Pagrindinės mūsų laikų materijos dalelės. pamatinė dalelė

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

3. Fundamentali įtampa

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

PAGRINDINĖ TIESA

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

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

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

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

MEDŽIAGŲ RŪŠYS

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

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

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

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

Nematomas pasaulis.

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

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

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

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

Sąveikos nešėjai.

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

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

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

Antimedžiaga.

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

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

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

Dalelių kartos.

Eksperimentai su greitintuvais parodė, kad medžiagos dalelių keturgubas (kvartetas) kartojasi mažiausiai du kartus daugiau didelės vertės masės. Antroje kartoje elektrono vietą užima miuonas (kurio masė apie 200 kartų didesnė už elektrono masę, bet su tomis pačiomis visų kitų krūvių reikšmėmis), elektrono neutrino vieta yra miuonas (kuris lydi miuoną silpnoje sąveikoje taip pat, kaip elektronas lydi elektronų neutriną), vieta Ir- kvarkas užima iš- kvarkas ( sužavėtas), bet d-kvarkas - s- kvarkas ( keista). Trečiojoje kartoje kvartetą sudaro tau leptonas, tau neutrinas, t- kvarkas ir b- kvarkas.

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

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

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

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

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

BOSONAI IR FERMIONAI, LAUKAS IR MEDŽIAGA

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

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

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

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

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

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

Suk.

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

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

MATUOKLIŲ TEORIJOS IR GEOMETRIJOS

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

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

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

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

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

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

taip pat žr

Parašykite apžvalgą apie straipsnį "Pagrindinė dalelė"

Pastabos

Nuorodos

• S. A. Slavatinskis// Maskvos fizikos ir technologijos institutas (Dolgoprudny, Maskvos sritis)
• Slavatinsky S.A. // SOZH, 2001, Nr. 2, p. 62–68 archyvas web.archive.org/web/20060116134302/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

Ištrauka, apibūdinanti Fundamentaliąją dalelę

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

Įvadas

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

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

Pagal šiuolaikines koncepcijas dalelių sąveika vykdoma išspinduliuojant ir vėliau sugeriant dalelę supančio atitinkamo lauko (stipraus, silpno, elektromagnetinio) kvantus. Tokie kvantai yra matuokliai bozonai, kurie taip pat yra pagrindinės dalelės. Bozonai turi savo kampinį impulsą, vadinamą sukiniu, lygų sveikajam Plancko konstantos $h = 1,05 \cdot 10^(-27) erg \cdot c$ reikšmei. Lauko kvantai ir atitinkamai stipriosios sąveikos nešėjai yra gliuonai, žymimi simboliu g, elektromagnetinio lauko kvantai yra gerai žinomi šviesos kvantai – fotonai, žymimi $\gamma $, o silpnojo lauko kvantai ir atitinkamai silpnosios sąveikos nešėjai W± (dvigubas ve) - ir Z 0 (zet nulis)-bozonai.

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

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

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

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

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

Leptonai

Pirmiausia išsamiau panagrinėkime leptonų savybes. Viršutinėje lentelės eilutėje 1 yra trys skirtingi neutrinai: elektronas $\nu_e$, miuonas $\nu_m$ ir tau neutrinas $\nu_t$. Jų masė dar nėra tiksliai išmatuota, bet nustatyta viršutinė jos riba, pavyzdžiui, kai ne lygi 10 -5 elektronų masės (tai yra $\leq 10^(-32)$ g).

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

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

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

$$e^- + e^+ \į \gamma + \gamma .$$

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

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

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

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

$$\mu^- \to e^- + \tilde \nu_e +\nu_(\mu)$$

Dar sunkesnis elektrono analogas yra $\tau$-leptonas (taonas). Jo masė yra daugiau nei 3 tūkstančius kartų didesnė už elektrono masę ($m_(\tau) = 1777$ MeV/c 2), tai yra, taonas yra sunkesnis už protoną ir neutroną. Jo tarnavimo laikas yra 2,9 10 -13 s, o iš daugiau nei šimto skirtingų jo skilimo schemų (kanalų) galimi šie dalykai:

$$\tau^-\left\langle\begin(matrica) \to e^- + \tilde \nu_e +\nu_(\tau)\\ \to \mu^- + \tilde \nu_\mu +\nu_ (\tau)\end(matrica)\right.$$

