Цэнэггүй бөөмс байж болох уу? Цахилгаан цэнэг ба энгийн бөөмс

Орчлон ертөнцөд бие бүр өөр өөрийн цаг хугацаа, үндсэндээ амьдардаг энгийн бөөмсМөн. Ихэнх энгийн хэсгүүдийн амьдрах хугацаа нэлээд богино байдаг.

Зарим нь төрснийхөө дараа шууд задардаг тул бид тэднийг тогтворгүй тоосонцор гэж нэрлэдэг.

Тэд дууссан богино хугацааТогтвортой хэсгүүдэд задардаг: протон, электрон, нейтрино, фотон, гравитон ба тэдгээрийн эсрэг бөөмс.

Бидний ойролцоох орон зайн хамгийн чухал бичил биетүүд - протон ба электронууд. Орчлон ертөнцийн зарим алслагдсан хэсгүүд нь антиматераас бүрдэх боломжтой бөгөөд хамгийн чухал хэсгүүд нь антипротон ба антиэлектрон (позитрон) байх болно.

Нийтдээ хэдэн зуун энгийн бөөмсийг илрүүлсэн: протон (p), нейтрон (n), электрон (e -), түүнчлэн фотон (g), пи-мезон (p), мюон (м), нейтрино. гурван төрөл(цахим v e, muonic v m, лептонтой v t) гэх мэт. Тэд илүү олон шинэ бичил хэсгүүдийг авчрах нь ойлгомжтой.

Бөөмийн харагдах байдал:

Протон ба электронууд

Протон ба электронуудын харагдах байдал нь эрт дээр үеэс эхэлсэн бөгөөд нас нь ойролцоогоор арван тэрбум жил юм.

Бүтцийн хувьд чухал үүрэг гүйцэтгэдэг өөр нэг төрлийн бичил объектууд орон зайд ойрхон- нейтронтой нийтлэг нэрпротонтой: нуклон. Нейтронууд өөрсдөө тогтворгүй байдаг; тэд үйлдвэрлэснээс хойш арван минутын дараа ялзардаг. Тэд зөвхөн атомын цөмд тогтвортой байж чаддаг. Атомын цөмүүд протоноос үүсдэг оддын гүнд асар олон тооны нейтрон байнга гарч ирдэг.

Нейтрино

Орчлон ертөнцөд мөн электронтой төстэй, гэхдээ цэнэггүй, нейтрино байнга төрдөг. хөнгөн жин. 1936 онд нэг төрлийн нейтрино нээгдсэн: протоныг нейтрон болгон хувиргах, хэт масстай оддын гүнд болон олон тогтворгүй бичил биетүүдийн задралын үед үүсдэг мюон нейтрино. Тэд мөргөлдсөний дараа төрдөг сансрын туяаод хоорондын орон зайд.

Big Bang үүссэн асар их хэмжээнейтрино ба мюон нейтрино. Сансар огторгуй дахь тэдний тоо бараг ямар ч бодист шингэдэггүй тул байнга нэмэгдсээр байна.

Фотонууд

Фотонуудын нэгэн адил нейтрино, мюон нейтрино бүх зүйлийг дүүргэдэг гадаад орон зай. Энэ үзэгдлийг "нейтрино тэнгис" гэж нэрлэдэг.
Түүнээс хойш том тэсрэлтБид реликт эсвэл чулуужсан гэж нэрлэдэг маш олон фотон үлддэг. Бүх гадаад орон зай тэднээр дүүрсэн бөгөөд Орчлон ертөнц тэлэхийн хэрээр тэдний давтамж, улмаар энерги нь байнга буурч байдаг.

Одоогоор бүх зүйл сансрын биетүүд, гол төлөв одод ба мананцарууд нь орчлон ертөнцийн фотон хэсгийг бүрдүүлэхэд оролцдог. Оддын гадаргуу дээр электронуудын энергиэс фотонууд үүсдэг.

