Энгийн бөөмсийн ангилал. Элементар бөөмс

350 гаруй энгийн тоосонцор олдсон. Эдгээрээс фотон, электрон ба мюон нейтрино, электрон, протон ба тэдгээрийн эсрэг бөөмс нь тогтвортой байдаг. Үлдсэн энгийн бөөмсүүд нь экспоненциал хуулийн дагуу аяндаа задрахдаа ойролцоогоор 1000 секундээс (чөлөөт нейтроны хувьд) секундын өчүүхэн хэсэг (резонансуудын хувьд 10 −24-ээс 10 −22 секунд) хүртэл тогтмол хугацаатай байдаг.

Эгэл бөөмсийн бүтэц, зан төлөвийг бөөмийн физик судалдаг.

Бүх элементар бөөмс нь ижил төстэй байдлын зарчим (Орчлон ертөнцийн ижил төрлийн бүх элементар бөөмүүд бүх шинж чанараараа бүрэн ижил байдаг) ба долгион-бөөмийн хоёрдмол байдлын зарчим (энгийн бөөмс бүр де Бройль долгионтой тохирдог) зарчимд захирагддаг.

Бүх энгийн бөөмс нь харилцан хувирах шинж чанартай байдаг бөгөөд энэ нь тэдгээрийн харилцан үйлчлэлийн үр дагавар юм: хүчтэй, цахилгаан соронзон, сул, таталцлын. Бөөмийн харилцан үйлчлэл нь бөөмс, тэдгээрийн цуглуулгыг эрчим хүч, импульс, өнцгийн импульс, цахилгаан цэнэг, барион цэнэг гэх мэт хадгалалтын хуулиар хориглоогүй бол бусад бөөмс, тэдгээрийн цуглуулгад хувиргахад хүргэдэг.

Энгийн бөөмсийн үндсэн шинж чанарууд: масс, спин, цахилгаан цэнэг, амьдралын хугацаа, паритет, G-паритет, соронзон момент, барионы цэнэг, лептоны цэнэг, хачирхалтай байдал, изотопын спин, CP паритет, цэнэгийн паритет.

Нэвтэрхий толь бичиг YouTube

1 / 5

✪ Элементар бөөмс

✪ CERN: Бөөмийн физикийн стандарт загвар

✪ Хичээл 473. Элементар бөөмс. Позитрон. Нейтрино

✪ Орчлон ертөнцийн тоосго: Дэлхийг бүрдүүлдэг элементийн тоосонцор. Профессор Дэвид Тонгийн лекц.

✪ Энгийн бөөмсийн ертөнц (академич Валерий Рубаковын өгүүлсэн)

Хадмал орчуулга

Ангилал

Насан туршдаа

• Тогтвортой энгийн бөөмс гэдэг нь чөлөөт төлөвт (протон, электрон, нейтрино, фотон, гравитон ба тэдгээрийн эсрэг хэсгүүд) хязгааргүй урт наслалттай бөөмс юм.
• Тогтворгүй энгийн бөөмс нь хязгаарлагдмал хугацаанд (бусад бүх бөөмс) чөлөөт төлөвт бусад бөөмс болж задардаг бөөмс юм.

Жингээр

Бүх энгийн бөөмсийг хоёр ангилалд хуваадаг.

• Массгүй бөөмс нь тэг масстай бөөмс (фотон, глюон, гравитон ба тэдгээрийн эсрэг хэсгүүд) юм.
• Тэг биш масстай бөөмс (бусад бүх бөөмс).

Хамгийн том нуруугаар

Бүх энгийн бөөмсийг хоёр ангилалд хуваадаг.

Харилцааны төрлөөр

Элементар бөөмсийг дараах бүлгүүдэд хуваана.

Нийлмэл хэсгүүд

• Адронууд нь бүх төрлийн үндсэн харилцан үйлчлэлд оролцдог бөөмс юм. Эдгээр нь кваркуудаас бүрдэх ба эргээд дараахь байдлаар хуваагддаг.
  • мезонууд нь бүхэл тоо ээрэх адронууд, өөрөөр хэлбэл тэдгээр нь бозонууд юм;
  • барионууд нь хагас бүхэл тоо ээрэх адронууд, өөрөөр хэлбэл фермионууд юм. Үүнд, ялангуяа атомын цөмийг бүрдүүлдэг бөөмс - протон ба нейтрон орно.

Үндсэн (бүтэцгүй) бөөмс

• Лептонууд нь 10-18 м хүртэлх хэмжээтэй цэгийн бөөмс хэлбэртэй (өөрөөр хэлбэл ямар ч зүйлээс бүрдээгүй) фермионууд юм. Тэд хүчтэй харилцан үйлчлэлд оролцдоггүй. Цахилгаан соронзон харилцан үйлчлэлд оролцох нь зөвхөн цэнэглэгдсэн лептонуудад (электрон, мюон, тау лептон) туршилтаар ажиглагдсан бөгөөд нейтриногийн хувьд ажиглагдаагүй. Мэдэгдэж байгаа 6 төрлийн лептон байдаг.
• Кваркууд нь адронуудын нэг хэсэг болох бутархай цэнэгтэй бөөмс юм. Тэд чөлөөт төлөвт ажиглагдаагүй (ийм ажиглалт байхгүй байгааг тайлбарлахын тулд хорих механизмыг санал болгосон). Лептонуудын нэгэн адил тэдгээр нь 6 төрөлд хуваагддаг бөгөөд бүтэцгүй гэж тооцогддог боловч лептонуудаас ялгаатай нь хүчтэй харилцан үйлчлэлд оролцдог.
• Хэмжигч бозонууд нь хоорондоо харилцан үйлчлэлцдэг бөөмс юм.
  • фотон - цахилгаан соронзон харилцан үйлчлэлийг явуулдаг бөөмс;
  • найман глюон - хүчтэй харилцан үйлчлэлийг явуулдаг хэсгүүд;
  • гурван завсрын вектор бозонууд В + , В- ба З 0, сул харилцан үйлчлэлийг тэсвэрлэдэг;
  • гравитон бол таталцлын харилцан үйлчлэлийг дамжуулдаг таамагласан бөөмс юм. Гравитонууд байгаа нь таталцлын харилцан үйлчлэлийн сул байдлаас болж туршилтаар хараахан нотлогдоогүй боловч нэлээд магадлалтай гэж үздэг; гэхдээ гравитон нь энгийн бөөмсийн стандарт загварт ороогүй болно.

Энгийн бөөмсийн хэмжээ

Олон төрлийн энгийн бөөмсийг үл харгалзан тэдгээрийн хэмжээ нь хоёр бүлэгт багтдаг. Адронуудын хэмжээ (барион ба мезон хоёулаа) нь ойролцоогоор 10-15 м бөгөөд тэдгээрт багтсан кваркуудын хоорондох дундаж зайтай ойролцоо байна. Туршилтын алдаан доторх үндсэн бүтэцгүй хэсгүүдийн хэмжээсүүд - царигийн бозонууд, кваркууд ба лептонууд нь тэдгээрийн цэгийн шинж чанартай тохирч байна (диаметрийн дээд хязгаар нь ойролцоогоор 10-18 м байна) ( тайлбарыг үзнэ үү). Хэрэв цаашдын туршилтаар эдгээр бөөмсийн эцсийн хэмжээг илрүүлээгүй бол энэ нь хэмжигч бозон, кварк, лептонуудын хэмжээ үндсэн урттай ойролцоо байгааг илтгэнэ (энэ нь 1.6-тай тэнцэх Планкийн урт байж магадгүй юм). 10 −35 м).

Гэсэн хэдий ч энгийн бөөмийн хэмжээ нь сонгодог ойлголттой үргэлж нийцдэггүй нэлээд төвөгтэй ойлголт гэдгийг тэмдэглэх нь зүйтэй. Нэгдүгээрт, тодорхойгүй байдлын зарчим нь физик бөөмийг хатуу нутагшуулахыг зөвшөөрдөггүй. Бөөмийг нарийн локалчлагдсан квант төлөвүүдийн суперпозиция болгон төлөөлдөг долгионы пакет нь үргэлж хязгаарлагдмал хэмжээсүүдтэй, тодорхой орон зайн бүтэцтэй байдаг бөгөөд пакетийн хэмжээсүүд нь нэлээд макроскоп байж болно - жишээлбэл, хоёр ангархай дээр хөндлөнгийн оролцоотой туршилтын электрон. Макроскопийн зайгаар тусгаарлагдсан интерферометрийн хоёр ангархайг "мэдэрнэ". Хоёрдугаарт, физик бөөмс нь эргэн тойрон дахь вакуумын бүтцийг өөрчилж, богино хугацааны виртуал тоосонцор - фермион-антифермион хос (Вакуумын туйлшралыг үзнэ үү) болон харилцан үйлчлэлцдэг бозонуудын "давх" -ыг үүсгэдэг. Энэ бүсийн орон зайн хэмжээсүүд нь бөөмийн эзэмшдэг хэмжигч цэнэг болон завсрын бозонуудын массаас хамаардаг (их хэмжээний виртуаль бозонуудын бүрхүүлийн радиус нь Комптон долгионы урттай ойролцоо бөгөөд энэ нь эргээд масстай урвуу пропорциональ байна) ). Тиймээс нейтриногийн үүднээс авч үзвэл электроны радиус (тэдгээрийн хооронд зөвхөн сул харилцан үйлчлэл байж болно) нь W-бозонуудын Комптон долгионы урт, ~3 × 10 -18 м, бүсийн хэмжээстэй ойролцоогоор тэнцүү байна. Адроны хүчтэй харилцан үйлчлэлийг хамгийн хөнгөн адрон болох пи-мезон (~10-15 м)-ийн Комптон долгионы уртаар тодорхойлдог бөгөөд энд харилцан үйлчлэлийн тээвэрлэгч үүрэг гүйцэтгэдэг.

Өгүүллэг

Эхэндээ "элементар бөөмс" гэсэн нэр томъёо нь туйлын энгийн зүйл, материйн анхны тоосго гэсэн утгатай. Гэсэн хэдий ч 1950-1960-аад онд ижил төстэй шинж чанартай хэдэн зуун адроныг олж илрүүлэхэд адронууд ядаж дотоод эрх чөлөөний зэрэгтэй, өөрөөр хэлбэл тэдгээр нь үгийн хатуу утгаараа энгийн зүйл биш болох нь тодорхой болсон. Хожим адронууд кваркуудаас бүрддэг болох нь тогтоогдсоноор энэ сэжиг батлагджээ.

Тиймээс физикчид материйн бүтцэд бага зэрэг гүнзгий нэвтэрсэн: лептон ба кваркуудыг одоо материйн хамгийн энгийн, цэгтэй хэсгүүд гэж үздэг. Тэдний хувьд (царигч бозонуудтай хамт) " суурь  бөөмс".

Ойролцоогоор 1980-аад оны дунд үеэс эхлэн идэвхтэй хөгжиж ирсэн утсан онолд энгийн бөөмс ба тэдгээрийн харилцан үйлчлэл нь ялангуяа жижиг "утас" -ын янз бүрийн төрлийн чичиргээний үр дагавар гэж үздэг.

Стандарт загвар

Энгийн бөөмсийн стандарт загварт фермионуудын 12 амт, тэдгээрийн харгалзах эсрэг бөөмс, түүнчлэн хэмжигч бозонууд (фотон, глюон, В- Тэгээд  Збөөмс хоорондын харилцан үйлчлэлийг дамжуулдаг бозонууд ба 2012 онд нээсэн Хиггс бозон нь бөөмс дэх инерцийн масс байх үүрэгтэй. Гэсэн хэдий ч Стандарт загварыг үндсэн онол гэхээсээ илүү түр зуурын онол гэж үздэг, учир нь энэ нь таталцлыг агуулаагүй бөгөөд хэд хэдэн чөлөөт параметрүүдийг (бөөмийн масс гэх мэт) агуулдаг бөгөөд эдгээрийн утгууд нь шууд дагаж мөрддөггүй. онол. Магадгүй стандарт загварт тодорхойлогдоогүй энгийн бөөмс байдаг - жишээлбэл, гравитон (таталцлын хүчийг зөөдөг бөөмс) эсвэл энгийн бөөмсийн хэт тэгш хэмтэй түншүүд. Нийтдээ загвар нь 61 ширхэгийг дүрсэлсэн байдаг.

