Esminis niekšiškumas Likimas su manimi pasielgė taip, kad aš nevalingai paliečiau esminius mūsų socialinės sistemos reiškinius ir galėjau į juos pažvelgti be jokių uždangų ir slepiančių iliuzijų. Kaip man tada atrodė, pamačiau, ką labiausiai

3. Fundamentali įtampa

3. Fundamentali įtampa Pačioje krikščionybės esmėje slypi faktas, kad ji kilusi iš I amžiaus judaizmo. Jėzus buvo žydas. Visi pirmieji krikščionys buvo žydai. Krikščionybė prasidėjo iš judaizmo, nuo mesijinės sektos judaizme. Tai suvokė

PAGRINDINĖ TIESA

PAGRINDINĖ TIESA Mūsų palyginime Jalinas yra Jėzaus Kristaus atvaizdas, bet ar karalius yra Tėvas? tai visagalis Dievas Tėvas. Dagonas atstovauja velniui; gyvenimas Endelyje? tai žmogaus gyvenimas žemėje; Afabelis atstovauja dangiškąjį Dievo miestą. Apleista žemė Lon?

Šios trys dalelės (taip pat ir kitos, aprašytos toliau) viena kitą traukia ir atstumia pagal savo pobūdį mokesčiai, kurios pagal pagrindinių gamtos jėgų skaičių yra tik keturios rūšys. Krūvis gali būti išdėstytas mažėjančių atitinkamų jėgų tvarka taip: spalvinis krūvis (kvarkų sąveikos jėgos); elektros krūvis (elektrinės ir magnetinės jėgos); silpnas krūvis (stiprumas kai kuriuose radioaktyviuose procesuose); galiausiai masė (gravitacinė jėga arba gravitacinė sąveika). Žodis „spalva“ čia neturi nieko bendra su matomos šviesos spalva; tai tiesiog stipriausio krūvio ir didžiausių jėgų charakteristika.

Mokesčiai išsilaikyti, t.y. Į sistemą patenkantis krūvis lygus iš jos išeinančiam krūviui. Jei bendras tam tikro skaičiaus dalelių elektrinis krūvis prieš jų sąveiką yra, tarkime, 342 vienetai, tai po sąveikos, nepriklausomai nuo jos rezultato, jis bus lygus 342 vienetams. Tai taikoma ir kitiems krūviams: spalvai (stiprus sąveikos krūviui), silpnam ir masiniam (masei). Dalelės skiriasi savo krūviais: iš esmės jos „yra“ šie krūviai. Kaltinimai yra tarsi „pažymėjimas“ apie teisę reaguoti į atitinkamą jėgą. Taigi spalvinių jėgų veikiamos tik spalvotos dalelės, elektros jėgų – tik elektra įkrautos dalelės ir pan. Dalelės savybes lemia didžiausia ją veikianti jėga. Tik kvarkai yra visų krūvių nešėjai, todėl juos veikia visos jėgos, tarp kurių dominuoja spalva. Elektronai turi visus krūvius, išskyrus spalvą, o jiems dominuojanti jėga yra elektromagnetinė jėga.

Stabiliausi gamtoje, kaip taisyklė, yra neutralūs dalelių deriniai, kuriuose vieno ženklo dalelių krūvis kompensuojamas visu kito ženklo dalelių krūviu. Tai atitinka minimalią visos sistemos energiją. (Panašiai ir du strypiniai magnetai yra vienoje linijoje, kai vieno šiaurinis polius atsuktas į kito pietinį polių, o tai atitinka magnetinio lauko energijos minimumą.) Gravitacija yra šios taisyklės išimtis: neigiama masė neegzistuoja. Nėra kūnų, kurie nukristų.

MEDŽIAGŲ RŪŠYS

Paprastoji medžiaga susidaro iš elektronų ir kvarkų, sugrupuotų į neutralios spalvos, o vėliau elektrinio krūvio objektus. Spalvos jėga neutralizuojama, apie kurią bus plačiau kalbama toliau, kai dalelės sujungiamos į tripletus. (Iš čia kilo ir pats terminas „spalva“, paimtas iš optikos: trys pagrindinės spalvos, sumaišytos, suteikia baltą.) Taigi kvarkai, kurių spalvos galia yra pagrindinė, sudaro tripletus. Bet kvarkai, ir jie skirstomi į u-kvarkai (iš anglų kalbos aukštyn - viršutinė) ir d-kvarkai (iš anglų kalbos žemyn - žemesni), jie taip pat turi elektros krūvį, lygų u-kvarkas ir už d- kvarkas. Du u-kvarkas ir vienas d-kvarkas suteikia elektros krūvį +1 ir sudaro protoną, ir vieną u-kvarkas ir du d-kvarkai nesuteikia nulinio elektros krūvio ir sudaro neutroną.

