Temeljna podlost Sudbina se obračunala sa mnom na način da sam nehotice dotaknuo najosnovnije pojave našeg društvenog sustava i mogao ih promatrati bez ikakvih velova i iluzija koje ih skrivaju. Kako mi se tada činilo, vidio sam ono najviše

3. Temeljna napetost

3. Temeljna napetost U samoj biti kršćanstva leži činjenica da ono dolazi iz judaizma 1. stoljeća. Isus je bio Židov. Svi prvi kršćani bili su Židovi. Kršćanstvo je počelo iz judaizma, iz mesijanske sekte unutar judaizma. Ono je percipiralo

TEMELJNA ISTINA

TEMELJNA ISTINA U našoj prispodobi Jalin je tip Isusa Krista, ali je li kralj Otac? to je Svemogući Bog Otac. Dagon predstavlja!vraga; život u Endelu? to je ljudski život na zemlji; Affabel predstavlja nebeski Božji grad. Napuštena zemlja Lon?

Ove tri čestice (kao i druge opisane u nastavku) međusobno se privlače i odbijaju u skladu s njihovim naknade, koje su samo četiri vrste prema broju temeljnih sila prirode. Naboji se mogu poredati prema padajućim odgovarajućim silama na sljedeći način: naboj boje (sile međudjelovanja između kvarkova); električni naboj (električne i magnetske sile); slab naboj (snaga u nekim radioaktivnim procesima); konačno, masa (gravitacijska sila, ili gravitacijska interakcija). Riječ "boja" ovdje nema nikakve veze s bojom vidljive svjetlosti; to je jednostavno karakteristika najjačeg naboja i najvećih sila.

Naknade ustrajati, tj. Naboj koji ulazi u sustav jednak je naboju koji iz njega izlazi. Ako je ukupni električni naboj određenog broja čestica prije njihove interakcije, recimo, 342 jedinice, tada će nakon interakcije, bez obzira na njezin rezultat, biti jednak 342 jedinice. To vrijedi i za ostale naboje: boju (naboj jake interakcije), slab i masu (masa). Čestice se razlikuju po svojim nabojima: u biti, one "jesu" ti naboji. Optužbe su, takoreći, "potvrda" o pravu na odgovor na odgovarajuću silu. Dakle, samo obojene čestice su pod utjecajem sila boja, samo električki nabijene čestice pod utjecajem električnih sila, i tako dalje. Svojstva čestice određena su najvećom silom koja na nju djeluje. Samo su kvarkovi nositelji svih naboja i stoga su podložni djelovanju svih sila, među kojima je boja dominantna. Elektroni imaju sve naboje osim boje, a dominantna sila za njih je elektromagnetska sila.

Najstabilnije u prirodi su u pravilu neutralne kombinacije čestica u kojima se naboj čestica jednog predznaka kompenzira ukupnim nabojem čestica drugog predznaka. To odgovara minimalnoj energiji cijelog sustava. (Slično tome, dva šipkasta magneta su u liniji, sa sjevernim polom jednog okrenutim prema južnom polu drugog, što odgovara minimalnoj energiji magnetskog polja.) Gravitacija je iznimka od ovog pravila: negativna masa ne postoji. Nema tijela koja bi pala gore.

VRSTE MATERIJE

Obična materija nastaje od elektrona i kvarkova, grupiranih u objekte neutralne boje, a potom i električnog naboja. Sila boje se neutralizira, o čemu će biti više riječi u nastavku, kada se čestice spoje u triplete. (Otuda i sam pojam "boja", preuzet iz optike: tri primarne boje, kada se pomiješaju, daju bijelu.) Dakle, kvarkovi, kod kojih je moć boje dominantna, tvore triplete. Ali kvarkovi, a oni se dijele na u-kvarkovi (od engleskog up - gornji) i d-kvarkovi (od engleskog down - niži), oni također imaju električni naboj jednak u-kvark i za d-kvark. Dva u-kvark i jedan d-kvark daju električni naboj +1 i tvore proton, te jedan u-kvark i dva d-kvarkovi daju nulti električni naboj i tvore neutron.

