Fizikoje elementariosios dalelės buvo fiziniai objektai atomo branduolio mastu, kurių negalima suskirstyti į sudedamąsias dalis. Tačiau šiandien mokslininkams kai kuriuos iš jų pavyko suskaidyti. Šių mažyčių objektų struktūrą ir savybes tiria dalelių fizika.

Mažiausios dalelės, sudarančios visą materiją, žinomos nuo seniausių laikų. Tačiau vadinamojo „atomizmo“ pradininkais laikomi filosofai Senovės Graikija Leukipas ir garsesnis jo mokinys Demokritas. Manoma, kad pastarasis sukūrė terminą „atomas“. Iš senovės graikų kalbos „atomos“ yra išverstas kaip „nedalomas“, o tai lemia senovės filosofų požiūrį.

Vėliau tapo žinoma, kad atomas vis dar gali būti padalintas į du fizinius objektus – branduolį ir elektroną. Pastaroji vėliau tapo pirmąja elementaria dalele, kai 1897 metais anglas Džozefas Tomsonas atliko eksperimentą su katodiniais spinduliais ir išsiaiškino, kad tai yra identiškų dalelių, turinčių vienodą masę ir krūvį, srautas.

Lygiagrečiai su Thomsono darbu Henri Becquerel, tyrinėjantis rentgeno spinduliuotę, atlieka eksperimentus su uranu ir atranda nauja išvaizda radiacija. 1898 m. prancūzų fizikų pora Marie ir Pierre'as Curie studijavo įvairius radioaktyviosios medžiagos, atrandant tą patį radioaktyvioji spinduliuotė. Vėliau bus nustatyta, kad jį sudaro alfa (2 protonai ir 2 neutronai) ir beta dalelės (elektronai), o Bekerelis ir Kiuri gaus Nobelio premija. Atlikdama tyrimus su tokiais elementais kaip uranas, radis ir polonis, Marie Sklodowska-Curie nesiėmė jokių saugos priemonių, įskaitant net nenaudojo pirštinių. Dėl to 1934 metais ją aplenkė leukemija. Atminimui apie didžiojo mokslininko pasiekimus Curie poros atrastas elementas polonis buvo pavadintas Marijos tėvynės garbei - Polonia, iš lotynų kalbos - Lenkija.

Nuotrauka iš V Solvay kongreso 1927 m. Pabandykite šioje nuotraukoje rasti visus šio straipsnio mokslininkus.

Nuo 1905 m. Albertas Einšteinas savo publikacijas skyrė šviesos bangų teorijos netobulumui, kurios postulatai prieštarauja eksperimentų rezultatams. Kas vėliau paskatino puikų fiziką prie idėjos „ šviesos kvantas“ – šviesos porcijos. Vėliau, 1926 m., amerikiečių fizikinis chemikas Gilbertas N. Lewisas jį pavadino „fotonu“, išvertus iš graikų kalbos „phos“ („šviesa“).

1913 metais britų fizikas Ernestas Rutherfordas, remdamasis tuo metu jau atliktų eksperimentų rezultatais, pažymėjo, kad daugelio branduolių masės cheminiai elementai yra vandenilio branduolio masės kartotiniai. Todėl jis manė, kad vandenilio branduolys yra kitų elementų branduolių komponentas. Savo eksperimente Rutherfordas apšvitino azoto atomą alfa dalelėmis, kurios dėl to išspinduliavo tam tikrą dalelę, kurią Ernestas pavadino „protonu“, iš kitų graikų „protos“ (pirmasis, pagrindinis). Vėliau eksperimentiškai buvo patvirtinta, kad protonas yra vandenilio branduolys.

Akivaizdu, kad protonas nėra vienintelis komponentas cheminių elementų branduoliai. Šią idėją lemia tai, kad du protonai branduolyje atstumtų vienas kitą, o atomas akimirksniu suirtų. Todėl Rutherfordas iškėlė hipotezę, kad yra kitos dalelės, turinčios masę lygus masei protonas, bet yra neįkrautas. Kai kurie mokslininkų eksperimentai apie radioaktyviųjų ir lengvesnių elementų sąveiką paskatino juos atrasti kitą naują spinduliuotę. 1932 m. Jamesas Chadwickas nustatė, kad jis susideda iš tų labai neutralių dalelių, kurias jis pavadino neutronais.

Taigi, labiausiai žinomos dalelės: fotonas, elektronas, protonas ir neutronas.

Be to, vis dažnesnis įvykis tapo naujų subbranduolinių objektų atradimas šiuo metu Yra žinoma apie 350 dalelių, kurios paprastai laikomos „elementariomis“. Tie, kurie dar nebuvo padalinti, laikomi bestruktūriais ir vadinami „pagrindiniais“.

Kas yra sukimas?

Prieš žengiant į priekį su tolimesnėmis naujovėmis fizikos srityje, reikia nustatyti visų dalelių charakteristikas. Labiausiai žinomas, be masės ir elektros krūvio, taip pat apima sukimąsi. Ši vertė kitaip vadinamas „vidiniu kampiniu momentu“ ir niekaip nesusijęs su subbranduolinio objekto kaip visumos judėjimu. Mokslininkai sugebėjo aptikti daleles, kurių sukimasis yra 0, ½, 1, 3/2 ir 2. Norėdami vizualizuoti, nors ir supaprastintą, sukimąsi kaip objekto savybę, apsvarstykite šį pavyzdį.

Tegul objekto sukimasis lygus 1. Tada toks objektas, pasuktas 360 laipsnių, grįš į pradinę padėtį. Lėktuve šiuo objektu gali būti pieštukas, kuris, pasisukus 360 laipsnių kampu, atsidurs pradinėje padėtyje. Nulinio sukimo atveju, nesvarbu, kaip objektas sukasi, jis visada atrodys taip pat, pavyzdžiui, vienos spalvos rutulys.

Norint sukti ½, jums reikės objekto, kuris išliktų savo išvaizdą pasukęs 180 laipsnių kampu. Tai gali būti tas pats pieštukas, tik simetriškai paaštrintas iš abiejų pusių. Sukant 2, reikia išlaikyti formą, kai pasukama 720 laipsnių, o sukimui 3/2 reikės 540.

Ši savybė yra labai puiki vertė dalelių fizikai.

Standartinis dalelių ir sąveikos modelis

Turėdamas įspūdingą mikroobjektų rinkinį, kurį sudaro mus supantį pasaulį, mokslininkai nusprendė juos susisteminti, taigi ir gerai žinoma teorinė struktūra, vadinama „ Standartinis modelis“ Ji aprašo tris sąveikas ir 61 dalelę naudodama 17 pagrindinių, kai kurias iš jų ji numatė dar gerokai prieš atradimą.

Trys sąveikos yra:

Elektromagnetinis. Jis atsiranda tarp elektriškai įkrautų dalelių. IN paprastas atvejis, žinomas iš mokyklos, - skirtingai nei įkrauti objektai traukia, o panašūs įkrauti objektai atstumia. Tai vyksta per vadinamąjį elektromagnetinės sąveikos nešiklį – fotoną.
Stiprus, kitaip - branduolinė sąveika. Kaip rodo pavadinimas, jo veikimas apima atomo branduolio objektus, jis yra atsakingas už protonų, neutronų ir kitų dalelių, taip pat sudarytų iš kvarkų, pritraukimą. Stipri sąveika gabenamos gliuonais.
Silpnas. Veiksmingas atstumais, tūkstančiais mažesnių už šerdies dydį. Šioje sąveikoje dalyvauja leptonai ir kvarkai, taip pat jų antidalelės. Be to, esant silpnai sąveikai, jie gali transformuotis vienas į kitą. Nešėjai yra W+, W− ir Z0 bozonai.

Taigi standartinis modelis buvo suformuotas taip. Jį sudaro šeši kvarkai, iš kurių susideda visi hadronai (stipriai sąveikaujančios dalelės):

Viršutinė (u);
Užburtas (c);
tiesa(t);
Žemutinė (d);
Keista(s);
Žavinga (b).

Akivaizdu, kad fizikai turi daugybę epitetų. Kitos 6 dalelės yra leptonai. Tai yra pagrindinės dalelės, kurių sukimasis ½, kurios nedalyvauja stiprioje sąveikoje.

Elektronas;
elektroninis neutrinas;
Muonas;
miuono neutrinas;
Tau leptonas;
Tau neutrinas.

