Елементарна частица 5 букви първо кръстословица. Елементарни частици
Тъй като индексите аз, к, л V структурни формулипреминете през стойностите 1, 2, 3, 4, броя на мезоните Микс дадено въртене трябва да е равно на 16. За бариони Biklмаксималният възможен брой състояния за даден спин (64) не се реализира, тъй като по силата на принципа на Паули за даден общ спин са разрешени само такива състояния на три кварка, които имат добре дефинирана симетрия по отношение на пермутации на индекси i, k, 1,а именно, напълно симетричен за спин 3/2 и смесена симетрия за спин 1/2. Това условие за l = 0 избира 20 барионни състояния за спин 3/2 и 20 за спин 1/2.
По-подробно разглеждане показва, че стойността на кварковия състав и свойствата на симетрия на кварковата система позволява да се определят всички основни квантови числа на адрона ( J, P, B, Q, I, Y, Ch), с изключение на масата; определянето на масата изисква познаване на динамиката на взаимодействието на кварките и масата на кварките, което все още не е налично.
Правилно предаване на спецификата на адроните с най-малки маси и спинове за дадени стойности YИ Ч,кварков модел естественообяснява и общия голям брой адрони и преобладаването на резонансите сред тях. Множество адрони - тяхното отражение сложна структураи възможността за съществуването на различни възбудени състояния на кваркови системи. Възможно е броят на такива възбудени състояния да е безкрайно голям. Всички възбудени състояния на кваркови системи са нестабилни по отношение на бързи преходи поради силни взаимодействия с основните състояния. Те формират основната част от резонансите. Малка част от резонансите също са кваркови системи с паралелни спинове (с изключение на W -). Кваркови конфигурации с антипаралелна ориентация на спинове, свързани с главния. състояния, образуват квазистабилни адрони и стабилен протон.
Възбуждането на кварковите системи възниква както поради промяна въртеливо движениекварки (орбитални възбуждания), и поради промени в техните пространства. местоположение (радиални възбуждания). В първия случай увеличаването на масата на системата е придружено от промяна в общото въртене Джи паритет Рсистема, във втория случай увеличаването на масата става без промяна J P.Например, мезони с JP= 2 + са първото орбитално възбуждане ( l = 1) мезони с J P = 1 - . Съответствието на 2 + мезони и 1 - мезони на идентични кваркови структури може ясно да се види на примера на много двойки частици:
Мезоните r" и y" са примери за радиални възбуждания на r- и y-мезони, съответно (виж Фиг.
Орбиталните и радиалните възбуждания генерират последователности от резонанси, съответстващи на една и съща първоначална кваркова структура. Липсата на надеждна информация за взаимодействието на кварките все още не позволява да се направят количествени изчисления на спектрите на възбуждане и да се направят изводи за възможния брой такива възбудени състояния.При формулирането на кварковия модел кварките се разглеждат като хипотетични структурни елементи, отваряйки възможността за много удобно описание на адроните. Впоследствие бяха проведени експерименти, които ни позволяват да говорим за кварките като за реални материални образувания вътре в адроните. Първите бяха експерименти за разсейване на електрони от нуклони под много големи ъгли. Тези експерименти (1968 г.), напомнящи класическите експерименти на Ръдърфорд върху разсейването на a-частици от атоми, разкриха наличието на точкови заредени образувания вътре в нуклона. Сравнението на данните от тези експерименти с подобни данни за разсейването на неутрино от нуклони (1973-75) позволи да се заключи, че средната стойност на квадрата електрически зарядтези точкови образувания. Резултатът се оказа забележително близо до 1/2 [(2/3 д) 2 +(1 / 3 д) 2]. Изследването на процеса на производство на адрони по време на анихилацията на електрон и позитрон, който вероятно преминава през последователност от процеси: ® адрони, показва наличието на две групи адрони, генетично свързани с всеки от получените кварки, и направи възможно определянето на спина на кварките. Оказа се 1/2. Общият брой адрони, произведени в този процес, също показва, че три вида кварки възникват в междинното състояние, т.е. кварките са трицветни.
По този начин квантовите числа на кварките, въведени въз основа на теоретични съображения, са потвърдени в редица експерименти. Кварките постепенно придобиват статут на нови частици Е. Ако по-нататъшни изследвания потвърдят това заключение, тогава кварките са сериозни претенденти за ролята на истински частици Е. за адронната форма на материята. До дължини ~ 10 -15 смкварките действат като безсмислени безструктурни образувания. Номер известни видовекварките са малко. В бъдеще, разбира се, това може да се промени: невъзможно е да се гарантира, че при по-високи енергии няма да бъдат открити адрони с нови квантови числа, които дължат съществуването си на нови видове кварки. Откриване Y-мезони потвърждава тази гледна точка. Но е напълно възможно увеличението на броя на кварките да е малко, което основни принципиналагат ограничения на общ бройкварки, въпреки че тези граници все още не са известни. Безструктурността на кварките също вероятно отразява само нивото на изследване на тези материални образувания, което е постигнато. Въпреки това, номер специфични особеностикварките дава известна причина да се смята, че кварките са частици, които затварят веригата от структурни компоненти на материята.
