Zásadná podlosť Osud si so mnou poradil tak, že som sa mimovoľne dotkol najzásadnejších javov nášho spoločenského systému a mohol som sa na ne pozerať bez závojov a ilúzií, ktoré by ich skrývali. Ako sa mi vtedy zdalo, videl som čo najviac

3. Základné napätie

3. Základné napätie V samotnej podstate kresťanstva spočíva skutočnosť, že pochádza zo židovstva 1. storočia. Ježiš bol Žid. Úplne prví kresťania boli všetci Židia. Kresťanstvo začalo zvnútra judaizmu, z mesiášskej sekty v judaizme. Vnímalo to

ZÁKLADNÁ PRAVDA

ZÁKLADNÁ PRAVDA V našom podobenstve je Jalin predobrazom Ježiša Krista, ale je kráľom Otcom? je to všemohúci Boh Otec. Dagon predstavuje diabla; život v Endel? je to ľudský život na zemi; Affabel predstavuje nebeské mesto Božie. Opustená zem Lon?

Tieto tri častice (ako aj ďalšie opísané nižšie) sa navzájom priťahujú a odpudzujú podľa svojho poplatky, čo sú len štyri typy podľa počtu základných prírodných síl. Náboje môžu byť usporiadané v poradí klesajúcich zodpovedajúcich síl nasledovne: farebný náboj (sily interakcie medzi kvarkami); elektrický náboj (elektrické a magnetické sily); slabý náboj (sila v niektorých rádioaktívnych procesoch); nakoniec hmotnosť (gravitačná sila alebo gravitačná interakcia). Slovo „farba“ tu nemá nič spoločné s farbou viditeľného svetla; je to jednoducho charakteristika najsilnejšieho náboja a najväčších síl.

Poplatky pretrvávať, t.j. Náboj vstupujúci do systému sa rovná náboju, ktorý ho opúšťa. Ak je celkový elektrický náboj určitého počtu častíc pred ich interakciou povedzme 342 jednotiek, potom po interakcii, bez ohľadu na jej výsledok, bude rovný 342 jednotkám. To platí aj pre ostatné náboje: farba (silný interakčný náboj), slabý a hmotnostný (hmotnosť). Častice sa líšia svojimi nábojmi: v podstate „sú“ týmito nábojmi. Obvinenia sú akoby „osvedčením“ o práve reagovať na príslušnú silu. Farebnými silami sú teda ovplyvňované iba farebné častice, elektrickými silami iba elektricky nabité častice atď. Vlastnosti častice sú určené najväčšou silou, ktorá na ňu pôsobí. Len kvarky sú nositeľmi všetkých nábojov, a preto podliehajú pôsobeniu všetkých síl, medzi ktorými dominuje farba. Elektróny majú všetky náboje okrem farby a dominantnou silou je pre ne elektromagnetická sila.

Najstabilnejšie v prírode sú spravidla neutrálne kombinácie častíc, v ktorých je náboj častíc jedného znaku kompenzovaný celkovým nábojom častíc iného znaku. To zodpovedá minimálnej energii celého systému. (Podobne dva tyčové magnety sú v jednej línii, pričom severný pól jedného smeruje k južnému pólu druhého, čo zodpovedá minimu energie magnetického poľa.) Gravitácia je výnimkou z tohto pravidla: záporná hmotnosť neexistuje. Neexistujú žiadne telá, ktoré by spadli.

TYPY HMOT

Obyčajná hmota sa tvorí z elektrónov a kvarkov, zoskupených do objektov neutrálnej farby a následne elektrického náboja. Farebná sila sa neutralizuje, čo bude podrobnejšie diskutované nižšie, keď sa častice spoja do trojíc. (Odtiaľ samotný výraz „farba“, prevzatý z optiky: tri základné farby, keď sa zmiešajú, dávajú bielu.) Kvarky, pre ktoré je dominantná farebná sila, teda tvoria triplety. Ale kvarky, a tie sa delia na u-kvarky (z angl. up - upper) a d-kvarky (z angl. down - nižší), majú tiež elektrický náboj rovný u-kvark a pre d-kvark. Dva u-kvark a jeden d-kvark dáva elektrický náboj +1 a tvorí protón, a jeden u-kvark a dva d-kvarky dávajú nulový elektrický náboj a tvoria neutrón.

