Ar gali būti dalelė be krūvio? Elektros krūvis ir elementarios dalelės

Visatoje kiekvienas kūnas gyvena savo laiku ir savo pagrindu elementariosios dalelės Taip pat. Daugumos elementariųjų dalelių gyvenimo trukmė yra gana trumpa.

Kai kurios suyra iškart po gimimo, todėl jas vadiname nestabiliomis dalelėmis.

Jie baigėsi trumpas laikas suyra į stabilius: protonus, elektronus, neutrinus, fotonus, gravitonus ir jų antidaleles.

Svarbiausi mikroobjektai mūsų netoliese esančioje erdvėje - protonai ir elektronai. Kai kurios tolimos Visatos dalys gali būti sudarytos iš antimedžiagos, ten bus antiprotonas ir antielektronas (pozitronas).

Iš viso atrasta keli šimtai elementariųjų dalelių: protonas (p), neutronas (n), elektronas (e -), taip pat fotonas (g), pi-mezonai (p), miuonai (m), neutrinai. trijų tipų(elektroninis v e, muoninis v m, su leptonu v t) ir kt. Akivaizdu, kad jie atneš daugiau naujų mikrodalelių.

Dalelių išvaizda:

Protonai ir elektronai

Protonai ir elektronai atsirado seniai, o jų amžius yra maždaug dešimt milijardų metų.

Kitas mikroobjektų tipas, kuris vaidina svarbų vaidmenį struktūroje netoli kosmoso- neutronai, turintys bendras vardas su protonu: nukleonai. Patys neutronai yra nestabilūs, jie suyra maždaug dešimt minučių po jų susidarymo. Jie gali būti stabilūs tik atomo branduolyje. Daugybė neutronų nuolat atsiranda žvaigždžių gelmėse, kur iš protonų gimsta atomų branduoliai.

Neutrinas

Visatoje taip pat nuolat gimsta neutrinai, kurie yra panašūs į elektroną, bet be krūvio ir su lengvas svoris. 1936 m. buvo atrastas neutrinų tipas: miuoniniai neutrinai, atsirandantys protonams virstant neutronais, supermasyvių žvaigždžių gelmėse ir daugeliui nestabilių mikroobjektų irimo metu. Jie gimsta susidūrus kosminiai spinduliai tarpžvaigždinėje erdvėje.

Didysis sprogimas sukėlė didžiulė suma neutrinai ir miuoniniai neutrinai. Jų skaičius erdvėje nuolat didėja, nes jų nesugeria praktiškai jokia medžiaga.

Fotonai

Kaip ir fotonai, neutrinai ir miuonai užpildo viską kosminė erdvė. Šis reiškinys vadinamas „neutrinų jūra“.
Kadangi didysis sprogimas liko labai daug fotonų, kuriuos vadiname reliktais arba fosilijomis. Visa išorinė erdvė yra užpildyta jais, o jų dažnis, taigi ir energija, nuolat mažėja, nes plečiasi Visata.

Šiuo metu viskas kosminiai kūnai, pirmiausia žvaigždės ir ūkai, dalyvauja formuojant Visatos fotonų dalį. Fotonai gimsta žvaigždžių paviršiuje iš elektronų energijos.

Dalelių jungtis

Pradiniame Visatos formavimosi etape visos pagrindinės elementarios dalelės buvo laisvos. Tada nebuvo nei atomų branduolių, nei planetų, nei žvaigždžių.

Atomai, o iš jų planetos, žvaigždės ir visos substancijos, susidarė vėliau, kai praėjo 300 000 metų, o karštoji medžiaga plečiantis pakankamai atvėso.

Tik neutrinas, miuonas neutrinas ir fotonas nebuvo įtraukti į jokią sistemą: jų abipusė trauka per silpna. Jos liko laisvos dalelės.

Daugiau apie pradinis etapas Visatos susidarymas (300 000 metų po jos gimimo) laisvųjų protonų o elektronai susijungę sudaro vandenilio atomus (vienas protonas ir vienas elektronas sujungti elektros jėga).

Yra žinoma, kad Visatos „statybiniai mikroblokai“ yra protonai ir elektronai.

Galiausiai, kai protonas ir antiprotonas susitinka, sistema neatsiranda, bet visa jų poilsio energija išsiskiria fotonų pavidalu ().

Mokslininkai teigia, kad yra ir vaiduokliška pagrindinė elementarioji dalelė – gravitonas, kuri vykdo gravitacinę sąveiką, panašią į elektromagnetizmą. Tačiau gravitono buvimas įrodytas tik teoriškai.

Taigi, atsirado pagrindinės elementarios dalelės, kurios dabar atstovauja mūsų Visatai, įskaitant Žemę: protonai, elektronai, neutrinai, fotonai, gravitonai ir daugelis kitų atrastų ir neatrastų mikroobjektų.

Tolesnis skverbimasis į mikropasaulio gelmes yra susijęs su perėjimu iš atomų lygio į elementariųjų dalelių lygį. Kaip pirmoji elementarioji dalelė pabaigos XIX V. buvo atrastas elektronas, o paskui pirmaisiais XX amžiaus dešimtmečiais. – fotonas, protonas, pozitronas ir neutronas.

Po Antrojo pasaulinio karo, panaudojus šiuolaikines eksperimentines technologijas, o visų pirma galingus greitintuvus, kuriuose sukuriamos didelės energijos ir milžiniško greičio sąlygos, buvo nustatytas didelis elementariųjų dalelių skaičius – per 300. Tarp jų yra ir eksperimentiškai atrastų, ir teoriškai apskaičiuotų, įskaitant rezonansus, kvarkus ir virtualias daleles.

Terminas elementarioji dalelė iš pradžių reiškė paprasčiausias, toliau neskaidomas daleles, kurios yra bet kokių medžiagų darinių pagrindas. Vėliau fizikai suprato visą termino „elementarus“ susitarimą, susijusį su mikroobjektais. Dabar neabejotina, kad dalelės turi vienokią ar kitokią struktūrą, tačiau, nepaisant to, istoriškai nusistovėjęs pavadinimas ir toliau egzistuoja.

Pagrindinės elementariųjų dalelių charakteristikos yra masė, krūvis, vidutinė gyvavimo trukmė, sukimasis ir kvantiniai skaičiai.

Poilsio masė elementarios dalelės nustatomos ramybės elektrono masės atžvilgiu. Yra elementariųjų dalelių, kurios neturi ramybės masės. fotonai. Likusios dalelės pagal šį kriterijų skirstomos į leptonai– šviesos dalelės (elektronai ir neutrinai); mezonai– vidutinio dydžio dalelės, kurių masė svyruoja nuo vieno iki tūkstančio elektronų masių; barionai– sunkiosios dalelės, kurių masė viršija tūkstantį elektronų masių ir kurios apima protonus, neutronus, hiperonus ir daugybę rezonansų.

Elektros krūvis yra dar viena svarbi elementariųjų dalelių savybė. Visos žinomos dalelės turi teigiamą, neigiamą arba nulinį krūvį. Kiekviena dalelė, išskyrus fotoną ir du mezonus, atitinka priešingų krūvių antidaleles. Maždaug 1963–1964 m buvo iškelta hipotezė apie egzistavimą kvarkai– dalelės, turinčios dalinį elektros krūvį. Ši hipotezė dar nepatvirtinta eksperimentiškai.

