Элементарные частицы

Содержание
  1. Элементарные частицы. Тайны природы, которые нам предстоит открыть
  2. Какие бывают элементарные частицы
  3. Последняя «оболочка» была открыта не так давно и на данный момент считается самой маленькой. Она включает в себя все элементарные или фундаментальные частицы.
  4. Элементарные частицы, в отличие от атомов, — это не всегда реально существующие объекты. Это, скорее, модели, созданные для описания разных видов взаимодействий и свойств материи.
  5. I. Фермионы
  6. Как устроен атом
  7. Кварки — любители ходить в парах
  8. Лептоны — одиночки
  9. Лептоны похожи на волков-одиночек, и самый влиятельный и могущественный среди них (прямо как волк с Уолл-стрит) — электрон, самый распространенный и наиболее изученный лептон.
  10. Нейтрино — неуловимые лептоны
  11. Каждое нейтрино соответствует своему лептону (электрону, мюону, тау-лептону), так как напоминает его по своим квантовым характеристикам. Разные виды этих частиц, двигаясь совместно, могут переходить друг в друга — это называется нейтринной осцилляцией.
  12. II. Бозоны
  13. Глюоны напоминают кварки и фотоны одновременно: их никогда не видели в свободном состоянии, они не имеют заряда и в теории не обладают массой. Глюоны отвечают за передачу между кварками квантовой характеристики, называемой цветом (общее с теми цветами, которые мы видим, — только название).
  14. Составные частицы
  15. Самый известный вид составных частиц — адроны. Их делят на два вида: барионы и мезоны. Барионы — это частицы, состоящие из кварков, в том числе протоны и нейтроны; мезоны переносят взаимодействие между нуклонами в ядрах атомов.
  16. Однако сложность добавляет физике прелесть и очарование, которое притягивает новые пытливые умы. С помощью них мы, быть может, скоро создадим Теорию всего и постигнем все тайны мироздания.
  17. ЭЛЕМЕНТА́РНЫЕ ЧАСТИ́ЦЫ
  18. Элементарные частицы
  19. История открытия первых частиц
  20. Что такое спин?
  21. Стандартная модель частиц и взаимодействий
  22. Три взаимодействия таковы:
  23. Недостатки Стандартной модели
  24. Классификация частиц
  25. Интересные факты

Элементарные частицы. Тайны природы, которые нам предстоит открыть

Элементарные частицы

В конце XVIII — начале XIX века физики были твердо убеждены, что в их науке больше нечего исследовать и никаких прорывов в ней не предвидится.

Однако прошло всего полвека, и в научных журналах стали появляться статьи, описывавшие необъяснимые результаты экспериментов.

То Рентген откроет лучи, которые проникают через стекло и отклоняются в магнитном поле, то Беккерель засветит фотопластинку минералом урана… Эти явления заставили людей задуматься о том, что атомный мир намного сложнее, чем они думали.

Самой первой частицей, о которой узнали физики, стал электрон. Это понятие ввел еще в конце XIX века британский ученый Джордж Стоуни, чтобы описать перенос заряда в электрохимических процессах. А в 1897 году Джозеф Томсон, исследуя «катодные лучи», выяснил, что они состоят из частиц, обладающих также и волновыми свойствами.

Свойства волны и частицы во многом противоположны. Например, частица, ударяясь о препятствие, отскакивает, а волна может его огибать. Показателен в этом плане эксперимент Томаса Юнга, в котором ученый пропускал свет через две узкие щели.

Казалось бы, если фотоны (еще одна элементарная частица, квант света) — это частицы, то они должны проходить через щель и оставлять на экране за ней две полосы. Но оказалось, что полос гораздо больше! Всё это легко объяснимо, если принять, что фотон — это волна, а волнам свойственно огибать препятствия (это явление называется дифракцией).

Как рябь на воде огибает камень, так и электромагнитные волны могут «обходить» встречающиеся на их пути преграды.

Какие бывают элементарные частицы

После открытия электрона ученые ввели в картину мира фотон и остальные бозоны, дополнили список лептонов и открыли кварки.

С каждым витком развития науки люди стремились поделить вещество на мельчайшие части, чтобы понять, как оно устроено. Оказалось, что вся материя, которая нас окружает, похожа на матрешку с четырьмя оболочками:

  • то, что мы видим невооруженным глазом;
  • молекулярная структура;
  • атомная структура;
  • элементарный уровень.

Последняя «оболочка» была открыта не так давно и на данный момент считается самой маленькой. Она включает в себя все элементарные или фундаментальные частицы.

Да, их очень много  но так даже интереснее. Со времен открытия электрона ученые обнаружили огромное количество фундаментальных частиц и разделили их на две большие группы: фермионы (от фамилии итальянского физика Энрико Ферми) и бозоны (в честь индийского физика Сатьендры Нат Бозе).

Все частицы Стандартной модели, собранные в подобие системы Менделеева. Справа — бозоны, слева — фермионы

Элементарные частицы, в отличие от атомов, — это не всегда реально существующие объекты. Это, скорее, модели, созданные для описания разных видов взаимодействий и свойств материи.

Например, электромагнитное взаимодействие передается с помощью фотонов, ядро атома находится в стабильном состоянии благодаря мезонам — частицам, удерживающим протоны и нейтроны.

Физики выделяют разные виды взаимодействий (сильное, слабое, электромагнитное, гравитационное) и типы материи (атомы, антиматерия, темная материя, излучения). Чтобы изучить их свойства, нужно подробно описать их природу.

Во второй половине ХХ века группа ученых создала теорию под названием «Стандартная модель». Она помогла систематизировать большое количество открытых на тот момент элементарных частиц и соотнести каждую со своим видом материи или взаимодействия.

Сейчас эта теория считается завершенной и включает 17 видов элементарных частиц, вместе описывающих 3 фундаментальных взаимодействия и некоторую часть известных видов материи. Однако Стандартная модель описывает далеко не всё.

Например, в ее рамках нельзя описать силу гравитации, и ученые до сих пор ломают голову над тем, как бы ее объяснить.

Чтобы разобраться в мире элементарных частиц, мы расскажем обо всех 17 частицах Стандартной модели, разделив их на две большие группы: фермионы и бозоны.

I. Фермионы

В этот класс входят 12 обычных частиц и столько же античастиц. Они противоположны по заряду: например, античастица отрицательно заряженного электрона — это положительно заряженный позитрон.

Эти 12 частиц, в свою очередь, можно поделить на две группы по 6 штук: кварки и лептоны.

Как устроен атом

Атом состоит из ядра, в котором сосредоточено более 99 % его массы, и электронной оболочки, окружающей его, как облако. Электроны, составляющие внешнюю оболочку, — это элементарные частицы.

Ядро же состоит из протонов и нейтронов (вместе они называются нуклонами).

Протоны заряжены положительно, чтобы компенсировать отрицательный заряд электронов на внешней оболочке, а нейтроны, как следует из названия, вообще не имеют заряда и «склеивают» ядро, не давая ему распасться (как это происходит с радиоактивными элементами).

Кварки — любители ходить в парах

В отличие от электронов кварки не могут существовать в свободном состоянии и соединяются в пары.

Эти пары называются мезонами — это частицы, которые перемещаются между протонами и нейтронами и удерживают ядро в стабильном состоянии. Три кварка образуют нуклоны — протон или нейтрон.

Частицы, состоящие из четырех или пяти кварков, являются экзотическими и отчасти вызывают гравитационное взаимодействие между телами.