Бөөмийн холболт

Орчлон ертөнц үүсэх эхний үе шатанд бүх үндсэн элементүүд чөлөөтэй байсан. Дараа нь атомын цөм, гариг, од байхгүй байсан.

Атомууд, тэдгээрээс гаригууд, одууд болон бүх бодисууд хожим 300,000 жил өнгөрч, тэлэлтийн явцад халуун бодис хангалттай хөргөсний дараа үүссэн.

Зөвхөн нейтрино, муон нейтрино, фотоныг ямар ч системд оруулаагүй болно: тэдгээрийн харилцан татаххэтэрхий сул. Тэд чөлөөт тоосонцор хэвээр үлджээ.

Илүү дэлгэрэнгүй эхний шатОрчлон ертөнц үүсэх (төрсөнөөс хойш 300,000 жилийн дараа) чөлөөт протонуудмөн электронууд нийлж устөрөгчийн атом (цахилгаан хүчээр холбогдсон нэг протон, нэг электрон) үүсгэдэг.

Орчлон ертөнцийн "барилгын микроблокууд" нь протон ба электронууд гэдгийг мэддэг.

Эцэст нь, протон ба антипротон уулзах үед ямар ч систем үүсэхгүй, харин тэдний амрах энерги нь фотон хэлбэрээр ялгардаг ().

Эрдэмтэд цахилгаан соронзонтой төстэй таталцлын харилцан үйлчлэлийг явуулдаг сүнслэг үндсэн элементар бөөмс гравитон байдаг гэж баталдаг. Гэсэн хэдий ч гравитон байгаа нь зөвхөн онолын хувьд батлагдсан.

Ийнхүү үндсэн энгийн бөөмсүүд үүссэн бөгөөд одоо бидний орчлон ертөнцийг, тэр дундаа Дэлхийг төлөөлдөг: протон, электрон, нейтрино, фотон, гравитон болон бусад олон нээсэн, нээгдээгүй бичил биетүүд.

Цаашид бичил ертөнцийн гүнд нэвтрэх нь атомын түвшнээс энгийн бөөмсийн түвшинд шилжихтэй холбоотой юм. Анхны энгийн бөөмсийн хувьд XIX сүүлВ. 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, ээрэх ба квант тоо.

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 масс хүртэлх масстай дунд хэмжээний 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 тогтворжсон тоосонцор юм амин чухал үүрэгмакробиеийн бүтцэд. 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.

дагуу квант онолталбарууд, бүх харилцан үйлчлэл нь солилцоогоор явагддаг виртуал бөөмс , өөрөөр хэлбэл, зарим хоёрдогч нөлөөллөөр дамжуулан зарим илрэлүүдээр нь зөвхөн шууд бус байдлаар шүүгдэж 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 квантууд гэж 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 авсан Грек үг лeptos- амархан. Үүнд: мюон (μ – , μ +), электрон (е – , у +), электрон нейтрино (v e – ,v e +) болон мюон нейтрино (v – m, v + m) гэсэн хүчтэй харилцан үйлчлэлгүй бөөмсүүд орно. 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 r-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). Амьдралын хугацаа TO-мезонууд нь 10-8 секундын дарааллын магнитудтай байдаг. Тэд задарч, бүрэлдэн тогтдог 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 тэг 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 барион цэнэгийн хадгалалтын хууль.

Дээр дурдсан хэсгүүдээс гадна бид олсон их тоогэж нэрлэгддэг хүчтэй харилцан үйлчлэлцдэг богино наст хэсгүүд 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, энэ тэгшитгэлээс бид байгалийн аргаар, ямар ч нэмэлт таамаглалгүйгээр ээрэх ба тоон утгаэлектрон өөрийн соронзон момент. 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 агуу хоёрын хооронд сөрөг энерги (–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| хязгаарлалтгүй 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 бөөмс нь сөрөг массудаашруулж болохгүй, харин хурдасгаж, тоормосны хүчний эх үүсвэр дээр хязгааргүй их хэмжээний ажил гүйцэтгэх ёстой. 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. Хориглосон 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. Тодорхойлж буй бүх хэмжигдэхүүнийг хөрвүүлэх физик систем, бүх бөөмс нь эсрэг бөөмөөр солигддог (жишээлбэл, электронууд протонтой, протон нь электронтой гэх мэт) коньюгацийн цэнэг гэж нэрлэгддэг.