Pagal gyvenimą dalelės skirstomos į stabilus Ir nestabilus . Yra penkios stabilios dalelės: fotonas, dviejų tipų neutrinai, elektronas ir protonas. Žaidžia stabilios dalelės gyvybiškai svarbus vaidmuo makrokūnų struktūroje. Visos kitos dalelės yra nestabilios, jos egzistuoja apie 10 -10 -10 -24 s, po to suyra. Elementariosios dalelės, kurių vidutinė gyvavimo trukmė yra 10–23–10–22 s, vadinamos rezonansus. Dėl trumpo gyvenimo trukmės jie suyra net nepalikdami atomo ar atomo branduolio. Rezonansinės būsenos buvo apskaičiuotos teoriškai, atliekant tikrus eksperimentus.

Be krūvio, masės ir gyvenimo trukmės, elementariosios dalelės taip pat apibūdinamos sąvokomis, kurios neturi analogų klasikinėje fizikoje: sąvoka atgal . Sukas yra dalelės vidinis kampinis impulsas, nesusijęs su jos judėjimu. Nugara pasižymi sukimosi kvantinis skaičius s, kuri gali turėti sveikojo skaičiaus (±1) arba pusės sveikojo skaičiaus (±1/2) reikšmes. Dalelės su sveikuoju sukimu – bozonai, su pusiau sveikuoju skaičiumi – fermionai. Elektronai klasifikuojami kaip fermionai. Pagal Pauli principą atomas negali turėti daugiau nei vieno elektrono su tuo pačiu kvantinių skaičių rinkiniu n,m,l,s. Elektronai, atitinkantys bangines funkcijas su tuo pačiu skaičiumi n, yra labai artimos energijai ir sudaro atomo elektronų apvalkalą. Skaičiaus l skirtumai lemia „subapvalką“, likę kvantiniai skaičiai – jo užpildymą, kaip minėta aukščiau.

Elementariųjų dalelių charakteristikose yra dar viena svarbi idėja sąveikos. Kaip minėta anksčiau, yra žinomi keturi elementariųjų dalelių sąveikos tipai: gravitacinis,silpnas,elektromagnetinis Ir stiprus(branduolinis).

Visos dalelės, turinčios ramybės masę ( m 0), dalyvauja gravitacinėje sąveikoje, o įkrauti taip pat dalyvauja elektromagnetinėje sąveikoje. Leptonai taip pat dalyvauja silpnoje sąveikoje. Hadronai dalyvauja visose keturiose pagrindinėse sąveikose.

Pagal kvantinė teorija laukuose, visos sąveikos vykdomos per mainus virtualios dalelės , tai yra dalelės, kurių egzistavimą galima spręsti tik netiesiogiai, pagal kai kuriuos jų pasireiškimus per tam tikrus antrinius efektus ( tikrosios dalelės galima tiesiogiai įrašyti naudojant instrumentus).

Pasirodo, visos keturios žinomos sąveikos rūšys – gravitacinė, elektromagnetinė, stiprioji ir silpnoji – turi matuoklio pobūdį ir apibūdinamos matuoklio simetrija. Tai yra, visos sąveikos yra tarsi padarytos „iš to paties tuščio“. Tai suteikia vilties, kad bus galima rasti „vienintelį raktą į visus žinomus užraktus“ ir aprašyti Visatos evoliuciją iš būsenos, vaizduojamos vienu supersimetriniu superlauku, iš būsenos, kurioje sąveikos tipų skirtumai, tarp visų rūšių materijos dalelių ir lauko kvantų dar neatsirado.

Egzistuoja daugybė elementariųjų dalelių klasifikavimo būdų. Pavyzdžiui, dalelės skirstomos į fermionus (Fermi daleles) – medžiagos daleles ir bozonus (Bose particles) – lauko kvantus.

Pagal kitą požiūrį dalelės skirstomos į 4 klases: fotonus, leptonus, mezonus, barionus.

Fotonai (elektromagnetinio lauko kvantai) dalyvauja elektromagnetinėje sąveikoje, tačiau neturi stiprios, silpnos ar gravitacinės sąveikos.

Leptonai gavo savo vardą iš Graikiškas žodis leptos-lengva. Tai apima daleles, kurios neturi stiprios sąveikos: miuonai (μ – , μ +), elektronai (e – , e +), elektronų neutrinai (v e – , v e +) ir miuonų neutrinai (v – m, v + m). . Visų leptonų sukimasis yra ½, todėl jie yra fermionai. Visi leptonai turi silpną sąveiką. Tie, kurie turi elektros krūvį (ty miuonai ir elektronai), taip pat turi elektromagnetinę jėgą.

Mezonai – stipriai sąveikaujančios nestabilios dalelės, neturinčios vadinamojo bariono krūvio. Tarp jų yra r-mezonai arba pionai (π +, π –, π 0), KAM-mezonai, arba kaonai (K +, K –, K 0), ir tai-mezonai (η) . Svoris KAM-mesons yra ~970me (494 MeV įkrautam ir 498 MeV neutraliam KAM-mezonai). Gyvenimo laikas KAM-mezonų dydis yra 10–8 s. Jie suyra ir susidaro aš-mezonai ir leptonai arba tik leptonai. Svoris tai-mezonai yra 549 MeV (1074 me), tarnavimo laikas yra apie 10–19 s. Tai-mezonai skyla, sudarydami π-mezonus ir γ-fotonus. Skirtingai nuo leptonų, mezonai turi ne tik silpną (o jei jie yra įkrauti – elektromagnetinę) sąveiką, bet ir stiprią sąveiką, kuri pasireiškia jiems sąveikaujant tarpusavyje, taip pat mezonų ir barionų sąveikos metu. Visi mezonai turi nulinį sukimąsi, todėl jie yra bozonai.

Klasė barionai jungia nukleonus (p,n) ir nestabilias daleles, kurių masė didesnė už nukleonų masę, vadinamas hiperonais. Visi barionai turi stiprią sąveiką, todėl aktyviai sąveikauja su atominiais branduoliais. Visų barionų sukimasis yra ½, todėl barionai yra fermionai. Visi barionai, išskyrus protoną, yra nestabilūs. Barionams irstant, kartu su kitomis dalelėmis, būtinai susidaro barionas. Šis modelis yra viena iš apraiškų bariono krūvio išsaugojimo įstatymas.

Be aukščiau išvardytų dalelių, mes nustatėme didelis skaičius stipriai sąveikaujančios trumpaamžės dalelės, kurios vadinamos rezonansus . Šios dalelės yra rezonansinės būsenos, sudarytos iš dviejų ar daugiau elementariųjų dalelių. Rezonanso tarnavimo laikas yra tik ~ 10 –23 –10 –22 s.

Elementariąsias daleles, taip pat ir sudėtingas mikrodaleles, galima pastebėti dėl pėdsakų, kuriuos jos palieka eidamos per medžiagą. Pėdsakų pobūdis leidžia spręsti apie dalelės krūvio ženklą, jos energiją, impulsą ir kt. Įkrautos dalelės sukelia molekulių jonizaciją savo kelyje. Neutralios dalelės nepalieka pėdsakų, tačiau gali atsiskleisti skilimo į įkrautas daleles momentu arba susidūrimo su bet kuriuo branduoliu momentu. Todėl neutralios dalelės galiausiai taip pat aptinkamos pagal jonizaciją, kurią sukelia jų generuojamos įkrautos dalelės.