Kalbant apie leptonus, įdomu palyginti silpnąsias ir elektromagnetines jėgas tam tikru atstumu, pvz. R\u003d 10 -13 cm Esant tokiam atstumui, elektromagnetinės jėgos yra beveik 10 milijardų kartų didesnės už silpnąsias jėgas. Bet tai visai nereiškia, kad silpnų jėgų vaidmuo gamtoje yra mažas. Toli nuo to.

Būtent silpnosios jėgos yra atsakingos už daugybę tarpusavio įvairių dalelių virsmų kitomis dalelėmis, kaip, pavyzdžiui, reakcijose (2), (3), o tokios abipusės transformacijos yra vienas būdingiausių dalelių fizikos bruožų. Priešingai nei reakcijose (2), (3), reakcijoje (1) veikia elektromagnetinės jėgos.

Kalbant apie leptonus, reikia pridurti, kad šiuolaikinė teorija elektromagnetinę ir silpnąją sąveiką apibūdina vieningos elektrosilpnosios teorijos pagalba. Jį sukūrė S. Weinberg, A. Salam ir S. Glashow 1967 m.

Kvarkai

Pati kvarkų idėja kilo dėl puikaus bandymo klasifikuoti daugybę dalelių, dalyvaujančių stiprioje sąveikoje ir vadinamų hadronais. M. Gell-Man ir G. Zweigas teigė, kad visi hadronai susideda iš atitinkamo pagrindinių dalelių rinkinio – kvarkų, jų antikvarkų ir stiprios sąveikos nešėjų – gliuonų.

Bendras šiuo metu stebimų hadronų skaičius viršija šimtą dalelių (ir tiek pat antidalelių). Daugybė dešimčių dalelių dar neužregistruota. Visi hadronai yra suskirstyti į sunkiąsias daleles, vadinamas barionai, ir pavadinti vidurkiai mezonai.

Barionai apibūdinami barionų skaičiumi b= 1 dalelėms ir b = -1 antibarionams. Jų gimimas ir sunaikinimas visada vyksta poromis: barionas ir antibarionas. Mezonai turi barioninį krūvį b = 0. Pagal Gell-Mann ir Zweig idėją visi barionai susideda iš trijų kvarkų, antibarionai – iš trijų antikvarkų. Todėl kiekvienam kvarkui buvo priskirtas 1/3 bariono skaičius, kad iš viso barionas būtų b= 1 (arba -1 antibarionui, susidedančiam iš trijų antikvarkų). Mezonai turi bariono numerį b= 0, todėl jie gali būti sudaryti iš bet kurio kvarko ir bet kurio antikvarko porų derinio. Be kvantinių skaičių, kurie yra vienodi visiems kvarkams – sukinio ir bariono skaičiaus, yra ir kitų svarbių jų charakteristikų, tokių kaip ramybės masės dydis. m, elektros krūvio dydis K/e(elektronų krūvio dalimis e\u003d 1,6 · 10 -19 kulonų) ir tam tikras kvantinių skaičių rinkinys, apibūdinantis vadinamąjį. varškės skonio. Jie apima:

1) izotopinio sukinio reikšmė aš ir jo trečiosios projekcijos dydis, tai yra aš 3 . Taigi, u- kvarkas ir d-kvarkai sudaro izotopinį dubletą, jiems priskiriamas visas izotopinis sukinys aš= 1/2 su iškyšomis aš 3 = +1/2 atitinka u- kvarkas ir aš 3 = -1/2 atitinka d- kvarkas. Abu dubleto komponentai turi panašią masę ir yra identiški visomis kitomis savybėmis, išskyrus elektros krūvį;

2) kvantinis skaičius S- keistumas apibūdina keistą kai kurių dalelių, kurių gyvavimo laikas yra anomaliai ilgas (~10 -8 - 10 -13 s), keistą elgesį, palyginti su būdingu branduolio laiku (~10 -23 s). Pačios dalelės buvo vadinamos keistomis, turinčiomis vieną ar daugiau keistų kvarkų ir keistų antikvarkų. Keistų dalelių atsiradimas arba išnykimas dėl stiprios sąveikos vyksta poromis, tai yra, bet kurioje branduolinėje reakcijoje $\Sigma$S suma prieš reakciją turi būti lygi $\Sigma$S po reakcijos. Tačiau silpnoje sąveikoje keistumo išsaugojimo dėsnis negalioja.