Stabilné protóny a neutróny, ktoré sú navzájom priťahované zvyškovými farebnými silami interakcie medzi ich zložkami kvarkov, tvoria farebne neutrálne atómové jadro. Ale jadrá nesú kladný elektrický náboj a priťahovaním záporných elektrónov, ktoré sa točia okolo jadra ako planéty obiehajúce okolo Slnka, majú tendenciu vytvárať neutrálny atóm. Elektróny na svojich dráhach sú od jadra odstránené na vzdialenosti desaťtisíckrát väčšie ako je polomer jadra – dôkaz, že elektrické sily, ktoré ich držia, sú oveľa slabšie ako tie jadrové. Vďaka sile farebnej interakcie je 99,945 % hmotnosti atómu uzavretých v jeho jadre. Hmotnosť u- a d-kvarky majú približne 600-násobok hmotnosti elektrónu. Preto sú elektróny oveľa ľahšie a mobilnejšie ako jadrá. Ich pohyb v hmote spôsobuje elektrické javy.

Existuje niekoľko stoviek prírodných druhov atómov (vrátane izotopov), ktoré sa líšia počtom neutrónov a protónov v jadre, a teda počtom elektrónov na obežných dráhach. Najjednoduchší je atóm vodíka, ktorý pozostáva z jadra vo forme protónu a jediného elektrónu, ktorý sa okolo neho otáča. Všetka „viditeľná“ hmota v prírode pozostáva z atómov a čiastočne „rozložených“ atómov, ktoré sa nazývajú ióny. Ióny sú atómy, ktoré po strate (alebo získaní) niekoľkých elektrónov sa stali nabitými časticami. Hmota pozostávajúca takmer z jedného iónu sa nazýva plazma. Hviezdy, ktoré horia v dôsledku termonukleárnych reakcií prebiehajúcich v centrách, sú zložené hlavne z plazmy a keďže hviezdy sú najbežnejšou formou hmoty vo vesmíre, dá sa povedať, že celý vesmír pozostáva hlavne z plazmy. Presnejšie, hviezdy sú prevažne plne ionizovaný plynný vodík, t.j. zmes jednotlivých protónov a elektrónov, a preto sa z nej skladá takmer celý viditeľný vesmír.

Toto je viditeľná záležitosť. Ale vo vesmíre stále existuje neviditeľná hmota. A existujú častice, ktoré pôsobia ako nosiče síl. Existujú antičastice a excitované stavy niektorých častíc. To všetko vedie k zjavne nadmernému množstvu „elementárnych“ častíc. V tejto hojnosti možno nájsť náznak skutočnej, skutočnej povahy elementárnych častíc a síl pôsobiacich medzi nimi. Podľa najnovších teórií môžu byť častice v podstate rozšírené geometrické objekty – „struny“ v desaťrozmernom priestore.

Neviditeľný svet.

Vo vesmíre nie je len viditeľná hmota (ale aj čierne diery a „tmavá hmota“, ako sú studené planéty, ktoré sa stávajú viditeľnými, keď sú osvetlené). Existuje tiež skutočne neviditeľná hmota, ktorá každú sekundu preniká nás všetkých a celý Vesmír. Ide o rýchlo sa pohybujúci plyn jedného druhu častíc – elektrónových neutrínov.

Elektrónové neutríno je partnerom elektrónu, ale nemá elektrický náboj. Neutrína nesú len takzvaný slabý náboj. Ich pokojová hmotnosť je s najväčšou pravdepodobnosťou nulová. Ale interagujú s gravitačným poľom, pretože majú kinetickú energiu E, čo zodpovedá efektívnej hmotnosti m, podľa Einsteinovho vzorca E = mc 2, kde c je rýchlosť svetla.

Kľúčovou úlohou neutrína je, že prispieva k transformácii a- kvarky v d kvarkov, výsledkom čoho je premena protónu na neutrón. Neutríno zohráva úlohu „ihly karburátora“ pre hviezdne termonukleárne reakcie, pri ktorých sa štyri protóny (jadrá vodíka) spájajú a vytvárajú jadro hélia. Ale keďže jadro hélia pozostáva nie zo štyroch protónov, ale z dvoch protónov a dvoch neutrónov, pre takúto jadrovú fúziu je potrebné, aby dva a-kvarky sa zmenili na dva d-kvark. Intenzita premeny určuje, ako rýchlo budú hviezdy horieť. A proces transformácie je určený slabými nábojmi a silami slabej interakcie medzi časticami. V čom a-kvark (elektrický náboj +2/3, slabý náboj +1/2), interagujúci s elektrónom (elektrický náboj - 1, slabý náboj -1/2), tvorí d-kvark (elektrický náboj -1/3, slabý náboj -1/2) a elektrónové neutríno (elektrický náboj 0, slabý náboj +1/2). Farebné náboje (alebo jednoducho farby) dvoch kvarkov sa v tomto procese rušia bez neutrína. Úlohou neutrína je odniesť nekompenzovaný slabý náboj. Preto rýchlosť transformácie závisí od toho, aké slabé sú slabé sily. Keby boli slabšie ako sú, tak by hviezdy vôbec nehoreli. Keby boli silnejšie, hviezdy by už dávno vyhoreli.