Dalelės ir antidalelės. 1928 metais anglų fizikui P. Dirakui pavyko rasti reliatyvistinę kvantinę mechaninę elektrono lygtį, iš kurios išplaukia daugybė nuostabių pasekmių. Visų pirma, iš šios lygties natūraliu būdu, be jokių papildomų prielaidų gauname sukinį ir skaitinė reikšmė paties elektrono magnetinis momentas. Taigi paaiškėjo, kad sukinys yra ir kvantinis, ir reliatyvus dydis. Tačiau tai neišsemia Dirako lygties reikšmės. Tai taip pat leido numatyti elektrono antidalelės egzistavimą - pozitronas. Iš Dirako lygties gaunamos ne tik teigiamos, bet ir neigiamos bendros laisvojo elektrono energijos vertės. Lygties tyrimai rodo, kad tam tikram dalelės impulsui yra lygties sprendiniai, atitinkantys energijas: .

Tarp didžiausių neigiama energija (–m e Su 2) ir mažiausiai teigiamos energijos (+ m e c 2) yra energijos verčių intervalas, kurio negalima realizuoti. Šio intervalo plotis yra 2 m e Su 2. Vadinasi, gaunamos dvi energijos savųjų verčių sritys: viena prasideda + m e Su 2 ir tęsiasi iki +∞, kitas prasideda nuo – m e Su 2 ir tęsiasi iki –∞.

Neigiamos energijos dalelė turi turėti labai keistų savybių. Pereinant į būsenas su vis mažiau energijos (ty kai neigiama energija didėja), ji galėtų išleisti energiją, tarkime, spinduliuotės pavidalu, ir, kadangi | E| nėra niekuo ribojamas, neigiamą energiją turinti dalelė galėtų išskirti be galo daug energijos. Panašią išvadą galima padaryti tokiu būdu: iš santykio E=m e Su 2 iš to išplaukia, kad neigiamos energijos dalelė taip pat turės neigiamą masę. Veikiant stabdymo jėgai, dalelė su neigiama masė turėtų ne sulėtinti, o įsibėgėti, atlikdamas be galo daug darbo su stabdymo jėgos šaltiniu. Atsižvelgiant į šiuos sunkumus, atrodytų, kad reikėtų pripažinti, kad neigiamos energijos būsena turėtų būti pašalinta iš svarstymo kaip vedanti į absurdiškus rezultatus. Tačiau tai prieštarautų kai kuriems bendriesiems kvantinės mechanikos principams. Todėl Dirakas pasirinko kitą kelią. Jis pasiūlė, kad elektronų perėjimai į būsenas su neigiama energija paprastai nėra stebimi dėl to, kad visi galimi lygiai su neigiama energija jau yra užimti elektronų.

Anot Dirako, vakuumas yra būsena, kai visi neigiamos energijos lygiai yra užimti elektronų, o lygiai su teigiama energija yra laisvi. Kadangi visi lygiai, esantys žemiau uždraustos juostos, yra užimti be išimties, elektronai šiuose lygiuose niekaip neatsiskleidžia. Jei vienam iš elektronų, esančių neigiamuose lygiuose, suteikiama energija E≥ 2m e Su 2, tada šis elektronas pereis į teigiamos energijos būseną ir elgsis įprastu būdu, kaip dalelė, turinti teigiamą masę ir neigiamą krūvį. Ši pirmoji teoriškai prognozuojama dalelė buvo vadinama pozitronu. Kai pozitronas susitinka su elektronu, jie anihiliuojasi (dingsta) – elektronas iš teigiamo lygio pereina į laisvą neigiamą. Šių lygių skirtumą atitinkanti energija išsiskiria spinduliuotės pavidalu. Fig. 4, rodyklė 1 vaizduoja elektronų ir pozitronų poros kūrimo procesą, o rodyklė 2 – jų sunaikinimą. Terminas „naikinimas“ neturėtų būti suprantamas pažodžiui. Iš esmės įvyksta ne išnykimas, o kai kurių dalelių (elektronų ir pozitronų) pavertimas kitomis (γ-fotonais).

Yra dalelių, kurios yra identiškos jų antidalelėms (tai yra, jos neturi antidalelių). Tokios dalelės vadinamos absoliučiai neutraliomis. Tai apima fotoną, π 0 mezoną ir η mezoną. Dalelės, identiškos jų antidalelėms, nėra pajėgios anihiliuoti. Tačiau tai nereiškia, kad jų apskritai negalima paversti kitomis dalelėmis.

Jei barionams (ty nukleonams ir hiperonams) priskiriamas bariono krūvis (arba bariono skaičius) IN= +1, antibarionai – bariono krūvis IN= –1, o visos kitos dalelės turi bariono krūvį IN= 0, tada visi procesai, vykstantys dalyvaujant barionams ir antibarionams, pasižymės krūvio barionų išsaugojimu, kaip procesai pasižymi elektros krūvio išsaugojimu. Bariono krūvio tvermės dėsnis lemia minkščiausio bariono – protono – stabilumą. Visų aprašančių dydžių konvertavimas fizinę sistemą, kuriame visos dalelės pakeičiamos antidalelėmis (pavyzdžiui, elektronai su protonais, o protonai su elektronais ir kt.), vadinamas konjugacijos krūviu.

Keistos dalelės.KAM-mezonai ir hiperonai buvo aptikti kaip kosminių spindulių dalis XX amžiaus 50-ųjų pradžioje. Nuo 1953 m. jie gaminami greitintuvuose. Šių dalelių elgesys pasirodė toks neįprastas, kad jos buvo pavadintos keistomis. Neįprastas keistų dalelių elgesys buvo tas, kad jos aiškiai gimė dėl stiprios sąveikos, kurių būdingas laikas yra 10–23 s, o jų gyvenimo trukmė buvo 10–8–10–10 s. Pastaroji aplinkybė parodė, kad dalelių skilimas vyksta dėl silpnos sąveikos. Buvo visiškai neaišku, kodėl keistos dalelės taip ilgai gyvavo. Kadangi tos pačios dalelės (π-mezonai ir protonai) dalyvauja tiek kuriant, tiek irnt λ-hiperoną, nustebino tai, kad abiejų procesų greitis (ty tikimybė) yra toks skirtingas. Tolesni tyrimai parodė, kad keistos dalelės gimsta poromis. Tai paskatino idėją, kad stipri sąveika negali turėti įtakos dalelių skilimui dėl to, kad joms pasireikšti būtina dviejų keistų dalelių buvimas. Dėl tos pačios priežasties vienas keistų dalelių kūrimas pasirodo neįmanomas.

Norėdami paaiškinti draudimą gaminti vieną keistų dalelių, M. Gell-Mann ir K. Nishijima pristatė naują kvantinį skaičių, kurio bendra vertė, jų prielaida, turėtų būti išsaugota esant stipriai sąveikai. Tai yra kvantinis skaičius S buvo pavadintas dalelės keistumas. Silpnoje sąveikoje keistumas gali neišsaugoti. Todėl jis priskiriamas tik stipriai sąveikaujančioms dalelėms – mezonams ir barionams.

Neutrinas. Neutrinas yra vienintelė dalelė, kuri nedalyvauja nei stiprioje, nei elektromagnetinėje sąveikoje. Išskyrus gravitacinę sąveiką, kurioje dalyvauja visos dalelės, neutrinai gali dalyvauti tik silpnoje sąveikoje.