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) нь λ-гиперон үүсэх, задрахад хоёуланд нь оролцдог тул хоёр процессын хурд (өөрөөр хэлбэл магадлал) маш өөр байгаа нь гайхмаар 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 мушгиалалтын схем

Энгийн бөөмсийн систем.Энгийн бөөмсийн ертөнцөд ажиглагдсан зүй тогтолыг хадгалалтын хуулийн хэлбэрээр томъёолж болно. Энэ мэт нэлээд олон хууль хуримтлагдсан байдаг. 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 шалтгаална 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 тоосонцор нь цахилгааны хувьд 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 бүр ижил хуваарилагдсан соронзон момент(μV), 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 / μn = –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, r-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 зөвхөн аль хэдийн системчлэх боломжийг олгосон мэдэгдэж байгаа хэсгүүд, гэхдээ бас шинэ бүхэл бүтэн цувралыг урьдчилан таамаглах. 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. бүрэлдэхүүн хэсэг. 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". Одоохондоо М-онол цорын ганц онол, энэ нь дөрвөн үндсэн харилцан үйлчлэлийг нэг болгон бууруулах боломжтой болгодог 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.

Ойролцоогоор 1000 секундээс (чөлөөт нейтроны хувьд) секундын өчүүхэн хэсэг хүртэл (резонансуудын хувьд 10 -24-ээс 10 -22 секунд хүртэл).

Эгэл бөөмсийн бүтэц, зан төлөвийг бөөмийн физик судалдаг.

Бүх энгийн бөөмс нь ижил төстэй байдлын зарчим (Орчлон ертөнц дэх ижил төрлийн бүх элементар бөөмүүд бүх шинж чанараараа бүрэн ижил байдаг) ба бөөмс-долгионы хоёрдмол зарчим (энгийн бөөмс бүр де Бройлийн 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 ба 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:амьдралын хугацаа, масс, спин, цахилгаан цэнэг, соронзон момент, барион цэнэг, лептоны цэнэг, хачирхалтай байдал, изотопын эргэлт, паритет, цэнэгийн паритет, G-паритет, CP-паритет.

Ангилал

Насан туршдаа

• Тогтвортой энгийн бөөмс нь хязгааргүй хэсгүүд юм их цагчөлөөт төлөв дэх амьдрал (протон, электрон, нейтрино, фотон ба тэдгээрийн эсрэг бөөмс).
• Тогтворгүй энгийн тоосонцор нь чөлөөт төлөвт бусад бөөмс болж задардаг бөөмс юм дуусах цаг(бусад бүх бөөмс).

Жингээр

Бүх энгийн бөөмсийг хоёр ангилалд хуваадаг.

• Массгүй бөөмс нь тэг масстай бөөмс (фотон, глюон) 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 фермионууд юм. 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 харилцан үйлчлэлцдэг бөөмс юм.
  • фотон бол цахилгаан соронзон харилцан үйлчлэлийг явуулдаг бөөмс юм;
  • найман глюон - хүчтэй хүчийг зөөдөг бөөмс;
  • гурван завсрын вектор бозонууд В + , В- ба З 0, сул харилцан үйлчлэлийг тэсвэрлэдэг;
  • гравитон бол таталцлын хүчийг зөөдөг 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.

