен синтез е необходимо два и-кварки, превърнати в две д-кварк. Интензивността на трансформацията определя колко бързо ще горят звездите. А процесът на трансформация се определя от слаби заряди и сили на слабо взаимодействие между частиците. При което и-кварк (електрически заряд +2/3, слаб заряд +1/2), взаимодействащ с електрон (електрически заряд - 1, слаб заряд -1/2), образува д-кварк (електрически заряд -1/3, слаб заряд -1/2) и електронно неутрино (електричен заряд 0, слаб заряд +1/2). Цветните заряди (или просто цветовете) на двата кварка се компенсират в този процес без неутриното. Ролята на неутриното е да отнесе некомпенсирания слаб заряд. Следователно скоростта на трансформация зависи от това колко слаби са слабите сили. Ако бяха по-слаби, отколкото са, тогава звездите изобщо нямаше да горят. Ако бяха по-силни, тогава звездите отдавна щяха да са изгорели.

Но какво да кажем за неутрино? Тъй като тези частици взаимодействат изключително слабо с друга материя, те почти веднага напускат звездите, в които са родени. Всички звезди блестят, излъчвайки неутрино, а неутрино блести през нашите тела и цялата Земя ден и нощ. Така те се скитат из Вселената, докато влязат, може би, в ново взаимодействие на ЗВЕЗДАТА).

Носители на взаимодействие.

Какво причинява силите, които действат между частиците на разстояние? Съвременната физика отговаря: поради обмена на други частици. Представете си двама скейтъри, които подхвърлят топка. Давайки инерция на топката при хвърляне и получавайки инерция с получената топка, и двамата получават тласък в посока един от друг. Това може да обясни появата на отблъскващи сили. Но в квантовата механика, която разглежда явления в микросвета, се допуска необичайно разтягане и делокализация на събитията, което води, изглежда, до невъзможното: един от скейтърите хвърля топката в посоката отдругото, но все пак едното може бихвани тази топка. Не е трудно да си представим, че ако това беше възможно (а в света на елементарните частици е възможно), щеше да има привличане между скейтърите.

Частиците, поради обмена на които възникват сили на взаимодействие между четирите разгледани по-горе „частици материя“, се наричат ​​калибровъчни частици. Всяко от четирите взаимодействия - силно, електромагнитно, слабо и гравитационно - има свой собствен набор от калибрирани частици. Частиците носители на силно взаимодействие са глуони (има само осем от тях). Фотонът е носител на електромагнитно взаимодействие (той е един и ние възприемаме фотоните като светлина). Частиците-носители на слабото взаимодействие са междинни векторни бозони (през 1983 и 1984 г. са открити У + -, У- -бозони и неутрални З-бозон). Частицата-носител на гравитационното взаимодействие все още е хипотетичен гравитон (трябва да е такъв). Всички тези частици, с изключение на фотона и гравитона, които могат да пътуват на безкрайно дълги разстояния, съществуват само в процеса на обмен между материалните частици. Фотоните изпълват Вселената със светлина, а гравитоните - с гравитационни вълни (все още не са открити със сигурност).

Казва се, че частица, способна да излъчва калибровъчни частици, е заобиколена от подходящо силово поле. Така електроните, способни да излъчват фотони, са заобиколени от електрически и магнитни полета, както и от слаби и гравитационни полета. Кварките също са заобиколени от всички тези полета, но също и от полето на силно взаимодействие. Частиците с цветен заряд в полето на цветовите сили се влияят от цветовата сила. Същото важи и за другите природни сили. Следователно можем да кажем, че светът се състои от материя (материални частици) и поле (калибровъчни частици). Повече за това по-долу.

Антиматерия.

Всяка частица отговаря на античастица, с която частицата може взаимно да анихилира, т.е. „анихилират“, в резултат на което се освобождава енергия. „Чиста“ енергия сама по себе си обаче не съществува; в резултат на анихилация се появяват нови частици (например фотони), които отнемат тази енергия.

