Turli xil haqiqiy fundamental zarralar paydo bo'lishi mumkin. Elementar zarralar

1-rasmda ko'rsatilgan asosiy fermionlar½ spinga ega bo'lgan materiyaning "birinchi g'ishtlari". Ular taqdim etilgan leptonlar(elektronlar e, neytrinolar va boshqalar) - ishtirok etmaydigan zarralar kuchli yadroviy o'zaro ta'sirlar va kvarklar, kuchli shovqinlarda ishtirok etadigan. Yadro zarralari kvarklardan iborat - hadronlar(protonlar, neytronlar va mezonlar). Bu zarralarning har biri o'ziga xos antizarraga ega bo'lib, ular bir hujayraga joylashtirilishi kerak. Antizarra belgisi tilda (~) bilan ajralib turadi.

Olti turdagi kvarklardan yoki oltitasi aromatlar elektr zaryadi 2/3 (elementar zaryad birliklarida e) yuqori qismiga ega ( u), sehrlangan ( c) va haqiqat ( t) kvarklar va zaryadi -1/3 bo'lgan - pastki ( d), g'alati ( s) va chiroyli ( b) kvarklar. Xuddi shu xushbo'y antiqa buyumlar mos ravishda -2/3 va 1/3 elektr zaryadiga ega bo'ladi.

Kvant xromodinamikasida (kuchli o'zaro ta'sir nazariyasi) kvarklar va antikvarklar kuchli o'zaro ta'sir zaryadlarining uchta turiga ega: qizil R(qizilga qarshi); yashil G(yashilga qarshi); ko'k B(ko'k rangga qarshi). Rangli (kuchli) o'zaro ta'sir adronlardagi kvarklarni bog'laydi. Ikkinchisi quyidagilarga bo'linadi barionlar, uchta kvarkdan iborat va mezonlar, ikkita kvarkdan iborat. Masalan, barionlar deb tasniflangan proton va neytronlar quyidagi kvark tarkibiga ega:

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

Misol tariqasida, pi mezonlarining uchlik tarkibini keltiramiz:

, ,

Bu formulalardan protonning zaryadi +1, antiprotonniki esa -1 ekanligini tushunish oson. Neytron va antineytron nol zaryadga ega. Bu zarrachalardagi kvarklarning spinlari yig'ilib, ularning umumiy spinlari ½ ga teng bo'ladi. Xuddi shu kvarklarning birikmalari ham mumkin, ular uchun umumiy spinlar 3/2 ga teng. Bunday elementar zarralar (D ++, D +, D 0, D -) kashf etilgan va rezonanslarga tegishli, ya'ni. qisqa muddatli adronlar.

Diagramma bilan ifodalangan radioaktiv b-emirilishning taniqli jarayoni

n ® p + e + ,

kvark nazariyasi nuqtai nazaridan shunday ko'rinadi

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

Qayta urinishlarga qaramay, tajribalarda erkin kvarklarni aniqlashning imkoni bo'lmadi. Bu shuni ko'rsatadiki, kvarklar, aftidan, faqat murakkabroq zarralar tarkibida paydo bo'ladi ( kvarkni qo'lga olish). Ushbu hodisaning to'liq izohi hozirgi kunga qadar berilmagan.

1-rasmdan ko'rinib turibdiki, leptonlar va kvarklar o'rtasida kvark-lepton simmetriyasi deb ataladigan simmetriya mavjud. Yuqori chiziqdagi zarralar pastki chiziqdagi zarrachalardan bir marta kattaroq zaryadga ega. Birinchi ustundagi zarralar birinchi avlodga, ikkinchisi - ikkinchi avlodga va uchinchi ustun - uchinchi avlodga tegishli. Kvarklarning o'zlari c, b Va t Ushbu simmetriya asosida bashorat qilingan. Atrofimizdagi materiya birinchi avlod zarralaridan iborat. Ikkinchi va uchinchi avlod zarralari qanday rol o'ynaydi? Bu savolga hali aniq javob yo'q.

Bu uchta zarra (shuningdek, quyida tavsiflangan boshqalar) o'zlariga ko'ra o'zaro tortiladi va qaytariladi to'lovlar, ulardan tabiatning asosiy kuchlari soniga ko'ra faqat to'rtta turi mavjud. Zaryadlarni mos keladigan kuchlarning kamayish tartibida quyidagicha joylashtirish mumkin: rangli zaryad (kvarklar orasidagi o'zaro ta'sir kuchlari); elektr zaryadi (elektr va magnit kuchlar); zaif zaryad (ba'zi radioaktiv jarayonlardagi kuchlar); nihoyat, massa (tortishish kuchi yoki tortishish o'zaro ta'siri). Bu erda "rang" so'zining rangga hech qanday aloqasi yo'q ko'rinadigan yorug'lik; bu shunchaki kuchli zaryad va eng katta kuchlarning xarakteristikasi.

To'lovlar saqlanadi, ya'ni. tizimga kiradigan zaryad undan chiqadigan zaryadga teng. Agar ma'lum miqdordagi zarrachalarning o'zaro ta'siridan oldingi umumiy elektr zaryadi, aytaylik, 342 birlikka teng bo'lsa, u holda o'zaro ta'sirdan keyin, uning natijasidan qat'i nazar, u 342 birlikka teng bo'ladi. Bu boshqa zaryadlarga ham tegishli: rang (kuchli o'zaro ta'sir zaryadi), zaif va massa (massa). Zarrachalar o'zlarining zaryadlari bo'yicha farqlanadi: mohiyatiga ko'ra, ular bu zaryadlar "dir". To'lovlar tegishli kuchga javob berish huquqining "guvohnomasi" ga o'xshaydi. Shunday qilib, faqat rangli zarrachalarga rang kuchlari ta'sir qiladi, faqat elektr zaryadlangan zarrachalarga elektr kuchlari ta'sir qiladi va hokazo. Zarrachaning xossalari unga ta'sir qiluvchi eng katta kuch bilan belgilanadi. Faqat kvarklar barcha zaryadlarning tashuvchisi bo'lib, shuning uchun barcha kuchlarning ta'siriga bo'ysunadi, ular orasida rang ustunlik qiladi. Elektronlarning rangdan tashqari barcha zaryadlari bor va ular uchun dominant kuch elektromagnit kuchdir.

Tabiatdagi eng barqarorlari, qoida tariqasida, zarrachalarning neytral birikmalari bo'lib, ularda bir belgining zarrachalarining zaryadi boshqa belgining zarrachalarining umumiy zaryadi bilan qoplanadi. Bu butun tizimning minimal energiyasiga to'g'ri keladi. (Xuddi shunday, ikkita shtrixli magnit bir chiziqda joylashgan bo'lib, birining shimoliy qutbi ikkinchisining janubiy qutbiga qaragan bo'lib, bu magnit maydonning minimal energiyasiga to'g'ri keladi.) Gravitatsiya bu qoidadan istisno: manfiy. massa mavjud emas. Yuqoriga tushadigan jismlar yo'q.

MATTA TURLARI

Oddiy materiya elektronlar va kvarklardan hosil bo'lib, ular neytral rangga ega, keyin esa elektr zaryadiga ega bo'lgan jismlarga guruhlangan. Rang kuchi neytrallanadi, chunki zarralar uchliklarga birlashtirilganda, quyida batafsilroq muhokama qilinadi. (Shuning uchun "rang" atamasi optikadan olingan: uchta asosiy rang aralashganda oq rang hosil bo'ladi.) Shunday qilib, rang kuchi asosiy bo'lgan kvarklar uchlik hosil qiladi. Ammo kvarklar va ular bo'linadi u-kvarklar (ingliz tilidan yuqoriga - tepaga) va d-kvarklar (inglizchadan pastga - pastdan), shuningdek, teng elektr zaryadiga ega u-kvark va uchun d-kvark. Ikki u-kvark va bitta d-kvarklar +1 elektr zaryadini beradi va proton hosil qiladi va bitta u-kvark va ikkita d-kvarklar nol elektr zaryadini beradi va neytron hosil qiladi.