Кварките се различават от всички други E. h. кварки по това, че все още не са наблюдавани в свободно състояние, въпреки че има доказателства за съществуването им в обвързано състояние. Една от причините да не се наблюдават кварки може да е тяхната много голяма маса, която предотвратява производството им при енергиите на съвременните ускорители. Възможно е обаче кварките по принцип да не могат да бъдат в свободно състояние поради спецификата на тяхното взаимодействие. Има теоретични и експериментални аргументи в полза на факта, че силите, действащи между кварките, не отслабват с разстоянието. Това означава, че е необходимо безкрайно количество енергия, за да се отделят кварките един от друг, или в противен случай появата на кварки в свободно състояние е невъзможна. Невъзможността да се изолират кварките в свободно състояние ги прави напълно нов тип. структурни звенавещества. Не е ясно, например, дали е възможно да се повдигне въпросът за съставните части на кварките, ако самите кварки не могат да бъдат наблюдавани в свободно състояние. Възможно е при тези условия части от кварките изобщо да не се проявяват физически и следователно кварките действат като последна стъпка във фрагментирането на адронната материя.
Елементарни частици и квантова теория на полето.
За да се опишат свойствата и взаимодействията на E. h. съвременна теорияпонятието физическо е от съществено значение. поле, което се присвоява на всяка частица. Полето е специфична форма на материята; описва се от функция, дефинирана във всички точки ( х) пространство-време и имащи определени трансформационни свойства по отношение на трансформациите на групата на Лоренц (скаларна, спинорна, векторна и т.н.) и групи от "вътрешни" симетрии (изотопна скаларна, изотопна спинорна и др.). Електромагнитно поле, което има свойствата на четириизмерен вектор И m (x) (m = 1, 2, 3, 4) е исторически първият пример за физическо поле. Полетата, свързани с E. h., имат квантова природа, т.е. тяхната енергия и импулс са съставени от набор от сеп. порции - кванти, а енергията E k и импулсът p k на кванта са свързани с връзката на специалната теория на относителността: E k 2 = p k 2 c 2 + m 2 c 2 . Всеки такъв квант е E. h. с дадена енергия E k, импулс p k и маса m. електромагнитно полеса фотони, квантите на други полета съответстват на всички други известни Е. ч. По този начин полето е физическо отражение на съществуването на безкрайна колекция от частици - кванти. Специалният математически апарат на квантовата теория на полето дава възможност да се опише раждането и унищожаването на частица във всяка точка x.
Трансформационните свойства на полето определят всички квантови числа на електрохимичните вълни.Трансформационните свойства по отношение на трансформациите на пространство-времето (групата на Лоренц) определят спина на частиците. Така спин 0 съответства на скалар, спин 1/2 на спинор, спин 1 на вектор и т. н. свойства на полетата по отношение на трансформациите на "вътрешни пространства" ("заредено пространство", "изотопно пространство", „единно пространство“ и др.). Съществуването на "цвят" за кварките, по-специално, се свързва със специално "цветно" единно пространство. Въвеждането на "вътрешни пространства" в апарата на теорията все още е чисто формален похват, който обаче може да служи като индикация, че измерението на физическото пространство-време, отразено в свойствата на E. h., е действително повече от четири - измерението на пространство-времето, характерно за всички макроскопични физически процеси. Масата на Е. ч. не е пряко свързана с трансформационните свойства на полетата; това е допълнителна функция.
За да се опишат процесите, които се случват с електрически клетки, е необходимо да се знае как различните физически полета са свързани помежду си, тоест да се знае динамиката на полетата. В съвременния апарат на квантовата теория на полето информацията за динамиката на полетата се съдържа в специално количество, изразено чрез полета - лагранжиан (по-точно плътност на лагранжиан) L. Познаването на L прави възможно по принцип да се изчисляване на вероятностите за преминаване от един набор от частици към друг под въздействието на различни взаимодействия. Тези вероятности се дават от т.нар. матрица на разсейване (V. Heisenberg, 1943), изразена чрез L. Лагранжианът L се състои от лагранжиан Lv, който описва поведението на свободните полета, и лагранжиан на взаимодействието Lv, изграден от полетата на различни частици и отразяващи възможността за техните взаимни трансформации. Познаването на Lz е решаващо за описване на процеси с E. h.
Изчакайте приспособлението за времева линия да се зареди.
JavaScript трябва да е разрешен за преглед.