Ilgą laiką liko neaišku, kuo neutrinas skiriasi nuo antineutrino. Kombinuoto pariteto išsaugojimo dėsnio atradimas leido atsakyti į šį klausimą: jie skiriasi sraigtu. Pagal sraigtiškumas suprantamas tam tikras ryšys tarp impulso krypčių R ir atgal S dalelių. Sraigtiškumas laikomas teigiamu, jei sukimasis ir impulsas yra ta pačia kryptimi. Šiuo atveju dalelių judėjimo kryptis ( R) ir sukimosi kryptis, atitinkanti sukimąsi, sudaro dešinįjį varžtą. Kai sukimasis ir impulsas nukreipti priešingai, sraigtas bus neigiamas (transliacinis judėjimas ir „sukimas“ sudaro kairiarankį varžtą). Pagal Yang, Lee, Landau ir Salam sukurtą išilginių neutrinų teoriją, visi gamtoje esantys neutrinai, nepaisant jų kilmės būdo, visada yra visiškai išilgai poliarizuoti (tai yra, jų sukimasis nukreiptas lygiagrečiai arba antiparaleliškai impulsui). R). Neutrino turi neigiamas(kairėje) sraigtas (atitinka krypčių santykį). S Ir R, parodyta pav. 5 (b), antineutrino – teigiamas (dešiniarankis) sraigtas (a). Taigi sraigtas yra tai, kas išskiria neutrinus nuo antineutrinų.

Ryžiai. 5. Elementariųjų dalelių sraigtiškumo schema

Elementariųjų dalelių sistematika. Elementariųjų dalelių pasaulyje stebimus modelius galima suformuluoti išsaugojimo dėsnių forma. Tokių įstatymų jau susikaupė nemažai. Kai kurie iš jų pasirodo ne tikslūs, o tik apytiksliai. Kiekvienas išsaugojimo dėsnis išreiškia tam tikrą sistemos simetriją. Impulso išsaugojimo dėsniai R, kampinis momentas L ir energija E atspindi erdvės ir laiko simetrijos savybes: išsaugojimą E yra laiko vienalytiškumo, išsaugojimo pasekmė R dėl erdvės homogeniškumo ir išsaugojimo L– jo izotropija. Pariteto išsaugojimo dėsnis yra susijęs su simetrija tarp dešinės ir kairės ( R-nekintamumas). Simetrija, susijusi su krūvio konjugacija (dalelių ir antidalelių simetrija), lemia krūvio pariteto išsaugojimą ( SU-nekintamumas). Elektrinių, barionų ir leptonų krūvių tvermės dėsniai išreiškia ypatingą simetriją SU-funkcijomis. Galiausiai, izotopinio sukimosi išsaugojimo dėsnis atspindi izotopinės erdvės izotropiją. Vieno iš išsaugojimo įstatymų nesilaikymas reiškia atitinkamo tipo simetrijos pažeidimą šioje sąveikoje.

Elementariųjų dalelių pasaulyje galioja taisyklė: leidžiama viskas, ko nedraudžia gamtosaugos įstatymai. Pastarieji atlieka atskirties taisyklių, reglamentuojančių dalelių tarpusavio konversiją, vaidmenį. Pirmiausia atkreipkime dėmesį į energijos, impulso ir elektros krūvio tvermės dėsnius. Šie trys dėsniai paaiškina elektrono stabilumą. Iš energijos ir impulso išsaugojimo išplaukia, kad bendra skilimo produktų ramybės masė turi būti mažesnė už likusią irstančios dalelės masę. Tai reiškia, kad elektronas gali suskaidyti tik į neutrinus ir fotonus. Tačiau šios dalelės yra elektriškai neutralios. Taip išeina, kad elektronas tiesiog neturi kam perduoti savo elektros krūvio, todėl yra stabilus.

Kvarkai. Dalelių, vadinamų elementariomis, tapo tiek daug, kad kilo rimtų abejonių dėl jų elementarios prigimties. Kiekvienai stipriai sąveikaujančiai dalelei būdingi trys nepriklausomi priediniai kvantiniai skaičiai: krūvis K, perkrovimas U ir bariono krūvis IN. Šiuo atžvilgiu kilo hipotezė, kad visos dalelės yra sudarytos iš trijų pagrindinių dalelių - šių krūvių nešėjų. 1964 m. Gell-Mann ir, nepriklausomai nuo jo, šveicarų fizikas Zweigas iškėlė hipotezę, pagal kurią visos elementarios dalelės yra sudarytos iš trijų dalelių, vadinamų kvarkais. Šioms dalelėms priskiriami trupmeniniai kvantiniai skaičiai, ypač elektros krūvis, lygus +⅔; –⅓; +⅓ atitinkamai kiekvienam iš trijų kvarkų. Šie kvarkai paprastai žymimi raidėmis U,D,S. Be kvarkų, laikomi antikvarkai ( u,d,s). Iki šiol žinoma 12 kvarkų – 6 kvarkai ir 6 antikvarkai. Mezonai susidaro iš kvarkų-antikvarkų poros, o barionai – iš trijų kvarkų. Pavyzdžiui, protonas ir neutronas susideda iš trijų kvarkų, todėl protonas arba neutronas tampa bespalvis. Atitinkamai išskiriami trys stiprios sąveikos krūviai - raudona ( R), geltona ( Y) ir žalia ( G).

Kiekvienam kvarkui priskiriamas tas pats magnetinis momentas(μV), kurio reikšmė nėra nustatyta iš teorijos. Skaičiavimai, atlikti remiantis šia prielaida, suteikia protono magnetinio momento μ p reikšmę = μ kv, o neutronui μ n = – ⅔μ kv.

Taigi magnetinių momentų santykiui gaunama reikšmė μ p / μn = –⅔, puikiai sutampa su eksperimentine verte.

Iš esmės kvarko spalva (kaip ir elektros krūvio ženklas) pradėjo reikšti skirtumą toje savybėje, kuri lemia abipusį kvarkų trauką ir atstūmimą. Analogiškai su įvairių sąveikų laukų kvantais (fotonai elektromagnetinėje sąveikoje, r-mezonai stiprioje sąveikoje ir kt.) buvo įvestos kvarkų sąveiką vykdančios dalelės. Šios dalelės buvo vadinamos gliuonai. Jie perkelia spalvą iš vieno kvarko į kitą, todėl kvarkai laikosi kartu. Kvarkų fizikoje buvo suformuluota uždarumo hipotezė (iš anglų k. įkalinimo– gaudymas) kvarkų, pagal kuriuos neįmanoma atimti kvarko iš visumos. Ji gali egzistuoti tik kaip visumos elementas. Kvarkų, kaip tikrų dalelių, egzistavimas fizikoje yra patikimai pagrįstas.

Kvarkų idėja pasirodė labai vaisinga. Tai leido ne tik susisteminti jau žinomos dalelės, bet ir prognozuoti visą eilę naujų. Situacija, susidariusi elementariųjų dalelių fizikoje, primena situaciją, susidariusią atomų fizikoje po periodinio dėsnio atradimo 1869 metais D. I. Mendelevo. Nors šio dėsnio esmė buvo išaiškinta tik praėjus maždaug 60 metų nuo kvantinės mechanikos sukūrimo, jis leido susisteminti iki tol žinomus cheminius elementus ir, be to, leido numatyti naujų elementų egzistavimą ir jų savybes. . Lygiai taip pat fizikai išmoko sisteminti elementarias daleles, o sukurta taksonomija daugeliu atvejų leido numatyti naujų dalelių egzistavimą ir numatyti jų savybes.

