Nga mund të lindin grimca të ndryshme reale themelore. Grimcat elementare

Treguar në Fig. 1 fermionet themelore, që kanë rrotullim ½, janë "tullat e para" të materies. Ato janë paraqitur leptonet(elektrone e, neutrinot, etj.) – grimca që nuk marrin pjesë në të fortë ndërveprimet bërthamore dhe kuarket, të cilat marrin pjesë në ndërveprime të forta. Grimcat bërthamore përbëhen nga kuarke - hadronet(protonet, neutronet dhe mezonet). Secila prej këtyre grimcave ka antigrimcën e saj, e cila duhet të vendoset në të njëjtën qelizë. Simboli për një antigrimcë dallohet nga një tildë (~).

Nga gjashtë varietetet e kuarkeve ose gjashtë aromat ngarkesë elektrike 2/3 (në njësi të ngarkesës elementare e) kanë një sipërme ( u), i magjepsur ( c) dhe e vertete ( t) kuarke, dhe me një ngarkesë prej –1/3 – fundi ( d), e çuditshme ( s) dhe e bukur ( b) kuarke. Antiket me të njëjtat aroma do të kenë ngarkesë elektrike përkatësisht –2/3 dhe 1/3.

Në kromodinamikën kuantike (teoria e ndërveprimit të fortë), kuarkut dhe antikuarkut u caktohen tre lloje ngarkesash të forta ndërveprimi: e kuqe R(anti-kuqe); jeshile G(anti-gjelbër); blu B(anti-blu). Ndërveprimi i ngjyrave (i fortë) lidh kuarkët në hadrone. Këto të fundit ndahen në barionet, i përbërë nga tre kuarke, dhe mezonet, i përbërë nga dy kuarke. Për shembull, protonet dhe neutronet, të cilat klasifikohen si barione, kanë përbërjen e mëposhtme të kuarkut:

fq = (uud) Dhe, n = (ddu) Dhe.

Si shembull, le të japim përbërjen e një treshe të mesoneve pi:

, ,

Është e lehtë të shihet nga këto formula se ngarkesa e protonit është +1, dhe ajo e antiprotonit është –1. Neutroni dhe antineutroni kanë ngarkesë zero. Rrotullimet e kuarkeve në këto grimca mblidhen në mënyrë që rrotullimet e tyre totale të jenë të barabarta me ½. Kombinimet e këtyre kuarkeve të njëjta janë gjithashtu të mundshme, për të cilat rrotullimet totale janë të barabarta me 3/2. Grimca të tilla elementare (D ++, D +, D 0, D –) janë zbuluar dhe i përkasin rezonancave, d.m.th. hadronet jetëshkurtër.

Procesi i njohur i zbërthimit radioaktiv b, i cili përfaqësohet nga diagrami

n ® fq + e + ,

nga pikëpamja e teorisë së kuarkut duket si

(udd) ® ( uud) + e+ ose d ® u + e + .

Megjithë përpjekjet e përsëritura, nuk ishte e mundur të zbuloheshin kuarkë të lirë në eksperimente. Kjo sugjeron që kuarkët, me sa duket, shfaqen vetëm në përbërjen e grimcave më komplekse ( kapja e kuarkut). Një shpjegim i plotë i këtij fenomeni nuk është dhënë deri më sot.

Nga Fig. 1 është e qartë se ekziston një simetri midis leptoneve dhe kuarkeve, e quajtur simetri kuark-lepton. Grimcat në vijën e sipërme kanë një ngarkesë më të madhe se grimcat në vijën e poshtme. Grimcat në kolonën e parë i përkasin gjeneratës së parë, e dyta - gjeneratës së dytë dhe kolona e tretë - gjeneratës së tretë. Vetë kuarkët c, b Dhe t u parashikuan në bazë të kësaj simetrie. Lënda rreth nesh përbëhet nga grimca të gjeneratës së parë. Cili është roli i grimcave të gjeneratës së dytë dhe të tretë? Nuk ka ende një përgjigje përfundimtare për këtë pyetje.

Këto tre grimca (si dhe të tjera të përshkruara më poshtë) tërhiqen dhe zmbrapsen reciprokisht sipas tyre akuzat, nga të cilat ekzistojnë vetëm katër lloje sipas numrit të forcave themelore të natyrës. Ngarkesat mund të renditen në rend zbritës të forcave përkatëse si më poshtë: ngarkesa me ngjyra (forcat e ndërveprimit ndërmjet kuarkeve); ngarkesa elektrike (forcat elektrike dhe magnetike); ngarkesë e dobët (forcat në disa procese radioaktive); së fundi, masa (forca gravitacionale, ose ndërveprimi gravitacional). Fjala "ngjyrë" këtu nuk ka të bëjë fare me ngjyrën dritë e dukshme; është thjesht karakteristikë e një ngarkese të fortë dhe e forcave më të mëdha.

Akuzat janë të shpëtuar, d.m.th. ngarkesa që hyn në sistem është e barabartë me ngarkesën që del prej tij. Nëse ngarkesa totale elektrike e një numri të caktuar grimcash para bashkëveprimit të tyre është e barabartë me, të themi, 342 njësi, atëherë pas bashkëveprimit, pavarësisht nga rezultati i tij, do të jetë e barabartë me 342 njësi. Kjo vlen edhe për ngarkesat e tjera: ngjyra (ngarkesa e fortë ndërveprimi), e dobët dhe masa (masa). Grimcat ndryshojnë në ngarkesat e tyre: në thelb, ato "janë" këto ngarkesa. Akuzat janë si një "çertifikatë" e së drejtës për t'iu përgjigjur forcës së duhur. Kështu, vetëm grimcat me ngjyrë ndikohen nga forcat e ngjyrave, vetëm grimcat e ngarkuara elektrike ndikohen nga forcat elektrike, etj. Vetitë e një grimce përcaktohen nga forca më e madhe që vepron mbi të. Vetëm kuarkët janë bartës të të gjitha ngarkesave dhe, për rrjedhojë, i nënshtrohen veprimit të të gjitha forcave, ndër të cilat mbizotëruesja është ngjyra. Elektronet kanë të gjitha ngarkesat përveç ngjyrës, dhe forca mbizotëruese për to është forca elektromagnetike.

Më të qëndrueshmet në natyrë janë, si rregull, kombinimet neutrale të grimcave në të cilat ngarkesa e grimcave të një shenje kompensohet nga ngarkesa totale e grimcave të shenjës tjetër. Kjo korrespondon me energjinë minimale të të gjithë sistemit. (Në të njëjtën mënyrë, dy magnet me shirita janë të vendosur në një vijë, me polin verior të njërit përballë polit jugor të tjetrit, që korrespondon me energjinë minimale të fushës magnetike.) Graviteti është një përjashtim nga ky rregull: negative masa nuk ekziston. Nuk ka trupa që bien lart.

LLOJET E LËNDËS

Lënda e zakonshme formohet nga elektronet dhe kuarkët, të grupuar në objekte me ngjyrë neutrale dhe më pas në ngarkesë elektrike. Fuqia e ngjyrës neutralizohet, siç do të diskutohet më në detaje më poshtë, kur grimcat kombinohen në treshe. (Prandaj vetë termi "ngjyrë", marrë nga optika: tre ngjyra kryesore kur përzihen prodhojnë të bardhë.) Kështu, kuarkët për të cilët forca e ngjyrës është kryesore formojnë treshe. Por kuarke, dhe ata janë të ndarë në u-quarks (nga anglishtja lart - lart) dhe d-Kuarkët (nga anglishtja poshtë - poshtë), gjithashtu kanë një ngarkesë elektrike të barabartë me u-kuark dhe për d- kuark. Dy u-kuark dhe një d-Kuarkët japin një ngarkesë elektrike +1 dhe formojnë një proton dhe një u-kuark dhe dy d-Kuarkët japin ngarkesë elektrike zero dhe formojnë një neutron.