Stabilūs protonai ir neutronai, traukiami vienas prie kito juos sudarančių kvarkų sąveikos likusių spalvų jėgų, sudaro spalvoms neutralų atominį branduolį. Tačiau branduoliai turi teigiamą elektros krūvį ir, pritraukdami neigiamus elektronus, kurie sukasi aplink branduolį kaip planetos, besisukančios aplink Saulę, yra linkę suformuoti neutralų atomą. Jų orbitose esantys elektronai pašalinami iš branduolio atstumais, dešimtis tūkstančių kartų didesniais už branduolio spindulį – tai įrodymas, kad juos laikančios elektrinės jėgos yra daug silpnesnės už branduolines. Dėl spalvų sąveikos galios 99,945% atomo masės yra uždaryta jo branduolyje. Svoris u- ir d-Kvarkai yra maždaug 600 kartų didesni už elektrono masę. Todėl elektronai yra daug lengvesni ir judresni už branduolius. Jų judėjimas materijoje sukelia elektrinius reiškinius.

Yra keli šimtai natūralių atomų atmainų (įskaitant izotopus), kurios skiriasi neutronų ir protonų skaičiumi branduolyje ir atitinkamai elektronų skaičiumi orbitose. Paprasčiausias yra vandenilio atomas, susidedantis iš protono pavidalo branduolio ir vieno aplink jį besisukančio elektrono. Visa „matoma“ materija gamtoje susideda iš atomų ir iš dalies „išardytų“ atomų, kurie vadinami jonais. Jonai yra atomai, kurie, praradę (arba įgiję) keletą elektronų, tapo įkrautomis dalelėmis. Medžiaga, susidedanti iš beveik vieno jono, vadinama plazma. Žvaigždės, kurios dega dėl centruose vykstančių termobranduolinių reakcijų, daugiausia susideda iš plazmos, o kadangi žvaigždės yra labiausiai paplitusi materijos forma Visatoje, galima teigti, kad visa Visata daugiausia susideda iš plazmos. Tiksliau, žvaigždėse vyrauja visiškai jonizuotas dujinis vandenilis, t.y. atskirų protonų ir elektronų mišinys, todėl iš jo susideda beveik visa matoma visata.

Tai matoma medžiaga. Tačiau Visatoje vis dar yra nematomos materijos. Ir yra dalelių, kurios veikia kaip jėgų nešėjos. Yra antidalelių ir kai kurių dalelių sužadintos būsenos. Visa tai lemia akivaizdžiai per didelę „elementariųjų“ dalelių gausą. Šioje gausybėje galima rasti požymį apie tikrąją, tikrąją elementariųjų dalelių prigimtį ir tarp jų veikiančias jėgas. Remiantis naujausiomis teorijomis, dalelės iš esmės gali būti išplėsti geometriniai objektai – „stygos“ dešimties matmenų erdvėje.

Nematomas pasaulis.

Visatoje yra ne tik matoma materija (bet ir juodosios skylės bei „tamsioji materija“, pavyzdžiui, šaltos planetos, kurios tampa matomos apšviestos). Taip pat yra tikrai nematoma materija, kuri kiekvieną sekundę persmelkia mus visus ir visą Visatą. Tai greitai judančios vienos rūšies dalelių – elektronų neutrinų – dujos.

Elektronų neutrinas yra elektrono partneris, tačiau neturi elektros krūvio. Neutrinai turi tik vadinamąjį silpną krūvį. Tikėtina, kad jų ramybės masė yra lygi nuliui. Tačiau jie sąveikauja su gravitaciniu lauku, nes turi kinetinę energiją E, kuris atitinka efektyviąją masę m, pagal Einšteino formulę E = mc 2, kur c yra šviesos greitis.

Pagrindinis neutrino vaidmuo yra tai, kad jis prisideda prie transformacijos ir- kvarkuoja d kvarkai, dėl kurių protonas virsta neutronu. Neutrinas atlieka „karbiuratoriaus adatos“ vaidmenį žvaigždžių termobranduolinėse reakcijose, kurių metu keturi protonai (vandenilio branduoliai) susijungia ir sudaro helio branduolį. Tačiau kadangi helio branduolį sudaro ne keturi protonai, o du protonai ir du neutronai, tokiai branduolių sintezei būtina, kad du ir-kvarkai virto dviem d- kvarkas. Transformacijos intensyvumas lemia, kaip greitai degs žvaigždės. O transformacijos procesą lemia silpni krūviai ir silpnos dalelių sąveikos jėgos. Kuriame ir-kvarkas (elektros krūvis +2/3, silpnas krūvis +1/2), sąveikaujantis su elektronu (elektros krūvis - 1, silpnas krūvis -1/2), susidaro d-kvarkas (elektros krūvis -1/3, silpnas krūvis -1/2) ir elektronų neutrinas (elektros krūvis 0, silpnas krūvis +1/2). Dviejų kvarkų spalviniai krūviai (arba tiesiog spalvos) išnyksta šiame procese be neutrino. Neutrino vaidmuo yra nunešti nekompensuotą silpną krūvį. Todėl transformacijos greitis priklauso nuo to, kiek silpnos yra silpnosios jėgos. Jei jie būtų silpnesni nei yra, tada žvaigždės visai nedegtų. Jei jie būtų stipresni, žvaigždės jau seniai būtų sudegusios.