Taigi šiuo metu kvarkus ir leptonus galima laikyti tikrai elementariais; Jų yra 12, arba kartu su anti-chatitais – 24. Be to, yra dalelių, kurios užtikrina keturias pagrindines sąveikas (sąveikos kvantus). Yra 13 šių dalelių: gravitonas, fotonas, W± - ir Z-dalelės ir 8 gliuonai.

Esamos elementariųjų dalelių teorijos negali nurodyti, kas yra serijos pradžia: atomai, branduoliai, hadronai, kvarkaiŠioje serijoje kiekviena sudėtingesnė medžiagos struktūra apima paprastesnę, pvz. komponentas. Matyt, tai negali tęstis be galo. Buvo daroma prielaida, kad aprašyta materialių struktūrų grandinė remiasi iš esmės skirtingos prigimties objektais. Parodyta, kad tokie objektai gali būti ne taškiniai, o ištęsti, nors ir itin maži (~10-33 cm) dariniai, vadinami superstygos. Aprašyta idėja mūsų keturmatėje erdvėje neįgyvendinama. Ši fizikos sritis paprastai yra labai abstrakti, todėl labai sunku rasti vaizdinius modelius, kurie padėtų supaprastinti elementariųjų dalelių teorijoms būdingų idėjų suvokimą. Nepaisant to, šios teorijos leidžia fizikams išreikšti „elementariausių“ mikroobjektų tarpusavio transformaciją ir tarpusavio priklausomybę, jų ryšį su keturmačio erdvėlaikio savybėmis. Perspektyviausias yra vadinamasis M teorija (M – nuo paslaptis- mįslė, paslaptis). Ji operuoja dvylikamatė erdvė . Galiausiai, pereinant į keturių dimensijų pasaulį, kurį mes tiesiogiai suvokiame, visi „papildomi“ matmenys „sugriuvo“. M teorija kol kas vienintelė teorija, leidžianti sumažinti keturias esmines sąveikas iki vienos – vadinamosios Supergalia. Svarbu ir tai, kad M teorija leidžia egzistuoti skirtingiems pasauliams ir nustato sąlygas, užtikrinančias mūsų pasaulio atsiradimą. M teorija dar nėra pakankamai išvystyta. Manoma, kad finalas "visko teorija" remiantis M teorija, bus pastatyta XXI a.

Nuo maždaug 1000 sekundžių (laisvam neutronui) iki nereikšmingos sekundės dalies (nuo 10–24 iki 10–22 s rezonansams).

Elementariųjų dalelių sandarą ir elgseną tiria dalelių fizika.

Visoms elementarioms dalelėms galioja tapatumo principas (visos to paties tipo elementarios dalelės Visatoje yra visiškai identiškos visomis savo savybėmis) ir bangos-dalelės dvilypumo principas (kiekviena elementarioji dalelė atitinka de Broglie bangą).

Visos elementarios dalelės turi tarpusavio konvertuojamumo savybę, kuri yra jų sąveikos pasekmė: stipriosios, elektromagnetinės, silpnosios, gravitacinės. Dalelių sąveika sukelia dalelių ir jų rinkinių virsmą kitomis dalelėmis ir jų rinkiniais, jeigu tokių virsmų nedraudžia energijos tvermės, judesio, kampinio momento, elektros krūvio, bariono krūvio ir kt.

Pagrindinės elementariųjų dalelių savybės: gyvavimo laikas, masė, sukimasis, elektros krūvis, magnetinis momentas, bariono krūvis, leptono krūvis, keistumas, izotopinis sukinys, paritetas, krūvio paritetas, G-paritetas, CP-paritetas.

Klasifikacija

Pagal gyvenimą

• Stabilios elementarios dalelės yra dalelės, turinčios begalybę didelis laikas gyvybė laisvoje būsenoje (protonas, elektronas, neutrinas, fotonas ir jų antidalelės).
• Nestabilios elementarios dalelės yra dalelės, kurios laisvoje būsenoje suyra į kitas daleles pabaigos laikas(visos kitos dalelės).

Pagal svorį

Visos elementarios dalelės skirstomos į dvi klases:

• Bemasės dalelės – tai nulinės masės dalelės (fotonas, gliuonas).
• Dalelės, kurių masė skiriasi nuo nulio (visos kitos dalelės).

Pagal didžiausią nugarą

Visos elementarios dalelės skirstomos į dvi klases:

Pagal sąveikos tipą

Elementariosios dalelės skirstomos į šias grupes:

Sudėtinės dalelės

• Hadronai yra dalelės, dalyvaujančios visų tipų pagrindinėse sąveikose. Jie susideda iš kvarkų ir savo ruožtu skirstomi į:
  • mezonai yra hadronai su sveikuoju sukiniu, tai yra, jie yra bozonai;
  • barionai yra hadronai su pusiau sveikuoju skaičiumi, tai yra, fermionai. Tai visų pirma apima daleles, kurios sudaro atomo branduolį - protoną ir neutroną.

Fundamentalios (bestruktūrinės) dalelės

• Leptonai yra taškinių dalelių pavidalo (tai yra iš nieko nesudarantys) iki 10–18 m dydžio. Jie nedalyvauja stiprioje sąveikoje. Dalyvavimas elektromagnetinėse sąveikose eksperimentiškai buvo stebimas tik įkrautiems leptonams (elektronams, miuonams, tau leptonams), o neutrinams nebuvo pastebėtas. Yra žinomi 6 leptonų tipai.
• Kvarkai yra dalinio krūvio dalelės, kurios yra hadronų dalis. Laisvoje būsenoje jie nebuvo pastebėti (tokių stebėjimų nebuvimui paaiškinti buvo pasiūlytas įkalinimo mechanizmas). Kaip ir leptonai, jie skirstomi į 6 tipus ir laikomi bestruktūriais, tačiau, skirtingai nei leptonai, dalyvauja stiprioje sąveikoje.
• Matavimo bozonai yra dalelės, kuriomis keičiantis vyksta sąveika:
  • fotonas yra dalelė, kuri atlieka elektromagnetinę sąveiką;
  • aštuoni gliuonai – dalelės, turinčios stiprią jėgą;
  • trys tarpiniai vektoriniai bozonai W + , W− ir Z 0, kurie toleruoja silpną sąveiką;
  • gravitonas yra hipotetinė dalelė, kuri neša gravitacijos jėgą. Gravitonų egzistavimas, nors dar nėra eksperimentiškai įrodytas dėl gravitacinės sąveikos silpnumo, yra laikomas gana tikėtinu; tačiau gravitonas neįtrauktas į Standartinį elementariųjų dalelių modelį.