Eksperimentuose su greitintuvais buvo pastebėtos dalelės, kurių nebuvo galima apibūdinti naudojant u-, d- Ir s-kvarkai. Analogiškai su keistenybe, reikėjo įvesti dar tris naujus kvarkus su naujais kvantiniais skaičiais NUO = +1, IN= -1 ir T= +1. Iš šių kvarkų sudarytų dalelių masė yra daug didesnė (> 2 GeV/c2). Jie turi daug įvairių skilimo schemų, kurių tarnavimo laikas yra ~10 -13 s. Visų kvarkų charakteristikų santrauka pateikta lentelėje. 2.

Kiekvienas kvarkas lentelėje. 2 atitinka jo antikvarką. Antikvarkų atveju visi kvantiniai skaičiai turi ženklą, priešingą nei nurodyta kvarkui. Apie kvarkų masės dydį reikia pasakyti taip. Pateikta lentelėje. 2 reikšmės atitinka plikų kvarkų mases, tai yra pačius kvarkus, neatsižvelgiant į juos supančius gliuonus. Išdirbtų kvarkų masė dėl gliuonų nešamos energijos yra didesnė. Tai ypač pastebima šviesiausiems u- Ir d-kvarkai, kurių gliuono sluoksnio energija yra apie 300 MeV.

Kvarkai, nulemiantys pagrindines dalelių fizines savybes, vadinami valentiniais kvarkais. Be valentinių kvarkų, hadronuose yra virtualių dalelių porų – kvarkų ir antikvarkų, kurias labai trumpą laiką išskiria ir sugeria gliuonai.

(kur E yra virtualios poros energija), kuri atsiranda pažeidžiant energijos tvermės dėsnį pagal Heisenbergo neapibrėžties santykį. Vadinamos virtualios kvarkų poros jūros kvarkai arba jūros kvarkai. Taigi hadronų struktūra apima valentinius ir jūros kvarkus bei gliuonus.

Pagrindinis visų kvarkų bruožas yra tas, kad jie yra atitinkamų stiprių krūvių savininkai. Stipraus lauko krūviai turi tris vienodas atmainas (elektros jėgų teorijoje vietoj vieno elektros krūvio). Istorinėje terminologijoje šie trys krūvio tipai vadinami kvarkų spalvomis, būtent: sąlyginai raudona, žalia ir mėlyna. Taigi kiekvienas kvarkas lentelėje. 1 ir 2 gali būti trijų formų ir yra spalvotos dalelės. Visų trijų spalvų maišymas, kaip ir optikoje, suteikia balta spalva, t.y. išvalo dalelę. Visi pastebėti hadronai yra bespalviai.

Kvarkų sąveiką vykdo aštuoni skirtingi gliuonai. Terminas „gluon“ reiškia, išvertus iš angliškai klijai, tai yra, šie lauko kvantai yra dalelės, kurios tarsi suklijuoja kvarkus. Kaip ir kvarkai, gliuonai yra spalvotos dalelės, tačiau kadangi kiekvienas gluonas vienu metu pakeičia dviejų kvarkų spalvas (kvarkas, kuris išskiria gliuoną, ir kvarkas, kuris sugeria gliuoną), gliuonas yra nuspalvintas du kartus, turintis spalvą ir antispalvę, skiriasi nuo spalvos.

Likusi gliuonų masė, kaip ir fotono, lygi nuliui. Be to, gliuonai yra elektriškai neutralūs ir neturi silpno krūvio.