Античастицата в повечето случаи има противоположни свойства по отношение на съответната частица: ако частицата се движи наляво под действието на силни, слаби или електромагнитни полета, тогава нейната античастица ще се движи надясно. Накратко, античастицата има противоположни знаци на всички заряди (с изключение на масовия). Ако една частица е съставна, като например неутрон, тогава нейната античастица се състои от компоненти с противоположни знаци на заряда. Така антиелектронът има електрически заряд +1, слаб заряд +1/2 и се нарича позитрон. Антинеутронът се състои от и-антикварки с електрически заряд –2/3 и д-антикварки с електрически заряд +1/3. Истински неутралните частици са свои собствени античастици: фотонът е античастицата на фотона.

Според съвременните теоретични концепции всяка частица, която съществува в природата, трябва да има своя собствена античастица. И много античастици, включително позитрони и антинеутрони, наистина са получени в лабораторията. Последиците от това са изключително важни и са в основата на цялата експериментална физика на елементарните частици. Според теорията на относителността масата и енергията са еквивалентни и при определени условия енергията може да се превърне в маса. Тъй като зарядът се запазва и зарядът на вакуума (празното пространство) е нула, всяка двойка частици и античастици (с нулев нетен заряд) може да излезе от вакуума, като зайци от шапката на магьосник, стига енергията да е достатъчна, за да създаде техните маса.

Поколения на частици.

Експериментите с ускорител показаха, че четворката (квартет) от материални частици се повтаря поне два пъти при по-високи стойности на масата. Във второто поколение мястото на електрона се заема от мюона (с маса около 200 пъти по-голяма от масата на електрона, но със същите стойности на всички останали заряди), мястото на електронното неутрино е мюонът (който придружава мюона при слаби взаимодействия по същия начин, по който електронът придружава електронното неутрино), място и-кварк заема с-кварк ( очарован), а д-кварк - с-кварк ( странно). В третото поколение квартетът се състои от тау лептон, тау неутрино, T-кварк и b-кварк.

Тегло T-кваркът е около 500 пъти по-голям от масата на най-лекия - д-кварк. Експериментално е установено, че има само три вида леки неутрино. Така че четвъртото поколение частици или изобщо не съществува, или съответните неутрино са много тежки. Това е в съответствие с космологичните данни, според които не може да има повече от четири вида леки неутрино.

При експерименти с високоенергийни частици електронът, мюонът, тау-лептонът и съответните неутрино действат като отделни частици. Те не носят цветен заряд и влизат само в слаби и електромагнитни взаимодействия. Колективно те се наричат лептони.

Кварките, от друга страна, под въздействието на цветовите сили се комбинират в силно взаимодействащи частици, които доминират в повечето експерименти във физиката на високите енергии. Такива частици се наричат адрони. Те включват два подкласа: бариони(напр. протон и неутрон), които са съставени от три кварка, и мезонисъстоящ се от кварк и антикварк. През 1947 г. първият мезон, наречен пион (или пи-мезон), е открит в космическите лъчи и известно време се смяташе, че обменът на тези частици е основната причина за ядрените сили. Омега-минус адроните, открити през 1964 г. в Националната лаборатория Брукхейвън (САЩ), и частицата j-psy ( Дж/г-мезон), открит едновременно в Брукхейвън и в Станфордския център за линейни ускорители (също в САЩ) през 1974 г. Съществуването на омега-минус частицата е предсказано от М. Гел-Ман в неговия т.нар. SU 3-теория“ (друго име е „осемкратният път“), в която за първи път е предложена възможността за съществуване на кварки (и това име им е дадено). Десетилетие по-късно откриването на частицата Дж/гпотвърди съществуването с-кварк и накрая накара всички да повярват както в кварковия модел, така и в теорията, която комбинира електромагнитни и слаби сили ( виж отдолу).

Частиците от второ и трето поколение са не по-малко реални от тези от първото. Вярно е, че след като са възникнали, те се разпадат за милионни или милиардни от секундата в обикновени частици от първо поколение: електрон, електронно неутрино и също и- и д-кварки. Въпросът защо в природата има няколко поколения частици все още е загадка.