Лептоны — одиночки

Второй тип фермионов — лептоны, их свойства совершенно другие. Кварки не могут существовать поодиночке, а лептоны, наоборот, не могут соединяться (если это, конечно, не частица со своей античастицей: объединяясь, они исчезают, выделяя энергию).

Лептоны похожи на волков-одиночек, и самый влиятельный и могущественный среди них (прямо как волк с Уолл-стрит) — электрон, самый распространенный и наиболее изученный лептон.

Долгое время ученые не могли понять, в чем «сила» электрона. В конце концов они нашли этому одно разумное объяснение: электрон — это единственная стабильная заряженная частица из своего класса. Остальные 5 заряженных лептонов не существуют дольше 2 микросекунд: они либо распадаются на несколько более мелких частиц, либо, наоборот, соединяются в одну более крупную.

Нейтрино — неуловимые лептоны

Еще один вид лептонов — нейтрино, практически неуловимые частицы, которые движутся в космосе со скоростью света. Еще с середины ХХ века проводятся эксперименты, чтобы их поймать и изучить.

Многое в этих «неуловимых» частицах уже исследовано, и ученые даже пытались создать коммуникацию с их помощью, но идея осталась лишь в планах. Нейтрино могут быть индикаторами различных процессов, происходящих в ядрах звезд.

Например, в нашем Солнце протекает множество термоядерных реакций каждую секунду, и практически каждая такая реакция выделяет хотя бы одно нейтрино.

Нейтрино бывают нескольких видов: электронное, мюонное и тау-нейтрино. Все эти названия взяты не с потолка.

Каждое нейтрино соответствует своему лептону (электрону, мюону, тау-лептону), так как напоминает его по своим квантовым характеристикам. Разные виды этих частиц, двигаясь совместно, могут переходить друг в друга — это называется нейтринной осцилляцией.

Итак, фермионы бывают двух видов: кварки и лептоны. Первые могут существовать только группами, а вторые — только по отдельности. Первые входят в состав ядер атомов, вторые — в состав электронных оболочек этих атомов.

А теперь мы переходим ко второй, не менее интересной группе элементарных частиц — бозонам. Готовы спорить, что она у вас на слуху благодаря одному известному ее представителю.

II. Бозоны

Невольно возникает вопрос: а чем фермионы отличаются от бозонов? Всё дело в квантовой характеристике — спи́не.

У фермионов он дробный: чтобы при повороте в пространстве частица стала симметричной себе, надо повернуть ее больше чем на один полный оборот.

А у бозонов спин целый — то есть либо они одинаковы, как ни крути, либо для совмещения самих с собой в пространстве их нужно повернуть на 180 или 360 градусов.

Спин обуславливает обменное взаимодействие элементарных частиц, когда между двумя одинаково заряженными частицами может возникать связь (это свойство исчезает при переходе к большим системам). Если по законам классической механики два электрона должны отталкиваться, то квантовая механика «разрешает» им находиться относительно близко друг от друга — на одной орбитали.

Траектории движения элементарных частиц, образующихся в результате столкновения двух протонов

Бозоны, слава богу, не делятся ни на какие группы. В Стандартной модели их выделяют всего пять: фотон, W-бозон, Z-бозон, глюон и бозон Хиггса.

С фотоном мы уже знакомы, его функция — переносить электромагнитное возбуждение (то есть свет разного диапазона длин волн). W- и Z-бозоны — это своего рода волшебные палочки. W-бозоны переносят электрический заряд, понижая или повышая его у выбранной цели, и могут превращать один вид кварков в другой.

Z-бозоны помогают передавать импульс и спин от одной частицы к другой при их столкновении.

Выделяют 8 типов глюонов.

Глюоны напоминают кварки и фотоны одновременно: их никогда не видели в свободном состоянии, они не имеют заряда и в теории не обладают массой. Глюоны отвечают за передачу между кварками квантовой характеристики, называемой цветом (общее с теми цветами, которые мы видим, — только название).

Последний тип — бозоны Хиггса — очень странная вещь. Они существовали лишь теоретически, их долго не могли обнаружить, однако в 2012 году это удалось сделать с помощью Большого адронного коллайдера (БАК).

Бозон Хиггса обуславливает массы всех элементарных частиц. Его открытие завершило Стандартную модель.

Она описывает 3 вида взаимодействий: электромагнитное, сильное (между нуклонами в ядре атома) и слабое, но ее нельзя считать Теорией всего, так как она не описывает, например, гравитационное взаимодействие, темную материю и энергию. Так что у физики большое и светлое будущее.

Итак, бозоны переносят различные виды взаимодействий. Они имеют целочисленный спин и различаются между собой массой и свойствами. Существование всех этих частиц ученые уже доказали с помощью БАК.

Составные частицы

Фермионы и бозоны — это лишь основа всей физики элементарных частиц. Соединяясь, они образуют что-то вроде молекул. Это очень похоже на химическую реакцию: две элементарные частицы могут соединяться друг с другом, как и химические вещества.

Самый известный вид составных частиц — адроны. Их делят на два вида: барионы и мезоны. Барионы — это частицы, состоящие из кварков, в том числе протоны и нейтроны; мезоны переносят взаимодействие между нуклонами в ядрах атомов.

Физика элементарных частиц невероятно разнообразна. Кроме перечисленных основных классов выделяют также квазичастицы («почти»-частицы), которые формально не существуют: человек придумал их для описания различных природных процессов. Кроме того, есть много гипотетических частиц, существование которых экспериментально не подтверждено.

Сегодня мы знаем Вселенную едва ли на 0,1 %. С помощью физики мы пытаемся расширить границы познания и описать всё, что нам непонятно. Но каждый новый шаг вперед всё труднее: если пять лет назад вы были на острие прогресса и понимали всё, что происходит в вашей науке, то сегодня она вас озадачит своей сложностью и запутанностью.

Однако сложность добавляет физике прелесть и очарование, которое притягивает новые пытливые умы. С помощью них мы, быть может, скоро создадим Теорию всего и постигнем все тайны мироздания.

А потом природа преподнесет нам сюрприз, и окажется, что всё, что мы знали, — полная туфта.

Источник: https://knife.media/elementary-particles/

ЭЛЕМЕНТА́РНЫЕ ЧАСТИ́ЦЫ

Элементарные частицы

Авторы: Д. И. Казаков

ЭЛЕМЕНТА́РНЫЕ ЧАСТИ́ЦЫ, пер­вич­ные (не­де­ли­мые) мель­чай­шие час­ти­цы, из ко­то­рых со­сто­ит вся ма­те­рия. Ис­то­ри­че­ски к пер­вым Э. ч. от­но­си­ли ато­мы, пока не бы­ла об­на­ру­же­на их слож­ная струк­ту­ра: атом со­сто­ит из атом­но­го яд­ра и вра­щаю­щих­ся во­круг не­го элек­тро­нов.

От­кры­тие струк­ту­ры атом­ных ядер, по­стро­ен­ных из двух час­тиц, про­то­нов и ней­тро­нов, соб­ст­вен­но и ста­ло ро­ж­де­ни­ем фи­зи­ки Э. ч. К Э. ч. ста­ли от­но­сить про­то­ны, ней­тро­ны, элек­тро­ны и позд­нее ней­три­но.

Вся на­блю­дае­мая во­круг нас ма­те­рия со­сто­ит из ато­мов, ко­то­рые, в свою оче­редь, со­сто­ят из про­то­нов, ней­тро­нов и элек­тро­нов, а ней­три­но ро­ж­да­ют­ся в про­цес­се рас­па­да ней­тро­на.

