До релативно неодамна, неколку стотици честички и античестички се сметаа за елементарни. Деталната студија за нивните својства и интеракции со други честички и развојот на теоријата покажа дека повеќето од нив всушност не се елементарни, бидејќи тие самите се состојат од наједноставните или, како што велат сега, фундаменталните честички. Самите фундаментални честички повеќе не се составени од ништо. Бројни експерименти покажаа дека сите фундаментални честички се однесуваат како бездимензионални точки објекти кои немаат внатрешна структура, барем до најмалите растојанија што моментално се проучуваат, ~ 10 -16 cm.

Меѓу безбројните и разновидни процеси на интеракција помеѓу честичките, постојат четири основни или фундаментални интеракции: силна (нуклеарна), електромагнетни, слаб и гравитациски. Во светот на честичките, гравитациската интеракција е многу слаба, нејзината улога сè уште е нејасна и нема да зборуваме понатаму за тоа.

Постојат две групи на честички во природата: хадрони, кои учествуваат во сите фундаментални интеракции и лептони, кои не учествуваат само во силни интеракции.

Според современите концепти, интеракциите помеѓу честичките се вршат преку емисија и последователна апсорпција на квантите на соодветното поле (силно, слабо, електромагнетно) што ја опкружува честичката. Такви кванти се мерач бозоникои се исто така фундаментални честички. Бозоните имаат свои аголен моментумнаречен спин е еднаков на цел број вредност Планковата константа... Квантите на полето и, соодветно, носители на силната интеракција се глуоните, означени со симболот g (gi), квантите на електромагнетното поле се квантите на светлината што ни се добро познати - фотони, означени со (гама) , и квантите на слабото поле и, соодветно, носителите на слабите интеракции се В± (двојно ве) - и З 0 (зет нула) бозони.

За разлика од бозоните, сите други фундаментални честички се фермиони, односно честички со вредност на спин од половина цел број еднаква на ч/2.

Табела 1 ги прикажува симболите на основните фермиони - лептони и кваркови.

Секоја честичка е прикажана во табелата. 1, одговара на античестичка, која се разликува од честичката само по знаците на електричното полнење и другите квантни броеви (види Табела 2) и насоката на вртењето во однос на насоката на моментумот на честичките. Античестичките ќе ги означиме со истите симболи како и честичките, но со брановидна линија над симболот.

Честички во табелата. 1 се означени со грчки и латински букви, имено: буквата (nu) - три различни неутрина, буквите е - електрон, (му) - мион, (тау) - таон, буквите u, c, t, d, s, b означуваат кваркови ; нивните имиња и карактеристики се дадени во табела. 2.

Честички во табелата. 1 се групирани во три генерации I, II и III во согласност со структурата на модерната теорија. Нашиот универзум е изграден од честички од првата генерација - лептони и кваркови и мерачни бозони, но, како што покажува модерната наука за развојот на Универзумот, во почетната фаза од неговиот развој, честичките од сите три генерации одиграле важна улога.

Лептони

Прво, да ги разгледаме подетално својствата на лептоните. Горната линија на табелата. 1 содржи три различни неутрина: електрони, муонски и тау неутрина. Нивната маса сè уште не е точно измерена, но нејзината горна граница е одредена, на пример, за ne еднаква на 10 -5 од вредноста на масата на електронот (т.е. g).

Гледајќи во масата. 1 неволно се поставува прашањето зошто на природата и требаше создавање на три различни неутрина. Одговор на ова прашање сè уште нема, бидејќи не е создадена таква сеопфатна теорија за фундаменталните честички, која би укажала на неопходноста и доволноста на сите такви честички и би ги опишала нивните основни својства. Можеби овој проблем ќе биде решен во 21 век (или подоцна).

Во крајна линија на табелата. 1 започнува со честичката што најмногу ја проучувавме, електронот. Електронот бил откриен на крајот на минатиот век од англискиот физичар Џеј Томсон. Улогата на електроните во нашиот свет е огромна. Тие се оние негативно наелектризирани честички кои заедно со атомските јадра ги формираат сите атоми на елементите што ни се познати. Периодичен систем на Менделеев... Во секој атом, бројот на електрони е точно еднаков на бројот на протони во атомското јадро, што го прави атомот електрично неутрален.

Електронот е стабилен, главната можност за уништување на електрон е неговата смрт при судир со античестичка - позитронот e +. Овој процес беше именуван уништување :

Како резултат на уништувањето, се формираат две гама кванти (вака се нарекуваат високоенергетски фотони), кои ги носат и останатите е + и е - и нивните кинетички енергии. При високи енергии се формираат e + и e - хадрони и кваркови парови (види, на пример, (5) и Сл. 4).

Реакцијата (1) јасно ја илустрира валидноста на познатата формула на А. Ајнштајн за еквивалентноста на масата и енергијата: Е = mc 2 .