Barqaror protonlar va neytronlar, ularni tashkil etuvchi kvarklar orasidagi o'zaro ta'sirning qoldiq rangli kuchlari bilan bir-biriga tortilib, rangsiz neytral atom yadrosini hosil qiladi. Ammo yadrolar musbat elektr zaryadini olib yuradi va Quyosh atrofida aylanadigan sayyoralar singari yadro atrofida aylanadigan manfiy elektronlarni jalb qilib, neytral atom hosil qiladi. Ularning orbitalaridagi elektronlar yadrodan yadro radiusidan o'n minglab marta kattaroq masofada chiqariladi - bu ularni ushlab turgan elektr kuchlari yadroviy kuchlardan ancha zaif ekanligidan dalolat beradi. Ranglarning o'zaro ta'sir kuchi tufayli atom massasining 99,945% uning yadrosida joylashgan. Og'irligi u- Va d-kvarklar elektron massasidan taxminan 600 marta katta. Shuning uchun elektronlar yadrolarga qaraganda ancha engilroq va harakatchanroqdir. Ularning materiyadagi harakati elektr hodisalari tufayli yuzaga keladi.

Yadrodagi neytronlar va protonlar soni va shunga mos ravishda ularning orbitalaridagi elektronlar soni bilan farq qiluvchi bir necha yuzlab tabiiy atomlar (shu jumladan izotoplar) mavjud. Eng oddiyi vodorod atomi bo'lib, u proton shaklidagi yadro va uning atrofida aylanadigan yagona elektrondan iborat. Tabiatdagi barcha "ko'rinadigan" moddalar atomlardan va qisman "demontaj qilingan" atomlardan iborat bo'lib, ular ionlar deb ataladi. Ionlar bir nechta elektronni yo'qotib (yoki qo'lga kiritib) zaryadlangan zarrachalarga aylangan atomlardir. Deyarli butunlay ionlardan tashkil topgan moddaga plazma deyiladi. Markazlarda sodir bo'ladigan termoyadro reaktsiyalari tufayli yonadigan yulduzlar asosan plazmadan iborat bo'lib, yulduzlar koinotda eng keng tarqalgan materiya shakli bo'lganligi sababli, butun Olam asosan plazmadan iborat deb aytishimiz mumkin. Aniqrog'i, yulduzlar asosan to'liq ionlangan vodorod gazidir, ya'ni. alohida protonlar va elektronlarning aralashmasi va shuning uchun deyarli butun ko'rinadigan olam undan iborat.

Bu ko'rinadigan narsa. Ammo Koinotda ko'rinmas materiya ham mavjud. Va kuch tashuvchi sifatida ishlaydigan zarralar mavjud. Ayrim zarralarning antizarralar va qo'zg'aluvchan holatlari mavjud. Bularning barchasi "elementar" zarralarning aniq haddan tashqari ko'pligiga olib keladi. Bu mo'l-ko'llikda elementar zarralar va ular orasidagi ta'sir qiluvchi kuchlarning haqiqiy, haqiqiy tabiatining ko'rsatkichini topish mumkin. Eng so'nggi nazariyalarga ko'ra, zarralar asosan kengaytirilgan geometrik ob'ektlar bo'lishi mumkin - o'n o'lchovli fazoda "torlar".

Ko'rinmas dunyo.

Koinotda nafaqat ko'rinadigan materiya (balki qora tuynuklar va "qorong'u materiya", masalan, yoritilganda ko'rinadigan sovuq sayyoralar) mavjud. Hammamizga va butun koinotga har soniyada kirib boradigan haqiqatan ham ko'rinmas materiya bor. Bu bir turdagi zarrachalarning tez harakatlanuvchi gazi - elektron neytrinolar.

Elektron neytrino elektronning sherigi, lekin elektr zaryadiga ega emas. Neytrinolar faqat kuchsiz zaryadga ega. Ularning dam olish massasi, ehtimol, nolga teng. Ammo ular tortishish maydoni bilan o'zaro ta'sir qiladilar, chunki ular kinetik energiyaga ega E, bu samarali massaga mos keladi m, Eynshteyn formulasiga ko'ra E = mc 2 qaerda c- yorug'lik tezligi.

Neytrinoning asosiy roli shundaki, u transformatsiyaga hissa qo'shadi Va-kvarklar kiradi d-kvarklar, buning natijasida proton neytronga aylanadi. Neytrinolar yulduz sintezi reaktsiyalari uchun "karbyurator ignasi" vazifasini bajaradi, ularda to'rtta proton (vodorod yadrolari) geliy yadrosini hosil qilish uchun birlashadi. Ammo geliy yadrosi to'rt protondan emas, balki ikkita proton va ikkita neytrondan iborat bo'lganligi sababli, bunday yadro sintezi uchun ikkitasi bo'lishi kerak. Va-kvarklar ikkiga aylandi d-kvark. Transformatsiyaning intensivligi yulduzlarning qanchalik tez yonishini aniqlaydi. Va transformatsiya jarayoni zaif zaryadlar va zarralar orasidagi zaif o'zaro ta'sir kuchlari bilan belgilanadi. Qayerda Va-kvark (elektr zaryadi +2/3, kuchsiz zaryad +1/2), elektron bilan o'zaro ta'sir qilish (elektr zaryad - 1, kuchsiz zaryad -1/2), hosil bo'ladi. d-kvark (elektr zaryadi –1/3, kuchsiz zaryad –1/2) va elektron neytrino (elektr zaryadi 0, kuchsiz zaryad +1/2). Ikki kvarkning rang zaryadlari (yoki shunchaki ranglari) bu jarayonda neytrinosiz bekor qilinadi. Neytrinoning vazifasi kompensatsiyalanmagan zaif zaryadni olib tashlashdir. Shuning uchun transformatsiya tezligi zaif kuchlarning qanchalik zaifligiga bog'liq. Agar ular o'zlaridan zaifroq bo'lganlarida, yulduzlar umuman yonmaydilar. Agar ular kuchliroq bo'lganida, yulduzlar allaqachon yonib ketgan bo'lar edi.

Neytrinolar haqida nima deyish mumkin? Bu zarralar boshqa moddalar bilan nihoyatda zaif ta'sirga kirishganligi sababli ular o'zlari tug'ilgan yulduzlarni deyarli darhol tark etadilar. Barcha yulduzlar porlaydilar, neytrinolarni chiqaradilar va neytrinolar bizning tanamiz va butun Yer bo'ylab kechayu kunduz porlaydilar. Shunday qilib, ular, ehtimol, yangi o'zaro ta'sir STARga kirgunlaricha, koinot bo'ylab kezib yurishadi).

O'zaro ta'sir tashuvchilar.

Masofadagi zarralar o'rtasida ta'sir qiluvchi kuchlarning sababi nima? Zamonaviy fizika javob beradi: boshqa zarralar almashinuvi tufayli. Tasavvur qiling-a, ikkita konkida uchuvchi to'pni uloqtirmoqda. Otish paytida to'pga impuls berish va qabul qilingan to'p bilan impuls olish orqali ikkalasi ham bir-biridan uzoqroqqa yo'nalishda surish oladi. Bu itaruvchi kuchlarning paydo bo'lishini tushuntirishi mumkin. Ammo mikrodunyodagi hodisalarni ko'rib chiqadigan kvant mexanikasida hodisalarning g'ayrioddiy cho'zilishi va delokalizatsiyasiga yo'l qo'yiladi, bu esa imkonsiz bo'lib tuyuladigan narsaga olib keladi: konkida uchuvchilardan biri to'pni yo'nalishga tashlaydi. dan boshqacha, lekin shunga qaramay, o'sha Balki bu to'pni ushlang. Tasavvur qilish qiyin emaski, agar bu mumkin bo'lsa (va elementar zarralar dunyosida ham mumkin), konkida uchuvchilar o'rtasida tortishish paydo bo'ladi.

Yuqorida muhokama qilingan to'rtta "modda zarralari" o'rtasidagi o'zaro ta'sir kuchlari almashinuvi tufayli zarralar o'lchovli zarralar deb ataladi. To'rtta o'zaro ta'sirning har biri - kuchli, elektromagnit, zaif va tortishish - o'z o'lchov zarralari to'plamiga ega. Kuchli o'zaro ta'sirning tashuvchisi zarralari glyuonlardir (ularning faqat sakkiztasi bor). Foton elektromagnit o'zaro ta'sirning tashuvchisi (faqat bittasi bor va biz fotonlarni yorug'lik sifatida qabul qilamiz). Zaif o'zaro ta'sirning tashuvchi zarralari oraliq vektor bozonlaridir (ular 1983 va 1984 yillarda kashf etilgan. V + -, V- - bozonlar va neytral Z-bozon). Gravitatsion o'zaro ta'sirning tashuvchisi zarrasi hali ham faraziy gravitondir (faqat bitta bo'lishi kerak). Bu barcha zarralar, cheksiz uzoq masofalarni bosib o'ta oladigan foton va gravitondan tashqari, faqat moddiy zarralar o'rtasidagi almashish jarayonida mavjud. Fotonlar Olamni yorug'lik bilan to'ldiradi va gravitonlar Olamni tortishish to'lqinlari bilan to'ldiradi (hali ishonchli tarzda aniqlanmagan).