Фермионууд

Фермионы 12 амт нь тус бүрдээ 4 ширхэгтэй 3 гэр бүлд (үе) хуваагддаг. Тэдний зургаа нь кварк юм. Үлдсэн зургаа нь лептон, гурав нь нейтрино, үлдсэн гурав нь электрон, мюон, тау лептон гэсэн нэгж сөрөг цэнэг агуулдаг.

БӨӨМСӨН- бүх бодисоос бүрддэг гэж үздэг анхдагч, цаашид задрах боломжгүй хэсгүүд. Орчин үеийн физикт "элементар бөөмс" гэсэн нэр томъёог ихэвчлэн атом (Атомыг үзнэ үү) эсвэл атомын цөм (Атомын цөмийг үзнэ үү) биш материйн жижиг хэсгүүдийн том бүлгийг тодорхойлоход ашигладаг. Үл хамаарах зүйл бол устөрөгчийн атомын цөм - протон юм.

20-р зууны 80-аад он гэхэд шинжлэх ухаан 500 гаруй энгийн бөөмсийг мэддэг байсан бөгөөд тэдгээрийн ихэнх нь тогтворгүй байв. Элемент хэсгүүдэд протон (p), нейтрон (n), электрон (e), фотон (γ), пи-мезон (π), мюон (μ), хүнд лептон (τ +, τ -), гурван төрлийн нейтрино орно. электрон (V e), муон (V μ) ба хүнд дептон (V τ) гэж нэрлэгддэг "хачирхалтай" тоосонцортой холбоотой (K-мезон ба гиперонууд), янз бүрийн резонансууд, далд сэтгэл татам мезонууд ” бөөмс, upsilon тоосонцор (Υ), “сайхан” бөөмс, завсрын вектор бозон гэх мэт. Физикийн бие даасан салбар бий болсон - энгийн бөөмсийн физик.

Бөөмийн физикийн түүх нь 1897 онд Ж.Ж.Томсон электроныг нээсэн үеэс эхэлдэг (Электрон цацрагийг үзнэ үү); 1911 онд Р.Милликан түүний цахилгаан цэнэгийн хэмжээг хэмжжээ. “Фотон” буюу гэрлийн квант гэдэг ойлголтыг 1900 онд М.Планк нэвтрүүлсэн. Фотон байгаагийн шууд туршилтын нотолгоог Милликан (1912-1915), Комптон (А.Н. Комптон, 1922) нар олж авсан. Атомын цөмийг судлах явцад Э.Рутерфорд протоныг нээсэн (Протоны цацрагийг үзнэ үү), 1932 онд Ж.Чадвик нейтроныг нээсэн (Нейтроны цацрагийг үз). 1930 онд В.Паулигийн таамаглаж байсан нейтрино байдаг нь 1953 онд туршилтаар нотлогдсон.

Элементар бөөмсийг гурван бүлэгт хуваадаг. Эхнийх нь нэг энгийн бөөмс - фотон, γ-квант эсвэл цахилгаан соронзон цацрагийн квантаар илэрхийлэгддэг. Хоёр дахь бүлэг нь цахилгаан соронзоноос гадна сул харилцан үйлчлэлд оролцдог лептонууд (Грекийн leptos жижиг, хөнгөн) юм. Мэдэгдэж байгаа 6 лептон байдаг: электрон ба электрон нейтрино, мюон ба муон нейтрино, хүнд τ-лептон ба харгалзах нейтрино. Гурав дахь үндсэн бөөмс бол адронууд (грекээр hadros том, хүчтэй) бөгөөд бүх төрлийн харилцан үйлчлэлд оролцдог, үүнд хүчтэй харилцан үйлчлэл орно (доороос үзнэ үү). Адронууд нь хоёр төрлийн бөөмсийг агуулдаг: барион (Грекээр хүнд) - хагас бүхэл спиралтай, протоны массаас багагүй масстай бөөмс, мезон (Грекийн месос орчин) - тэг буюу бүхэл спиралтай бөөмс (Электрон парамагнитыг үзнэ үү. резонанс). Барионууд нь протон ба нейтрон, гиперонууд, зарим резонансууд, "сэтгэл татам" бөөмсүүд болон бусад зарим энгийн хэсгүүдийг агуулдаг. Цорын ганц тогтвортой барион бол протон, бусад барионууд нь тогтворгүй (чөлөөт төлөвт байгаа нейтрон нь тогтворгүй бөөмс, харин тогтвортой атомын цөм доторх холбоотой төлөвт тогтвортой байдаг. Мезонууд нь эхнийх нь масстай учраас ийм нэртэй болсон. Илэрсэн мезонууд - пи-мезон ба К-мезон нь протон ба электроны массын хооронд завсрын утгатай байсан бөгөөд масс нь протоны массаас давсан мезонууд бас хачирхалтай байдаг ) - тэг, эерэг эсвэл сөрөг квант тоог энгийн гэж нэрлэдэг бөгөөд S ≠ 0 - хачирхалтай гэж 1964 онд Г.Цвейг, М.Гелл-Манн нар адронуудын үр дүнг бие даан санал болгосон Олон тооны туршилтууд нь кваркууд нь кваркуудын доторх бодит материаллаг формацууд болохыг харуулж байна, жишээлбэл, бутархай цахилгаан цэнэг гэх мэт. Кваркууд чөлөөт төлөвт ажиглагдаагүй. Бүх адронууд кваркуудын янз бүрийн хослолын улмаас үүсдэг гэж үздэг.

Эхэндээ энгийн бөөмсийг цацраг идэвхт задрал (Цацраг идэвхитийг үзнэ үү) болон сансрын цацраг (харна уу) судлахад судалж байсан. Гэсэн хэдий ч 20-р зууны 50-аад оноос хойш цэнэгтэй бөөмсийн хурдасгуурууд дээр энгийн бөөмсийн судалгааг хийж эхэлсэн (харна уу), хурдасгасан бөөмс нь байг бөмбөгдөж эсвэл тэдэн рүү нисч буй бөөмстэй мөргөлддөг. Энэ тохиолдолд бөөмс нь хоорондоо харилцан үйлчилж, улмаар тэдгээрийн харилцан хувирал үүсдэг. Ихэнх энгийн бөөмсийг ингэж нээсэн юм.

Энгийн бөөмс бүрийг өөрийн харилцан үйлчлэлийн онцлогоос гадна бүхэл тоо эсвэл бутархай тоогоор (квант тоо) илэрхийлсэн тодорхой физик хэмжигдэхүүний салангид утгуудын багцаар дүрслэгддэг. Бүх элементийн бөөмсийн нийтлэг шинж чанарууд нь масс (м), амьдрах хугацаа (t), спин (J) - квант шинж чанартай, бүхэлдээ бөөмийн хөдөлгөөнтэй холбоогүй энгийн бөөмсийн дотоод өнцгийн импульс, цахилгаан цэнэг (Ω) ​​ба соронзон момент (μ). Үнэмлэхүй утгаараа судлагдсан энгийн бөөмсийн цахилгаан цэнэг нь электрон цэнэгийн бүхэл үржвэр (e≈1.6*10 -10 k) байна. Мэдэгдэж буй энгийн бөөмс нь 0, ±1, ±2-тэй тэнцүү цахилгаан цэнэгтэй байдаг.

Бүх энгийн бөөмс нь харгалзах эсрэг бөөмстэй байдаг бөгөөд тэдгээрийн масс ба спин нь бөөмийн масс ба спинтэй тэнцүү, цахилгаан цэнэг, соронзон момент болон бусад шинж чанарууд нь үнэмлэхүй утгаараа тэнцүү, тэмдгийн эсрэг байдаг. Жишээлбэл, электроны эсрэг бөөмс нь позитрон - эерэг цахилгаан цэнэгтэй электрон юм. Эсрэг бөөмстэй ижил төстэй энгийн бөөмсийг жинхэнэ төвийг сахисан гэж нэрлэдэг, жишээлбэл, нейтрон ба антинейтрон, нейтрино ба антинейтрино гэх мэт. Эсрэг бөөмсүүд хоорондоо харилцан үйлчлэх үед тэдгээрийн устаж үгүй ​​болдог (харна уу).

Материаллаг орчинд энгийн бөөмс орохдоо түүнтэй харилцан үйлчилнэ. Хүчтэй, цахилгаан соронзон, сул, таталцлын харилцан үйлчлэл байдаг. Хүчтэй харилцан үйлчлэл (цахилгаан соронзон харилцан үйлчлэлээс илүү хүчтэй) нь 10 -15 м (1 Ферми) -ээс бага зайд байрлах энгийн хэсгүүдийн хооронд үүсдэг. 1.5 Ферми-ээс их зайд бөөмс хоорондын харилцан үйлчлэх хүч тэгтэй ойролцоо байна. Энэ нь хуурай газрын нөхцөлд материйн тогтвортой байдлын үндэс суурь болох атомын цөмийн онцгой хүчийг хангадаг энгийн бөөмсийн хүчтэй харилцан үйлчлэл юм. Хүчтэй харилцан үйлчлэлийн онцлог шинж чанар нь цахилгаан цэнэгийн бие даасан байдал юм. Адронууд хүчтэй харилцан үйлчлэлцэх чадвартай. Хүчтэй харилцан үйлчлэл нь богино хугацааны тоосонцорыг задрахад хүргэдэг (амьдралын хугацаа 10 -23 - 10 -24 сек.) бөгөөд үүнийг резонанс гэж нэрлэдэг.

Бүх цэнэгтэй энгийн бөөмс, фотон, соронзон момент бүхий төвийг сахисан бөөмс (жишээлбэл, нейтрон) нь цахилгаан соронзон харилцан үйлчлэлд өртдөг. Цахилгаан соронзон харилцан үйлчлэлийн үндэс нь цахилгаан соронзон оронтой холбогдох явдал юм. Цахилгаан соронзон харилцан үйлчлэлийн хүч нь хүчтэй харилцан үйлчлэлийн хүчнээс ойролцоогоор 100 дахин сул байдаг. Цахилгаан соронзон харилцан үйлчлэлийн гол хамрах хүрээ нь атом ба молекулууд юм (Молекулыг үзнэ үү). Энэхүү харилцан үйлчлэл нь хатуу бодисын бүтэц, химийн бодисын шинж чанарыг тодорхойлдог. үйл явц. Энэ нь энгийн бөөмс хоорондын зайгаар хязгаарлагдахгүй тул атомын хэмжээ нь атомын цөмөөс ойролцоогоор 10 4 дахин том хэмжээтэй байдаг.

Сул харилцан үйлчлэл нь энгийн бөөмсийг хамарсан маш удаан үйл явцын үндэс юм. Жишээлбэл, сул харилцан үйлчлэлтэй нейтрино нь дэлхий болон нарны зузааныг амархан нэвтэрч чаддаг. Сул харилцан үйлчлэл нь мөн хагас тогтвортой гэж нэрлэгддэг энгийн бөөмсийн удаан задралыг үүсгэдэг бөгөөд тэдгээрийн ашиглалтын хугацаа 10 8 - 10 - 10 сек байна. Хүчтэй харилцан үйлчлэлийн үед (10 -23 -10 -24 секундын дотор) үүссэн боловч удаан ялзардаг (10 -10 сек) энгийн хэсгүүдийг хачирхалтай гэж нэрлэдэг.