Bet kaip dėl neutrinų? Kadangi šios dalelės itin silpnai sąveikauja su kita medžiaga, jos beveik iš karto palieka žvaigždes, kuriose gimė. Visos žvaigždės šviečia, skleidžia neutrinus, o neutrinai šviečia per mūsų kūnus ir visą Žemę dieną ir naktį. Taigi jie klajoja per Visatą, kol galbūt patenka į naują ŽVAIGŽDĖS sąveiką).

Sąveikos nešėjai.

Kas sukelia jėgas, veikiančias tarp dalelių per atstumą? Šiuolaikinė fizika atsako: dėl kitų dalelių mainų. Įsivaizduokite du čiuožėjus, kurie mėto kamuolį. Suteikdami kamuoliui pagreitį metant ir gaudami pagreitį su gautu kamuoliu, abu vienas nuo kito gauna stūmimą kryptimi. Tai gali paaiškinti atstumiančių jėgų atsiradimą. Tačiau kvantinėje mechanikoje, nagrinėjančioje reiškinius mikropasaulyje, leidžiamas neįprastas įvykių tempimas ir delokalizacija, o tai, atrodytų, veda prie neįmanomo: vienas iš čiuožėjų meta kamuolį į tą pusę. iš kitas, bet vis dėlto vienas gal būt pagauti šį kamuolį. Nesunku įsivaizduoti, kad jei tai būtų įmanoma (o elementariųjų dalelių pasaulyje tai įmanoma), tarp čiuožėjų atsirastų trauka.

Dalelės, dėl kurių sąveikos jėgos atsiranda tarp keturių aukščiau aptartų „medžiagos dalelių“, vadinamos matuoklinėmis dalelėmis. Kiekviena iš keturių sąveikų – stiprioji, elektromagnetinė, silpnoji ir gravitacinė – turi savo matuojamųjų dalelių rinkinį. Stiprios sąveikos nešiklio dalelės yra gliuonai (jų yra tik aštuoni). Fotonas yra elektromagnetinės sąveikos nešėjas (jis yra vienas, o fotonus mes suvokiame kaip šviesą). Silpnosios sąveikos dalelės-nešėjai yra tarpiniai vektoriniai bozonai (1983 ir 1984 m. W + -, W- -bozonai ir neutralūs Z- bozonas). Gravitacinės sąveikos dalelė-nešėjas vis dar yra hipotetinis gravitonas (jis turi būti vienas). Visos šios dalelės, išskyrus fotoną ir gravitoną, kurie gali nukeliauti be galo didelius atstumus, egzistuoja tik medžiagų dalelių mainų procese. Fotonai užpildo Visatą šviesa, o gravitonai – gravitacinėmis bangomis (dar neaptikta tikrai).

Teigiama, kad dalelė, galinti skleisti matuojamas daleles, yra apsupta atitinkamo jėgos lauko. Taigi elektronus, galinčius skleisti fotonus, supa elektriniai ir magnetiniai laukai, taip pat silpni ir gravitaciniai laukai. Kvarkus taip pat supa visi šie laukai, bet ir stiprios sąveikos laukas. Dalelės, turinčios spalvos krūvį spalvos jėgų lauke, yra veikiamos spalvos jėgos. Tas pats pasakytina ir apie kitas gamtos jėgas. Todėl galime sakyti, kad pasaulį sudaro materija (medžiagos dalelės) ir laukas (materialinės dalelės). Daugiau apie tai žemiau.

Antimedžiaga.

Kiekviena dalelė atitinka antidalelę, su kuria dalelė gali abipusiai anihiliuotis, t.y. „sunaikinti“, ko pasekoje išsiskiria energija. Tačiau „gryna“ energija pati savaime neegzistuoja; dėl anihiliacijos atsiranda naujų dalelių (pavyzdžiui, fotonų), kurios išneša šią energiją.

Antidalelė daugeliu atvejų turi priešingas savybes, palyginti su atitinkama dalele: jei dalelė juda į kairę, veikiant stipriam, silpnam ar elektromagnetiniam laukui, tada jos antidalelė judės į dešinę. Trumpai tariant, antidalelė turi priešingus visų krūvių požymius (išskyrus masės krūvį). Jei dalelė yra sudėtinė, kaip, pavyzdžiui, neutronas, tada jos antidalelė susideda iš komponentų su priešingais krūvio ženklais. Taigi antielektrono elektrinis krūvis yra +1, silpnas +1/2 ir vadinamas pozitronu. Antineutronas sudarytas iš ir-antikvarkai su elektros krūviu –2/3 ir d-antikvarkai su elektros krūviu +1/3. Tikrai neutralios dalelės yra jų pačių antidalelės: fotono antidalelė yra fotonas.