Protonet dhe neutronet e qëndrueshme, të tërhequr nga njëri-tjetri nga forcat e mbetura të ngjyrave të ndërveprimit midis kuarkeve të tyre përbërëse, formojnë një bërthamë atomike neutrale ndaj ngjyrave. Por bërthamat mbajnë një ngarkesë elektrike pozitive dhe, duke tërhequr elektrone negative që rrotullohen rreth bërthamës si planetët që rrotullohen rreth Diellit, priren të formojnë një atom neutral. Elektronet në orbitat e tyre hiqen nga bërthama në distanca dhjetëra mijëra herë më të mëdha se rrezja e bërthamës - dëshmi se forcat elektrike që i mbajnë ato janë shumë më të dobëta se ato bërthamore. Falë fuqisë së ndërveprimit të ngjyrave, 99,945% e masës së një atomi gjendet në bërthamën e tij. Pesha u- Dhe d-Kuarkët janë rreth 600 herë më shumë se masa e një elektroni. Prandaj, elektronet janë shumë më të lehta dhe më të lëvizshme se bërthamat. Lëvizja e tyre në materie shkaktohet nga fenomene elektrike.

Ekzistojnë disa qindra lloje natyrore të atomeve (përfshirë izotopet), që ndryshojnë në numrin e neutroneve dhe protoneve në bërthamë dhe, në përputhje me rrethanat, në numrin e elektroneve në orbitat e tyre. Më i thjeshti është atomi i hidrogjenit, i përbërë nga një bërthamë në formën e një protoni dhe një elektron të vetëm që rrotullohet rreth tij. E gjithë lënda "e dukshme" në natyrë përbëhet nga atome dhe atome pjesërisht "të çmontuara", të cilat quhen jone. Jonet janë atome që, pasi kanë humbur (ose fituar) disa elektrone, janë bërë grimca të ngarkuara. Lënda që përbëhet pothuajse tërësisht nga jone quhet plazma. Yjet që digjen për shkak të reaksioneve termonukleare që ndodhin në qendra përbëhen kryesisht nga plazma, dhe duke qenë se yjet janë forma më e zakonshme e materies në Univers, mund të themi se i gjithë Universi përbëhet kryesisht nga plazma. Më saktësisht, yjet janë kryesisht gaz hidrogjen i jonizuar plotësisht, d.m.th. një përzierje e protoneve dhe elektroneve individuale, dhe për këtë arsye, pothuajse i gjithë Universi i dukshëm përbëhet prej tij.

Kjo është një çështje e dukshme. Por ka edhe materie të padukshme në Univers. Dhe ka grimca që veprojnë si bartës të forcës. Ekzistojnë antigrimca dhe gjendje të ngacmuara të disa grimcave. E gjithë kjo çon në një bollëk qartësisht të tepruar të grimcave "elementare". Në këtë bollëk mund të gjesh një tregues të natyrës aktuale, të vërtetë të grimcave elementare dhe forcave që veprojnë ndërmjet tyre. Sipas teorive më të fundit, grimcat mund të jenë në thelb objekte gjeometrike të zgjeruara - "vargje" në hapësirën dhjetë-dimensionale.

Bota e padukshme.

Nuk ka vetëm materie të dukshme në Univers (por edhe vrima të zeza dhe "materie e errët", siç janë planetët e ftohtë që bëhen të dukshëm kur ndriçohen). Ekziston gjithashtu një lëndë vërtet e padukshme që përshkon të gjithë ne dhe gjithë universin çdo sekondë. Është një gaz me lëvizje të shpejtë grimcash të një lloji - neutrinot elektronike.

Një neutrino elektronike është partner i një elektroni, por nuk ka ngarkesë elektrike. Neutrinot mbajnë vetëm një të ashtuquajtur ngarkesë të dobët. Masa e tyre e pushimit është, sipas të gjitha gjasave, zero. Por ato ndërveprojnë me fushën gravitacionale sepse kanë energji kinetike E, që korrespondon me masën efektive m, sipas formulës së Ajnshtajnit E = mc 2 ku c- shpejtësia e dritës.

Roli kryesor i neutrinës është se ai kontribuon në transformimin Dhe- kuarke në d-kuarke, si rezultat i të cilave protoni shndërrohet në një neutron. Neutrinot veprojnë si "gjilpërë karburatori" për reaksionet e shkrirjes yjore, në të cilat katër protone (bërthamat e hidrogjenit) kombinohen për të formuar një bërthamë heliumi. Por meqenëse bërthama e heliumit nuk përbëhet nga katër protone, por nga dy protone dhe dy neutrone, për një shkrirje të tillë bërthamore është e nevojshme që dy Dhe-Kuarkët u kthyen në dy d- kuark. Intensiteti i transformimit përcakton se sa shpejt do të digjen yjet. Dhe procesi i transformimit përcaktohet nga ngarkesat e dobëta dhe forcat e dobëta të ndërveprimit midis grimcave. ku Dhe-kuark (ngarkesa elektrike +2/3, ngarkesa e dobët +1/2), duke bashkëvepruar me një elektron (ngarkesa elektrike - 1, ngarkesa e dobët –1/2), formon d-kuarku (ngarkesa elektrike –1/3, ngarkesa e dobët –1/2) dhe neutrinoja e elektroneve (ngarkesa elektrike 0, ngarkesa e dobët +1/2). Ngarkesat e ngjyrave (ose thjesht ngjyrat) e dy kuarkeve anulohen në këtë proces pa neutrinën. Roli i neutrinës është të largojë ngarkesën e dobët të pakompensuar. Prandaj, shkalla e transformimit varet nga sa të dobëta janë forcat e dobëta. Nëse do të ishin më të dobët se sa janë, atëherë yjet nuk do të digjen fare. Nëse do të ishin më të fortë, yjet do të ishin djegur shumë kohë më parë.

Po neutrinot? Për shkak se këto grimca ndërveprojnë jashtëzakonisht dobët me materiet e tjera, ato pothuajse menjëherë largohen nga yjet në të cilët kanë lindur. Të gjithë yjet shkëlqejnë, duke lëshuar neutrino, dhe neutrinot shkëlqejnë nëpër trupat tanë dhe gjithë Tokën ditë e natë. Pra, ata enden rreth Universit derisa të hyjnë, ndoshta, në një ndërveprim të ri STAR).

Bartësit e ndërveprimeve.

Çfarë i shkakton forcat që veprojnë ndërmjet grimcave në distancë? Përgjigjet e fizikës moderne: për shkak të shkëmbimit të grimcave të tjera. Imagjinoni dy patinatorë të shpejtësisë që hedhin një top përreth. Duke i dhënë vrull topit kur hidhet dhe duke marrë vrull me topin e marrë, të dy marrin një shtytje në një drejtim larg njëri-tjetrit. Kjo mund të shpjegojë shfaqjen e forcave repulsive. Por në mekanikën kuantike, e cila merr në konsideratë fenomenet në mikrobotë, lejohet shtrirja dhe delokalizimi i pazakontë i ngjarjeve, gjë që çon në të pamundurën në dukje: njëri nga patinatorët e hedh topin në drejtim. nga të ndryshme, por megjithatë atë Ndoshta kap këtë top. Nuk është e vështirë të imagjinohet se nëse kjo do të ishte e mundur (dhe në botën e grimcave elementare është e mundur), do të lindte tërheqje midis patinatorëve.