Trečioji standartinio modelio grupė yra matuoklio bozonai, kurių sukimasis lygus 1 ir yra vaizduojami kaip sąveikos nešėjai:

Gluonas – stiprus;
Fotonas – elektromagnetinis;
Z-bozonas – silpnas;
W bozonas yra silpnas.

Tai taip pat apima neseniai atrastą sukinio-0 dalelę, kuri, paprasčiau tariant, suteikia inertinę masę visiems kitiems subbranduoliniams objektams.

Dėl to pagal Standartinį modelį mūsų pasaulis atrodo taip: visa materija susideda iš 6 kvarkų, formuojančių hadronus ir 6 leptonus; visos šios dalelės gali dalyvauti trijose sąveikose, kurių nešėjai yra matuokliai.

Standartinio modelio trūkumai

Tačiau dar prieš atradant Higso bozoną, paskutinę dalelę, kurią numatė standartinis modelis, mokslininkai peržengė jo ribas. Ryškus pavyzdys yra vadinamasis „gravitacinė sąveika“, kuri šiandien yra lygiavertė kitiems. Manoma, kad jo nešiklis yra dalelė su sukiniu 2, neturinti masės ir kurios fizikai dar negalėjo aptikti - „gravitonas“.

Be to, standartiniame modelyje aprašyta 61 dalelė, o šiandien žmonijai jau žinoma daugiau nei 350 dalelių. Tai reiškia, kad ant pasiektas darbas teoriniai fizikai nėra baigti.

Dalelių klasifikacija

Kad palengvintų jų gyvenimą, fizikai sugrupavo visas daleles pagal jų struktūrines ypatybes ir kitas savybes. Klasifikavimas grindžiamas šiais kriterijais:

Gyvenimo laikas.
1. Stabilus. Tai yra protonai ir antiprotonai, elektronai ir pozitronai, fotonai ir gravitonas. Stabilių dalelių egzistavimo laikas neriboja, kol jos yra laisvos būsenos, t.y. su niekuo nebendrauti.
2. Nestabilus. Visos kitos dalelės po kurio laiko suyra į sudedamąsias dalis, todėl jos vadinamos nestabiliomis. Pavyzdžiui, miuonas gyvena tik 2,2 mikrosekundės, o protonas - 2,9 10 * 29 metus, po kurio jis gali suirti į pozitroną ir neutralų pioną.
Svoris.
1. Bemasės elementarios dalelės, kurių yra tik trys: fotonas, gliuonas ir gravitonas.
2. Masyvios dalelės yra visa kita.
Sukimo vertė.
1. Visas sukimas, įskaitant. nulis, turi dalelių, vadinamų bozonais.
2. Dalelės, turinčios pusės sveikojo skaičiaus sukimąsi, yra fermionai.
Dalyvavimas sąveikose.
1. Hadronai (struktūrinės dalelės) yra subbranduoliniai objektai, dalyvaujantys visų keturių tipų sąveikose. Anksčiau buvo minėta, kad jie sudaryti iš kvarkų. Hadronai skirstomi į du potipius: mezonus ( visas sukimasis, yra bozonai) ir barionai (pusis sveikasis sukinys – fermionai).
2. Fundamentalus (bestruktūrinės dalelės). Tai apima leptonus, kvarkus ir matuoklius bozonus (skaitykite anksčiau - „Standartinis modelis.“).

Susipažinę su visų dalelių klasifikacija, galite, pavyzdžiui, tiksliai nustatyti kai kurias iš jų. Taigi neutronas yra fermionas, hadronas arba, tiksliau, barionas, ir nukleonas, tai yra, jis turi pusės sveikojo skaičiaus sukimąsi, susideda iš kvarkų ir dalyvauja 4 sąveikose. Nukleonas yra bendras vardas protonams ir neutronams.

Įdomu tai, kad Demokrito atomizmo priešininkai, numatę atomų egzistavimą, teigė, kad bet kuri medžiaga pasaulyje yra padalinta neribotam laikui. Tam tikru mastu jie gali pasirodyti teisūs, nes mokslininkams jau pavyko padalinti atomą į branduolį ir elektroną, branduolį į protoną ir neutroną, o šie, savo ruožtu, į kvarkus.
Demokritas manė, kad atomai turi aiškų modelį geometrine forma, todėl dega „aštrūs“ ugnies atomai, šiurkštūs atomai kietosios medžiagos yra tvirtai laikomi kartu savo iškilimais, o lygūs vandens atomai sąveikaujant paslysta, kitaip jie teka.
Josephas Thomsonas sudarė savo atomo modelį, kurį matė kaip teigiamai įkrautą kūną, kuriame elektronai atrodė „įstrigo“. Jo modelis buvo vadinamas „slyvų pudingo modeliu“.
Kvarkai gavo savo vardą amerikiečių fiziko Murray Gell-Mann dėka. Mokslininkas norėjo pavartoti žodį, panašų į anties kvato garsą (kwork). Tačiau Jameso Joyce'o romane „Finnegans Wake“ eilutėje „Trys kvarkai ponui Markui!“ jis susidūrė su žodžiu „kvarkas“, kurio reikšmė nėra tiksliai apibrėžta ir gali būti, kad Joyce jį naudojo tiesiog rimui. Murray nusprendė pavadinti daleles šiuo žodžiu, nes tuo metu buvo žinomi tik trys kvarkai.
Nors fotonai, šviesos dalelės, yra bemasės, atrodo, kad šalia juodosios skylės jie keičia savo trajektoriją, nes juos traukia gravitacinės jėgos. Tiesą sakant, supermasyvus kūnas išlenkia erdvėlaikį, todėl bet kokios dalelės, įskaitant ir neturinčias masės, keičia savo trajektoriją juodosios skylės link (žr.).
Didysis hadronų greitintuvas yra „hadroninis“ būtent todėl, kad jis susiduria su dviem nukreiptais hadronų pluoštais, dalelėmis, kurių matmenys prilygsta atomo branduoliui ir dalyvauja visose sąveikose.

Populiarioji filosofija. Pamoka Gusevas Dmitrijus Aleksejevičius

4. Elementariosios dalelės

Iki XIX amžiaus pabaigos buvo manoma, kad atomai yra nedalomos dalelės medžiagų. Po to revoliuciniai atradimai fizikoje, padarytoje praėjusių ir dabartinių amžių sandūroje, buvo nustatyta, kad atomai dalijasi ir turi sudėtingą struktūrą. Jie susideda iš įvairių mažesnių dalelių, kurios sąveikauja viena su kita, todėl gali būti skirtingos atominiai pokyčiai ir transformacijos. Šios dalelės buvo pavadintos elementarus(lot. elementarius – originalus, paprasčiausias). Iš pradžių jie buvo laikomi (vietoj atomų) paskutine ir nedaloma materijos riba, visų materialių objektų ar fizinių kūnų pagrindu. Tačiau netrukus paaiškėjo termino „elementarius“ sutartinė ar reliatyvumas, nes paaiškėjo, kad elementariosios dalelės, pirma, nėra nedalomos ir visai ne paprastos, o, priešingai, yra sudėtingi mikroobjektai, turintys tam tikra struktūra (įrenginys ar struktūra), tai yra, paaiškėjo, kad jie jokiu būdu nėra elementarūs; ir antra, jų negalima vadinti dalelėmis visomis prasmėmisšį žodį, nes jiems būdingas bangų ir dalelių dvilypumas. Nepaisant to, istoriškai nusistovėjęs pavadinimas tebeegzistuoja.

Tolesnis mokslo skverbimasis į mikropasaulio gelmes buvo susijęs su perėjimu iš atomų lygio į elementariųjų dalelių lygį. Pirmasis iš jų buvo elektrono atradimas XIX amžiaus pabaigoje, o po to – fotonas, protonas, pozitronas ir neutronas pirmaisiais XX amžiaus dešimtmečiais. Iki šio amžiaus vidurio, naudojant šiuolaikines eksperimentines technologijas, buvo nustatyta daugiau nei 300 elementariųjų dalelių rūšių.