Эгэл бөөмсийн хоорондох таталцлын харилцан үйлчлэл нь бөөмийн массын ач холбогдол багатай тул маш бага нөлөө үзүүлдэг. Энэ төрлийн харилцан үйлчлэлийг их масстай макро объектууд дээр сайн судалсан.

Өөр өөр физик шинж чанартай энгийн бөөмсийн олон янз байдал нь тэдгээрийн системчлэлийн хүндрэлийг тайлбарладаг. Бүх энгийн бөөмсүүдээс зөвхөн фотон, электрон, нейтрино, протон ба тэдгээрийн эсрэг бөөмсүүд нь урт насалдаг тул тогтвортой байдаг. Эдгээр бөөмс нь бусад энгийн бөөмсийн аяндаа хувирах эцсийн бүтээгдэхүүн юм. Эхний гурван төрлийн харилцан үйлчлэлийн үр дүнд энгийн бөөмс үүсэх боломжтой. Хүчтэй харилцан үйлчлэлцдэг хэсгүүдийн хувьд үүсэх эх үүсвэр нь хүчтэй харилцан үйлчлэлийн урвал юм. Лептонууд нь бусад энгийн бөөмсийн задралаас үүсдэг эсвэл фотонуудын нөлөөн дор хосоор (бөөм + эсрэг бөөмс) үүсдэг.

Энгийн хэсгүүдийн урсгал нь ионжуулагч цацраг үүсгэдэг (харна уу), энэ нь орчны төвийг сахисан молекулуудын иончлолыг үүсгэдэг. Энгийн тоосонцрын биологийн нөлөө нь цацраг туяанд өртсөн эд, биеийн шингэнд химийн өндөр идэвхжилтэй бодис үүсэхтэй холбоотой юм. Эдгээр бодисууд нь чөлөөт радикалууд (Чөлөөт радикалуудыг үзнэ үү), хэт исэл (харна уу) болон бусад. Мөн элементийн тоосонцор нь биомолекул болон супрамолекулын бүтцэд шууд нөлөөлж, молекулын холбоо тасрах, өндөр молекулын нэгдлүүдийн деполимеризаци гэх мэт. Эрчим хүчний шилжилтийн үйл явц, төлөв байдлыг удаан хугацаанд хадгалсны үр дүнд метаставтай нэгдлүүд үүсдэг. зарим макромолекулын субстрат дахь өдөөлт. Эсэд ферментийн системийн үйл ажиллагаа дарангуйлж, гажуудсан, эсийн мембран, гадаргуугийн эсийн рецепторуудын бүтэц өөрчлөгддөг бөгөөд энэ нь мембраны нэвчилт нэмэгдэж, тархалтын процессын өөрчлөлтөд хүргэдэг бөгөөд энэ нь уургийн денатураци, эд эсийн шингэн алдалт, мөн эсийн дотоод орчныг зөрчих. Эсийн мэдрэмтгий байдал нь тэдгээрийн митоз хуваагдлын эрч хүч (Митозыг үзнэ үү) ба бодисын солилцооноос ихээхэн хамаардаг: энэ эрч хүч нэмэгдэх тусам эд эсийн цацрагт мэдрэмтгий байдал нэмэгддэг (радио мэдрэмтгий байдлыг үзнэ үү). Тэдний цацраг туяа эмчилгээнд хэрэглэх (харна уу), ялангуяа хорт хавдрын эмчилгээнд хэрэглэх нь энгийн тоосонцор - ионжуулагч цацрагийн урсгалын шинж чанарт суурилдаг. Цэнэглэгдсэн энгийн бөөмсийн нэвтрэн орох чадвар нь эрчим хүчний шугаман дамжуулалтаас ихээхэн хамаардаг (харна уу), өөрөөр хэлбэл цэнэглэгдсэн бөөмсийг нэвтрүүлэх цэг дээр түүний замын нэгжид шингэсэн дундаж энергиэс хамаарна.

Энгийн тоосонцрын урсгалын хор хөнөөлийн нөлөө нь ялангуяа гематопоэтик эд эсийн үүдэл эс, төмсөгний хучуур эд, нарийн гэдэс, арьсанд нөлөөлдөг (Цацрагийн өвчин, Цацрагийн гэмтэлийг үзнэ үү). Юуны өмнө цацраг идэвхт бодисын нөлөөгөөр идэвхтэй органогенез ба ялгарах төлөв байдалд байгаа системүүд өртдөг (Чухал эрхтнийг үзнэ үү).

Энгийн хэсгүүдийн биологийн болон эмчилгээний үр нөлөө нь цацрагийн төрөл, тунгаас хамаарна (Ионжуулагч цацрагийн тунг үзнэ үү). Жишээлбэл, рентген туяа (рентген эмчилгээг үзнэ үү), гамма цацраг (Гамма эмчилгээг үзнэ үү) болон протоны цацраг (Протон эмчилгээг үзнэ үү) нь хүний ​​​​биед 100 орчим рад тунгаар өртөхөд түр зуурын өөрчлөлт гардаг. гематопоэз ажиглагдаж байна; нейтрон цацрагийн гадны нөлөө (Нейтроны цацрагийг үзнэ үү) нь биед янз бүрийн цацраг идэвхт бодис, жишээлбэл, натри, фосфор гэх мэт радионуклидууд үүсэхэд хүргэдэг. Бета бөөмс (электрон эсвэл позитрон) эсвэл гамма квантуудын эх үүсвэр болох радионуклидууд орох үед Бие махбодид энэ нь биеийн дотоод цацраг гэж нэрлэгддэг (цацраг идэвхт бодисыг нэгтгэхийг үзнэ үү). Энэ тохиолдолд ялангуяа аюултай нь бие махбодид жигд тархсан радионуклидуудыг хурдан шингээж авдаг. тритиум (3H) ба полони-210.

Үндсэн тоосонцрын эх үүсвэр бөгөөд бодисын солилцоонд оролцдог радионуклидуудыг радиоизотопын оношлогоонд ашигладаг (үзнэ үү).

Ном зүй:Ахиезер А.И., Рекало М.П. Энгийн бөөмсийн намтар, Киев, 1983, библиогр.; Bogolyubov N. N. and Shirokov D. V. Quantum fields, M., 1980; Төрсөн M. Атомын физик, транс. Англи хэлнээс, М., 1965; Жонс X. Радиологийн физик, транс. Англи хэлнээс М., 1965; Кронгауз А.Н., Ляпидевский В.К. ба Фролова А.В. Эмнэлзүйн дозиметрийн физикийн үндэс, М., 1969; Өндөр энергийн цацраг ашиглан цацрагийн эмчилгээ, ed. И.Беккер, Г.Шуберт, орчуулга. Германаас, М., 1964; Tyubiana M. et al. Цацраг эмчилгээ ба радиобиологийн физикийн үндэс, транс. Франц хэлнээс, М., 1969; Шполский Е.В. Атомын физик, 1-р боть, М., 1984; Залуу Ч.Элементар бөөмс, транс. Англи хэлнээс М., 1963.

Р.В.Ставнцкий.

Атом гэдэг үг нь "хуваашгүй" гэсэн утгатай. Үүнийг Грекийн гүн ухаантнууд өөрсдийн ойлголтоор материас бүрддэг хамгийн жижиг хэсгүүдийг тодорхойлох зорилгоор нэвтрүүлсэн.

19-р зууны физикч, химич нар өөрсдийн мэддэг хамгийн жижиг тоосонцор гэсэн нэр томъёог ашигласан. Хэдийгээр бид удаан хугацааны туршид атомуудыг "хувааж" чадсан бөгөөд хуваагдашгүй зүйл хуваагдашгүй болсон ч энэ нэр томъёо хадгалагдан үлджээ. Бидний одоогийн ойлголтоор атом нь бидний нэрлэдэг жижиг хэсгүүдээс бүрддэг энгийн бөөмс. Атомын нэг хэсэг биш бусад энгийн бөөмсүүд бас байдаг. Тэдгээрийг ихэвчлэн өндөр хүчин чадалтай циклотрон, синхротрон болон эдгээр бөөмсийг судлахад тусгайлан зориулсан бусад бөөмийн хурдасгуур ашиглан үйлдвэрлэдэг. Тэд мөн сансрын туяа агаар мандлаар дамжих үед үүсдэг. Эдгээр энгийн тоосонцор нь секундын хэдэн саяны дотор задрах ба ихэвчлэн гарч ирснийхээ дараа түүнээс ч богино хугацаанд ялзардаг. Эвдрэлийн үр дүнд тэдгээр нь бусад энгийн тоосонцор болж хувирах эсвэл цацраг хэлбэрээр энерги ялгаруулдаг.

Энгийн тоосонцорыг судлахдаа богино наслалттай энгийн бөөмсийн тоо байнга өсөн нэмэгдэж буйд анхаарлаа хандуулдаг. Хэдийгээр энэ асуудал нь ялангуяа физикийн хамгийн суурь хуулиудтай холбоотой тул маш чухал ач холбогдолтой боловч одоогоор бөөмсийн судалгааг физикийн бусад салбаруудаас бараг салангид байдлаар хийж байна. Энэ шалтгааны улмаас бид зөвхөн хамгийн түгээмэл материалын байнгын бүрэлдэхүүн хэсэг болох тэдгээр хэсгүүд, түүнчлэн тэдгээрт маш ойрхон байдаг зарим бөөмсийг авч үзэхээр хязгаарлагдах болно. 19-р зууны төгсгөлд нээсэн энгийн бөөмсүүдийн эхнийх нь электрон байсан бөгөөд дараа нь маш ашигтай үйлчлэгч болжээ. Радио хоолойд электронуудын урсгал вакуумд шилждэг; Энэ урсгалыг тохируулснаар ирж буй радио дохиог олшруулж, дуу чимээ эсвэл дуу чимээ болгон хувиргадаг. Телевизийн хувьд электрон туяа нь дамжуулагчийн камерын харж буй зүйлийг хүлээн авагчийн дэлгэц дээр шууд бөгөөд үнэн зөв хуулбарлах үзэгний үүрэг гүйцэтгэдэг. Эдгээр хоёр тохиолдолд электронууд вакуум орчинд хөдөлдөг бөгөөд хэрэв боломжтой бол тэдний хөдөлгөөнд юу ч саад болохгүй. Өөр нэг ашигтай шинж чанар нь хийгээр дамжин өнгөрөхдөө түүнийг гэрэлтүүлэх чадвар юм. Тиймээс тодорхой даралтын дор хий дүүргэсэн шилэн хоолойгоор электронуудыг нэвтрүүлэх замаар бид энэ үзэгдлийг том хотуудыг гэрэлтүүлэхэд шөнийн цагаар ашигладаг неон гэрлийг бий болгоход ашигладаг. Энд электронуудтай өөр нэг уулзалт байна: аянга цахиж, олон тооны электронууд агаарын зузааныг нэвтлэн аянгын эргэлдэх чимээг үүсгэдэг.

Гэсэн хэдий ч хуурай газрын нөхцөлд харьцангуй цөөн тооны электронууд чөлөөтэй хөдөлж чаддаг гэдгийг бид өмнөх жишээнүүдээс харсан. Тэдгээрийн ихэнх нь атомуудад найдвартай холбогддог. Атомын цөм эерэг цэнэгтэй тул сөрөг цэнэгтэй электронуудыг татаж, цөмтэй харьцангуй ойр тойрог замд үлдэхийг албаддаг. Атом нь ихэвчлэн цөм ба хэд хэдэн электроноос бүрддэг. Хэрэв электрон атомаас гарвал тэр даруй өөр электроноор солигддог бөгөөд атомын цөм ойр орчноосоо асар их хүчээр татдаг.