Grimcat, për shkak të shkëmbimit të të cilave forcat e ndërveprimit midis katër "grimcave të materies" të diskutuara më sipër, quhen grimca matës. Secili nga katër ndërveprimet – i fortë, elektromagnetik, i dobët dhe gravitacional – ka grupin e vet të grimcave matës. Grimcat bartëse të ndërveprimit të fortë janë gluonet (janë vetëm tetë prej tyre). Një foton është një bartës i ndërveprimit elektromagnetik (është vetëm një, dhe ne i perceptojmë fotonet si dritë). Grimcat bartëse të ndërveprimit të dobët janë bozone vektoriale të ndërmjetme (ato u zbuluan në 1983 dhe 1984 W + -, W- -bozone dhe neutrale Z-bozon). Grimca bartëse e ndërveprimit gravitacional është gravitoni ende hipotetik (duhet të jetë vetëm një). Të gjitha këto grimca, përveç fotonit dhe gravitonit, të cilët mund të udhëtojnë në distanca pafundësisht të gjata, ekzistojnë vetëm në procesin e shkëmbimit midis grimcave materiale. Fotonet mbushin Universin me dritë dhe gravitonët mbushin Universin me valë gravitacionale (ende nuk janë zbuluar në mënyrë të besueshme).

Një grimcë e aftë për të emetuar grimca matës thuhet se është e rrethuar nga një fushë përkatëse e forcave. Kështu, elektronet të afta për të emetuar fotone janë të rrethuar nga elektrike dhe fusha magnetike, si dhe fusha të dobëta dhe gravitacionale. Kuarkët janë gjithashtu të rrethuar nga të gjitha këto fusha, por edhe nga fusha e fortë e ndërveprimit. Grimcat me ngarkesë ngjyrash në fushën e forcave të ngjyrave ndikohen nga forca e ngjyrës. E njëjta gjë vlen edhe për forcat e tjera të natyrës. Prandaj, mund të themi se bota përbëhet nga materia (grimcat materiale) dhe fusha (grimcat matës). Më shumë rreth kësaj më poshtë.

Antimateria.

Çdo grimcë ka një antigrimcë, me të cilën grimca mund të asgjësohet reciprokisht, d.m.th. "asgjësoj", duke rezultuar në lirimin e energjisë. Megjithatë, energjia "e pastër" në vetvete nuk ekziston; Si rezultat i asgjësimit, shfaqen grimca të reja (për shembull, fotone) që e mbartin këtë energji.

Në shumicën e rasteve, një antigrimcë ka veti të kundërta me grimcën përkatëse: nëse një grimcë lëviz në të majtë nën ndikimin e fushave të forta, të dobëta ose elektromagnetike, atëherë antigrimca e saj do të lëvizë në të djathtë. Me pak fjalë, antigrimca ka shenja të kundërta të të gjitha ngarkesave (përveç ngarkesës në masë). Nëse një grimcë është e përbërë, siç është një neutron, atëherë antigrimca e saj përbëhet nga përbërës me shenja të kundërta ngarkesash. Kështu, një antielektron ka një ngarkesë elektrike +1, një ngarkesë të dobët +1/2 dhe quhet pozitron. Antineutron përbëhet nga Dhe-antikuarkë me ngarkesë elektrike –2/3 dhe d-antikuarkë me ngarkesë elektrike +1/3. Grimcat e vërteta neutrale janë antigrimcat e tyre: antigrimca e një fotoni është një foton.

Sipas koncepteve teorike moderne, çdo grimcë që ekziston në natyrë duhet të ketë antigrimcën e saj. Dhe shumë antigrimca, duke përfshirë pozitronet dhe antineutronet, u morën vërtet në laborator. Pasojat e kësaj janë jashtëzakonisht të rëndësishme dhe qëndrojnë në themel të gjithë fizikës eksperimentale të grimcave. Sipas teorisë së relativitetit, masa dhe energjia janë ekuivalente, dhe në kushte të caktuara energjia mund të shndërrohet në masë. Meqenëse ngarkesa ruhet dhe ngarkesa e vakumit (hapësira e zbrazët) është zero, çdo palë grimcash dhe antigrimcash (me ngarkesë neto zero) mund të dalin nga vakuumi, si lepujt nga kapelja e një magjistari, për sa kohë që ka energji të mjaftueshme për të. krijojnë masën e tyre.

Gjeneratat e grimcave.

Eksperimentet në përshpejtuesit kanë treguar se një kuartet (katërsh) grimcash materiale përsëriten të paktën dy herë më shumë. vlera të larta masat. Në gjeneratën e dytë, vendin e elektronit e zë muoni (me një masë afërsisht 200 herë më të madhe se masa e elektronit, por me të njëjtat vlera të të gjitha ngarkesave të tjera), vendi i neutrinës së elektronit është marrë nga muoni (i cili shoqëron muonin në ndërveprime të dobëta në të njëjtën mënyrë si elektroni shoqërohet nga neutrina elektronike), Dhe-kuark zë Me- kuark ( i magjepsur), A d- kuark - s- kuark ( e çuditshme). Në gjeneratën e tretë, kuarteti përbëhet nga një tau lepton, një neutrino tau, t-kuark dhe b- kuark.

Pesha t-Një kuark është rreth 500 herë më i madh se masa më e lehtë - d- kuark. Është vërtetuar eksperimentalisht se ekzistojnë vetëm tre lloje të neutrinos të lehta. Kështu, gjenerata e katërt e grimcave ose nuk ekziston fare, ose neutrinot përkatëse janë shumë të rënda. Kjo është në përputhje me të dhënat kozmologjike, sipas të cilave nuk mund të ekzistojnë më shumë se katër lloje të neutrinos të lehta.

Në eksperimentet me grimca me energji të lartë, elektroni, muoni, tau leptoni dhe neutrinot përkatëse veprojnë si grimca të izoluara. Ata nuk mbajnë ngarkesë me ngjyra dhe hyjnë vetëm në ndërveprime të dobëta dhe elektromagnetike. Kolektivisht quhen leptonet.

Kuarkët, nën ndikimin e forcave të ngjyrave, kombinohen në grimca të forta ndërvepruese që dominojnë shumicën e eksperimenteve të fizikës me energji të lartë. Grimcat e tilla quhen hadronet. Ato përfshijnë dy nënklasa: barionet(të tilla si një proton dhe një neutron), të cilat përbëhen nga tre kuarke, dhe mezonet, i përbërë nga një kuark dhe një antikuark. Në vitin 1947, mezoni i parë, i quajtur pioni (ose pi-meson), u zbulua në rrezet kozmike dhe për disa kohë besohej se shkëmbimi i këtyre grimcave ishte shkaku kryesor i forcave bërthamore. Hadronet omega-minus, të zbuluara në vitin 1964 në Laboratorin Kombëtar Brookhaven (SHBA), dhe grimca JPS ( J/y-meson), i zbuluar njëkohësisht në Brookhaven dhe në Qendrën e Përshpejtuesit Linear Stanford (gjithashtu në SHBA) në vitin 1974. Ekzistenca e grimcës omega minus u parashikua nga M. Gell-Mann në të ashtuquajturën " S.U. 3 teori" (një emër tjetër është "rruga e tetëfishtë"), në të cilën fillimisht u sugjerua mundësia e ekzistencës së kuarkeve (dhe ky emër iu dha atyre). Një dekadë më vonë, zbulimi i grimcës J/y konfirmoi ekzistencën Me-kuark dhe më në fund i bëri të gjithë të besonin si në modelin e kuarkut ashtu edhe në teorinë që bashkonte forcat elektromagnetike dhe ato të dobëta ( Shikoni më poshtë).

Grimcat e gjeneratës së dytë dhe të tretë nuk janë më pak reale se e para. Vërtetë, pasi lindin, në të miliontat ose të miliardat e sekondës ato kalben në grimca të zakonshme të gjeneratës së parë: elektron, neutrinon elektronik dhe gjithashtu Dhe- Dhe d- kuarke. Pyetja se pse ka disa gjenerata të grimcave në natyrë mbetet ende një mister.

Për gjeneratat e ndryshme të kuarkeve dhe leptoneve shpesh flitet (që, natyrisht, është disi e çuditshme) si "shije" të ndryshme të grimcave. Nevoja për t'i shpjeguar ato quhet problemi i "shijes".