Pagrindinės jų savybės yra masė, krūvis, vidutinis tarnavimo laikas ir dalyvavimas tam tikrose sąveikose. Yra elementariųjų dalelių, kurios neturi masės. Tai fotonai. Kitos dalelės pagal masę skirstomos į leptonai(graikiškai leptos – šviesa), mezonai(gr. mesos – vidurys) ir barionai(gr. barys – sunkus). Visos žinomos dalelės turi teigiamą, neigiamą arba nulinį elektros krūvį. Kiekviena dalelė, išskyrus fotoną ir du mezonus, atitinka priešingų krūvių antidaleles. Neseniai buvo iškelta hipotezė, kad egzistuoja dalelės, turinčios dalinį elektros krūvį (1/3 arba 2/3 elektrono krūvio). Jie buvo pavadinti kvarkai. Ši hipotezė dar nepatvirtinta eksperimentiškai. Pagal savo gyvavimo trukmę elementarios dalelės skirstomos į stabiliąsias ir nestabiliąsias. Yra penkios stabilios dalelės: fotonas, dviejų tipų neutrinai, elektronas ir protonas. Jie yra tie, kurie žaidžia gyvybiškai svarbus vaidmuo makrokūnų struktūroje. Visos kitos dalelės yra nestabilios. Jie egzistuoja apie 10–10–10–24 sekundes, po to suyra. Elementariosios dalelės, kurių vidutinė gyvavimo trukmė 10–23 – 10–22 sekundės. yra vadinami rezonansus. Dėl trumpo gyvenimo trukmės jie suyra net nespėję palikti atomo ar atomo branduolio. Šios dalelės buvo apskaičiuotos teoriškai, jos dar nebuvo aptiktos realiais eksperimentais.

Svarbi savybė elementariosios dalelės yra sąveikos tipas. Remiantis šiuolaikinėmis koncepcijomis, gamtoje yra keturios sąveikos rūšys: stiprioji, elektromagnetinė, silpnoji ir gravitacinė.

Stipri sąveika pasireiškia tik mikrokosmose, atsiranda atomo branduolių lygyje ir reprezentuoja abipusė trauka ir juos sudarančių dalių atstūmimas. Jis veikia maždaug 10–13 cm atstumu Dėl stiprios sąveikos labai stipriai suriša daleles, todėl susidaro atomų branduoliai – patvariausi gamtos objektai.

Silpna sąveika , kaip ir stiprus, pasireiškia tik mikrokosmose. Jis veikia 10–15–10–22 cm atstumu ir daugiausia susijęs su dalelių skilimu. Remiantis šiuolaikinėmis koncepcijomis, dauguma dalelių yra nestabilios būtent dėl silpnos sąveikos.

Elektromagnetinė sąveika, priešingai nei stiprus ir silpnas, pasireiškia mikropasaulyje, makropasaulyje ir megapasaulyje, tačiau vaidina lemiamą vaidmenį makropasaulio struktūroje. Ši sąveika yra tūkstantį kartų silpnesnė už stipriąją, tačiau veikia daug didesniu atstumu nei ji. Dėl to elektronai ir atomų branduoliai susijungia į atomus, atomai – į molekules, molekulės – į makrokūnus ir t.t.

Gravitacinė sąveika neatsiranda mikrokosmose. Jis pasireiškia makropasaulyje ir ypač megapasaulyje, vaidindamas pagrindinį vaidmenį pastarojo struktūroje. Į šią sąveiką elementariųjų dalelių teorijoje neatsižvelgiama. IN kosminis mastelis priešingai, ji turi lemiamą reikšmę, nes tai ne kas kita, kaip universali gravitacija (didžiulių kosminių objektų – planetų ir žvaigždžių – abipusė trauka). Atstumas, kuriuo jis veikia, yra neribotas.

Jeigu fiziniai kūnai susideda iš molekulių, molekulės - iš atomų, o atomai - iš elementariųjų dalelių, tada būtų logiška manyti, kad elementariosios dalelės savo ruožtu yra sudarytos iš mažesnių dalelių. Tačiau tokios išvados daryti negalima, nes pradinis lygis yra kiti dėsniai ir viskas, prie ko esame įpratę makrokosme, ten negalioja. Pavyzdžiui, mes puikiai žinome, kad jei kūnas suskaidomas į dalis, bet kuri dalis tiek savo dydžiu, tiek mase bus mažesnė už pirminį visą kūną. Ir jei elementarioji dalelė suyra, gali būti, kad jos skilimo produktai bus didesnio dydžio ir masės nei pradinė suirusi dalelė, o tai neįtikėtina mūsų įprastų idėjų požiūriu. Todėl teisingiau būtų sakyti, kad elementariosios dalelės ne suyra, o transformuojasi arba transformuojasi. Keista, bet viena dalelė gali virsti kita. Be to, beveik kiekviena elementari dalelė gali būti tarsi „ neatskiriama dalis» bet kuri kita elementari dalelė. Jei dalelės gali transformuotis ir atlikti kitus sudėtingus pokyčius, tada jos turi tam tikrų vidinė struktūra arba prietaisas. Kuris? Šiuolaikinis mokslas dar negali atsakyti į šį klausimą. Vienintelis dalykas, kurį galima teigti, yra neabejotinas šios struktūros buvimas elementariose dalelėse. Tačiau negalima teigti, kad jis atstovauja dar mažesnes daleles. Čia susiduriame su dar nežinomu materijos egzistavimo lygiu, kuris slypi giliau nei elementariųjų dalelių sfera ir reprezentuoja mums kažką visiškai naujo, neįprasto, nepaprasto, sunkiai išreiškiamo esamose. mokslinės sąvokos ir sunkiai pritaikomas šiuolaikinėms mokslinėms idėjoms ir teorijoms. Tolesnis skverbimasis į gilias mikropasaulio paslaptis, matyt, bus XXI amžiaus mokslo darbas.

Mikropasaulio aprašymui ir paaiškinimui svarbiausios yra dvi šiuolaikinio gamtos mokslo nuostatos – tai yra papildomumo principas Danų mokslininkas Nielsas Bohras ir neapibrėžtumo principas Vokiečių mokslininkas Verneris Heisenbergas. Pagal papildomumo principą korpuskulinės ir bangų savybės mikropasaulio objektai vienas kitą neišskiria, o papildo; Mikropasaulis yra tokia specifinė realybė, kad adekvatus jo apibūdinimas yra įmanomas būtent per iš pažiūros nesuderinamų savybių – korpuskulinės ir banginės – papildomumo idėją. Pagal neapibrėžtumo santykio principą mikropasaulyje neįmanoma vienodai tiksliai nustatyti dalelės koordinatės, o vieno iš šių parametrų tikrumas lemia kito neapibrėžtį. Garsi lygtis Heisenbergas yra dalelės koordinatės neapibrėžties ir jos greičio neapibrėžties sandauga, kuri lygi pastovią vertę(Planko konstanta). Taigi, kai vieno produkto neapibrėžtumas linkęs į nulį (tai yra, jis yra apibrėžtas), tada kito neapibrėžtumas linkęs į begalybę (tai yra, jis yra visiškai neapibrėžtas). Mikropasauliui priimtini papildomumo ir neapibrėžtumo santykių principai makropasauliui neįsivaizduojami: jame taikomi, veda į absurdus ir absurdus.

Pavyzdžiui, pagal komplementarumo principą korpuskulai (objektai) gali būti bangos (procesai) ir atvirkščiai. Makrokosmose objektas nėra procesas, o procesas nėra objektas, kitaip teks manyti, kad, pavyzdžiui, švytuoklė (objektas) ir švytuoklės (proceso) svyravimai gali būti vienas ir tas pats: švytuoklė – tai švytuoklės svyravimai, o švytuoklės – švytuoklė. Pasirodo absurdiška. Tas pats yra ir su neapibrėžtumo santykių principu. Pavyzdžiui, žinodami, kad kulka paliko ginklo vamzdį ir juda 800 m/s greičiu, klausiame, kokiu atstumu ji dabar yra nuo vamzdžio, ir į šį klausimą atsakome maždaug taip: „Jei žinotume greitį kulka, tada jos vieta (koordinatė) yra visiškai nežinoma - ji dabar gali būti Mėnulyje, Antarktidoje, kitoje galaktikoje ir pan. Arba, priešingai, žinodami, kad iš ginklo vamzdžio paleista kulka yra per metrą nuo jos, klausiame, kokiu greičiu ji dabar juda, ir atsakome maždaug taip: „Jei žinome kulkos vietą (koordinatės). ), todėl mes visiškai nežinome jo greičio – dabar jis gali būti lygus nuliui arba šviesos greičiui ir pan.

Komplementarumo ir neapibrėžtumo santykių principai, sukurti mikropasauliui apibūdinti ir mintyse pritaikyti makropasauliui, visiškai parodo, kad šios dvi tikrovės sritys viena nuo kitos skiriasi ne tik kiekybiškai (didesnio ar mažesnio dydžio principu), bet ir kokybiškai. atstovauja tikrai du skirtingi pasauliai su savo specifinėmis savybėmis ir savybėmis. Čia mes vėl susiduriame su vienu iš svarbius įstatymus filosofinė dialektika – perėjimo dėsnis kiekybiniai pokyčiai kokybe.