Pagal šiuolaikines teorines koncepcijas, kiekviena gamtoje egzistuojanti dalelė turi turėti savo antidalelę. Ir daug antidalelių, įskaitant pozitronus ir antineutronus, iš tikrųjų buvo gauta laboratorijoje. To pasekmės yra ypač svarbios ir yra visos eksperimentinės elementariųjų dalelių fizikos pagrindas. Pagal reliatyvumo teoriją masė ir energija yra lygiavertės, o esant tam tikroms sąlygoms energija gali virsti mase. Kadangi krūvis išlieka, o vakuumo (tuščios erdvės) krūvis yra lygus nuliui, bet kuri dalelių ir antidalelių pora (kurių grynasis krūvis nulinis) gali atsirasti iš vakuumo, kaip triušiai iš mago kepurės, jei tik energijos pakanka jų susidarymui. masė.

Dalelių kartos.

Eksperimentai su greitintuvu parodė, kad medžiagos dalelių keturgubas (kvartetas) pasikartoja bent du kartus esant didesnėms masės vertėms. Antroje kartoje elektrono vietą užima miuonas (kurio masė apie 200 kartų didesnė už elektrono masę, bet su tomis pačiomis visų kitų krūvių reikšmėmis), elektrono neutrino vieta yra miuoną (kuris lydi miuoną silpnoje sąveikoje taip pat, kaip elektronas lydi elektronų neutriną), vieta ir- kvarkas užima Su- kvarkas ( sužavėtas), a d-kvarkas - s- kvarkas ( keista). Trečiosios kartos kvartetą sudaro tau leptonas, tau neutrinas, t- kvarkas ir b- kvarkas.

Svoris t- kvarkas yra maždaug 500 kartų didesnis už lengviausio - d- kvarkas. Eksperimentiškai nustatyta, kad yra tik trijų tipų šviesieji neutrinai. Taigi ketvirtos kartos dalelės arba visai neegzistuoja, arba atitinkami neutrinai yra labai sunkūs. Tai atitinka kosmologinius duomenis, pagal kuriuos šviesos neutrinų gali būti ne daugiau kaip keturių tipų.

Eksperimentuose su didelės energijos dalelėmis elektronas, miuonas, tau-leptonas ir atitinkami neutrinai veikia kaip atskiros dalelės. Jie neturi spalvoto krūvio ir tik sąveikauja su silpna ir elektromagnetine. Bendrai jie vadinami leptonai.

Kita vertus, kvarkai, veikiami spalvų jėgų, susijungia į stipriai sąveikaujančias daleles, kurios dominuoja daugumoje didelės energijos fizikos eksperimentų. Tokios dalelės vadinamos hadronai. Jie apima du poklasius: barionai(pvz., protonas ir neutronas), sudaryti iš trijų kvarkų ir mezonai susidedantis iš kvarko ir antikvarko. 1947 metais kosminiuose spinduliuose buvo aptiktas pirmasis mezonas, vadinamas pionu (arba pi-mezonu), ir kurį laiką buvo manoma, kad šių dalelių mainai yra pagrindinė branduolinių jėgų priežastis. Omega-minus hadronai, atrasti 1964 m. Brukhaveno nacionalinėje laboratorijoje (JAV), ir j-psy dalelė ( J/y-mezonas), aptiktas vienu metu Brukhavene ir Stanfordo linijinių greitintuvų centre (taip pat JAV) 1974 m. Omega-minuso dalelės egzistavimą numatė M. Gell-Mann savo vadinamajame " SU 3-teorija“ (kitas pavadinimas – „aštuonkartinis kelias“), kurioje pirmą kartą buvo pasiūlyta kvarkų egzistavimo galimybė (ir šis pavadinimas jiems buvo suteiktas). Po dešimtmečio – dalelės atradimas J/y patvirtino egzistavimą Su-kvarkas ir galiausiai privertė visus patikėti tiek kvarko modeliu, tiek teorija, kuri sujungė elektromagnetines ir silpnąsias jėgas ( žr. žemiau).

Antrosios ir trečiosios kartos dalelės yra ne mažiau tikros nei pirmosios. Tiesa, atsiradę jie milijonosiomis ar milijardinėmis sekundės dalimis suyra į įprastas pirmosios kartos daleles: elektroną, elektronų neutriną ir taip pat. ir- ir d-kvarkai. Klausimas, kodėl gamtoje egzistuoja kelios dalelių kartos, vis dar yra paslaptis.

Apie skirtingas kvarkų ir leptonų kartas dažnai kalbama (tai, žinoma, kiek ekscentriška), kaip apie skirtingus dalelių „skonius“. Būtinybė juos paaiškinti vadinamas „skonio“ problema.