BOZONET DHE FERMIONET, FUSHA DHE MATERIA

Një nga ndryshimet themelore midis grimcave është ndryshimi midis bozoneve dhe fermioneve. Të gjitha grimcat ndahen në këto dy klasa kryesore. Bozonet identike mund të mbivendosen ose të mbivendosen, por fermionet identike nuk munden. Superpozicioni ndodh (ose nuk ndodh) në gjendjet diskrete të energjisë në të cilat mekanika kuantike e ndan natyrën. Këto gjendje janë si qeliza të veçanta në të cilat mund të vendosen grimcat. Pra, ju mund të vendosni sa më shumë bozone identike që dëshironi në një qelizë, por vetëm në një fermion.

Si shembull, merrni parasysh qelizat e tilla, ose "gjendjet" për një elektron që rrotullohet rreth bërthamës së një atomi. Ndryshe nga planetët e Sistemit Diellor, sipas ligjeve të mekanikës kuantike, një elektron nuk mund të qarkullojë në asnjë orbitë eliptike; për të ekziston vetëm një seri diskrete e "gjendjeve të lëvizjes" të lejuara. Komplet e gjendjeve të tilla, të grupuara sipas distancës nga elektroni në bërthamë, quhen orbitalet. Në orbitalën e parë ka dy gjendje me vrull të ndryshëm këndor dhe, për rrjedhojë, dy qeliza të lejuara, dhe në orbitalet më të larta ka tetë ose më shumë qeliza.

Meqenëse elektroni është një fermion, çdo qelizë mund të përmbajë vetëm një elektron. Nga kjo rrjedhin pasoja shumë të rëndësishme - e gjithë kimia, pasi vetitë kimike të substancave përcaktohen nga ndërveprimet midis atomeve përkatëse. Nëse kaloni nëpër sistemin periodik të elementeve nga një atom në tjetrin në rendin e rritjes me një të numrit të protoneve në bërthamë (numri i elektroneve gjithashtu do të rritet në përputhje me rrethanat), atëherë dy elektronet e para do të zënë orbitalën e parë, tetë të ardhshëm do të vendosen në të dytën, etj. Ky ndryshim i qëndrueshëm në strukturën elektronike të atomeve nga elementi në element përcakton modelet në to vetitë kimike.

Nëse elektronet do të ishin bozone, atëherë të gjitha elektronet në një atom mund të zënë të njëjtën orbitale, që korrespondon me energjinë minimale. Në këtë rast, vetitë e të gjithë materies në Univers do të ishin krejtësisht të ndryshme, dhe Universi në formën në të cilën ne e dimë do të ishte i pamundur.

Të gjithë leptonet - elektroni, muoni, tau leptoni dhe neutrinot e tyre përkatëse - janë fermione. E njëjta gjë mund të thuhet për kuarkët. Kështu, të gjitha grimcat që formojnë "materien", mbushësi kryesor i Universit, si dhe neutrinot e padukshme, janë fermione. Kjo është mjaft domethënëse: fermionet nuk mund të kombinohen, kështu që e njëjta gjë vlen edhe për objektet në botën materiale.

Në të njëjtën kohë, të gjitha "grimcat matës" që shkëmbehen midis grimcave materiale ndërvepruese dhe që krijojnë një fushë forcash ( Shiko lart), janë bozone, që është gjithashtu shumë e rëndësishme. Kështu, për shembull, shumë fotone mund të jenë në një gjendje, duke formuar një fushë magnetike rreth një magneti ose fushe elektrike rreth një ngarkese elektrike. Falë kësaj, lazeri është gjithashtu i mundur.

Rrotullimi.

Dallimi midis bozoneve dhe fermioneve lidhet me një karakteristikë tjetër të grimcave elementare - rrotullim. Sado e habitshme të duket, gjithçka grimcat themelore kanë momentin e tyre këndor ose, thënë më thjesht, rrotullohen rreth boshtit të tyre. Këndi i impulsit është një karakteristikë e lëvizjes rrotulluese, ashtu si impulsi total i lëvizjes përkthimore. Në çdo ndërveprim, momenti këndor dhe momenti ruhen.

Në mikrokozmos, momenti këndor kuantizohet, d.m.th. merr vlera diskrete. Në njësitë e përshtatshme matëse, leptonet dhe kuarkët kanë një rrotullim 1/2, dhe grimcat matës kanë një rrotullim 1 (përveç gravitonit, i cili ende nuk është vëzhguar eksperimentalisht, por teorikisht duhet të ketë një rrotullim 2). Meqenëse leptonet dhe kuarkët janë fermione, dhe grimcat e matësve janë bozone, mund të supozojmë se "fermioniciteti" shoqërohet me spin 1/2 dhe "bosoniciteti" shoqërohet me spin 1 (ose 2). Në të vërtetë, si eksperimenti ashtu edhe teoria konfirmojnë se nëse një grimcë ka një spin gjysmë të plotë, atëherë ajo është një fermion, dhe nëse ka një spin numër të plotë, atëherë është një bozon.

TEORIET DHE GJEOMETRIA E GJENDESVE

Në të gjitha rastet, forcat lindin për shkak të shkëmbimit të bozoneve midis fermioneve. Kështu, forca e ngjyrave të bashkëveprimit midis dy kuarkeve (kuarkeve - fermioneve) lind për shkak të shkëmbimit të gluoneve. Një shkëmbim i ngjashëm ndodh vazhdimisht në protone, neutrone dhe bërthama atomike. Në mënyrë të ngjashme, fotonet e shkëmbyera midis elektroneve dhe kuarkeve krijojnë forcat tërheqëse elektrike që mbajnë elektronet në atom, dhe bozonet vektoriale të ndërmjetme të shkëmbyera midis leptoneve dhe kuarkeve krijojnë forcat e dobëta përgjegjëse për shndërrimin e protoneve në neutrone në reaksionet termonukleare në yje.

Teoria pas këtij shkëmbimi është elegante, e thjeshtë dhe ndoshta e saktë. Quhet teoria e matësve. Por aktualisht ekzistojnë vetëm teori të pavarura matës të ndërveprimeve të forta, të dobëta dhe elektromagnetike dhe një teori e ngjashme, edhe pse disi e ndryshme, e matësit të gravitetit. Një nga problemet më të rëndësishme fizike është zvogëlimi i këtyre teorive individuale në një teori të vetme dhe në të njëjtën kohë të thjeshtë, në të cilën të gjitha do të bëheshin aspekte të ndryshme të një realiteti të vetëm - si fytyrat e një kristali.

Më e thjeshta dhe më e vjetra nga teoritë e matësve është teoria e matësit të bashkëveprimit elektromagnetik. Në të, ngarkesa e një elektroni krahasohet (kalibrohet) me ngarkesën e një elektroni tjetër të largët prej tij. Si mund të krahasoni tarifat? Ju, për shembull, mund ta afroni elektronin e dytë me të parën dhe të krahasoni forcat e tyre të ndërveprimit. Por a nuk ndryshon ngarkesa e një elektroni kur ai lëviz në një pikë tjetër të hapësirës? Mënyra e vetme për të kontrolluar është të dërgoni një sinjal nga një elektron i afërt në një elektron të largët dhe të shihni se si reagon. Sinjali është një grimcë matës - një foton. Për të testuar ngarkesën në grimcat e largëta, nevojitet një foton.

Matematikisht, kjo teori është jashtëzakonisht e saktë dhe e bukur. Nga "parimi i matësit" të përshkruar më sipër rrjedh e gjithë elektrodinamika kuantike (teoria kuantike e elektromagnetizmit), si dhe teoria fushë elektromagnetike Maxwell është një nga arritjet më të mëdha shkencore të shekullit të 19-të.

Pse një parim kaq i thjeshtë është kaq i frytshëm? Me sa duket, ajo shpreh një lloj korrelacioni pjesë të ndryshme Universi, duke lejuar që të bëhen matje në Univers. Në terma matematikorë, fusha interpretohet gjeometrikisht si lakimi i një hapësire të mundshme "të brendshme". Ngarkesa matëse është matja e "lakimit të brendshëm" total rreth grimcës. Teoritë e matësit të ndërveprimeve të forta dhe të dobëta ndryshojnë nga teoria e matësit elektromagnetik vetëm në "strukturën" e brendshme gjeometrike të ngarkesës përkatëse. Pyetjes se ku ndodhet saktësisht kjo hapësirë ​​e brendshme, kërkohet t'i përgjigjen teoritë e fushës të unifikuara shumëdimensionale, të cilat nuk diskutohen këtu.