Iš knygos Žmogaus fenomenas autorius de Chardinas Pierre'as Teilhardas

1. ELEMENTINĖS GYVYBĖS JUDĖJIMO FORMOS A. Savęs dauginimasis Viso biosferos apvalkalo aplink Žemę formavimosi proceso pagrindas paprastai yra gyvybiškai svarbus mechanizmas savęs dauginimasis. Kiekviena ląstelė tam tikru momentu dalijasi (per „dvejetainį dalijimąsi“ arba

Iš knygos Trumpa istorija filosofija [nenobodi knyga] autorius Gusevas Dmitrijus Aleksejevičius

12.3. Erdvės ir laiko liliputai (elementariosios dalelės) Po revoliucinių fizikos atradimų XIX–XX amžių sandūroje. buvo nustatyta, kad atomai yra dalijami ir turi sudėtingą struktūrą – jie susideda iš mažesnių dalelių, kurios sąveikauja viena su kita, todėl tai įmanoma

Iš knygos Lovers of Wisdom [Ką turėtumėte žinoti šiuolaikinis žmogus apie filosofinės minties istoriją] autorius Gusevas Dmitrijus Aleksejevičius

Elementariosios dalelės. Erdvės ir laiko liliputai Po revoliucinių fizikos atradimų XIX–XX amžių sandūroje. buvo nustatyta, kad atomai dalijasi ir turi sudėtingą struktūrą – jie susideda iš mažesnių dalelių, kurios sąveikauja viena su kita, dėl kurių skiriasi

Iš knygos Mokslo pabaiga: žvilgsnis į žinių ribas mokslo amžiaus prieblandoje pateikė Horganas Johnas

Johnas Wheeleris ir „Tai iš dalelės“ Bethe, Weinbergas ir Merminas, atrodo, manė, kad kvantinė mechanika, bent jau kokybine prasme, yra aukščiausia fizikos teorija. Kai kurie fizikai ir filosofai pasiūlė, kad jie galėtų kaltinti kvantinę mechaniką, jei

Iš knygos Intuitionizmo pateisinimas [redaguota] autorius Losskis Nikolajus Onufrijevičius

IX skyrius. Elementarieji pažinimo metodai I. Intuityvizmo teorija (tiesioginio proto ir pasekmės ryšio suvokimo teorija) Sprendimas – tai objekto diferencijavimo veiksmas lyginant. Dėl šio veiksmo, jei jis sėkmingai baigtas, turime predikatą P, t.y.

Iš knygos Žmogaus žinios apie savo sritis ir ribas pateikė Russellas Bertrandas

Iš knygos „Proto šešėliai“ [Ieškant sąmonės mokslo] pateikė Penrose Roger

5.11. Dalelės vieta ir jos impulsas Dar aiškesnis tokio pobūdžio pavyzdys yra kvantinė mechaninė dalelės padėties erdvėje samprata. Pirmiau minėjome, kad dalelės būsena gali apimti dviejų ar daugiau superpoziciją

Iš knygos „Nuostabi filosofija“. autorius Gusevas Dmitrijus Aleksejevičius

Erdvės ir laiko liliputai. Elementariosios dalelės Po revoliucinių fizikos atradimų XIX–XX amžių sandūroje. buvo nustatyta, kad atomai dalijasi ir turi sudėtingą struktūrą – jie susideda iš mažesnių dalelių, kurios sąveikauja viena su kita, dėl kurių skiriasi

Iš knygos Filosofija sisteminiame pristatyme (rinkinyje) autorius Autorių komanda

B. Elementarūs psichikos gyvenimo reiškiniai Siela, norėdama išsilaikyti kovoje su išoriniu pasauliu, turi orientuotis šiame pasaulyje, o norint pasireikšti savo individualumui, jai reikalinga medžiaga, kuri jai vėl tiekiama iš išorinis pasaulis. Šita medžiaga ji

Iš knygos The King's New Mind [Apie kompiuterius, mąstymą ir fizikos dėsnius] pateikė Penrose Roger

Kvantinė dalelės būsena Kaip ji atrodo? fizinė tikrovė„Kvantiniame lygmenyje, kur įvairios sistemai atviros „alternatyvios galimybės“ visada turi turėti galimybę egzistuoti kartu, sudarydamos sumas su keistais kompleksiškai vertinamais svoriais?

Iš knygos Procesinis protas. Susiejimo su Dievo protu vadovas autorius Mindelis Arnoldas

Keturios jėgos ir jų virtualios dalelės Susitelkime ties fizikos TOE, vadinamąja „vieningojo lauko teorija“ ir pagalvokime apie jėgas ir laukus. Šiandieninėje fizikoje yra kasdienė realybė, susidedanti iš erdvės, laiko ir objektų. Objektų viduje yra įvairių

Iš knygos Kvantinis protas [Riba tarp fizikos ir psichologijos] autorius Mindelis Arnoldas

Dalelės ir bangos 1690 m., kai Niutonas parašė savo „Principiją“, kurioje išsakė jo idėjas apie fiziką ir matematiką, Europos Renesansas įsibėgėjo. Niutonas manė, kad dalelės yra nedalomos medžiagos, turinčios konkrečią žinomą vietą

Iš autorės knygos

Svajonės ir dalelės Įprastinėje tikrovėje stebimas materijos apibūdinimas bangomis ir jos paslaptinga nepažinia prigimtis už AR ribų nėra taip svetima mūsų supratimui, kaip iš pradžių galėtume manyti. Psichologai gerai žino šią problemą; jie turėtų dažnai

Iš autorės knygos

33. Atominė energija ir virtualios dalelės Pamažu meditacinių pratimų pagalba kurdami dvasinį kūną, kinai šiame gyvenime bandė atskirti su įprastu kūnu susijusias energijas ir taip apdovanoti... save nauju kūnu... šitaip

Iš autorės knygos

Virtualios dalys ir dalelės psichologijoje Svarbu prisiminti, kad mes darome daug dalykų, kurių nematome. Psichologija, kaip ir fizika, pilna virtualių dalykų, dalių ir dalelių. Dauguma psichologijos mokyklų kalba apie tokius virtualius dalykus kaip šešėlis, animus,

Iš autorės knygos

Virtualios dalelės ir vidinis veikimas Dalelės samprata laikui bėgant vystėsi. Pirmoje XX amžiaus pusėje. Prieš keturis šimtmečius atsiradusi aiškiai apibrėžtos materijos dalelės sąvoka kvantinėje mechanikoje peraugo į bangą panašaus paketo koncepciją. Dabar, naujausiame

Elementariosios dalelės pagal tikslią šio termino reikšmę yra pirminės, toliau neskaidomos dalelės, iš kurių turėtų sudaryti visa medžiaga.

Šiuolaikinės fizikos elementariosios dalelės neatitinka griežto elementarumo apibrėžimo, nes dauguma jų, remiantis šiuolaikinėmis sąvokomis, yra sudėtinės sistemos. Bendra šių sistemų savybė yra ta, kad: Kad jie nėra atomai ar branduoliai (išimtis – protonas). Todėl kartais jos vadinamos subbranduolinėmis dalelėmis.

Dalelės, kurios teigia esąs pagrindiniai materijos elementai, kartais vadinamos „tikromis elementariomis dalelėmis“.

Pirmoji atrasta elementarioji dalelė buvo elektronas. Jį 1897 m. atrado anglų fizikas Thomsonas.

Pirmasis atrastas anticistitas buvo pozitronas – dalelė, turinti elektrono masę, bet teigiamą elektros krūvį. Šią antidalelę kosminiuose spinduliuose atrado amerikiečių fizikas Andersonas 1932 m.

Šiuolaikinėje fizikoje elementariųjų dalelių grupė apima daugiau nei 350 dalelių, daugiausia nestabilių, ir jų skaičius toliau auga.

Jei anksčiau elementariosios dalelės dažniausiai būdavo aptinkamos kosminiai spinduliai, tada nuo šeštojo dešimtmečio pradžios greitintuvai tapo pagrindine elementariųjų dalelių tyrimo priemone.

Elementariųjų dalelių mikroskopinės masės ir dydžiai lemia jų elgesio kvantinį specifiškumą: kvantiniai dėsniai yra lemiami elementariųjų dalelių elgsenoje.