Энэ гайхамшигтай электрон ямар харагддаг вэ? Түүнийг хэн ч хараагүй бөгөөд хэзээ ч харахгүй; Гэсэн хэдий ч бид түүний шинж чанарыг маш сайн мэддэг тул хамгийн олон янзын нөхцөл байдалд хэрхэн ажиллахыг маш нарийн таамаглаж чадна. Бид түүний масс (түүний "жин") болон цахилгаан цэнэгийг мэддэг. Тэр ихэнхдээ бидний урд байгаа хүн маш жижигхэн юм шиг аашилдаг гэдгийг бид мэднэ бөөмс, бусад тохиолдолд энэ нь шинж чанарыг харуулдаг долгион. Хэт хийсвэр, гэхдээ нэгэн зэрэг электроны тухай маш нарийн онолыг хэдэн арван жилийн өмнө Английн физикч Дирак бүрэн хэлбэрээр санал болгосон. Энэ онол нь ямар нөхцөлд электрон бөөмстэй илүү төстэй байх, ямар нөхцөлд түүний долгионы шинж чанар давамгайлахыг тодорхойлох боломжийг бидэнд олгодог. Энэхүү хос шинж чанар - бөөмс ба долгион нь электроны тодорхой дүр зургийг гаргахад хэцүү болгодог; Иймээс эдгээр ойлголтыг хоёуланг нь харгалзан үзсэн боловч электроныг бүрэн дүрсэлсэн онол нь маш хийсвэр байх ёстой. Гэхдээ электрон гэх мэт гайхалтай үзэгдлийн тайлбарыг вандуй, долгион гэх мэт дэлхийн дүр төрхөөр хязгаарлах нь ухаалаг хэрэг биш юм.

Диракийн электроны онолын нэг үндэслэл нь эерэг цэнэгтэй, сөрөг цэнэггүй байхаас бусад тохиолдолд электронтой ижил шинж чанартай энгийн бөөмс байх ёстой гэсэн санаа байв. Үнэхээр ийм электрон ихрийг олж илрүүлж нэрлэсэн позитрон. Энэ нь сансрын туяаны нэг хэсэг бөгөөд зарим цацраг идэвхт бодисын задралын үр дүнд үүсдэг. Газрын нөхцөлд позитроны амьдрал богино байдаг. Энэ нь электроны ойролцоо ормогц, энэ нь бүх бодист тохиолддог, электрон ба позитрон бие биенээ "устгах"; Позитроны эерэг цахилгаан цэнэг нь электроны сөрөг цэнэгийг саармагжуулдаг. Харьцангуйн онолын дагуу масс нь энергийн нэг хэлбэр бөгөөд энерги нь "усгаршгүй" учраас электрон ба позитроны нийлмэл массаар илэрхийлэгдэх энерги нь ямар нэгэн байдлаар хадгалагдах ёстой. Энэ ажлыг фотон (гэрлийн квант) эсвэл ихэвчлэн энэхүү хувь заяаны мөргөлдөөний үр дүнд ялгардаг хоёр фотон гүйцэтгэдэг; тэдгээрийн энерги нь электрон ба позитроны нийт энергитэй тэнцүү байна.

Мөн урвуу үйл явц явагддаг гэдгийг бид мэднэ. Фотон нь тодорхой нөхцөлд, жишээлбэл, атомын цөмд ойрхон нисч, электрон ба позитроныг "ор ч үгүй" бий болгодог. Ийм бүтээлийн хувьд энэ нь хамгийн багадаа электрон ба позитроны нийт масстай тэнцэх энергитэй тэнцүү байх ёстой.

Тиймээс энгийн бөөмс нь мөнхийн эсвэл тогтмол биш юм. Электрон ба позитрон хоёулаа гарч ирэх ба алга болно; гэхдээ эрчим хүч болон үүнээс үүсэх цахилгаан цэнэгүүд хадгалагдана.

Электроныг эс тооцвол бусад бөөмсөөс хамаагүй эрт бидэнд мэдэгдэж байсан энгийн бөөмс нь харьцангуй ховор тохиолддог позитрон биш, харин протон- устөрөгчийн атомын цөм. Позитрон шиг эерэг цэнэгтэй боловч түүний масс нь позитрон эсвэл электроны массаас ойролцоогоор хоёр мянга дахин их байдаг. Эдгээр хэсгүүдийн нэгэн адил протон нь заримдаа долгионы шинж чанарыг харуулдаг, гэхдээ зөвхөн онцгой нөхцөлд л байдаг. Түүний долгионы шинж чанар нь бага зэрэг тод илэрдэг нь үнэндээ илүү их масстай байсны шууд үр дагавар юм. Бүх материйн шинж чанартай долгионы шинж чанар нь электрон гэх мэт зөвхөн хөнгөн бөөмстэй ажиллаж эхлэх хүртэл бидний хувьд чухал биш юм.

Протон бол маш түгээмэл бөөм юм. Устөрөгчийн атом нь түүний цөм болох протон ба түүнийг тойрон эргэдэг электроноос бүрдэнэ. Протон нь бусад бүх атомын цөмүүдийн нэг хэсэг юм.

Онолын физикчид протон нь электронтой адил эсрэг бөөмстэй гэж таамаглаж байсан. Нээлт сөрөг протонэсвэл антипротонпротонтой ижил шинж чанартай боловч сөрөг цэнэгтэй , энэ таамаглалыг баталжээ. Антипротон протонтой мөргөлдөх нь электрон ба позитрон мөргөлдөхтэй адил хоёуланг нь "устгах" болно.

Өөр нэг энгийн бөөмс нейтрон, протонтой бараг ижил масстай, гэхдээ цахилгаан саармаг (цахилгаан цэнэг огт байхгүй). Манай зууны 30-аад оны нээлт нь позитроныг нээсэнтэй зэрэгцэн цөмийн физикийн хувьд туйлын чухал байсан. Нейтрон нь бүх атомын цөмүүдийн нэг хэсэг юм (мэдээжийн хэрэг, устөрөгчийн атомын энгийн цөмийг эс тооцвол энэ нь зүгээр л чөлөөт протон юм); Атомын цөм нурах үед нэг (эсвэл хэд хэдэн) нейтрон ялгардаг. Уран эсвэл плутонийн цөмөөс ялгардаг нейтроны улмаас атомын бөмбөг дэлбэрдэг.

Протон ба нейтронууд хамтдаа атомын цөм үүсгэдэг тул хоёуланг нь нуклон гэж нэрлэдэг бөгөөд хэсэг хугацааны дараа чөлөөт нейтрон нь протон ба электрон болж хувирдаг.

гэж нэрлэгддэг өөр нэг бөөмсийг бид мэддэг антинейтрон, энэ нь нейтрон шиг цахилгаан саармаг юм. Энэ нь нейтроны олон шинж чанартай боловч үндсэн ялгаануудын нэг нь антинейтрон нь антипротон ба электрон болж задрах явдал юм. Мөргөлдөх үед нейтрон ба антинейтрон бие биенээ устгадаг.

Фотон, эсвэл гэрлийн квант бол маш сонирхолтой энгийн бөөмс юм. Ном уншихыг хүсвэл бид чийдэнг асаадаг. Тиймээс асаалттай гэрлийн чийдэн нь гэрлийн хурдаар номын болон өрөөний бусад өнцөг булан руу яаран очдог асар олон тооны фотоныг үүсгэдэг. Тэдний зарим нь хана мөргөсөн даруй үхдэг, зарим нь бусад объектын ханыг дахин дахин цохиж, үсэрч, харин харагдах мөчөөс хойш секундын нэгээс илүүгүй хугацааны дараа тэд бүгд үхдэг. Цонхоор зугтаж, сансарт гулсаж амжсан хэд хэдэн. Фотоныг үүсгэхэд шаардагдах энергийг гэрлийн чийдэнг асаах үед дамжин урсдаг электронуудаар хангадаг; Фотонууд үхэх үед энэ энергийг ном эсвэл бусад объектод өгч, халааж, эсвэл нүдэнд өгч, оптик мэдрэлийг өдөөдөг.

Фотоны энерги, тиймээс масс нь өөрчлөгдөхгүй хэвээр үлддэг: маш хөнгөн фотонуудын хамт маш хүнд байдаг. Энгийн гэрэл үүсгэдэг фотонууд нь маш хөнгөн бөгөөд тэдгээрийн масс нь электроны массын хэдхэн саяны нэг юм. Бусад фотонуудын масс нь электроны масстай ойролцоогоор ижил, түүнээс ч их байна. Хүнд фотонуудын жишээ бол рентген болон гамма туяа юм.

Энд ерөнхий дүрэм байна: энгийн бөөмс нь хөнгөн байх тусам долгионы шинж чанар нь илүү илэрхийлэгддэг. Хамгийн хүнд энгийн хэсгүүд - протонууд нь харьцангуй сул долгионы шинж чанарыг харуулдаг; тэдгээр нь электронуудын хувьд арай илүү хүчтэй байдаг; хамгийн хүчтэй нь фотон юм. Үнэн хэрэгтээ гэрлийн долгионы шинж чанарыг түүний корпускуляр шинж чанараас хамаагүй эрт илрүүлсэн. Гэрэл нь цахилгаан соронзон долгионы хөдөлгөөнөөс өөр зүйл биш гэдгийг өнгөрсөн зууны хоёрдугаар хагаст Максвелл үүнийг харуулсанаас хойш бид мэддэг байсан ч 20-р зууны эхэн үед Планк, Эйнштейн нар гэрэл нь корпускуляр шинж чанартай болохыг олж мэдсэн. , энэ нь заримдаа бие даасан "квант" хэлбэрээр эсвэл өөрөөр хэлбэл фотонуудын урсгал хэлбэрээр ялгардаг. Гэрлийн мөн чанарын талаарх эдгээр хоёр илт ялгаатай ойлголтыг бидний оюун ухаанд нэгтгэж, нэгтгэх нь хэцүү гэдгийг үгүйсгэх аргагүй; гэхдээ бид электроны "хос мөн чанар"-ын нэгэн адил гэрэл гэх мэт баригдашгүй үзэгдлийн талаарх бидний ойлголт маш хийсвэр байх ёстой гэж хэлж болно. Зөвхөн бүдүүлэг дүрсээр бид өөрсдийн санаагаа илэрхийлэхийг хүсч байгаа үед бид заримдаа гэрлийг бөөмс, фотонуудын урсгал эсвэл цахилгаан соронзон шинж чанартай долгионы хөдөлгөөнтэй зүйрлэх ёстой.

Аливаа үзэгдлийн корпускуляр шинж чанар ба түүний "долгионы" шинж чанаруудын хооронд хамаарал байдаг. Бөөмийн жин их байх тусам харгалзах долгионы урт богино байх болно; долгионы урт урт байх тусам харгалзах бөөмс нь хөнгөн болно. Маш хүнд фотонуудаас бүрдэх рентген туяа нь маш богино долгионы урттай байдаг. Цэнхэр гэрлээс урт долгионы урттай улаан гэрэл нь цэнхэр гэрлийг дамжуулдаг фотонуудаас хөнгөн фотонуудаас бүрддэг. Орчин үеийн хамгийн урт цахилгаан соронзон долгионууд болох радио долгион нь жижиг фотонуудаас бүрддэг. Эдгээр долгионууд нь бөөмсийн шинж чанарыг өчүүхэн ч харуулдаггүй;

Эцэст нь бүх жижиг энгийн бөөмсүүдийн хамгийн жижиг нь юм нейтрино. Энэ нь цахилгаан цэнэггүй бөгөөд ямар нэгэн масстай бол тэгтэй ойролцоо байна. Зарим хэтрүүлэгтэйгээр нейтрино нь зүгээр л шинж чанаргүй гэж хэлж болно.