Fizika e grimcave nuk është ende e plotë. Nuk është ende e qartë nëse të dhënat e disponueshme janë të mjaftueshme për të kuptuar plotësisht natyrën e grimcave dhe forcave, si dhe natyrën dhe dimensionin e vërtetë të hapësirës dhe kohës. A kemi nevojë për eksperimente me energji 10 15 GeV për këtë, apo mundi i mendimit do të jetë i mjaftueshëm? Ende nuk ka përgjigje. Por mund të themi me besim se fotografia përfundimtare do të jetë e thjeshtë, elegante dhe e bukur. Është e mundur që nuk do të ketë kaq shumë ide themelore: parimi i matësit, hapësirat e dimensioneve më të larta, kolapsi dhe zgjerimi dhe, mbi të gjitha, gjeometria.

Njësitë sasive fizike kur përshkruhen dukuritë që ndodhin në mikrobotë, ato ndahen në bazë dhe derivatore, të cilat përcaktohen përmes shënimit matematikor të ligjeve të fizikës.
Për shkak të faktit se të gjitha dukuritë fizike ndodhin në hapësirë ​​dhe kohë, njësitë themelore kryesisht merren si njësitë e gjatësisë dhe kohës, të ndjekura nga njësia e masës. Njësitë bazë: gjatësitë l, koha t, masa m - marrin një dimension të caktuar. Dimensionet e njësive të prejardhura përcaktohen me formula që shprehin ligje të caktuara fizike.
Madhësitë e njësive kryesore fizike janë zgjedhur në mënyrë që në praktikë të jetë e përshtatshme për t'i përdorur ato.
Dimensionet e mëposhtme pranohen në sistemin SI: gjatësitë [ l] = m (metër), koha [t] = s (e dyta), masa [t] = kg (kilogram).
Në sistemin CGS, për njësitë bazë pranohen dimensionet e mëposhtme: gjatësia [/] = cm (centimetër), koha [t] = s (e dyta) dhe masa [t] = g (gram). Për të përshkruar fenomenet që ndodhin në mikrokozmos, mund të përdoren të dyja njësitë SI dhe CGS.
Le të vlerësojmë rendet e madhësisë së gjatësisë, kohës dhe masës në dukuritë e mikrobotës.
Përveç sistemeve ndërkombëtare të pranuara përgjithësisht të njësive SI dhe GHS, përdoren gjithashtu "sistemet natyrore të njësive", bazuar në konstante fizike universale. Këto sisteme të njësive janë veçanërisht të rëndësishme dhe përdoren në teori të ndryshme fizike. Në sistemin natyror të njësive, konstantet themelore merren si njësi bazë: shpejtësia e dritës në vakum − с, konstanta e Plankut − ћ, konstanta gravitacionale G N, konstanta e Boltzmanit − k: numri i Avogadros − N A, etj. Në sistemin natyror e njësive të Planck-ut pranohet c = ћ = G N = k = 1. Ky sistem njësish përdoret në kozmologji për të përshkruar procese në të cilat efektet kuantike dhe gravitacionale janë njëkohësisht domethënëse (teoritë e vrimave të zeza, teoritë e Universit të hershëm).
Në sistemin natyror të njësive zgjidhet problemi i njësisë natyrore të gjatësisë. Kjo mund të konsiderohet gjatësia e valës Compton λ 0, e cila përcaktohet nga masa e grimcës M: λ 0 = ћ/Мс.
Gjatësia karakterizon madhësinë e objektit. Pra, për një elektron, rrezja klasike është r 0 = e 2 /m e c 2 = 2,81794·10 -13 cm (e, m e - ngarkesa dhe masa e elektronit). Rrezja klasike e një elektroni ka kuptimin e rrezes së një topi të ngarkuar me ngarkesë e (shpërndarja është sferike simetrike), në të cilën energjia e fushës elektrostatike të topit ε = γе 2 /r 0 është e barabartë me pjesën tjetër. energjia e elektronit m e c 2 (përdoret kur merret parasysh shpërndarja e dritës nga Thompson).
Përdoret gjithashtu rrezja e orbitës së Bohr-it. Përkufizohet si distanca nga bërthama në të cilën një elektron ka më shumë gjasa të gjendet në një atom hidrogjeni të pangacmuar.
a 0 = ћ 2 /m e e 2 (në sistemin SGS) dhe a 0 = (α/4π)R = 0,529·10 -10 m (në sistemin SI), α = 1/137.
Madhësia e nukleonit r ≈ 10 -13 cm (1 femtometër). Dimensionet karakteristike të sistemeve atomike janë 10 -8, sistemet bërthamore janë 10 -12 ÷ 10 -13 cm.
Koha ndryshon në një diapazon të gjerë dhe përcaktohet si raporti i distancës R me shpejtësinë e objektit v. Për mikroobjektet τ helm = R/v = 5·10 -12 cm/10 9 cm/s ~ 5·10 -22 s;
τ elementi h = 10 -13 cm/3·10 10 cm/s = 3·10 -24 s.
Masat objektet ndryshojnë nga 0 në M. Kështu, masa e një elektroni m e ≈ 10 -27 g, masa e një protoni
m р ≈ 10 -24 g (sistemi SGS). Një njësi e masës atomike e përdorur në fizikën atomike dhe bërthamore, 1 amu. = M(C)/12 në njësi të masës së atomit të karbonit.
Karakteristikat themelore të mikro-objekteve përfshijnë ngarkesën elektrike, si dhe karakteristikat e nevojshme për të identifikuar një grimcë elementare.
Ngarkesa elektrike grimcat Q zakonisht maten në njësi të ngarkesës së elektronit. Ngarkesa e elektronit e = 1,6·10 -19 kulonë. Për grimcat në gjendje të lirë, Q/e = ±1,0, dhe për kuarkët që janë pjesë e hadroneve, Q/e = ±2/3 dhe ±1/3.
Në bërthama, ngarkesa përcaktohet nga numri i protoneve Z që përmbahen në bërthamë. Ngarkesa e protonit nga vlere absolute e barabartë me ngarkesën e elektronit.
Për të identifikuar një grimcë elementare duhet të dini:
I – spin izotopik;
J – momenti këndor i brendshëm – rrotullimi;
P – barazi hapësinore;
C – barazia e tarifës;
G − G-pariteti.
Ky informacion është shkruar në formën e formulës I G (J PC).
Rrotullimi− një nga karakteristikat më të rëndësishme të një grimce, për të cilën përdoret konstanta themelore e Plankut h ose ћ = h/2π = 1,0544·10 -27 [erg-s]. Bozonët kanë një rrotullim me numër të plotë në njësi ћ: (0,1, 2,...)ћ, fermionet kanë një rrotullim gjysmë të plotë (1/2, 3/2,.. .)ћ. Në klasën e grimcave supersimetrike, vlerat e rrotullimit të fermioneve dhe bozoneve janë të kundërta.