Svarbiausia kvantinė nuosavybė visų elementariųjų dalelių yra gebėjimas gimti ir sunaikinti (išskirti ir absorbuoti) sąveikaujant su kitomis dalelėmis. Visi procesai su elementariomis dalelėmis vyksta per absorbcijos ir emisijos veiksmų seką.

Įvairūs procesai su elementariosiomis dalelėmis ryškiai skiriasi savo atsiradimo intensyvumu.

Pagal skirtingą elementariųjų dalelių sąveikos intensyvumą jos fenomenologiškai skirstomos į kelias klases: stipriąsias, elektromagnetines ir silpnąsias. Be to, visos elementarios dalelės turi gravitacinę sąveiką.

Stipri elementariųjų dalelių sąveika sukelia procesus, vykstančius didžiausiu intensyvumu lyginant su kitais procesais ir lemia stipriausią elementariųjų dalelių ryšį. Būtent tai lemia ryšį tarp protonų ir neutronų atomų branduoliuose.

Elektromagnetinė sąveika skiriasi nuo kitų įtraukiant elektromagnetinis laukas. Elektromagnetinis laukas (in kvantinė fizika- fotonas) išspinduliuojamas arba sugeriamas sąveikos metu, arba perduoda sąveiką tarp kūnų.

Elektromagnetinė sąveika užtikrina atomų ir materijos molekulių branduolių ir elektronų ryšį ir tuo lemia (remiantis dėsniais kvantinė mechanika) stabilios tokių mikrosistemų būklės galimybę.

Silpna elementariųjų dalelių sąveika sukelia labai lėtus procesus su elementariosiomis dalelėmis, įskaitant beveik stabilių dalelių skilimą.

Silpna sąveika yra daug silpnesnė ne tik už stipriąją sąveiką, bet ir elektromagnetinę sąveiką, bet daug stipresnė už gravitacinę sąveiką.

Gravitacinė elementariųjų dalelių sąveika yra silpniausia iš visų žinomų. Gravitacinė sąveika elementariosioms dalelėms būdingais atstumais sukelia itin mažus efektus dėl mažų elementariųjų dalelių masių.

Silpna sąveika yra daug stipresnė už gravitacinę sąveiką, tačiau kasdienybė gravitacinės sąveikos vaidmuo yra daug labiau pastebimas nei silpnosios sąveikos vaidmuo. Taip atsitinka todėl, kad gravitacinė sąveika (taip pat ir elektromagnetinė sąveika) turi begalinę didelis spindulys veiksmus. Todėl, pavyzdžiui, kūnus, esančius Žemės paviršiuje, veikia gravitacinis patrauklumas iš visų atomų, sudarančių Žemę. Silpna sąveika turi tokį mažą veiksmų diapazoną, kad jis dar nebuvo išmatuotas.

Šiuolaikinėje fizikoje esminį vaidmenį atlieka reliatyvistinė kvantinė teorija fizinės sistemos su begalinis skaičius laisvės laipsniai – kvantinio lauko teorija. Ši teorija buvo sukurta siekiant apibūdinti vieną iš bendriausių mikropasaulio savybių – visuotinį abipusį elementariųjų dalelių konvertuojamumą. Norint apibūdinti tokio pobūdžio procesus, reikėjo pereiti prie kvantinės bangos lauko. Kvantinio lauko teorija būtinai yra reliatyvistinė, nes jei sistemą sudaro lėtai judančios dalelės, jų energijos gali nepakakti naujoms dalelėms, kurių ramybės masė yra nulinė, susidaryti. Nulinės ramybės masės dalelės (fotonas, galbūt neutrinas) visada yra reliatyvistinės, t.y. visada juda šviesos greičiu.

Universalus visų sąveikų sprendimo būdas, pagrįstas matuoklio simetrija, leidžia jas derinti.

Kvantinė lauko teorija pasirodė esąs tinkamiausias aparatas suprasti elementariųjų dalelių sąveikos pobūdį ir suvienodinti visų tipų sąveikas.

Kvantinė elektrodinamika yra ta kvantinio lauko teorijos dalis, nagrinėjanti elektromagnetinio lauko ir įkrautų dalelių (arba elektronų-pozitronų lauko) sąveiką.

Šiuo metu kvantinė elektrodinamika yra laikomas neatskiriama vieningos silpnosios ir elektromagnetinės sąveikos teorijos dalimi.

Priklausomai nuo dalyvavimo tam tikrose sąveikos rūšyse, visos tiriamos elementarios dalelės, išskyrus fotoną, skirstomos į dvi pagrindines grupes – hadronus ir leptonus.

Hadronai (iš graikų kalbos – dideli, stiprūs) – elementariųjų dalelių klasė, dalyvaujanti stiprioje sąveikoje (kartu su elektromagnetinėmis ir silpnosiomis). Leptonai (iš graikų kalbos – ploni, lengvi) – elementariųjų dalelių klasė, kurios neturi stiprios sąveikos, dalyvauja tik elektromagnetinėje ir silpnoje sąveikoje. (Numanoma, kad yra gravitacinė sąveika visoms elementarioms dalelėms, įskaitant fotoną).

Kol kas nėra pilnos hadronų teorijos ar stiprios sąveikos tarp jų, tačiau yra teorija, kuri, nors ir nėra nei išsami, nei visuotinai priimta, leidžia paaiškinti pagrindines jų savybes. Ši teorija yra kvantinė chromodinamika, pagal kurią hadronai susideda iš kvarkų, o jėgos tarp kvarkų atsiranda dėl gliuonų mainų. Visi atrasti hadronai susideda iš penkių kvarkų įvairių tipų(„skoniai“). Kiekvienas „skonio“ kvarkas gali būti trijų „spalvų“ būsenų arba turėti tris skirtingus „spalvos krūvius“.

Jeigu dėsniai, nustatantys ryšį tarp dydžių charakterizuojantys fizinę sistemą, arba nustatant šių dydžių kitimą laikui bėgant, nekinta tam tikros transformacijos, kurioms gali būti taikoma sistema, tada sakoma, kad šie dėsniai turi simetriją (arba nekintamumą) šių transformacijų atžvilgiu. Matematiškai simetrijos transformacijos sudaro grupę.

IN šiuolaikinė teorija Elementariosiose dalelėse pirmauja tam tikrų transformacijų dėsnių simetrijos samprata. Simetrija laikoma egzistavimą lemiančiu veiksniu įvairios grupės ir elementariųjų dalelių šeimos.

Stipri sąveika yra simetriška sukimosi atžvilgiu specialioje „izotopinėje erdvėje“. Matematiniu požiūriu izotopinė simetrija atitinka unitarinės simetrijos grupės SU(2) transformacijas. Izotopinė simetrija nėra tiksli gamtos simetrija, nes jį sutrikdo elektromagnetinė sąveika ir kvarkų masių skirtumai.

Izotopinė simetrija yra platesnės apytikslės stiprios sąveikos – vienetinės SU(3) simetrijos – dalis. Pasirodo, vieninga simetrija yra daug labiau pažeista nei izotopinė simetrija. Tačiau siūloma, kad šios simetrijos, kurios labai stipriai suskaidomos esant pasiekiamoms energijoms, bus atkurtos prie energijos, atitinkančios vadinamąjį „didžiąjį susivienijimą“.

Lauko teorijos lygčių vidinių simetrijų klasei (t. y. simetrijoms, susijusioms su elementariųjų dalelių savybėmis, o ne su erdvės ir laiko savybėmis) naudojamas bendras pavadinimas - matuoklio simetrija.

Matuoklio simetrija lemia vektorinių matuoklių laukų egzistavimą, kurių kvantų mainai lemia dalelių sąveiką.

Matuoklio simetrijos idėja pasirodė esanti vaisingiausia vieningoje silpnosios ir elektromagnetinės sąveikos teorijoje.

Įdomi kvantinio lauko teorijos problema yra stiprios sąveikos („didžiosios unifikacijos“) įtraukimas į vieningą matuoklio schemą.

Kita perspektyvi unifikavimo kryptis laikoma supergauge simetrija arba tiesiog supersimetrija.

60-aisiais Amerikos fizikai S. Weinbergas, S. Glashowas, Pakistano fizikas A. Salamas ir kiti sukūrė vieningą silpnosios ir elektromagnetinės sąveikos teoriją, kuri vėliau tapo žinoma kaip standartinė elektrosilpnos sąveikos teorija. Šioje teorijoje kartu su fotonu, kuris atlieka elektromagnetinę sąveiką, tarpinis vektoriniai bozonai- dalelės, kurios toleruoja silpną sąveiką. Šios dalelės buvo eksperimentiškai aptiktos 1983 m. CERN.