Stabilni protoni i neutroni, privučeni jedni drugima rezidualnim silama boje međudjelovanja između njihovih sastavnih kvarkova, tvore atomsku jezgru neutralnu po boji. Ali jezgre nose pozitivan električni naboj i, privlačeći negativne elektrone koji se okreću oko jezgre poput planeta koji se okreću oko Sunca, teže formiranju neutralnog atoma. Elektroni u svojim orbitama udaljeni su od jezgre na udaljenosti desetke tisuća puta veće od polumjera jezgre - dokaz da su električne sile koje ih drže mnogo slabije od nuklearnih. Zbog snage interakcije boja, 99,945% mase atoma zatvoreno je u njegovoj jezgri. Težina u- i d-kvarkovi su oko 600 puta veći od mase elektrona. Stoga su elektroni puno lakši i pokretljiviji od jezgri. Njihovo kretanje u materiji uzrokuje električne pojave.

Postoji nekoliko stotina prirodnih varijanti atoma (uključujući izotope) koji se razlikuju po broju neutrona i protona u jezgri i, sukladno tome, po broju elektrona u orbitama. Najjednostavniji je atom vodika, koji se sastoji od jezgre u obliku protona i jednog elektrona koji se okreće oko nje. Sva "vidljiva" materija u prirodi sastoji se od atoma i djelomično "rastavljenih" atoma koji se nazivaju ionima. Ioni su atomi koji su, izgubivši (ili dobivši) nekoliko elektrona, postali nabijene čestice. Materija, koja se sastoji gotovo od jednog iona, naziva se plazma. Zvijezde koje izgaraju zbog termonuklearnih reakcija koje se odvijaju u središtima sastoje se uglavnom od plazme, a budući da su zvijezde najčešći oblik materije u svemiru, može se reći da se cijeli svemir sastoji uglavnom od plazme. Točnije, zvijezde su pretežno potpuno ionizirani plinoviti vodik, tj. mješavina pojedinačnih protona i elektrona, pa se stoga gotovo cijeli vidljivi svemir sastoji od njega.

Ovo je vidljiva materija. Ali još uvijek postoji nevidljiva materija u Svemiru. A postoje i čestice koje djeluju kao nositelji sila. Postoje antičestice i pobuđena stanja nekih čestica. Sve to dovodi do očito pretjeranog obilja "elementarnih" čestica. U tom obilju može se pronaći naznaka prave, istinske prirode elementarnih čestica i sila koje među njima djeluju. Prema najnovijim teorijama, čestice u osnovi mogu biti prošireni geometrijski objekti - "nizovi" u desetodimenzionalnom prostoru.

Nevidljivi svijet.

U svemiru ne postoji samo vidljiva materija (već i crne rupe i "tamna tvar" kao što su hladni planeti koji postaju vidljivi kada se osvijetle). Postoji i doista nevidljiva materija koja svake sekunde prožima sve nas i cijeli Svemir. To je plin koji se brzo kreće od jedne vrste čestica - elektronskih neutrina.

Elektronski neutrino je partner elektrona, ali nema električni naboj. Neutrini nose samo tzv. slabi naboj. Njihova masa mirovanja je, po svoj prilici, nula. Ali oni su u interakciji s gravitacijskim poljem, jer imaju kinetičku energiju E, što odgovara efektivnoj masi m, prema Einsteinovoj formuli E = mc 2, gdje c je brzina svjetlosti.

Ključna uloga neutrina je da doprinosi transformaciji i-kvarkovi u d kvarkovi, što rezultira transformacijom protona u neutron. Neutrino igra ulogu "igle rasplinjača" za zvjezdane termonuklearne reakcije, u kojima se četiri protona (jezgre vodika) spajaju i tvore jezgru helija. Ali budući da se jezgra helija ne sastoji od četiri protona, već od dva protona i dva neutrona, za takvu nuklearnu fuziju potrebno je da dva i-kvarkovi pretvoreni u dva d-kvark. Intenzitet transformacije određuje koliko će brzo zvijezde gorjeti. A proces transformacije određen je slabim nabojima i silama slabe interakcije među česticama. pri čemu i-kvark (električni naboj +2/3, slabi naboj +1/2), u interakciji s elektronom (električni naboj - 1, slabi naboj -1/2), nastaje d-kvark (električni naboj -1/3, slabi naboj -1/2) i elektronski neutrino (električni naboj 0, slabi naboj +1/2). Naboji boja (ili jednostavno boje) dvaju kvarkova poništavaju se u ovom procesu bez neutrina. Uloga neutrina je da odnese nekompenzirani slabi naboj. Stoga brzina transformacije ovisi o tome koliko su slabe sile slabe. Da su slabiji nego što jesu, onda zvijezde uopće ne bi gorjele. Da su jači, zvijezde bi davno izgorjele.