Ако силните разпадания бяха групирани в района на йоктосекунди, електромагнитните - в близост до атосекунди, тогава слабите разпадания "са издухани за всички" - те покриват толкова 27 поръчки по времевата скала!
В границите на този невъобразимо широк диапазон има два „крайни“ случая.
- Разпадането на горния кварк и частиците носители на слабото взаимодействие (W и Z бозони) се случват приблизително в 0,3 е= 3 10 −25 s. Това са най-бързите разпади сред всички елементарни частици и въобще най-много бързи процеси, надеждно известни на съвременната физика. Получава се така, защото това са разпади с най-голямо отделяне на енергия.
- Най-дълго живеещата елементарна частица, неутронът, живее около 15 минути. Такова огромно време по стандартите на микросвета се обяснява с факта, че този процес (бета-разпадането на неутрон в протон, електрон и антинеутрино) има много малко освобождаване на енергия. Това освобождаване на енергия е толкова слабо, че в подходящи условия(например вътре в атомното ядро), този разпад може вече да е енергийно неизгоден и тогава неутронът става напълно стабилен. Атомни ядра, цялата материя около нас, а ние самите съществуваме само благодарение на тази удивителна слабост на бета разпада.
Между тези крайности повечето слаби разпади също протичат повече или по-малко компактно. Те могат да бъдат разделени на две групи, които условно ще наречем: бързи слаби разпадания и бавни слаби разпадания.
Бързите разпади са разпади с продължителност около пикосекунда. И така, числата в нашия свят изненадващо се оказаха, че животът на няколко десетки елементарни частици попада в тесен диапазон от стойности от 0,4 до 2 ps наведнъж. Това са така наречените очаровани и очарователни адрони - частици, които имат в състава си тежък кварк.
Пикосекундите са прекрасни, те са просто безценни от гледна точка на експеримент върху колайдери! Факт е, че за 1 ps частицата ще има време да прелети една трета от милиметър, а модерен детектор може лесно да измерва такива големи разстояния. Благодарение на тези частици картината на сблъсък на частици в колайдера става „лесна за четене“ - тук се случи сблъсък и раждането на голям брой адрони, а там, малко по-далеч, настъпиха вторични разпадания. Времето на живот става директно измеримо, което означава, че става възможно да се разбере какъв вид частица е била и едва след това да се използва тази информация за по-сложен анализ.
Бавните слаби затихвания са затихвания, които започват от стотици пикосекунди и се простират в целия диапазон на наносекунди. Това включва класа на така наречените "странни частици" - множество адрони, съдържащи странен кварк в състава си. Въпреки името си, за съвременните експерименти те не са никак странни, а напротив, най-обикновени частици. Те просто изглеждаха странни през 50-те години на миналия век, когато физиците изведнъж започнаха да ги откриват един след друг и не разбраха напълно свойствата им. Между другото, именно изобилието от странни адрони подтикна физиците преди половин век към идеята за кварките.
От гледна точка на съвременния експеримент с елементарни частици наносекунди са много. Това е толкова много, че частицата, излъчена от ускорителя, просто няма време да се разпадне, но пробива детектора, оставяйки своя отпечатък върху него. Разбира се, след това ще се забие някъде в веществото на детектора или в скалите около него и там ще се разпадне. Но физиците вече не се интересуват от този разпад, те се интересуват само от следата, която тази частица е оставила вътре в детектора. Така че за съвременните експерименти такива частици изглеждат почти толкова стабилни; затова те се наричат "междинен" термин метастабилни частици.
Е, най-дълго живеещата частица, без да броим неутрона, е мюонът - един вид "брат" на електрона. Той не участва в силното взаимодействие, не се разпада поради електромагнитни сили, така че за него остават само слаби взаимодействия. И тъй като е доста лек, живее 2 микросекунди - цяла епоха по отношение на мащаба на елементарните частици.
В началото на 30-те години физиката намира приемливо описание на структурата на материята на базата на четири вида елементарни частици – протони, неутрони, електрони и фотони. Добавянето на пета частица, неутриното, също направи възможно обяснението на процесите на радиоактивен разпад. Изглежда, че тези елементарни частици са първите градивни елементи на Вселената.
Но тази привидна простота скоро изчезна. Позитронът скоро беше открит. През 1936 г. сред продуктите на взаимодействието на космическите лъчи с материята е открит първият мезон. След това е възможно да се наблюдават мезони от различен характер, както и други необичайни частици. Тези частици се раждат под действието на космическите лъчи доста рядко. Въпреки това, след изграждането на ускорителите, които направиха възможно получаването на високоенергийни частици, бяха открити повече от 300 нови частици.
