Nėra aiškaus sąvokos „elementarioji dalelė“ apibrėžimo; paprastai nurodomas tik tam tikras fizinių dydžių verčių rinkinys, apibūdinantis šias daleles ir kai kurias labai svarbias išskirtines jų savybes. Elementariosios dalelės turi:

1) elektros krūvis

2) vidinis kampinis momentas arba sukimasis

3) magnetinis momentas

4) nuosava masė – „ramybės masė“

Ateityje gali būti atrasti ir kiti daleles charakterizuojantys dydžiai, todėl šis pagrindinių elementariųjų dalelių savybių sąrašas neturėtų būti laikomas išsamiu.

Tačiau ne visos elementarios dalelės (jų sąrašas pateiktas žemiau) turi visą aukščiau išvardytų savybių rinkinį. Kai kurios iš jų turi tik elektrinį krūvį ir masę, bet neturi sukimosi (įkrauti pionai ir kaonai). kitos dalelės turi masę, sukimąsi ir magnetinį momentą, bet neturi elektros krūvio (neutronas, lambda hiperonas); dar kiti turi tik masę (neutralūs pionai ir kaonai) arba tik sukimąsi (fotonai, neutrinai). Elementariosios dalelės privalo turėti bent vieną iš aukščiau išvardytų savybių. Atkreipkite dėmesį, kad svarbiausios medžiagos dalelės – bėgimai ir elektronai – pasižymi visu šių savybių rinkiniu. Reikia pabrėžti: elektros krūvis ir sukimasis yra pagrindinės medžiagos dalelių savybės, ty jų skaitinės reikšmės išlieka pastovios bet kokiomis sąlygomis.

DALELĖS IR ANTIKALELĖS

Kiekviena elementari dalelė turi savo priešingybę – „antidalelę“. Dalelės ir antidalelės masė, sukimasis ir magnetinis momentas yra vienodi, tačiau jei dalelė turi elektros krūvį, tai jos antidalelė turi priešingo ženklo krūvį. Protono, pozitrono ir antineutrono magnetiniai momentai ir sukimai yra vienodi, o elektrono, neutrono ir antiprotono orientacijos yra priešingos.

Dalelės sąveika su savo antidalele žymiai skiriasi nuo sąveikos su kitomis dalelėmis. Šis skirtumas išreiškiamas tuo, kad dalelė ir jos antidalelė gali anihiliuotis, tai yra procesas, dėl kurio išnyksta, o jų vietoje atsiranda kitos dalelės. Taigi, pavyzdžiui, dėl elektrono ir pozitrono anihiliacijos atsiranda fotonų, protonų ir antiprotonų-pionų ir kt.

GYVENIMO LAIKAS

Stabilumas nėra privaloma elementariųjų dalelių savybė. Stabilūs yra tik elektronai, protonai, neutrinai ir jų antidalelės, taip pat fotonai. Likusios dalelės paverčiamos stabiliomis arba tiesiogiai, kaip atsitinka, pavyzdžiui, su neutronu, arba per nuoseklių transformacijų grandinę; pavyzdžiui, nestabilus neigiamas pionas pirmiausia virsta miuonu ir neutrinu, o paskui miuonas virsta elektronu ir kitu neutrinu:

Simboliai žymi „miuoninius“ neutrinus ir antineutrinus, kurie skiriasi nuo „elektroninių“ neutrinų ir antineutrinų.

Dalelių nestabilumas vertinamas pagal jų egzistavimo trukmę nuo „gimimo“ iki skilimo momento; abu šie laiko momentai yra pažymėti dalelių pėdsakais matavimo įrenginiuose. Jei yra daug tam tikro „tipo“ dalelių stebėjimų, apskaičiuojama „vidutinė skilimo trukmė“ arba skilimo pusinės eliminacijos laikas. Tarkime, kad tam tikru laiko momentu yra vienodas dalelių skaičius. ir tuo momentu šis skaičius tampa lygus darant prielaidą, kad dalelių skilimas paklūsta tikimybiniam dėsniui

galite apskaičiuoti vidutinį gyvavimo laiką (per kurį dalelių skaičius sumažėja koeficientu) ir pusinės eliminacijos laiką

(per kurią šis skaičius sumažėja perpus).

Įdomu pastebėti, kad:

1) visos neįkrautos dalelės, išskyrus neutrinus ir fotonus, yra nestabilios (neutrinai ir fotonai iš kitų elementariųjų dalelių išsiskiria tuo, kad neturi savo ramybės masės);

2) iš įkrautų dalelių tik elektronas ir protonas (ir jų antidalelės) yra stabilūs.

Čia pateikiamas svarbiausių dalelių sąrašas (šiuo metu jų skaičius nuolat didėja), nurodant pavadinimus ir pagrindines

savybės; elektros krūvis dažniausiai nurodomas elementariais vienetais masė – elektronų masės vienetais sukinys – vienetais

(žr. nuskaitymą)

DALELĖS KLASIFIKACIJA

Elementariųjų dalelių tyrimas parodė, kad nepakanka jas sugrupuoti pagal pagrindinių savybių (krūvio, masės, sukimosi) vertes. Paaiškėjo, kad šias daleles reikia suskirstyti į žymiai skirtingas „šeimas“:

1) fotonai, 2) leptonai, 3) mezonai, 4) barionai

ir pristatyti naujas dalelių charakteristikas, kurios parodytų, kad tam tikra dalelė priklauso vienai iš šių šeimų. Šios charakteristikos sutartinai vadinamos „mokesčiais“ arba „skaičiais“. Yra trijų tipų mokesčiai:

1) leptono-elektrono krūvis;

2) lepton-miuono krūvis

3) bariono krūvis

Šiems krūviams suteikiamos skaitinės reikšmės: ir -1 (dalelės turi pliuso ženklą, antidalelės – minuso ženklą; fotonai ir mezonai – nulinio krūvio).

Elementariosios dalelės paklūsta šioms dviem taisyklėms:

Kiekviena elementarioji dalelė priklauso tik vienai šeimai ir jai būdingas tik vienas iš minėtų krūvių (skaičių).

Pavyzdžiui:

Tačiau vienoje elementariųjų dalelių šeimoje gali būti daug skirtingų dalelių; Pavyzdžiui, barionų grupė apima protoną, neutroną ir daugybę hiperonų. Pateiksime elementariųjų dalelių skirstymą į šeimas:

„elektroniniai“ leptonai: tai elektroninis pozitroninis elektroninis neutrinas ir elektroninis antineutrinas

„Muoniniai“ leptonai: tai miuonai su neigiamu ir teigiamu elektriniu krūviu ir miuonų neutrinai bei antineutrinai Tai apima protoną, neutroną, hiperonus ir visas jų antidaleles.

Elektros krūvio buvimas ar nebuvimas nesusijęs su priklausymu nė vienai iš išvardytų šeimų. Pastebima, kad visos dalelės, kurių sukinys yra lygus 1/2, būtinai turi vieną iš aukščiau nurodytų krūvių. Fotonai (kurių sukinys lygus vienybei), mezonai – pionai ir kaonai (kurių sukinys lygus nuliui) neturi nei leptoninių, nei barioninių krūvių.