Бидний энгийн бөөмсийн талаарх мэдлэг бол физикийн орчин үеийн хил хязгаар юм. Атомыг 19-р зуунд нээсэн бөгөөд тухайн үеийн эрдэмтэд олон төрлийн атомыг нээсэн; үүнтэй төстэй байдлаар өнөөдөр бид улам олон энгийн бөөмсийг олж байна. Хэдийгээр атомууд нь энгийн бөөмсөөс бүрддэг нь батлагдсан ч, ижил төстэй байдлаар энгийн хэсгүүд нь бүр ч жижиг хэсгүүдээс бүрддэг болохыг олж мэдэх болно гэж бид найдаж болохгүй. Өнөөдөр бидний өмнө тулгарч буй асуудал маш өөр бөгөөд бид энгийн бөөмсийг хувааж чадна гэсэн өчүүхэн ч шинж тэмдэг алга. Үүний оронд бүх энгийн бөөмс нь бүр илүү үндсэн үзэгдлийн илрэл болохыг харуулах болно гэж найдаж байна. Хэрэв үүнийг тогтоох боломжтой байсан бол бид энгийн бөөмсийн бүх шинж чанарыг ойлгох боломжтой байх байсан; Тэдний масс болон харилцан үйлчлэлийн аргуудыг тооцоолж болно. Физикийн хамгийн чухал асуудлын нэг болох энэ асуудлыг шийдвэрлэхэд олон оролдлого хийсэн.

"Элементар бөөмс" гэсэн ойлголтын тодорхой тодорхойлолт байдаггүй; ихэвчлэн эдгээр тоосонцорыг тодорхойлдог физик хэмжигдэхүүний тодорхой багц утгууд ба тэдгээрийн маш чухал өвөрмөц шинж чанаруудыг заадаг. Анхан шатны бөөмс нь:

1) цахилгаан цэнэг

2) дотоод өнцгийн импульс буюу эргэлт

3) соронзон момент

4) өөрийн масс - "амрах масс"

Ирээдүйд бөөмсийг тодорхойлдог бусад хэмжигдэхүүнүүд илэрч магадгүй тул энгийн бөөмсийн үндсэн шинж чанаруудын жагсаалтыг бүрэн гүйцэд гэж үзэх ёсгүй.

Гэсэн хэдий ч, бүх энгийн бөөмс (тэдгээрийн жагсаалтыг доор өгөв) дээрх шинж чанаруудын бүрэн багцыг агуулдаггүй бөгөөд тэдгээрийн зарим нь зөвхөн цахилгаан цэнэг ба масстай байдаг, гэхдээ эргэлддэг (цэнэглэгдсэн пион ба каонууд); бусад бөөмс нь масс, спин, соронзон моменттэй боловч цахилгаан цэнэггүй (нейтрон, ламбда гиперон); бусад нь зөвхөн масстай (саармаг пион ба каонууд) эсвэл зөвхөн спин (фотон, нейтрино) байдаг. Энгийн тоосонцор нь дээр дурдсан шинж чанаруудын дор хаяж нэгийг агуулсан байх ёстой. Бодисын хамгийн чухал хэсгүүд болох гүйлт ба электронууд нь эдгээр шинж чанаруудын бүрэн цогцоор тодорхойлогддог гэдгийг анхаарна уу. Үүнийг онцлон тэмдэглэх нь зүйтэй: цахилгаан цэнэг ба эргэлт нь материйн бөөмсийн үндсэн шинж чанар юм, өөрөөр хэлбэл тэдгээрийн тоон утга нь бүх нөхцөлд тогтмол хэвээр байна.

БӨӨМ БА ЭСРЭГ БӨӨМЧҮҮД

Энгийн бөөмс бүр өөрийн эсрэг байдаг - "эсрэг бөөмс". Бөөм ба эсрэг бөөмийн масс, спин, соронзон момент нь ижил боловч хэрэв бөөм нь цахилгаан цэнэгтэй бол түүний эсрэг бөөмс нь эсрэг тэмдгийн цэнэгтэй байна. Протон, позитрон, антинейтрон нь ижил соронзон момент, спинтэй байдаг бол электрон, нейтрон, антипротон нь эсрэг чиглэлтэй байдаг.

Бөөмийн эсрэг бөөмстэй харилцан үйлчлэл нь бусад бөөмстэй харьцахаас эрс ялгаатай. Энэ ялгаа нь бөөмс ба түүний эсрэг бөөмийг устгах чадвартай, өөрөөр хэлбэл үйл явцын үр дүнд тэдгээр нь алга болж, тэдний оронд бусад хэсгүүд гарч ирснээр илэрхийлэгддэг. Жишээлбэл, электрон ба позитроныг устгасны үр дүнд фотон, протон, антипротон-пион гэх мэт зүйлс гарч ирдэг.

НАСАН ТУРШ

Тогтвортой байдал нь энгийн бөөмсийн зайлшгүй шинж чанар биш юм. Зөвхөн электрон, протон, нейтрино ба тэдгээрийн эсрэг бөөмс, түүнчлэн фотонууд тогтвортой байдаг. Үлдсэн тоосонцор нь жишээлбэл, нейтроноор эсвэл дараалсан өөрчлөлтүүдийн гинжин хэлхээгээр шууд тогтвортой болж хувирдаг; жишээлбэл, тогтворгүй сөрөг пион эхлээд мюон ба нейтрино болж, дараа нь мюон нь электрон болон өөр нейтрино болж хувирдаг.

Тэмдгүүд нь "электрон" нейтрино болон антинейтринооос ялгаатай "мюон" нейтрино ба антинейтриноыг заадаг.

Бөөмийн тогтворгүй байдлыг "төрөх" мөчөөс эхлээд задрах хүртэл байх хугацаанд нь үнэлдэг; Эдгээр хоёр мөчийг хэмжих байгууламжид бөөмийн мөрөөр тэмдэглэдэг. Хэрэв өгөгдсөн "төрлийн" бөөмсийн олон тооны ажиглалт байгаа бол "дундаж нас" эсвэл задралын хагас задралын хугацааг тооцоолно. ба тэр мөчид бөөмсийн задрал магадлалын хуульд захирагдана гэж үзвэл энэ тоо тэнцүү болно

та дундаж наслалт (энэ үед бөөмийн тоо нэг хүчин зүйлээр буурдаг) болон хагас задралын хугацааг тооцоолж болно.

(энэ үед энэ тоо хоёр дахин буурдаг).

Сонирхолтой нь:

1) нейтрино ба фотоноос бусад бүх цэнэггүй бөөмс тогтворгүй (нейтрино ба фотонууд нь бусад энгийн бөөмсүүдийн дунд өөрийн гэсэн тайван массгүй гэдгээрээ ялгардаг);

2) цэнэглэгдсэн хэсгүүдээс зөвхөн электрон ба протон (мөн тэдгээрийн эсрэг хэсгүүд) тогтвортой байна.

Энд хамгийн чухал тоосонцоруудын жагсаалт (одоогийн байдлаар тэдний тоо нэмэгдсээр байна) нь тэмдэглэгээ, үндсэн хэсгүүдийг харуулсан болно.

шинж чанар; Цахилгаан цэнэгийг ихэвчлэн массын энгийн нэгжээр - электрон массын спинний нэгжээр - нэгжээр заадаг.

(скан харах)

БӨӨСИЙН АНГИЛАЛ

Энгийн тоосонцорыг судлах нь тэдгээрийг үндсэн шинж чанаруудын (цэнэг, масс, спин) утгын дагуу бүлэглэх нь хангалтгүй болохыг харуулж байна. Эдгээр хэсгүүдийг эрс өөр "гэр бүл" болгон хуваах шаардлагатай болсон.

1) фотон, 2) лептон, 3) мезон, 4) барион

өгөгдсөн бөөм нь эдгээр гэр бүлийн аль нэгэнд харьяалагддаг болохыг харуулах бөөмсийн шинэ шинж чанарыг нэвтрүүлэх. Эдгээр шинж чанаруудыг уламжлалт байдлаар "төлбөр" эсвэл "тоо" гэж нэрлэдэг. Гурван төрлийн төлбөр байдаг:

1) лептон-электроны цэнэг;

2) лептон-мюоны цэнэг

3) барион цэнэг

Эдгээр цэнэгүүдэд тоон утгууд өгөгдсөн: ба -1 (бөөмүүд нэмэх тэмдэгтэй, эсрэг бөөмс хасах тэмдэгтэй; фотон ба мезонууд тэг цэнэгтэй).

Анхан шатны бөөмс нь дараах хоёр дүрмийг баримталдаг.

энгийн бөөмс бүр нь зөвхөн нэг гэр бүлд хамаарах бөгөөд дээрх цэнэгийн (тоо) зөвхөн нэгээр тодорхойлогддог.

Жишээлбэл:

Гэсэн хэдий ч энгийн бөөмсийн нэг гэр бүл нь хэд хэдэн өөр хэсгүүдийг агуулж болно; жишээлбэл, барионуудын бүлэгт протон, нейтрон, олон тооны гиперонууд орно. Энгийн бөөмсийг гэр бүлд хуваахыг танилцуулъя.

лептонууд "цахим": Эдгээрт электрон позитрон электрон нейтрино ба электрон антинейтрино орно.

лептонууд "мюоник": Үүнд сөрөг ба эерэг цахилгаан цэнэгтэй мюонууд ба мюон нейтрино ба антинейтрино үүнд протон, нейтрон, гиперонууд болон тэдгээрийн бүх эсрэг бөөмсүүд орно.

Цахилгаан цэнэг байгаа эсвэл байхгүй байгаа нь жагсаасан гэр бүлүүдийн аль нэгнийх нь гишүүнчлэлтэй холбоогүй юм. Спин нь 1/2-тэй тэнцүү бүх бөөмс нь дээр дурдсан цэнэгүүдийн аль нэгтэй байх ёстой. Фотонууд (спин нь нэгдэлтэй тэнцүү), мезонууд - пион ба каонууд (спин нь тэгтэй тэнцүү) нь лептоник ба барион цэнэггүй байдаг.

Энгийн тоосонцор оролцдог бүх физик үзэгдлүүдэд - задралын үйл явцад; төрөлт, устах, харилцан өөрчлөлт, хоёр дахь дүрэм ажиглагдаж байна:

Цэнэг бүрийн төрөл бүрийн тоонуудын алгебрийн нийлбэрийг үргэлж тогтмол байлгадаг.

Энэ дүрэм нь байгаль хамгаалах гурван хуультай тэнцэнэ:

Эдгээр хуулиуд нь өөр өөр гэр бүлд хамаарах хэсгүүдийн хооронд харилцан хувиргалтыг хориглодог гэсэн үг юм.

Зарим бөөмсийн хувьд - каон ба гиперонуудын хувьд хачирхалтай байдал гэж нэрлэгддэг өөр нэг шинж чанарыг нэмж оруулах шаардлагатай болж, каонууд нь ламбда ба сигма гиперонуудтай байдаг - xi-гиперонууд - (бөөмийн дээд тэмдэг, эсрэг бөөмсийн доод тэмдэг). Хачирхалтай хэсгүүдийн харагдах байдал (төрөлт) ажиглагдах үйл явцад дараахь дүрмийг баримтална.

Хачирхалтай байдлыг хадгалах хууль. Энэ нь нэг хачирхалтай бөөмс гарч ирэхэд заавал нэг буюу хэд хэдэн хачирхалтай эсрэг бөөмс гарч ирэх ёстой гэсэн үг бөгөөд ингэснээр өмнөх ба дараах тоонуудын алгебрийн нийлбэр болно.