O'lchovli zarrachalarni chiqarishga qodir bo'lgan zarralar tegishli kuchlar maydoni bilan o'ralgan deyiladi. Shunday qilib, fotonlarni chiqarishga qodir elektronlar elektr va bilan o'ralgan magnit maydonlar, shuningdek, zaif va tortishish maydonlari. Kvarklar ham bu maydonlarning barchasi bilan o'ralgan, balki kuchli o'zaro ta'sir maydoni bilan ham o'ralgan. Rang kuchlari sohasida rang zaryadiga ega bo'lgan zarralar rang kuchiga ta'sir qiladi. Xuddi shu narsa tabiatning boshqa kuchlariga ham tegishli. Demak, dunyo materiyadan (moddiy zarrachalar) va maydondan (o'lchov zarrachalaridan) iborat deb aytishimiz mumkin. Bu haqda quyida batafsilroq.

Antimodda.

Har bir zarrachada antipartikul mavjud bo'lib, uning yordamida zarracha o'zaro yo'q bo'lib ketishi mumkin, ya'ni. "yo'q qilish", natijada energiya ajralib chiqadi. Biroq, o'z-o'zidan "sof" energiya mavjud emas; Annigilyatsiya natijasida bu energiyani olib ketadigan yangi zarralar (masalan, fotonlar) paydo bo'ladi.

Aksariyat hollarda antipartikul mos keladigan zarrachaga qarama-qarshi xususiyatlarga ega: agar zarracha kuchli, kuchsiz yoki elektromagnit maydonlar ta'sirida chapga harakat qilsa, uning antizarrasi o'ngga siljiydi. Xulosa qilib aytganda, antizarra barcha zaryadlarning qarama-qarshi belgilariga ega (massaviy zaryaddan tashqari). Agar zarracha neytron kabi kompozit bo'lsa, uning antizarrasi qarama-qarshi zaryad belgilariga ega bo'lgan komponentlardan iborat. Shunday qilib, antielektronning elektr zaryadi +1, kuchsiz zaryadi +1/2 va pozitron deyiladi. Antineytron tarkibiga kiradi Va-elektr zaryadli antikvarklar –2/3 va d-elektr zaryadli +1/3 antikvarklar. Haqiqiy neytral zarralar o'zlarining antizarralaridir: fotonning antizarrasi fotondir.

Zamonaviy nazariy tushunchalarga ko'ra, tabiatda mavjud bo'lgan har bir zarraning o'ziga xos antizarrasi bo'lishi kerak. Va haqiqatan ham laboratoriyada ko'plab antizarralar, jumladan pozitronlar va antineytronlar olingan. Buning oqibatlari juda muhim va barcha eksperimental zarrachalar fizikasining asosini yotadi. Nisbiylik nazariyasiga ko'ra, massa va energiya ekvivalentdir va ma'lum sharoitlarda energiya massaga aylanishi mumkin. Zaryad saqlanib qolgan va vakuumning zaryadi (bo'sh bo'shliq) nolga teng bo'lganligi sababli, vakuumdan har qanday juft zarralar va antizarralar (nol aniq zaryadga ega) sehrgarning shlyapasidan quyonlar kabi vakuumdan chiqishi mumkin, agar etarli energiya mavjud bo'lsa. ularning massasini yaratish.

Zarrachalarning avlodlari.

Tezlatgichlarda o'tkazilgan tajribalar shuni ko'rsatdiki, moddiy zarralarning to'rtligi (kvarteti) kamida ikki marta ko'proq takrorlanadi. yuqori qiymatlar ommaviy. Ikkinchi avlodda elektronning o'rnini muon egallaydi (massasi elektronning massasidan taxminan 200 baravar katta, ammo boshqa barcha zaryadlarning bir xil qiymatlari bilan), elektron neytrinoning o'rni. muon tomonidan olingan (elektron elektron neytrino bilan bir xil tarzda kuchsiz o'zaro ta'sirlarda muonga hamroh bo'ladi), joylashtiring Va-kvark egallaydi Bilan-kvark ( Maftun bo'ldim), A d-kvark - s-kvark ( g'alati). Uchinchi avlodda kvartet tau lepton, tau neytrino, t-kvark va b-kvark.

Og'irligi t-kvark eng engilining massasidan taxminan 500 marta kattadir - d-kvark. Eksperimental ravishda yorug'lik neytrinolarining faqat uchta turi mavjudligi aniqlangan. Shunday qilib, zarralarning to'rtinchi avlodi yo umuman yo'q, yoki tegishli neytrinolar juda og'ir. Bu kosmologik ma'lumotlarga mos keladi, unga ko'ra yorug'lik neytrinolarining to'rt turidan ko'p bo'lmasligi mumkin.

Yuqori energiyali zarralar bilan olib borilgan tajribalarda elektron, muon, tau lepton va tegishli neytrinolar ajratilgan zarrachalar vazifasini bajaradi. Ular rangli zaryadga ega emaslar va faqat zaif va elektromagnit o'zaro ta'sirlarga kirishadilar. Ular birgalikda chaqiriladi leptonlar.

Kvarklar, rang kuchlari ta'sirida, yuqori energiyali fizika tajribalarida ustunlik qiladigan kuchli o'zaro ta'sir qiluvchi zarrachalarga birlashadi. Bunday zarralar deyiladi hadronlar. Ular ikkita kichik sinfni o'z ichiga oladi: barionlar(masalan, proton va neytron), ular uchta kvarkdan tashkil topgan va mezonlar, kvark va antikvarkdan iborat. 1947 yilda kosmik nurlarda pion (yoki pi-mezon) deb nomlangan birinchi mezon topildi va bir muncha vaqt bu zarralar almashinuvi yadro kuchlarining asosiy sababi deb hisoblangan. 1964 yilda Brukxaven milliy laboratoriyasida (AQSh) topilgan omega-minus adronlar va JPS zarrasi ( J/y-mezon), 1974 yilda Brukxavenda va Stenford chiziqli tezlatgich markazida (shuningdek AQShda) bir vaqtning o'zida kashf etilgan. Omega minus zarrachaning mavjudligini M. Gell-Mann o'zining "" deb nomlangan asarida bashorat qilgan. S.U. 3 nazariyasi" (boshqa nomi "sakkiz karrali yo'l"), bunda kvarklarning mavjudligi ehtimoli birinchi marta taklif qilingan (va bu nom ularga berilgan). O'n yil o'tgach, zarrachaning kashfiyoti J/y mavjudligini tasdiqladi Bilan-kvark va nihoyat hammani kvark modeliga ham, elektromagnit va kuchsiz kuchlarni birlashtirgan nazariyaga ham ishontirdi ( pastga qarang).

Ikkinchi va uchinchi avlod zarralari birinchisidan kam emas. To'g'ri, ular soniyaning milliondan yoki milliarddan bir qismida paydo bo'lib, birinchi avlodning oddiy zarralariga: elektron, elektron neytrino va shuningdek, parchalanadi. Va- Va d-kvarklar. Nega tabiatda zarrachalarning bir necha avlodlari borligi haqidagi savol hanuzgacha sirligicha qolmoqda.

Kvarklar va leptonlarning turli avlodlari ko'pincha (bu, albatta, biroz eksantrik) zarrachalarning turli xil "lazzatlari" haqida gapiriladi. Ularni tushuntirish zarurati "lazzat" muammosi deb ataladi.