Visuose fizikiniuose reiškiniuose, kuriuose dalyvauja elementarios dalelės – skilimo procesuose; gimimas, susinaikinimas ir abipusiai virsmai, laikomasi antrosios taisyklės:

Algebrinės skaičių sumos kiekvienam krūvio tipui atskirai visada yra pastovios.

Ši taisyklė atitinka tris gamtosaugos įstatymus:

Šie dėsniai taip pat reiškia, kad skirtingoms šeimoms priklausančių dalelių tarpusavio transformacijos yra draudžiamos.

Kai kurioms dalelėms - kaonams ir hiperonams - pasirodė būtina papildomai įvesti dar vieną požymį, vadinamą keistumu ir žymimą Kaons turi lambda ir sigma hiperonus - xi-hiperonus - (viršutinis ženklas dalelėms, apatinis ženklas antidalelėms). Procesuose, kuriuose stebimas keistumo dalelių atsiradimas (gimimas), laikomasi šios taisyklės:

Keistumo išsaugojimo dėsnis. Tai reiškia, kad pasirodžius vienai keistai dalelei būtinai turi atsirasti viena ar daugiau keistų antidalelių, kad algebrinė skaičių suma prieš ir po

gimimo procesas išliko pastovus. Taip pat pažymima, kad keistųjų dalelių irimo metu nepaisomas keistumo išsaugojimo dėsnis, t.y. šis dėsnis veikia tik keistų dalelių gimimo procesuose. Taigi keistoms dalelėms kūrimo ir irimo procesai yra negrįžtami. Pavyzdžiui, lambda hiperonas (keistumas lygus skilimui į protoną ir neigiamą pioną:

Šioje reakcijoje keistumo išsaugojimo dėsnio nesilaikoma, nes po reakcijos gauto protono ir piono keistumas lygus nuliui. Tačiau atvirkštinėje reakcijoje, kai neigiamas pionas susiduria su protonu, neatsiranda vienas lambda hiperonas; reakcija vyksta, kai susidaro dvi dalelės, turinčios priešingų ženklų keistenybes:

Vadinasi, lambda hiperono kūrimo reakcijoje laikomasi keistumo išsaugojimo dėsnio: prieš ir po reakcijos „keistųjų“ skaičių algebrinė suma lygi nuliui. Žinoma tik viena skilimo reakcija, kurios metu stebima keistų skaičių sumos pastovumas – tai neutralaus sigmos hiperono skilimas į lambda hiperoną ir fotoną:

Kitas keistų dalelių bruožas – ryškus skirtumas tarp gimimo procesų trukmės (eilinio ) ir vidutinio jų egzistavimo laiko (apie ); kitoms (ne keistoms) dalelėms šie laikai yra tos pačios eilės.

Atkreipkite dėmesį, kad būtinybė įvesti leptonų ir barionų skaičius arba krūvius ir aukščiau minėti išsaugojimo dėsniai rodo, kad šie krūviai išreiškia kokybinį skirtumą tarp skirtingų tipų dalelių, taip pat tarp dalelių ir antidalelių. Tai, kad dalelėms ir antidalelėms turi būti priskirti priešingų ženklų krūviai, rodo, kad jų tarpusavio transformacijos neįmanoma.

Elementariosios dalelės

Natūralu pradėti svarstyti materijos struktūrą nuo „mažiausių“ struktūrinių vienetų, kurių egzistavimas dabar nustatytas. Tokios dalelės vadinamos elementariosiomis, nes yra labiau nedalomos (jų struktūra neaptinkama), o pagrindinėmis, iš kurių susideda materija.

Elementariųjų dalelių klasifikacija. Dalelės, dalyvaujančios stiprioje sąveikoje, sudaro hadronų šeimą. Tai barionai (protonai r, neutronas n), hiperonai (λ, Σ ir kt.), mezonai (π-; k-), taip pat didelė grupė vadinamųjų rezonansinių dalelių (rezonansų). Barionai turi pusiau sveikus sukimus, mezonai turi ištisus sukimus. Barionai skiriasi nuo mezonų vadinamuoju bariono krūviu, todėl barionų pavertimas mezonais yra draudžiamas pagal bariono krūvio išsaugojimo dėsnį. Tai svarbi savybė, užtikrinanti branduolių, taigi ir viso aplinkinio pasaulio, stabilumą. Iš tiesų, jei barionų nukleonai (protonas ir neutronas) galėtų virsti mezonais, atomų branduoliai galiausiai suirtų. Hadronai iš tikrųjų nėra elementarios dalelės, tai yra, jie turi vidinę struktūrą. Tai iš dalies paaiškina daugumos hadronų nestabilumą.

Šiandien tikrai esminių bestruktūrinių dalelių, kurios sudaro hadronus, egzistavimas gali būti laikomas įrodytu. Šios dalelės vadinamos kvarkais (Gell-Mann. Zweig, 1963). Jie dar nebuvo eksperimentiškai atrasti, tikriausiai teka, kurios atskirai neegzistuoja, tai yra laisvoje būsenoje. Yra žinoma, kad kvarkų krūvis yra 1/3 kartotinis e, o sukimasis yra 1/2. Yra šeši kvarkų tipai, išsiskiriantys savybe, vadinama „skoniu“ (aukštyn, žemyn, žavesio, keista, tiesa, miela); Kiekvienam kvarkui taip pat būdingas tam tikras kvantinis skaičius – „spalva“ (raudona, žalia, mėlyna). Visi barionai susideda iš trijų kvarkų (protono, pavyzdžiui, dviejų viršutinių, kurių krūviai +2/3 e ir vienas apatinis su įkrovimu - 1/3 e). Trys kvarkai yra „parenkami“ pagal „spalvą“, kad protonas būtų „baltas“. Mezonai susideda iš kvarko ir antikvarko.

Visos kitos dalelės (išskyrus fotoną), kurios nedalyvauja stiprioje sąveikoje, vadinamos leptonais. Leptonų šeimą atstovauja šešios bestruktūrės („taškinės“) dalelės: elektronas e, miuonas μ, tau-leptonas (taonas) τ ir šias daleles atitinkantys neutrinai ( v e, v μ , v τ).

Pagal kvarko-leptono simetrijos principą kiekvienas leptonas atitinka tam tikrą kvarką (5.2 lentelė).

5.2 lentelė.

Taigi kvarkai ir leptonai šiandien kartu su dalelėmis, turinčiomis sąveiką, yra laikomi tikrai elementariomis (fundamentaliomis) dalelėmis. Šiuolaikinė Visata sudaryta iš pirmosios kartos leptonų ir kvarkų kartu su fotonais. Manoma, kad antrosios ir trečiosios kartos dalelės vaidino svarbų vaidmenį ankstyvojoje Visatoje, pirmosiomis Didžiojo sprogimo akimirkomis, tuo tarpu nebuvo skirtumo tarp kvarkų ir leptonų.