Eksperimentinis tarpinių vektorių bozonų atradimas patvirtina standartinės elektrosilpnos sąveikos teorijos pagrindinės (matūros) idėjos teisingumą.

Tačiau norint visiškai patikrinti teoriją, taip pat būtina eksperimentiškai ištirti spontaniško simetrijos trūkimo mechanizmą. Jei šis mechanizmas tikrai egzistuoja gamtoje, tai turi būti elementarus skaliariniai bozonai- vadinamieji Higso bozonai. Standartinė teorija elektrosilpna sąveika numato bent vieno skaliarinio bozono egzistavimą.

Šios trys dalelės (taip pat ir kitos, aprašytos toliau) yra tarpusavyje pritraukiamos ir atstumiamos pagal jų savybes mokesčiai, kurių pagal pagrindinių gamtos jėgų skaičių yra tik keturi tipai. Krūvius galima išdėstyti mažėjančia atitinkamų jėgų tvarka: spalvinis krūvis (kvarkų sąveikos jėgos); elektros krūvis (elektros ir magnetinės jėgos); silpnas krūvis (jėgos kai kuriuose radioaktyviuose procesuose); galiausiai masė (gravitacinė jėga arba gravitacinė sąveika). Žodis „spalva“ čia neturi nieko bendra su spalva matoma šviesa; tai tiesiog stipraus krūvio ir didžiausių jėgų charakteristika.

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

Stabiliausi gamtoje, kaip taisyklė, yra neutralūs dalelių deriniai, kuriuose vieno ženklo dalelių krūvis kompensuojamas visu kito ženklo dalelių krūviu. Tai atitinka minimalią visos sistemos energiją. (Tokiu pat būdu du strypiniai magnetai yra išdėstyti linijoje, su Šiaurės ašigalis vienas iš jų skirtas pietų ašigalį kita, kuri atitinka mažiausią magnetinio lauko energiją.) Gravitacija yra šios taisyklės išimtis: neigiama masė neegzistuoja. Nėra kūnų, kurie krenta aukštyn.

MEDŽIAGŲ RŪŠYS

Paprastoji medžiaga susidaro iš elektronų ir kvarkų, sugrupuotų į neutralios spalvos, o vėliau elektrinio krūvio objektus. Spalvos galia neutralizuojama, kaip bus išsamiau aptarta toliau, kai dalelės sujungiamos į tripletus. (Iš čia ir pats terminas „spalva“, paimtas iš optikos: sumaišius tris pagrindines spalvas gaunama balta spalva.) Taigi kvarkai, kurių spalvos stiprumas yra pagrindinis, sudaro tripletus. Bet kvarkai, ir jie skirstomi į u-kvarkai (iš anglų kalbos į viršų – į viršų) ir d-kvarkai (iš anglų kalbos žemyn - apačioje), taip pat turi elektros krūvį, lygų u-kvarkas ir už d- kvarkas. Du u-kvarkas ir vienas d-kvarkai suteikia elektros krūvį +1 ir sudaro protoną, o vieną u-kvarkas ir du d-kvarkai nesuteikia nulinio elektros krūvio ir sudaro neutroną.

Stabilūs protonai ir neutronai, traukiami vienas prie kito juos sudarančių kvarkų sąveikos liekamųjų spalvų jėgų, sudaro spalvoms neutralų atominį branduolį. Tačiau branduoliai turi teigiamą elektros krūvį ir, pritraukdami neigiamus elektronus, kurie skrieja aplink branduolį, kaip planetos, skriejančios aplink Saulę, yra linkę sudaryti neutralų atomą. Jų orbitose esantys elektronai pašalinami iš branduolio atstumais, dešimtis tūkstančių kartų didesniais už branduolio spindulį – tai įrodymas, kad juos laikančios elektrinės jėgos yra daug silpnesnės nei branduolinės. Dėl spalvų sąveikos galios 99,945% atomo masės yra jo branduolyje. Svoris u- Ir d- kvarkuoja maždaug 600 kartų daugiau masės elektronas. Todėl elektronai yra daug lengvesni ir judresni už branduolius. Jų judėjimą materijoje sukelia elektros reiškiniai.

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

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

Nematomas pasaulis.

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

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

Pagrindinis neutrino vaidmuo yra tai, kad jis prisideda prie transformacijos Ir- kvarkuoja d-kvarkai, dėl kurių protonas virsta neutronu. Neutrinai veikia kaip „karbiuratoriaus adata“ žvaigždžių sintezės reakcijoms, kurių metu keturi protonai (vandenilio branduoliai) susijungia ir sudaro helio branduolį. Tačiau kadangi helio branduolys susideda ne iš keturių protonų, o iš dviejų protonų ir dviejų neutronų, branduolių sintezė reikia dviejų Ir-kvarkai virto dviem d- kvarkas. Transformacijos intensyvumas lemia, kaip greitai žvaigždės degs. O transformacijos procesą lemia silpni krūviai ir silpnos dalelių sąveikos jėgos. Tuo pačiu metu Ir-kvarkas (elektros krūvis +2/3, silpnas krūvis +1/2), sąveikaujantis su elektronu (elektros krūvis - 1, silpnas krūvis -1/2), susidaro d-kvarkas (elektros krūvis –1/3, silpnas krūvis –1/2) ir elektronų neutrinas (elektros krūvis 0, silpnas krūvis +1/2). Dviejų kvarkų spalvų krūviai (arba tik spalvos) išnyksta šiame procese be neutrino. Neutrino vaidmuo yra nunešti nekompensuotą silpną krūvį. Todėl transformacijos greitis priklauso nuo to, kiek silpnos yra silpnosios jėgos. Jei jie būtų silpnesni, nei yra, žvaigždės visai nedegtų. Jei jie būtų stipresni, žvaigždės jau seniai būtų išdegusios.

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

Sąveikos nešėjai.

Kas sukelia jėgas, veikiančias tarp dalelių per atstumą? Šiuolaikinė fizika atsako: dėl kitų dalelių mainų. Įsivaizduokite, kad du greitieji čiuožėjai mėto kamuolį. Suteikdami rutuliui impulsą metant ir gaudami impulsą su gautu kamuoliu, abu sulaukia stūmimo viena nuo kitos nukreipta kryptimi. Tai gali paaiškinti atstumiančių jėgų atsiradimą. Tačiau kvantinėje mechanikoje, nagrinėjančioje reiškinius mikropasaulyje, leidžiamas neįprastas įvykių tempimas ir delokalizacija, o tai veda prie iš pažiūros neįmanomo: vienas iš čiuožėjų meta kamuolį į tą pusę. iš kitoks, bet vis tiek tas Galbūt pagauti šį kamuolį. Nesunku įsivaizduoti, kad jei tai būtų įmanoma (o elementariųjų dalelių pasaulyje tai įmanoma), tarp čiuožėjų atsirastų trauka.

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

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

Antimedžiaga.

Kiekviena dalelė turi antidalelę, su kuria dalelė gali abipusiai anihiliuotis, t.y. „sunaikinti“, todėl išsiskiria energija. Tačiau „gryna“ energija pati savaime neegzistuoja; Dėl sunaikinimo atsiranda naujų dalelių (pavyzdžiui, fotonų), kurios šią energiją neša.

Daugeliu atvejų antidalelė turi savybių, priešingų atitinkamai dalelei: jei dalelė, veikiama stiprių, silpnų ar elektromagnetinių laukų, juda į kairę, tada jos antidalelė judės į dešinę. Trumpai tariant, antidalelė turi priešingus visų krūvių požymius (išskyrus masės krūvį). Jei dalelė yra sudėtinė, pavyzdžiui, neutronas, tada jos antidalelė susideda iš komponentų su priešingi ženklai mokesčiai. Taigi antielektrono elektrinis krūvis yra +1, silpnas +1/2 ir vadinamas pozitronu. Antineutroną sudaro Ir-antikvarkai su elektros krūviu –2/3 ir d-antikvarkai su elektros krūviu +1/3. Tikros neutralios dalelės yra jų pačių antidalelės: fotono antidalelė yra fotonas.

Pagal šiuolaikines teorines koncepcijas, kiekviena gamtoje egzistuojanti dalelė turėtų turėti savo antidalelę. Ir daug antidalelių, įskaitant pozitronus ir antineutronus, iš tiesų buvo gauta laboratorijoje. To pasekmės yra labai svarbios ir visa tai lemia eksperimentinė fizika elementariosios dalelės. Remiantis reliatyvumo teorija, masė ir energija yra lygiavertės ir tam tikromis sąlygomis energija gali būti paversta mase. Kadangi įkrova išsaugoma, o vakuumo krūvis (tuščia erdvė) lygus nuliui, iš vakuumo, kaip triušiai iš mago kepurės, gali atsirasti bet kokios dalelių ir antidalelių poros (su nuliniu bendru krūviu), jei tik energijos pakanka jų masei sukurti.