Ali što je s neutrinima? Budući da te čestice izuzetno slabo djeluju na drugu materiju, gotovo odmah napuštaju zvijezde u kojima su rođene. Sve zvijezde sjaje emitirajući neutrine, a neutrini danju i noću sjaje kroz naša tijela i cijelu Zemlju. Tako oni lutaju Svemirom, dok ne uđu, možda, u novu interakciju ZVIJEZDE).

Nosači interakcije.

Što uzrokuje sile koje djeluju između čestica na udaljenosti? Moderna fizika odgovara: zbog izmjene drugih čestica. Zamislite dva klizača kako bacaju loptu. Dajući lopti zamah prilikom bacanja i primajući zamah primljenom loptom, oboje dobivaju potisak u smjeru jedan od drugog. Time se može objasniti pojava odbojnih sila. Ali u kvantnoj mehanici, koja razmatra pojave u mikrosvijetu, dopušteno je neobično rastezanje i delokalizacija događaja, što vodi, čini se, nemogućem: jedan od klizača baca loptu u smjeru iz drugi, ali ipak onaj može biti uhvati ovu loptu. Nije teško zamisliti da bi, kada bi to bilo moguće (a u svijetu elementarnih čestica je moguće), među klizačima postojala privlačnost.

Čestice, zbog čije izmjene nastaju sile međudjelovanja između četiri gore razmotrene "čestice materije", nazivaju se mjerne čestice. Svaka od četiri interakcije - jaka, elektromagnetska, slaba i gravitacijska - ima svoj vlastiti skup mjernih čestica. Čestice nositelji jake interakcije su gluoni (ima ih samo osam). Foton je nositelj elektromagnetske interakcije (on je jedan, a fotone doživljavamo kao svjetlost). Čestice-nositelji slabe interakcije su intermedijarni vektorski bozoni (otkriveni su 1983. i 1984. W + -, W- -bozoni i neutralni Z-bozon). Čestica-nositelj gravitacijske interakcije još uvijek je hipotetski graviton (mora biti jedan). Sve te čestice, osim fotona i gravitona, koji mogu prijeći beskonačno velike udaljenosti, postoje samo u procesu izmjene među materijalnim česticama. Fotoni ispunjavaju Svemir svjetlošću, a gravitoni - gravitacijskim valovima (koji još nisu sa sigurnošću otkriveni).

Kaže se da je čestica sposobna emitirati mjerne čestice okružena odgovarajućim poljem sile. Dakle, elektroni koji mogu emitirati fotone okruženi su električnim i magnetskim poljima, kao i slabim i gravitacijskim poljima. Kvarkovi su također okruženi svim tim poljima, ali i poljem jake interakcije. Na čestice s nabojem boje u polju sila boje djeluje sila boje. Isto vrijedi i za druge sile prirode. Stoga možemo reći da se svijet sastoji od materije (materijalne čestice) i polja (mjerne čestice). Više o tome u nastavku.

Antimaterija.

Svakoj čestici odgovara antičestica, s kojom se čestica može međusobno poništiti, tj. "anihilirati", uslijed čega dolazi do oslobađanja energije. "Čista" energija sama po sebi, međutim, ne postoji; kao rezultat anihilacije pojavljuju se nove čestice (na primjer, fotoni) koje odnose tu energiju.

Antičestica u većini slučajeva ima suprotna svojstva u odnosu na odgovarajuću česticu: ako se čestica pod djelovanjem jakog, slabog ili elektromagnetskog polja pomiče ulijevo, tada će se njena antičestica pomaknuti udesno. Ukratko, antičestica ima suprotne predznake svih naboja (osim masenog). Ako je čestica složena, poput, na primjer, neutrona, tada se njezina antičestica sastoji od komponenti suprotnog predznaka naboja. Dakle, antielektron ima električni naboj +1, slabi naboj +1/2 i naziva se pozitron. Antineutron se sastoji od i-antikvarkovi s električnim nabojem –2/3 i d-antikvarkovi s električnim nabojem +1/3. Istinski neutralne čestice su vlastite antičestice: fotonova antičestica je foton.