Не­ко­то­рое вре­мя спус­тя бы­ло об­на­ру­же­но, что кро­ме этих час­тиц су­ще­ст­ву­ет ещё мно­го дру­гих, ко­то­рые, од­на­ко, име­ют очень ко­рот­кое вре­мя жиз­ни и поч­ти мгно­вен­но рас­па­да­ют­ся. На 2017 из­вест­но ок. 150 Э. ч., и чис­ло их воз­рас­та­ет.

В то же вре­мя в экс­пе­ри­мен­тах на ус­ко­ри­те­лях бы­ло об­на­ру­же­но, что по­дав­ляю­щее боль­шин­ст­во этих час­тиц не ис­тин­но эле­мен­тар­ные, а так­же яв­ля­ют­ся со­став­ны­ми. Даль­ней­шее раз­ви­тие фи­зи­ки Э. ч.

увен­ча­лось соз­да­ни­ем стан­дарт­ной мо­де­ли, в ко­то­рой ис­тин­но эле­мен­тар­ны­ми и бес­струк­тур­ны­ми счи­та­ют­ся 12 час­тиц (6 квар­ков и 6 леп­то­нов) и кван­ты – пе­ре­нос­чи­ки трёх фун­дам. взаи­мо­дей­ст­вий: фо­тон, ка­либ­ро­воч­ные бо­зо­ны W и Z и глю­он.

Сю­да же сле­ду­ет от­не­сти и бо­зон Хигг­са, иг­раю­щий в стан­дарт­ной мо­де­ли важ­ную роль и яв­ляю­щий­ся и Э. ч. ма­те­рии, и пе­ре­нос­чи­ком взаи­мо­дей­ст­вия (см. Хигг­са бо­зон).

Со­глас­но совр. пред­став­ле­ни­ям, Э. ч. опи­сы­ва­ют­ся кван­то­вой тео­ри­ей. Их клас­си­фи­ка­ция ос­но­ва­на на по­ня­тии кван­то­вых чи­сел, к ко­то­рым от­но­сят­ся за­ря­ды по от­но­ше­нию к разл.

взаи­мо­дей­ст­ви­ям, спин (соб­ст­вен­ный уг­ло­вой мо­мент), чёт­ность по от­но­ше­нию к про­стран­ст­вен­ным от­ра­же­ни­ям, ба­ри­он­ное и леп­тон­ное чис­ла и т. д. Все кван­то­вые чис­ла яв­ля­ют­ся со­хра­няю­щи­ми­ся ве­личи­на­ми, свя­зан­ны­ми с груп­пой сим­мет­рии. Стан­дарт­ная мо­дель ос­но­ва­на на уни­тар­ной груп­пе внутр.

сим­мет­рии SU(3)×SU(2)×U(1) и про­стран­ст­вен­ной груп­пе Пу­ан­ка­ре. Час­ти­цы так­же клас­си­фи­ци­ру­ют­ся со­глас­но тем взаи­мо­дей­ст­ви­ям, в ко­то­рых они при­ни­ма­ют уча­стие.

Эле­мен­тар­ные ча­сти­цы ма­те­рии раз­де­ля­ют­ся на квар­ки и леп­то­ны. Квар­ки уча­ст­ву­ют в силь­ных, сла­бых и элек­тро­маг­нит­ных взаи­мо­дей­ст­ви­ях. В силь­ных взаи­мо­дей­ст­ви­ях квар­ки вы­сту­па­ют в ви­де три­пле­тов; со­от­вет­ст­вую­щее кван­то­вое чис­ло, на­зы­вае­мое цве­том, при­ни­ма­ет 3 зна­че­ния.

В сла­бых взаи­мо­дей­ст­ви­ях квар­ки вы­сту­па­ют в ви­де дуб­ле­тов; со­от­вет­ст­вую­щее кван­то­вое чис­ло, на­зы­вае­мое сла­бым изо­спи­ном, при­ни­ма­ет 2 зна­че­ния. Элек­трич. за­ряд квар­ков дроб­ный: для u-квар­ка из изо­спи­но­во­го дуб­ле­та он ра­вен +2/3, для b-квар­ка –1/3 в еди­ни­цах за­ря­да элек­тро­на.

Квар­ки име­ют спин 1/2 и, сле­до­ва­тель­но, яв­ля­ют­ся фер­мио­на­ми.

Леп­то­ны уча­ст­ву­ют в сла­бых и элек­тро­маг­нит­ных взаи­мо­дей­ст­ви­ях. В сла­бых взаи­мо­дей­ст­ви­ях леп­то­ны, как и квар­ки, вы­сту­па­ют в ви­де дуб­ле­тов. Элек­трич. за­ряд леп­то­нов це­лый, рав­ный –1 у элек­тро­на и 0 у ней­три­но. Леп­то­ны так­же яв­ля­ют­ся фер­мио­на­ми и име­ют спин 1/2.

По­ка не до кон­ца яс­на при­ро­да лег­чай­ше­го леп­то­на – ней­три­но. Для ней­три­но, элек­три­че­ски ней­траль­ной час­ти­цы, воз­мож­на си­туа­ция, ко­гда оно яв­ля­ет­ся ан­ти­час­ти­цей са­мо­му се­бе.

В этом слу­чае его на­зы­ва­ют май­о­ра­нов­ским ней­три­но. Но ес­ли это раз­ные час­ти­цы, то то­гда ней­три­но яв­ля­ет­ся ди­ра­ков­ской час­ти­цей. Не­из­вест­но и аб­со­лют­ное зна­че­ние мас­сы ней­три­но, из­вест­ны толь­ко раз­но­сти масс ме­ж­ду разл.

сор­та­ми ней­три­но, ко­то­рые чрез­вы­чай­но ма­лы.

Су­ще­ст­ву­ют 3 по­ко­ле­ния квар­ков и леп­то­нов (рис.). Час­ти­цы раз­ных по­ко­ле­ний име­ют оди­на­ко­вые кван­то­вые чис­ла и раз­ли­ча­ют­ся толь­ко мас­са­ми, каж­дое сле­дую­щее по­ко­ле­ние тя­же­лее пре­ды­ду­ще­го.

Спектр масс квар­ков и леп­то­нов в стан­дарт­ной мо­де­ли про­из­воль­ный и про­сти­ра­ет­ся от до­лей эВ для ней­три­но и не­сколь­ких МэВ для лёг­ких квар­ков до не­сколь­ких ГэВ для тя­жё­лых квар­ков и леп­то­нов и сот­ни ГэВ для са­мой тя­жё­лой час­ти­цы – t-квар­ка.

Спектр масс не пред­ска­зы­ва­ет­ся стан­дарт­ной мо­де­лью и оп­ре­де­ля­ет­ся из экс­пе­рим. дан­ных. Мас­сы всех квар­ков и леп­то­нов воз­ни­ка­ют в ре­зуль­та­те их взаи­мо­дей­ст­вия с по­лем Хигг­са.

Квар­ки не на­блю­да­ют­ся в сво­бод­ном со­стоя­нии. Их мож­но на­блю­дать толь­ко в свя­зан­ных со­стоя­ни­ях, на­зы­вае­мых ад­ро­на­ми, ко­то­рые име­ют це­ло­чис­лен­ный элек­трич. за­ряд и ней­траль­ны по от­но­ше­нию к кван­то­во­му чис­лу «цвет».

Леп­то­ны, на­обо­рот, на­блю­да­ют­ся в сво­бод­ном со­стоя­нии и так­же «бес­цвет­ны». В стан­дарт­ной мо­де­ли счи­та­ет­ся, что квар­ки не мо­гут пе­ре­хо­дить в леп­то­ны и на­обо­рот, т. к.