төрөх үйл явц тогтмол хэвээр байв. Мөн хачирхалтай бөөмсийн задралын үед хачирхалтай байдлыг хадгалах хууль ажиглагддаггүй, өөрөөр хэлбэл энэ хууль нь зөвхөн хачирхалтай бөөмс үүсэх процесст л үйлчилдэг гэдгийг тэмдэглэжээ. Тиймээс хачирхалтай хэсгүүдийн хувьд үүсэх, задрах үйл явц нь эргэлт буцалтгүй байдаг. Жишээлбэл, ламбда гиперон (хачирхалтай байдал нь протон болон сөрөг пион болж задрахтай тэнцүү:

Урвалын дараа олж авсан протон ба пион нь тэгтэй тэнцүү хачирхалтай байдаг тул энэ урвалд хачирхалтай байдлыг хадгалах хууль ажиглагддаггүй. Гэсэн хэдий ч урвуу урвалд сөрөг пион протонтой мөргөлдөхөд нэг ламбда гиперон гарч ирэхгүй; Эсрэг шинж тэмдэг бүхий хачирхалтай хоёр бөөмс үүсэх замаар урвал явагдана.

Тиймээс ламбда гиперон үүсэх урвалд хачирхалтай байдлыг хадгалах хууль ажиглагдаж байна: урвалын өмнө ба дараа "хачин" тоонуудын алгебрийн нийлбэр тэгтэй тэнцүү байна. Хачирхалтай тоонуудын нийлбэрийн тогтмол байдал ажиглагддаг зөвхөн нэг задралын урвал мэдэгдэж байна - энэ нь төвийг сахисан сигма гипероныг ламбда гиперон ба фотон болгон задлах явдал юм.

Хачирхалтай бөөмсийн өөр нэг онцлог нь төрөх үйл явцын үргэлжлэх хугацаа (захиалгаар) ба тэдгээрийн оршин тогтнох дундаж хугацаа (ойролцоогоор) хоорондын огцом ялгаа юм; бусад (хачин бус) бөөмсийн хувьд эдгээр хугацаа нь ижил дараалалтай байна.

Лептон ба барионы тоо буюу цэнэгийг нэвтрүүлэх хэрэгцээ болон хадгалалтын дээрх хуулиуд байгаа нь эдгээр цэнэгүүд нь янз бүрийн төрлийн бөөмс, түүнчлэн бөөмс ба эсрэг бөөмс хоорондын чанарын ялгааг илэрхийлдэг гэж үзэхэд хүргэж байгааг анхаарна уу. Бөөм ба эсрэг бөөмсийг эсрэг тэмдгийн цэнэгтэй байх ёстой гэдэг нь тэдгээрийн хооронд харилцан хувирах боломжгүйг харуулж байна.

Цаашид бичил ертөнцийн гүнд нэвтрэх нь атомын түвшнээс энгийн бөөмсийн түвшинд шилжихтэй холбоотой юм. 19-р зууны төгсгөлд анхны энгийн бөөмсийн хувьд. электроныг нээсэн бөгөөд дараа нь 20-р зууны эхний арван жилд. - фотон, протон, позитрон, нейтрон.

Дэлхийн 2-р дайны дараа орчин үеийн туршилтын технологи, юуны түрүүнд өндөр эрчим хүч, асар их хурдтай нөхцөлийг бий болгодог хүчирхэг хурдасгуурын ачаар олон тооны энгийн бөөмсүүд оршин тогтнож байсан - 300 гаруй. Тэдний дунд. Резонанс, кварк, виртуал бөөмс зэрэг туршилтаар нээсэн, онолын хувьд тооцоолсон аль аль нь байдаг.

Хугацаа энгийн бөөмсЭнэ нь анхнаасаа аливаа материаллаг тогтоцын үндэс болох хамгийн энгийн, задрах боломжгүй хэсгүүдийг хэлж байсан. Хожим нь физикчид микро объекттой холбоотой "элементар" гэсэн ойлголтыг бүхэлд нь ойлгосон. Одоо бөөмс нь нэг юмуу өөр бүтэцтэй гэдэгт эргэлзэх зүйл алга, гэхдээ түүхэнд тогтсон нэр нь байсаар байна.

Энгийн бөөмсийн үндсэн шинж чанарууд нь масс, цэнэг, дундаж наслалт, спин, квант тоо юм.

Амрах масс энгийн бөөмсийг электроны тайван масстай харьцуулан тодорхойлно. фотонууд. Энэ шалгуурын дагуу үлдсэн хэсгүүдийг хуваана лептонууд- гэрлийн бөөмс (электрон ба нейтрино); мезон– нэгээс мянган электрон масстай дунд зэргийн бөөмс; барионууд- масс нь мянган электроны массаас давсан, протон, нейтрон, гиперон, олон резонанс агуулсан хүнд хэсгүүд.

Цахилгаан цэнэг нь энгийн бөөмсийн өөр нэг чухал шинж чанар юм. Бүх мэдэгдэж буй бөөмс эерэг, сөрөг эсвэл тэг цэнэгтэй байдаг. Фотон ба хоёр мезоноос бусад бөөмс бүр нь эсрэг цэнэгтэй эсрэг бөөмстэй тохирдог. 1963-1964 онуудад оршихуйн тухай таамаглал дэвшүүлсэн кваркууд– бутархай цахилгаан цэнэгтэй бөөмс. Энэ таамаглал туршилтаар батлагдаагүй байна.

Насан туршдаа хэсгүүдэд хуваагдана тогтвортой Тэгээд тогтворгүй . Таван тогтвортой бөөмс байдаг: фотон, хоёр төрлийн нейтрино, электрон ба протон. Энэ нь макробиеийн бүтцэд хамгийн чухал үүрэг гүйцэтгэдэг тогтвортой тоосонцор юм. Бусад бүх тоосонцор тогтворгүй, ойролцоогоор 10 -10 -10 -24 секундын турш оршин тогтнож, дараа нь ялзардаг. 10-23-10-22 секундын дундаж наслалттай элементийн бөөмсийг гэнэ. резонанс. Тэд богино насалдаг тул атом эсвэл атомын цөмийг орхихоос өмнө ялзардаг. Резонансын төлөвийг онолын хувьд тооцоолж, бодит туршилтаар илрүүлж чадаагүй.

Цэнэг, масс, ашиглалтын хугацаанаас гадна энгийн бөөмсийг сонгодог физикт ямар ч аналогигүй ойлголтоор тодорхойлдог: үзэл баримтлал. буцаж . Спин гэдэг нь бөөмийн хөдөлгөөнтэй холбоогүй дотоод өнцгийн импульс юм. Spin нь тодорхойлогддог спин квант тоо с, бүхэл тоо (±1) эсвэл хагас бүхэл (±1/2) утгыг авч болно. Бүхэл спинтэй бөөмс - бозонууд, хагас бүхэл тоотой - фермионууд. Электроныг фермион гэж ангилдаг. Паули зарчмын дагуу атом нь ижил квант тоо бүхий нэгээс олон электронтой байж болохгүй n,м,л,с. Ижил тооны n-тэй долгионы функцэд тохирох электронууд нь энергийн хувьд маш ойрхон бөгөөд атомд электрон бүрхүүл үүсгэдэг. l тооны ялгаа нь "дэд бүрхүүлийг" тодорхойлдог бол үлдсэн квант тоо нь дээр дурдсанчлан түүний дүүргэлтийг тодорхойлдог.

Энгийн бөөмсийн шинж чанарт өөр нэг чухал санаа бий харилцан үйлчлэл. Өмнө дурьдсанчлан энгийн бөөмсийн хоорондох дөрвөн төрлийн харилцан үйлчлэлийг мэддэг. таталцлын,сул,цахилгаан соронзонТэгээд хүчтэй(цөмийн).

тайван масстай бүх бөөмс ( м 0), таталцлын харилцан үйлчлэлд оролцдог ба цэнэгтэй нь цахилгаан соронзон харилцан үйлчлэлд оролцдог. Лептонууд мөн сул харилцан үйлчлэлд оролцдог. Адронууд бүх дөрвөн үндсэн харилцан үйлчлэлд оролцдог.

Квантын талбайн онолын дагуу бүх харилцан үйлчлэл нь солилцооны улмаас явагддаг виртуал бөөмс , өөрөөр хэлбэл, зарим хоёрдогч нөлөөллөөр дамжуулан зарим илрэлүүдээр нь зөвхөн шууд бус байдлаар шүүж болох бөөмс ( бодит тоосонцор багаж ашиглан шууд бичиж болно).

Таталцлын, цахилгаан соронзон, хүчтэй ба сул гэсэн дөрвөн төрлийн харилцан үйлчлэл нь хэмжигч шинж чанартай бөгөөд хэмжигч тэгш хэмээр тодорхойлогддог. Өөрөөр хэлбэл, бүх харилцан үйлчлэл нь "ижил хоосон зүйлээс" хийгдсэн байдаг. Энэ нь "бүх мэдэгдэж буй түгжээний цорын ганц түлхүүр"-ийг олж, нэг супер тэгш хэмтэй супер талбараар илэрхийлэгдэх төлөвөөс, харилцан үйлчлэлийн төрлүүдийн ялгаа, бүх төрлийн материйн бөөмс ба талбайн квантуудын хооронд хараахан гарч ирээгүй байна.

Энгийн бөөмсийг ангилах асар олон тооны арга байдаг. Жишээлбэл, бөөмсийг фермионууд (Ферми хэсгүүд) - бодисын бөөмс ба бозонууд (Босе хэсгүүд) - талбайн квантуудад хуваадаг.

Өөр нэг хандлагын дагуу бөөмсийг фотон, лептон, мезон, барион гэсэн 4 ангилалд хуваадаг.

Фотонууд (цахилгаан соронзон орны квантууд) цахилгаан соронзон харилцан үйлчлэлд оролцдог боловч хүчтэй, сул, таталцлын харилцан үйлчлэлгүй байдаг.

Лептонууд нэрээ грек үгнээс авсан лeptos- амархан. Үүнд хүчтэй харилцан үйлчлэлгүй бөөмсүүд орно: мюон (μ – , μ +), электронууд (e – , e +), электрон нейтрино (v e – , v e +) ба мюон нейтрино (v – m, v + m) . Бүх лептонууд ½ эргэлттэй тул фермионууд юм. Бүх лептонууд сул харилцан үйлчлэлтэй байдаг. Цахилгаан цэнэгтэй (өөрөөр хэлбэл мюон ба электрон) нь цахилгаан соронзон хүчтэй байдаг.

Мезонс – Барион цэнэг гэж нэрлэгддэггүй хүчтэй харилцан үйлчлэлцдэг тогтворгүй хэсгүүд. Тэдний дунд Р-мезон эсвэл пион (π + , π – , π 0), TO-мезон, эсвэл каон (K +, K –, K 0), ба энэ- мезон (η) . Жин TO-мезон нь ~970me (цэнэгтэй бол 494 МэВ, төвийг сахисан бол 498 МэВ) TO- мезон). Насан туршдаа TO-мезонууд нь 10-8 секундын дарааллын магнитудтай байдаг. Тэд задарч, хэлбэрждэг I-мезон ба лептонууд эсвэл зөвхөн лептонууд. Жин энэ-мезон нь 549 МэВ (1074м), амьдрах хугацаа нь ойролцоогоор 10-19 секунд байна. Энэ-мезонууд задарч π-мезон, γ-фотон үүсгэдэг. Лептонуудаас ялгаатай нь мезонууд нь зөвхөн сул (мөн цэнэгтэй бол цахилгаан соронзон) харилцан үйлчлэлтэй төдийгүй хүчтэй харилцан үйлчлэлтэй байдаг бөгөөд энэ нь хоорондоо харилцан үйлчлэх үед, мөн мезон ба барионуудын харилцан үйлчлэлийн үед илэрдэг. Бүх мезонууд 0 спиралтай тул бозонууд юм.