Prema suvremenim teorijskim konceptima, svaka čestica koja postoji u prirodi mora imati svoju antičesticu. A mnoge antičestice, uključujući pozitrone i antineutrone, doista su dobivene u laboratoriju. Posljedice toga iznimno su važne i temelj su cjelokupne eksperimentalne fizike elementarnih čestica. Prema teoriji relativnosti masa i energija su ekvivalentne, a pod određenim uvjetima energija se može pretvoriti u masu. Budući da je naboj očuvan, a naboj vakuuma (praznog prostora) jednak nuli, bilo koji par čestica i antičestica (s nultim neto nabojem) može izaći iz vakuuma, poput zečeva iz mađioničareva šešira, sve dok je energija dovoljna za stvaranje njihovih masa.

Generacije čestica.

Pokusi s akceleratorom pokazali su da se četverostrukost (kvartet) materijalnih čestica ponavlja najmanje dva puta pri većim vrijednostima mase. U drugoj generaciji mjesto elektrona zauzima mion (s masom oko 200 puta većom od mase elektrona, ali s istim vrijednostima svih ostalih naboja), mjesto elektrona neutrina je mion (koji prati mion u slabim interakcijama na isti način na koji elektron prati elektronski neutrino), mjesto i-kvark zauzima S-kvark ( očaran), a d-kvark- s-kvark ( čudno). U trećoj generaciji, kvartet se sastoji od tau leptona, tau neutrina, t-kvark i b-kvark.

Težina t- kvark ima oko 500 puta veću masu od najlakšeg - d-kvark. Eksperimentalno je utvrđeno da postoje samo tri vrste lakih neutrina. Dakle, četvrta generacija čestica ili uopće ne postoji, ili su odgovarajući neutrini vrlo teški. To je u skladu s kozmološkim podacima, prema kojima ne može postojati više od četiri tipa lakih neutrina.

U eksperimentima s česticama visoke energije, elektron, mion, tau-lepton i odgovarajući neutrini djeluju kao zasebne čestice. Oni ne nose naboj u boji i stupaju samo u slabe i elektromagnetske interakcije. Zajedno se zovu leptoni.

Kvarkovi se, s druge strane, pod utjecajem sila boja spajaju u čestice u snažnoj interakciji koje dominiraju u većini eksperimenata u fizici visokih energija. Takve se čestice nazivaju hadroni. Oni uključuju dvije podklase: barioni(npr. proton i neutron), koji se sastoje od tri kvarka, i mezoni koji se sastoji od kvarka i antikvarka. Godine 1947. u kozmičkim zrakama otkriven je prvi mezon, nazvan pion (ili pi-mezon), a neko se vrijeme vjerovalo da je upravo izmjena tih čestica glavni uzrok nuklearnih sila. Omega-minus hadroni, otkriveni 1964. u Brookhaven National Laboratory (SAD), i j-psy čestica ( J/g-mezon), otkriven istovremeno u Brookhavenu iu Stanfordskom centru za linearne akceleratore (također u SAD-u) 1974. Postojanje omega-minus čestice predvidio je M. Gell-Mann u svom tzv. SU 3-teorija” (drugi naziv je “osmerostruki način”), u kojoj je prvi put sugerirana mogućnost postojanja kvarkova (i taj naziv im je i dan). Desetljeće kasnije, otkriće čestice J/g potvrdio postojanje S-kvark i konačno natjerao sve da povjeruju iu model kvarka i u teoriju koja kombinira elektromagnetske i slabe sile ( Pogledaj ispod).

Čestice druge i treće generacije nisu manje stvarne od onih prve. Istina, nakon što su se pojavili, raspadaju se u milijuntim ili milijarditim dijelovima sekunde u obične čestice prve generacije: elektron, elektronski neutrino, a također i- i d-kvarkovi. Pitanje zašto u prirodi postoji nekoliko generacija čestica još uvijek je misterij.

O različitim generacijama kvarkova i leptona često se govori (što je, naravno, pomalo ekscentrično) kao o različitim "okusima" čestica. Potreba za njihovim objašnjenjem naziva se problemom "okusa".

BOZONI I FERMIONI, POLJE I TVAR

Jedna od temeljnih razlika među česticama je razlika između bozona i fermiona. Sve se čestice dijele u ove dvije glavne klase. Like bozoni se mogu preklapati ili preklapati, ali like fermioni ne mogu. Superpozicija se događa (ili ne događa) u diskretnim energetskim stanjima na koja kvantna mehanika dijeli prirodu. Ova stanja su, takoreći, zasebne ćelije u koje se mogu smjestiti čestice. Dakle, u jednu ćeliju možete staviti bilo koji broj identičnih bozona, ali samo jedan fermion.