Hadronai taip pat paprastai skirstomi į stabiliąsias daleles ir rezonansus: barionus ir mezonus.
Rezonansams būdingas itin trumpas gyvavimo laikas (~10 -20 -10 -24 s), nes jų skilimas vyksta dėl stiprios sąveikos.

Dešimtys tokių dalelių atrado amerikiečių fizikas L.V. Alvarezas. Kadangi tokių dalelių skilimo kelias yra toks trumpas, kad jų negalima pastebėti detektoriuose, registruojančiuose dalelių pėdsakus (pvz., burbulų kameroje ir pan.), jos visos buvo aptiktos netiesiogiai, pagal smailių priklausomybę nuo įvairių dalelių sąveikos energijos atžvilgiu tikimybė. 1 paveiksle paaiškinama, kas buvo pasakyta. Paveiksle parodyta teigiamo piono $\pi^+$ sąveikos skerspjūvio priklausomybė (proporcinga tikimybės reikšmei) su protonu p nuo piono kinetinės energijos. Esant maždaug 200 MeV energijai, skerspjūvio eigoje matoma smailė. Jo plotis yra $\Gamma = 110 $ MeV, o bendra dalelių masė $\Delta^(++)$ lygi $T^(")_(max)+M_p c^2+M_\pi c^2 =1232$ MeV /с 2 , kur $T^(")_(max)$ yra dalelių susidūrimo kinetinė energija jų masės centro sistemoje. Daugumą rezonansų galima suvokti kaip sužadintą stabilių dalelių būseną, nes jų kvarko sudėtis yra tokia pati kaip ir stabilių atitikmenų, nors rezonansų masė yra didesnė dėl sužadinimo energijos.

Hadronų kvarko modelis

Hadronų kvarko modelį pradėsime apibūdinti nuo lauko linijų, sklindančių iš šaltinio – kvarko su spalviniu krūviu ir baigiasi antikvarku (2 pav. b). Palyginimui, pav. 2, ir parodome, kad elektromagnetinės sąveikos atveju jėgos linijos nukrypsta nuo savo šaltinio – elektros krūvio kaip ventiliatoriaus, nes šaltinio vienu metu skleidžiami virtualūs fotonai tarpusavyje nesąveikauja. Rezultatas yra Kulono dėsnis.

Priešingai nei šiame paveikslėlyje, patys gliuonai turi spalvų krūvius ir stipriai sąveikauja vienas su kitu. Dėl to vietoj jėgos linijų ventiliatoriaus turime ryšulį, parodytą Fig. 2, b. Virvė ištempta tarp kvarko ir antikvarko, tačiau labiausiai stebina tai, kad patys gliuonai, turėdami spalvotus krūvius, tampa naujų gliuonų šaltiniais, kurių daugėja tolstant nuo kvarko.
Toks sąveikos modelis atitinka potencialios kvarkų sąveikos energijos priklausomybę nuo atstumo tarp jų, kaip parodyta Fig. 3. Būtent: iki atstumo R> 10–13 cm, priklausomybė U(R) yra piltuvo formos, o spalvos krūvio stiprumas šiame atstumų diapazone yra palyginti mažas, todėl kvarkai R> 10 -15 cm pirmuoju aproksimavimu gali būti laikomos laisvomis, nesąveikaujančiomis dalelėmis. Šis reiškinys turi specialų pavadinimą asimptotinė kvarkų laisvė mažuose R. Tačiau kai R daugiau nei tam tikra kritinė vertė $R_(cr) \apytiksliai 10^(-13)$ cm U(R) tampa tiesiogiai proporcinga vertei R. Iš to tiesiogiai išplaukia, kad jėga F = -dU/dR= const, tai yra, nepriklauso nuo atstumo. Jokia kita sąveika, kurią anksčiau tyrinėjo fizikai, neturėjo tokios neįprastos savybės.