эти про­цес­сы при­ве­ли бы к не­со­хра­не­нию ба­ри­он­но­го и леп­тон­но­го за­ря­дов. Эти за­ко­ны со­хра­не­ния не сле­ду­ют из об­щих прин­ци­пов сим­мет­рии, но на­дёж­но ус­та­нов­ле­ны экс­пе­ри­мен­таль­но.

Все квар­ки име­ют ба­ри­он­ный за­ряд, рав­ный 1/3, и леп­тон­ный за­ряд, рав­ный ну­лю, а леп­то­ны име­ют леп­тон­ный за­ряд, рав­ный 1, и ну­ле­вой ба­ри­он­ный за­ряд.

Со­глас­но кван­то­вой тео­рии, все взаи­мо­дей­ст­вия Э. ч. осу­ще­ст­в­ля­ют­ся за счёт об­ме­на кван­та­ми со­от­вет­ст­вую­щих по­лей. Пе­ре­нос­чик силь­но­го взаи­мо­дей­ст­вия – глю­он; он яв­ля­ет­ся ок­те­том по от­но­ше­нию к цве­ту и не име­ет ни изо­спи­на, ни элек­трич. за­ря­да.

Как и кварк, глю­он не на­блю­да­ет­ся в сво­бод­ном со­стоя­нии, а за­перт внут­ри ад­ро­нов. Пе­ре­нос­чи­ки сла­бых взаи­мо­дей­ст­вий – про­ме­жу­точ­ные век­тор­ные W- и Z-бо­зо­ны. Они «бес­цвет­ны», яв­ля­ют­ся три­пле­та­ми по от­но­ше­нию к сла­бо­му изо­спи­ну, W-бо­зон име­ет элек­трич.

за­ряд ±1, Z-бо­зон ней­тра­лен. Пе­ре­нос­чик элек­тро­маг­нит­но­го взаи­мо­дей­ст­вия – фо­тон; он «бес­цве­тен», не име­ет изо­спи­на и то­же ней­тра­лен. Пе­ре­нос­чи­ки всех этих взаи­мо­дей­ст­вий яв­ля­ют­ся бо­зо­на­ми и име­ют спин, рав­ный 1.

Они не не­сут ни ба­ри­он­но­го, ни леп­тон­но­го за­ря­да.

По­след­ней час­ти­цей в этом ря­ду сто­ит бо­зон Хигг­са. Он иг­ра­ет двоя­кую роль в стан­дарт­ной мо­де­ли: за счёт взаи­мо­дей­ст­вия с клас­сич.

со­став­ляю­щей хигг­сов­ско­го по­ля все час­ти­цы стан­дарт­ной мо­де­ли при­об­ре­та­ют мас­су, а сам хигг­сов­ский бо­зон яв­ля­ет­ся пе­ре­нос­чи­ком ещё од­но­го взаи­мо­дей­ст­вия ме­ж­ду квар­ка­ми и леп­то­на­ми, ин­тен­сив­ность ко­то­ро­го про­пор­цио­наль­на мас­сам час­тиц.

Он уча­ст­ву­ет так­же в сла­бых взаи­мо­дей­ст­ви­ях и яв­ля­ет­ся дуб­ле­том по от­но­ше­нию к сла­бо­му изо­спи­ну. Элек­трич. за­ряд бо­зо­на Хигг­са ра­вен ну­лю, спин так­же ну­ле­вой.

Со­глас­но экс­пе­рим. дан­ным по рас­падам Э. ч., а так­же с учё­том дан­ных по тем­пе­ра­тур­ным флук­туа­ци­ям мик­ро­вол­но­во­го фо­но­во­го из­лу­че­ния, чис­ло по­ко­ле­ний Э. ч. рав­но трём. Тео­ре­тич. объ­яс­не­ния это­го фак­та по­ка нет.

Это оз­на­ча­ет, что по­сколь­ку все пе­ре­чис­лен­ные вы­ше час­ти­цы от­кры­ты экс­пе­ри­мен­таль­но, то дру­гих, но­вых Э. ч. не су­ще­ст­ву­ет. Од­на­ко воз­мож­но су­ще­ст­во­ва­ние иных Э. ч., ко­то­рые не опи­сы­ва­ют­ся стан­дарт­ной мо­де­лью и по­ка не об­на­ру­же­ны, т. к.

они ли­бо слиш­ком тя­же­лы и не мо­гут ро­дить­ся на ус­ко­ри­те­лях час­тиц, ли­бо слиш­ком сла­бо взаи­мо­дей­ст­ву­ют с из­вест­ны­ми час­ти­ца­ми и по­это­му по­ка не об­на­ру­же­ны. При­ме­ром слу­жат ги­по­те­тич.

час­ти­цы, со­став­ляю­щие тём­ную ма­те­рию, ко­то­рая про­яв­ля­ет­ся за счёт свое­го гра­ви­тац. по­ля, но не за­ре­ги­ст­ри­ро­ва­на по­ка как ин­ди­ви­ду­аль­ная час­ти­ца.

К Э. ч. мо­жет быть от­не­сён так­же гра­ви­тон – квант гра­ви­тац. по­ля, но за­ре­ги­ст­ри­ро­вать его ещё труд­нее, по­сколь­ку в си­лу ис­клю­чи­тель­ной сла­бо­сти гра­ви­та­ци­он­но­го взаи­мо­дей­ст­вия тре­бу­ет­ся сре­до­то­чие ог­ром­ных масс для по­лу­че­ния силь­ной гра­ви­та­ции, что воз­мож­но лишь в ок­ре­ст­но­сти чёр­ных дыр.

Кро­ме час­тиц, в при­ро­де су­ще­ст­ву­ют ан­ти­час­ти­цы, со­став­ляю­щие ан­ти­ма­терию. Ка­ж­дая час­ти­ца име­ет сво­его парт­нё­ра, ан­ти­час­ти­цу, ко­то­рая име­ет те же са­мые свой­ст­ва и ту же мас­су, что и обыч­ная час­ти­ца, но про­ти­во­по­лож­ные зна­ки всех за­ря­дов.

Су­ще­ст­во­ва­ние ан­ти­час­тиц сле­ду­ет из урав­не­ний ре­ля­ти­ви­ст­ской кван­то­вой тео­рии по­ля, ко­то­рая опи­сы­ва­ет все Э. ч.

Не­на­блю­дае­мость ан­ти­час­тиц в ок­ру­жаю­щем нас ми­ре, при том что они все­гда ро­ж­да­ют­ся на ус­ко­ри­те­лях в па­ре с обыч­ны­ми час­ти­ца­ми, объ­яс­ня­ет­ся тем, что на ран­них ста­ди­ях эво­лю­ции Все­лен­ной был на­рушен ба­ланс ме­ж­ду час­ти­ца­ми и ан­ти­час­ти­ца­ми.

В ре­зуль­та­те час­тиц об­ра­зо­ва­лось боль­ше, чем ан­ти­час­тиц, про­изош­ла их вза­им­ная ан­ни­ги­ля­ция, и те час­ти­цы, ко­то­рые ос­та­лись, об­ра­зу­ют совр. Все­лен­ную.

По­сколь­ку ни квар­ки, ни глюо­ны не на­блю­да­ют­ся в сво­бод­ном со­стоя­нии, об их су­ще­ст­во­ва­нии из­вест­но кос­вен­но, из экс­пе­ри­мен­тов по рас­сея­нию про­то­нов и элек­тро­нов. Эти экс­пе­ри­мен­ты по­хо­жи на опы­ты Ре­зер­фор­да, в ко­то­рых бы­ло от­кры­то атом­ное яд­ро, и де­мон­ст­ри­ру­ют, что внут­ри про­то­нов и др.