Kao primjer, razmotrite takve stanice ili "stanja" za elektron koji se okreće oko jezgre atoma. Za razliku od planeta Sunčevog sustava, prema zakonima kvantne mehanike, elektron ne može kružiti ni po jednoj eliptičnoj orbiti, za njega postoji samo diskretan broj dopuštenih "stanja gibanja". Skupovi takvih stanja, grupirani prema udaljenosti od elektrona do jezgre, nazivaju se orbitale. U prvoj orbitali postoje dva stanja s različitim kutnim momentima i, prema tome, dvije dopuštene ćelije, au višim orbitalama osam ili više ćelija.

Budući da je elektron fermion, svaka stanica može sadržavati samo jedan elektron. Iz toga proizlaze vrlo važne konzekvencije – cijela kemija budući da su kemijska svojstva tvari određena međudjelovanjima između odgovarajućih atoma. Ako idete kroz periodni sustav elemenata od jednog atoma do drugog redoslijedom povećanja broja protona u jezgri za jedinicu (broj elektrona će također rasti u skladu s tim), tada će prva dva elektrona zauzeti prvu orbitalu, sljedećih osam će se nalaziti u drugom itd. Ova uzastopna promjena elektronske strukture atoma od elementa do elementa određuje pravilnosti njihovih kemijskih svojstava.

Kad bi elektroni bili bozoni, tada bi svi elektroni atoma mogli zauzimati istu orbitalu koja odgovara minimalnoj energiji. U tom bi slučaju svojstva sve materije u Svemiru bila potpuno drugačija, au obliku u kakvom ga poznajemo, Svemir bi bio nemoguć.

Svi leptoni - elektron, mion, tau-lepton i njihov odgovarajući neutrino - su fermioni. Isto se može reći i za kvarkove. Dakle, sve čestice koje tvore "materiju", glavno punilo Svemira, kao i nevidljivi neutrini, jesu fermioni. Ovo je vrlo značajno: fermioni se ne mogu kombinirati, pa isto vrijedi i za objekte u materijalnom svijetu.

U isto vrijeme, sve "mjerne čestice" koje se izmjenjuju između međudjelovajućih materijalnih čestica i koje stvaraju polje sila ( vidi gore), su bozoni, što je također vrlo važno. Tako, na primjer, mnogi fotoni mogu biti u istom stanju, tvoreći magnetsko polje oko magneta ili električno polje oko električnog naboja. Zahvaljujući tome moguć je i laser.

Spin.

Razlika između bozona i fermiona povezana je s još jednom karakteristikom elementarnih čestica - leđa. Koliko god se činilo iznenađujuće, ali sve osnovne čestice imaju svoj kutni moment ili, drugim riječima, rotiraju se oko vlastite osi. Kutni moment je karakteristika rotacijskog gibanja, kao što je ukupni moment translatornog gibanja. U svakoj interakciji, kutni moment i količina gibanja su očuvani.

U mikrokozmosu je kutna količina gibanja kvantizirana, tj. uzima diskretne vrijednosti. U odgovarajućim jedinicama, leptoni i kvarkovi imaju spin 1/2, a kalibrirane čestice imaju spin 1 (osim gravitona, koji još nije promatran eksperimentalno, ali bi teoretski trebao imati spin 2). Budući da su leptoni i kvarkovi fermioni, a mjerne čestice bozoni, može se pretpostaviti da je "fermioničnost" povezana sa spinom 1/2, a "bozoničnost" sa spinom 1 (ili 2). Dapače, i eksperiment i teorija potvrđuju da ako čestica ima polucijeli spin, onda je ona fermion, a ako ima cijeli broj, onda je bozon.

TEORIJE MJERA I GEOMETRIJA

U svim slučajevima sile nastaju zbog izmjene bozona između fermiona. Dakle, boja sila interakcije između dva kvarka (kvarkovi - fermioni) nastaje zbog izmjene gluona. Takva se izmjena stalno odvija u protonima, neutronima i atomskim jezgrama. Na isti način, fotoni razmijenjeni između elektrona i kvarkova stvaraju električne privlačne sile koje drže elektrone u atomu, a intermedijarni vektorski bozoni razmijenjeni između leptona i kvarkova stvaraju slabe interakcijske sile odgovorne za pretvorbu protona u neutrone u reakcijama fuzije u zvijezdama.