Video tema

Elementariųjų dalelių dydžiai

Nepaisant daugybės elementariųjų dalelių, jų dydžiai suskirstyti į dvi grupes. Hadronų (tiek barionų, tiek mezonų) dydžiai yra apie 10–15 m, tai yra artimas vidutiniam atstumui tarp juose esančių kvarkų. Pagrindinių, bestruktūrių dalelių – matuojamųjų bozonų, kvarkų ir leptonų – dydžiai eksperimentinės paklaidos ribose atitinka jų taškinę prigimtį ( viršutinė riba skersmuo yra apie 10–18 m) ( žr. paaiškinimą). Jei tolesniuose eksperimentuose galutiniai šių dalelių dydžiai nebus aptikti, tai gali reikšti, kad matuojamųjų bozonų, kvarkų ir leptonų dydžiai yra artimi pagrindiniam ilgiui (kuris, labai tikėtina, gali būti Plancko ilgis, lygus 1,6 10). –35 m).

Tačiau reikia pažymėti, kad elementariosios dalelės dydis yra gana sudėtinga sąvoka, kuri ne visada atitinka klasikines sąvokas. Pirma, neapibrėžtumo principas neleidžia griežtai lokalizuoti fizinės dalelės. Bangų paketas, vaizduojantis dalelę kaip tiksliai lokalizuotų kvantinių būsenų superpoziciją, visada turi baigtinius matmenis ir tam tikrą erdvinė struktūra, o paketo matmenys gali būti gana makroskopiniai – pavyzdžiui, elektronas eksperimente su trukdžiais dviejuose plyšiuose „jaučia“ abu interferometro plyšius, atskirtus makroskopiniu atstumu. Antra, fizinė dalelė pakeičia vakuumo struktūrą aplink save, sukurdama trumpalaikių virtualių dalelių „sluoksnį“ - fermiono-antifermiono poras (žr. Vakuuminė poliarizacija) ir bozonus, kurie atlieka sąveiką. Šios srities erdviniai matmenys priklauso nuo dalelių turimų krūvių ir masių tarpiniai bozonai(masyvių virtualių bozonų apvalkalo spindulys yra artimas jų Komptono bangos ilgiui, kuris savo ruožtu yra atvirkščiai proporcingas jų masei). Taigi, elektronų spindulys neutrinų požiūriu (tarp jų tai įmanoma tik silpna sąveika) yra maždaug lygus W bozonų Komptono bangos ilgiui, ~3×10 −18 m, ir srities matmenims stipri sąveika hadronus lemia lengviausio hadrono – pi mezono (~10 −15 m), kuris čia veikia kaip sąveikos nešėjas, Komptono bangos ilgis.

Istorija

Iš pradžių terminas „elementarioji dalelė“ reiškė kažką absoliučiai elementaraus, pirmąją materijos plytą. Tačiau kai šeštajame ir šeštajame dešimtmetyje buvo aptikta šimtai panašias savybes turinčių hadronų, paaiškėjo, kad hadronai turi bent vidinius laisvės laipsnius, tai yra, jie nėra elementarūs griežtąja to žodžio prasme. Vėliau šis įtarimas pasitvirtino, kai paaiškėjo, kad hadronai susideda iš kvarkų.

Taigi fizikai šiek tiek įsigilino į materijos struktūrą: leptonai ir kvarkai dabar laikomi elementariausiomis, taškinėmis materijos dalimis. Jiems (kartu su matuoklio bozonais) terminas „ esminis dalelės“.

Stygų teorijoje, kuri buvo aktyviai plėtojama maždaug nuo devintojo dešimtmečio vidurio, daroma prielaida, kad elementariosios dalelės ir jų sąveika yra įvairių tipų ypač mažų „stygų“ virpesių.

Standartinis modelis

Standartinis elementariųjų dalelių modelis apima 12 skonių fermionų, juos atitinkančias antidaleles, taip pat matuojamuosius bozonus (fotonus, gliuonus, W- Ir Z-bozonai), pernešantys dalelių sąveiką, ir 2012 m. atrastas Higso bozonas, atsakingas už inercinės masės buvimą dalelėse. Tačiau į standartinį modelį daugiausia žiūrima kaip į laikina, o ne į tikrai pagrindinę teoriją, nes jame nėra gravitacijos ir yra kelios dešimtys laisvų parametrų (dalelių masės ir kt.), kurių reikšmės tiesiogiai išplaukia ne iš jų. teorija. Galbūt yra elementariųjų dalelių, kurios nėra aprašytos Standartinis modelis- pavyzdžiui, gravitonas (dalelė, kuri hipotetiškai neša gravitacinių jėgų) arba paprastųjų dalelių supersimetriniai partneriai. Iš viso modelis apibūdina 61 dalelę.

Fermionai

12 skonių fermionų yra suskirstyti į 3 šeimas (kartas) po 4 daleles. Šeši iš jų yra kvarkai. Kiti šeši yra leptonai, iš kurių trys yra neutrinai, o likę trys turi vienetinį neigiamą krūvį: elektroną, miuoną ir tau leptoną.

Antidalelės

Taip pat yra 12 fermioninių antidalelių, atitinkančių pirmiau minėtas dvylika dalelių.

Kvarkai

Kvarkai ir antikvarkai niekada nebuvo atrasti laisvoje būsenoje – tai paaiškinama reiškiniu

1 puslapis

Neįmanoma pateikti trumpo įkrovimo apibrėžimo, kuris būtų patenkinamas visais atžvilgiais. Esame įpratę rasti paaiškinimų, kuriuos labai suprantame sudėtingi dariniai ir procesai kaip atomas, skystieji kristalai, molekulių pasiskirstymas pagal greitį ir kt. Tačiau pagrindinės, pagrindinės sąvokos, nedalomos į paprastesnes, kurios, pasak šiandienos mokslo, neturi jokio vidinio mechanizmo, nebegali būti trumpai paaiškinamos patenkinamai. Ypač jei objektai nėra tiesiogiai suvokiami mūsų pojūčiais. Būtent į tokius pamatines sąvokas reiškia elektros krūvį.

Pirmiausia pabandykime išsiaiškinti ne kas yra elektros krūvis, o kas slepiasi už teiginio: šis kūnas ar dalelė turi elektros krūvį.

Jūs žinote, kad visi kūnai yra sukurti iš mažyčių dalelių, nedalomų į paprastesnes (kiek dabar žino mokslas) daleles, kurios todėl vadinamos elementariomis. Visos elementarios dalelės turi masę ir dėl to jos traukia viena kitą. Pagal įstatymą universalioji gravitacija traukos jėga mažėja santykinai lėtai, kai atstumas tarp jų didėja: atvirkščiai proporcingas atstumo kvadratui. Be to, dauguma elementariųjų dalelių, nors ir ne visos, turi galimybę sąveikauti viena su kita jėga, kuri taip pat mažėja atvirkščiai proporcingai atstumo kvadratui, tačiau ši jėga yra daug kartų didesnė už gravitacijos jėgą. . Taigi vandenilio atome, schematiškai parodytame 1 paveiksle, elektronas traukiamas į branduolį (protoną) jėga, 1039 kartus didesne už gravitacinės traukos jėgą.

Jei dalelės sąveikauja viena su kita jėgomis, kurios lėtai mažėja didėjant atstumui ir yra daug kartų didesnės už gravitacijos jėgas, tada sakoma, kad šios dalelės turi elektros krūvį. Pačios dalelės vadinamos įkrautomis. Yra dalelių be elektros krūvio, bet nėra elektros krūvio be dalelės.