BAZONLAR VA FERMIONLAR, MAYDON VA MATERIYA

Zarrachalar orasidagi asosiy farqlardan biri bozonlar va fermionlar o'rtasidagi farqdir. Barcha zarralar ushbu ikkita asosiy sinfga bo'lingan. Bir xil bozonlar bir-birining ustiga chiqishi yoki bir-birining ustiga chiqishi mumkin, lekin bir xil fermionlar bir-birining ustiga chiqishi mumkin emas. Superpozitsiya kvant mexanikasi tabiatni ajratadigan diskret energiya holatlarida sodir bo'ladi (yoki sodir bo'lmaydi). Bu holatlar zarrachalar joylashtirilishi mumkin bo'lgan alohida hujayralarga o'xshaydi. Shunday qilib, siz bitta hujayraga xohlaganingizcha bir xil bozonlarni qo'yishingiz mumkin, lekin faqat bitta fermion.

Misol tariqasida, atom yadrosini aylanib yuruvchi elektron uchun shunday hujayralarni yoki "holatlarni" ko'rib chiqing. Quyosh tizimining sayyoralaridan farqli o'laroq, kvant mexanikasi qonunlariga ko'ra, elektron hech qanday elliptik orbitada aylana olmaydi, chunki u uchun ruxsat etilgan "harakat holatlari" ning faqat diskret qatori mavjud. Elektrondan yadrogacha bo'lgan masofaga qarab guruhlangan bunday holatlar to'plami deyiladi orbitallar. Birinchi orbitalda burchak impulslari har xil bo'lgan ikkita holat va shuning uchun ruxsat etilgan ikkita hujayra, yuqori orbitallarda esa sakkiz yoki undan ko'p hujayralar mavjud.

Elektron fermion bo'lganligi sababli, har bir hujayrada faqat bitta elektron bo'lishi mumkin. Bundan juda muhim oqibatlar kelib chiqadi - barcha kimyo, chunki moddalarning kimyoviy xossalari tegishli atomlar orasidagi o'zaro ta'sirlar bilan belgilanadi. Agar siz elementlarning davriy tizimidan bir atomdan ikkinchisiga yadrodagi protonlar sonini bir marta ko'paytirish tartibida o'tsangiz (elektronlar soni ham shunga mos ravishda ortadi), u holda birinchi ikkita elektron birinchi orbitalni egallaydi, keyingi sakkiztasi ikkinchisida joylashgan bo'ladi va hokazo. Elementdan elementga atomlarning elektron tuzilishidagi bu izchil o'zgarish ulardagi naqshlarni aniqlaydi kimyoviy xossalari.

Agar elektronlar bozon bo'lsa, atomdagi barcha elektronlar minimal energiyaga mos keladigan bir xil orbitalni egallashi mumkin edi. Bunday holda, Olamdagi barcha materiyaning xususiyatlari butunlay boshqacha bo'lar edi va biz bilgan shakldagi Olam bu mumkin emas edi.

Barcha leptonlar - elektron, muon, tau lepton va ularga mos keladigan neytrinolar fermionlardir. Kvarklar haqida ham shunday deyish mumkin. Shunday qilib, koinotning asosiy to'ldiruvchisi bo'lgan "materiya" ni tashkil etuvchi barcha zarralar, shuningdek, ko'rinmas neytrinolar fermionlardir. Bu juda muhim: fermionlar birlasha olmaydi, shuning uchun ham xuddi shu narsa moddiy dunyodagi narsalarga tegishli.

Shu bilan birga, o'zaro ta'sir qiluvchi moddiy zarralar o'rtasida almashinadigan va kuchlar maydonini yaratadigan barcha "o'lchov zarralari" ( yuqoriga qarang), bozonlardir, bu ham juda muhim. Shunday qilib, masalan, ko'plab fotonlar bir holatda bo'lishi mumkin, magnit maydon yoki magnit atrofida magnit maydon hosil qiladi elektr maydoni elektr zaryadi atrofida. Buning yordamida lazer ham mumkin.

Spin.

Bozonlar va fermionlar o'rtasidagi farq elementar zarrachalarning yana bir xususiyati bilan bog'liq - aylanish. Qanchalik hayratlanarli tuyulmasin, hammasi asosiy zarralar o'zlarining burchak momentumlariga ega yoki oddiyroq aytganda, o'z o'qi atrofida aylanadilar. Impuls burchagi aylanish harakatining xarakteristikasidir, xuddi translatsiya harakatining umumiy impulsi kabi. Har qanday o'zaro ta'sirda burchak momentum va impuls saqlanib qoladi.

Mikrokosmosda burchak momenti kvantlanadi, ya'ni. diskret qiymatlarni oladi. Tegishli o'lchov birliklarida leptonlar va kvarklar spini 1/2 ga, kalibrli zarrachalar esa 1 spinga ega (hali tajribada kuzatilmagan, lekin nazariy jihatdan 2 spinga ega bo'lishi kerak bo'lgan gravitondan tashqari). Leptonlar va kvarklar fermionlar, o'lchov zarralari esa bozonlar bo'lganligi sababli, "fermionlik" spin 1/2 bilan, "bozonlik" esa 1 (yoki 2) spin bilan bog'liq deb taxmin qilishimiz mumkin. Haqiqatan ham, tajriba ham, nazariya ham agar zarracha yarim butun spinga ega bo‘lsa, u fermion, agar butun spinga ega bo‘lsa, u bozon ekanligini tasdiqlaydi.

O‘LCHISH NAZARIYASI VA GEOMETRIYA

Barcha holatlarda kuchlar fermionlar orasidagi bozonlarning almashinuvi tufayli yuzaga keladi. Shunday qilib, ikkita kvark (kvarklar - fermionlar) o'rtasidagi o'zaro ta'sirning rang kuchi glyuonlarning almashinuvi tufayli yuzaga keladi. Shunga o'xshash almashinuv doimiy ravishda protonlar, neytronlar va atom yadrolarida sodir bo'ladi. Xuddi shunday, elektronlar va kvarklar o'rtasida almashinadigan fotonlar atomda elektronlarni ushlab turuvchi elektr tortishish kuchlarini yaratadi va leptonlar va kvarklar o'rtasida almashinadigan oraliq vektor bozonlari yulduzlardagi termoyadro reaktsiyalarida protonlarni neytronlarga aylantirish uchun mas'ul bo'lgan zaif kuchlarni yaratadi.

Ushbu almashinuvning nazariyasi oqlangan, sodda va ehtimol to'g'ri. U deyiladi o'lchov nazariyasi. Ammo hozirgi vaqtda faqat kuchli, kuchsiz va elektromagnit o'zaro ta'sirlarning mustaqil o'lchov nazariyalari va shunga o'xshash, ammo biroz boshqacha bo'lsa-da, tortishishning o'lchov nazariyasi mavjud. Eng muhim jismoniy muammolardan biri bu individual nazariyalarni yagona va ayni paytda oddiy nazariyaga qisqartirishdir, bunda ularning barchasi bitta haqiqatning turli tomonlariga aylanadi - kristalning yuzlari kabi.

O'lchov nazariyalarining eng oddiy va eng qadimgisi elektromagnit o'zaro ta'sirning o'lchov nazariyasidir. Unda elektronning zaryadi undan uzoqda joylashgan boshqa elektronning zaryadi bilan solishtiriladi (kalibrlanadi). To'lovlarni qanday taqqoslash mumkin? Siz, masalan, ikkinchi elektronni birinchisiga yaqinlashtirishingiz va ularning o'zaro ta'sir kuchlarini solishtirishingiz mumkin. Ammo elektron fazoning boshqa nuqtasiga o‘tganda uning zaryadi o‘zgarmaydimi? Tekshirishning yagona yo'li - yaqin elektrondan uzoqqa signal yuborish va u qanday reaksiyaga kirishishini ko'rish. Signal o'lchov zarrasi - fotondir. Uzoq zarrachalardagi zaryadni sinab ko'rish uchun foton kerak.

Matematik jihatdan bu nazariya nihoyatda aniq va chiroyli. Yuqorida tavsiflangan "o'lchov printsipi" dan barcha kvant elektrodinamika (elektromagnitizmning kvant nazariyasi), shuningdek nazariya kelib chiqadi. elektromagnit maydon Maksvell 19-asrning eng katta ilmiy yutuqlaridan biridir.

Nega bunday oddiy tamoyil shunchalik samarali? Ko'rinib turibdiki, u qandaydir korrelyatsiyani ifodalaydi turli qismlar Koinot, koinotda o'lchovlarni amalga oshirishga imkon beradi. Matematik nuqtai nazardan, maydon geometrik jihatdan qandaydir "ichki" bo'shliqning egri chizig'i sifatida talqin qilinadi. Zaryadni o'lchash zarracha atrofidagi umumiy "ichki egrilikni" o'lchashdir. Kuchli va zaif o'zaro ta'sirlarning o'lchov nazariyalari elektromagnit o'lchov nazariyasidan faqat tegishli zaryadning ichki geometrik "tuzilmasi" bilan farq qiladi. Ushbu ichki makon qayerda ekanligi haqidagi savolga bu erda muhokama qilinmaydigan ko'p o'lchovli birlashtirilgan maydon nazariyalari javob berishga intiladi.