Сэдвийн талаархи видео

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 бөөмсийн хэмжээсүүд - хэмжигч бозонууд, кваркууд ба лептонууд - тэдгээрийн цэгийн шинж чанартай нийцэж байна ( дээд хязгаардиаметр нь ойролцоогоор 10−18 м) ( 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 Планкийн урт нь 1.6 10-тай тэнцэх магадлалтай). −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. Бөөмсийг нарийн локалчлагдсан квант төлөвүүдийн суперпозици болгон төлөөлдөг долгионы багц нь үргэлж хязгаарлагдмал хэмжээстэй, тодорхой хэмжээтэй байдаг. орон зайн бүтэц, мөн багцын хэмжээсүүд нь нэлээд макроскоп байж болно - жишээлбэл, хоёр ангархай дээр хөндлөнгийн оролцоотой туршилтанд оролцож буй электрон интерферометрийн хоёр ангархайг макроскопийн зайгаар тусгаарласан "мэдэрнэ". Хоёрдугаарт, физик бөөмс нь эргэн тойрон дахь вакуумын бүтцийг өөрчилж, богино хугацааны виртуал бөөмс болох фермион-антифермион хос (Вакуум туйлшралыг үзнэ үү) болон харилцан үйлчлэлцдэг бозонуудын "давх" үүсгэдэг. Энэ бүсийн орон зайн хэмжээсүүд нь бөөмс болон массын хэмжээнээс хамаардаг. завсрын бозонууд(Их хэмжээний виртуаль бозонуудын бүрхүүлийн радиус нь Комптон долгионы урттай ойролцоо бөгөөд энэ нь эргээд масстай урвуу хамааралтай). Тиймээс нейтриногийн үүднээс электрон радиус (тэдгээрийн хооронд л боломжтой). сул харилцан үйлчлэл) нь W бозоны Комптон долгионы урт, ~3×10 −18 м, бүсийн хэмжээстэй ойролцоогоор тэнцүү байна. хүчтэй харилцан үйлчлэлАдронууд нь энд харилцан үйлчлэлийн үүрэг гүйцэтгэдэг хамгийн хөнгөн адрон болох пи мезон (~10 −15 м)-ийн Комптон долгионы уртаар тодорхойлогддог.

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) " суурьбөөмс".

1980-аад оны дунд үеэс идэвхтэй хөгжиж ирсэн мөрний онолд энгийн бөөмс ба тэдгээрийн харилцан үйлчлэл нь янз бүрийн төрөлялангуяа жижиг "утас" -ын чичиргээ.

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 тайлбарлаагүй энгийн бөөмс байдаг Стандарт загвар- жишээлбэл, гравитон (таамаглалаар зөөвөрлөх бөөмс таталцлын хүч) эсвэл энгийн бөөмсийн хэт тэгш хэмтэй түншүүд. Нийтдээ загвар нь 61 ширхэгийг дүрсэлсэн байна.

Фермионууд

Фермионы 12 амт нь тус бүр 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.

Эсрэг бөөмс

Мөн дээрх арван хоёр бөөмстэй тохирох 12 фермионы эсрэг бөөмс байдаг.

Кваркууд

Кварк ба антикваркууд хэзээ ч чөлөөт төлөвт олдож байгаагүй - үүнийг үзэгдлээр тайлбарлав.

Хуудас 1

Бүх талаараа сэтгэл ханамжтай хураамжийн талаар товч тодорхойлолт өгөх боломжгүй юм. Бид маш сайн ойлгосон тайлбарыг хайж дассан нарийн төвөгтэй формацуудатом гэх мэт үйл явц, шингэн талстууд, молекулуудын хурдаар тархалт гэх мэт. Гэвч өнөөгийн шинжлэх ухааны үзэж байгаагаар ямар ч дотоод механизмгүй, энгийн зүйлд хуваагддаггүй хамгийн энгийн, үндсэн ойлголтуудыг сэтгэл хангалуун байдлаар товч тайлбарлах боломжгүй болсон. Ялангуяа объектууд бидний мэдрэхүйгээр шууд мэдрэгддэггүй бол. Яг үүнтэй адил үндсэн ойлголтуудцахилгаан цэнэгийг хэлнэ.

Эхлээд цахилгаан цэнэг гэж юу болохыг бус, харин энэ бие эсвэл бөөм нь цахилгаан цэнэгтэй гэсэн мэдэгдлийн ард юу нуугдаж байгааг олж мэдэхийг хичээцгээе.