Sąveika tarp įkrautų dalelių vadinama elektromagnetine. Kai sakome, kad elektronai ir protonai yra elektriškai įkrauti, tai reiškia, kad jie gali sąveikauti tam tikro tipo (elektromagnetiniu), ir nieko daugiau. Dalelių įkrovimo trūkumas reiškia, kad jis neaptinka tokios sąveikos. Elektros krūvis lemia intensyvumą elektromagnetinės sąveikos, kaip ir masė lemia intensyvumą gravitacinės sąveikos. Elektros krūvis yra antrasis (po masės) svarbiausia savybė elementariosios dalelės, o tai lemia jų elgesį supančiame pasaulyje.

Taigi

Elektros krūvis yra fizikinis skaliarinis dydis, apibūdinantis dalelių ar kūnų savybę sąveikauti su elektromagnetinėmis jėgomis.

Elektros krūvį simbolizuoja raidės q arba Q.

Kaip ir mechanikoje, ši sąvoka dažnai naudojama materialus taškas, kuris leidžia žymiai supaprastinti daugelio problemų sprendimą, tiriant krūvių sąveiką taškinio krūvio idėja pasirodo esanti efektyvi. Taškinis krūvis yra įkrautas kūnas, kurio matmenys yra žymiai mažesni už atstumą nuo šio kūno iki stebėjimo taško ir kitų įkrautų kūnų. Visų pirma, jei kalbame apie dviejų sąveiką taškiniai mokesčiai, tada jie daro prielaidą, kad atstumas tarp dviejų nagrinėjamų įkrautų kūnų yra žymiai didesnis nei jų linijiniai matmenys.

Elementariosios dalelės elektrinis krūvis

Elementariosios dalelės elektros krūvis nėra specialus dalelės „mechanizmas“, kurį būtų galima iš jos pašalinti, suskaidyti į sudedamąsias dalis ir vėl surinkti. Elektros krūvio buvimas ant elektrono ir kitų dalelių reiškia tik tam tikros jų sąveikos egzistavimą.

Gamtoje yra dalelių su priešingų ženklų krūviais. Protono krūvis vadinamas teigiamu, o elektrono – neigiamu. Teigiamas ženklas dalelės krūvis, žinoma, nereiškia, kad ji turi ypatingų pranašumų. Dviejų ženklų krūvių įvedimas tiesiog išreiškia faktą, kad įkrautos dalelės gali ir pritraukti, ir atstumti. At identiški ženklai dalelės atstumia viena kitą, bet jei skiriasi – traukia.

Šiuo metu nėra paaiškinimo, kodėl egzistuoja dviejų tipų elektros krūviai. Bet kokiu atveju esminių skirtumų tarp teigiamų ir neigiamų krūvių nerasta. Jeigu dalelių elektrinių krūvių ženklai pasikeistų į priešingus, tai elektromagnetinės sąveikos prigimtis gamtoje nepasikeistų.

Teigiami ir neigiami krūviai Visatoje yra labai gerai subalansuoti. Ir jei Visata yra baigtinė, tada jos bendras elektros krūvis, greičiausiai, yra lygus nuliui.

Įspūdingiausias dalykas yra tai, kad visų elementariųjų dalelių elektros krūvis yra griežtai vienodo dydžio. Yra minimalus krūvis, vadinamas elementariuoju, kurį turi visos įkrautos elementarios dalelės. Krūvis gali būti teigiamas, kaip protonas, arba neigiamas, kaip elektronas, tačiau krūvio modulis visais atvejais yra vienodas.

Neįmanoma atskirti dalies krūvio, pavyzdžiui, nuo elektrono. Tai turbūt labiausiai stebina. Nėra šiuolaikinė teorija negali paaiškinti, kodėl visų dalelių krūviai yra vienodi, ir nesugeba apskaičiuoti minimalaus elektros krūvio vertės. Jis nustatomas eksperimentiškai, naudojant įvairius eksperimentus.

1960-aisiais, kai naujai atrastų elementariųjų dalelių skaičius pradėjo nerimą keliauti, buvo iškelta hipotezė, kad visos stipriai sąveikaujančios dalelės yra sudėtinės. Pagrindinės dalelės buvo vadinamos kvarkais. Buvo nuostabu, kad kvarkai turėjo dalinį elektros krūvį: 1/3 ir 2/3 elementarus krūvis. Norint sukurti protonus ir neutronus, pakanka dviejų tipų kvarkų. O didžiausias jų skaičius, matyt, neviršija šešių.

Elektros krūvio matavimo vienetas

« Fizika – 10 kl.

Pirmiausia panagrinėkime paprasčiausią atvejį, kai elektra įkrauti kūnai yra ramybės būsenoje.

Elektrodinamikos šaka, skirta elektra įkrautų kūnų pusiausvyros sąlygoms tirti, vadinama elektrostatika.

Kas yra elektros krūvis?
Kokie mokesčiai yra?

Su žodžiais elektra, elektros krūvis, elektros srovė ne kartą buvote susitikę ir sugebėjote prie jų priprasti. Bet pabandykite atsakyti į klausimą: „Kas yra elektros krūvis? Pati koncepcija mokestis- tai pagrindinė, pirminė sąvoka, kurios negalima redukuoti modernaus lygio mūsų žinių plėtojimas iki kai kurių paprastesnių, elementarių sąvokų.

Pirmiausia pabandykime išsiaiškinti, ką reiškia teiginys: „Šis kūnas ar dalelė turi elektros krūvį“.

Visi kūnai pagaminti iš smulkios dalelės, kurie nedalomi į paprastesnius ir todėl vadinami elementarus.

Elementariosios dalelės turi masę ir dėl to jos traukia viena kitą pagal visuotinės gravitacijos dėsnį. Didėjant atstumui tarp dalelių, gravitacinė jėga mažėja atvirkščiai proporcingai šio atstumo kvadratui. Dauguma elementariųjų dalelių, nors ir ne visos, taip pat turi savybę sąveikauti viena su kita jėga, kuri taip pat mažėja atvirkščiai proporcingai atstumo kvadratui, tačiau ši jėga yra daug kartų didesnė už gravitacijos jėgą.

Taigi vandenilio atome, schematiškai parodytame 14.1 paveiksle, elektronas traukiamas į branduolį (protoną) jėga, 10 39 kartus didesne už gravitacinės traukos jėgą.

Jei dalelės sąveikauja tarpusavyje jėgomis, kurios mažėja didėjant atstumui taip pat, kaip ir visuotinės gravitacijos jėgos, bet daug kartų viršija gravitacijos jėgas, tai sakoma, kad šios dalelės turi elektros krūvį. Pačios dalelės vadinamos apmokestintas.

Yra dalelių be elektros krūvio, bet nėra elektros krūvio be dalelės.

Įkrautų dalelių sąveika vadinama elektromagnetinis.

Elektros krūvis lemia elektromagnetinės sąveikos intensyvumą, lygiai kaip masė – gravitacinės sąveikos intensyvumą.

Elementariosios dalelės elektros krūvis nėra specialus dalelės mechanizmas, kurį būtų galima iš jos pašalinti, suskaidyti į sudedamąsias dalis ir vėl surinkti. Elektros krūvio buvimas ant elektrono ir kitų dalelių reiškia tik tam tikrų jėgų sąveiką tarp jų.

Iš esmės mes nieko nežinome apie krūvį, jei nežinome šios sąveikos dėsnių. Žinios apie sąveikos dėsnius turėtų būti įtrauktos į mūsų idėjas apie krūvį. Šie dėsniai nėra paprasti ir jų neįmanoma apibūdinti keliais žodžiais. Todėl neįmanoma pateikti pakankamai patenkinamo trumpas apibrėžimas koncepcija elektros krūvis.