BOSONAI IR FERMIONAI, LAUKAS IR MEDŽIAGA

Vienas iš esminių dalelių skirtumų yra skirtumas tarp bozonų ir fermionų. Visos dalelės skirstomos į šias dvi pagrindines klases. Panašiai kaip bozonai gali persidengti arba persidengti, bet kaip fermionai negali. Superpozicija atsiranda (arba nevyksta) atskirose energijos būsenose, į kurias kvantinė mechanika padalija gamtą. Šios būsenos yra tarsi atskiros ląstelės, į kurias galima įdėti daleles. Taigi, vienoje ląstelėje galite įdėti bet kokį skaičių identiškų bozonų, bet tik vieną fermioną.

Kaip pavyzdį apsvarstykite tokias ląsteles arba „būsenas“, skirtas elektronui, besisukančiam aplink atomo branduolį. Skirtingai nuo Saulės sistemos planetų, pagal kvantinės mechanikos dėsnius, elektronas negali cirkuliuoti jokia elipsine orbita, nes jam yra tik diskretus skaičius leidžiamų „judėjimo būsenų“. Tokių būsenų aibės, sugrupuotos pagal atstumą nuo elektrono iki branduolio, vadinamos orbitalės. Pirmoje orbitoje yra dvi būsenos su skirtingu kampiniu momentu, taigi, dvi leidžiamos ląstelės, o aukštesnėse orbitose - aštuonios ar daugiau ląstelių.

Kadangi elektronas yra fermionas, kiekvienoje ląstelėje gali būti tik vienas elektronas. Iš to išplaukia labai svarbios pasekmės – visa chemija, nes chemines medžiagų savybes lemia atitinkamų atomų sąveika. Jei pereinate per periodinę elementų sistemą iš vieno atomo į kitą, kad protonų skaičius branduolyje padidėtų vienetu (elektronų skaičius taip pat atitinkamai padidės), tada pirmieji du elektronai užims pirmąją orbitą, kitos aštuonios bus antrajame ir kt. Šis nuoseklus atomų elektroninės struktūros pokytis nuo elemento iki elemento lemia jų cheminių savybių dėsningumus.

Jei elektronai būtų bozonai, tai visi atomo elektronai galėtų užimti tą pačią orbitą, atitinkančią minimalią energiją. Tokiu atveju visos materijos savybės Visatoje būtų visiškai skirtingos, o tokia forma, kokia ją žinome, Visata būtų neįmanoma.

Visi leptonai – elektronas, miuonas, tau-leptonas ir juos atitinkantys neutrinai – yra fermionai. Tą patį galima pasakyti ir apie kvarkus. Taigi visos dalelės, sudarančios „materiją“, pagrindinį Visatos užpildą, taip pat nematomi neutrinai yra fermionai. Tai labai svarbu: fermionai negali derintis, todėl tas pats pasakytina ir apie materialaus pasaulio objektus.

Tuo pačiu metu visos „matūros dalelės“ keičiasi tarp sąveikaujančių medžiagų dalelių ir sukuria jėgų lauką ( pažiūrėkite aukščiau), yra bozonai, o tai taip pat labai svarbu. Taigi, pavyzdžiui, daugelis fotonų gali būti toje pačioje būsenoje, sudarydami magnetinį lauką aplink magnetą arba elektrinį lauką aplink elektros krūvį. Dėl to galimas ir lazeris.

Suk.

Skirtumas tarp bozonų ir fermionų yra susijęs su kita elementariųjų dalelių savybe - atgal. Kaip bebūtų keista, bet visos pagrindinės dalelės turi savo kampinį momentą arba, kitaip tariant, sukasi aplink savo ašį. Kampinis impulsas yra sukimosi judesio charakteristika, kaip ir visas impulsas yra transliacinio judėjimo. Bet kokios sąveikos metu išsaugomas kampinis momentas ir impulsas.

Mikrokosme kampinis impulsas yra kvantuojamas, t.y. ima atskiras vertes. Tinkamuose vienetuose leptonų ir kvarkų sukimasis yra lygus 1/2, o matuoklio dalelių sukimasis lygus 1 (išskyrus gravitoną, kuris eksperimentiškai dar nebuvo pastebėtas, bet teoriškai turėtų būti lygus 2). Kadangi leptonai ir kvarkai yra fermionai, o matuoklio dalelės yra bozonai, galima daryti prielaidą, kad „fermioniškumas“ yra susijęs su sukiniu 1/2, o „bozoniškumas“ – su 1 (arba 2) sukimu. Iš tiesų, ir eksperimentas, ir teorija patvirtina, kad jei dalelės sukinys yra pusiau sveikasis skaičius, tada ji yra fermionas, o jei sveikasis skaičius, tai bozonas.