Бүх бие нь энгийн (шинжлэх ухааны мэдэж байгаагаар) жижиг хэсгүүдэд хуваагддаггүй жижиг хэсгүүдээс бүтээгдсэн байдаг тул тэдгээрийг энгийн гэж нэрлэдэг. Бүх энгийн бөөмс нь масстай бөгөөд үүнээс болж бие биедээ татагддаг. Хуулийн дагуу бүх нийтийн таталцалтэдгээрийн хоорондын зай нэмэгдэхийн хэрээр таталцлын хүч харьцангуй удаан буурдаг: зайны квадраттай урвуу пропорциональ. Нэмж дурдахад, ихэнх энгийн бөөмсүүд бүгд биш ч гэсэн бие биетэйгээ харилцан үйлчлэх чадвартай бөгөөд энэ нь зайны квадраттай урвуу харьцаагаар багасдаг боловч энэ хүч нь таталцлын хүчнээс асар олон дахин их байдаг. . Ийнхүү 1-р зурагт бүдүүвчээр үзүүлсэн устөрөгчийн атомд электрон нь таталцлын хүчнээс 1039 дахин их хүчээр цөм (протон) руу татагддаг.

Хэрэв бөөмсүүд бие биентэйгээ харилцан үйлчлэлцэж, зай нэмэгдэх тусам аажмаар буурч, таталцлын хүчнээс хэд дахин их байвал эдгээр бөөмсийг цахилгаан цэнэгтэй гэж нэрлэдэг. Бөөмүүдийг өөрөө цэнэглэгдсэн гэж нэрлэдэг. Цахилгаан цэнэггүй бөөмс байдаг ч бөөмсгүй цахилгаан цэнэг байхгүй.

Цэнэглэгдсэн хэсгүүдийн харилцан үйлчлэлийг цахилгаан соронзон гэж нэрлэдэг. Электрон ба протоныг цахилгаанаар цэнэглэгдсэн гэж хэлэхэд тэдгээр нь тодорхой төрлийн (цахилгаан соронзон) харилцан үйлчлэх чадвартай гэсэн үг бөгөөд үүнээс өөр зүйл байхгүй. Бөөмүүд дээр цэнэггүй байгаа нь ийм харилцан үйлчлэлийг илрүүлдэггүй гэсэн үг юм. Цахилгаан цэнэг нь эрчмийг тодорхойлдог цахилгаан соронзон харилцан үйлчлэл, масс нь эрчмийг тодорхойлдог шиг таталцлын харилцан үйлчлэл. Цахилгаан цэнэг нь хоёр дахь (массын дараа) юм. хамгийн чухал шинж чанархүрээлэн буй ертөнцөд тэдний зан төлөвийг тодорхойлдог энгийн тоосонцор.

Тиймээс

Цахилгаан цэнэгнь бөөмс эсвэл биетүүдийн цахилгаан соронзон хүчний харилцан үйлчлэлд орох шинж чанарыг тодорхойлдог физик скаляр хэмжигдэхүүн юм.

Цахилгаан цэнэгийг q эсвэл Q үсгээр тэмдэглэдэг.

Механикийн хувьд энэ ойлголтыг ихэвчлэн ашигладаг материаллаг цэг, энэ нь олон асуудлын шийдлийг ихээхэн хялбаршуулах боломжийг олгодог бөгөөд цэнэгийн харилцан үйлчлэлийг судлахад цэгийн цэнэгийн санаа үр дүнтэй болж хувирдаг. Хэмжээ нь энэ биеэс ажиглалтын цэг болон бусад цэнэглэгдсэн бие хүртэлх зайнаас хамаагүй бага цэнэгтэй биеийг цэгийн цэнэг гэнэ. Ялангуяа, хэрэв бид хоёрын харилцан үйлчлэлийн талаар ярих юм бол цэгийн төлбөр, тэгвэл тэд авч үзэж буй хоёр цэнэглэгдсэн биеийн хоорондох зай нь шугаман хэмжээсүүдээс хамаагүй их байна гэж үздэг.