Ale čo neutrína? Keďže tieto častice veľmi slabo interagujú s inou hmotou, takmer okamžite opúšťajú hviezdy, v ktorých sa narodili. Všetky hviezdy svietia, vyžarujú neutrína a neutrína presvitajú cez naše telá a celú Zem vo dne aj v noci. Putujú teda vesmírom, kým možno nevstúpia do novej interakcie HVIEZDY).

Interakčné nosiče.

Čo spôsobuje sily, ktoré pôsobia medzi časticami na diaľku? Moderná fyzika odpovedá: kvôli výmene iných častíc. Predstavte si dvoch korčuliarov, ktorí si hádžu loptu. Udelenie hybnosti loptičky pri hádzaní a príjem hybnosti s prijatou loptou, obaja dostanú tlak v smere od seba. To môže vysvetliť vznik odpudivých síl. Ale v kvantovej mechanike, ktorá zvažuje javy v mikrosvete, je povolené nezvyčajné naťahovanie a delokalizácia udalostí, čo vedie, zdá sa, k nemožnému: jeden z korčuliarov hádže loptu smerom od ten druhý, ale ten predsa možno chytiť túto loptu. Nie je ťažké si predstaviť, že keby to bolo možné (a vo svete elementárnych častíc je to možné), medzi korčuliarmi by vládla príťažlivosť.

Častice, v dôsledku ktorých výmeny vznikajú interakčné sily medzi štyrmi vyššie uvedenými „časticami hmoty“, sa nazývajú kalibračné častice. Každá zo štyroch interakcií – silná, elektromagnetická, slabá a gravitačná – má svoju vlastnú sadu kalibračných častíc. Nosnými časticami silnej interakcie sú gluóny (je ich len osem). Fotón je nositeľom elektromagnetickej interakcie (je jeden a fotóny vnímame ako svetlo). Častice-nosičmi slabej interakcie sú stredné vektorové bozóny (v rokoch 1983 a 1984 boli objavené W + -, W- -bozóny a neutrálne Z-bozón). Častica-nosič gravitačnej interakcie je stále hypotetický gravitón (musí ním byť). Všetky tieto častice, okrem fotónu a gravitónu, ktoré môžu cestovať na nekonečne dlhé vzdialenosti, existujú iba v procese výmeny medzi hmotnými časticami. Fotóny napĺňajú vesmír svetlom a gravitóny gravitačnými vlnami (zatiaľ nie sú s istotou zistené).

O častici, ktorá je schopná emitovať kalibrované častice, sa hovorí, že je obklopená vhodným silovým poľom. Elektróny schopné emitovať fotóny sú teda obklopené elektrickými a magnetickými poľami, ako aj slabými a gravitačnými poľami. Kvarky sú tiež obklopené všetkými týmito poľami, ale aj poľom silnej interakcie. Častice s farebným nábojom v poli farebných síl sú ovplyvnené farebnou silou. To isté platí pre ostatné prírodné sily. Preto môžeme povedať, že svet pozostáva z hmoty (hmotné častice) a poľa (merné častice). Viac o tom nižšie.

Antihmota.

Každá častica zodpovedá antičastici, s ktorou sa častica môže vzájomne anihilovať, t.j. „anihilovať“, v dôsledku čoho sa uvoľňuje energia. „Čistá“ energia sama o sebe však neexistuje; v dôsledku anihilácie vznikajú nové častice (napríklad fotóny), ktoré túto energiu odnášajú.

Antičastica má vo väčšine prípadov opačné vlastnosti vzhľadom na zodpovedajúcu časticu: ak sa častica pôsobením silných, slabých alebo elektromagnetických polí pohybuje doľava, potom sa jej antičastica posunie doprava. Stručne povedané, antičastica má opačné znamienka všetkých nábojov (okrem hmotnostného). Ak je častica zložená, ako napríklad neutrón, potom jej antičastica pozostáva zo zložiek s opačnými znamienkami náboja. Antielektrón má teda elektrický náboj +1, slabý náboj +1/2 a nazýva sa pozitrón. Antineutrón sa skladá z a-antikvarky s elektrickým nábojom –2/3 a d-antikvarky s elektrickým nábojom +1/3. Skutočne neutrálne častice sú ich vlastné antičastice: antičastica fotónu je fotón.