Zarrachalar fizikasi hali tugallanmagan. Mavjud ma'lumotlar zarralar va kuchlarning tabiatini, shuningdek, fazo va vaqtning haqiqiy tabiati va hajmini to'liq tushunish uchun etarlimi yoki yo'qmi hali aniq emas. Buning uchun bizga 10 15 GeV energiyali tajribalar kerakmi yoki fikrlash kuchi yetarlimi? Hozircha javob yo'q. Lekin biz ishonch bilan aytishimiz mumkinki, yakuniy rasm oddiy, oqlangan va chiroyli bo'ladi. Ko'p fundamental g'oyalar bo'lmasligi mumkin: o'lchov printsipi, yuqori o'lchamdagi bo'shliqlar, qulash va kengayish va birinchi navbatda geometriya.

Birliklar jismoniy miqdorlar mikrodunyoda sodir bo'ladigan hodisalarni tavsiflashda ular fizika qonunlarining matematik yozuvlari orqali aniqlanadigan asosiy va hosilalarga bo'linadi.
Barcha fizik hodisalar fazoda va vaqtda sodir bo'lganligi sababli, asosiy birliklar birinchi navbatda uzunlik va vaqt birliklari, keyin esa massa birligi sifatida qabul qilinadi. Asosiy birliklar: uzunliklar l, vaqt t, massa m - ma'lum bir o'lchamni olish. Olingan birliklarning o'lchamlari ma'lum fizik qonunlarni ifodalovchi formulalar bilan aniqlanadi.
Asosiy jismoniy birliklarning o'lchamlari amalda ulardan foydalanish qulay bo'lishi uchun tanlangan.
SI tizimida quyidagi o'lchamlar qabul qilinadi: uzunliklar [ l] = m (metr), vaqt [t] = s (sekund), massa [t] = kg (kilogramm).
CGS tizimida asosiy birliklar uchun quyidagi o'lchamlar qabul qilinadi: uzunlik [/] = sm (santimetr), vaqt [t] = s (ikkinchi) va massa [t] = g (gramm). Mikrokosmosda sodir bo'ladigan hodisalarni tasvirlash uchun SI va CGS birliklaridan foydalanish mumkin.
Mikrodunyo hodisalarida uzunlik, vaqt va massa kattalik tartiblarini baholaylik.
SI va GHS birliklarining umume'tirof etilgan xalqaro tizimlaridan tashqari, universal fizik konstantalarga asoslangan "tabiiy birlik tizimlari" ham qo'llaniladi. Ushbu birliklar tizimlari ayniqsa dolzarbdir va turli fizik nazariyalarda qo'llaniladi. Tabiiy birliklar tizimida asosiy konstantalar asosiy birliklar sifatida qabul qilinadi: yorug'likning vakuumdagi tezligi - s, Plank doimiysi - ћ, tortishish doimiysi G N, Boltsman doimiysi - k: Avogadro soni - N A va boshqalar. Tabiiy tizimda. Plank birliklari qabul qilinadi c = ћ = G N = k = 1. Bu birliklar tizimi kosmologiyada kvant va tortishish ta'siri bir vaqtning o'zida muhim bo'lgan jarayonlarni tavsiflash uchun ishlatiladi (qora tuynuklar nazariyalari, ilk olam nazariyalari).
Birliklar tabiiy sistemasida uzunlikning natural birligi masalasi hal qilinadi. Buni Kompton to'lqin uzunligi l 0 deb hisoblash mumkin, bu M zarrachaning massasi bilan belgilanadi: l 0 = ћ/Ms.
Uzunlik ob'ektning o'lchamini tavsiflaydi. Demak, elektron uchun klassik radius r 0 = e 2 /m e c 2 = 2,81794·10 -13 sm (e, m e - elektronning zaryadi va massasi). Elektronning klassik radiusi e zaryadli zaryadlangan sharning radiusi ma'nosiga ega (tarqatish sferik simmetrik), bunda to'pning elektrostatik maydonining energiyasi e = gye 2 /r 0 qolgan qismiga teng. elektronning energiyasi m e c 2 (tompson yorug'likning tarqalishini ko'rib chiqishda ishlatiladi).
Bor orbitasining radiusi ham ishlatiladi. Bu qo'zg'atmagan vodorod atomida elektronning eng ko'p topilishi mumkin bo'lgan yadrodan masofa sifatida aniqlanadi.
a 0 = ћ 2 /m e e 2 (SGS tizimida) va a 0 = (a/4p)R = 0,529·10 -10 m (SI tizimida), a = 1/137.
Nuklon o'lchami r ≈ 10 -13 sm (1 femtometr). Atom tizimlarining xarakterli o'lchamlari 10 -8, yadro tizimlari 10 -12 ÷ 10 -13 sm.
Vaqt keng diapazonda o'zgaradi va R masofasining jismning v tezligiga nisbati sifatida aniqlanadi. Mikroob'ektlar uchun t zahar = R/v = 5·10 -12 sm/10 9 sm/s ~ 5·10 -22 s;
t element h = 10 -13 sm/3·10 10 sm/s = 3·10 -24 s.
Ommaviy jismlar 0 dan M gacha o'zgaradi. Shunday qilib, elektronning massasi m e ≈ 10 -27 g, protonning massasi
m r ≈ 10 -24 g (SGS tizimi). Atom va yadro fizikasida ishlatiladigan bitta atom massa birligi, 1 amu. = M(C)/12 uglerod atomi massasi birliklarida.
Mikro-ob'ektlarning asosiy xarakteristikalari elektr zaryadini, shuningdek, elementar zarrachani aniqlash uchun zarur bo'lgan xususiyatlarni o'z ichiga oladi.
Elektr zaryadi zarralar Q odatda elektron zaryad birliklarida o'lchanadi. Elektron zaryadi e = 1,6·10 -19 kulon. Erkin holatdagi zarralar uchun Q/e = ±1,0, adronlar tarkibiga kiruvchi kvarklar uchun esa Q/e = ±2/3 va ±1/3.
Yadrolarda zaryad yadrodagi Z protonlar soniga qarab aniqlanadi. Proton zaryadi mutlaq qiymat elektronning zaryadiga teng.
Elementar zarrachani aniqlash uchun quyidagilarni bilishingiz kerak:
I - izotopik spin;
J – ichki burchak impulsi – spin;
P – fazoviy paritet;
C – zaryad pariteti;
G - G-paritet.
Ushbu ma'lumot I G (J PC) formulasi shaklida yozilgan.
Spin− zarrachaning eng muhim xarakteristikalaridan biri, buning uchun asosiy Plank doimiysi h yoki ћ = h/2p = 1,0544·10 -27 [erg-s] ishlatiladi. Bozonlar birliklarda butun son spinga ega: (0,1, 2,...)ћ, fermionlar yarim butun spinga ega (1/2, 3/2,.. .)ћ. Supersimmetrik zarralar sinfida fermionlar va bozonlarning spin qiymatlari teskari bo'ladi.