Pagrindinės elementariųjų dalelių charakteristikos. Viena iš svarbiausių elementariųjų dalelių savybių yra stabilumas, t.y. gebėjimas tam tikrą laiką (gyvenimo laiką) būti laisvoje būsenoje. Tarp eksperimentiškai aptiktų dalelių tik kelios yra stabilios. Visų tipų protonas, elektronas, fotonas ir, kaip manoma, neutrinai gali egzistuoti laisvoje būsenoje neribotą laiką. Visos kitos dalelės, bandančios pereiti į būseną su minimalia energija, daugiau ar mažiau greitai suyra, pasiekdamos galutinę stabilią būseną. Trumpiausias gyvavimo laikas (~10 -23 s) yra rezonansinėms dalelėms. Neutronas laisvoje būsenoje egzistuoja ~10 3 s. Leptonų šeimoje miuonas „gyvena“ ~10-6 s, o taonas ~10-12 s.

Daroma prielaida, kad gamtoje trumpaamžės elementarios dalelės atlieka lemiamą vaidmenį ekstremaliomis sąlygomis, pavyzdžiui, panašiai kaip pradinėse Visatos formavimosi stadijose.

Poilsio masės stabilios elementarios dalelės turi tokias reikšmes: protonas m p ≈ 1,67 10 -27 kg, elektronas m e ≈ 0,91 · 10 -30 kg. Fotonas ir visų tipų neutrinai turi nulinę ramybės masę.

Paprastai elementariųjų dalelių masės išreiškiamos energijos vienetais – elektronų voltais. Tada mр ≈938,3 × 10 6 eV = 938,3 MeV, m e ≈ 0,51 MeV.

Elementariosios dalelės turi elektros krūvį +e arba -e arba yra elektra neutralūs.

Elektronų krūvis e lygus - 1,6 · 10 -19 C.

Viena iš svarbiausių elementariųjų dalelių savybių yra sukimasis. Sukimo reikšmė apibrėžia banginės funkcijos tipą (simetrišką arba antisimetrišką) ir statistikos tipą (t. y. dėsnį, apibūdinantį mikrodalelių grupės elgesį). Dalelės, kurių sukinys nulinis arba sveikasis skaičius (fotonai, π-mezonai ir kt.), paklūsta Bose-Einšteino statistikai ir yra vadinamos bozonais. Dalelės su pusiau sveikuoju skaičiumi (elektronai, protonai, neutronai) paklūsta Fermi-Dirac statistikai ir yra vadinamos fermionais. Pagrindiniai fermionai yra leptonai ir kvarkai. Fermionai paklūsta Pauli principui, pagal kurį bet kurioje identiškų fermionų sistemoje bet kurie du iš jų negali vienu metu būti toje pačioje būsenoje. Kai taikomas elektronų pasiskirstymui atome, Pauli principas teigia; kad tame pačiame atome negali būti daugiau nei vienas elektronas su ta pačia keturių kvantinių skaičių aibe n, l, m Ir σ .

Pauli principas pagrįstas identiškų kvantinių dalelių neatskiriamumu. Kai sukeičiami du fermionai, bangos funkcija turi pakeisti savo ženklą. Tačiau jei dviejų fermionų būsenos (t. y. jų kvantinių skaičių aibės) yra vienodos, tai funkcija ψ neturėtų keisti ženklo. Šis prieštaravimas formaliai pašalinamas tik esant ψ=0, o tai reiškia, kad dalelei neįmanoma (nulinė tikimybė) būti tokioje būsenoje.

Antidalelės. Kiekvienai žinomai elementariai dalelei yra vadinamoji antidalelė. Dalelių ir antidalelių masės, gyvavimo laikas ir sukimai yra vienodi. Kitos charakteristikos, pavyzdžiui, elektros krūvis, magnetinis momentas, yra vienodo dydžio, bet priešingos ženklu. Tokios poros yra, pavyzdžiui, protonas r ir antiprotonų, elektronų ir antielektronų e+ (ty pozitronas e+). Kai kurios dalelės, pavyzdžiui, fotonas, yra identiškos jų antidalelėms.

Antidalelės gimsta vykstant branduolinėms reakcijoms, kurių energija yra gana didelė, tačiau materijoje jų gyvavimo laikas yra trumpas. Kai susitinka dalelė ir antidalelė, įvyksta anihiliacija. Dalelių-antidalelių poros masė ir kinetinė energija paverčiama fotonų ar kitų dalelių energija. Pavyzdžiui, kai anihiliuojasi elektronas ir pozitronas, išsiskiria du fotonai:

e - + e+ → 2γ.

Savo ruožtu fotonai gali virsti elektronų-pozitronų poromis. Tokios reakcijos aiškiai parodo, kad nėra aiškios ribos tarp lauko ir materijos, būdingos klasikiniam pasaulio paveikslui.

Atominiai branduoliai

Kitas nagrinėjamoje gamtos objektų hierarchijoje yra atomo branduolys. Branduolys yra susieta dviejų tipų hadronų - protonų ir neutronų - sistema, kuri šiuo atveju yra sujungta bendru pavadinimu „nukleonai“. Protonas yra paprasčiausio atomo – vandenilio atomo – branduolys. Jis turi teigiamą krūvį, skaičiais lygų elektrono krūviui. Neutronas yra elektriškai neutralus. Neutronų masė m n =1,6750·10 -27 kg. Protonų skaičius atomo branduolyje vadinamas atominiu skaičiumi ( Z), o bendras nukleonų skaičius yra masės skaičius ( A). Branduolinis krūvis yra teigiamas ir lygus Z · e. Daugumą atomų branduolių sudaro izotopų grupės. Įkrauti Z kiekvienoje izotopų grupėje yra pastovus, tačiau neutronų skaičius yra skirtingas. Yra stabilių, ilgaamžių ir radioaktyvių izotopų. Radioaktyvaus nestabilumo priežastys yra susijusios su neutronų trūkumu arba pertekliumi branduolyje.

Branduolio dydis sutartinai apibūdinamas spinduliu R branduoliai. Spindulys didėja didėjant nukleonų skaičiui pagal formulę, kur R 0 = (1,3 ..., 1,7) · 10 -15 m Nukleonų „pakavimo“ tankis branduolyje yra labai didelis ir siekia ~10 44 nukleonus/m 3 arba 10 17 kg/m 3 .

Kaip jau minėta, branduolio stabilumas paaiškinamas stipria sąveika arba branduolinių traukos jėgų buvimu. Energija, reikalinga nukleonams laikyti branduolyje, pagal energijos tvermės dėsnį, yra nulemta darbo, kurį reikia atlikti norint padalinti branduolį į jo sudedamuosius nukleonus. Ši energija vadinama branduolio surišimo energija. Ryšio energija pasireiškia kaip branduolio masės sumažėjimas jo formavimosi metu, palyginti su bendra nukleonų, sudarančių branduolį, mase:

Vertė Δ m vadinamas masiniu defektu. Ryšio energija apibrėžiama kaip

Paprastai branduoliui būdinga specifinė surišimo energija, ty energija vienam nukleonui. Fig. 5.3 paveiksle parodyta savitosios surišimo energijos priklausomybė nuo masės skaičiaus A, apibūdinantis nukleoninių ryšių stiprumą įvairių cheminių elementų branduoliuose. Kaip matyti iš grafiko, stipriausi ryšiai yra tarp elementų branduolių, kurių masės skaičiai (28 ... 138). Kai didinate A surišimo energija mažėja. Branduolių stiprumo sumažėjimas paaiškinamas tuo, kad lengvuosiuose branduoliuose nukleonų ryšiai nėra prisotinti, o sunkiuosiuose branduoliuose pradeda veikti Kulono protonų atstūmimas vienas nuo kito.