Podľa moderných teoretických konceptov každá častica, ktorá existuje v prírode, musí mať svoju vlastnú antičasticu. A mnohé antičastice, vrátane pozitrónov a antineutrónov, boli skutočne získané v laboratóriu. Dôsledky toho sú mimoriadne dôležité a sú základom celej experimentálnej fyziky elementárnych častíc. Podľa teórie relativity sú hmotnosť a energia ekvivalentné a za určitých podmienok sa energia môže premeniť na hmotnosť. Keďže náboj je zachovaný a náboj vákua (prázdneho priestoru) je nulový, z vákua sa môže vynoriť akýkoľvek pár častíc a antičastíc (s nulovým čistým nábojom) ako králiky z kúzelníckeho klobúka, pokiaľ je energia dostatočná na vytvorenie ich omša.

Generácie častíc.

Experimenty s urýchľovačom ukázali, že štvornásobok (kvarteto) materiálových častíc sa opakuje najmenej dvakrát pri vyšších hodnotách hmotnosti. V druhej generácii je miesto elektrónu obsadené miónom (s hmotnosťou asi 200-krát väčšou ako hmotnosť elektrónu, ale s rovnakými hodnotami všetkých ostatných nábojov), miesto elektrónového neutrína je mión (ktorý sprevádza mión v slabých interakciách rovnakým spôsobom ako elektrón sprevádza elektrónové neutríno), umiestnite a-kvark zaberá s-kvark ( očarený), a d-kvark - s-kvark ( zvláštne). V tretej generácii sa kvarteto skladá z tau leptónu, tau neutrína, t-kvark a b-kvark.

Hmotnosť t-kvark je asi 500-násobok hmotnosti najľahšieho - d-kvark. Experimentálne sa zistilo, že existujú iba tri typy svetelných neutrín. Štvrtá generácia častíc teda buď vôbec neexistuje, alebo zodpovedajúce neutrína sú veľmi ťažké. To je v súlade s kozmologickými údajmi, podľa ktorých nemôžu existovať viac ako štyri typy ľahkých neutrín.

Pri experimentoch s vysokoenergetickými časticami pôsobia elektrón, mión, tau-leptón a zodpovedajúce neutrína ako samostatné častice. Nenesú farebný náboj a vstupujú len do slabých a elektromagnetických interakcií. Súhrnne sa nazývajú leptóny.

Kvarky sa na druhej strane vplyvom farebných síl spájajú do silne interagujúcich častíc, ktoré dominujú väčšine experimentov vo fyzike vysokých energií. Takéto častice sa nazývajú hadróny. Zahŕňajú dve podtriedy: baryóny(napr. protón a neutrón), ktoré sa skladajú z troch kvarkov a mezóny pozostávajúce z kvarku a antikvarku. V roku 1947 bol v kozmickom žiarení objavený prvý mezón nazývaný pion (alebo pí-mezón) a nejaký čas sa verilo, že výmena týchto častíc bola hlavnou príčinou jadrových síl. Omega-mínus hadróny objavené v roku 1964 v Brookhaven National Laboratory (USA) a častica j-psy ( J/r-meson), objavený súčasne v Brookhavene a v Stanfordskom centre pre lineárne urýchľovače (tiež v USA) v roku 1974. Existenciu častice omega-mínus predpovedal M. Gell-Mann vo svojom tzv. SU 3-teória“ (iný názov je „osemnásobná cesta“), v ktorej bola prvýkrát navrhnutá možnosť existencie kvarkov (a tento názov im bol daný). O desaťročie neskôr objav častice J/r potvrdil existenciu s-kvark a nakoniec prinútil všetkých veriť v model kvarku a teóriu, ktorá spája elektromagnetické a slabé sily ( Pozri nižšie).

Častice druhej a tretej generácie nie sú o nič menej skutočné ako častice prvej. Je pravda, že keď vznikli, rozpadajú sa v milióntinach alebo miliardtinách sekundy na bežné častice prvej generácie: elektrón, elektrónové neutríno a tiež a- a d- kvarky. Otázka, prečo je v prírode niekoľko generácií častíc, je stále záhadou.

O rôznych generáciách kvarkov a leptónov sa často hovorí (čo je, samozrejme, trochu výstredné) ako o rôznych „príchutiach“ častíc. Potreba ich vysvetliť sa nazýva problém „chuť“.