Какво тогава се разбира под думата елементарен"? "Елементарно" - логическият антипод на "комплекс". Елементарни частици - означава първични, по-нататък неразложими частици, които изграждат цялата материя. До четиридесетте години вече бяха известни редица трансформации на "елементарни" частици. Броят на частиците продължава да расте Повечето от тях са нестабилни Сред десетките известни микрочастици има само няколко стабилни, неспособни на спонтанни трансформации.Не е ли устойчивостта на спонтанни трансформации признак на елементарност?
Ядрото на деутерия (деутерон) се състои от протон и неутрон. Като частица дейтеронът е напълно стабилен. В същото време компонентдейтрон, неутрон, радиоактивен, т.е. нестабилен. Този пример показва, че понятията стабилност и елементарност не са идентични. В съвременната физика терминът „Елементарни частици“ обикновено се използва за назоваване на голяма група от най-малките частици материя.(които не са атоми или атомни ядра).
Всички елементарни частици имат изключително малки маси и размери. Повечето от тях имат маса от порядъка на масата на протон (само масата на електрона е значително по-малка
). Микроскопичните размери и маси на елементарните частици определят квантовите закони на тяхното поведение. Най-важното квантово свойство на всички елементарни частици е способността да се раждат и унищожават (излъчват и абсорбират) при взаимодействие с други частици.
Известни са четири различни по природа взаимодействия между частиците: гравитационно, електромагнитно, ядрено, както и взаимодействие във всички процеси с неутрино. Какви са характеристиките на четирите изброени типа взаимодействие?
Най-силно е взаимодействието между ядрените частици (" ядрени сили"). Това взаимодействие се нарича силен. Вече беше отбелязано, че ядрените сили действат само на много малки разстояния между частиците: радиусът на действие е от порядъка на 10 -13 cm.
Следващият по големина е електромагнитнивзаимодействие. Той е по-слаб от два порядъка. Но се променя по-бавно с разстоянието, като 1/ r 2, така че обхватът на електромагнитните сили е безкраен.
Това е последвано от взаимодействие, дължащо се на участието на неутрино в реакциите. По порядък на величина тези взаимодействия са по-малки от силните взаимодействия с фактор 10 14. Тези взаимодействия се наричат слаб. Очевидно радиусът на действие тук е същият като при силно взаимодействие.
Най-малкото известно взаимодействие гравитационен.Той е 39 порядъка по-малък от силния - 10 39 пъти! С разстоянието гравитационните сили намаляват толкова бавно, колкото електромагнитните сили, така че техният обхват също е безкраен.
В космоса основната роля принадлежи на гравитационните взаимодействия, тъй като обхватът на силните и слабите взаимодействия е незначителен. Електромагнитните взаимодействия играят ограничена роля, тъй като електрическите заряди с противоположни знаци са склонни да образуват неутрални системи. Гравитационните сили винаги са сили на привличане. Те не могат да бъдат компенсирани от силата на противоположния знак, не могат да бъдат защитени от тях. Оттук и тяхната доминираща роля в пространството.
Големината на силите на взаимодействие също съответства на времето, необходимо за осъществяване на реакцията, дължаща се на това взаимодействие. По този начин процесите, причинени от силно взаимодействие, изискват време от порядъка на 10 -23 сек. (реакцията има време да се случи, когато частици с висока енергия се сблъскат). Времето, необходимо за осъществяване на процеса поради електромагнитно взаимодействие изисква ~10 -21 сек., слабо взаимодействие ~10 -9 сек. В реакциите, причинени от взаимодействия на частици, гравитационните сили практически не играят никаква роля.
Изброените взаимодействия очевидно са от различно естество, т.е. не могат да бъдат сведени едно до друго. Засега не може да се прецени дали тези взаимодействия изчерпват всички съществуващи в природата.
Класът елементарни частици, участващи в силно взаимодействие, се нарича адрони (протон, неутрон и др.). Класът частици, които нямат силни взаимодействия, се нарича лептони. Лептоните включват електрон, мюон, неутрино, тежък лептон и съответните им античастици. Античастици, набор от елементарни частици, които имат същите стойности на масите и други физически характеристики като техните "близнаци", но се различават от тях по знака на някои характеристики на взаимодействията(например електрически заряд, магнитен момент): електрон и позитрон, неутрино и антинеутрино. Според съвременните концепции неутрино и антинеутрино се различават едно от друго по една от квантовите характеристики - спиралност, дефинирана като проекция на въртенето на частицата върху посоката на нейното движение (импулс). Неутриното има спин Сориентиран антипаралелно на импулса Р, т.е. посоки РИ Собразуват ляв винт и неутриното има лява спиралност (фиг. 6.2). За антинеутрино тези посоки образуват десен винт, т.е. Антинеутриното има дясна спирала.