MATUOKLIŲ TEORIJOS IR GEOMETRIJOS

Visais atvejais jėgos atsiranda dėl bozonų mainų tarp fermionų. Taigi dviejų kvarkų (kvarkų – fermionų) sąveikos spalvinė jėga atsiranda dėl gliuonų mainų. Tokie mainai nuolat vyksta protonuose, neutronuose ir atomų branduoliuose. Lygiai taip pat fotonai, kuriais keičiasi elektronai ir kvarkai, sukuria elektrines patrauklias jėgas, kurios laiko elektronus atome, o tarpiniai vektoriniai bozonai, kuriais keičiasi leptonai ir kvarkai, sukuria silpnas sąveikos jėgas, atsakingas už protonų pavertimą neutronais vykstant sintezės reakcijose žvaigždėse.

Tokio mainų teorija yra elegantiška, paprasta ir tikriausiai teisinga. Tai vadinama matuoklio teorija. Tačiau šiuo metu egzistuoja tik nepriklausomos stipriosios, silpnosios ir elektromagnetinės sąveikos matuoklio teorijos ir į jas panaši gravitacijos matuoklio teorija, nors tam tikra prasme skiriasi. Viena iš svarbiausių fizinių problemų yra šių atskirų teorijų redukavimas į vieną ir tuo pačiu paprastą teoriją, kurioje visos jos taptų skirtingais vienos tikrovės aspektais – tarsi kristalo briaunomis.

Paprasčiausia ir seniausia matuoklių teorija yra elektromagnetinės sąveikos matuoklio teorija. Jame elektrono krūvis lyginamas (kalibruojamas) su kito nuo jo nutolusio elektrono krūviu. Kaip galima palyginti mokesčius? Pavyzdžiui, galite priartinti antrąjį elektroną prie pirmojo ir palyginti jų sąveikos jėgas. Tačiau ar nepasikeičia elektrono krūvis, kai jis juda į kitą erdvės tašką? Vienintelis būdas patikrinti – siųsti signalą iš artimojo elektrono į tolimąjį ir pažiūrėti, kaip jis reaguoja. Signalas yra matuoklio dalelė – fotonas. Kad būtų galima patikrinti tolimų dalelių krūvį, reikalingas fotonas.

Matematiškai ši teorija išsiskiria ypatingu tikslumu ir grožiu. Iš aukščiau aprašyto „matavimo principo“ seka visa kvantinė elektrodinamika (kvantinė elektromagnetizmo teorija), taip pat Maksvelo elektromagnetinio lauko teorija, vienas didžiausių XIX amžiaus mokslo laimėjimų.

Kodėl toks paprastas principas toks vaisingas? Matyt, tai išreiškia tam tikrą skirtingų Visatos dalių koreliaciją, leidžiančią atlikti matavimus Visatoje. Matematiškai laukas interpretuojamas geometriškai kaip kokios nors įsivaizduojamos „vidinės“ erdvės kreivumas. Krūvio matavimas yra viso „vidinio kreivumo“ aplink dalelę matavimas. Stipriosios ir silpnosios sąveikos matuoklio teorijos skiriasi nuo elektromagnetinių matuoklių teorijos tik atitinkamo krūvio vidine geometrine „struktūra“. Į klausimą, kur tiksliai yra ši vidinė erdvė, atsako daugiamatės vieningo lauko teorijos, kurios čia nenagrinėjamos.

Elementariųjų dalelių fizika dar nebaigta. Vis dar toli gražu neaišku, ar turimų duomenų pakanka, kad būtų galima visiškai suprasti dalelių ir jėgų prigimtį, taip pat tikrąją erdvės ir laiko prigimtį bei matmenis. Ar tam reikia eksperimentų su 10 15 GeV energijomis, ar užteks minties pastangų? Atsakymo dar nėra. Tačiau galime drąsiai teigti, kad galutinis vaizdas bus paprastas, elegantiškas ir gražus. Gali būti, kad pamatinių idėjų nebus tiek daug: matuoklio principas, didesnių matmenų erdvės, griūtis ir išsiplėtimas, o svarbiausia – geometrija.

Dar palyginti neseniai keli šimtai dalelių ir antidalelių buvo laikomos elementariomis. Išsamus jų savybių ir sąveikos su kitomis dalelėmis tyrimas bei teorijos raida parodė, kad dauguma jų iš tikrųjų nėra elementarios, nes jos pačios susideda iš paprasčiausių arba, kaip dabar sakoma, pagrindinių dalelių. Pačios pamatinės dalelės iš nieko nebesudaro. Daugybė eksperimentų parodė, kad visos pagrindinės dalelės elgiasi kaip bedimensiniai taškiniai objektai, neturintys vidinės struktūros, bent jau iki mažiausio šiuo metu tiriamų atstumų ~10–16 cm.

Tarp daugybės ir įvairių dalelių sąveikos procesų yra keturios pagrindinės arba esminės sąveikos: stiprioji (branduolinė), elektromagnetinis, silpnas ir gravitacinis . Dalelių pasaulyje gravitacinė sąveika yra labai silpna, jos vaidmuo dar neaiškus, apie tai daugiau nekalbėsime.