Навистина, за време на уништувањето на позитрон и електрон во мирување во супстанцијата, целата маса на нивниот одмор (еднаква на 1,22 MeV) се претвора во енергија на кванти кои немаат маса на мирување.

Во втората генерација, во крајна линија на табелата. 1 се наоѓа мион- честичка која по сите свои својства е аналогна на електрон, но со ненормално голема маса. Масата на мион е 207 пати поголема од масата на електрон. За разлика од електронот, мионот е нестабилен. Времето на неговиот живот т= 2,2 · 10 -6 с. Мион претежно се распаѓа во електрон и две неутрина според шемата

Уште потежок аналог на електронот е. Неговата маса е повеќе од 3 илјади пати поголема од масата на електрон (MeV / s 2), односно таонот е потежок од протон и неутрон. Неговиот животен век е 2,9 · 10 -13 секунди, а од повеќе од сто различни шеми (канали) на неговото распаѓање, можни се следниве.

Презентирано на слика 1 фундаментални фермионисо спин ½ ги претставуваат „првите тули“ на материјата. Тие се претставени лептони(електрони д, неутрина, итн.) - честички кои не учествуваат во силнануклеарни интеракции и кварковикои се вклучени во силни интеракции. Нуклеарните честички се направени од кваркови - хадрони(протони, неутрони и мезони). Секоја од овие честички има своја античестичка, која мора да се стави во иста ќелија. Ознаката против честички се одликува со симбол на тилда (~).

Од шест варијанти на кваркови или шест аромиелектричен полнеж 2/3 (во единици на елементарно полнење д) поседува горниот ( u), маѓепсана од ( в) и вистинито ( т) кваркови, а полнежот –1/3 – помал ( г), чудно ( с) и убава ( б) кваркови. Антикварците со исти вкусови ќе имаат електрични полнежи од –2/3 и 1/3, соодветно.

Во квантната хромодинамика (теоријата на силна интеракција), силните полнежи на интеракција од три типа се припишуваат на кварковите и антикварковите: црвено Р(анти-црвено); зелена Г(анти-зелено); сина боја Б(анти-сино). Боја (силна) интеракција ги врзува кварковите во хадроните. Вторите се поделени на барионисоставена од три кваркови и мезонисоставена од два кварка. На пример, барионските протони и неутрони го имаат следниов состав на кваркови:

стр = (ууд) и, n = (дду) и .

Како пример, го прикажуваме составот на тројката пи-мезони:

, ,

Од овие формули лесно може да се види дека полнежот на протонот е +1, додека за антипротонот е –1. Неутронот и антинеутронот имаат нула полнеж. Кварковите врти во овие честички се собираат така што нивните вкупни вртења се еднакви на ½. Можни се и такви комбинации на исти кваркови, за кои вкупните спинови се 3/2. Вакви елементарни честички (D ++, D +, D 0, D -) се пронајдени и припаѓаат на резонанци, т.е. краткотрајни хадрони.

Добро познатиот процес на радиоактивно б-распаѓање, кој е претставен преку дијаграмот

n ® стр + д + ,

од гледна точка на теоријата на кваркови изгледа како

(уд) ® ( ууд) + д+ или г ® u + д + .

И покрај повторените обиди да се пронајдат слободни кваркови во експериментите, тоа не беше можно. Ова сугерира дека кварковите, најверојатно, се манифестираат само во составот на посложени честички ( заробување на кваркови). Досега не е дадено целосно објаснување за овој феномен.

Слика 1 покажува дека постои симетрија помеѓу лептоните и кварковите, наречена симетрија кварк-лептон. Честичките од горната линија имаат полнење еден повеќе од честичките од долната линија. Честичките во првата колона припаѓаат на првата генерација, втората на втората генерација и третата колона на третата генерација. Самите кваркови в, би тбеа предвидени врз основа на оваа симетрија. Материјата околу нас е составена од честички од првата генерација. Која е улогата на честичките од втората и третата генерација? Сè уште нема дефинитивен одговор на ова прашање.

Овие три честички (како и другите опишани подолу) меѓусебно се привлекуваат и одбиваат, соодветно. давачки, од кои има само четири типа според бројот на основните сили на природата. Полнењата можат да се подредат по редослед на намалување на соодветните сили на следниов начин: полнеж во боја (сили на интеракција помеѓу кваркови); електричен полнеж (електрични и магнетни сили); слаб полнеж (сили во некои радиоактивни процеси); конечно, маса (гравитациони сили или гравитациска интеракција). Зборот „боја“ овде нема никаква врска со бојата на видливата светлина; тоа е едноставно карактеристика на најсилниот полнеж и најголемите сили.