Когато частица и античастица се сблъскат, те могат взаимно да се унищожат "унищожавам".На фиг. 6.3 показва процеса на анихилация на електрон и позитрон с появата на два гама кванта. В този случай се спазват всички известни закони за запазване - енергия, импулс, ъглов момент, законът за запазване на зарядите. За раждането на двойка електрон-позитрон е необходимо да се изразходва енергия не по-малка от сумата на собствените енергии на тези частици, т.е. ~ 10 6 eV. По време на анихилацията на такава двойка тази енергия се отделя или с радиацията, генерирана по време на анихилацията, или се разпределя между други частици.
От закона за запазване на заряда следва, че една заредена частица не може да възникне без друга с заряди с противоположни знаци (така че общият заряд на цялата система от частици не се променя). Пример за такава реакция е реакцията на превръщане на неутрон в протон с едновременно образуване на електрон и излъчване на неутрино
. (6.9)
Електрическият заряд се запазва по време на тази трансформация. По същия начин той се запазва по време на трансформацията на фотона в двойка електрон-позитрон или по време на производството на същата двойка в резултат на сблъсък на два електрона.
Съществува хипотеза, че всички елементарни частици са комбинации от три основни частици, т.нар кварки, и техните античастици. Кварките не са открити в свободно състояние (въпреки многобройните търсения за тях във високоенергийни ускорители, в космически лъчии околната среда).
Невъзможно е да се опишат свойствата и трансформациите на микрочастиците без тяхното систематизиране. Няма систематизация, изградена на базата на строга теория.
Двете основни групи елементарни частици са силно взаимодействащи ( адрони) и слабо взаимодействащи ( лептони) частици. Адроните се делят на мезониИ бариони. Барионите се подразделят на нуклониИ хиперони. Лептоните включват електрони, мюони и неутрино. По-долу са стойностите, по които се систематизират микрочастиците.
1. Насипно или барионенномер А. Многобройни факти, наблюдавани в процеса на ядрено делене, производството на нуклонна и антинуклонна двойка, ни позволяват да твърдим, че във всеки процес броят на нуклоните остава постоянен. Всички бариони получават номер А= +1, всяка античастица А= -1. Законът за запазване на барионния заряд се изпълнява точно във всички ядрени процеси. Сложните частици имат множество барионни числа. Всички мезони и лептони имат барионно число, равно на нула.
2. Електрически заряд р е броят на единиците електрически заряд (в единици положителен заряд на протона), присъщи на частицата.
3. Изотопно въртене(няма нищо общо с истинското завъртане). Силите, действащи между нуклоните в ядрото, са почти независими от вида на нуклоните, т.е. ядрени взаимодействия РР, Рн И ннса същите. Тази симетрия на ядрените сили води до запазване на величина, наречена изотопно въртене. Изоспинсе запазва при силни взаимодействия и не се запазва при процеси, причинени от електромагнитни и слаби взаимодействия.
4. Странност. За да обяснят защо не се случват някои процеси, включващи адрони, М. Гел-Ман и К. Нишиджима предложиха през 1953 г. да се въведе ново квантово число, което те нарекоха странност. Странността на стабилните адрони варира от -3 до +3 (цели числа). Странността на лептоните не е дефинирана. Странността се запазва при силни взаимодействия.
5. Завъртете. Характеризира ъгловия момент на въртене.
6. Паритет. Вътрешно свойство на частица, свързано с нейната симетрия по отношение на дясно и ляво. Доскоро физиците вярваха, че няма разлика между дясно и ляво. Впоследствие се оказа, че те не са еквивалентни за всички процеси на слабото взаимодействие - което беше едно от най-удивителните открития във физиката.
В класическата физика материята и физическото поле се противопоставят един на друг като два вида материя. Веществото е съставено от елементарни частици, това е вид материя, която има маса в покой. Веществото има дискретна структура, полето има непрекъсната структура. Но квантовата физикадоведе до нивелирането на този възглед. В класическата физика се приема, че частиците се влияят от силови полета – гравитационни и електромагнитни. Класическата физика не е познавала други области. В квантовата физика зад полетата виждат истинските носители на взаимодействието - квантите на тези полета, т.е. частици. За класическите полета това са гравитони и фотони. Когато полетата са достатъчно силни и има много кванти, ние спираме да ги различаваме като отделни частици и ги възприемаме като поле. Глуоните са носители на силни взаимодействия. От друга страна, всяка микрочастица (елемент на материята) има двойна корпускулярно-вълнова природа.
Във физиката елементарните частици са физически обекти в мащаба на ядрото на атома, които не могат да бъдат разделени на съставни части. Днес обаче учените успяха да разделят някои от тях. Структурата и свойствата на тези най-малки обекти се изучават от физиката на елементарните частици.