Iš pav. 5.3 taip pat rodo, kad stabilesnių branduolių susidarymo procesai (t. y. pasižymintys didelėmis Δ reikšmėmis E SW lydi energijos išlaisvinimas. Taigi lengvųjų branduolių susiliejimo reakcija su sunkesniųjų susidarymu (5.3 pav. rodyklė 1) ir sunkiųjų branduolių dalijimosi reakcija (5.3 pav. rodyklė 2) yra perspektyvi energetiniu požiūriu.

Šis klausimas išsamiai aptariamas antroje kurso dalyje.

Branduolinės reakcijos. Radioaktyvumas. Branduolinės reakcijos yra procesai, kurių metu iš vieno elemento branduolių susidaro kitų elementų branduoliai. Šie procesai gali vykti tiek dėl išorinių poveikių (pavyzdžiui, „branduolių susidūrimai su kitomis dalelėmis“), tiek spontaniškai, spontaniškai (radioaktyvus augimas).

Branduolinės reakcijos rašomos kaip cheminės reakcijos. Pavyzdžiui, dėl urano branduolio dalijimosi reakcijos susidūrimo su neutronu metu susidaro cezio ir rubidžio branduoliai ir du neutronai:

Branduolio apšvitinimas neutronais dažniausiai naudojamas branduolinėms reakcijoms vykdyti. Faktas yra tas, kad elektriškai neutralus neutronas nepatiria Kulono branduolinių protonų atstūmimo ir lengvai į jį prasiskverbia. Didelės energijos (>100 MeV) neutronų švitinimo įtakoje visi branduoliai dalijasi.

Skilimo reakcijų metu išsiskiriantys neutronai gali sukelti kitų branduolių dalijimąsi, dėl ko įvyksta grandininė reakcija – į laviną panašus procesas, pavyzdžiui, atominės bombos sprogimas. Kai kuriuos neutronus galima pašalinti iš skiliosios medžiagos, tada galima valdyti dalijimosi reakciją. Neutronų absorbcija grafito strypuose naudojama branduoliniuose reaktoriuose.

Savaiminis branduolių irimas, kai išsiskiria įvairios dalelės, vadinamas radioaktyvumu. Bet kokio radioaktyvaus skilimo metu pradinio branduolio masė viršija vieną pjovimo produktų masę, t.y. išsiskiria energija. Natūralų radioaktyvumą atrado A. Bsquerel (1896), o dirbtinį radioaktyvumą – Joliot-Curie sutuoktiniai (1936). Pagrindiniai radioaktyvumo tipai yra alfa, beta ir gama skilimas.

Alfa skilimas apima spontanišką ci dalelės (t. y. helio branduolio) išskyrimą iš branduolio. Alfa skilimas stebimas tik sunkiuosiuose branduoliuose, kurių Z ≥ 82.

Beta skilimo metu branduolys išskiria elektroną ir elektronų antineutriną (arba pozitroną ir elektronų neutriną):

Beta skilimą sukelia nukleonų transformacija, kurią sukelia silpna sąveika, pavyzdžiui, pirmojoje iš užfiksuotų reakcijų neutronas paverčiamas pagal schemą

Gama skilimą sudaro didelės energijos fotonų (γ kvantų) emisija iš branduolio. Branduolys, būdamas kvantine sistema, gali būti skirtingos energijos būsenose. Pereinant iš sužadintos energijos būsenų į žeminę, nesužadintą būseną, branduoliai išskiria γ kvantus. Šiuo atveju nei masės skaičius A, nei branduolio atominis skaičius Z nekeisti.

Kai yra informacijos, kad visos elementarios dalelės, sudarančios bet kurį cheminį elementą, susideda iš skirtingo skaičiaus nedalomų fantominių Po dalelių, susidomėjau, kodėl pranešime nekalbama apie kvarkus, nes tradiciškai manoma, kad jie yra struktūriniai elementai. elementariųjų dalelių.

Kvarkų teorija jau seniai tapo visuotinai priimta tarp mokslininkų, tyrinėjančių elementariųjų dalelių mikropasaulį. Ir nors pačioje pradžioje „kvarko“ sąvokos įvedimas buvo grynai teorinė prielaida, kurios egzistavimas buvo tik tariamai patvirtintas eksperimentiškai, šiandien ši sąvoka operuojama kaip nenumaldoma tiesa. Mokslo pasaulis sutiko kvarkus vadinti pagrindinėmis dalelėmis, o per kelis dešimtmečius ši koncepcija tapo pagrindine teorinių ir eksperimentinių didelės energijos fizikos tyrimų tema. „Kvarkas“ buvo įtrauktas į visų pasaulio gamtos mokslų universitetų mokymo programas. Šios srities tyrimams skiriamos milžiniškos lėšos – tik kiek kainuoja pastatyti Didįjį hadronų greitintuvą. Naujos mokslininkų kartos, tyrinėjančios kvarkų teoriją, suvokia ją tokia forma, kokia ji pateikiama vadovėliuose, praktiškai nesidomėdami šio klausimo istorija. Bet pabandykime nešališkai ir nuoširdžiai pažvelgti į „kvarko klausimo“ šaknį.

Iki XX amžiaus antrosios pusės, išplėtojus elementariųjų dalelių greitintuvų – linijinių ir apskritų ciklotronų, o vėliau ir sinchrotronų – technines galimybes, mokslininkams pavyko atrasti daug naujų dalelių. Tačiau jie nesuprato, ką daryti su šiais atradimais. Tada buvo iškelta mintis, remiantis teoriniais samprotavimais, bandyti sugrupuoti daleles ieškant tam tikros tvarkos (panašiai kaip periodinė cheminių elementų sistema – periodinė lentelė). Mokslininkai sutikoįvardykite sunkiąsias ir vidutinės masės daleles hadronai, o tada dar padalykite juos į barionai Ir mezonai. Visi hadronai dalyvavo stiprioje sąveikoje. Mažiau sunkiosios dalelės vadinamos leptonai, jie dalyvavo elektromagnetinėje ir silpnoje sąveikoje. Nuo tada fizikai bandė paaiškinti visų šių dalelių prigimtį, bandydami rasti bendrą modelį visiems, apibūdinantiems jų elgesį.

1964 m. amerikiečių fizikai Murray Gell-Mann (1969 m. Nobelio fizikos premijos laureatas) ir George'as Zweigas savarankiškai pasiūlė naują požiūrį. Buvo pateikta grynai hipotetinė prielaida, kad visi hadronai susideda iš trijų mažesnių dalelių ir jas atitinkančių antidalelių. Ir Gell-Man pavadino šias naujas daleles kvarkai.Įdomu tai, kad patį pavadinimą jis pasiskolino iš Jameso Joyce'o romano „Finnegano pabudimas“, kuriame herojus dažnai sapnuose girdėdavo žodžius apie paslaptinguosius tris kvarkus. Arba Gell-Man buvo per daug emocingas dėl šio romano, arba jam tiesiog patiko skaičius trys, tačiau savo moksliniuose darbuose jis siūlo pirmuosius tris kvarkus, vadinamus viršutiniu kvarku, įtraukti į elementariųjų dalelių fiziką. (Ir - iš anglų kalbos aukštyn), žemyn (d-žemyn) ir keista (s- keista), kurių dalinis elektros krūvis yra atitinkamai + 2/3, - 1/3 ir - 1/3, o antikvarkų atveju darykite prielaidą, kad jų krūviai yra priešingi.