Анги барионууд нуклон (p,n) ба тогтворгүй бөөмсийг гиперон гэж нэрлэдэг нуклонуудын массаас их масстай нэгтгэдэг. Бүх барионууд нь хүчтэй харилцан үйлчлэлтэй байдаг тул атомын цөмтэй идэвхтэй харьцдаг. Бүх барионуудын эргэлт нь ½ байдаг тул барионууд нь фермионууд юм. Протоноос бусад бүх барионууд тогтворгүй байдаг. Барион задрах явцад бусад хэсгүүдийн хамт заавал барион үүсдэг. Энэ загвар нь нэг илрэл юм барионы цэнэгийн хадгалалтын хууль.

Дээр дурдсан тоосонцороос гадна хүчтэй харилцан үйлчлэлцдэг богино наслалттай олон тооны бөөмс олдсон бөгөөд тэдгээрийг резонанс . Эдгээр бөөмс нь хоёр ба түүнээс дээш энгийн бөөмсөөс үүссэн резонансын төлөв юм. Резонансын ашиглалтын хугацаа нь зөвхөн ~ 10-23-10-22 секунд.

Элементар бөөмс, түүнчлэн нарийн төвөгтэй бичил хэсгүүд нь бодисоор дамжин өнгөрөх ул мөрийн ачаар ажиглагдаж болно. Мөрийн шинж чанар нь бөөмийн цэнэгийн тэмдэг, түүний энерги, импульс гэх мэтийг дүгнэх боломжийг олгодог. Цэнэглэгдсэн бөөмс нь молекулуудын зам дагуух иончлолыг үүсгэдэг. Төвийг сахисан тоосонцор нь ул мөр үлдээдэггүй ч цэнэгтэй бөөмс болон задрах үед эсвэл ямар нэгэн цөмтэй мөргөлдөх үед өөрсдийгөө илчилж чаддаг. Үүний үр дүнд төвийг сахисан тоосонцор нь тэдний үүсгэсэн цэнэглэгдсэн хэсгүүдийн иончлолоор тодорхойлогддог.

Бөөм ба эсрэг бөөмс. 1928 онд Английн физикч П.Дирак электроны харьцангуй квант механик тэгшитгэлийг олж чадсан бөгөөд үүнээс хэд хэдэн гайхалтай үр дагавар гарч ирэв. Юуны өмнө энэхүү тэгшитгэлээс байгалийн аргаар ямар ч нэмэлт таамаглалгүйгээр электроны өөрийн соронзон моментийн эргэлт ба тоон утгыг олж авна. Ийнхүү спин нь квант ба харьцангуй хэмжигдэхүүн болох нь тогтоогдсон. Гэхдээ энэ нь Диракийн тэгшитгэлийн ач холбогдлыг барагдуулахгүй. Энэ нь мөн электроны эсрэг бөөмс байгаа эсэхийг урьдчилан таамаглах боломжтой болсон. позитрон. Диракийн тэгшитгэлээс чөлөөт электроны нийт энергийн хувьд эерэг төдийгүй сөрөг утгыг олж авдаг. Тэгшитгэлийн судалгаагаар өгөгдсөн бөөмийн импульсийн хувьд энергитэй тохирох тэгшитгэлийн шийдлүүд байгааг харуулж байна. .

Хамгийн их сөрөг энергийн хооронд (- мд -тай 2) ба хамгийн бага эерэг энерги (+ мд в 2) хэрэгжүүлэх боломжгүй эрчим хүчний утгын интервал байдаг. Энэ интервалын өргөн нь 2 байна мд -тай 2. Үүний үр дүнд эрчим хүчний хувийн утгын хоёр бүсийг олж авдаг: нэг нь эхэлдэг + мд -тай 2 ба +∞ хүртэл, нөгөө нь --ээс эхэлнэ мд -тай 2 ба –∞ хүртэл үргэлжилнэ.

Сөрөг энергитэй бөөмс нь маш хачирхалтай шинж чанартай байх ёстой. Бага, бага энергитэй (өөрөөр хэлбэл сөрөг энерги нэмэгдэж байгаа) төлөвт шилжсэнээр энэ нь энерги ялгаруулж, жишээлбэл, цацраг хэлбэрээр, мөн үүнээс хойш | Э| юугаар ч хязгаарлагдахгүй, сөрөг энергитэй бөөмс хязгааргүй их хэмжээний энерги ялгаруулж чаддаг. Үүнтэй төстэй дүгнэлтийг дараах байдлаар гаргаж болно: харилцаанаас Э=мд -тай 2-аас үзэхэд сөрөг энергитэй бөөмс мөн сөрөг масстай болно. Тоормосны хүчний нөлөөн дор сөрөг масстай бөөм нь удаашрах ёсгүй, харин хурдасч, тоормосны хүчний эх үүсвэр дээр хязгааргүй их хэмжээний ажил гүйцэтгэдэг. Эдгээр хүндрэлээс харахад сөрөг энергитэй төрийг утгагүй үр дүнд хүргэдэг гэж үзэхгүй байх ёстой гэдгийг хүлээн зөвшөөрөх хэрэгтэй юм шиг санагдаж байна. Гэсэн хэдий ч энэ нь квант механикийн зарим ерөнхий зарчимтай зөрчилдөх болно. Тиймээс Дирак өөр замыг сонгосон. Тэрээр сөрөг энергитэй бүх боломжит түвшинг электронууд аль хэдийн эзэлдэг тул электронууд сөрөг энергитэй төлөвт шилжих нь ихэвчлэн ажиглагддаггүй гэж тэр санал болгосон.

Диракийн хэлснээр вакуум гэдэг нь сөрөг энергийн бүх түвшинг электронууд эзэлдэг, эерэг энергитэй түвшин чөлөөтэй байдаг төлөв юм. Хориотой зурвасаас доогуур байгаа бүх түвшнийг үл тоомсорлодог тул эдгээр түвшний электронууд өөрсдийгөө ямар ч байдлаар илчилдэггүй. Хэрэв сөрөг түвшинд байрлах электронуудын аль нэгэнд энерги өгөгдсөн бол Э≥ 2мд -тай 2, дараа нь энэ электрон эерэг энергитэй төлөвт орж, эерэг масстай сөрөг цэнэгтэй бөөмс шиг ердийн байдлаар ажиллах болно. Энэ анхны онолын хувьд урьдчилан таамагласан бөөмийг позитрон гэж нэрлэдэг. Позитрон электронтой тулгарах үед тэдгээр нь устдаг (алга болдог) - электрон эерэг түвшнээс сул сөрөг түвшинд шилждэг. Эдгээр түвшний ялгаанд тохирсон энерги нь цацрагийн хэлбэрээр ялгардаг. Зураг дээр. 4, 1-р сум нь электрон-позитрон хос үүсгэх үйл явцыг дүрсэлсэн бөгөөд 2-р сум нь тэдгээрийг устгах гэсэн нэр томъёог шууд утгаар нь авч үзэх ёсгүй. Чухамдаа юу болж байгаа нь алга болох биш, харин зарим бөөмс (электрон ба позитрон) бусад (γ-фотон) болж хувирах явдал юм.

Эсрэг бөөмстэй ижил хэсгүүд байдаг (өөрөөр хэлбэл тэдгээрт эсрэг хэсгүүд байдаггүй). Ийм бөөмсийг туйлын төвийг сахисан гэж нэрлэдэг. Үүнд фотон, π 0 мезон, η мезон орно. Эсрэг бөөмстэй ижил хэсгүүд нь устгах чадваргүй байдаг. Гэхдээ энэ нь тэдгээрийг бусад бөөмс болгон хувиргах боломжгүй гэсэн үг биш юм.

Хэрэв барионууд (өөрөөр хэлбэл нуклон ба гиперонууд) барионы цэнэг (эсвэл барион тоо) олгогдвол IN= +1, antibaryons – барион цэнэг IN= –1, бусад бүх бөөмс нь барион цэнэгтэй IN= 0 бол барион ба антибарионуудын оролцоотой явагдах бүх процессууд нь цахилгаан цэнэгийн хадгалалтаар тодорхойлогддог шиг цэнэгийн барионууд хадгалагдах шинж чанартай байх болно. Барион цэнэгийн хадгалагдах хууль нь хамгийн зөөлөн барион болох протоны тогтвортой байдлыг тодорхойлдог. Физик системийг дүрсэлсэн бүх хэмжигдэхүүнүүдийн хувиргалтыг бүх бөөмс нь эсрэг бөөмсөөр (жишээлбэл, электрон протонтой, протоныг электронтой гэх мэт) орлуулахыг коньюгацийн цэнэг гэж нэрлэдэг.

Хачирхалтай тоосонцор.TO-Мезон ба гипероныг XX зууны 50-аад оны эхээр сансрын цацрагийн нэг хэсэг болгон нээсэн. 1953 оноос хойш тэдгээрийг хурдасгуур дээр үйлдвэрлэж эхэлсэн. Эдгээр бөөмсийн зан байдал маш ер бусын байсан тул хачирхалтай гэж нэрлэв. Хачирхалтай бөөмсийн ер бусын зан байдал нь 10-23 секундын дарааллын шинж чанартай хүчтэй харилцан үйлчлэлийн улмаас тодорхой төрсөн бөгөөд тэдний амьдрах хугацаа 10-8-10-10 секундын дараалалтай болсон байв. Сүүлчийн нөхцөл байдал нь бөөмсийн задрал нь сул харилцан үйлчлэлийн үр дүнд үүсдэг болохыг харуулж байна. Хачирхалтай тоосонцор яагаад ийм удаан амьдарсан нь бүрэн тодорхойгүй байв. Ижил бөөмс (π-мезон ба протон) λ-гиперон үүсэх, задрахад хоёуланд нь оролцдог тул хоёр процессын хурд (өөрөөр хэлбэл магадлал) маш өөр байсан нь гайхмаар зүйл байв. Цаашдын судалгаагаар хачирхалтай тоосонцор хос хосоороо төрдөг болохыг харуулсан. Энэ нь хүчтэй харилцан үйлчлэл нь бөөмийн задралд үүрэг гүйцэтгэх боломжгүй гэсэн санааг төрүүлж, хоёр хачирхалтай бөөмс байх нь тэдний илрэлд зайлшгүй шаардлагатай байдаг. Үүнтэй ижил шалтгаанаар хачирхалтай тоосонцорыг нэг бүрчлэн бүтээх нь боломжгүй зүйл болж хувирдаг.

Хачирхалтай тоосонцорыг дангаар үйлдвэрлэхийг хориглосныг тайлбарлахын тулд М.Гелл-Манн, К.Нишижима нар шинэ квант тоог нэвтрүүлсэн бөгөөд тэдний таамаглалаар нийт утгыг хүчтэй харилцан үйлчлэлийн үед хадгалах ёстой. Энэ бол квант тоо юм Снэрлэжээ бөөмийн хачирхалтай байдал. Сул харилцан үйлчлэлийн үед хачирхалтай байдал хадгалагдахгүй байж болно. Тиймээс энэ нь зөвхөн хүчтэй харилцан үйлчилдэг тоосонцор - мезон ба барионуудтай холбоотой байдаг.

Нейтрино.Нейтрино бол хүчтэй эсвэл цахилгаан соронзон харилцан үйлчлэлд оролцдоггүй цорын ганц бөөмс юм. Бүх бөөмс оролцдог таталцлын харилцан үйлчлэлийг эс тооцвол нейтрино нь зөвхөн сул харилцан үйлчлэлд оролцож болно.