Gamtoje yra dvi dalelių grupės: hadronai, dalyvaujantys visose esminėse sąveikose, ir leptonai, kurie nedalyvauja tik stiprioje sąveikoje.

Pagal šiuolaikines koncepcijas dalelių sąveika vykdoma išspinduliuojant ir vėliau sugeriant dalelę supančio atitinkamo lauko (stipraus, silpno, elektromagnetinio) kvantus. Šie kvantai yra matuoklio bozonai, kurios taip pat yra pagrindinės dalelės. Bozonai turi savo impulso momentas, vadinamas sukimu, yra lygus sveikojo skaičiaus reikšmei Plancko konstanta. Lauko kvantai ir atitinkamai stipriosios sąveikos nešėjai yra gliuonai, žymimi simboliu g (ji), elektromagnetinio lauko kvantai yra gerai žinomi šviesos kvantai – fotonai, žymimi (gama), o silpnojo lauko kvantai ir atitinkamai silpnosios sąveikos nešėjai yra W± (dvigubas ve) - ir Z 0 (zet nulis)-bozonai.

Skirtingai nuo bozonų, visos kitos pagrindinės dalelės yra fermionai, tai yra dalelės, kurių sukinys yra lygus h/2.

Lentelėje. 1 pavaizduoti fundamentalių fermionų simboliai – leptonai ir kvarkai.

Kiekviena dalelė nurodyta lentelėje. 1 atitinka antidalelę, kuri nuo dalelės skiriasi tik elektros krūvio ir kitų kvantinių skaičių ženklais (žr. 2 lentelę) ir sukimosi kryptimi dalelės impulso krypties atžvilgiu. Antidaleles žymėsime tais pačiais simboliais kaip ir daleles, tačiau virš simbolio nubrėžta banguota linija.

Dalelės lentelėje. 1 žymimi graikiškomis ir lotyniškomis raidėmis, būtent: raidė (nu) – trys skirtingi neutrinai, raidės e – elektronas, (mu) – miuonas, (tau) – taon, raidės u, c, t, d, s , b žymi kvarkus ; jų pavadinimai ir charakteristikos pateikti lentelėje. 2.

Dalelės lentelėje. 1 pagal šiuolaikinės teorijos struktūrą suskirstyti į tris I, II ir III kartas. Mūsų Visata sudaryta iš pirmosios kartos dalelių – leptonų ir kvarkų bei matuoklio bozonų, tačiau, kaip rodo šiuolaikinis Visatos vystymosi mokslas, pradiniame jos vystymosi etape svarbų vaidmenį vaidino visų trijų kartų dalelės.

Leptonai

Pirmiausia išsamiau panagrinėkime leptonų savybes. Viršutinėje lentelės eilutėje 1 yra trys skirtingi neutrinai: elektronų, miuonų ir tau neutrinai. Jų masė dar nėra tiksliai išmatuota, bet nustatyta viršutinė jos riba, pavyzdžiui, kai ne lygi 10 -5 elektronų masės (tai yra g).

Žiūrint į lentelę. 1 nevalingai iškelia klausimą, kodėl gamtai reikėjo sukurti tris skirtingus neutrinus. Atsakymo į šį klausimą kol kas nėra, nes nesukurta tokia išsami fundamentaliųjų dalelių teorija, kuri nurodytų visų tokių dalelių reikalingumą ir pakankamumą bei apibūdintų pagrindines jų savybes. Galbūt ši problema bus išspręsta XXI amžiuje (ar vėliau).

Apatinė lentelės eilutė. 1 prasideda dalele, kurią daugiausiai ištyrėme – elektronu. Elektroną praėjusio amžiaus pabaigoje atrado anglų fizikas J. Thomsonas. Elektronų vaidmuo mūsų pasaulyje yra milžiniškas. Tai tos neigiamą krūvį turinčios dalelės, kurios kartu su atomų branduoliais sudaro visus mums žinomų elementų atomus. Mendelejevo periodinė lentelė. Kiekviename atome elektronų skaičius yra tiksliai lygus protonų skaičiui atomo branduolyje, todėl atomas yra elektriškai neutralus.

Elektronas yra stabilus, pagrindinė elektrono sunaikinimo galimybė yra jo mirtis susidūrus su antidalele - pozitronu e + . Šis procesas buvo pavadintas susinaikinimas :

Dėl anihiliacijos susidaro du gama kvantai (vadinamieji didelės energijos fotonai), kurie nuneša ir likusias energijas e + ir e - ir jų kinetinę energiją. Esant didelėms energijoms e + ir e - susidaro hadronų ir kvarkų poros (žr., pvz., (5) ir 4 pav.).

Reakcija (1) aiškiai iliustruoja garsiosios A. Einšteino formulės apie masės ir energijos lygiavertiškumą pagrįstumą: E = mc 2 .

Iš tiesų, anihiliuojant medžiagoje sustojusį pozitroną ir ramybės būseną esantį elektroną, visa jų ramybės masė (lygi 1,22 MeV) pereina į kvantų, kurie neturi ramybės masės, energiją.