Такси опстојуваат, т.е. полнењето што влегува во системот е еднакво на полнењето што го напушта. Ако вкупниот електричен полнеж на одреден број честички пред нивната интеракција е еднаков на, да речеме, 342 единици, тогаш по интеракцијата, без оглед на нејзиниот резултат, ќе биде еднаков на 342 единици. Ова исто така важи и за други полнежи: боја (силно полнење на интеракцијата), слабо и маса (маса). Честичките се разликуваат по нивните полнежи: во суштина, тие „се“ овие полнежи. Обвиненијата се како „потврда“ за правото да се одговори на соодветната сила. Значи, само обоените честички се под влијание на силите на бојата, само електрично наелектризираните честички се под влијание на електричните сили итн. Својствата на честичката се одредуваат со најголемата сила што делува на неа. Само кварковите се носители на сите полнежи и, според тоа, се предмет на дејство на сите сили, меѓу кои доминантна е бојата. Електроните ги имаат сите полнежи освен бојата, а доминантна сила за нив е електромагнетната сила.

Најстабилни по природа се, по правило, неутрални комбинации на честички, во кои полнењето на честичките од едниот знак се компензира со вкупниот полнеж на честичките од другиот знак. Ова одговара на минималната енергија на целиот систем. (Исто така, два прачки магнети се редат со северниот пол на едниот свртен кон јужниот пол на другиот, што одговара на минималната енергија на магнетното поле.) Гравитацијата е исклучок од ова правило: нема негативна маса. Нема тела што паѓаат нагоре.

ВИДОВИ МАТЕРИЈА

Обичната материја се формира од електрони и кваркови, групирајќи се во предмети кои се неутрални по боја, а потоа во електричен полнеж. Силата на бојата е неутрализирана, за што ќе се дискутира подетално подолу, кога честичките се комбинираат во тројки. (Оттука и самиот термин „боја“ земен од оптика: трите основни бои, кога се мешаат, даваат бело.) Така, кварковите, за кои силата на бојата е главна, формираат тројки. Но, кваркови, и тие се поделени на u-кваркови (од англиски нагоре - горен) и г-кварковите (од англиски надолу - пониски), исто така имаат електричен полнеж еднаков на u-кварк и за г-кварк. Две u-кварк и еден г-кваркот дава електричен полнеж +1 и формира протон, и еден u-кварк и два г-кварковите даваат нула електричен полнеж и формираат неутрон.

Стабилните протони и неутрони, привлечени еден кон друг од преостанатите сили на боја на интеракцијата помеѓу нивните составни кваркови, формираат атомско јадро кое е неутрално за бојата. Но, јадрата носат позитивен електричен полнеж и, привлекувајќи негативни електрони кои се вртат околу јадрото како планети кои се вртат околу Сонцето, имаат тенденција да формираат неутрален атом. Електроните во нивните орбити се отстранети од јадрото на растојанија десетици илјади пати поголеми од радиусот на јадрото, што е доказ дека електричните сили што ги држат се многу послаби од нуклеарните сили. Благодарение на моќта на интеракцијата на боите, 99,945% од масата на атомот е содржана во неговото јадро. Тежина u- и г-Кварковите се околу 600 пати поголема од масата на електрон. Затоа, електроните се многу полесни и поподвижни од јадрата. Електричните феномени се предизвикани од нивното движење во материјата.

Постојат неколку стотици природни сорти на атоми (вклучувајќи изотопи), кои се разликуваат по бројот на неутрони и протони во јадрото и, соодветно, во бројот на електрони во орбитите. Наједноставниот е атом на водород, кој се состои од јадро во форма на протон и еден електрон што се врти околу него. Целата „видлива“ материја во природата се состои од атоми и делумно „расклопени“ атоми, кои се нарекуваат јони. Јоните се атоми кои, откако изгубиле (или добиле) неколку електрони, стануваат наелектризирани честички. Материјата која се состои од скоро сите јони се нарекува плазма. Ѕвездите што горат поради термонуклеарни реакции што се случуваат во центрите се состојат главно од плазма, а бидејќи ѕвездите се најчестиот облик на материја во Универзумот, можеме да кажеме дека целиот Универзум се состои главно од плазма. Поточно, ѕвездите се претежно целосно јонизиран водороден гас, т.е. мешавина од поединечни протони и електрони, и затоа, речиси целиот видлив универзум се состои од него.

Ова е видлива материја. Но, сè уште постои невидлива материја во Универзумот. И има честички кои делуваат како носители на сили. Постојат античестички и возбудени состојби на некои честички. Сето ова води до јасно прекумерно изобилство на „елементарни“ честички. Во ова изобилство, може да се најде индикација за вистинската, вистинска природа на елементарните честички и силите што дејствуваат меѓу нив. Според најновите теории, честичките во основа можат да бидат проширени геометриски објекти - „жици“ во десетдимензионален простор.

Невидливиот свет.

Универзумот содржи повеќе од само видлива материја (но исто така и црни дупки и „темна материја“ како што се студените планети кои стануваат видливи кога ќе бидат осветлени). Постои, исто така, навистина невидлива материја која навлегува во сите нас и во целиот универзум секоја секунда. Тоа е брзо движење гас на еден вид честички - електронски неутрина.