Oriz. Figura 4 ilustron kuptimin fizik të spin J në analogji me konceptin klasik të momentit këndor të një grimce me masë m = 1 g që lëviz me shpejtësi v = 1 cm/s në një rreth me rreze r = 1 cm Në fizikën klasike , momenti këndor J = mvr = L (L është momenti orbital). Në mekanikën kuantike, J = = 10 27 ћ = 1 erg·s për të njëjtat parametra të një objekti që lëviz në një rreth, ku ћ = 1,05·10 -27 erg·s.
Projeksioni i rrotullimit të një grimce elementare në drejtimin e momentit të saj quhet helicitet. Heliciteti i një grimce pa masë me një rrotullim arbitrar merr vetëm dy vlera: përgjatë ose kundër drejtimit të momentit të grimcës. Për një foton, vlerat e mundshme të helicitetit janë të barabarta me ±1, për një neutrino pa masë, heliciteti është i barabartë me ±1/2.
Momenti këndor spin i një bërthame atomike përkufizohet si shuma vektoriale e rrotullimeve të grimcave elementare që formojnë një sistem kuantik dhe momenteve këndore orbitale të këtyre grimcave për shkak të lëvizjes së tyre brenda sistemit. Momenti orbital ||, dhe momenti i rrotullimit || fitojnë kuptim diskret. Momenti orbital || = ћ[ l(l+1)] 1/2 , ku l− numri kuantik orbital (mund të marrë vlerat 0, 1,2,...), momenti këndor i brendshëm || = ћ 1/2 ku s është numri kuantik spin (mund të marrë vlera zero, të plotë ose gjysmë të plotë J, momenti i përgjithshëm këndor është i barabartë me shumën + = .
Njësitë e përftuara përfshijnë: energjinë e grimcave, shpejtësinë, shpejtësinë zëvendësuese për grimcat relativiste, momentin magnetik, etj.
Energjisë grimca në qetësi: E = mc 2 ; grimca lëvizëse: E = m 2 c 4 + p 2 c 2.
Për grimcat jorelativiste: E = mc 2 + p 2 /2m; për grimcat relativiste, me masë m = 0: E = mesatare.
Njësitë e energjisë - eV, keV, MeV, GeV, TeV, ... 1 GeV = 10 9 eV, 1 TeV = 10 12 eV,
1 eV = 1,6·10 -12 erg.
Shpejtësia e grimcave β = v/c, ku c = 3·10 10 cm/s është shpejtësia e dritës. Shpejtësia e grimcave e përcakton këtë karakteristika më e rëndësishme si faktori Lorencit i grimcës γ = 1/(1-β 2) 1/2 = E/mc 2. Gjithmonë γ > 1- Për grimcat jorelativiste 1< γ < 2, а для релятивистских частиц γ > 2.
Në fizikën me energji të lartë, shpejtësia e një grimce β ​​është afër 1 dhe është e vështirë të përcaktohet për grimcat relativiste. Prandaj, në vend të shpejtësisë përdoret shpejtësia y, e cila lidhet me shpejtësinë me relacionin y = (1/2)ln[(1+β)/(1-β)] = (1/2)ln[(E +p)/(E-p) ]. Shpejtësia varion nga 0 në ∞.

Marrëdhënia funksionale midis shpejtësisë së grimcave dhe shpejtësisë është treguar në Fig. 5. Për grimcat relativiste në β → 1, E → p, atëherë në vend të shpejtësisë mund të përdorim pseudo-shpejtësinë η, e cila përcaktohet nga këndi i largimit të grimcave θ, η = (1/2)ln tan(θ/2) . Ndryshe nga shpejtësia, shpejtësia është një sasi shtesë, d.m.th. y 2 = y 0 + y 1 për çdo kornizë referimi dhe për çdo grimcë relativiste dhe jorelativiste.
Moment magnetik μ = Iπr 2 /c, ku rryma I = ev/2πr lind për shkak të rrotullimit të ngarkesës elektrike. Kështu, çdo grimcë e ngarkuar ka një moment magnetik. Kur merret parasysh momenti magnetik i një elektroni, përdoret magnetoni Bohr
μ B = eћ/2m e c = 0,5788·10 -14 MeV/G, momenti magnetik i elektronit = g·μ B ·. Koeficienti g quhet raport xhiromagnetik. Për një elektron g = /μ B · = 2, sepse J = ћ/2, = μ B me kusht që elektroni të jetë një grimcë pa strukturë e ngjashme me pikën. Raporti xhiromagnetik g përmban informacion për strukturën e grimcës. Sasia (g − 2) matet në eksperimente që synojnë studimin e strukturës së grimcave të ndryshme nga leptonet. Për leptonët, kjo vlerë tregon rolin e korrigjimeve më të larta elektromagnetike (shih seksionin e mëtejshëm 7.1).
Në fizikën bërthamore, magnetoni bërthamor përdoret μ i = eћ/2m p c, ku m p është masa e protonit.

2.1.1. Sistemi Heaviside dhe lidhja e tij me sistemin GHS

• m(g) = m(MeV) 2 10 -27,
• l(cm) = l(MeV -1) 2 10 -11,
• t (s) = t (MeV -1) b.b 10 -22.

Sistemi Heaviside përdoret në fizikën e energjisë së lartë për të përshkruar fenomenet që ndodhin në mikrokozmos dhe bazohet në përdorimin e konstanteve natyrore c dhe ћ, të cilat janë vendimtare në mekanikën relativiste dhe kuantike.
Vlerat numerike të sasive përkatëse në sistemin CGS për elektronin dhe protonin janë dhënë në tabelë. 3 dhe mund të përdoret për të lëvizur nga një sistem në tjetrin.

Tabela 3. Vlerat numerike të sasive në sistemin CGS për elektron dhe protonin

2.1.2. Njësi Planck (natyrore).

Kur merren parasysh efektet gravitacionale, shkalla Planck prezantohet për të matur energjinë, masën, gjatësinë dhe kohën. Nëse energjia gravitacionale e një objekti është e barabartë me energjinë totale të tij, d.m.th.

Se
gjatësia = 1,6·10 -33 cm,
masa = 2,2·10 -5 g = 1,2·10 19 GeV,
koha = 5.4·10 -44 s,
Ku = 6,67·10 -8 cm 2 ·g -1 ·s -2 .

Efektet gravitacionale janë të rëndësishme kur energjia gravitacionale e një objekti është e krahasueshme me energjinë e tij totale.

2.2. Klasifikimi i grimcave elementare

Koncepti i "grimcës elementare" u formua me vendosjen e natyrës diskrete të strukturës së materies në nivelin mikroskopik.

Atomet → bërthama → nukleone → partone (kuarkë dhe gluone)

NË fizika moderne termi "grimca elementare" përdoret për të emërtuar një grup të madh të vogël vëzhguar grimcat e materies. Ky grup grimcash është shumë i gjerë: p protone, n neutrone, π- dhe K-mezone, hiperone, grimca magjepsëse (J/ψ...) dhe shumë rezonanca (në total
~ 350 grimca). Këto grimca quhen "hadrone".
Doli se këto grimca nuk janë elementare, por përfaqësojnë sisteme të përbëra, përbërësit e të cilave janë vërtet elementare ose, siç u quajtën, " themelore " grimcat − partione, zbuluar gjatë studimit të strukturës së protonit. Studimi i vetive të partoneve bëri të mundur identifikimin e tyre me kuarket Dhe gluonet, i prezantuar në konsideratë nga Gell-Mann dhe Cweig kur klasifikojnë grimcat elementare të vëzhgueshme. Kuarkët rezultuan të ishin fermione me rrotullim J = 1/2. Atyre iu caktuan ngarkesa elektrike të pjesshme dhe një numër barion B = 1/3, pasi një barion me B = 1 përbëhet nga tre kuarkë. Përveç kësaj, për të shpjeguar vetitë e disa barioneve, u bë e nevojshme të futej një numër i ri kuantik - ngjyra. Çdo kuark ka tre gjendje ngjyrash, të shënuara me indekset 1, 2, 3 ose fjalët e kuqe (R), jeshile (G) dhe blu (B). Ngjyra nuk manifestohet në asnjë mënyrë në hadronet e vëzhguara dhe funksionon vetëm brenda tyre.
Deri më sot janë zbuluar 6 shije (lloje) kuarkesh.
Në tabelë 4 tregon vetitë e kuarkut për gjendjen e një ngjyre.