ад­ро­нов на­хо­дят­ся то­чеч­ные со­став­ляю­щие, на ко­то­рых и про­ис­хо­дит рас­сея­ние. Та­ким об­ра­зом ус­та­нов­ле­но, что ад­ро­ны – со­став­ные час­ти­цы, об­ра­зо­ван­ные из квар­ков, а глюо­ны – «клей», ко­то­рый за счёт силь­но­го взаи­мо­дей­ст­вия не по­зво­ля­ет квар­кам раз­ле­теть­ся и де­ла­ет ад­ро­ны ста­биль­ны­ми.

Пер­во­на­чаль­но квар­ки бы­ли пред­ло­же­ны для клас­си­фи­ка­ции ад­ро­нов, но по­сле опы­тов по рас­сея­нию при­об­ре­ли ста­тус ре­аль­ных час­тиц. Ад­ро­ны, со­став­лен­ные из квар­ков, де­лят­ся на два боль­ших клас­са: ба­рио­ны (час­ти­цы с по­лу­це­лым спи­ном) и ме­зо­ны (час­ти­цы с це­лым спи­ном).

Ба­рио­ны со­сто­ят из трёх квар­ков. Так, напр., про­тон со­сто­ит их двух u-квар­ков и од­но­го d-квар­ка, при­чём цве­та квар­ков со­став­ле­ны так, что про­тон «бес­цве­тен», а спи­ны раз­но­на­прав­ле­ны, так что сум­мар­ный спин ока­зы­ва­ет­ся рав­ным 1/2. Элек­трич. за­ряд про­то­на ра­вен сум­ме за­ря­дов квар­ков и ра­вен +1.

Ней­трон по­стро­ен ана­ло­гич­ным об­ра­зом и со­сто­ит из двух d-квар­ков и од­но­го u-квар­ка. Су­ще­ст­ву­ют и ба­рио­ны со спи­ном 3/2. Все ба­рио­ны име­ют ба­ри­он­ный за­ряд, рав­ный 1. Из­на­чаль­но квар­ко­вая мо­дель ос­но­вы­ва­лась на трёх квар­ках (u, d и s) и все ба­рио­ны пред­став­ля­ли со­бой разл.

ком­би­на­ции, со­став­лен­ные из этих квар­ков.

Ме­зо­ны со­сто­ят из квар­ка и ан­тик­вар­ка и име­ют ба­ри­он­ный за­ряд, рав­ный ну­лю. Так, напр.

, лег­чай­шие силь­но­взаи­мо­дей­ст­вую­щие час­ти­цы – π-ме­зо­ны – име­ют сле­дую­щий квар­ко­вый со­став: $π{+}=u\overline d$, $π{-}=\overline ud$, $π0=u\overline u+d\overline d$. Чер­та над сим­во­лом квар­ка обо­зна­ча­ет ан­ти­кварк.

Спи­ны квар­ков раз­но­на­прав­ле­ны, и пол­ный спин π-ме­зо­на ра­вен ну­лю. Су­ще­ст­ву­ют ме­зо­ны и со спи­ном 1, ко­гда спи­ны со­став­ляю­щих их квар­ков од­но­на­прав­ле­ны.

Для сис­те­ма­ти­за­ции ад­рон­ных со­стоя­ний ис­поль­зо­ва­ли груп­пу уни­тар­ной сим­мет­рии SU(3), где чис­ло 3 со­от­вет­ст­вова­ло чис­лу квар­ков.

Все имею­щие­ся ба­рио­ны, со­став­лен­ные из трёх квар­ков, и ме­зо­ны, со­став­лен­ные из квар­ка и ан­тик­вар­ка, пре­крас­но ук­ла­ды­ва­ют­ся в пред­став­ле­ния этой груп­пы, та­кие как ок­тет, но­нет или де­ку­плет. Ес­ли бы час­ти­цы из муль­ти­пле­тов име­ли оди­на­ко­вые мас­сы, то сим­мет­рия бы­ла бы точ­ной.

Из-за раз­ли­чия масс квар­ков она на­ру­ша­ет­ся, од­на­ко это не при­во­дит к раз­ру­ше­нию муль­ти­пле­тов, ко­то­рые со­дер­жат все воз­мож­ные час­ти­цы и пра­виль­но пе­ре­да­ют их кван­то­вые чис­ла. Та­кая клас­си­фи­ка­ция час­тиц на ос­но­ве квар­ко­вой мо­де­ли по­лу­чи­ла назв.

вось­ме­рич­но­го пу­ти в со­от­вет­ст­вии с про­стей­шим муль­ти­пле­том. Ны­не, ко­гда из­вест­ны 6 квар­ков, груп­па сим­мет­рии долж­на быть рас­ши­ре­на до груп­пы SU(6) и все имею­щие­ся ад­ро­ны долж­ны при­над­ле­жать к пред­став­ле­ни­ям этой груп­пы.

Все пред­став­лен­ные вы­ше ад­ро­ны яв­ля­ют­ся «бес­цвет­ны­ми» ком­би­на­ция­ми цвет­ных квар­ков, но они не един­ст­вен­но воз­мож­ны. До­пус­ти­мы так­же ад­ро­ны, со­став­лен­ные из че­ты­рёх, пя­ти и шес­ти квар­ков и ан­тик­вар­ков. Они по­лу­чи­ли на­зва­ние эк­зо­тич. ад­ро­нов.

Их так­же на­зы­ва­ют тет­ра-, пен­та- и сек­ста­к­вар­ка­ми в за­ви­си­мо­сти от чис­ла со­став­ляю­щих их квар­ков. По­лу­че­но экс­пе­рим. под­твер­жде­ние их су­ще­ст­во­ва­ния. Воз­мож­но так­же су­ще­ст­во­ва­ние ад­ро­на, об­ра­зо­ван­но­го ис­клю­чи­тель­но из глюо­нов.

Он по­лу­чил на­зва­ние глю­бо­ла, но по­ка ещё дос­то­вер­но не иден­ти­фи­ци­ро­ван.

Боль­шин­ст­во Э. ч. не­ста­биль­ны и рас­па­да­ют­ся на бо­лее лёг­кие, ес­ли это не за­пре­ще­но за­ко­на­ми со­хра­не­ния энер­гии, элек­трич., цвет­но­го, ба­ри­он­но­го и леп­тон­но­го за­ря­дов. Ста­биль­ны фо­тон, элек­трон­ное и мю­он­ное ней­три­но, элек­трон, про­тон и их ан­ти­час­ти­цы. Ос­таль­ные Э. ч. са­мо­про­из­воль­но рас­па­да­ют­ся за вре­мя от ок.

103 с (для сво­бод­но­го ней­тро­на) до 10–17–10–24 (для ад­ро­нов). В обоб­ще­ни­ях стан­дарт­ной мо­де­ли при энер­ги­ях, за­ве­до­мо не­дос­туп­ных ус­ко­ри­те­лям, воз­мо­жен и рас­пад про­то­на, од­на­ко его вре­мя жиз­ни боль­ше 1034 лет, что на­мно­го пре­вы­ша­ет вре­мя жиз­ни Все­лен­ной. Экс­пе­рим. под­твер­жде­ния рас­па­да про­то­на по­ка не по­лу­че­но.