За различните поколения кварки и лептони често се говори (което, разбира се, е донякъде ексцентрично) като за различни "вкусове" на частиците. Необходимостта да ги обясним се нарича проблем с "вкуса".

БОЗОНИ И ФЕРМИОНИ, ПОЛЕ И ВЕЩЕСТВО

Една от основните разлики между частиците е разликата между бозоните и фермионите. Всички частици са разделени на тези два основни класа. Като бозоните могат да се припокриват или припокриват, но като фермионите не могат. Суперпозицията възниква (или не се случва) в дискретните енергийни състояния, на които квантовата механика разделя природата. Тези състояния са като че ли отделни клетки, в които могат да се поставят частици. И така, в една клетка можете да поставите произволен брой еднакви бозони, но само един фермион.

Като пример, разгледайте такива клетки или „състояния“ за въртящ се около ядрото на атом електрон. За разлика от планетите от Слънчевата система, според законите на квантовата механика, един електрон не може да циркулира в нито една елиптична орбита, за него има само дискретен брой разрешени "състояния на движение". Набори от такива състояния, групирани според разстоянието от електрона до ядрото, се наричат орбитали. В първата орбитала има две състояния с различни ъглови моменти и следователно две разрешени клетки, а в по-високите орбитали има осем или повече клетки.

Тъй като електронът е фермион, всяка клетка може да съдържа само един електрон. От това следват много важни следствия - цялата химия, тъй като химичните свойства на веществата се определят от взаимодействията между съответните атоми. Ако преминете през периодичната система от елементи от един атом към друг в реда на увеличаване с единица на броя на протоните в ядрото (броят на електроните също ще се увеличи съответно), тогава първите два електрона ще заемат първата орбитала, следващите осем ще бъдат разположени във втория и т.н. Тази последователна промяна в електронната структура на атомите от елемент на елемент определя закономерностите в техните химични свойства.

Ако електроните бяха бозони, тогава всички електрони на един атом биха могли да заемат една и съща орбитала, съответстваща на минималната енергия. В този случай свойствата на цялата материя във Вселената биха били напълно различни и във вида, в който я познаваме, Вселената би била невъзможна.

Всички лептони - електрон, мюон, тау-лептон и съответното им неутрино - са фермиони. Същото може да се каже и за кварките. По този начин всички частици, които образуват "материята", основният пълнител на Вселената, както и невидимите неутрино, са фермиони. Това е много важно: фермионите не могат да се комбинират, така че същото важи и за обектите в материалния свят.

В същото време всички "калибровъчни частици", обменени между взаимодействащи материални частици и които създават поле от сили ( виж по-горе), са бозони, което също е много важно. Така например много фотони могат да бъдат в едно и също състояние, образувайки магнитно поле около магнит или електрическо поле около електрически заряд. Благодарение на това е възможен и лазер.

Завъртете.

Разликата между бозоните и фермионите е свързана с друга характеристика на елементарните частици - обратно. Колкото и изненадващо да изглежда, но всички фундаментални частици имат свой собствен ъглов момент или, с други думи, се въртят около собствената си ос. Ъгловият импулс е характеристика на въртеливото движение, точно както общият импулс е характеристика на транслационното движение. При всяко взаимодействие ъгловият момент и импулсът се запазват.

В микрокосмоса ъгловият импулс е квантован, т.е. приема дискретни стойности. В подходящи единици лептоните и кварките имат спин 1/2, а калибровъчните частици имат спин 1 (с изключение на гравитона, който все още не е наблюдаван експериментално, но теоретично трябва да има спин 2). Тъй като лептоните и кварките са фермиони, а калибровъчните частици са бозони, може да се предположи, че "фермионността" е свързана със спин 1/2, а "бозоничността" е свързана със спин 1 (или 2). Наистина, както експериментът, така и теорията потвърждават, че ако една частица има полуцяло спин, тогава тя е фермион, а ако е цяло число, тогава е бозон.