BOZÓNY A FERMIE, POLE A LÁTKA

Jedným zo základných rozdielov medzi časticami je rozdiel medzi bozónmi a fermiónmi. Všetky častice sú rozdelené do týchto dvoch hlavných tried. Podobne ako bozóny sa môžu prekrývať alebo prekrývať, ale ako fermióny nie. Superpozícia sa vyskytuje (alebo nevyskytuje) v diskrétnych energetických stavoch, na ktoré kvantová mechanika rozdeľuje prírodu. Tieto stavy sú akoby oddelenými bunkami, do ktorých možno umiestniť častice. Takže do jednej bunky môžete vložiť ľubovoľný počet rovnakých bozónov, ale iba jeden fermión.

Ako príklad uvažujme také bunky alebo „stavy“ pre elektrón otáčajúci sa okolo jadra atómu. Na rozdiel od planét slnečnej sústavy, podľa zákonov kvantovej mechaniky nemôže elektrón obiehať po žiadnej eliptickej dráhe, pre neho existuje len diskrétny počet povolených „stavov pohybu“. Súbory takýchto stavov, zoskupené podľa vzdialenosti od elektrónu k jadru, sa nazývajú orbitály. V prvom orbitále sú dva stavy s rôznym uhlovým momentom hybnosti a teda dve povolené bunky a vo vyšších orbitáloch osem alebo viac buniek.

Keďže elektrón je fermión, každá bunka môže obsahovať iba jeden elektrón. Z toho vyplývajú veľmi dôležité dôsledky - celá chémia, keďže chemické vlastnosti látok sú určené interakciami medzi zodpovedajúcimi atómami. Ak prechádzate periodickým systémom prvkov od jedného atómu k druhému v poradí, v akom sa počet protónov v jadre zvyšuje o jednotku (počet elektrónov sa tiež zvýši), potom prvé dva elektróny obsadia prvý orbitál, tzv. ďalších osem bude umiestnených v druhom atď. Táto postupná zmena v elektronickej štruktúre atómov z prvku na prvok určuje zákonitosti v ich chemických vlastnostiach.

Ak by elektróny boli bozóny, potom by všetky elektróny atómu mohli zaberať rovnaký orbitál zodpovedajúci minimálnej energii. V tomto prípade by boli vlastnosti všetkej hmoty vo Vesmíre úplne iné a v podobe, v akej ju poznáme, by Vesmír bol nemožný.

Všetky leptóny – elektrón, mión, tau-leptón a im zodpovedajúce neutrína – sú fermióny. To isté možno povedať o kvarkoch. Všetky častice, ktoré tvoria „hmotu“, hlavnú výplň Vesmíru, ako aj neviditeľné neutrína, sú teda fermióny. To je veľmi dôležité: fermióny sa nemôžu spájať, takže to isté platí pre predmety v hmotnom svete.

Súčasne sa všetky „meracie častice“ vymieňajú medzi interagujúcimi časticami materiálu a vytvárajú silové pole ( viď vyššie), sú bozóny, čo je tiež veľmi dôležité. Takže napríklad veľa fotónov môže byť v rovnakom stave a môže vytvárať magnetické pole okolo magnetu alebo elektrické pole okolo elektrického náboja. Vďaka tomu je možný aj laser.

Spin.

Rozdiel medzi bozónmi a fermiónmi súvisí s ďalšou charakteristikou elementárnych častíc - späť. Akokoľvek sa to môže zdať prekvapujúce, ale všetky základné častice majú svoj vlastný uhlový moment hybnosti alebo, inými slovami, rotujú okolo svojej vlastnej osi. Moment hybnosti je charakteristický pre rotačný pohyb, rovnako ako celková hybnosť je pre pohyb translačný. Pri akejkoľvek interakcii sa zachováva uhlová hybnosť a hybnosť.

V mikrokozme sa kvantuje moment hybnosti, t.j. nadobúda diskrétne hodnoty. Vo vhodných jednotkách majú leptóny a kvarky spin 1/2 a kalibrované častice majú spin 1 (okrem gravitónu, ktorý zatiaľ nebol experimentálne pozorovaný, ale teoreticky by mal mať spin 2). Keďže leptóny a kvarky sú fermióny a kalibračné častice sú bozóny, možno predpokladať, že "fermionicita" je spojená so spinom 1/2 a "bosonicita" je spojená so spinom 1 (alebo 2). Experiment aj teória totiž potvrdzujú, že ak má častica polovičný celočíselný spin, potom je to fermión, a ak je celočíselný, potom je to bozón.