Skaičiavimai rodo, kad jėgos, veikiančios tarp kvarko ir antikvarko, iš tiesų, pradedant nuo $R_(cr) \apytikriai 10_(-13)$ cm, nustoja priklausyti nuo atstumo, o lieka didžiulės vertės, artimos 20 tonų.. Per atstumą R~ 10 -12 cm (lygios vidutinių atomų branduolių spinduliui) spalvos jėgos yra daugiau nei 100 tūkstančių kartų didesnės už elektromagnetines jėgas. Jei palyginsime spalvų jėgą su branduolinėmis jėgomis tarp protono ir neutrono atomo branduolyje, paaiškės, kad spalvos jėga yra tūkstančius kartų didesnė! Taigi fizikams atsivėrė naujas grandiozinis spalvotų gamtos jėgų paveikslas, daug kartų didesnis už šiuo metu žinomas branduolines jėgas. Žinoma, iš karto kyla klausimas, ar tokias jėgas galima priversti veikti kaip energijos šaltinį. Deja, atsakymas į šį klausimą yra ne.

Natūralu, kad kyla kitas klausimas: į kokius atstumus R tarp kvarkų potenciali energija didėja tiesiškai didėja R?
Atsakymas paprastas: dideliais atstumais lauko linijų pluoštas nutrūksta, nes energetiškai naudingiau sudaryti pertrauką gimus kvarko-antikvarko dalelių porai. Tai atsitinka, kai potenciali energija lūžio metu yra didesnė už likusią kvarko ir antikvarko masę. Gliuono lauko jėgos linijų pluošto nutraukimo procesas parodytas fig. 2, in.

Tokios kokybinės idėjos apie kvarko-antikvarko gimimą leidžia suprasti, kodėl pavieniai kvarkai apskritai nėra stebimi ir negali būti stebimi gamtoje. Kvarkai amžinai įstrigę hadronų viduje. Šis kvarkų neišstūmimo reiškinys vadinamas įkalinimas. Esant didelei energijai, gali būti naudingiau, kad pluoštas iš karto sutrūktų daugelyje vietų, sudarydamas $q \tilde q$-porų rinkinį. Taip priartėjome prie daugiavaisio gimdymo problemos. kvarkas-antikvarkas poros ir kietųjų kvarkų čiurkšlių susidarymą.

Pirmiausia panagrinėkime šviesos hadronų, tai yra mezonų, struktūrą. Jie susideda, kaip jau minėjome, iš vieno kvarko ir vieno antikvarko.

Labai svarbu, kad abu poros partneriai turėtų vienodą spalvos užtaisą ir tą patį antikrūvį (pavyzdžiui, mėlynas kvarkas ir anti-mėlynas antikvarkas), kad jų pora, nepaisant kvarko skonio, neturėtų spalvos. (o mes stebime tik bespalves daleles).

Visi kvarkai ir antikvarkai turi sukimąsi (dalimis nuo h) lygus 1/2. Todėl bendras kvarko ir antikvarko derinio sukimas yra arba 0, kai sukiniai yra antilygiagretūs, arba 1, kai sukimai yra lygiagretūs vienas kitam. Tačiau dalelės sukimasis gali būti didesnis nei 1, jei patys kvarkai sukasi tam tikromis orbitomis dalelės viduje.

Lentelėje. 3 paveiksle pavaizduoti keli suporuoti ir sudėtingesni kvarkų deriniai, nurodant, kuriuos anksčiau žinomus hadronus atitinka šis kvarkų derinys.

Iš šiuo metu geriausiai ištirtų mezonų ir mezonų rezonansų didžiausią grupę sudaro lengvosios nearomatinės dalelės, kurių kvantiniai skaičiai S = C = B= 0. Šiai grupei priklauso apie 40 dalelių. 3 lentelė prasideda pionais $\pi$ ±,0, kuriuos atrado anglų fizikas S.F. Powellas 1949 m. Įkrauti pionai gyvena apie 10–8 s, suyra į leptonus pagal šias schemas:

$\pi^+ \to \mu + \nu_(\mu)$ ir $\pi^- \to \mu^- + \tilde \nu_(\mu)$.