Teorija takve razmjene je elegantna, jednostavna i vjerojatno točna. To se zove mjerna teorija. Ali trenutno postoje samo neovisne kalibracijske teorije jakih, slabih i elektromagnetskih međudjelovanja i mjerna teorija gravitacije slične njima, iako na neki način različite. Jedan od najvažnijih fizikalnih problema je redukcija ovih odvojenih teorija u jedinstvenu i ujedno jednostavnu teoriju, u kojoj bi sve one postale različiti aspekti jedne stvarnosti - poput aspekata kristala.

Najjednostavnija i najstarija baždarna teorija je baždarna teorija elektromagnetske interakcije. U njemu se naboj elektrona uspoređuje (kalibrira) s nabojem drugog od njega udaljenog elektrona. Kako se naknade mogu usporediti? Možete, na primjer, drugi elektron približiti prvom i usporediti njihove međudjelovanje. Ali ne mijenja li se naboj elektrona kada se pomakne na drugu točku u prostoru? Jedini način provjere je poslati signal od bližeg elektrona daljem i vidjeti kako on reagira. Signal je mjerna čestica - foton. Da bi se mogao provjeriti naboj na udaljenim česticama, potreban je foton.

Matematički gledano, ova se teorija odlikuje iznimnom preciznošću i ljepotom. Iz gore opisanog "načela baždarnosti" slijedi sva kvantna elektrodinamika (kvantna teorija elektromagnetizma), kao i Maxwellova teorija elektromagnetskog polja, jedno od najvećih znanstvenih dostignuća 19. stoljeća.

Zašto je tako jednostavan princip tako plodonosan? Očigledno izražava određenu korelaciju različitih dijelova svemira, omogućujući mjerenja u svemiru. U matematičkim terminima, polje se tumači geometrijski kao zakrivljenost nekog zamislivog "unutarnjeg" prostora. Mjerenje naboja je mjerenje ukupne "unutarnje zakrivljenosti" oko čestice. Baždarne teorije jakih i slabih međudjelovanja razlikuju se od elektromagnetske baždarne teorije samo u unutarnjoj geometrijskoj "strukturi" odgovarajućeg naboja. Na pitanje gdje se točno nalazi taj unutarnji prostor odgovaraju višedimenzionalne teorije jedinstvenog polja, koje ovdje nisu razmatrane.

Fizika elementarnih čestica još nije dovršena. Još uvijek nije jasno jesu li dostupni podaci dovoljni za potpuno razumijevanje prirode čestica i sila, kao i prave prirode i dimenzija prostora i vremena. Trebaju li nam za to eksperimenti s energijama od 10 15 GeV ili će napor misli biti dovoljan? Odgovora još nema. Ali sa sigurnošću možemo reći da će konačna slika biti jednostavna, elegantna i lijepa. Moguće je da neće biti toliko temeljnih ideja: načelo kalibra, prostori viših dimenzija, kolaps i širenje i, iznad svega, geometrija.

Sve do relativno nedavno nekoliko stotina čestica i antičestica smatralo se elementarnim. Detaljnim proučavanjem njihovih svojstava i interakcija s drugim česticama te razvojem teorije pokazalo se da većina njih zapravo i nije elementarna, jer se same sastoje od najjednostavnijih ili, kako se sada kaže, fundamentalnih čestica. Same fundamentalne čestice više se ne sastoje ni od čega. Brojni eksperimenti su pokazali da se sve fundamentalne čestice ponašaju kao bezdimenzionalni točkasti objekti bez unutarnje strukture, barem do najmanjih udaljenosti koje se trenutno proučavaju ~10 -16 cm.

Među bezbrojnim i raznolikim procesima međudjelovanja među česticama četiri su temeljna međudjelovanja: jaka (nuklearna), elektromagnetski, slaba i gravitacijska . U svijetu čestica gravitacijska interakcija je vrlo slaba, njena uloga je još uvijek nejasna, te o njoj nećemo dalje govoriti.

U prirodi postoje dvije skupine čestica: hadroni koji sudjeluju u svim temeljnim međudjelovanjima i leptoni koji ne sudjeluju samo u jakom međudjelovanju.