Най-малките частици, които изграждат цялата материя, са известни от древни времена. За основоположници на т. нар. "атомизъм" обаче се смятат философите Древна ГърцияЛевкип и неговият по-известен ученик Демокрит. Предполага се, че последният е въвел термина "атом". От старогръцки "atomos" се превежда като "неделим", което определя възгледите на древните философи.
По-късно стана известно, че атомът все още може да бъде разделен на два физически обекта - ядрото и електрона. Последната впоследствие става първата елементарна частица, когато през 1897 г. англичанинът Джоузеф Томсън провежда експеримент с катодни лъчи и разкрива, че те са поток от еднакви частици с еднаква маса и заряд.
Успоредно с работата на Томсън, Анри Бекерел, който се занимава с изследване на рентгеновите лъчи, провежда експерименти с уран и открива новият видрадиация. През 1898 г. двойка френски физици, Мария и Пиер Кюри, изследват различни радиоактивни вещества, откривайки същото радиоактивно излъчване. По-късно ще се установи, че се състои от алфа (2 протона и 2 неутрона) и бета частици (електрони), а Бекерел и Кюри ще получат Нобелова награда. Извършвайки изследванията си с елементи като уран, радий и полоний, Мария Склодовска-Кюри не е взела никакви мерки за безопасност, включително дори не е използвала ръкавици. В резултат на това през 1934 г. тя е застигната от левкемия. В памет на постиженията на великия учен, елементът, открит от двойката Кюри, полоний, е кръстен на родината на Мария - Polonia, от латински - Полша.
Снимка от 5-ия конгрес на Солвей, 1927 г. Опитайте се да намерите всички учени от тази статия на тази снимка.
От 1905 г. Алберт Айнщайн посвещава публикациите си на несъвършенството на вълновата теория на светлината, чиито постулати се разминават с резултатите от експериментите. Което впоследствие доведе изключителния физик до идеята за "светлинен квант" - част от светлината. По-късно, през 1926 г., той е наречен "фотон", преведен от гръцки "phos" ("светлина"), от американския физиохимик Гилбърт Н. Луис.
През 1913 г. Ърнест Ръдърфорд, британски физик, въз основа на резултатите от вече проведени по това време експерименти, отбелязва, че масите на ядрата на много химически елементикратни на масата на водородното ядро. Поради това той предположи, че водородното ядро е съставна част на ядрата на други елементи. В своя експеримент Ръдърфорд облъчва азотен атом с алфа частици, които в резултат излъчват определена частица, наречена от Ърнест като "протон", от други гръцки "протос" (първи, основен). По-късно беше експериментално потвърдено, че протонът е ядрото на водорода.
Очевидно протонът не е единственият компонент на ядрата на химичните елементи. Тази идея се ръководи от факта, че два протона в ядрото ще се отблъскват взаимно и атомът ще се разпадне моментално. Затова Ръдърфорд излага хипотеза за наличието на друга частица, която има маса, равна на масата на протона, но е незаредена. Някои експерименти на учените върху взаимодействието на радиоактивни и по-леки елементи ги доведоха до откриването на друго ново лъчение. През 1932 г. Джеймс Чадуик установи, че се състои от същите неутрални частици, които той нарече неутрони.
Така са открити най-известните частици: фотон, електрон, протон и неутрон.
Освен това откриването на нови субядрени обекти става все по-често събитие и в момента са известни около 350 частици, които се считат за "елементарни". Тези от тях, които все още не са успели да се разделят, се считат за безструктурни и се наричат "фундаментални".
Какво е спин?
Преди да се пристъпи към по-нататъшни иновации в областта на физиката, е необходимо да се определят характеристиките на всички частици. Най-известният, освен маса и електрически заряд, включва и спин. Тази стойност се нарича иначе "собствен ъглов момент" и по никакъв начин не е свързана с изместването на субядрения обект като цяло. Учените са успели да открият частици със завъртания 0, ½, 1, 3/2 и 2. За да визуализирате, макар и опростено, завъртането като свойство на обект, разгледайте следния пример.
Нека обектът има въртене, равно на 1. Тогава такъв обект, когато се завърти на 360 градуса, ще се върне в първоначалната си позиция. В самолет този обект може да бъде молив, който след завъртане на 360 градуса ще бъде в първоначалната си позиция. В случай на нулево въртене, при всяко завъртане на обекта, той винаги ще изглежда по същия начин, например едноцветна топка.
За завъртане ½ ще ви трябва артикул, който запазва външния си вид при завъртане на 180 градуса. Може да бъде един и същ молив, само симетрично смлян от двете страни. Завъртане от 2 ще изисква поддържане на формата чрез завъртане на 720 градуса, докато 3/2 ще изисква 540.
Тази характеристика е много голямо значениеза физика на елементарните частици.