Jų „giminaičiai“ lentelėje. 3 - rezonansai $\rho$ ±,0 (rho mezonai), skirtingai nei pionai, turi sukimąsi J= 1, jie yra nestabilūs ir gyvena tik apie 10–23 s. $\rho$ ±,0 skilimo priežastis yra stipri sąveika.

Įkrautų pionų skilimo priežastis yra silpna sąveika, būtent tai, kad dalelę sudarantys kvarkai dėl silpnos sąveikos gali trumpai skleisti ir sugerti. t pagal santykį (4) virtualūs bozonai: $u \to d + W^+$ arba $d \to u + W^-$, ir, skirtingai nei leptonai, taip pat yra vienos kartos kvarko perėjimai į kitos kartos kvarkas, pvz., $u \to b + W^+$ arba $u \to s + W^+$ ir pan., nors tokie perėjimai yra daug retesni nei perėjimai vienos kartos viduje. Tuo pačiu metu visų tokių transformacijų metu reakcijoje išsaugomas elektros krūvis.

Mezonų tyrimas, įskaitant s- Ir c-kvarkai, paskatino atrasti kelias dešimtis keistų ir žavių dalelių. Jų tyrimai dabar atliekami daugelyje mokslo centrai ramybė.

Mezonų tyrimas, įskaitant b- Ir t-kvarkai, intensyviai prasidėjo prie greitintuvų, ir apie juos kol kas plačiau nekalbėsime.

Pereikime prie sunkiųjų hadronų, tai yra barionų, svarstymo. Jie visi sudaryti iš trijų kvarkų, bet iš tų, kurie turi visas tris spalvas, nes, kaip ir mezonai, visi barionai yra bespalviai. Barionuose esantys kvarkai gali judėti orbitoje. Šiuo atveju bendras dalelės sukimasis viršys bendrą kvarkų sukimąsi, lygų 1/2 arba 3/2 (jei visų trijų kvarkų sukiniai yra lygiagrečiai vienas kitam).

Mažiausios masės barionas yra protonas p(žr. 3 lentelę). Visi atomų branduoliai sudaryti iš protonų ir neutronų. cheminiai elementai. Protonų skaičius branduolyje lemia jo bendrą elektros krūvį Z.

Kita pagrindinė atomo branduolio dalelė yra neutronas. n. Neutronas yra šiek tiek sunkesnis už protoną, nestabilus ir laisvoje būsenoje, kurio gyvavimo laikas yra apie 900 s, suyra į protoną, elektroną ir neutriną. Lentelėje. 3 parodyta protono kvarko būsena uud ir neutroną udd. Tačiau su šio kvarkų derinio sukimu J= 3/2, atitinkamai susidaro rezonansai $\Delta^+$ ir $D^0$. Visi kiti barionai sudaryti iš sunkesnių kvarkų s, b, t, ir turi daug didesnę masę. Tarp jų buvo ypač įdomu W- -hiperonas, susidedantis iš trijų keistų kvarkų. Pirmą kartą jis buvo aptiktas popieriuje, tai yra skaičiavimais, naudojant barionų kvarkų struktūros idėjas. Visos pagrindinės šios dalelės savybės buvo nuspėjamos ir vėliau patvirtintos eksperimentais.

Daugelis eksperimentiškai stebimų faktų dabar įtikinamai byloja apie kvarkų egzistavimą. Visų pirma, mes kalbame apie naujo elektronų ir pozitronų susidūrimo reakcijos proceso atradimą, dėl kurio susidaro kvarkų-antikvarko purkštukai. Šio proceso schema parodyta fig. 4. Eksperimentas buvo atliktas su greitintuvais Vokietijoje ir JAV. Rodyklės rodo sijų kryptis paveikslėlyje e+ ir e- , o iš jų susidūrimo taško išsiskiria kvarkas q ir antikvarkas $\tilde q$ zenito kampu $\Theta$ į skrydžio kryptį e+ ir e- . Ši $q+\tilde q$ pora susidaro reakcijos metu

$$e^+ + e^- \to \gamma_(virt) \to q + \tilde q$$

Kaip jau minėjome, jėgos linijų turniketas (dažniau sakoma, kad styga) suskaidoma į savo komponentus pakankamai stipriai.
Esant didelei kvarko ir antikvarko energijoms, kaip minėta anksčiau, styga daugelyje vietų nutrūksta, todėl išilgai q kvarko ir antikvarko skrydžio linijos abiem kryptimis susidaro du siauri antrinių bespalvių dalelių pluoštai, kaip parodyta pav. 4. Tokie dalelių pluoštai vadinami čiurkšlėmis. Eksperimento metu gana dažnai stebimas trijų, keturių ar daugiau dalelių čiurkšlių susidarymas vienu metu.