Удаан хугацааны туршид нейтрино нь антинейтринооос юугаараа ялгаатай нь тодорхойгүй хэвээр байв. Хосолсон паритетыг хадгалах хуулийг нээсэн нь энэ асуултад хариулах боломжтой болсон: тэдгээр нь мушгиагаараа ялгаатай. Доод догдлолимпульсийн чиглэлүүдийн хоорондын тодорхой харилцааг ойлгодог Рболон буцаж Стоосонцор. Хэрэв эргэлт ба импульс ижил чиглэлд байвал спираль эерэг гэж үзнэ. Энэ тохиолдолд бөөмийн хөдөлгөөний чиглэл ( Р) ба ээрэхтэй харгалзах "эргэлтийн" чиглэл нь баруун талын боолтыг үүсгэдэг. Ээрэх ба импульс нь эсрэгээр чиглэсэн үед мушгиа нь сөрөг байх болно (орчуулгын хөдөлгөөн ба "эргэлт" нь зүүн талын боолтыг үүсгэдэг). Ян, Ли, Ландау, Салам нарын боловсруулсан уртааш нейтриногийн онолын дагуу байгальд байгаа бүх нейтрино нь гарал үүслийн аргаас үл хамааран үргэлж уртааш туйлширсан байдаг (өөрөөр хэлбэл тэдний эргэлт нь импульстэй параллель эсвэл эсрэг параллель чиглэгддэг). Р). Нейтринотой сөрөг(зүүн) эргүүлэг (чиглэлийн харьцаатай тохирч байна СТэгээд Р, Зурагт үзүүлэв. 5 (б), антинейтрино - эерэг (баруун гарт) спираль (а). Тиймээс нейтриноыг антинейтринооос ялгаж буй зүйл бол спираль юм.

Цагаан будаа. 5.Энгийн бөөмсийн спираль схем

Энгийн бөөмсийн систем.Энгийн бөөмсийн ертөнцөд ажиглагдсан зүй тогтолыг хадгалалтын хуулийн хэлбэрээр томъёолж болно. Энэ мэт нэлээд олон хууль хуримтлагдсан байгаа. Тэдгээрийн зарим нь яг нарийн биш, харин зөвхөн ойролцоо байдаг. Хамгаалалтын хууль бүр нь системийн тодорхой тэгш хэмийг илэрхийлдэг. Импульс хадгалагдах хуулиуд Р, өнцгийн импульс Лболон эрчим хүч Эорон зай, цаг хугацааны тэгш хэмийн шинж чанарыг тусгах: хадгалалт Эцаг хугацааны нэгэн төрлийн, хадгалалтын үр дагавар юм Ророн зайн нэгэн төрлийн байдал, хадгалалтаас үүдэлтэй Л- түүний изотропи. Паритетыг хадгалах хууль нь баруун ба зүүн хоёрын тэгш хэмтэй холбоотой байдаг ( Р- өөрчлөгдөөгүй). Цэнэгүүдийн нэгдэл (бөөмс ба эсрэг бөөмсийн тэгш хэм) нь цэнэгийн паритетыг хадгалахад хүргэдэг. ХАМТ- өөрчлөгдөөгүй). Цахилгаан, барион ба лептон цэнэгийн хадгалагдах хуулиуд нь тусгай тэгш хэмийг илэрхийлдэг. ХАМТ- функцууд. Эцэст нь изотопын эргэлтийг хадгалах хууль нь изотопын орон зайн изотропыг тусгадаг. Хамгаалалтын хуулиудын аль нэгийг дагаж мөрдөхгүй байх нь энэ харилцан үйлчлэлийн тэгш хэмийн тохирох төрлийг зөрчсөн гэсэн үг юм.

Энгийн бөөмсийн ертөнцөд дараахь дүрэм байдаг. хамгааллын хуулиар хориглоогүй бүх зүйлийг зөвшөөрдөг. Сүүлийнх нь бөөмсийн харилцан хөрвүүлэлтийг зохицуулдаг хасах дүрмийн үүрэг гүйцэтгэдэг. Юуны өмнө энерги, импульс, цахилгаан цэнэгийн хадгалалтын хуулиудыг тэмдэглэе. Эдгээр гурван хууль нь электроны тогтвортой байдлыг тайлбарладаг. Эрчим хүч ба импульсийн хэмнэлтээс харахад задралын бүтээгдэхүүний нийт амрах масс нь ялзарч буй бөөмийн үлдсэн массаас бага байх ёстой. Энэ нь электрон зөвхөн нейтрино болон фотон болж задрах боломжтой гэсэн үг юм. Гэхдээ эдгээр бөөмс нь цахилгаанаар саармаг байдаг. Тэгэхээр электронд цахилгаан цэнэгээ шилжүүлэх хүн байхгүй тул тогтвортой байдаг.

Кваркууд.Элемент гэж нэрлэгддэг маш олон тоосонцор үүссэн тул тэдгээрийн энгийн шинж чанарын талаар ноцтой эргэлзээ төрж байна. Хүчтэй харилцан үйлчлэлцдэг бөөмс бүр нь гурван бие даасан нэмэлт квант тоогоор тодорхойлогддог: цэнэг Q, хэт цэнэг Уболон барион цэнэг IN. Үүнтэй холбогдуулан бүх бөөмс нь эдгээр цэнэгийн тээвэрлэгч гурван үндсэн бөөмсөөс бүрддэг гэсэн таамаглал гарч ирэв. 1964 онд Гелл-Манн болон түүнээс үл хамааран Швейцарийн физикч Цвейг нар бүх энгийн бөөмс нь кварк гэж нэрлэгддэг гурван бөөмсөөс бүрддэг гэсэн таамаглал дэвшүүлэв. Эдгээр хэсгүүдэд бутархай квант тоо, тухайлбал, +⅔-тэй тэнцэх цахилгаан цэнэгийг өгдөг; –⅓; +⅓ гурван кварк тус ​​бүрийн хувьд. Эдгээр кваркуудыг ихэвчлэн үсгээр тэмдэглэдэг У,Д,С. Кваркуудаас гадна антикваркуудыг авч үздэг ( у,г,s). Өнөөдрийг хүртэл 12 кварк мэдэгдэж байна - 6 кварк, 6 антикварк. Кварк-антикварк хосоос мезонууд, гурван кваркаас барионууд үүсдэг. Жишээлбэл, протон ба нейтрон нь гурван кваркаас бүрддэг бөгөөд энэ нь протон эсвэл нейтроныг өнгөгүй болгодог. Үүний дагуу хүчтэй харилцан үйлчлэлийн гурван цэнэгийг ялгадаг - улаан ( Р), шар ( Ю) ба ногоон ( Г).

Кварк бүрт ижил соронзон момент (μV) оноогдсон бөгөөд түүний утга нь онолоор тодорхойлогдоогүй байна. Энэхүү таамаглал дээр үндэслэн хийсэн тооцоолол нь протоны соронзон моментийн μ p утгыг өгдөг. = μ kv, харин нейтроны хувьд μ n = – ⅔μ кв.

Тиймээс соронзон моментуудын харьцааны хувьд μ p утгыг авна / μ n = –⅔, туршилтын утгатай маш сайн тохирч байна.

Үндсэндээ кваркийн өнгө (цахилгаан цэнэгийн тэмдэг гэх мэт) нь кваркуудын харилцан таталцал, түлхэлтийг тодорхойлдог шинж чанарын ялгааг илэрхийлж эхэлсэн. Төрөл бүрийн харилцан үйлчлэлийн талбайн квантуудтай зүйрлэвэл (цахилгаан соронзон харилцан үйлчлэлийн фотонууд, Р-хүчтэй харилцан үйлчлэлийн мезон гэх мэт) кваркуудын хоорондын харилцан үйлчлэлийг зөөвөрлөх бөөмсийг нэвтрүүлсэн. Эдгээр хэсгүүдийг нэрлэсэн глюонууд. Тэд өнгийг нэг кваркаас нөгөөд шилжүүлж, кваркуудыг нэгтгэхэд хүргэдэг. Кварк физикийн хувьд хорих таамаглалыг боловсруулсан (англи хэлнээс. хоригдлууд– баригдах) кваркууд, үүний дагуу кваркийг бүхэлд нь хасах боломжгүй. Энэ нь зөвхөн бүхэл бүтэн элементийн хувьд оршин тогтнох боломжтой. Физикт бодит бөөмс болох кваркууд байгаа нь найдвартай нотлогдсон.

Кваркуудын тухай санаа маш үр дүнтэй болсон. Энэ нь аль хэдийн мэдэгдэж байсан бөөмсийг системчлэх төдийгүй бүхэл бүтэн шинэ хэсгүүдийг урьдчилан таамаглах боломжийг олгосон. Элемент бөөмсийн физикт үүссэн нөхцөл байдал нь 1869 онд Д.И.Менделев үелэх хуулийг нээсний дараа атомын физикт үүссэн нөхцөл байдлыг санагдуулдаг. Энэхүү хуулийн мөн чанар нь квант механикийг бий болгосноос хойш 60 орчим жилийн дараа тодорхой болсон ч тухайн үед мэдэгдэж байсан химийн элементүүдийг системчлэх боломжийг олгосон бөгөөд үүнээс гадна шинэ элементүүд, тэдгээрийн шинж чанаруудын оршин тогтнохыг урьдчилан таамаглахад хүргэсэн. . Үүний нэгэн адил физикчид энгийн бөөмсийг системчилж сурсан бөгөөд боловсруулсан ангилал зүй нь ховор тохиолдолд шинэ бөөмс оршин тогтнох, тэдгээрийн шинж чанарыг урьдчилан таамаглах боломжтой болсон.

Тиймээс одоогийн байдлаар кварк ба лептонуудыг үнэхээр энгийн зүйл гэж үзэж болно; Тэдгээрийн 12 нь буюу эсрэг чатитуудтай хамт - 24. Үүнээс гадна дөрвөн үндсэн харилцан үйлчлэлийг (харилцааны квант) хангадаг бөөмс байдаг. Эдгээр хэсгүүдээс 13 ширхэг байдаг: гравитон, фотон, В± - ба З- бөөмс ба 8 глюон.

Атом, цөм, адрон, кварк гэсэн цувралын эхлэл нь юу болохыг энгийн бөөмсийн одоо байгаа онолууд зааж чадахгүй. Энэ нь хязгааргүй үргэлжлэх боломжгүй бололтой. Тайлбарласан материаллаг бүтцийн гинжин хэлхээ нь огт өөр шинж чанартай объектууд дээр суурилдаг гэж таамаглаж байсан. Ийм объектууд нь цэгэн хэлбэртэй биш, харин сунасан боловч маш жижиг (~10‑33 см) формацтай болохыг харуулж байна. супер мөр.Тайлбарласан санаа нь бидний дөрвөн хэмжээст орон зайд хэрэгжих боломжгүй юм. Физикийн энэ чиглэл нь ерөнхийдөө туйлын хийсвэр бөгөөд энгийн бөөмсийн онолд агуулагдах санааг ойлгоход хялбар болгоход туслах харааны загварыг олоход маш хэцүү байдаг. Гэсэн хэдий ч эдгээр онолууд нь физикчдэд "хамгийн энгийн" бичил биетүүдийн харилцан өөрчлөлт, харилцан хамаарал, тэдгээрийн дөрвөн хэмжээст орон зай-цаг хугацааны шинж чанаруудтай уялдаа холбоог илэрхийлэх боломжийг олгодог. Хамгийн ирээдүйтэй нь гэж нэрлэгддэг зүйл юм М-онол (М - эхлэн нууц- оньсого, нууц). Тэр үйл ажиллагаа явуулж байна арван хоёр хэмжээст орон зай . Эцсийн эцэст бидний шууд хүлээн авдаг дөрвөн хэмжээст ертөнцөд шилжих явцад бүх "нэмэлт" хэмжээсүүд "нурсан". М-онол бол дөрвөн үндсэн харилцан үйлчлэлийг нэг болгон бууруулах боломжтой цорын ганц онол юм. Супер хүч.М-онол нь өөр өөр ертөнц оршин тогтнох боломжийг олгож, манай ертөнц үүсэх нөхцөлийг бүрдүүлэх нь чухал юм. М-онол хараахан хангалттай хөгжөөгүй байна. Энэ нь финал гэж үзэж байна "бүх зүйлийн онол" М-онол дээр суурилсан 21-р зуунд баригдах болно.