Електронската неутрина е партнер на електронот, но нема електричен полнеж. Неутрините го носат само таканаречениот слаб полнеж. Нивната маса за одмор е, по секоја веројатност, нула. Но, тие комуницираат со гравитационото поле, бидејќи имаат кинетичка енергија Е, што одговара на ефективната маса м, според формулата на Ајнштајн Е = mc 2, каде вДали е брзината на светлината.

Клучната улога на неутриното е тоа што ја олеснува трансформацијата и-кваркови во г-кваркови, како резултат на што протонот се претвора во неутрон. Неутриното делува како „игла на карбураторот“ за ѕвездени термонуклеарни реакции, во кои четири протони (јадра на водород) се комбинираат за да формираат јадро на хелиум. Но, бидејќи јадрото на хелиумот не се состои од четири протони, туку од два протони и два неутрона, за таква нуклеарна фузија потребно е два и-кваркот се претвори во два г-кварк. Интензитетот на трансформацијата зависи од тоа колку брзо ќе изгорат ѕвездите. А процесот на трансформација се одредува со слаби полнежи и сили на слаба интеракција помеѓу честичките. При што и-кварк (електричен полнеж +2/3, слаб полнеж +1/2), во интеракција со електрон (електричен полнеж - 1, слаб полнеж -1/2), формира г-кварк (електрично полнење –1/3, слаб полнеж –1/2) и електронско неутрино (електрично полнење 0, слаб полнеж +1/2). Обвиненијата за боја (или само боите) на два кварка во овој процес се компензираат без неутрина. Улогата на неутрината е да однесат некомпензиран слаб полнеж. Според тоа, стапката на трансформација зависи од тоа колку слаби се слабите сили. Да беа послаби отколку што се, тогаш ѕвездите воопшто не би изгореле. Да беа посилни, тогаш ѕвездите одамна ќе изгореа.

А што е со неутрините? Бидејќи овие честички екстремно слабо комуницираат со друга материја, тие речиси веднаш ги напуштаат ѕвездите во кои се родени. Сите ѕвезди сјаат, испуштајќи неутрина, а неутрините сјаат низ нашите тела и низ целата Земја дење и ноќе. Така тие талкаат низ Универзумот додека не влезат, можеби, во нова интеракција на ЅВЕЗДАТА).

Носители на интеракции.

Што ги предизвикува силите што дејствуваат помеѓу честичките на растојание? Модерната физика е одговорна: преку размена на други честички. Замислете двајца лизгачи како фрлаат топка. Со давањето импулс на топката кога ќе се фрли и примајќи импулс со примената топка, и двајцата добиваат туркање во правец подалеку еден од друг. Така може да се објасни појавата на одбивни сили. Но, во квантната механика, која ги разгледува феномените во микросветот, дозволено е невообичаено истегнување и делокализација на настаните, што доведува до навидум невозможното: еден од скејтерите ја фрла топката во правец. оддруг, но сепак еден можебифати ја оваа топка. Не е тешко да се сфати дека ако тоа беше можно (а во светот на елементарните честички тоа е можно), ќе се појави привлечност меѓу скејтерите.

Честичките, поради чија размена се јавуваат силите на интеракција помеѓу четирите „честички на материјата“ што се дискутирани погоре, се нарекуваат честички со мерачи. Секоја од четирите интеракции - силна, електромагнетна, слаба и гравитациска - има свој сет на честички со мерачи. Честичките-носители на силна интеракција се глуоните (има осум од нив). Фотонот е носител на електромагнетна интеракција (тој е еден, а фотоните ги перципираме како светлина). Честичките-носители на слабата интеракција се средновекторски бозони (во 1983 и 1984 година беа откриени В + -, В- бозони и неутрални З-бозон). Носачот на честичките на гравитациската интеракција е сè уште хипотетички гравитон (треба да биде еден). Сите овие честички, освен фотонот и гравитонот, кои можат да покријат бесконечно големи растојанија, постојат само во процесот на размена помеѓу материјалните честички. Фотоните го исполнуваат универзумот со светлина, а гравитоните - со гравитациони бранови (сè уште не се откриени со сигурност).

Се вели дека честичката која е способна да емитува честички од мерачот е опкружена со соодветно поле на сила. Така, електроните способни да емитуваат фотони се опкружени со електрични и магнетни полиња, како и со слаби и гравитациони полиња. Кварковите се исто така опкружени со сите овие полиња, но и со поле на силна интеракција. Честичките со боја набој во полето на силите на бојата се под влијание на силата на бојата. Истото важи и за другите сили на природата. Според тоа, можеме да кажеме дека светот се состои од материја (материјални честички) и поле (честички на мерачот). Повеќе за ова подолу.

Антиматерија.

На секоја честичка одговара античестичка, со која честичката може меѓусебно да се уништи, т.е. „Поништи“, што резултира со ослободување на енергија. „Чистата“ енергија сама по себе, сепак, не постои; како резултат на уништување, се појавуваат нови честички (на пример, фотони) кои ја носат оваа енергија.