Tabela 4. Vetitë e kuarkeve

Për çdo shije të një kuarku, tregohet masa e tij (masat e kuarkeve përbërëse dhe masat e kuarkeve aktuale janë dhënë në kllapa), spin-i izotopik I dhe projeksioni i 3-të i spinit izotopik I 3, ngarkesa e kuarkut Q q / e dhe numrat kuantikë s, c, b, t. Së bashku me këta numra kuantikë, shpesh përdoret hiperngarkesa e numrit kuantik Y = B + s + c + b+ t. Ekziston një lidhje midis projeksionit të spinit izotop I 3 , ngarkesës elektrike Q dhe hiperngarkimit Y: Q = I 3 + (1/2)Y.
Meqenëse çdo kuarkë ka 3 ngjyra, duhet të merren parasysh 18 kuarkë. Kuarkët nuk kanë strukturë.
Në të njëjtën kohë, midis grimcave elementare kishte një klasë të tërë grimcash të quajtura " leptonet"Ato janë gjithashtu grimca themelore, pra nuk kanë strukturë. Janë gjashtë prej tyre: tre të ngarkuara e, μ, τ dhe tre neutrale ν e, ν μ, ν τ. Leptonet marrin pjesë vetëm në ndërveprimet elektromagnetike dhe të dobëta. Leptonet dhe kuarkët me spin gjysmë të plotë J = (n+1/2)ћ, n = 0, 1,... u përkasin fermioneve themelore. Një simetri befasuese vërehet midis leptoneve dhe kuarkeve: gjashtë lepton dhe gjashtë kuarkë.
Në tabelë Figura 5 tregon vetitë e fermioneve themelore: ngarkesa elektrike Q i në njësi të ngarkesës së elektronit dhe masës së grimcave m. Leptonet dhe kuarkët kombinohen në tre gjenerata (I, II dhe III). Për çdo gjenerim, shuma e ngarkesave elektrike ∑Q i = 0, duke marrë parasysh 3 ngarkesa me ngjyra për çdo kuark. Çdo fermion ka një antifermion përkatës.
Përveç karakteristikave të grimcave të treguara në tabelë, një rol të rëndësishëm për leptonet luajnë numrat e leptonit: elektroni L e, i barabartë me +1 për e - dhe ν e, muonik L μ, i barabartë me +1 për μ - dhe ν μ dhe L τ taonike, e barabartë me + 1 për τ - dhe ν τ, të cilat korrespondojnë me shijet e leptoneve të përfshira në reaksione specifike dhe janë sasi të konservuara. Për leptonët, numri i barionit B = 0.

Tabela 5. Vetitë e fermioneve themelore

Lënda rreth nesh përbëhet nga fermione të gjeneratës së parë me masë jo zero. Ndikimi i grimcave të gjeneratës së dytë dhe të tretë u shfaq në Universin e hershëm. Midis grimcave themelore, një rol të veçantë luajnë bozonët me matës themelorë, të cilët kanë një numër të plotë kuantik të brendshëm të spinit J = nћ, n = 0, 1, .... Bozonet matës janë përgjegjës për katër lloje ndërveprimesh themelore: të forta ( gluon g), elektromagnetik (foton γ), i dobët (bozonet W ± , Z 0), gravitacional (gravitoni G). Ato janë gjithashtu grimca themelore pa strukturë.
Në tabelë 6 tregon vetitë e bozoneve themelore, të cilat janë kuanta të fushës në teoritë e matësve.

Tabela 6. Vetitë e bozoneve themelore

Përveç vetive të bozoneve me matës të hapur γ, W ±, Z 0, g 1,..., g 8, tabela tregon vetitë e bozoneve të pazbuluar deri më tani: gravitoni G dhe bozonet Higgs H 0, H ±.
Le të shqyrtojmë tani grupin më të madh të grimcave elementare që ndërveprojnë fort - hadronet, për të shpjeguar strukturën e së cilës u prezantua koncepti i kuarkut.
Hadronet ndahen në mezone dhe barione. Mesonët ndërtohen nga një kuark dhe një antikuark (q). Barionet përbëhen nga tre kuarke (q 1 q 2 q 3).
Në tabelë 7 ofron një listë të vetive të hadroneve kryesore. (Për tabela të hollësishme, shih The European Physical Journal C, Rev. of Particle Phys., v.15, Nr. 1 - 4, 2000.)

Tabela 7. Vetitë e hadroneve

Struktura kuarke e hadroneve bën të mundur që në këtë grup të madh grimcash të dallohen hadrone jo të çuditshëm, të cilët përbëhen nga kuarke jo të çuditshëm (u, d), hadrone të çuditshëm, të cilët përfshijnë një kuark të çuditshëm s, hadrone të magjepsur që përmbajnë një c- kuark, hadrone të bukura (hadronet e poshtme) me b-kuark.
Tabela paraqet vetitë e vetëm një pjese të vogël të hadroneve: mezonet dhe barionet. Tregohen masa e tyre, jetëgjatësia, mënyrat kryesore të zbërthimit dhe përbërja e kuarkut. Për mezonet, numri i barionit B = O dhe numri i leptonit L = 0. Për barionet, numri i barionit B = 1, numri i leptonit L = 0. Mezonet janë bozone (spin numër i plotë), barionet janë fermione (spin gjysmë i plotë ).
Shqyrtimi i mëtejshëm i vetive të hadroneve na lejon t'i kombinojmë ato në shumëfishe izotopike, të përbëra nga grimca me të njëjtin numër kuantik (numër barion, spin, paritet i brendshëm, çuditshmëri) dhe masa të ngjashme, por me ngarkesa elektrike të ndryshme. Çdo multiplet izotopik karakterizohet nga spin izotopik I, i cili përcakton numrin total të grimcave të përfshira në multiplet, të barabartë me 2I + 1. Isospin mund të marrë vlera 0, 1/2, 1, 3/2, 2, . .., d.m.th. është e mundur ekzistenca e teke, dyshe, trinjake, kuartetesh izotopike etj. Kështu, një proton dhe një neutron përbëjnë një dyshe izotopike, mezonët π + -, π - -, π 0 konsiderohen si një treshe izotopike.
Objektet më komplekse në mikrokozmos janë bërthamat atomike. Bërthama atomike përbëhet nga protone Z dhe neutrone N. Shuma Z + N = A është numri i nukleoneve në një izotop të caktuar. Shpesh tabelat japin vlerën mesatare mbi të gjithë izotopet, pastaj ajo bëhet e pjesshme. Njihen bërthamat për të cilat vlerat e treguara janë brenda kufijve: 1< А < 289, 1 < Z < 116.
Grimcat e listuara më sipër konsiderohen brenda kornizës së Modelit Standard. Supozohet se përtej Modelit Standard mund të ekzistojë një grup tjetër i grimcave themelore - grimcat supersimetrike (SUSY). Ata duhet të sigurojnë simetri midis fermioneve dhe bozoneve. Në tabelë 8 tregon vetitë e supozuara të kësaj simetrie.

2.3. Qasja në terren ndaj problemit të ndërveprimeve

2.3.1 Vetitë e ndërveprimeve themelore

Shumëllojshmëria e madhe e fenomeneve fizike që ndodhin gjatë përplasjeve të grimcave elementare përcaktohet nga vetëm katër lloje ndërveprimesh: elektromagnetike, të dobëta, të forta dhe gravitacionale. Në teorinë kuantike, ndërveprimi përshkruhet në termat e shkëmbimit të kuanteve specifike (bozoneve) të lidhura me një lloj të caktuar ndërveprimi.
Për të paraqitur vizualisht ndërveprimin e grimcave, fizikani amerikan R. Feynman propozoi përdorimin e diagrameve, të cilat morën emrin e tij. Diagramet e Feynman përshkruajnë çdo proces ndërveprimi kur dy grimca përplasen. Çdo grimcë e përfshirë në proces përfaqësohet nga një vijë në diagramin Feynman. Fundi i lirë majtas ose djathtas i rreshtit tregon se grimca është përkatësisht në gjendjen fillestare ose përfundimtare. Linjat e brendshme në diagrame (d.m.th linjat që nuk kanë skaje të lira) korrespondojnë me të ashtuquajturat grimca virtuale. Këto janë grimca të krijuara dhe të absorbuara gjatë procesit të ndërveprimit. Ato nuk mund të regjistrohen, ndryshe nga grimcat reale. Ndërveprimi i grimcave në diagram përfaqësohet me nyje (ose kulme). Lloji i bashkëveprimit karakterizohet nga konstanta e bashkimit α, e cila mund të shkruhet si: α = g 2 /ћc, ku g është ngarkesa e burimit të bashkëveprimit dhe është karakteristika kryesore sasiore e forcës që vepron ndërmjet grimcave. Në bashkëveprimin elektromagnetik α e = e 2 /ћc = 1/137.