Pagal šį modelį protonai ir neutronai, kurie, mokslininkų manymu, sudaro visus cheminių elementų branduolius, yra sudaryti iš trijų kvarkų: atitinkamai uud ir udd (vėl tie visur esantys trys kvarkai). Kodėl būtent iš trijų ir tokia tvarka, nepaaiškinta. Tai tiesiog autoritetingi mokslininkai sugalvojo ir viskas. Bandymai teoriją paversti gražia, nepriartina prie Tiesos, o tik iškreipia jau taip iškreiptą veidrodį, kuriame atsispindi Jo dalelė. Komplikuodami tai, kas paprasta, mes tolstame nuo Tiesos. Ir tai taip paprasta!

Taip kuriama „didelio tikslumo“ visuotinai pripažinta oficiali fizika. Ir nors kvarkų įvedimas iš pradžių buvo pasiūlytas kaip darbinė hipotezė, po trumpo laiko ši abstrakcija tvirtai įsitvirtino teorinėje fizikoje. Viena vertus, tai leido matematiniu požiūriu išspręsti didžiulės atvirų dalelių serijos užsakymo klausimą, kita vertus, tai liko tik teorija popieriuje. Kaip įprasta mūsų vartotojiškoje visuomenėje, daug žmonių pastangų ir išteklių buvo nukreipta eksperimentiniam kvarkų egzistavimo hipotezės patikrinimui. Mokesčių mokėtojų lėšos išleidžiamos, žmonėms reikia apie kažką pasakoti, rodyti reportažus, kalbėti apie savo „didžiuosius“ atradimus, kad gautų dar vieną dotaciją. „Na, jei reikia, mes tai padarysime“, - sako jie tokiais atvejais. Ir tada tai atsitiko.

Masačusetso technologijos instituto (JAV) Stenfordo departamento tyrėjų komanda branduoliui tirti naudojo linijinį greitintuvą, šaudydama elektronais į vandenilį ir deuterį (sunkųjį vandenilio izotopą, kurio branduolyje yra vienas protonas ir vienas neutronas). . Šiuo atveju buvo išmatuotas elektronų sklaidos kampas ir energija po susidūrimo. Esant mažai elektronų energijai, išsibarstę protonai su neutronais elgėsi kaip „homogeniškos“ dalelės, šiek tiek nukreipdamos elektronus. Tačiau didelės energijos elektronų pluoštų atveju atskiri elektronai prarado didelę pradinės energijos dalį, išsisklaidydami dideliais kampais. Amerikiečių fizikai Richardas Feynmanas (1965 m. Nobelio fizikos premijos laureatas ir, beje, vienas iš atominės bombos kūrėjų 1943–1945 m. Los Alamose) ir Jamesas Bjorkenas elektronų sklaidos duomenis interpretavo kaip sudėtinės protonų ir neutronų struktūros įrodymą. : anksčiau numatytų kvarkų pavidalu.

Atkreipkite dėmesį į šį pagrindinį dalyką. Eksperimentuotojai greitintuvuose, susidūrę dalelių (ne pavienių dalelių, o spindulių!!!) pluoštus, rinkdami statistiką (!!!) pamatė, kad protonas ir neutronas iš kažko susideda. Bet nuo ko? Jie nematė kvarkų ir net trijų skaičių tai neįmanoma, jie tiesiog matė energijų pasiskirstymą ir dalelių pluošto sklaidos kampus. O kadangi vienintelė tuo metu, nors ir labai fantastiška, elementariųjų dalelių sandaros teorija buvo kvarkų teorija, šis eksperimentas buvo laikomas pirmuoju sėkmingu kvarkų egzistavimo išbandymu.

Vėliau, žinoma, sekė kiti eksperimentai ir nauji teoriniai pagrindimai, bet jų esmė ta pati. Bet kuris moksleivis, perskaitęs šių atradimų istoriją, supras, kaip viskas šioje fizikos srityje yra toli, kaip viskas yra nesąžininga.

Taip atliekami eksperimentiniai tyrimai mokslo srityje gražiu pavadinimu – didelės energijos fizika. Būkime atviri sau, šiandien nėra aiškaus mokslinio kvarkų egzistavimo pagrindimo. Šios dalelės gamtoje tiesiog neegzistuoja. Ar kuris nors specialistas supranta, kas iš tikrųjų atsitinka, kai greitintuvuose susiduria du įkrautų dalelių pluoštai? Tai, kad remiantis šia kvarkų teorija buvo sukurtas vadinamasis Standartinis modelis, kuris neva yra pats tiksliausias ir teisingiausias, nieko nereiškia. Ekspertai puikiai žino visus šios naujausios teorijos trūkumus. Tačiau kažkodėl apie tai įprasta tylėti. Bet kodėl? „Ir didžiausia standartinio modelio kritika yra susijusi su gravitacija ir masės kilme. Standartiniame modelyje neatsižvelgiama į gravitaciją ir reikalaujama, kad dalelių masė, krūvis ir kai kurios kitos savybės būtų išmatuotos eksperimentiškai, kad vėliau būtų galima įtraukti į lygtis.

Nepaisant to, šiai tyrimų sričiai skiriamos didžiulės pinigų sumos, tik pagalvokite, kad patvirtintumėte standartinį modelį, o ne ieškotumėte tiesos. Pastatytas Didysis hadronų greitintuvas (CERN, Šveicarija) ir šimtai kitų greitintuvų visame pasaulyje, skiriami apdovanojimai ir dotacijos, išlaikomas didžiulis technikos specialistų kolektyvas, tačiau viso to esmė – banali apgaulė, Holivudo ir nieko daugiau. Paklauskite bet kurio žmogaus, kokią realią naudą šis tyrimas atneša visuomenei – niekas jums neatsakys, nes tai yra aklavietės mokslo šaka. Nuo 2012 metų kalbama apie Higso bozono atradimą CERN greitintuve. Šių studijų istorija – tai ištisa detektyvinė istorija, paremta ta pačia pasaulio bendruomenės apgaule. Įdomu tai, kad šis bozonas esą buvo atrastas būtent po to, kai buvo pradėta kalbėti apie šio brangaus projekto finansavimo nutraukimą. O norėdami parodyti visuomenei šių studijų svarbą, pateisinti jų veiklą, gauti naujų dalių dar galingesnių kompleksų statybai, šiose studijose dirbantys CERN darbuotojai turėjo susitarti su savo sąžine, norais.