MERACIE TEÓRIE A GEOMETRIE

Vo všetkých prípadoch vznikajú sily v dôsledku výmeny bozónov medzi fermiónmi. Farebná sila interakcie medzi dvoma kvarkami (kvarky - fermióny) teda vzniká v dôsledku výmeny gluónov. Takáto výmena neustále prebieha v protónoch, neutrónoch a atómových jadrách. Rovnakým spôsobom, fotóny vymieňané medzi elektrónmi a kvarkami vytvárajú elektrické príťažlivé sily, ktoré držia elektróny v atóme, a stredné vektorové bozóny vymieňané medzi leptónmi a kvarkami vytvárajú slabé interakčné sily zodpovedné za premenu protónov na neutróny pri fúznych reakciách vo hviezdach.

Teória takejto výmeny je elegantná, jednoduchá a pravdepodobne správna. To sa nazýva teória meradiel. V súčasnosti však existujú iba nezávislé meracie teórie silných, slabých a elektromagnetických interakcií a meracia teória gravitácie im podobná, aj keď v niektorých smeroch odlišná. Jedným z najdôležitejších fyzikálnych problémov je redukcia týchto samostatných teórií na jedinú a zároveň jednoduchú teóriu, v ktorej by sa všetky stali rôznymi aspektmi jedinej reality – ako fazety kryštálu.

Najjednoduchšia a najstaršia kalibračná teória je kalibračná teória elektromagnetickej interakcie. V ňom sa náboj elektrónu porovnáva (kalibruje) s nábojom iného od neho vzdialeného elektrónu. Ako sa dajú porovnať poplatky? Môžete napríklad priblížiť druhý elektrón k prvému a porovnať ich interakčné sily. Ale nezmení sa náboj elektrónu, keď sa presunie do iného bodu v priestore? Jediný spôsob, ako to skontrolovať, je poslať signál z blízkeho elektrónu do vzdialeného a zistiť, ako reaguje. Signálom je kalibrovaná častica – fotón. Aby bolo možné skontrolovať náboj na vzdialených časticiach, je potrebný fotón.

Matematicky sa táto teória vyznačuje extrémnou presnosťou a krásou. Z vyššie opísaného „princípu meradla“ vyplýva celá kvantová elektrodynamika (kvantová teória elektromagnetizmu), ako aj Maxwellova teória elektromagnetického poľa, jeden z najväčších vedeckých úspechov 19. storočia.

Prečo je taký jednoduchý princíp taký plodný? Zrejme vyjadruje určitú koreláciu rôznych častí Vesmíru, umožňujúcu merania vo Vesmíre. Matematicky sa pole interpretuje geometricky ako zakrivenie nejakého predstaviteľného „vnútorného“ priestoru. Meranie náboja je meranie celkového „vnútorného zakrivenia“ okolo častice. Kalibračné teórie silných a slabých interakcií sa líšia od elektromagnetickej kalibračnej teórie len vo vnútornej geometrickej „štruktúre“ zodpovedajúceho náboja. Na otázku, kde presne sa tento vnútorný priestor nachádza, odpovedajú multidimenzionálne zjednotené teórie poľa, o ktorých sa tu neuvažuje.

Fyzika elementárnych častíc ešte nie je dokončená. Stále nie je ani zďaleka jasné, či sú dostupné údaje dostatočné na úplné pochopenie podstaty častíc a síl, ako aj skutočnej povahy a rozmerov priestoru a času. Potrebujeme na to experimenty s energiami 10 15 GeV alebo bude stačiť myšlienková námaha? Zatiaľ neexistuje žiadna odpoveď. Ale môžeme s istotou povedať, že konečný obrázok bude jednoduchý, elegantný a krásny. Je možné, že tu nebude toľko základných myšlienok: princíp meradla, priestory vyšších dimenzií, kolaps a expanzia a predovšetkým geometria.

Donedávna sa za elementárne považovalo niekoľko stoviek častíc a antičastíc. Podrobné štúdium ich vlastností a interakcií s inými časticami a vývoj teórie ukázali, že väčšina z nich v skutočnosti nie je elementárna, pretože samy osebe pozostávajú z najjednoduchších alebo, ako sa teraz hovorí, základných častíc. Samotné fundamentálne častice sa už z ničoho neskladajú. Početné experimenty ukázali, že všetky základné častice sa správajú ako bezrozmerné bodové objekty bez vnútornej štruktúry, aspoň do najmenších v súčasnosti študovaných vzdialeností ~10 -16 cm.

Medzi nespočetnými a rôznorodými procesmi interakcie medzi časticami existujú štyri základné alebo základné interakcie: silné (jadrové), elektromagnetické, slabé a gravitačné . Vo svete častíc je gravitačná interakcia veľmi slabá, jej úloha je stále nejasná a ďalej sa o nej nebudeme baviť.