Энгийн бөөмийн цахилгаан цэнэг

Энгийн бөөмийн цахилгаан цэнэг нь бөөмс доторх тусгай "механизм" биш бөгөөд түүнийг салгаж, бүрэлдэхүүн хэсгүүдэд нь задалж, дахин угсардаг. Электрон болон бусад бөөмс дээр цахилгаан цэнэг байгаа нь зөвхөн тэдгээрийн хооронд тодорхой харилцан үйлчлэл байгаа гэсэн үг юм.

Байгальд эсрэг тэсрэг цэнэгтэй бөөмс байдаг. Протоны цэнэгийг эерэг, электроны цэнэгийг сөрөг гэж нэрлэдэг. Эерэг тэмдэгБөөмийн цэнэг нь мэдээж онцгой давуу талтай гэсэн үг биш юм. Хоёр тэмдгийн цэнэгийг танилцуулах нь цэнэглэгдсэн бөөмсийг татах, түлхэх чадвартай гэдгийг зүгээр л илэрхийлж байна. At ижил шинж тэмдэгтоосонцор бие биенээ няцаах боловч өөр өөр байвал татагдана.

Одоогийн байдлаар хоёр төрлийн цахилгаан цэнэгийн шалтгааныг тайлбарлаагүй байна. Ямар ч тохиолдолд эерэг ба сөрөг цэнэгийн хооронд үндсэн ялгаа байхгүй. Хэрэв бөөмсийн цахилгаан цэнэгийн шинж тэмдгүүд эсрэгээрээ өөрчлөгдсөн бол байгаль дахь цахилгаан соронзон харилцан үйлчлэлийн мөн чанар өөрчлөгдөхгүй.

Орчлон ертөнцөд эерэг ба сөрөг цэнэгүүд маш сайн тэнцвэртэй байдаг. Хэрэв Орчлон ертөнц хязгаарлагдмал бол түүний нийт цахилгаан цэнэг тэгтэй тэнцүү байх магадлалтай.

Хамгийн гайхалтай нь бүх энгийн бөөмсийн цахилгаан цэнэгийн хэмжээ нь яг ижил байдаг. Бүх цэнэгтэй элементар бөөмсийг эзэмшдэг хамгийн бага цэнэгийг элементар гэж нэрлэдэг. Цэнэг нь протон шиг эерэг эсвэл электрон шиг сөрөг байж болох ч цэнэгийн модуль бүх тохиолдолд ижил байна.

Цэнэгийнхээ хэсгийг, жишээлбэл, электроноос салгах боломжгүй юм. Энэ нь магадгүй хамгийн гайхмаар зүйл юм. Байхгүй орчин үеийн оноляагаад бүх бөөмсийн цэнэг ижил байдгийг тайлбарлаж чадахгүй ба хамгийн бага цахилгаан цэнэгийн утгыг тооцоолж чадахгүй. Энэ нь янз бүрийн туршилтуудыг ашиглан туршилтаар тодорхойлогддог.

1960-аад онд шинээр нээгдсэн энгийн бөөмсийн тоо аймшигтайгаар өсч эхэлсний дараа хүчтэй харилцан үйлчлэлцдэг бүх бөөмс нь нийлмэл байдаг гэсэн таамаглал дэвшүүлсэн. Илүү суурь хэсгүүдийг кварк гэж нэрлэдэг. Кваркууд бутархай цахилгаан цэнэгтэй байх ёстой нь гайхалтай байсан: 1/3 ба 2/3 энгийн цэнэг. Протон ба нейтроныг бүтээхэд хоёр төрлийн кварк хангалттай. Тэдний хамгийн их тоо нь зургаагаас хэтрэхгүй бололтой.

Цахилгаан цэнэгийн хэмжих нэгж

« Физик - 10-р анги"

Нэгдүгээрт, цахилгаанаар цэнэглэгдсэн биетүүд амарч байх үеийн хамгийн энгийн тохиолдлыг авч үзье.

Цахилгаан цэнэгтэй биетүүдийн тэнцвэрт байдлыг судлахад зориулагдсан электродинамикийн салбарыг гэнэ. электростатик.