ТЕОРИИ И ГЕОМЕТРИЯ НА ИЗМЕРИТЕЛИТЕ

Във всички случаи силите възникват поради обмена на бозони между фермиони. По този начин цветната сила на взаимодействие между два кварка (кварки - фермиони) възниква поради обмена на глуони. Такъв обмен постоянно се извършва в протоните, неутроните и атомните ядра. По същия начин фотоните, обменяни между електрони и кварки, създават електрически сили на привличане, които задържат електрони в атом, а междинните векторни бозони, обменяни между лептони и кварки, създават слаби сили на взаимодействие, отговорни за превръщането на протоните в неутрони при реакции на синтез в звезди.

Теорията за такъв обмен е елегантна, проста и вероятно правилна. Нарича се калибровъчна теория. Но в момента съществуват само независими калибровъчни теории за силни, слаби и електромагнитни взаимодействия и калибровъчна теория за гравитацията, подобни на тях, макар и в някои отношения различни. Един от най-важните физически проблеми е редуцирането на тези отделни теории в една единствена и в същото време проста теория, в която всички те биха се превърнали в различни аспекти на една реалност - като фасетите на кристал.

Най-простата и най-старата от калибровъчните теории е калибровъчната теория на електромагнитното взаимодействие. При него зарядът на един електрон се сравнява (калибрира) със заряда на друг отдалечен от него електрон. Как могат да се сравняват таксите? Можете например да приближите втория електрон до първия и да сравните техните сили на взаимодействие. Но не се ли променя зарядът на електрона, когато се премести в друга точка в пространството? Единственият начин да проверите е да изпратите сигнал от близкия електрон до далечния и да видите как реагира той. Сигналът е калибрована частица - фотон. За да може да се провери зарядът на далечни частици, е необходим фотон.

Математически тази теория се отличава с изключителна прецизност и красота. От описания по-горе "калибровъчен принцип" следва цялата квантова електродинамика (квантовата теория на електромагнетизма), както и теорията на Максуел за електромагнитното поле, едно от най-големите научни постижения на 19 век.

Защо толкова прост принцип е толкова плодотворен? Очевидно той изразява определена корелация на различни части на Вселената, позволявайки измервания във Вселената. В математически термини полето се тълкува геометрично като кривината на някакво мислимо "вътрешно" пространство. Измерването на заряда е измерването на общата "вътрешна кривина" около частицата. Калибровъчните теории за силни и слаби взаимодействия се различават от електромагнитната калибровъчна теория само по вътрешната геометрична "структура" на съответния заряд. На въпроса къде точно се намира това вътрешно пространство отговарят многомерните теории за единно поле, които не се разглеждат тук.

Физиката на елементарните частици все още не е завършена. Все още не е ясно дали наличните данни са достатъчни, за да разберем напълно природата на частиците и силите, както и истинската природа и измеренията на пространството и времето. Имаме ли нужда от експерименти с енергии от 10 15 GeV за това или усилието на мисълта ще бъде достатъчно? Все още няма отговор. Но можем да кажем с увереност, че крайната картина ще бъде проста, елегантна и красива. Възможно е да няма толкова много фундаментални идеи: принципът на калибровката, пространствата с по-високи измерения, свиването и разширяването и преди всичко геометрията.

До сравнително скоро няколкостотин частици и античастици се смятаха за елементарни. Подробното изследване на техните свойства и взаимодействия с други частици и развитието на теорията показаха, че повечето от тях всъщност не са елементарни, тъй като самите те се състоят от най-простите или, както се казва сега, фундаментални частици. Самите фундаментални частици вече не се състоят от нищо. Многобройни експерименти показват, че всички фундаментални частици се държат като безразмерни точкови обекти без вътрешна структура, поне до най-малките изследвани в момента разстояния ~10 -16 cm.

Сред безбройните и разнообразни процеси на взаимодействие между частиците има четири основни или фундаментални взаимодействия: силни (ядрени), електромагнитни, слаб и гравитационен . В света на частиците гравитационното взаимодействие е много слабо, ролята му все още е неясна и няма да говорим повече за това.