Стандартен модел на частиците и взаимодействията
Притежавайки впечатляващ набор от микрообекти, които съставляват Светът, учените решават да ги структурират, така че се формира добре известна теоретична конструкция, наречена „Стандартен модел“. Тя описва три взаимодействия и 61 частици, използвайки 17 фундаментални, някои от които е предсказала много преди откритието си.
Трите взаимодействия са:
- Електромагнитна. Възниква между електрически заредени частици. В един прост случай, познат от училище, противоположно заредените обекти се привличат, а обектите със същото име се отблъскват. Това се случва чрез така наречения носител на електромагнитно взаимодействие - фотон.
- Силно, иначе – ядрено взаимодействие. Както подсказва името, действието му се простира до обекти от порядъка на атомното ядро, той е отговорен за привличането на протони, неутрони и други частици, също състоящи се от кварки. Силната сила се носи от глуони.
- слаб. Работи на разстояния, хиляда по-малки от размера на ядрото. Това взаимодействие включва лептони и кварки, както и техните античастици. Освен това, в случай на слабо взаимодействие, те могат да се трансформират един в друг. Носителите са бозоните W+, W− и Z0.
И така, стандартният модел се формира по следния начин. Той включва шест кварка, които изграждат всички адрони (частици, обект на силно взаимодействие):
- Горна (u);
- Омагьосан (c);
- вярно (t);
- по-ниска (d);
- странен(и);
- Очарователен (b).
Вижда се, че физиците нямат епитети. Останалите 6 частици са лептони. Това са фундаментални частици със спин ½, които не участват в силното взаимодействие.
- Електрон;
- Електронно неутрино;
- Мюон;
- мюонно неутрино;
- Тау лептон;
- Тау неутрино.
И третата група от Стандартния модел са калибровъчните бозони, които имат спин равен на 1 и са представени като носители на взаимодействия:
- Глуонът е силен;
- Фотон - електромагнитен;
- Z-бозонът е слаб;
- W-бозонът е слаб.
Те включват и наскоро откритата частица със спин 0, която, казано по-просто, придава на всички останали субядрени обекти инерционна маса.
В резултат на това според Стандартния модел нашият свят изглежда така: цялата материя се състои от 6 кварка, които образуват адрони и 6 лептона; всички тези частици могат да участват в три взаимодействия, чиито носители са калибровъчни бозони.
Недостатъци на стандартния модел
Въпреки това, дори преди откриването на бозона на Хигс, последната частица, предвидена от Стандартния модел, учените са отишли отвъд него. Ярък примеркъм това има т.нар. „гравитационно взаимодействие“, което днес е наравно с др. Предполага се, че неговият носител е частица със спин 2, която няма маса и която физиците все още не са успели да открият - "гравитонът".
Освен това Стандартният модел описва 61 частици, а днес повече от 350 частици са известни на човечеството. Това означава, че работата на теоретичните физици не е приключила.
Класификация на частиците
За да улеснят живота си, физиците са групирали всички частици според тяхната структура и други характеристики. Класификацията се основава на следните характеристики:
- Живот.
- Стабилен. Сред тях са протон и антипротон, електрон и позитрон, фотон, а също и гравитон. Съществуването на стабилни частици не е ограничено от времето, стига да са в свободно състояние, т.е. не взаимодействайте с нищо.
- Нестабилна. Всички останали частици след известно време се разпадат на съставните си части, поради което се наричат нестабилни. Например един мюон живее само 2,2 микросекунди, а протонът живее 2,9 10*29 години, след което може да се разпадне на позитрон и неутрален пион.
- Тегло.
- Безмасови елементарни частици, от които има само три: фотон, глуон и гравитон.
- Масивните частици са всичко останало.
- Стойност на завъртане.
- Цяло завъртане, вкл. нула, имат частици, наречени бозони.
- Частиците с полуцяло спин са фермиони.
- Участие във взаимодействия.
- Адроните (структурните частици) са субядрени обекти, които участват и в четирите типа взаимодействия. Беше споменато по-рано, че те са изградени от кварки. Адроните се делят на два подвида: мезони (с цяло число, са бозони) и бариони (с полуцяло въртене - фермиони).
- Фундаментални (безструктурни частици). Те включват лептони, кварки и калибровъчни бозони (прочетете по-рано - "Стандартен модел ..").
След като се запознаете с класификацията на всички частици, е възможно например да определите точно някои от тях. Така че неутронът е фермион, адрон или по-скоро барион и нуклон, тоест има полуцяло спин, състои се от кварки и участва в 4 взаимодействия. Нуклон е общоприетото име за протони и неутрони.
- Интересно е, че противниците на атомизма на Демокрит, които предсказаха съществуването на атоми, заявиха, че всяко вещество в света е делимо до безкрайност. До известна степен те може да се окажат прави, тъй като учените вече са успели да разделят атома на ядро и електрон, ядрото на протон и неутрон, а те от своя страна на кварки.