Античестичката во повеќето случаи има својства спротивни на соодветната честичка: ако честичката се движи налево под влијание на силно, слабо или електромагнетно поле, тогаш нејзината античестичка ќе се движи надесно. Накратко, античестичката има спротивни знаци на сите полнежи (освен за масовното полнење). Ако честичката е композитна, како што е неутронот, тогаш нејзината античестичка се состои од компоненти со спротивни знаци на полнење. Значи, антиелектрон има електричен полнеж +1, слаб полнеж +1/2 и се нарекува позитрон. Антинеутронот се состои од и-антикваркови со електричен полнеж од –2/3 и г- антикваркови со електричен полнеж +1/3. Вистински неутрални честички се нивните сопствени античестички: античестичката на фотонот е фотон.

Според современите теоретски концепти, секоја честичка што постои во природата мора да има своја античестичка. И многу античестички, вклучувајќи позитрони и антинеутрони, всушност биле произведени во лабораторија. Последиците од ова се исклучително важни и се во основата на целата експериментална физика на елементарните честички. Според теоријата на релативност, масата и енергијата се еквивалентни, а под одредени услови енергијата може да се претвори во маса. Бидејќи полнењето е зачувано, а полнењето на вакуумот (празен простор) е нула, од вакуумот, како зајаци од капата на магионичарот, може да настане секој пар честички и античестички (со нула вкупен полнеж), се додека енергијата е доволно за да се создаде нивната маса.

Генерации на честички.

Експериментите на акцелераторите покажаа дека четирите (квартет) материјални честички се повторуваат најмалку двапати при повисоки вредности на маса. Во втората генерација, местото на електронот го зазема мионот (со маса околу 200 пати поголема од масата на електронот, но со исти вредности на сите други полнежи), местото на електронската неутрино е мион ( кој го придружува мионот во слабите интеракции на ист начин како што електронот е придружен од електронското неутрино), место и-Кваркот зема со-кварк ( шармантен), а г- кварк - с-кварк ( чудно). Во третата генерација, квартетот се состои од тау лептон, тау неутрино, т-кварк и б-кварк.

Тежина т- кваркот е околу 500 пати поголема од масата на најлесниот - г-кварк. Експериментално е утврдено дека постојат само три типа на лесни неутрина. Така, четвртата генерација на честички или воопшто не постои, или соодветните неутрина се многу тешки. Ова е во согласност со космолошките податоци, според кои не можат да постојат повеќе од четири типа на лесни неутрина.

Во експериментите со честички со висока енергија, електронот, мионот, тау лептонот и соодветните неутрина делуваат како посебни честички. Тие не носат полнеж во боја и влегуваат само во слаби и електромагнетни интеракции. Колективно, тие се нарекуваат лептони.

Од друга страна, кварковите, под влијание на силите на бојата, се комбинираат во силно интерактивни честички, кои преовладуваат во повеќето експерименти во физиката со висока енергија. Таквите честички се нарекуваат хадрони... Тие вклучуваат две подкласи: бариони(на пример, протон и неутрон), кои се составени од три кваркови и мезонисоставен од кварк и антикварк. Во 1947 година, првиот мезон, наречен пион (или пи-мезон), беше откриен во космичките зраци и некое време се веруваше дека размената на овие честички е главната причина за нуклеарните сили. Омега-минус хадроните, откриени во 1964 година во Националната лабораторија Брукхевен (САД) и честичката j-psi ( Ј/y-мезон), откриен истовремено во Брукхевен и во Центарот за линеарни акцелератори Стенфорд (исто така во САД) во 1974 година. Постоењето на честичката омега-минус беше предвидено од М. Гел-Ман во неговата т.н. СУ 3 -теорија "(друго име -" осумкратна патека "), во која беше направена првата претпоставка за можноста за постоење на кваркови (и ова име им беше дадено). Деценија по откривањето на честичките Ј/yго потврди постоењето со-кварк и конечно ги натера сите да веруваат и во моделот на кварк и во теоријата која комбинира електромагнетни и слаби сили ( Види подолу).

Честичките од втората и третата генерација не се помалку реални од првата. Навистина, откако се појавија, за милионити или милијардити дел од секундата, тие се распаѓаат во обични честички од првата генерација: електрон, електронско неутрино и и- и г- кваркови. Прашањето зошто има неколку генерации на честички во природата сè уште е мистерија.

За различни генерации на кваркови и лептони често се зборува (што, се разбира, е донекаде ексцентрично) како различни „вкусови“ на честички. Потребата да се објаснат се нарекува проблем со „вкусот“.