Источник: https://bigenc.ru/physics/text/4930453

Элементарные частицы

Элементарные частицы

  • Хочу выразить личную благодарность создателям сайта, очень познавательный сайт, жалко только что некоторые темы еще не оформлены, а так же хотелось бы поподробнее узнать об элементарных частицах, очень интересная тема.Ответить
  • Было бы очень интересно прочесть ваши комментарии к теории д.т.н. С.П.Полякова «Атрисное строение материи».Заранее благодарен.Дмитрий.Ответить
  • Самое интересное это то,что самая маленькая частица будет непостижимой, относи-тельно того времени, когда ее постигают !Ответить
  • Самое интересное это то,что самая маленькая частица будет непостижимой, относи-тельно того времени, когда ее постигают !Ответить
    • Отрицательные и положительные колебания волны-фотона.Фотон-не частица, а волновое движение, которое переносится возбуждёнными частицами разных размеров. На примере мяча:1.Без движения у мяча нет фотона-движения, способного при торможении отдавать свою энергию-фотон.2.При подбрасывании мяча от нижнего уровня покоя, равновесия, (+0) он тормозится тяжестью Вселенной и зависает на нулевом уровне, равном максимальной высоте, например, +10м=-10м=0.3.От верхнего уровня покоя -0=(начало=-10м) мяч начинает падать вниз, (-10м)…(-9м)…(-8м) … (-7м)…(-6м)…(0), ускоряемый от 0 м/с не таинственным притяжением ядра, тела планеты, а силой тяжести Вселенной, где сила проявляется механизмом домино по вертикали, толкая волнами от слоя к слою вниз, трансформируя и концентрируя на уменьшающуюся площадь поверхности шара-слоя. Здесь мы видим 2-а встречных ряда движений, как прилив (подъём) и отлив (падение), что математически отражаются положиткльными и отрицательными числами, чего математики-учителя с консервативным, остановившимся мышлением, не хотят изучать и принимать для руководства.27.12.2014г. Пивень Григорий.Ответить
  • На одном из сайтов «Звук. Звуковое оружие» один из физиков, его пароль rumorokarto-07-07-13.01 написал, что «в опытах было установлено, что мозг может резонировать на определенных частотах. Кроме резонанса мозга как упругоинерционного тела выявилась возможность перекрестного эффекта резонанса инфразвука с частотой альфа и бета-волн, существующих в мозгу каждого человека…»В опытах над чьими мозгами и откуда альфа и бета – волнам там резонировать – все это бред и обман для отвода глаз, обыкновенное членовредительство, облучение людей с разными целями- это облысение, сжигание волосяных покровов, сны в совокупности со звуковой волной и альфа, бета рентген волнами из лазер –луча-рентген луча- это сны, которые видят люди под внушением. То есть человек в теле носит звуковые волны – на tokamake идет круглоситочная трансляция – ночью люди видят сны, а днем они как роботы говорят и выполняют все что им внушают. Так людей и зомбируют. Люди носят в теле электромагнитные волны. Эти люди радиоуправляемые дистанционно, они в одну секунду могут превратиться в труппы — RU, а электричество не шутка и на этих волнах можно давать разное напряжение, а микроволнами перетягивают пальцы рук, стопы ног, аорту, делать спазмы внутренних органов и делать все это под диагнозы врачей. Физик с паролем rumorokarto-07-07 постеснялся написать о своих опытах с газами – это водород и плазма. Газ, который обжигает тело сверху и который вредит изнутри. Пузырьки газа в легких, в кишечнике, в желудке – это что? А газы – гелий, водород, плазма – все ионизированные – электрические. Плазму теперь принято называть электронным газом. Вот и представьте себя со звуковыми электромагнитными волнами в теле и Вас нашел рентген- лазер – луч, который видит вас насквозь. Лучом дадут напряжение на волне и вы труп. А что еще может сделать этот рентген – лазер – луч уже можно себе представить. Любой лазер – это электромагнит. Любые атомы газа проходят везде беспрепятственно – любая толщина стен, тела, батарей, земля, вода, воздух и т.д. Это и целенаправленные электромагнитные поля, в которых управляй чем и кем хочешь — вся бытовая техника и производственная, сам человек, которого шатает из стороны в сторону, от внушений и колебаний волнами в теле, ужас и боль и т.д. А еще этим газом наэлектризовывают частицы (атомы) любого вещества и струями, потоками переносят куда и кому захотят. Мы все слышим о воздушно – струйно – капельном методе – все это работает на земле. Эти газы они бесцветные и не имеют запаха, а их нам подают под разными запахами — это и бензин, и керосин, и пища, фекалии, моча, духи и т.д.Струйные технологии – это и газы, и летящие в рот оксиды металлов – обжигающие кислые и соленые и другие наэлектризованные частицы. Я напишу о себе: однажды и по сегодняшний день у меня в голове появился транзисторный шум и моим пальцами на столе, ночью на одеяле начали писать хорошо выведенными русскими предложениями следующее: «Я твой Бог. Я хочу поисповедовать тебя. Я буду уничтожать всю твою семью поочереди. Я требую чтобы ты об этом никому не рассказывала, иначе я буду издеваться над твоими детьми у тебя на глазах. Ты должна беспрекословно подчиняться и научиться слушать меня, тогда ты не почувствуешь боли и умрешь легко и спокойно. Ты помнишь, как мы наказали твою знакомую Лиду Котову. Мы сожгли ей костный мозг в позвоночнике и она лежала пока не сдохла, причем солями высушили ей руки, ноги и голову. Я могу тебе показать много всяких Колек и инвалидов. Вспомни как мы сводили с ума твою знакомую Симанину Свету, мы ей постоянно делали всякие видения, а потом остановилось сердце, как и Скоковой Натальи, наводили ужасы, делали такие колебания волн, что она не могла спать и заставляли ее бежать из дома ночью и гулять.В рот мне посыпались эти частицы солено-кислые, от газа в желудке пропал аппетит, сердце стучит, как бешенное от колебаний волн, по голове импульсивными ударами бьет электромагнитная волна и по позвоночнику струится электричество, а сверху газ, от которого высыхают ступни ног, кисти рук. На указательных пальцах язвочки, в которые сквозь бинты постоянно проникают атомы солено-кислые, ранки не зажигают. Доктора сделали рентген – диагностику уже дважды и дважды обнаружили кусочки проводниковых металлов. Лучом – магнитом поднимают волны в теле, за счет чего нарушается кровообращение во всех органах. От газа рассохся паркет, мебель, дает усадку постельное белье и одежда при стирке. На мобильном телефоне и электросчетчике большие суммы денег, зубы все повыбили, а бог пишет, что делает со всеми людьми так, чтобы люди без сожаления расставались с жизнью. Ночью открывает рты и вводит в рот что захочет, а также во влагалище и заднепроходное отверстие и пишет и спрашивает: « Ну как тебе, а я еще погазую». Тащит электромагнитом за копчик, чтобы быстро не ходила, а как больно, когда таскает за сухожилия и мышцы рук и ног. Полное всемогущество над всем на Земле. Шумеры (шум) звук знали и раньше, но не знали что газ ионизированный. Их за этой Токамакой работают трое: руководитель и двое его посвященных, иначе физически им было бы трудно вести трансляции круглосуточно. Пишут «нами все уже давно изучено, вот мы и управляем своей тайной властью, крутящие землю.Парниковые эффекты в холодильных камерах(газ), оксиды – быстро портятся продукты, то списывают, то усыхают, суммы на электронных весах (не правильный вес), на мобильнике и по телефону не позвонить, когда захочешь сам. И рассказы про миллион способов умертвить человека. А волны везде: на любой высоте, и на любой глубине. Они называют себя серыми (сирыми) убивают как кур, через голову, гипофиз, позвоночник. Бог всевидящий, всеслышащий и всемогущий и он знает мою фамилию и адрес и что до приезда в Санкт-Петербург, ни я ни мои дети ничем никогда не болели. Я работаю в школе и каждые полгода прохожу медосмотры. Вот вам и гетероструктуры, струйные технологии, газодинамика, хаотическая и резонансная динамика спутников и спутниковых систем, «исследование рентгеновского излучения плазмы», «одномодовые и многомодовые лазеры», «газовые видения на небе, плачущие иконы и разная другая мистика в век мирного атома. В Интернете много жалоб на разные институты, энергии, но бог един для всех и живет вы Белом городе на белом престоле и «голос говорящий с небес» его и гипер – тон-ия и остановки сердца и легких и всесожжения духом святым (газом и электричеством и нет ему равных и носятся эти звуки и пугают и больших и маленьких. Где металл – там магниту делать нечего, а он и в структурах почти всего сущего.Вот и Мои – сей, который водил дураков по пустыне. Стоят рассеиватели в Токамаке, есть радиотелеретронслятор, рентген – лазер – луч, волноводы, троидальная камера с магнитными стенками и катушкой. И все работает целенаправленно. Атомы без управления безвредны, все под управлением!А Бог пишет, что кроме меня на него никто не жалуется, все ко всему привыкли, изменить ничего нельзя. Люди кричат от боли и умирают, умирают от рук зомби, от дорожно-транспортных происшествий, от пьянства, суицидов и т.д.И неистово молятся, а они трое правят и никто ничего не может с ними сделать – так внушаемы люди, от этих круглосуточных и искусственно созданных забот, суеты и доверия. Вот уж где фашизм и настоящий ад.Любой медицинский прибор, промышленный приборы, приборы Роспотребнадзора под управлением электромагнитного луча могут показывать все что захочет Бог.Я написала этому Богу и просила прекратить нас сжигать атомами и оксидами. Подавала исковое заявление в Прокуратуру Санкт-Петербурга, Выборгский район, следственный отдел по Волховскому району. Из следственного отдела туда сходили, отписались актом проверки со слов самого Бога, а он себе не враг и на этом все закончилось. А Бог пишет «Ты не поверила, что внушения страшная сила, и что люди всего боятся, а я им в любое время внушу все, что захочу» А за что мне такие наказания от физика, лежать без движения, ведь он делает на мне все, что делает со мной физик rumorokarto-07-07-13.01. Бог пишет «А ты напиши на меня в Интернет» Я предупредила президента Медведева, что я напишу об этих сожжениях в Интернет, пусть люди знают о его величии, и величии Токамака за облаками.Адреса убитых, родственники живы, можно проверить.Город Новокубанск, Краснодарского края, Каплоново, ул. Цветочная д.2, Котова Лида (сожжение позвоночника)Город Армавир, Краснодарского края, ул. Володарского д.16, кв. 25 Симанина Светлана (остановка сердца)Поселок Пехинец, Ленинградской области, ул. Школьная д.23, Скокова Наташа и СергейГород Волхов, Ленинградская область, сжигают сухожилия рук и ног, чтобы человек лежал без движения.