V prírode existujú dve skupiny častíc: hadróny, ktoré sa podieľajú na všetkých základných interakciách, a leptóny, ktoré sa nezúčastňujú iba na silnej interakcii.

Podľa moderných koncepcií sa interakcie medzi časticami uskutočňujú prostredníctvom emisie a následnej absorpcie kvánt zodpovedajúceho poľa (silného, ​​slabého, elektromagnetického) obklopujúceho časticu. Tieto kvantá sú kalibračné bozóny, čo sú tiež základné častice. Bosóny majú svoje vlastné moment hybnosti, nazývaný spin, sa rovná celočíselnej hodnote Planckova konštanta. Kvantám poľa a podľa toho aj nositeľmi silnej interakcie sú gluóny, označované symbolom g (ji), kvantá elektromagnetického poľa sú známe kvantá svetla - fotóny, označované (gama), kvantá elektromagnetického poľa. a kvantá slabého poľa a teda nositeľov slabých interakcií sú W± (dvojité ve) - a Z 0 (zet nula)-bozóny.

Na rozdiel od bozónov sú všetky ostatné základné častice fermióny, teda častice, ktoré majú polovičný spin rovný h/2.

V tabuľke. 1 sú znázornené symboly základných fermiónov - leptónov a kvarkov.

Každá častica uvedená v tabuľke. 1 zodpovedá antičastici, ktorá sa od častice líši len znamienkami elektrického náboja a inými kvantovými číslami (pozri tabuľku 2) a smerom rotácie vzhľadom na smer hybnosti častice. Antičastice budeme označovať rovnakými symbolmi ako častice, ale vlnovkou nad symbolom.

Častice v tabuľke. 1 sa označujú gréckymi a latinskými písmenami, a to: písmeno (nu) - tri rôzne neutrína, písmená e - elektrón, (mu) - mión, (tau) - taon, písmená u, c, t, d, s , b označujú kvarky; ich názvy a charakteristiky sú uvedené v tabuľke. 2.

Častice v tabuľke. 1 sú zoskupené do troch generácií I, II a III podľa štruktúry modernej teórie. Náš vesmír je vybudovaný z častíc prvej generácie - leptónov a kvarkov a kalibračných bozónov, ale ako ukazuje moderná veda o vývoji vesmíru, v počiatočnom štádiu jeho vývoja zohrávali dôležitú úlohu častice všetkých troch generácií.

Leptóny

Pozrime sa najskôr na vlastnosti leptónov podrobnejšie. V hornom riadku tabuľky 1 obsahuje tri rôzne neutrína: elektrónové, miónové a tau neutrína. Ich hmotnosť ešte nie je presne zmeraná, ale jej horná hranica bola určená napríklad pre ne rovné 10 -5 hmotnosti elektrónu (teda g).

Pohľad na tabuľku. 1 mimovoľne vyvoláva otázku, prečo príroda potrebovala vytvorenie troch rôznych neutrín. Na túto otázku zatiaľ neexistuje odpoveď, pretože nebola vytvorená taká ucelená teória fundamentálnych častíc, ktorá by naznačovala nevyhnutnosť a dostatočnosť všetkých takýchto častíc a popisovala by ich hlavné vlastnosti. Možno sa tento problém vyrieši v 21. storočí (alebo neskôr).

Spodný riadok tabuľky. 1 začína časticou, ktorú sme skúmali najviac – elektrónom. Elektrón objavil koncom minulého storočia anglický fyzik J. Thomson. Úloha elektrónov v našom svete je obrovská. Sú to tie negatívne nabité častice, ktoré spolu s atómovými jadrami tvoria všetky atómy nám známych prvkov. Mendelejevova periodická tabuľka. V každom atóme sa počet elektrónov presne rovná počtu protónov v atómovom jadre, vďaka čomu je atóm elektricky neutrálny.

Elektrón je stabilný, hlavnou možnosťou zničenia elektrónu je jeho smrť pri zrážke s antičasticou - pozitrónom e + . Tento proces bol pomenovaný zničenie :

V dôsledku anihilácie vznikajú dve gama kvantá (tzv. vysokoenergetické fotóny), ktoré odnášajú ako pokojové energie e + a e - tak aj ich kinetické energie. Pri vysokých energiách e + a e - vznikajú hadróny a kvarkové páry (pozri napr. (5) a obr. 4).

Reakcia (1) jasne ilustruje platnosť slávneho vzorca A. Einsteina o ekvivalencii hmotnosti a energie: E = mc 2 .