БОЗОНИ И ФЕРМИОНИ, ПОЛЕ И СУПСТЕНЦИЈА

Една од основните разлики помеѓу честичките е разликата помеѓу бозоните и фермионите. Сите честички се поделени во овие две главни класи. Идентичните бозони можат да се преклопуваат или да се преклопуваат, но идентичните фермиони не можат. Суперпозиција се јавува (или не се јавува) во дискретни енергетски состојби во кои квантната механика ја дели природата. Овие состојби се, како што беа, посебни ќелии во кои може да се сместат честички. Значи, во една ќелија можете да ставите идентични бозони колку што сакате, но само еден фермион.

Како пример, земете ги таквите ќелии или „состојби“ за електрон што се врти околу јадрото на атомот. За разлика од планетите на Сончевиот систем, електронот, според законите на квантната механика, не може да се врти во ниту една елипсовидна орбита, бидејќи има само дискретна серија на дозволени „состојби на движење“. Се нарекуваат множества од такви состојби, групирани според растојанието од електронот до јадрото орбитали... Во првата орбитала има две состојби со различен аголен момент и, според тоа, две дозволени ќелии, а во повисоките орбитали има осум или повеќе ќелии.

Бидејќи електронот е фермион, може да има само еден електрон во секоја клетка. Од ова следат многу важни последици - целата хемија, бидејќи хемиските својства на супстанциите се одредуваат со интеракции помеѓу соодветните атоми. Ако поминете низ периодниот систем на елементи од еден атом до друг по редослед на зголемување за еден бројот на протони во јадрото (бројот на електрони исто така ќе се зголеми соодветно), тогаш првите два електрони ќе ја заземат првата орбитала, следните осум ќе бидат лоцирани на вториот итн. Оваа последователна промена во електронската структура на атомите од елемент до елемент е одговорна за законитостите во нивните хемиски својства.

Ако електроните биле бозони, тогаш сите електрони на атомот би можеле да ја окупираат истата орбитала што одговара на минималната енергија. Освен тоа, својствата на целата материја во Универзумот би биле сосема различни, а во формата во која ја знаеме, Универзумот би бил невозможен.

Сите лептони - електрон, мион, тау лептон и нивните соодветни неутрина - се фермиони. Истото може да се каже и за кварковите. Така, сите честички кои ја формираат „материја“, главниот полнач на Универзумот, како и невидливите неутрина, се фермиони. Ова е многу значајно: фермионите не можат да се комбинираат, така што истото важи и за предметите во материјалниот свет.

Во исто време, сите „мерни честички“ кои се разменуваат помеѓу материјалните честички кои содејствуваат и кои создаваат поле на сили ( Види погоре) се бозони, што е исто така многу важно. Така, на пример, многу фотони можат да бидат во една состојба, формирајќи магнетно поле околу магнет или електрично поле околу електричен полнеж. Благодарение на ова, можен е и ласер.

Спин.

Разликата помеѓу бозоните и фермионите е поврзана со уште една карактеристика на елементарните честички - спин... Изненадувачки, но сите фундаментални честички имаат свој аголен моментум, или, поедноставно, ротираат околу својата оска. Моментот на импулс е карактеристика на ротационото движење, како и вкупниот импулс - транслационен. Во какви било интеракции, аголниот момент и моментумот се зачувани.

Во микрокосмосот, аголниот моментум е квантизиран, т.е. зема дискретни вредности. Во соодветните единици, лептоните и кварковите имаат спин еднаков на 1/2, а честичките со мерачот имаат спин еднаков на 1 (освен гравитонот, кој сè уште не е забележан експериментално, но теоретски треба да има спин еднаков на 2). Бидејќи лептоните и кварковите се фермиони, а мерачните честички се бозони, може да се претпостави дека „фермионичноста“ е поврзана со спин 1/2, а „бозоничноста“ е поврзана со спин 1 (или 2). Навистина, и експериментот и теоријата потврдуваат дека ако честичката има спин од половина цел број, тогаш таа е фермион, а ако е целина, тогаш бозон.

ТЕОРИЈА НА ГОЛЕМИНА И ГЕОМЕТРИЈА

Во сите случаи, силите произлегуваат од размената на бозони помеѓу фермиони. Значи, силата на бојата на интеракцијата помеѓу два кваркови (кваркови - фермиони) настанува поради размената на глуони. Оваа размена постојано се одвива во протони, неутрони и атомски јадра. Слично на тоа, фотоните разменети помеѓу електроните и кварковите создаваат електрични привлечни сили кои ги држат електроните во атомот, а средновекторските бозони што лептоните и кварковите ги разменуваат создаваат слаби сили одговорни за конверзија на протоните во неутрони во термонуклеарните реакции во ѕвездите.

Теоријата за таква размена е елегантна, едноставна и веројатно точна. Тоа се нарекува теорија на мерач... Но, во моментов постојат само независни мерач теории за силни, слаби и електромагнетни интеракции и слична, иако малку поинаква, теорија на гравитацијата. Еден од најважните физички проблеми е редуцирањето на овие одделни теории во обединета и во исто време едноставна теорија, во која сите тие би станале различни аспекти на обединетата реалност - како аспект на кристал.