Du elektros krūvio požymiai.

Visi kūnai turi masę ir todėl traukia vienas kitą. Įkrauti kūnai gali ir pritraukti, ir atstumti vienas kitą. Tai svarbiausias faktas, jums pažįstamas, reiškia, kad gamtoje yra dalelių su priešingų ženklų elektros krūviais; esant to paties ženklo krūviams, dalelės atstumia, o skirtingų ženklų atveju – traukia.

Elementariųjų dalelių krūvis - protonų, kurie yra visų atomų branduolių dalis, vadinami teigiamais, o krūvis elektronų- neigiamas. Tarp teigiamų ir neigiamų krūvių vidinių skirtumų Nr. Jei dalelių krūvių ženklai būtų atvirkštiniai, elektromagnetinės sąveikos pobūdis visiškai nepasikeistų.

Elementarus mokestis.

Be elektronų ir protonų, yra keletas kitų tipų įkrautų elementariųjų dalelių. Tačiau laisvoje būsenoje neribotą laiką gali egzistuoti tik elektronai ir protonai. Likusios įkrautos dalelės gyvena mažiau nei milijonąją sekundės dalį. Jie gimsta susidūrus greitoms elementarioms dalelėms ir, egzistavęs nežymiai trumpai, suyra, virsta kitomis dalelėmis. Su šiomis dalelėmis susipažinsite 11 klasėje.

Dalelės, kurios neturi elektros krūvio, apima neutronas. Jo masė yra tik šiek tiek didesnė už protono masę. Neutronai kartu su protonais yra dalis atomo branduolys. Jei elementarioji dalelė turi krūvį, tai jos vertė yra griežtai apibrėžta.

Įkrauti kūnai Elektromagnetinės jėgos gamtoje vaidina didžiulį vaidmenį dėl to, kad visuose kūnuose yra elektriškai įkrautų dalelių. Sudedamosios atomų dalys – branduoliai ir elektronai – turi elektrinį krūvį.

Tiesioginis elektromagnetinių jėgų poveikis tarp kūnų nėra aptiktas, nes kūnai normalios būsenos yra elektriškai neutralūs.

Bet kurios medžiagos atomas yra neutralus, nes jame esančių elektronų skaičius lygus protonų skaičiui branduolyje. Teigiamai ir neigiamai įkrautos dalelės yra sujungtos viena su kita elektros jėgos ir suformuoti neutralias sistemas.

Makroskopinis kūnas yra elektriškai įkrautas, jei jame yra per daug elementariųjų dalelių, turinčių bet kurį vieną krūvio požymį. Taigi neigiamas kūno krūvis atsiranda dėl elektronų pertekliaus, palyginti su protonų skaičiumi, o teigiamas – dėl elektronų trūkumo.

Norint gauti elektra įkrautą makroskopinį korpusą, ty jį elektrifikuoti, reikia atskirti dalį neigiamas krūvis nuo su juo susieto teigiamo krūvio arba perkelkite neigiamą krūvį į neutralų kūną.

Tai galima padaryti naudojant trintį. Jei šukomis perbrauksite per sausus plaukus, tai nedidelė dalis judriausių įkrautų dalelių – elektronų – judės iš plauko į šukas ir įkraus jas neigiamai, o plaukai – teigiamai.

Krūvių lygybė elektrifikuojant

Eksperimento pagalba galima įrodyti, kad įelektrinus trinties būdu abu kūnai įgyja priešingo ženklo, bet vienodo dydžio krūvius.

Paimkime elektrometrą, ant kurio strypo yra metalinis rutulys su skylute, o ant ilgų rankenų – dvi plokštelės: viena iš kietos gumos, kita iš organinio stiklo. Trinantis viena į kitą plokštelės elektrinasi.

Įveskime vieną iš plokščių į sferą, neliesdami jos sienelių. Jei plokštelė yra teigiamai įkrauta, kai kurie elektronai iš elektrometro adatos ir lazdelės bus pritraukti prie plokštelės ir surinkti vidinis paviršius sferos. Tuo pačiu metu rodyklė bus įkraunama teigiamai ir bus nustumta nuo elektrometro strypo (14.2 pav., a).

Jei į rutulio vidų įnešite kitą plokštę, prieš tai išėmę pirmąją, tada sferos ir strypo elektronai bus atstumti nuo plokštelės ir ant rodyklės susikaups perteklius. Dėl to rodyklė nukryps nuo strypo ir tuo pačiu kampu, kaip ir pirmame eksperimente.

Nuleidę abi plokštes į sferos vidų, rodyklės nuokrypio visiškai neaptiksime (14.2 pav., b). Tai įrodo, kad plokščių krūviai yra vienodo dydžio ir priešingo ženklo.

Kūnų elektrifikacija ir jos apraiškos. Sintetinių audinių trinties metu įvyksta žymi elektrifikacija. Nusivilkęs marškinius nuo sintetinė medžiaga sausame ore galite išgirsti būdingą traškesį. Mažos kibirkštys šokinėja tarp įkrautų trinamųjų paviršių sričių.

Spaustuvėse popierius spausdinimo metu elektrifikuojamas ir lapai sulimpa. Kad taip nenutiktų, įkrovimui nuleisti naudojami specialūs įtaisai. Tačiau artimai besiliečiančių kūnų elektrifikavimas kartais naudojamas, pavyzdžiui, įvairiose elektrokopijavimo įrenginiuose ir kt.

Elektros krūvio tvermės dėsnis.

Patirtis elektrifikuojant plokštes įrodo, kad elektrifikuojant trinties būdu esami krūviai persiskirsto tarp kūnų, kurie anksčiau buvo neutralūs. Nedidelė elektronų dalis juda iš vieno kūno į kitą. Tokiu atveju naujų dalelių neatsiranda, o jau buvusios – neišnyksta.

Kai kūnai elektrifikuojami, elektros krūvio tvermės dėsnis. Šis dėsnis galioja sistemai, į kurią įelektrintos dalelės nepatenka iš išorės ir iš kurios neišeina, t.y. izoliuota sistema.

IN izoliuota sistema algebrinė suma išsaugomi visų kūnų krūviai.

q 1 + q 2 + q 3 + ... + q n = pastovus. (14.1)

kur q 1, q 2 ir tt yra atskirų įkrautų kūnų krūviai.

Krūvio išsaugojimo įstatymas turi gilią prasmę. Jeigu įkrautų elementariųjų dalelių skaičius nekinta, tai krūvio tvermės dėsnio įvykdymas yra akivaizdus. Tačiau elementarios dalelės gali transformuotis viena į kitą, gimti ir išnykti, suteikdamos gyvybę naujoms dalelėms.

Tačiau visais atvejais įkrautos dalelės gimsta tik poromis, kurių krūviai yra vienodo dydžio ir priešingo ženklo; Įkrautos dalelės taip pat išnyksta tik poromis, virsdamos neutraliomis. Ir visais šiais atvejais algebrinė krūvių suma išlieka ta pati.

Krūvio tvermės dėsnio galiojimą patvirtina pastabos didžiulis skaičius elementariųjų dalelių transformacijos. Šis įstatymas išreiškia vieną iš labiausiai pagrindinės savybės elektros krūvis. Užtaiso išsaugojimo priežastis vis dar nežinoma.