Pri anihilácii pozitrónu zastaveného v látke a elektrónu v pokoji totiž celá hmotnosť ich zvyšku (rovnajúca sa 1,22 MeV) prejde do energie kvánt, ktoré pokojovú hmotnosť nemajú.

V druhej generácii spodného riadku tabuľky. 1 umiestnený mión- častica, ktorá je vo všetkých svojich vlastnostiach analogická elektrónu, ale má anomálne veľkú hmotnosť. Hmotnosť miónu je 207-krát väčšia ako hmotnosť elektrónu. Na rozdiel od elektrónu je mión nestabilný. Čas jeho života t= 2,2 10-6 s. Podľa schémy sa mión rozpadá hlavne na elektrón a dve neutrína

Ešte ťažším analógom elektrónu je . Jeho hmotnosť je viac ako 3 tisíckrát väčšia ako hmotnosť elektrónu ( MeV / s 2), to znamená, že taón je ťažší ako protón a neutrón. Jeho životnosť je 2,9 · 10 -13 s a z viac ako stovky rôznych schém (kanálov) jeho rozpadu sú možné nasledovné.

pozri tiež

Napíšte recenziu na článok "Základná častica"

Poznámky

Odkazy

• S. A. Slavatinský// Moskovský inštitút fyziky a technológie (Dolgoprudny, Moskovský región)
• Slavatinský S.A. // SOZH, 2001, č. 2, s. 62–68 archív 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

Uvedené na obr.1 fundamentálne fermióny, so spinom ½, sú „prvé tehly“ hmoty. Sú zastúpení leptóny(elektróny e, neutríno atď.) - častice nezúčastňujúce sa na silný jadrové interakcie a kvarky, ktoré sú zapojené do silných interakcií. Jadrové častice sa skladajú z kvarkov hadróny(protóny, neutróny a mezóny). Každá z týchto častíc má svoju antičasticu, ktorá musí byť umiestnená v tej istej bunke. Označenie antičastice sa odlišuje znakom tilda (~).

Zo šiestich druhov kvarkov alebo šesť vône elektrický náboj 2/3 (v jednotkách elementárneho náboja e) mať hornú ( u), očarený ( c) a pravdivé ( t) kvarky a s nábojom –1/3 – nižším ( d), zvláštne ( s) a nádherná ( b) kvarky. Antikvarky s rovnakými príchuťami budú mať elektrický náboj -2/3 a 1/3.

V kvantovej chromodynamike (teória silnej interakcie) sa kvarkom a antikvarkom pripisujú tri typy silných interakčných nábojov: červená R(anti-červená); zelená G(anti-zelená); Modrá B(antimodrá). Farebná (silná) interakcia viaže kvarky v hadrónoch. Posledné sa delia na baryóny, pozostávajúci z troch kvarkov a mezóny pozostávajúce z dvoch kvarkov. Napríklad protóny a neutróny súvisiace s baryónmi majú nasledujúce kvarkové zloženie:

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

Ako príklad uvádzame zloženie tripletu pi-mezónu:

, ,

Z týchto vzorcov je ľahké vidieť, že náboj protónu je +1, zatiaľ čo náboj antiprotónu je -1. Neutrón a antineutrón majú nulový náboj. Spiny kvarkov v týchto časticiach sa sčítajú tak, aby sa ich celkové spiny rovnali ½. Možné sú aj také kombinácie rovnakých kvarkov, v ktorých sú celkové spiny rovné 3/2. Takéto elementárne častice (D ++, D +, D 0, D –) boli objavené a patria medzi rezonancie, t.j. hadróny s krátkou životnosťou.

Známy proces rádioaktívneho b-rozpadu, ktorý je znázornený schémou

n ® p + e + ,

z pohľadu teórie kvarkov vyzerá

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

Napriek opakovaným pokusom odhaliť voľné kvarky v experimentoch sa to nepodarilo. To naznačuje, že kvarky sa zjavne objavujú iba v zložení zložitejších častíc ( zachytávajúce kvarky). Úplné vysvetlenie tohto javu ešte nebolo podané.

Obrázok 1 ukazuje, že medzi leptónmi a kvarkami existuje symetria, ktorá sa nazýva kvark-leptónová symetria. Častice v hornom rade majú o jeden náboj viac ako častice v spodnom rade. Častice prvej kolóny patria do prvej generácie, druhá - do druhej generácie a tretia kolóna - do tretej generácie. Správne kvarky c, b a t boli predpovedané na základe tejto symetrie. Hmota, ktorá nás obklopuje, pozostáva z častíc prvej generácie. Aká je úloha častíc druhej a tretej generácie? Na túto otázku zatiaľ neexistuje definitívna odpoveď.