- Демокрит приема, че атомите имат ясна геометрична форма и следователно „острите“ атоми на огъня изгарят, грубите атоми твърди веществаса здраво държани заедно от техните издатини и гладките водни атоми се плъзгат през взаимодействието, в противен случай те текат.
- Джоузеф Томсън прави свой собствен модел на атома, който си представя като положително заредено тяло, в което електроните са сякаш "залепени". Неговият модел се наричаше Plum pudding model.
- Кварките са получили името си от американския физик Мъри Гел-Ман. Ученият искаше да използва дума, подобна на звука на крякане на патица (kwork). Но в романа на Джеймс Джойс „Бъдене по Финеган“ срещнах думата „кварк“ в реда „Три кварка за г-н Марк!“, чието значение не е точно определено и е възможно Джойс да я е използвал просто за рима. Мъри решава да назове частиците с тази дума, тъй като по това време са били известни само три кварка.
- Въпреки че фотоните, частици светлина, са безмасови, близо до черна дупка, те изглежда променят траекторията си, бивайки привлечени от нея с помощта на гравитационно взаимодействие. Всъщност свръхмасивното тяло огъва пространство-времето, поради което всякакви частици, включително тези без маса, променят траекторията си към черна дупка (виж).
- Големият адронен колайдер е „адронен“ именно защото сблъсква два насочени лъча адрони, частици с размери от порядъка на ядрото на атом, които участват във всички взаимодействия.
Всички елементарни частици от пет букви са изброени по-долу. За всяка от дефинициите е дадено кратко описание.
Ако имате какво да добавите, тогава по-долу е на ваше разположение форма за коментари, в която можете да изразите мнението си или да допълните статията.
Списък на елементарните частици
Фотон
Представлява квант електромагнитно излъчване, например светлина. Светлината от своя страна е явление, което се състои от потоци светлина. Фотонът е елементарна частица. Фотонът има неутрален заряд и нулева маса. Фотонно въртене равно на едно. Фотонът носи електромагнитното взаимодействие между заредените частици. Терминът фотон идва от гръцкото phos, което означава светлина.
Фонон
Това е квазичастица, квант от еластични вибрации и измествания на атоми и молекули на кристалната решетка от равновесно положение. В кристалните решетки атомите и молекулите постоянно взаимодействат, споделяйки енергия помежду си. В тази връзка е практически невъзможно да се изследват в тях явления, подобни на вибрации на отделни атоми. Следователно случайните вибрации на атомите обикновено се разглеждат според вида на разпространение звукови вълнивътре в кристалната решетка. Квантите на тези вълни са фонони. Терминът фонон идва от гръцкия телефон, звук.
Фазон
Фазонният флуктуон е квазичастица, която е възбуждане в сплави или в друга хетерофазна система, която образува потенциална яма (феромагнитна област) около заредена частица, да речем електрон, и я улавя.
Ротон
Това е квазичастица, която съответства на елементарно възбуждане в свръхфлуиден хелий, в областта на големите импулси, свързани с възникването на вихрово движение в свръхфлуидна течност. Ротон, в превод от латински означава - въртя се, въртя се. Ротонът се проявява при температура по-висока от 0,6 К и определя експоненциално зависими от температурата свойства на топлинния капацитет, като ентропия на нормална плътност и други.
Мезон
Това е нестабилна неелементарна частица. Мезонът е тежкият електрон в космическите лъчи.
Масата на мезона е по-голяма от масата на електрона и по-малка от масата на протона.
Мезоните имат четен брой кварки и антикварки. Мезоните включват пиони, каони и други тежки мезони.
Кварк
Това е елементарна частица материя, но засега само хипотетично. Кварките обикновено се наричат шест частици и техните античастици (антикварки), които от своя страна съставляват група от специални елементарни частици адрони.
Смята се, че частиците, които участват в силни взаимодействия, като протони, неврони и някои други, се състоят от тясно свързани помежду си кварки. Кварките постоянно съществуват в различни комбинации. Има теория, че кварките могат да съществуват в свободна форма, в първите моменти след големия взрив.
глуон
Елементарна частица. Според една теория, глуоните слепват заедно кварки, така да се каже, които от своя страна образуват частици като протони и неврони. Като цяло глуоните са най-малките частици, които образуват материя.
бозон
Бозон-квазичастица или Бозе-частица. Бозонът има нулев или цялочислен спин. Името е дадено в чест на физика Shatyendranath Bose. Един бозон е различен по това, че неограничен брой от тях могат да имат едно и също квантово състояние.
Адрон
Адронът е елементарна частица, която не е наистина елементарна. Състои се от кварки, антикварки и глуони. Адронът няма цветен заряд и участва в силни взаимодействия, включително ядрени. Терминът адрон от гръцки adros означава голям, масивен.