Guruch. 4-rasmda radiusi r=1 sm bo‘lgan aylana bo‘ylab v = 1 sm/s tezlikda harakatlanuvchi massasi m = 1 g bo‘lgan zarraning burchak impulsi haqidagi klassik tushunchaga o‘xshatish orqali spin J ning fizik ma’nosi ko‘rsatilgan.Klassik fizikada. , burchak momenti J = mvr = L (L - orbital impuls). Kvant mexanikasida aylana bo‘ylab harakatlanuvchi jismning bir xil parametrlari uchun J = = 10 27 ћ = 1 erg·s, bunda ћ = 1,05·10 -27 erg·s.
Elementar zarrachaning spinining uning impuls yo‘nalishiga proyeksiyasi spirallik deyiladi. Ixtiyoriy spinga ega bo'lgan massasiz zarrachaning spiralligi faqat ikkita qiymatni oladi: zarracha impulsi yo'nalishi bo'ylab yoki unga qarshi. Foton uchun spirallikning mumkin bo'lgan qiymatlari ±1 ga teng, massasiz neytrino uchun spirallik ±1/2 ga teng.
Atom yadrosining spin burchak momenti kvant sistemasini tashkil etuvchi elementar zarrachalar spinlarining vektor yig’indisi va bu zarrachalarning sistema ichidagi harakatidan kelib chiqqan orbital burchak momentlari sifatida aniqlanadi. Orbital impuls || va spin momenti || diskret ma'noga ega bo'ladi. Orbital momentum || = ћ[ l(l+1)] 1/2, bu erda l− orbital kvant soni (0, 1,2,... qiymatlarni qabul qilishi mumkin), ichki burchak momenti || = ћ 1/2, bu erda s - spin kvant soni (nol, butun yoki yarim butun qiymatlarni J qabul qilishi mumkin, umumiy burchak momentum + = yig'indisiga teng.
Olingan birliklarga quyidagilar kiradi: zarrachalar energiyasi, tezlik, relativistik zarralarning o'rnini bosuvchi tezlik, magnit moment va boshqalar.
Energiya zarracha tinch holatda: E = mc 2; harakatlanuvchi zarracha: E = m 2 c 4 + p 2 c 2.
Relyativistik bo'lmagan zarralar uchun: E = mc 2 + p 2 /2m; relyativistik zarralar uchun, massasi m = 0: E = avg.
Energiya birliklari - eV, keV, MeV, GeV, TeV, ... 1 GeV = 10 9 eV, 1 TeV = 10 12 eV,
1 eV = 1,6·10 -12 erg.
Zarracha tezligi b = v/c, bu yerda c = 3·10 10 sm/s - yorug'lik tezligi. Zarrachaning tezligi buni aniqlaydi eng muhim xususiyat zarrachaning Lorents omili sifatida g = 1/(1-b 2) 1/2 = E/mc 2. Har doim g > 1- Relyativistik bo'lmagan zarralar uchun 1< γ < 2, а для релятивистских частиц γ > 2.
Yuqori energiyali fizikada b zarracha tezligi 1 ga yaqin va relativistik zarralar uchun uni aniqlash qiyin. Shuning uchun tezlik o'rniga tezlik bilan y = (1/2)ln[(1+b)/(1-b)] = (1/2)ln[(E) munosabati bilan bog'liq bo'lgan tezlik y ishlatiladi. +p)/(E-p) ]. Tezlik 0 dan ∞ gacha o'zgarib turadi.

Zarracha tezligi va tezligi o'rtasidagi funktsional bog'liqlik rasmda ko'rsatilgan. 5. Relyativistik zarralar uchun b → 1, E → p, u holda tezlik o'rniga biz zarrachaning ketish burchagi th, ē = (1/2)ln tan(th/2) bilan belgilanadigan psevdotezlikdan foydalanishimiz mumkin. . Tezlikdan farqli o'laroq, tezlik qo'shimcha miqdordir, ya'ni. y 2 = y 0 + y 1 har qanday sanoq sistemasi va har qanday relyativistik va relyativistik bo'lmagan zarralar uchun.
Magnit moment m = Ipr 2 /c, bu erda tok I = ev/2pr elektr zaryadining aylanishi tufayli paydo bo'ladi. Shunday qilib, har qanday zaryadlangan zarracha magnit momentga ega. Elektronning magnit momentini ko'rib chiqishda Bor magnitoni ishlatiladi
m B = eћ/2m e c = 0,5788·10 -14 MeV/G, elektron magnit moment = g·m B ·. g koeffitsienti giromagnit nisbat deb ataladi. Elektron uchun g = /m B · = 2, chunki J = ћ/2, = m B, agar elektron nuqtaga o'xshash strukturasiz zarracha bo'lsa. Giromagnit nisbat g zarrachaning tuzilishi haqidagi ma'lumotlarni o'z ichiga oladi. Miqdori (g - 2) leptonlardan boshqa zarrachalarning tuzilishini o'rganishga qaratilgan tajribalarda o'lchanadi. Leptonlar uchun bu qiymat yuqoriroq elektromagnit tuzatishlarning rolini ko'rsatadi (qo'shimcha 7.1 bo'limga qarang).
Yadro fizikasida yadro magnitoni m i = eć/2m p c ishlatiladi, bu erda m p - proton massasi.

2.1.1. Heaviside tizimi va uning GHS tizimi bilan aloqasi

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

Heaviside tizimi mikrokosmosda sodir bo'ladigan hodisalarni tasvirlash uchun yuqori energiyali fizikada qo'llaniladi va relativistik va kvant mexanikasida hal qiluvchi bo'lgan c va ћ tabiiy konstantalaridan foydalanishga asoslangan.
Elektron va proton uchun CGS tizimidagi tegishli miqdorlarning raqamli qiymatlari Jadvalda keltirilgan. 3 va bir tizimdan ikkinchisiga o'tish uchun ishlatilishi mumkin.

Jadval 3. Elektron va proton uchun CGS tizimidagi miqdorlarning raqamli qiymatlari

2.1.2. Plank (tabiiy) birliklar

Gravitatsion effektlarni ko'rib chiqishda energiya, massa, uzunlik va vaqtni o'lchash uchun Plank shkalasi kiritiladi. Agar ob'ektning tortishish energiyasi uning umumiy energiyasiga teng bo'lsa, ya'ni.

Bu
uzunligi = 1,6·10 -33 sm,
massa = 2,2·10 -5 g = 1,2·10 19 GeV,
vaqt = 5,4·10 -44 s,
Qayerda = 6,67·10 -8 sm 2 ·g -1 ·s -2.

Ob'ektning tortishish energiyasi uning umumiy energiyasi bilan taqqoslanadigan bo'lsa, tortishish effektlari muhim ahamiyatga ega.

2.2. Elementar zarrachalarning tasnifi

"Elementar zarracha" tushunchasi mikroskopik darajada materiya tuzilishining diskret xarakterini o'rnatish bilan shakllangan.

Atomlar → yadrolar → nuklonlar → partonlar (kvarklar va glyuonlar)

IN zamonaviy fizika"elementar zarralar" atamasi kichiklarning katta guruhini nomlash uchun ishlatiladi kuzatilgan materiya zarralari. Bu zarrachalar guruhi juda keng: p protonlar, n neytronlar, p- va K-mezonlar, giperonlar, jozibali zarralar (J/ps...) va ko'plab rezonanslar (jami).
~ 350 zarracha). Bu zarralar "adronlar" deb ataladi.
Ma'lum bo'lishicha, bu zarralar elementar emas, balki tarkibiy tizimlarni ifodalaydi, ularning tarkibiy qismlari haqiqatan ham elementar yoki ular shunday deb nomlanadi. asosiy "zarralar - partons, protonning tuzilishini o'rganish jarayonida kashf etilgan. Partonlarning xususiyatlarini o'rganish ularni aniqlash imkonini berdi kvarklar Va glyuonlar, Gell-Mann va Tsvayg tomonidan kuzatiladigan elementar zarralarni tasniflashda e'tiborga olingan. Kvarklar spini J = 1/2 bo'lgan fermionlar bo'lib chiqdi. Ularga kasrli elektr zaryadlari va B = 1/3 barion soni berildi, chunki B = 1 bo'lgan barion uchta kvarkdan iborat. Bundan tashqari, ba'zi barionlarning xususiyatlarini tushuntirish uchun yangi kvant sonini - rangni kiritish kerak bo'ldi. Har bir kvark 1, 2, 3 indekslari yoki qizil (R), yashil (G) va ko'k (B) so'zlari bilan belgilangan uchta rang holatiga ega. Rang kuzatilgan hadronlarda hech qanday tarzda o'zini namoyon qilmaydi va faqat ularning ichida ishlaydi.
Bugungi kunga qadar kvarklarning 6 ta ta'mi (turi) kashf etilgan.
Jadvalda 4 bir rang holati uchun kvarklarning xususiyatlarini ko'rsatadi.