Prema suvremenim konceptima, interakcije među česticama odvijaju se emisijom i naknadnom apsorpcijom kvanta odgovarajućeg polja (jakog, slabog, elektromagnetskog) koje okružuje česticu. Ovi kvanti su mjerni bozoni, koje su također temeljne čestice. Bozoni imaju svoje moment zamaha, koji se naziva spin, jednak je cjelobrojnoj vrijednosti Planckova konstanta. Kvanti polja i prema tome nositelji jake interakcije su gluoni, označeni simbolom g (ji), kvanti elektromagnetskog polja su dobro poznati kvanti svjetlosti - fotoni, označeni sa (gama), a kvanti slabog polja i prema tome nositelji slabih međudjelovanja su W± (dvostruko ve) - i Z 0 (zet zero)-bozoni.

Za razliku od bozona, sve ostale fundamentalne čestice su fermioni, odnosno čestice koje imaju polucijeli spin jednak h/2.

U tablici. 1 prikazuje simbole fundamentalnih fermiona - leptona i kvarkova.

Svaka čestica navedena u tablici. 1 odgovara antičestici, koja se od čestice razlikuje samo po predznacima električnog naboja i drugim kvantnim brojevima (vidi tablicu 2) te po smjeru spina u odnosu na smjer količine gibanja čestice. Antičestice ćemo označavati istim simbolima kao i čestice, ali s valovitom crtom iznad simbola.

Čestice u tablici. 1 označavaju se grčkim i latiničnim slovima i to: slovo (nu) - tri različita neutrina, slova e - elektron, (mu) - mion, (tau) - taon, slova u, c, t, d, s , b označavaju kvarkove; njihovi nazivi i karakteristike dati su u tablici. 2.

Čestice u tablici. 1 grupirani su u tri generacije I, II i III prema strukturi moderne teorije. Naš Svemir izgrađen je od čestica prve generacije - leptona i kvarkova te kalibracijskih bozona, no, kako pokazuje suvremena znanost o razvoju Svemira, u početnoj fazi njegova razvoja važnu su ulogu imale čestice sve tri generacije.

Leptoni

Razmotrimo najprije detaljnije svojstva leptona. U gornjem retku tablice 1 sadrži tri različita neutrina: elektronske, mionske i tau neutrine. Njihova masa još nije točno izmjerena, ali je gornja granica određena, na primjer, za ne jednako 10 -5 mase elektrona (tj. g).

Gledajući Table. 1 nehotice postavlja pitanje zašto je prirodi bilo potrebno stvaranje tri različita neutrina. Na ovo pitanje još nema odgovora, jer nije stvorena tako sveobuhvatna teorija fundamentalnih čestica, koja bi ukazala na nužnost i dostatnost svih takvih čestica i opisala njihova glavna svojstva. Možda će se ovaj problem riješiti u 21. stoljeću (ili kasnije).

Donja linija tablice. 1 počinje česticom koju smo najviše proučavali - elektronom. Elektron je krajem prošlog stoljeća otkrio engleski fizičar J. Thomson. Uloga elektrona u našem svijetu je ogromna. One su one negativno nabijene čestice koje zajedno s atomskim jezgrama tvore sve atome nama poznatih elemenata. Periodni sustav Mendeljejeva. U svakom atomu broj elektrona točno je jednak broju protona u atomskoj jezgri, što atom čini električki neutralnim.

Elektron je stabilan, glavna mogućnost uništenja elektrona je njegova smrt u sudaru s antičesticom - pozitron e + . Ovaj proces je nazvan uništenje :

Kao rezultat anihilacije nastaju dva gama kvanta (tzv. visokoenergetski fotoni), koji odnose i preostale energije mirovanja e + i e - i svoje kinetičke energije. Pri visokim energijama e + i e - nastaju hadroni i parovi kvarkova (vidi npr. (5) i sl. 4).

Reakcija (1) jasno ilustrira valjanost poznate formule A. Einsteina o ekvivalentnosti mase i energije: E = mc 2 .

Doista, tijekom anihilacije pozitrona zaustavljenog u tvari i elektrona u mirovanju, cjelokupna masa njihovog mirovanja (jednaka 1,22 MeV) prelazi u energiju kvanta, koji nemaju masu mirovanja.