    Город Колпино, Ленинградской области, Астахова Александра, военный городок, остановка легких.

    Ответить

  • Источник: https://elementy.ru/trefil/46/Elementarnye_chastitsy

    История открытия первых частиц

    О наименьших частицах, составляющих всю материю, было известно еще в древности. Однако, основоположниками так званого «атомизма» принято считать философа Древней Греции Левкиппа и его более известного ученика — Демокрита. Предполагается, что второй и ввел термин «атом». С древнегреческого «atomos» переводится как «неделимый», что определяет взгляды древних философов.

    Позднее стало известно, что атом все же можно разделить на два физических объекта – ядро и электрон. Последний впоследствии и стал первой элементарной частицей, когда в 1897-м году англичанин Джозеф Томсон провел эксперимент с катодными лучами и выявил, что они представляют собой поток одинаковых частиц с одинаковыми массой и зарядом.

    Параллельно с  работами Томсона, занимающийся исследованием рентгеновского излучения Анри Беккерель проводит опыты с ураном и открывает новый вид излучения.

    В 1898 году французская пара физиков – Мария и Пьер Кюри изучают различные радиоактивные вещества, обнаруживая то же самое радиоактивное излучение.

    Позже будет установлено, что оно состоит из альфа (2 протона и 2 нейтрона) и бета-частиц (электроны), а Беккерель и Кюри получат Нобелевскую премию.

    Проводя свои исследования с такими элементами как уран, радий и полоний, Мария Склодовская-Кюри не предпринимала никаких мер безопасности, в том числе не использовала даже перчатки. Как следствие в 1934 году ее настигла лейкемия. В память о достижениях великого ученого, открытый парой Кюри элемент, полоний, был назван в честь родины Марии – Polonia, с латинского – Польша.

    Фотография с V Сольвеевского конгресса 1927 год. Попробуйте найди всех ученых из этой статьи на данном фото.

    Начиная с 1905-го года, Альберт Эйнштейн посвящает свои публикации несовершенству волновой теории света, постулаты которой расходились с результатами экспериментов. Что впоследствии привело выдающегося физика к идее о «световом кванте» — порции света. Позже, в 1926-м году, он был назван как «фотон», в переводе с греческого «phos» («свет»), американским физиохимиком — Гилбертом Н. Льюисом.

    В 1913 году Эрнест Резерфорд, британский физик, основываясь на результатах уже проведенных на то время экспериментов, отметил, что массы ядер многих химических элементов кратны массе ядра водорода.

    Поэтому он предположил, что ядро водорода является составляющей ядер других элементов. В своем эксперименте Резерфорд облучал альфа-частицами атом азота, который в результате излучил некую частицу, названную Эрнестом как «протон», с др. греческого «протос» (первый, основной).

    Позже было экспериментально подтверждено, что протон – это ядро водорода.

    Очевидно, протон, не единственная составная часть ядер химических элементов. К такой мысли приводит тот факт, что два протона в ядре отталкивались бы, и атом мгновенно распадался.

    Поэтому Резерфорд выдвинул гипотезу о наличии еще одной частицы, которая имеет массу, равную массе протона, но является незаряженной. Некоторые опыты ученых по взаимодействию радиоактивных и более легких элементов, привели их к открытию еще одного нового излучения.

    В 1932-м году Джеймс Чедвик определил, что оно состоит из тех самых нейтральных частиц, которые назвал нейтронами.

    Таким образом, были открыты наиболее известные частицы: фотон, электрон, протон и нейтрон.

    Далее открытия новых субъядерных объектов становились все более частым событием, и на данный момент известно около 350 частиц, которые принято полагать «элементарными». Те из них, которые до сих пор не удалось расщепить, считаются бесструктурными и называются «фундаментальными».

    Что такое спин?

    Спин электрона

    Прежде чем переходить к дальнейшим инновациям в области физики, следует определиться с характеристиками всех частиц. К наиболее известным, не считая массы и электрического заряда, относится также и спин.

    Данная величина называется иначе как «собственный момент импульса» и никоим образом не связана с перемещением субъядерного объекта как целого. Ученым удалось обнаружить частицы со спином 0, ½, 1, 3/2 и 2.

    Чтобы представить наглядно, хоть и упрощенно, спин, как свойство объекта, рассмотрим следующий пример.

    Пусть у предмета имеется спин равный 1. Тогда такой объект при повороте на 360 градусов возвратится в исходное положение. На плоскости этим предметом может быть карандаш, который после разворота на 360 градусов окажется в исходном положении. В случае с нулевым спином, при любом вращении объекта он будет выглядеть всегда одинаково, к примеру, одноцветный мячик.