Наједноставната и најстара теорија на мерач е теоријата на мерач на електромагнетна интеракција. Во него, полнежот на електрон се споредува (калибрира) со полнежот на друг електрон, далеку од него. Како може да се споредат трошоците? Можете, на пример, да го приближите вториот електрон до првиот и да ги споредите нивните сили на интеракција. Но, дали полнежот на електронот не се менува кога се движи во друга точка во вселената? Единствениот начин да се провери е да се испрати сигнал од блискиот до далечниот електрон и да се види како тој реагира. Сигналот е калибрациона честичка - фотон. За да може да се провери полнењето на далечните честички, потребен е фотон.

Математички, оваа теорија е исклучително точна и убава. Целата квантна електродинамика (квантната теорија на електромагнетизмот), како и Максвеловата теорија за електромагнетното поле, едно од најголемите научни достигнувања во 19 век, произлегуваат од „принципот на мерач“ опишан погоре.

Зошто толку едноставен принцип е толку плоден? Очигледно, тој изразува одредена корелација помеѓу различни делови од Универзумот, овозможувајќи да се преземат мерења во Универзумот. Математички, полето геометриски се толкува како искривување на некој замислив „внатрешен“ простор. Мерењето на полнежот, сепак, е мерење на вкупната „внатрешна кривина“ околу една честичка. Теориите на мерач за силни и слаби интеракции се разликуваат од теоријата на електромагнетни мерачи само по внатрешната геометриска „структура“ на соодветниот полнеж. На прашањето каде точно се наоѓа овој внатрешен простор одговараат повеќедимензионални унифицирани теории на теренот, кои овде не се разгледуваат.

Физиката на честички сè уште не е завршена. Сè уште не е јасно дали достапните податоци се доволни за целосно разбирање на природата на честичките и силите, како и вистинската природа и димензија на просторот и времето. Дали за ова ни требаат експерименти со енергии од 10 15 GeV или ќе бидат доволни напорите на мислата? Се уште нема одговор. Но, можеме со сигурност да кажеме дека конечната слика ќе биде едноставна, грациозна и убава. Можно е да нема толку многу фундаментални идеи: принципот на мерачот, просторите со повисоки димензии, колапсот и проширувањето, а пред сè, геометријата.

Лептоните не учествуваат во силни интеракции. електрон. позитрон. мион. неутриното е светло неутрална честичка која учествува само во слаби и гравитациони интеракции. неутрино (#проток). кваркови. носители на интеракции: фотон е квантум на светлина ...

Барањето за „Основно истражување“ е пренасочено овде; види и други значења. Фундаменталната наука е поле на знаење, што подразбира теоретско и експериментално научно истражување на фундаменталните феномени (вклучувајќи ... ... Википедија

Барањето „Атомски честички“ е пренасочено овде; види и други значења. Елементарната честичка е колективен термин кој се однесува на микро-објекти на субнуклеарна скала, кои не можат да се поделат на нивните составни делови. Мора да има во ... ... Википедија

Елементарната честичка е колективен термин кој се однесува на микро-објекти на субнуклеарна скала кои не можат да се поделат (или додека не се докажат) на нивните составни делови. Нивната структура и однесување ги проучува физиката на елементарните честички. Концепт ... ... Википедија

електрон- ▲ фундаментална честичка која има елемент, електрон за полнење негативно наелектризирана елементарна честичка со елементарен електричен полнеж. ↓ ... Идеографски речник на рускиот јазик

Елементарната честичка е колективен термин кој се однесува на микро-објекти на субнуклеарна скала кои не можат да се поделат (или додека не се докажат) на нивните составни делови. Нивната структура и однесување ги проучува физиката на елементарните честички. Концепт ... ... Википедија

Овој термин има и други значења, видете Неутрино (појаснување). електронски неутрино муонски неутрино тау неутрино Симбол: νe νμ ντ Состав: Елементарна честичка Семејство: Фермиони ... Википедија

Вид на фундаментални интеракции (заедно со гравитациони, слаби и силни), кои се карактеризираат со учество на електромагнетно поле (види Електромагнетно поле) во процесите на интеракција. Електромагнетно поле (во квантната физика ... ... Голема советска енциклопедија

Една од најдвосмислените филозофии. поими на кои им се придава едно (или некое) од следните значења: 1) тоа, чиишто дефинирачки карактеристики се должина, место во простор, маса, тежина, движење, инерција, отпор, ... Филозофска енциклопедија

Книги

• Кинетичката теорија на гравитацијата и основите на обединетата теорија на материјата, V. Ya. Bril. Сите материјални објекти на Природата (и материјални и теренски) се дискретни. Тие се состојат од елементарни честички во облик на низа. Недеформирана фундаментална низа е честичка од поле, ...

Структури на микрокосмосот

Претходно, елементарните честички се нарекуваа честички кои се дел од атомот и не можат да се разложат на повеќе елементарни компоненти, имено електрони и јадра.