Pranešime „PRIMODIUM ALLATRA PHYSICS“ pateikiama tokia įdomi informacija šia tema: „Mokslininkai atrado dalelę, tariamai panašią į Higso bozoną (bozoną numatė anglų fizikas Peteris Higgsas (1929), pagal teoriją turi ribotą masę ir neturi sukimosi). Tiesą sakant, tai, ką atrado mokslininkai, nėra geidžiamasis Higso bozonas. Tačiau šie žmonės, net patys to nesuvokdami, padarė tikrai svarbų atradimą ir atrado daug daugiau. Jie eksperimentiškai atrado reiškinį, kuris išsamiai aprašytas AllatRa knygoje. (pastaba: AllatRa knyga, 36 psl., paskutinė pastraipa). .

Kaip iš tikrųjų veikia materijos mikrokosmosas? Ataskaitoje „PRIMODIUM ALLATRA PHYSICS“ pateikiama patikima informacija apie tikrąją elementariųjų dalelių sandarą, žinios, kurios buvo žinomos senovės civilizacijoms, kurių nepaneigiamų įrodymų yra artefaktų pavidalu. Elementariosios dalelės susideda iš skirtingų skaičių fantominės Poe dalelės. „Phantominė Po dalelė yra krešulys, susidedantis iš septonų, aplink kuriuos yra nedidelis retintas savas septoninis laukas. Fantominė Po dalelė turi vidinį potencialą (ji yra jo nešėja), kuris atnaujinamas ezoosmoso procese. Pagal vidinį potencialą fantominė Po dalelė turi savo proporcingumą. Mažiausia fantominė Po dalelė yra unikali galios fantominė dalelė Po - Allat (pastaba: daugiau informacijos rasite vėliau ataskaitoje). Fantominė Po dalelė yra tvarkinga struktūra, nuolat judanti spirale. Jis gali egzistuoti tik surištoje būsenoje su kitomis fantominėmis Po dalelėmis, kurios konglomerate sudaro pirminius materijos pasireiškimus. Dėl savo unikalių funkcijų jis yra savotiškas fantomas (vaiduoklis) materialiam pasauliui. Atsižvelgiant į tai, kad visa medžiaga susideda iš fantominių Po dalelių, tai suteikia jai iliuzinės struktūros charakteristikas ir priklausomybės nuo ezoosmoso (vidinio potencialo užpildymo) proceso formą.

Phantom Poe dalelės yra neapčiuopiamas darinys. Tačiau susijungę (serijinį ryšį) vienas su kitu, pastatyti pagal informacinę programą tam tikru kiekiu ir tvarka, tam tikru atstumu vienas nuo kito, jie sudaro bet kurios materijos struktūros pagrindą, lemia jos įvairovę ir savybes, savo vidinio potencialo (energijos ir informacijos) dėka. Fantominė Po dalelė yra tai, iš ko iš esmės yra sudarytos elementarios dalelės (fotonas, elektronas, neutrinas ir kt.), taip pat dalelės, kurios atlieka sąveiką. Tai yra pagrindinis materijos pasireiškimas šiame pasaulyje.

Perskaičius šį pranešimą, atlikus tokį nedidelį kvarkų teorijos ir apskritai didelės energijos fizikos raidos istorijos tyrimą, tapo aišku, kiek mažai žmogus žino, ar apriboja savo žinias tik materialistinio mąstymo rėmais. pasaulėžiūra. Kažkokios beprotiškos prielaidos, tikimybių teorija, sąlyginė statistika, susitarimai ir patikimų žinių trūkumas. Tačiau žmonės kartais praleidžia savo gyvenimą šiam tyrimui. Esu tikras, kad tarp mokslininkų ir šios fizikos srities yra daug žmonių, kurie tikrai atėjo į mokslą ne dėl šlovės, valdžios ir pinigų, o dėl vieno tikslo – Tiesos pažinimo. Kai „PRIMODIUM ALLATRA PHYSICS“ žinios taps prieinamos, jie patys atkurs tvarką ir padarys tikrai epochinius mokslo atradimus, kurie atneš realią naudą visuomenei. Paskelbus šį unikalų pranešimą, šiandien atvertas naujas pasaulio mokslo puslapis. Dabar kyla klausimas ne apie žinias kaip tokias, o apie tai, ar patys žmonės yra pasirengę kūrybiškai panaudoti šias žinias. Kiekvienas žmogus gali padaryti viską, kas įmanoma, kad mes visi įveiktume mums primestą vartotojišką mąstymo formatą ir suprastume būtinybę sukurti dvasiškai kūrybingos ateities visuomenės kūrimo pamatus ateinančioje globalioje eroje. kataklizmai Žemės planetoje.

Valerijus Veršigora

Pagrindiniai žodžiai: kvarkai, kvarkų teorija, elementariosios dalelės, Higso bozonas, PRIMORDIAL ALLATRA FIZIKA, Didysis hadronų greitintuvas, ateities mokslas, fantominė Po dalelė, septono laukas, alatas, tiesos žinojimas.

Literatūra:

Kokkedee Y., Kvarkų teorija, M., Leidykla "Mir", 340 p., 1969, http://nuclphys.sinp.msu.ru/books/b/Kokkedee.htm;

Arthur W. Wiggins, Charles M. Wynn, The Five Biggest Unsolved Problems in Science, John Wiley & Sons, Inc., 2003 // Wiggins A., Wynn C. „Penkios neišspręstos mokslo problemos“ vertime. į rusų kalbą;

Įvykių pertekliaus stebėjimas ieškant standartinio modelio Higso bozono naudojant ATLAS detektorių LHC, 2012 m. liepos 9 d., CERN LHC, ATLAS, http://cds.cern.ch/record/1460439;

Naujo bozono, kurio masė artima 125 GeV, stebėjimas, 2012 m. liepos 9 d., CERN LHC, CMS, http://cds.cern.ch/record/1460438?ln=en ;

Tarptautinio socialinio judėjimo „ALLATRA“ tarptautinės mokslininkų grupės pranešimas „PRIMODIUM ALLATRA PHYSICS“, red. Anastasija Novykh, 2015 m.;

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 buvo aptinkamos kosminiuose spinduliuose, tai 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 visų elementariųjų dalelių kvantinė savybė yra gebėjimas gimti ir sunaikinti (išspinduliuoti 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 nuo kitų skiriasi tuo, kad dalyvauja elektromagnetinis laukas. Elektromagnetinis laukas (kvantinėje fizikoje – fotonas) yra arba spinduliuojamas, ir sugeriamas sąveikos metu, arba perduoda sąveiką tarp kūnų.

Elektromagnetinė sąveika užtikrina atomų ir materijos molekulių branduolių ir elektronų jungtį ir tuo (remiantis kvantinės mechanikos dėsniais) lemia stabilios tokių mikrosistemų būsenos 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, tačiau 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 kasdieniame gyvenime gravitacinės sąveikos vaidmuo yra daug labiau pastebimas nei silpnosios sąveikos vaidmuo. Taip atsitinka todėl, kad gravitacinė sąveika (taip pat ir elektromagnetinė sąveika) turi be galo didelį veikimo spindulį. Todėl, pavyzdžiui, kūnus, esančius Žemės paviršiuje, gravitacinė trauka traukia visi Žemę sudarantys atomai. Silpna sąveika turi tokį mažą veiksmų spektrą, kad jis dar nebuvo išmatuotas.