В природата има две групи частици: адрони, които участват във всички фундаментални взаимодействия, и лептони, които не участват само в силното взаимодействие.

Според съвременните концепции взаимодействията между частиците се осъществяват чрез излъчване и последващо поглъщане на кванти на съответното поле (силно, слабо, електромагнитно), заобикалящо частицата. Тези кванти са калибровъчни бозони, които също са фундаментални частици. Бозоните имат свои собствени момент на импулс, наречен спин, е равен на целочислената стойност Константа на Планк. Квантите на полето и съответно носителите на силното взаимодействие са глуони, обозначени със символа g (ji), квантите на електромагнитното поле са добре познатите кванти на светлината - фотони, обозначени с (гама), а квантите на слабото поле и съответно носителите на слабите взаимодействия са У± (двойно ve) - и З 0 (zet zero)-бозони.

За разлика от бозоните, всички останали фундаментални частици са фермиони, тоест частици, които имат полуцяло числово въртене, равно на ч/2.

В табл. 1 са показани символите на фундаменталните фермиони - лептони и кварки.

Всяка частица, дадена в табл. 1 съответства на античастица, която се различава от частица само по знаците на електричния заряд и други квантови числа (виж таблица 2) и по посока на спина спрямо посоката на импулса на частицата. Ще означаваме античастиците със същите символи като частиците, но с вълнообразна линия над символа.

Частици в таблицата. 1 се означават с гръцки и латински букви, а именно: буквата (nu) - три различни неутрино, буквите e - електрон, (mu) - мюон, (tau) - taon, буквите u, c, t, d, s , b означават кварки; техните имена и характеристики са дадени в табл. 2.

Частици в таблицата. 1 са групирани в три поколения I, II и III според структурата на съвременната теория. Нашата Вселена е изградена от частици от първо поколение - лептони и кварки и калибровъчни бозони, но, както показва съвременната наука за развитието на Вселената, в началния етап от нейното развитие частиците от всичките три поколения са изиграли важна роля.

лептони

Нека първо разгледаме по-подробно свойствата на лептоните. В горния ред на таблицата 1 съдържа три различни неутрино: електрон, мюон и тау неутрино. Тяхната маса все още не е точно измерена, но е определена горната й граница, например за ne равно на 10 -5 от масата на електрона (т.е. g).

Гледане на масата. 1 неволно повдига въпроса защо природата има нужда от създаването на три различни неутрино. Все още няма отговор на този въпрос, тъй като все още не е създадена толкова цялостна теория за фундаменталните частици, която да посочи необходимостта и достатъчността на всички такива частици и да опише основните им свойства. Може би този проблем ще бъде решен през 21 век (или по-късно).

Долният ред на таблицата. 1 започва с частицата, която най-много сме изучавали - електрона. Електронът е открит в края на миналия век от английския физик Дж. Томсън. Ролята на електроните в нашия свят е огромна. Те са онези отрицателно заредени частици, които заедно с атомните ядра образуват всички атоми на познатите ни елементи. Периодичната система на Менделеев. Във всеки атом броят на електроните е точно равен на броя на протоните в атомното ядро, което прави атома електрически неутрален.

Електронът е стабилен, основната възможност за унищожаване на електрон е неговата смърт при сблъсък с античастица - позитрон e + . Този процес е наименуван анихилация :

В резултат на анихилация се образуват два гама-кванта (така наречените високоенергийни фотони), които отнасят както остатъчните енергии e + и e -, така и техните кинетични енергии. При високи енергии e + и e - се образуват адрони и кваркови двойки (вижте например (5) и фиг. 4).

Реакция (1) ясно илюстрира валидността на известната формула на А. Айнщайн за еквивалентността на масата и енергията: д = mc 2 .

Наистина, по време на унищожаването на позитрон, спрял в вещество, и електрон в покой, цялата маса на техния покой (равна на 1,22 MeV) преминава в енергията на квантите, които нямат маса на покой.