Подоцна беше откриено дека јадрата се составени од поедноставни честички - нуклеони(протони и неутрони), кои пак се составени од други честички. Затоа елементарните честички почнале да се сметаат за најмали честички на материјата , со исклучок на атомите и нивните јадра .

До денес, откриени се стотици елементарни честички, што бара нивна класификација:

- по видови на интеракции

- од времето на животот

- најголемиот грб

Елементарните честички се поделени во следниве групи:

Композитни и основни (без структура) честички

Сложени честички

Хадрони (тешки)- честички кои учествуваат во сите видови фундаментални интеракции. Тие се состојат од кваркови и се поделени, пак, на: мезони- хадрони со целоброен спин, односно се бозони; бариони- хадрони со спин од половина цел број, односно фермиони. Тука спаѓаат, особено, честичките што го сочинуваат јадрото на атомот - протонот и неутронот, т.е. нуклеони.

Фундаментални (безструктурни) честички

Лептони (бели дробови)- фермиони, кои имаат форма на точкасти честички (т.е. не се состојат од ништо) до размери од редот од 10 - 18 m Тие не учествуваат во силни заемодејства. Учеството во електромагнетните интеракции беше експериментално забележано само за наелектризираните лептони (електрони, миони, тау лептони) и не беше забележано за неутрина.

Кваркови- фракционо наелектризирани честички кои сочинуваат хадрони. Не е забележано во слободна состојба.

Мерач бозони- честички преку чија размена се вршат интеракции:

- фотон - честичка што носи електромагнетна интеракција;

- осум глуони - честички кои носат силни интеракции;

- три средновекторски бозони В + , В- и З 0, носи слаба интеракција;

- гравитонот е хипотетичка честичка која носи гравитациона интеракција. Постоењето на гравитони, иако сè уште не е докажано експериментално поради слабоста на гравитациската интеракција, се смета за доста веројатно; сепак, гравитонот не е дел од Стандардниот модел на елементарни честички.

Според современите концепти, основните честички (или „вистински“ елементарни честички) кои немаат внатрешна структура и конечна големина вклучуваат:

Кваркови и лептони

Честички кои обезбедуваат фундаментални интеракции: гравитони, фотони, векторски бозони, глуони.

Класификација на елементарните честички по векови:

- стабилно: честички чиј животен век е многу долг (се стреми кон бесконечност во граница). Тие вклучуваат електрони , протони , неутрино ... Неутроните се исто така стабилни внатре во јадрата, но тие се нестабилни надвор од јадрото.

- нестабилна (квазистабилни): елементарни честички се оние честички кои се распаѓаат поради електромагнетни и слаби интеракции, а чиј животен век е повеќе од 10–20 секунди. Овие честички вклучуваат слободен неутрон (т.е. неутрон надвор од јадрото на атомот)

- резонанци (нестабилен, краткотраен). Резонансите вклучуваат елементарни честички кои се распаѓаат поради силна интеракција. Животниот век за нив е помал од 10 -20 секунди.

Класификација на честички по учество во интеракции:

- лептони : тука спаѓаат неутроните. Сите тие не учествуваат во вителот на интрануклеарни интеракции, т.е. не е предмет на силна интеракција. Тие учествуваат во слаба интеракција, а со електричен полнеж учествуваат и во електромагнетна интеракција.

- хадрони : честички кои постојат во атомското јадро и учествуваат во силни интеракции. Најпознати од нив се протон и неутрон .

Познато за денес шест лептони :

Истото семејство со електрон вклучува миони и тау честички, кои се слични на електрон, но помасивни од него. Муоните и честичките тау се нестабилни и со текот на времето се распаѓаат во неколку други честички, вклучително и електрон

Три електрично неутрални честички со нула (или блиску до нула, научниците сè уште не одлучиле за оваа) маса, т.н. неутрино ... Секое од трите неутрина (електронско неутрино, муонско неутрино, тау неутрино) е спарено со еден од трите типа на честички од електронското семејство.

Најпознат хадрони , протони и неутрина, има стотици роднини, кои се раѓаат во голем број и веднаш се распаѓаат во процесот на различни нуклеарни реакции. Со исклучок на протонот, сите тие се нестабилни и може да се класифицираат според составот на честичките во кои се распаѓаат:

Ако има протон меѓу крајните производи на распаѓање на честичките, тогаш тој се нарекува барион

Ако нема протон меѓу производите на распаѓање, тогаш честичката се нарекува мезон .

Конфузната слика на субатомскиот свет, која стануваше покомплицирана со откривањето на секој нов хадрон, отстапи место за нова слика, со појавата на концептот на кваркови. Според моделот на кваркови, сите хадрони (но не и лептони) се составени од уште повеќе елементарни честички - кваркови. Значи бариони (особено протонот) се состои од три кваркови, и мезони - од пар кварк - антикварк.