Eksperimentuose, kurie buvo atlikti su superpagreičio energijomis kosminiuose spinduliuose, kuriuose dalyvavo ir šio straipsnio autorius, buvo gautos, kaip sakant, daugelio purkštukų susidarymo proceso nuotraukos. Faktas yra tas, kad virvė ar styga yra vienmatė, todėl trijų, keturių ar daugiau purkštukų formavimosi centrai taip pat yra išilgai tiesios linijos.

Teorija, apibūdinanti stiprią sąveiką, vadinama kvantinė chromodinamika arba sutrumpintai QCD. Tai daug sudėtingesnė nei elektrosilpnos sąveikos teorija. QCD ypač sėkmingai apibūdina vadinamuosius kietuosius procesus, tai yra dalelių sąveikos procesus su dideliu impulsų perdavimu tarp dalelių. Nors teorijos kūrimas dar nebaigtas, daugelis teorinių fizikų jau užsiima „didžiosios unifikacijos“ kūrimu – kvantinės chromodinamikos ir elektrosilpnos sąveikos teorijos sujungimą į vieną teoriją.

Pabaigoje trumpai apsistokime ties tuo, ar šeši leptonai ir 18 įvairiaspalvių kvarkų (ir jų antidalelių), taip pat pagrindinių laukų kvantai išnaudoja fotoną, W ± -, Z 0 -bozonai, aštuoni gliuonai ir galiausiai gravitacinio lauko kvantai - gravitonai - visas tikrai elementarių, tiksliau, fundamentalių dalelių arsenalas. Matyt, ne. Greičiausiai aprašytos dalelių ir laukų nuotraukos yra tik mūsų dabartinių žinių atspindys. Ne veltui jau dabar yra daug teorinių idėjų, kuriose pristatoma didelė vadinamųjų supersimetrinių dalelių grupė, supersunkių kvarkų oktetas ir daug daugiau.

Akivaizdu, šiuolaikinė fizika dar toli nuo visiškos dalelių teorijos sukūrimo. Galbūt didysis fizikas Albertas Einšteinas buvo teisus, manydamas, kad tik atsižvelgus į gravitaciją, nepaisant to, kad ji dabar atrodo nedidelis vaidmuo mikrokosme, bus galima sukurti griežtą dalelių teoriją. Bet visa tai jau XXI amžiuje ar dar vėliau.

Literatūra

1. Okun L.B. Elementariųjų dalelių fizika. Maskva: Nauka, 1988 m.

2. Kobzarev I.Yu. Laureatai Nobelio premija 1979: S. Weinberg, S. Glashow, A. Salam // Gamta. 1980. N 1. S. 84.

3. Zeldovičius Ya.B. Elementariųjų dalelių ir kvarkų klasifikacija pristatyme pėstiesiems // Uspekhi nat. Mokslai. 1965. T. 8. S. 303.

4. Krainovas V.P. Energijos ir laiko neapibrėžtumo santykis // Soroso edukacinis žurnalas. 1998. N 5. S. 77-82.

5. I. Nambu, „Kodėl nėra laisvųjų kvarkų“, Usp. Phys. Mokslai. 1978. V. 124. S. 146.

6. Ždanovas G.B., Maksimenko V.M., Slavatinsky S.A. Eksperimentas „Pamyras“ // Gamta. 1984. Nr. 11. S. 24

Straipsnio recenzentas L.I. Sarychevas

S. A. Slavatinskis Maskvos fizikos ir technologijos institutas, Dolgoprudny, Maskvos sritis