Antroje lentelės apatinės eilutės kartoje. 1 įsikūręs miuonas– dalelė, kuri visomis savo savybėmis yra analogiška elektronui, bet anomaliai didelės masės. Miuono masė yra 207 kartus didesnė už elektrono masę. Kitaip nei elektronas, miuonas yra nestabilus. Jo gyvenimo laikas t= 2,2 10 -6 s. Pagal schemą miuonas daugiausia skyla į elektroną ir du neutrinus

Dar sunkesnis elektrono analogas yra . Jo masė yra daugiau nei 3 tūkstančius kartų didesnė už elektrono masę (MeV / s 2), tai yra, taonas yra sunkesnis už protoną ir neutroną. Jo tarnavimo laikas yra 2,9 · 10 -13 s, o iš daugiau nei šimto skirtingų jo skilimo schemų (kanalų) galimos šios.

taip pat žr

Parašykite apžvalgą apie straipsnį "Pagrindinė dalelė"

Pastabos

Nuorodos

• S. A. Slavatinskis// Maskvos fizikos ir technologijos institutas (Dolgoprudny, Maskvos sritis)
• Slavatinsky S.A. // SOZH, 2001, Nr. 2, p. 62–68 archyvas 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

Pateikta 1 pav fundamentalūs fermionai, kurių sukimasis ½, yra materijos „pirmosios plytos“. Jie yra atstovaujami leptonai(elektronai e, neutrinai ir kt.) – dalelės, nedalyvaujančios stiprus branduolinės sąveikos ir kvarkai, kurie dalyvauja stiprioje sąveikoje. Branduolinės dalelės yra sudarytos iš kvarkų hadronai(protonai, neutronai ir mezonai). Kiekviena iš šių dalelių turi savo antidalelę, kuri turi būti dedama į tą pačią ląstelę. Antidalelės žymėjimas išsiskiria tildės ženklu (~).

Iš šešių kvarkų veislių arba šešių kvapiosios medžiagos elektros krūvis 2/3 (elementarinio krūvio vienetais e) turėti viršutinę ( u), sužavėtas ( c) ir tiesa ( t) kvarkai, o su krūviu –1/3 – mažesnis ( d), keista ( s) ir graži ( b) kvarkai. Vienodų skonių antikvarkų elektros krūviai bus atitinkamai -2/3 ir 1/3.

Kvantinėje chromodinamikoje (stiprios sąveikos teorijoje) kvarkams ir antikvarkams priskiriami trys stiprių sąveikos krūvių tipai: raudonasis. R(anti-raudona); žalias G(anti-žalia); mėlyna B(anti mėlyna). Spalvų (stipri) sąveika suriša kvarkus hadronuose. Pastarieji skirstomi į barionai, susidedantis iš trijų kvarkų ir mezonai susidedantis iš dviejų kvarkų. Pavyzdžiui, su barionais susiję protonai ir neutronai turi tokią kvarkų sudėtį:

p = (uud) ir , n = (ddu) ir .

Kaip pavyzdį pateikiame pi-mezono tripleto sudėtį:

, ,

Iš šių formulių nesunku pastebėti, kad protono krūvis yra +1, o antiprotono -1. Neutronai ir antineutronai turi nulinį krūvį. Kvarkų sukimai šiose dalelėse pridedami taip, kad jų bendras sukimas būtų lygus ½. Galimi ir tokie tų pačių kvarkų deriniai, kuriuose suminiai sukimai lygūs 3/2. Tokios elementarios dalelės (D ++, D +, D 0, D –) yra atrastos ir priklauso rezonansams, t.y. trumpaamžiai hadronai.

Žinomas radioaktyvaus b skilimo procesas, kurį pavaizduoja schema

n ® p + e + ,

kvarkų teorijos požiūriu atrodo

(udd) ® ( uud) + e+ arba d ® u + e + .

Nepaisant pakartotinių bandymų aptikti laisvuosius kvarkus eksperimentuose, tai nebuvo įmanoma. Tai rodo, kad kvarkai, matyt, atsiranda tik sudėtingesnių dalelių sudėtyje ( gaudant kvarkus). Visiškas šio reiškinio paaiškinimas dar nepateiktas.

1 paveiksle parodyta, kad tarp leptonų ir kvarkų yra simetrija, vadinama kvarko-leptono simetrija. Viršutinėje eilėje esančios dalelės turi vienu krūvį daugiau nei dalelės apatinėje. Pirmojo stulpelio dalelės priklauso pirmajai kartai, antrojo – antrajai kartai, o trečiosios kolonėlės – trečiajai kartai. Tinkami kvarkai c, b ir t buvo numatyti remiantis šia simetrija. Mus supanti medžiaga susideda iš pirmosios kartos dalelių. Koks yra antrosios ir trečiosios kartos dalelių vaidmuo? Kol kas galutinio atsakymo į šį klausimą nėra.