Във второто поколение на долния ред на табл. 1 намира мюон- частица, която е аналогична на електрона по всички свои свойства, но с аномално голяма маса. Масата на мюона е 207 пъти по-голяма от масата на електрона. За разлика от електрона, мюонът е нестабилен. Времето на живота му T= 2,2 · 10 -6 s. Мюонът се разпада главно на електрон и две неутрино според схемата

Още по-тежък аналог на електрона е . Масата му е повече от 3 хиляди пъти по-голяма от масата на електрона ( MeV / s 2), т.е. таонът е по-тежък от протона и неутрона. Времето му на живот е 2,9 · 10 -13 s, като от повече от сто различни схеми (канали) на разпада му са възможни следните.

Вижте също

Напишете отзив за статията "Фундаментална частица"

Бележки

Връзки

• С. А. Славатински// Московски физико-технологичен институт (Долгопрудни, Московска област)
• Славатински С.А. // СОЖ, 2001, № 2, с. 62–68 архив http://web.archive.org/web/20060116134302/http://journal.issep.rssi.ru/annot.php?id=S1176
• // nuclphys.sinp.msu.ru
• // second-physics.ru
• // physics.ru
• // nature.web.ru
• // nature.web.ru
• // nature.web.ru

Представени на фиг.1 фундаментални фермиони, със спин ½, са "първите тухли" на материята. Те са представени лептони(електрони д, неутрино и др.) - частици, които не участват в силенядрени взаимодействия и кварки, които участват в силни взаимодействия. Ядрените частици са съставени от кварки адрони(протони, неутрони и мезони). Всяка от тези частици има своя собствена античастица, която трябва да бъде поставена в същата клетка. Обозначаването на античастица се отличава със знака тилда (~).

От шестте разновидности на кварките, или шест ароматиелектрически заряд 2/3 (в единици елементарен заряд д) притежават горна ( u), очарован ( ° С) и вярно ( T) кварки, а със заряд –1/3 – по-нисък ( д), странно ( с) и красив ( b) кварки. Антикварките със същите вкусове ще имат електрически заряди съответно -2/3 и 1/3.

В квантовата хромодинамика (теорията за силното взаимодействие) три вида заряди на силно взаимодействие се приписват на кварките и антикварките: червен Р(против червени); зелено Ж(анти-зелен); син б(анти синьо). Цветното (силно) взаимодействие свързва кварките в адроните. Последните се делят на бариони, състоящ се от три кварка и мезонисъстоящ се от два кварка. Например протоните и неутроните, свързани с барионите, имат следния кварков състав:

стр = (uud) и , н = (ddu) и .

Като пример представяме състава на пи-мезонния триплет:

, ,

От тези формули е лесно да се види, че зарядът на протона е +1, докато този на антипротона е -1. Неутронът и антинеутронът имат нулев заряд. Завъртанията на кварките в тези частици се добавят така, че техните общи завъртания са равни на ½. Възможни са и такива комбинации от едни и същи кварки, при които общите спинове са равни на 3/2. Такива елементарни частици (D ++, D +, D 0, D –) са открити и принадлежат към резонансите, т.е. краткотрайни адрони.

Известният процес на радиоактивен b-разпад, който е представен от схемата

н ® стр + д + ,

от гледна точка на кварковата теория изглежда

(udd) ® ( uud) + д+ или д ® u + д + .

Въпреки многократните опити за откриване на свободни кварки в експерименти, това не беше възможно. Това предполага, че кварките, очевидно, се появяват само в състава на по-сложни частици ( улавяне на кварки). Все още не е дадено пълно обяснение на този феномен.

Фигура 1 показва, че има симетрия между лептони и кварки, наречена кварк-лептонна симетрия. Частиците в горния ред имат един заряд повече от частиците в долния ред. Частиците от първата колона принадлежат към първо поколение, втората - към второ поколение, а третата колона - към трето поколение. Правилни кварки ° С, bи Tбяха предсказани въз основа на тази симетрия. Заобикалящата ни материя се състои от частици от първо поколение. Каква е ролята на частиците от второ и трето поколение? Все още няма категоричен отговор на този въпрос.