U drugoj generaciji donjeg reda tablice. 1 nalazi se mion- čestica koja je po svim svojstvima analogna elektronu, ali s anomalno velikom masom. Masa miona je 207 puta veća od mase elektrona. Za razliku od elektrona, mion je nestabilan. Vrijeme njegova života t= 2,2 · 10 -6 s. Mion se uglavnom raspada na elektron i dva neutrina prema shemi

Još teži analog elektrona je . Njegova masa je više od 3 tisuće puta veća od mase elektrona ( MeV / s 2), odnosno taon je teži od protona i neutrona. Njegov životni vijek je 2,9 · 10 -13 s, a od više od stotinu različitih shema (kanala) njegovog raspada moguće su sljedeće.

vidi također

Napišite recenziju na članak "Fundamentalna čestica"

Bilješke

Linkovi

• S. A. Slavatinskog// Moskovski institut za fiziku i tehnologiju (Dolgoprudny, Moskovska regija)
• Slavatinsky S.A. // SOZH, 2001, broj 2, str. 62–68 arhiva http://web.archive.org/web/20060116134302/http://journal.issep.rssi.ru/annot.php?id=S1176
• // nuclphys.sinp.msu.ru
• // second-physics.ru
• // fizika.ru
• // nature.web.ru
• // nature.web.ru
• // nature.web.ru

Predstavljeno na sl.1 temeljni fermioni, sa spinom ½, su "prve cigle" materije. Zastupljeni su leptoni(elektroni e, neutrino itd.) - čestice koje ne sudjeluju u snažna nuklearne interakcije i kvarkovi, koji su uključeni u jake interakcije. Nuklearne čestice sastoje se od kvarkova hadroni(protoni, neutroni i mezoni). Svaka od ovih čestica ima svoju antičesticu, koja se mora smjestiti u istu ćeliju. Oznaka antičestice razlikuje se znakom tilde (~).

Od šest varijanti kvarkova, ili šest mirisi električni naboj 2/3 (u jedinicama elementarnog naboja e) posjeduju gornji ( u), očaran ( c) i istina ( t) kvarkovi, a s nabojem –1/3 – niži ( d), čudno ( s) i lijep ( b) kvarkovi. Antikvarkovi s istim okusima imat će električni naboj od -2/3 odnosno 1/3.

U kvantnoj kromodinamici (teoriji jake interakcije) kvarkovima i antikvarkovima pripisuju se tri vrste jakih interakcijskih naboja: crveni R(protiv crvenog); zelena G(protiv zelenila); plava B(anti plavo). Boja (jaka) interakcija veže kvarkove u hadronima. Potonji se dijele na barioni, koji se sastoji od tri kvarka, i mezoni koji se sastoji od dva kvarka. Na primjer, protoni i neutroni povezani s barionima imaju sljedeći sastav kvarkova:

str = (uud) i , n = (ddu) i .

Kao primjer predstavljamo sastav tripleta pi-mezona:

, ,

Iz ovih je formula lako vidjeti da je naboj protona +1, dok je naboj antiprotona -1. Neutron i antineutron imaju nula naboja. Spinovi kvarkova u tim česticama se zbrajaju tako da su njihovi ukupni spinovi jednaki ½. Moguće su i takve kombinacije istih kvarkova u kojima su ukupni spinovi jednaki 3/2. Takve elementarne čestice (D ++ , D + , D 0 , D –) su otkrivene i pripadaju rezonancijama, t.j. kratkotrajni hadroni.

Poznati proces radioaktivnog b-raspada koji je prikazan shemom

n ® str + e + ,

sa stajališta teorije kvarkova izgleda

(udd) ® ( uud) + e+ ili d ® u + e + .

Unatoč opetovanim pokušajima detektiranja slobodnih kvarkova u eksperimentima, to nije bilo moguće. To sugerira da se kvarkovi, očito, pojavljuju samo u sastavu složenijih čestica ( hvatanje kvarkova). Potpuno objašnjenje ovog fenomena još nije dano.

Slika 1 pokazuje da postoji simetrija između leptona i kvarkova, koja se naziva kvark-leptonska simetrija. Čestice u gornjem redu imaju jedan naboj više od čestica u donjem redu. Čestice prvog stupca pripadaju prvoj generaciji, drugog - drugoj generaciji, a trećeg stupca - trećoj generaciji. Ispravni kvarkovi c, b i t bili su predviđeni na temelju ove simetrije. Tvar koja nas okružuje sastoji se od čestica prve generacije. Koja je uloga čestica druge i treće generacije? Na ovo pitanje još nema definitivnog odgovora.