Šiuolaikinėje fizikoje esminį vaidmenį atlieka reliatyvistinė fizinių sistemų kvantinė teorija su begaliniu laisvės laipsnių skaičiumi – 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. Dalelės, kurių ramybės masė nulinė (fotonas, galbūt neutrinas), visada yra reliatyvistinės, t.y. visada juda šviesos greičiu.

Universalus būdas spręsti visas sąveikas, 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 laikoma 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 aptikti hadronai susideda iš penkių skirtingų tipų kvarkų („skonių“). Kiekvienas „skonio“ kvarkas gali būti trijų „spalvų“ būsenų arba turėti tris skirtingus „spalvos krūvius“.

Jei dėsniai, nustatantys ryšį tarp dydžių, charakterizuojančių fizikinę sistemą, arba nustatantys šių dydžių kitimą laikui bėgant, nesikeičia esant tam tikroms transformacijoms, kurioms gali būti taikoma sistema, tada sakoma, kad šie dėsniai turi simetriją (arba nekintamumą). ) šių transformacijų atžvilgiu. Matematiškai simetrijos transformacijos sudaro grupę.

Šiuolaikinėje elementariųjų dalelių teorijoje pirmauja tam tikrų transformacijų dėsnių simetrijos samprata. Simetrija laikoma veiksniu, lemiančiu įvairių elementariųjų dalelių grupių ir šeimų egzistavimą.

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 unifikacijos kryptis laikoma supergauge simetrija arba tiesiog supersimetrija.

60-aisiais amerikiečių 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, atsiranda tarpiniai vektoriniai bozonai – dalelės, kurios atlieka 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, tuomet turėtų būti elementarių skaliarinių bozonų – vadinamųjų Higso bozonų. Standartinė elektrosilpnos sąveikos teorija numato bent vieno skaliarinio bozono egzistavimą.

Elementariosios dalelės, siaurąja prasme, yra dalelės, kurių negalima laikyti sudarytomis iš kitų dalelių. Šiuolaikinėje fizikoje terminas " elementariosios dalelės" vartojamas platesne prasme: taip vadinamos mažiausios medžiagos dalelės, su sąlyga, kad jos nėra atomai (išimtis yra protonas); kartais dėl šios priežasties elementariosios dalelės vadinamos subbranduolinėmis dalelėmis. Dauguma šių dalelių (žinoma daugiau nei 350 jų) yra sudėtinės sistemos.

Elementariosios dalelės dalyvauti elektromagnetinėse, silpnose, stipriose ir gravitacinėse sąveikose. Dėl mažų masių elementariosios dalelėsį jų gravitacinę sąveiką dažniausiai neatsižvelgiama. Visi elementariosios dalelės suskirstyti į tris pagrindines grupes. Pirmąjį sudaro vadinamieji bozonai - elektrosilpnos sąveikos nešėjai. Tai apima fotoną arba elektromagnetinės spinduliuotės kvantą. Fotono ramybės masė lygi nuliui, todėl elektromagnetinių bangų (įskaitant šviesos bangas) sklidimo greitis parodo didžiausią fizikinio efekto sklidimo greitį ir yra viena iš pagrindinių fizinių konstantų; tai priimta Su= (299792458±1,2) m/s.

Antroji grupė elementariosios dalelės- leptonai, dalyvaujantys elektromagnetinėje ir silpnoje sąveikoje. Žinomi 6 leptonai: , elektroninis neutrinas, miuonas, miuoninis neutrinas, sunkusis τ-leptonas ir atitinkamas neutrinas. Elektronas (simbolis e) laikomas mažiausios masės gamtoje medžiagos nešikliu m e lygus 9,1×10 -28 g (energijos vienetais ≈0,511 MeV) ir mažiausias neigiamas elektros krūvis e= 1,6 × 10 -19 Cl. Miuonai (simbolis μ -) – tai dalelės, kurių masė yra apie 207 elektronų masės (105,7 MeV), o elektros krūvis lygus elektrono krūviui; sunkiojo τ leptono masė yra apie 1,8 GeV. Trys neutrinų tipai, atitinkantys šias daleles, yra elektronai (simbolis ν e), miuonas (simbolis ν μ) ir τ-neutrinas (simbolis ν τ) yra lengvos (galbūt bemasės) elektriškai neutralios dalelės.

Kiekvienas leptonas atitinka leptoną, kuris turi tas pačias masės, sukimosi ir kitų charakteristikų reikšmes, tačiau skiriasi elektros krūvio ženklu. Egzistuoja (simbolis e +) - antidalelė, atsižvelgiant į , teigiamai įkrauta (simbolis μ +) ir trijų tipų antineutrino (simboliai ), kuriems priskiriamas priešingas specialaus kvantinio skaičiaus, vadinamo leptono krūviu, ženklas (žr. toliau).

Trečioji elementariųjų dalelių grupė yra hadronai, dalyvaujantys stiprioje, silpnoje ir elektromagnetinėje sąveikoje. Hadronai yra „sunkios“ dalelės, kurių masė yra žymiai didesnė už elektrono masę. Tai didžiausia grupė elementariosios dalelės. Hadronai skirstomi į barionus – daleles su sukimu ½ћ, mezonus – daleles su sveikuoju sukiniu (0 arba 1); taip pat vadinamieji rezonansai – trumpalaikės sužadintos hadronų būsenos. Barionai apima protoną (simbolis p) – vandenilio atomo branduolį, kurio masė ~ 1836 kartus didesnė už m e ir lygus 1,672648×10 -24 g (≈938,3 MeV), o teigiamas elektros krūvis lygus neutrono (simbolis n) - elektriškai neutralios dalelės, kurios masė šiek tiek viršija protono masę, krūviui. Viskas yra sukurta iš protonų ir neutronų, tai yra stipri sąveika, kuri lemia šių dalelių ryšį. Esant stipriai sąveikai, protonas ir neutronas turi tas pačias savybes ir yra laikomi dviem kvantinėmis vienos dalelės – nukleono su izotopiniu sukiniu ½ћ – būsenomis (žr. toliau). Barionai taip pat apima hiperonus - elementariosios dalelės kurių masė didesnė nei nukleono: Λ-hiperono masė yra 1116 MeV, Σ-hiperono - 1190 MeV, Θ-hiperono - 1320 MeV, Ω-hiperono - 1670 MeV. Mezonų masės yra tarpinės tarp protono ir elektrono masių (π-mezonas, K-mezonas). Yra neutralūs ir įkrauti mezonai (su teigiamu ir neigiamu elementariu elektros krūviu). Pagal savo statistines savybes visi mezonai priskiriami bozonams.

Pagrindinės elementariųjų dalelių savybės

Kiekvienas elementarioji dalelė apibūdinamas diskrečiųjų fizinių dydžių (kvantinių skaičių) verčių rinkiniu. Bendrosios visų charakteristikos elementariosios dalelės- masė, tarnavimo laikas, sukimasis, elektros krūvis.