Jadval 4. Kvarklarning xossalari

Kvarkning har bir lazzati uchun uning massasi ko'rsatilgan (tarkibiy kvarklarning massalari va joriy kvarklarning massalari qavs ichida berilgan), izotopik spin I va izotopik spinning 3-proeksiyasi I 3 , kvark zaryadi Q q / e va s, c, b, t kvant sonlari. Bu kvant sonlar bilan bir qatorda kvant sonli giperzaryad Y = B + s + c + b+ t tez-tez ishlatiladi. Izotop spinning proyeksiyasi I 3 , elektr zaryad Q va giper zaryad Y o'rtasida bog'liqlik mavjud: Q = I 3 + (1/2)Y.
Har bir kvark 3 ta rangga ega bo'lgani uchun 18 ta kvarkni hisobga olish kerak. Kvarklar hech qanday tuzilishga ega emas.
Shu bilan birga, elementar zarralar orasida zarrachalarning butun sinfi mavjud edi. leptonlar"Ular ham asosiy zarralardir, ya'ni hech qanday tuzilishga ega emas. Ulardan oltitasi bor: uchta zaryadlangan e, m, t va uchta neytral n e, n m, n t. Leptonlar faqat elektromagnit va kuchsiz o'zaro ta'sirlarda qatnashadi. Leptonlar va Yarim butun spinli J = (n+1/2)ћ, n = 0, 1,... bo'lgan kvarklar asosiy fermionlarga tegishli.Leptonlar va kvarklar o'rtasida hayratlanarli simmetriya kuzatiladi: oltita lepton va olti kvark.
Jadvalda 5-rasmda asosiy fermionlarning xossalari ko'rsatilgan: elektr zaryadi Q i elektron zaryad va zarracha massasi m birliklarida. Leptonlar va kvarklar uch avlodga (I, II va III) birlashtirilgan. Har bir avlod uchun elektr zaryadlarining yig'indisi ∑Q i = 0, har bir kvark uchun 3 ta rang zaryadini hisobga olgan holda. Har bir fermionda tegishli antifermion mavjud.
Jadvalda ko'rsatilgan zarrachalarning xususiyatlariga qo'shimcha ravishda, leptonlar uchun lepton raqamlari muhim rol o'ynaydi: elektron L e, e - va n e uchun +1 ga teng, muonik L m, m - uchun +1 ga teng. va n m va taonik L t, t - va n t uchun + 1 ga teng, ular o'ziga xos reaksiyalarda ishtirok etadigan leptonlarning lazzatlariga mos keladi va saqlanib qolgan miqdorlardir. Leptonlar uchun barion soni B = 0.

Jadval 5. Asosiy fermionlarning xossalari

Atrofimizdagi materiya massasi nolga teng bo'lmagan birinchi avlod fermionlaridan iborat. Ikkinchi va uchinchi avlod zarralarining ta'siri erta koinotda o'zini namoyon qildi. Fundamental zarralar orasida asosiy o'lchovli bozonlar alohida rol o'ynaydi, ular spinning butun ichki kvant soniga ega J = nћ, n = 0, 1, .... Gauge bozonlari to'rt turdagi fundamental o'zaro ta'sirlar uchun javobgardir: kuchli ( gluon g), elektromagnit (foton g), kuchsiz (bozonlar W ± , Z 0), tortishish (graviton G). Ular, shuningdek, strukturasiz, asosiy zarralardir.
Jadvalda 6 da o'lchov nazariyalarida maydon kvantlari bo'lgan fundamental bozonlarning xossalari ko'rsatilgan.

6-jadval. Asosiy bozonlarning xossalari

Jadvalda ochiq oʻlchovli g, W ±, Z 0, g 1,..., g 8 bozonlarining xossalaridan tashqari, hozirgacha ochilmagan bozonlarning xossalari koʻrsatilgan: gravitoni G va Xiggs bozonlari H 0, H. ±.
Keling, kvarklar tushunchasi kiritilgan tuzilishini tushuntirish uchun kuchli o'zaro ta'sir qiluvchi elementar zarralarning eng ko'p sonli guruhi - adronlarni ko'rib chiqaylik.
Adronlar mezon va barionlarga bo'linadi. Mezonlar kvark va antikvarkdan (q) qurilgan. Barionlar uchta kvarkdan (q 1 q 2 q 3) iborat.
Jadvalda 7 asosiy hadronlarning xususiyatlari ro'yxatini beradi. (Batafsil jadvallar uchun qarang: The European Physical Journal C, Rev. of Particle Phys., v.15, № 1 - 4, 2000.)

Jadval 7. Adronlarning xossalari

Adronlarning kvark tuzilishi ushbu katta zarralar guruhida g'alati bo'lmagan (u, d) kvarklardan iborat g'alati adronlarni, g'alati kvarklarni o'z ichiga olgan g'alati adronlarni, c- ni o'z ichiga olgan maftunkor adronlarni ajratish imkonini beradi. kvark, b-kvark bilan chiroyli adronlar (pastki adronlar).
Jadvalda adronlarning faqat kichik bir qismining xossalari keltirilgan: mezonlar va barionlar. Ularning massasi, ishlash muddati, asosiy parchalanish rejimlari va kvark tarkibi ko'rsatilgan. Mezonlar uchun barion soni B = O va lepton soni L = 0. Barionlar uchun barion soni B = 1, lepton soni L = 0. Mezonlar bozonlar (butun spin), barionlar fermionlar (yarim butun spin) ).
Hadronlarning xossalarini yanada ko'rib chiqish ularni bir xil kvant sonli (barion soni, spin, ichki paritet, g'alatilik) va massalari o'xshash, lekin elektr zaryadlari har xil bo'lgan zarralardan tashkil topgan izotopik multipletlarga birlashtirish imkonini beradi. Har bir izotopik multiplet I izotopik spin bilan tavsiflanadi, bu multiletga kiritilgan zarrachalarning umumiy sonini 2I + 1 ga teng belgilaydi. Isospin 0, 1/2, 1, 3/2, 2, qiymatlarini qabul qilishi mumkin. .., ya'ni. izotopik singl, dubl, triplet, kvartet va boshqalarning mavjudligi mumkin. Demak, proton va neytron izotopik dubletni tashkil qiladi, p + -, p - -, p 0 -mezonlar izotopik triplet sifatida qaraladi.
Mikrokosmosdagi murakkabroq ob'ektlar atom yadrolaridir. Atom yadrosi Z proton va N neytrondan iborat. Z + N = A yig'indisi - berilgan izotopdagi nuklonlar soni. Ko'pincha jadvallar barcha izotoplar bo'yicha o'rtacha qiymatni beradi, keyin u kasrga aylanadi. Ko'rsatilgan qiymatlar chegaralar ichida bo'lgan yadrolar ma'lum: 1< А < 289, 1 < Z < 116.
Yuqorida sanab o'tilgan zarralar standart model doirasida ko'rib chiqiladi. Standart modeldan tashqari yana bir asosiy zarralar guruhi - supersimmetrik zarralar (SUSY) mavjud bo'lishi mumkin deb taxmin qilinadi. Ular fermionlar va bozonlar orasidagi simmetriyani ta'minlashi kerak. Jadvalda 8 ushbu simmetriyaning kutilgan xususiyatlarini ko'rsatadi.

2.3. O'zaro ta'sirlar muammosiga dala yondashuvi

2.3.1 Asosiy o'zaro ta'sirlarning xususiyatlari

Elementar zarrachalarning to'qnashuvi paytida yuzaga keladigan fizik hodisalarning xilma-xilligi faqat to'rt turdagi o'zaro ta'sirlar bilan belgilanadi: elektromagnit, kuchsiz, kuchli va tortishish. Kvant nazariyasida o'zaro ta'sir o'zaro ta'sirning ma'lum bir turi bilan bog'liq bo'lgan maxsus kvantlar (bozonlar) almashinuvi nuqtai nazaridan tavsiflanadi.
Zarrachalarning o'zaro ta'sirini vizual tarzda ifodalash uchun amerikalik fizik R. Feynman o'z nomini olgan diagrammalardan foydalanishni taklif qildi. Feynman diagrammalarida ikkita zarracha to'qnashganda har qanday o'zaro ta'sir jarayoni tasvirlangan. Jarayonga jalb qilingan har bir zarra Feynman diagrammasida chiziq bilan ifodalanadi. Chiziqning erkin chap yoki o'ng uchi zarrachaning mos ravishda boshlang'ich yoki oxirgi holatda ekanligini ko'rsatadi. Diagrammalardagi ichki chiziqlar (ya'ni, erkin uchlari bo'lmagan chiziqlar) virtual zarrachalar deb ataladigan narsalarga mos keladi. Bu o'zaro ta'sir jarayonida yaratilgan va so'rilgan zarralardir. Haqiqiy zarralardan farqli o'laroq, ularni ro'yxatga olish mumkin emas. Diagrammadagi zarrachalarning o'zaro ta'siri tugunlar (yoki cho'qqilar) bilan ifodalanadi. O'zaro ta'sir turi a bog'lanish konstantasi bilan tavsiflanadi, uni quyidagicha yozish mumkin: a = g 2 /ћc, bu erda g - o'zaro ta'sir manbasining zaryadi va zarralar orasidagi ta'sir qiluvchi kuchning asosiy miqdoriy xarakteristikasi. Elektromagnit o'zaro ta'sirda a e = e 2 /ћc = 1/137.