    Для спина ½ потребуется предмет, сохраняющий свой вид при развороте на 180 градусов. Им может быть все тот же карандаш, только симметрично наточенный с обеих сторон. Спин равный 2 потребует сохранения формы при повороте на 720 градусов, а 3/2 – 540.

    Данная характеристика имеет очень большое значение для физики элементарных частиц.

    Стандартная модель частиц и взаимодействий

    Стандартная модель в физике

    Имея внушительный набор микрообъектов, составляющих окружающий мир, ученые решили их структурировать, так образовалась известная всем теоретическая конструкция под названием «Стандартная модель». Она описывает три взаимодействия и 61 частицу при помощи 17-ти фундаментальных, некоторые из которых были ею предсказаны задолго до открытия.

    Три взаимодействия таковы:

    • Электромагнитное. Оно происходит между электрически заряженными частицами. В простом случае, известном со школы, — разноименно заряженные объекты притягиваются, а одноименно – отталкиваются. Происходит это посредством, так называемого переносчика электромагнитного взаимодействия – фотона.
    • Сильное, иначе – ядерное взаимодействие. Как ясно из названия, его действие распространяется на объекты порядка ядра атома, оно отвечает за притяжение протонов, нейтронов и прочих частиц, также состоящих из кварков. Сильное взаимодействие переносится при помощи глюонов.
    • Слабое.

      Действует на расстояниях в тысячу меньших размера ядра. В таком взаимодействии принимают участия лептоны и кварки, а также их античастицы. При этом в случае слабого взаимодействия они могут перевоплощаться друг в друга. Переносчиками являются бозоны W+, W− и Z0.

    Краткий обзор различных семейств элементарных и составных частиц

    Так Стандартная модель сформировалась следующим образом. Она включает шесть кварков, из которых состоят все адроны (частицы, подверженные сильному взаимодействию):

    • Верхний (u);
    • Очарованный (c);
    • Истинный (t);
    • Нижний (d);
    • Странный (s);
    • Прелестный (b).

    Видно, что эпитетов физикам не занимать. Другие 6 частиц – лептоны. Это фундаментальные частицы со спином  ½, которые не принимают участие в сильном взаимодействии.

    • Электрон;
    • Электронное нейтрино;
    • Мюон;
    • Мюонное нейтрино;
    • Тау-лептон;
    • Тау-нейтрино.

    А третьей группой Стандартной модели являются калибровочные бозоны, которые имеют спин равный 1 и представляются переносчиками взаимодействий:

    • Глюон – сильное;
    • Фотон – электромагнитное;
    • Z-бозон — слабое;
    • W-бозон – слабое.

    К ним также относится и недавно обнаруженный бозон Хиггса, частица со спином 0, которая, упрощенно говоря, наделяет все другие субъядерные объекты инертной массой.

    В результате, согласно Стандартной модели, наш мир выглядит таким образом: все вещество состоит из 6 кварков, образующих адроны, и 6 лептонов; все эти частицы могут участвовать в трех взаимодействиях, переносчиками которых являются калибровочные бозоны.

    Недостатки Стандартной модели

    Однако, еще до открытия бозона Хиггса – последней частицы, предсказываемой Стандартной моделью, ученые вышли за ее пределы. Ярким примером тому есть т.н. «гравитационное взаимодействие», которое сегодня находится наравне с другими. Предположительно, переносчиком его есть частица со спином 2, которая не имеет массы, и которую физикам еще не удалось обнаружить — «гравитон».

    Мало того, Стандартная модель описывает 61 частицу, а на сегодняшний день человечеству известно уже более 350 частиц. Это означает, что на достигнутом работа физиков-теоретиков не окончена.

    Классификация частиц

    Чтобы упростить себе жизнь, физики сгруппировали все частицы в зависимости от особенностей их строения и прочих характеристик. Классификация бывает по следующим признакам:

    • Время жизни.
      1. Стабильные. В их числе протон и антипротон, электрон и позитрон, фотон, а также гравитон. Существование стабильных частиц не ограничено временем, до тех пор, пока они находятся в свободном состоянии, т.е. не взаимодействуют с чем-либо.
      2. Нестабильные. Все остальные частицы спустя некоторое время распадаются на свои составные части, потому называются нестабильными. Например, мюон живет всего лишь 2,2 микросекунды, а протон — 2,9•10*29 лет, после чего может распасться на позитрон и нейтральный пион.
    • Масса.
      1. Безмассовые элементарные частицы, которых всего три: фотон, глюон и гравитон.
      2. Массивные частицы – все остальные.
    • Значение спина.
      1. Целый спин, в т.ч. нулевой, имеют частицы, которые называются бозоны.
      2. Частицы с полуцелым спином — фермионы.
    • Участие во взаимодействиях.
      1. Адроны (структурные частицы) – субъядерные объекты, что принимают участие во всех четырех типах взаимодействий. Ранее упоминалось, что они складываются с кварков. Адроны делятся на два подтипа: мезоны (целый спин, являются бозонами) и барионы (полуцелый спин — фермионы).
      2. Фундаментальные (бесструктурные частицы). К ним относятся лептоны, кварки и калибровочные бозоны (читайте ранее – «Стандартная модель..»).

    Ознакомившись с классификацией всех частиц, можно, к примеру, точно определить некоторые из них. Так нейтрон является фермионом, адроном, а точнее барионом, и нуклоном, то есть имеет полуцелый спин, состоит из кварков и участвует в 4-х взаимодействиях. Нуклон же – это общее название для протонов и нейтронов.

    Интересные факты

    • Интересно, что противники атомизма Демокрита, который предсказывал существование атомов, заявляли, что любое вещество в мире делится до бесконечности. В какой-то мере они могут оказаться правыми, так как ученым уже удалось разделить атом на ядро и электрон, ядро на протон и нейтрон, а их в свою очередь на кварки.
    • Демокрит предполагал, что атомы имеют четкую геометрическую форму, и потому «острые» атомы огня – обжигают, шершавые атомы твердых тел крепко скрепляются своими выступами, а гладкие атомы воды проскальзывают при взаимодействии, иначе – текут.
    • Джозеф Томсон составил собственную модель атома, который представлялся ему как положительно заряженное тело, в которое как бы «воткнуты» электроны. Его модель получила название «пудинг с изюмом» (Plum pudding model).
    • Кварки получили свое название благодаря американскому физику Мюррею Гелл-Манну. Ученый хотел использовать слово, похожее на звук кряканья утки (kwork). Но в романе Джеймса Джойса «Поминки по Финнегану» встретил слово «quark», в строке «Три кварка для мистера Марка!», смысл которого точно не определен и возможно, что Джойс использовал его просто для рифмы. Мюррей решил назвать частицы этим словом, так как на то время было известно лишь три кварка.
    • Хотя фотоны, частицы света, являются безмассовыми, вблизи черной дыры, кажется, что они меняют свою траекторию, притягиваясь к ней при помощи гравитационного взаимодействия. На самом же деле сверхмассивное тело искривляет пространство-время, из-за чего любые частицы, в том числе и не имеющие массы, меняют свою траекторию в сторону черной дыры (см. интересные эффекты гравитации).
    • Большой адронный коллайдер именно потому «адронный», что сталкивает два направленных пучка адронов, частиц размерами порядка ядра атома, которые участвуют во всех взаимодействиях.

    Источник: https://SpaceGid.com/elementarnyie-chastitsyi.html

    Booksm
    Добавить комментарий