Priklausomai nuo gyvenimo trukmės elementariosios dalelės skirstomi į stabilius, beveik stabilius ir nestabilius (rezonansus). Stabilūs (šiuolaikinių matavimų tikslumu) yra: elektronas (gyvenimo laikas daugiau nei 5 × 10 21 metai), protonas (daugiau nei 10 31 metai), fotonas ir neutrinas. Kvazistabilios dalelės apima daleles, kurios suyra dėl elektromagnetinės ir silpnos sąveikos, jų gyvavimo laikas yra ilgesnis nei 10–20 s. Rezonansai nyksta dėl stiprios sąveikos, būdingas jų gyvavimo laikas yra 10 -22 - 10 -24 s.

Vidinės charakteristikos (kvantiniai skaičiai) elementariosios dalelės yra leptonas (simbolis L) ir barionas (simbolis IN)mokesčiai; šie skaičiai laikomi griežtai išsaugotais dydžiais visų tipų pagrindinėms sąveikoms. Leptonams ir jų antidalelėms L turėti priešingų ženklų; barionams IN= 1, atitinkamoms antidalelėms IN=-1.

Hadronams būdingi ypatingi kvantiniai skaičiai: „keistumas“, „žavesys“, „grožis“. Paprastieji (nekeista) hadronai – protonas, neutronas, π-mezonai. Skirtingose ​​hadronų grupėse yra dalelių šeimų, kurios yra panašios masės ir turi panašias savybes stiprios sąveikos atžvilgiu, tačiau turi skirtingas elektros krūvio vertes; Paprasčiausias pavyzdys yra protonas ir neutronas. Bendras kvantinis skaičius tokiems elementariosios dalelės- vadinamasis izotopinis sukinys, kuris, kaip ir įprastas sukinys, įgauna sveikųjų ir pusiau sveikųjų skaičių reikšmes. Ypatingos hadronų savybės taip pat apima vidinį paritetą, kurio reikšmės yra ±1.

Svarbi nuosavybė elementariosios dalelės- jų gebėjimas tarpusavyje keistis dėl elektromagnetinės ar kitokios sąveikos. Viena iš abipusių transformacijų rūšių yra vadinamasis poros gimimas, arba dalelės ir antidalelės susidarymas vienu metu (bendruoju atveju poros susidarymas elementariosios dalelės su priešingais leptono arba bariono krūviais). Galimi elektronų-pozitronų porų e - e +, miuonų porų μ + μ - naujų sunkiųjų dalelių gimimo procesai leptonų susidūrimuose, formuojantis iš kvarkų cc- Ir bb-valstybės (žr. toliau). Kitas interkonversijos tipas elementariosios dalelės- poros sunaikinimas dalelių susidūrimo metu, kai susidaro baigtinis fotonų skaičius (γ-kvantai). Paprastai susidaro 2 fotonai, kai bendras susidūrusių dalelių sukinys yra lygus nuliui, o 3 fotonai susidaro, kai bendras sukimasis lygus 1 (krūvio pariteto išsaugojimo dėsnio apraiška).

Tam tikromis sąlygomis, ypač esant mažam susidūrimo dalelių greičiui, gali susidaryti surišta sistema - pozitronis e - e + ir muonis μ + e - . Tai nestabilios sistemos, dažnai vadinamos panašios į vandenilį. Jų gyvavimo trukmė medžiagoje labai priklauso nuo medžiagos savybių, todėl į vandenilį panašius atomus galima naudoti tiriant kondensuotų medžiagų struktūrą ir greitų cheminių reakcijų kinetiką (žr. „Mezono chemija“, „Branduolinė chemija“).

Kvarkų hadronų modelis

Išsamus hadronų kvantinių skaičių tyrimas, siekiant juos klasifikuoti, leido padaryti išvadą, kad keisti hadronai ir įprasti hadronai kartu sudaro panašių savybių dalelių asociacijas, vadinamas vienetiniais multipletais. Į juos įtrauktų dalelių skaičius yra 8 (oktetas) ir 10 (dekupletas). Dalelės, sudarančios vientisą multipletą, turi tą patį vidinį paritetą, tačiau skiriasi elektros krūvio vertėmis (izotopinio multipleto dalelėmis) ir keistumu. Simetrijos savybės siejamos su vienetinėmis grupėmis. Manoma, kad hadronai yra 3 pagrindinių dalelių deriniai, kurių sukimasis ½: n- kvarkai, d-kvarkai ir s-kvarkai. Taigi mezonai susideda iš kvarko ir antikvarko, barionai – iš 3 kvarkų.

Prielaida, kad hadronai susideda iš 3 kvarkų, buvo padaryta 1964 m. (J. Zweig ir, nepriklausomai, M. Gell-Mann). Vėliau į hadronų struktūros modelį buvo įtraukti dar du kvarkai (ypač siekiant išvengti konfliktų su Pauli principu) - „žavesys“ ( Su) ir „gražus“ ( b), taip pat pristatė specialias kvarkų savybes - „skonį“ ir „spalvą“. Kvarkai, veikiantys kaip hadronų komponentai, nebuvo pastebėti laisvoje būsenoje. Visa hadronų įvairovė yra dėl įvairių derinių n-, d-, s-, Su- Ir b-kvarkai, sudarantys sujungtas būsenas. Paprastieji hadronai (protonas, neutronas, π-mezonai) atitinka sujungtas būsenas, sudarytas iš n- Ir d-kvarkai. Buvimas hadrone kartu su n- Ir d- kvarkai iš vieno s-, Su- arba b-kvarkas reiškia, kad atitinkamas hadronas yra „keistas“, „žavėtas“ arba „gražus“.

Hadronų struktūros kvarko modelis buvo patvirtintas eksperimentų, atliktų septintojo dešimtmečio pabaigoje - 70-ųjų pradžioje, rezultatas. XX amžiuje Kvarkai iš tikrųjų buvo pradėti laikyti naujais elementariosios dalelės- tiesa elementariosios dalelės hadroninei materijos formai. Laisvųjų kvarkų nepastebėjimas, matyt, yra esminio pobūdžio ir leidžia manyti, kad jie yra tie elementariosios dalelės, kurios uždaro medžiagos struktūrinių komponentų grandinę. Egzistuoja teoriniai ir eksperimentiniai argumentai už tai, kad tarp kvarkų veikiančios jėgos nesilpnėja su atstumu, t.y. Kvarkų atskyrimas vieną nuo kito reikalauja be galo didelės energijos arba, kitaip tariant, kvarkų atsiradimas laisvoje būsenoje yra neįmanomas. Tai daro juos visiškai naujo tipo materijos struktūriniais vienetais. Gali būti, kad kvarkai veikia kaip paskutinė materijos suskaidymo stadija.

Trumpa istorinė informacija

Pirma atidaryta elementarioji dalelė egzistavo elektronas – neigiamo elektros krūvio nešėjas atomuose (J.J. Thomson, 1897). 1919 metais E. Rutherfordas atrado protonus tarp dalelių, išmuštų iš atomo branduolių. Neutronus 1932 metais atrado J. Chadwickas. 1905 metais A. Einšteinas postulavo, kad elektromagnetinė spinduliuotė yra atskirų kvantų (fotonų) srautas ir tuo remdamasis paaiškino fotoelektrinio efekto dėsnius. Egzistencija kaip ypatinga elementarioji dalelė pirmasis pasiūlė W. Pauli (1930); elektroninis