6-rasm. Feynman diagrammasi.

a + b →s + d jarayoni Feynman diagrammasi (6-rasm) ko'rinishida quyidagicha ko'rinadi: R - o'zaro ta'sir davomida a va b zarralar o'rtasida almashinadigan virtual zarra a = g 2 /ć o'zaro ta'sir konstantasi bilan aniqlanadi, masofadagi o'zaro ta'sir kuchini tavsiflovchi , o'zaro ta'sir radiusiga teng.
Virtual zarracha M x massaga ega bo'lishi mumkin va bu zarracha almashinganda 4 impulsli t = -q 2 = Q 2 o'tkaziladi.
Jadvalda 9 xususiyatlarni ko'rsatadi turli xil turlari o'zaro ta'sirlar.

Elektromagnit o'zaro ta'sirlar . Barcha zaryadlangan zarralar va fotonlar bo'ysunadigan elektromagnit o'zaro ta'sirlar eng to'liq va izchil o'rganilgan. O'zaro ta'sirning tashuvchisi fotondir. Elektromagnit kuchlar uchun o'zaro ta'sir konstantasi son jihatdan nozik struktura konstantasi a e = e 2 /ћc = 1/137 ga teng.
Eng oddiy elektromagnit jarayonlarga fotoelektr effekti, Kompton effekti, elektron-pozitron juftlarining hosil bo'lishi, zaryadlangan zarrachalar uchun esa - ionlanish tarqalishi va bremsstrahlungni misol qilib keltirish mumkin. Ushbu o'zaro ta'sirlar nazariyasi - kvant elektrodinamiği - eng aniq fizik nazariyadir.

Zaif o'zaro ta'sirlar. Birinchi marta zaif o'zaro ta'sirlar atom yadrolarining beta-parchalanishi paytida kuzatildi. Va ma'lum bo'lishicha, bu parchalanishlar yadrodagi protonning neytronga aylanishi bilan bog'liq va aksincha:
p → n + e + + n e, n → p + e - + e. Teskari reaktsiyalar ham mumkin: elektronni tutib olish e - + p → n + n e yoki antineytrino e + p → e + + n. Zaif o'zaro ta'sir 1934 yilda Enriko Fermi tomonidan Fermi konstantasi tomonidan aniqlangan to'rt fermionli kontaktli o'zaro ta'sir nuqtai nazaridan tasvirlangan.
G F = 1,4·10 -49 erg·sm 3.
Juda yuqori energiyalarda, Fermi kontakt o'zaro ta'siri o'rniga, zaif o'zaro ta'sir almashinish o'zaro ta'siri sifatida tavsiflanadi, bunda kuchsiz zaryad g w (elektr zaryadiga o'xshash) bilan ta'minlangan kvant almashinadi va fermionlar o'rtasida harakat qiladi. Bunday kvantlar birinchi marta 1983 yilda SppS kollayderida (CERN) Karl Rubbiya boshchiligidagi guruh tomonidan topilgan. Bular zaryadlangan bozonlar - W ± va neytral bozon - Z 0, ularning massalari mos ravishda teng: m W± = 80 GeV/s 2 va m Z = 90 GeV/s 2. Bu holda o'zaro ta'sir konstantasi a W Fermi doimiysi orqali ifodalanadi:

Jadval 9. O'zaro ta'sirlarning asosiy turlari va ularning xususiyatlari

Leptonlar kuchli o'zaro ta'sirda qatnashmaydi. elektron. pozitron. muon. neytrino engil neytral zarracha bo'lib, faqat kuchsiz va gravitatsion o'zaro ta'sir. neytrino (# oqim). kvarklar. o'zaro ta'sir tashuvchilar: yorug'likning foton kvanti ...

so'rov " Asosiy tadqiqot» bu yerga yo'naltiradi; boshqa maʼnolarga ham qarang. Fundamental fan - fundamental hodisalar (jumladan... ... Vikipediya) boʻyicha nazariy va eksperimental ilmiy tadqiqotlarni nazarda tutuvchi bilim sohasi.

"Elementar zarralar" so'rovi bu erda qayta yo'naltirilgan; boshqa maʼnolarga ham qarang. Elementar zarracha - bu ularning tarkibiy qismlariga bo'linib bo'lmaydigan subyadroviy miqyosdagi mikro-ob'ektlarga tegishli umumiy atama. ... ... Vikipediyada bo'lishi kerak

Elementar zarracha - bu subyadroviy miqyosdagi mikro-ob'ektlarni nazarda tutuvchi umumiy atama bo'lib, ularning tarkibiy qismlariga bo'linib bo'lmaydigan (yoki hali isbotlanmagan). Ularning tuzilishi va xatti-harakati zarralar fizikasi tomonidan o'rganiladi. Kontseptsiya... ...Vikipediya

elektron- ▲ elementar, zaryadli elektronga ega bo'lgan asosiy zarra elementar elektr zaryadli manfiy zaryadlangan elementar zarradir. ↓… Rus tilining ideografik lug'ati

Elementar zarracha - bu subyadroviy miqyosdagi mikro-ob'ektlarni nazarda tutuvchi umumiy atama bo'lib, ularning tarkibiy qismlariga bo'linib bo'lmaydigan (yoki hali isbotlanmagan). Ularning tuzilishi va xatti-harakati zarralar fizikasi tomonidan o'rganiladi. Kontseptsiya... ...Vikipediya

Bu atamaning boshqa maʼnolari ham bor, qarang: Neytrino (maʼnolari). elektron neytrino muon neytrino tau neytrino Belgisi: ne nm nt Tarkibi: Elementar zarralar Oila: Fermionlar ... Vikipediya

O'zaro ta'sir jarayonlarida elektromagnit maydonning (Qarang: Elektromagnit maydon) ishtirok etishi bilan tavsiflangan fundamental o'zaro ta'sirlar turi (gravitatsion, kuchsiz va kuchli bilan birga). Elektromagnit maydon (kvant fizikasida ... ... Buyuk Sovet Entsiklopediyasi

Eng noaniq falsafalardan biri. Quyidagi ma'nolardan biri (yoki bir nechtasi) berilgan tushunchalar: 1) belgilovchi belgilari kengayish, fazoda joylashish, massa, og'irlik, harakat, inertsiya, qarshilik,... ... bo'lgan narsa. Falsafiy entsiklopediya

Kitoblar

• Gravitatsiyaning kinetik nazariyasi va materiyaning yagona nazariyasi asoslari, V. Ya. Bril. Tabiatning barcha moddiy ob'ektlari (ham moddiy, ham maydon) diskretdir. Ular elementar ip shaklidagi zarrachalardan iborat. Deformatsiyalanmagan asosiy qator - bu maydon zarrasi...

leptonlar - kuchli o'zaro ta'sirda ishtirok etmaydi.

elektron. pozitron. muon.

neytrino - faqat zaif va tortishishda ishtirok etadigan engil neytral zarracha

o'zaro ta'sir.

neytrino (# oqim).

o'zaro ta'sir tashuvchilar:

foton - yorug'lik kvanti, elektromagnit o'zaro ta'sirning tashuvchisi.

Glyuon kuchli o'zaro ta'sirning tashuvchisidir.

oraliq vektor bozonlari zaif o'zaro ta'sirning tashuvchilari;

butun spinli zarralar.

kitoblardagi "asosiy zarracha"

1-bob Okean zarralari

1-bob Okean zarrasi Dengizda yashovchi, faqat mikroskop ostida ko'rish mumkin bo'lgan juda mittigina bir hujayrali jonzotning qon ta'minoti odamnikidan milliardlab marta ko'pdir.Bu birinchi qarashda imkonsizdek tuyulishi mumkin. lekin buni tushunganingizda

“-XYA” QISMASI yutadi