Dalelių kartos.

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

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

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

2 lentelė. PAGRINDINIŲ DALELŲ KARTOS
Dalelė	Masė ramybės būsenoje, MeV/ Su 2	Elektros krūvis	Spalvos mokestis	Silpnas įkrovimas
ANTRA KARTA
Su- kvarkas	1500	+2/3	Raudona, žalia arba mėlyna	+1/2
s- kvarkas	500	–1/3	Tas pats	–1/2
Miuono neutrinas		0	0	+1/2
Muonas	106	0	0	–1/2
TREČIA KARTA
t- kvarkas	30000–174000	+2/3	Raudona, žalia arba mėlyna	+1/2
b- kvarkas	4700	–1/3	Tas pats	–1/2
Tau neutrinas		0	0	+1/2
Tau	1777	–1	0	–1/2

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

Antrosios ir trečiosios kartos dalelės yra ne mažiau tikros nei pirmosios. Tiesa, atsiradę, per milijonąsias ar milijardines sekundės dalis suyra į įprastas pirmosios kartos daleles: elektroną, elektronų neutriną ir taip pat. Ir- Ir d-kvarkai. Klausimas, kodėl gamtoje egzistuoja kelios dalelių kartos, vis dar lieka paslaptimi.

APIE skirtingos kartos Apie kvarkus ir leptonus dažnai kalbama (tai, žinoma, šiek tiek ekscentriškai), kaip apie skirtingus dalelių „skonius“. Būtinybė juos paaiškinti vadinamas „skonio“ problema.

BOSONAI IR FERMIONAI, LAUKAS IR MEDŽIAGA

Vienas iš esminių dalelių skirtumų yra skirtumas tarp bozonų ir fermionų. Visos dalelės skirstomos į šias dvi pagrindines klases. Identiški bozonai gali persidengti arba persidengti, bet identiški fermionai negali. Superpozicija atsiranda (arba nevyksta) atskirose energijos būsenose, į kurias kvantinė mechanika padalija gamtą. Šios būsenos yra kaip atskiros ląstelės, į kurią galima įdėti daleles. Taigi, į vieną ląstelę galite įdėti tiek identiškų bozonų, kiek norite, bet tik vieną fermioną.

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

Kadangi elektronas yra fermionas, kiekvienoje ląstelėje gali būti tik vienas elektronas. Iš to išplaukia labai svarbios pasekmės – visa chemija, nes chemines medžiagų savybes lemia atitinkamų atomų sąveika. Jei eisi kartu periodinė lentelė elementų iš vieno atomo į kitą tokia tvarka, kad protonų skaičius branduolyje padidėtų vienu (atitinkamai padidės ir elektronų skaičius), tada pirmieji du elektronai užims pirmąją orbitą, kiti aštuoni bus išdėstyti antra ir kt. Šiuo nuosekliu pasikeitimu elektroninė struktūra atomus nuo elemento iki elemento ir nustatyti jų modelius cheminės savybės.

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

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

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

Sukite.

Skirtumas tarp bozonų ir fermionų yra susijęs su kita elementariųjų dalelių savybe - suktis. Keista, bet visos pagrindinės dalelės turi savo kampinį impulsą arba, paprasčiau tariant, sukasi aplink savo ašį. Impulso kampas yra sukimosi judėjimo charakteristika, kaip ir visas transliacinio judėjimo impulsas. Bet kokios sąveikos metu išsaugomas kampinis momentas ir impulsas.

Mikrokosme kampinis impulsas yra kvantuojamas, t.y. priima diskrečiųjų vertybių. Tinkamais matavimo vienetais leptonų ir kvarkų sukimasis yra 1/2, o matuoklio dalelės – 1 (išskyrus gravitoną, kuris eksperimentiškai dar nebuvo pastebėtas, bet teoriškai turėtų turėti 2). Kadangi leptonai ir kvarkai yra fermionai, o matuoklio dalelės yra bozonai, galime daryti prielaidą, kad „fermioniškumas“ yra susijęs su sukiniu 1/2, o „bozoniškumas“ – su 1 (arba 2) sukimu. Iš tiesų, ir eksperimentas, ir teorija patvirtina, kad jei dalelė turi pusės sveikojo skaičiaus sukimąsi, tada ji yra fermionas, o jei ji turi sveikąjį skaičių, tai yra bozonas.

MATUOKLIŲ TEORIJOS IR GEOMETRIJOS

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

Šių mainų teorija yra elegantiška, paprasta ir tikriausiai teisinga. Tai vadinama matuoklio teorija. Tačiau šiuo metu yra tik nepriklausomos stipriosios, silpnosios ir elektromagnetinės sąveikos matuoklio teorijos ir panaši, nors ir šiek tiek kitokia, gravitacijos matavimo teorija. Vienas iš svarbiausių fizinių problemų yra atnešti šiuos atskiros teorijosį vieną ir tuo pačiu metu paprasta teorija, kuriame jie visi taptų skirtingus aspektus viena tikrovė – kaip krištolo briaunos.

3 lentelė. KAI KURIE HADRONŲ

3 lentelė. KAI KURIE HADRONŲ
Dalelė	Simbolis	Kvarko kompozicija *	Poilsio masė, MeV/ Su 2	Elektros krūvis
BARIONAI
Protonas	p	uud	938	+1
Neutronas	n	udd	940	0
Omega minusas	W –	sss	1672	–1
MESONAI
Pi-plius	p +	u	140	+1
Pi minusas	p –	du	140	–1
Fi	f	sє	1020	0
JP	J/y	cў	3100	0
Upsilon	Ў	b	9460	0
* Kvarko sudėtis: u- viršus; d– žemesnė; s- keista; c– užkerėtas; b- Gražu. Antikvariniai daiktai žymimi linija virš raidės.

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

Matematiškai ši teorija itin tiksli ir graži. Iš aukščiau aprašyto „manometro principo“ išplaukia visa kvantinė elektrodinamika (kvantinė elektromagnetizmo teorija), taip pat Maksvelo elektromagnetinio lauko teorija – vienas didžiausių XIX amžiaus mokslo laimėjimų.

Kodėl toks paprastas principas toks vaisingas? Matyt, tai išreiškia kažkokią koreliaciją skirtingos dalys Visata, leidžianti atlikti matavimus Visatoje. IN matematiškai laukas geometriškai interpretuojamas kaip kokios nors įsivaizduojamos „vidinės“ erdvės kreivumas. Krūvio matavimas yra viso „vidinio kreivumo“ aplink dalelę matavimas. Stipriosios ir silpnosios sąveikos matuoklio teorijos skiriasi nuo elektromagnetinių matuoklių teorijos tik atitinkamo krūvio vidine geometrine „struktūra“. Paklausus, kur tiksliai tai yra vidaus erdvė, bando atsakyti daugiamačiai vieningos teorijos laukai, kurie čia neapimami.

4 lentelė. PAGRINDINĖS SĄVEIKOS
Sąveika	Santykinis intensyvumas 10-13 cm atstumu	Diapazonas	Sąveikos vežėjas	Nešėjo ramybės masė, MeV/ Su 2	Sukite nešiklį
Stiprus	1		Gluonas	0	1
elektro- magnetinis	0,01	Ґ	Fotonas	0	1
Silpnas	10 –13		W +	80400	1
			W –	80400	1
			Z 0	91190	1
Gravita- nacionalinės	10 –38	Ґ	Gravitonas	0	2

Dalelių fizika dar nėra baigta. Vis dar toli gražu neaišku, ar turimų duomenų pakanka pilnai suprasti dalelių ir jėgų prigimtį, taip pat tikroji prigimtis ir erdvės bei laiko matmenys. Ar tam reikia eksperimentų su 10 15 GeV energijomis, ar pakaks minties pastangų? Atsakymo dar nėra. Tačiau galime drąsiai teigti, kad galutinis vaizdas bus paprastas, elegantiškas ir gražus. Gali būti, kad nebus tiek daug esminių idėjų: matuoklio principo, didesnių matmenų erdvės, griūties ir išsiplėtimo, o svarbiausia – geometrijos.