Fig.6. Diagrami i Feynman.

Procesi a + b →с + d në formën e një diagrami Feynman (Fig. 6) duket kështu: R është një grimcë virtuale e shkëmbyer midis grimcave a dhe b gjatë ndërveprimit të përcaktuar nga konstanta e bashkëveprimit α = g 2 /ћc, duke karakterizuar forcën e ndërveprimit në një distancë , të barabartë me rrezen e ndërveprimit.
Një grimcë virtuale mund të ketë një masë M x dhe kur kjo grimcë shkëmbehet, transferohet një moment 4 t = -q 2 = Q 2.
Në tabelë 9 tregon karakteristikat tipe te ndryshme ndërveprimet.

Ndërveprimet elektromagnetike . Ndërveprimet elektromagnetike, të cilave u nënshtrohen të gjitha grimcat dhe fotonet e ngarkuara, janë studiuar në mënyrë më të plotë dhe të qëndrueshme. Bartësi i ndërveprimit është fotoni. Për forcat elektromagnetike, konstanta e bashkëveprimit është numerikisht e barabartë me konstantën e strukturës së imët α e = e 2 /ћc = 1/137.
Shembuj të proceseve elektromagnetike më të thjeshta janë efekti fotoelektrik, efekti Compton, formimi i çifteve elektron-pozitron, dhe për grimcat e ngarkuara - shpërndarja e jonizimit dhe bremsstrahlung. Teoria e këtyre ndërveprimeve - elektrodinamika kuantike - është teoria fizike më e saktë.

Ndërveprime të dobëta. Për herë të parë, ndërveprime të dobëta u vunë re gjatë zbërthimit beta të bërthamave atomike. Dhe, siç doli, këto zbërthime shoqërohen me shndërrimin e një protoni në një neutron në bërthamë dhe anasjelltas:
p → n + e + + ν e, n → p + e - + e. Reaksionet e kundërta janë gjithashtu të mundshme: kapja e një elektroni e - + p → n + ν e ose një antineutrino e + p → e + + n. Ndërveprimi i dobët u përshkrua nga Enrico Fermi në 1934 në termat e ndërveprimit të kontaktit me katër fermion të përcaktuar nga konstanta Fermi
G F = 1,4·10 -49 erg·cm 3 .
Në energji shumë të larta, në vend të ndërveprimit të kontaktit Fermi, ndërveprimi i dobët përshkruhet si një ndërveprim shkëmbimi, në të cilin një kuant i pajisur me një ngarkesë të dobët g w (për analogji me një ngarkesë elektrike) shkëmbehet dhe vepron midis fermioneve. Kuanta të tilla u zbuluan për herë të parë në vitin 1983 në përplasësin SppS (CERN) nga një ekip i udhëhequr nga Carl Rubbia. Këto janë bozone të ngarkuar - W ± dhe një bozon neutral - Z 0, masat e tyre janë përkatësisht të barabarta: m W± = 80 GeV/s 2 dhe m Z = 90 GeV/s 2. Konstanta e ndërveprimit α W në këtë rast shprehet përmes konstantës Fermi:

Tabela 9. Llojet kryesore të ndërveprimeve dhe karakteristikat e tyre

Leptonet nuk marrin pjesë në ndërveprim të fortë. elektron. pozitron. muon. neutrino është një grimcë e lehtë neutrale që merr pjesë vetëm në të dobët dhe ndërveprimi gravitacional. neutrino (# fluks). kuarket. bartësit e ndërveprimeve: kuanti i fotonit të dritës...

Kërkesë " Hulumtimi Bazë» ridrejton këtu; shih edhe kuptime të tjera. Shkenca themelore është një fushë e njohurive që nënkupton kërkime shkencore teorike dhe eksperimentale në fenomenet themelore (duke përfshirë... ... Wikipedia

Kërkesa "Grimcat elementare" ridrejtohet këtu; shih edhe kuptime të tjera. Grimca elementare është një term kolektiv që i referohet mikro-objekteve në një shkallë nënbërthamore që nuk mund të ndahen në pjesët përbërëse të tyre. Duhet të ketë në... ... Wikipedia

Grimca elementare është një term kolektiv që i referohet mikro-objekteve në një shkallë nënbërthamore që nuk mund (ose nuk është provuar ende se janë) të ndahen në pjesët përbërëse të tyre. Struktura dhe sjellja e tyre studiohen nga fizika e grimcave. Koncepti... ...Wikipedia

elektron- ▲ grimca themelore që ka, element, elektron ngarkues është një grimcë elementare e ngarkuar negativisht me një ngarkesë elektrike elementare. ↓… Fjalor ideografik i gjuhës ruse

Grimca elementare është një term kolektiv që i referohet mikro-objekteve në një shkallë nënbërthamore që nuk mund (ose nuk është provuar ende se janë) të ndahen në pjesët përbërëse të tyre. Struktura dhe sjellja e tyre studiohen nga fizika e grimcave. Koncepti... ...Wikipedia

Ky term ka kuptime të tjera, shih Neutrino (kuptimet). elektron neutrino muon neutrino tau neutrino Simbol: νe νμ ντ Përbërja: Grimcë elementare Familja: Fermionet ... Wikipedia

Një lloj ndërveprimesh themelore (së bashku me gravitacion, të dobët dhe të fortë), i cili karakterizohet nga pjesëmarrja e një fushe elektromagnetike (Shihni fushën elektromagnetike) në proceset e ndërveprimit. Fusha elektromagnetike (në fizikën kuantike... ... Enciklopedia e Madhe Sovjetike

Një nga filozofitë më të paqarta. koncepte të cilave u jepet një (ose disa) nga kuptimet e mëposhtme: 1) diçka, karakteristikat përcaktuese të së cilës janë shtrirja, vendndodhja në hapësirë, masa, pesha, lëvizja, inercia, rezistenca,... ... Enciklopedi Filozofike

libra

• Teoria kinetike e gravitetit dhe themelet e një teorie të unifikuar të materies, V. Ya. Bril. Të gjitha objektet materiale të Natyrës (si materiale ashtu edhe në terren) janë diskrete. Ato përbëhen nga grimca elementare në formë vargu. Një varg themelor i padeformuar është një grimcë fushe...

leptonet - mos merrni pjesë në ndërveprim të fortë.

elektron. pozitron. muon.

neutrino - një grimcë e lehtë neutrale që merr pjesë vetëm në të dobëta dhe gravitacionale

ndërveprim.

neutrino (# fluks).

bartësit e ndërveprimeve:

fotoni është një kuant drite, një bartës i bashkëveprimit elektromagnetik.

Gluoni është bartës i ndërveprimit të fortë.

bozonet vektoriale të ndërmjetme janë bartës të bashkëveprimit të dobët;

grimca me rrotullim me numër të plotë.

"grimca themelore" në libra

Kapitulli 1 Grimcat e oqeanit

Kapitulli 1 Një grimcë e oqeanit Çdo krijesë njëqelizore që jeton në det, aq e vogël sa mund të shihet vetëm me mikroskop, ka një furnizim me gjak miliarda herë më të madh se ai i një njeriu. Mund të duket e pamundur në fillim, por kur e kuptoni këtë

FITON GJERMJA “-XYA”.