Elementarus vadinamos dalelėmis, kurioms (šioje fizikos raidos stadijoje) negalima priskirti jokios vidinės struktūros.

Pagrindinės dalelės, sudarančios atomą – elektronai, protonai ir neutronai – iš pradžių buvo laikomos nepajėgiomis transformuotis ar keistis. Todėl jie buvo vadinami elementariais. Tačiau vėliau buvo parodyta, kad terminas „elementarioji dalelė“ yra labai sąlyginis. Pavyzdžiui, laisvo neutrono gyvavimo laikas yra apie 15 minučių, o tada jis suyra į protoną, elektroną ir antineutriną:

Iš visų šiuo metu atrastų elementariųjų dalelių tik fotonas, elektronas, protonas ir neutrinas liktų nepakitę, jei kiekvienas iš jų būtų vienas supančioje erdvėje.

Elementariosios dalelės paklūsta kvantinės fizikos dėsniams.

Šiuolaikinė elementariųjų dalelių klasifikacija grindžiama pagrindinėmis jų savybėmis: mase, elektros krūviu, sukimu ir gyvavimo trukme, taip pat leptoniniais ir barioniniais krūviais.

23.1 lentelėje pateikiama šiek tiek informacijos apie elementariųjų dalelių, kurių gyvavimo laikas ilgesnis nei 10 -20 s, savybes. Lentelėje esančios dalelės išdėstytos masės didėjimo tvarka.

Į elementariųjų dalelių lentelę neįtrauktos visos trumpaamžės rezonansinės dalelės, ypač „žaviosios“ dalelės. Silpnos sąveikos nešėjai – vektoriniai bozonai – taip pat neįtraukti. Rezultatas – 39 dalelės.

Stalas atsidaro fotonu. Fotonas, likęs vienas, sudaro pirmąją grupę. Fotonai yra elektromagnetinio lauko (šviesos, -spinduliavimo ir kt.) kvantai ir neturi atitinkamų antidalelių, t.y. yra jų pačių antidalelės.

Kitą grupę sudaro šviesos dalelės - leptonai. Jame yra dvylika dalelių (įskaitant antidaleles). Tai yra elektronas, miuonas (atrastas kosminiuose spinduliuose 1937 m. – tai sunkus elektrono analogas, kurio masė apie 200 kartų didesnė už elektrono masę) ir -leptonas (taono masė yra apie 3500 kartų didesnė už masę). elektrono). Kiekviena iš šių trijų dalelių turi savo neutriną, kuris lydi savo įkrautą dalelę įvairiose tarpusavio konversijose: elektronų neutrinas gimsta kartu su elektronais, miuono neutrinas – kartu su miuonais, –leptonas – kartu su –leptonais. Nors -leptonas turi labai didelę masę, jis yra įtrauktas į leptonų grupę, nes visomis kitomis savybėmis yra jiems artimas. Pagrindinė jo savybė, kurią ji turi bendra su kitais leptonais, yra ta, kad ši dalelė, kaip ir kiti leptonai, nedalyvauja stiprioje sąveikoje

23.1 lentelė

Sekė mezonai.Šią grupę sudaro aštuonios dalelės. Lengviausi iš jų yra mezonai: teigiami, neigiami ir neutralūs. Jų masė yra 264,1 ir 273,1 elektrono masės. Pionai yra branduolinio lauko kvantai, kaip ir fotonai yra elektromagnetinio lauko kvantai. Taip pat yra keturi -mezonai ir vienas -mezonas.

Paskutinė grupė - barionai– plačiausia. Jame yra 18 dalelių iš 39. Lengviausi iš barionų yra nukleonai – protonai ir neutronai. Po jų seka vadinamieji hiperonai. Visą lentelę uždaro (omega-minuso) dalelė, atrasta 1964 m. Jos masė yra 3273 kartus didesnė už elektrono masę.

Mezonai ir barionai yra klasė hadronai- dalelės, dalyvaujančios stiprioje sąveikoje. Hadronai skirstomi į „stabilias“ daleles, kurių gyvavimo trukmė s, ir į rezonansus, kurių gyvavimo trukmė – s, t.y. atitinka stiprios sąveikos laiką. Jų kelio ilgis nuo gimimo iki irimo momento yra apie 10 -15 m ir šios dalelės detektoriuose nepalieka jokių pėdsakų. Vadinamųjų sklaidos skerspjūvių ir energijos diagramose jie atrodo kaip smailės. Rezonansai nyksta dėl stiprios sąveikos, stabilios dalelės – dėl elektromagnetinės ir silpnos sąveikos.

Elementariųjų dalelių skirstymą į grupes lemia ne tik masių skirtumas, bet ir kiti svarbios savybės, pavyzdžiui, suktis.

Leptonų ir barionų sukinys lygus mezono sukimuisi, lygus 0, o fotono sukinys lygus 1.

Yra keturi elementariųjų dalelių sąveikos tipai – gravitacinė, elektromagnetinė, stiprioji ir silpnoji.

Stipri sąveika būdingas sunkiosioms dalelėms, pradedant pionais. Garsiausia jo apraiška – branduolinės jėgos, užtikrinančios atominių branduolių egzistavimą.

Elektromagnetinėje sąveikoje Tiesiogiai dalyvauja tik elektriškai įkrautos dalelės ir fotonai. Garsiausias jo pasireiškimas yra Kulono jėgos, kurie lemia atomų egzistavimą. Būtent elektromagnetinė sąveika yra atsakinga už didžiąją daugumą makroskopinių materijos savybių. Tai taip pat sukelia elektronų-pozitronų poros anihiliaciją ir daugelį kitų mikroskopinių procesų.

Silpna sąveika būdingas visoms dalelėms, išskyrus fotonus. Garsiausias jo pasireiškimas yra neutrono ir daugelio atomų branduolių skilimas.

Gravitacinė sąveika būdingas visiems Visatos kūnams, pasireiškiantis jėgų pavidalu universali gravitacija. Šios jėgos užtikrina žvaigždžių, planetų sistemų ir kt. Gravitacinė sąveika yra labai silpna ir nevaidina reikšmingo vaidmens elementariųjų dalelių pasaulyje esant įprastoms energijoms. Elementariųjų dalelių pasaulyje gravitacija tampa reikšminga esant kolosalioms 10 22 MeV energijoms, kurios atitinka itin trumpus, 10–35 m atstumus.

Šiuo metu yra daug elementariųjų dalelių (daugiau nei 350). Todėl kyla klausimas: ar šių dalelių struktūroje yra kas nors bendro? Ar juos galima laikyti elementariais?

1963 metais M. Gell-Mann ir J. Zweigas iškėlė hipotezę, kad gamtoje egzistuoja kelios dalelės, vadinamos kvarkais. Pagal šią hipotezę visi mezonai, barionai ir rezonansai – t.y. hadronai susideda iš kvarkų ir antikvarkų, kurių deriniai yra skirtingi.

Iš pradžių buvo įvesta hipotezė apie trijų kvarkų (ir atitinkamai trijų antikvarkų) egzistavimą. Kvarkai žymimi raidėmis u, d, s. Jie turi turėti dalinius elektros krūvius. Pirmasis yra u-kvarkas - turi krūvį - e, A d- Ir s- kvarkai turi identiški mokesčiai, lygu kur e- elektronų krūvio modulis. Buvo prognozuojamas ketvirtojo kvarko egzistavimas c- kvarkas, vadinamas „žaves“ kvarku. Tada eksperimentiškai buvo aptiktos dalelės, kuriose yra šio kvarko. C-kvarko masė viršija masę s- kvarkas. Vėliau buvo nuspėti ir atrasti dar sunkesni. b- Ir t-kvarkai.

Kvarkai kartu su leptonais laikomi tikrai elementariomis dalelėmis. Laisvos būsenos kvarkai dar nebuvo rasti, o dabar manoma, kad dalelių atskirti į kvarkus neįmanoma. Šios prielaidos pagrįstos teiginiu, kad sąveikos jėgos tarp kvarkų nemažėja didėjant atstumui, todėl kvarkų iš dalelių išgauti neįmanoma.

Klausimai, skirti sustiprinti tiriamą temą

1 Apibrėžkite neutronų dauginimo koeficientą.

2 Kokiomis k reikšmėmis branduolinė reakcija ar bus valdoma? nekontroliuojamas?

3 Kas yra kritinė masė? Kaip jį galima sumažinti?

4 Kaip tai veikia branduolinis reaktorius?

5 Kas yra elementarioji dalelė?

6 Į kokias grupes skirstomos žinomos elementarios dalelės?