Цахилгаан цэнэг гэж юу вэ?
Ямар төлбөр байдаг вэ?

Үгээр цахилгаан, цахилгаан цэнэг, цахилгаан гүйдэл Та олон удаа уулзаж, тэдэнд дасаж чадсан. Гэхдээ "Цахилгаан цэнэг гэж юу вэ?" Гэсэн асуултанд хариулахыг хичээ. Үзэл баримтлал нь өөрөө цэнэглэх- энэ бол үндсэн, үндсэн ойлголт бөгөөд үүнийг багасгах боломжгүй юм орчин үеийн түвшинбидний мэдлэгийг илүү энгийн, энгийн ойлголт болгон хөгжүүлэх.

Эхлээд "Энэ бие эсвэл бөөмс нь цахилгаан цэнэгтэй" гэсэн үг юу болохыг олж мэдэхийг хичээцгээе.

Бүх бие нь бүтсэн жижиг хэсгүүд, эдгээр нь энгийн зүйлд хуваагддаггүй тул дууддаг анхан шатны.

Элементар бөөмс нь масстай бөгөөд үүнээс болж бүх нийтийн таталцлын хуулийн дагуу бие биедээ татагддаг. Бөөмийн хоорондох зай ихсэх тусам таталцлын хүч энэ зайны квадраттай урвуу харьцаатайгаар буурдаг. Ихэнх энгийн бөөмсүүд бүгд биш ч гэсэн бие биетэйгээ харилцан үйлчлэх чадвартай бөгөөд энэ нь зайны квадраттай урвуу харьцаагаар багасдаг боловч энэ хүч нь таталцлын хүчнээс хэд дахин их байдаг.

Тиймээс 14.1-р зурагт бүдүүвчээр үзүүлсэн устөрөгчийн атомд электрон нь таталцлын хүчнээс 10 39 дахин их хүчээр цөм (протон) руу татагддаг.

Хэрэв бөөмс нь бүх нийтийн таталцлын хүчний нэгэн адил зай нэмэгдэх тусам багасдаг хүчнүүдтэй харилцан үйлчилдэг боловч таталцлын хүчнээс олон дахин давж байвал эдгээр бөөмсийг цахилгаан цэнэгтэй гэж нэрлэдэг. Бөөмүүдийг өөрсдөө гэж нэрлэдэг цэнэглэгдсэн.

Цахилгаан цэнэггүй бөөмс байдаг ч бөөмсгүй цахилгаан цэнэг байхгүй.

Цэнэглэгдсэн хэсгүүдийн харилцан үйлчлэлийг нэрлэдэг цахилгаан соронзон.

Таталцлын харилцан үйлчлэлийн эрчмийг масс тодорхойлдог шиг цахилгаан цэнэг нь цахилгаан соронзон харилцан үйлчлэлийн эрчмийг тодорхойлдог.

Энгийн бөөмийн цахилгаан цэнэг нь бөөмийн доторх тусгай механизм биш бөгөөд түүнээс салгаж, түүний бүрэлдэхүүн хэсгүүдэд задарч, дахин угсардаг. Электрон болон бусад бөөмс дээр цахилгаан цэнэг байгаа нь зөвхөн тэдгээрийн хооронд тодорхой хүчний харилцан үйлчлэл байгаа гэсэн үг юм.

Хэрэв бид эдгээр харилцан үйлчлэлийн хуулийг мэдэхгүй бол үндсэндээ цэнэгийн талаар юу ч мэдэхгүй. Харилцааны хуулиудын талаархи мэдлэг нь цэнэгийн талаархи бидний санаа бодлыг багтаах ёстой. Эдгээр хуулиуд нь энгийн зүйл биш бөгөөд тэдгээрийг хэдхэн үгээр тоймлох боломжгүй юм. Тиймээс хангалттай сэтгэл ханамжтай өгөх боломжгүй юм товч тодорхойлолтүзэл баримтлал цахилгаан цэнэг.

Цахилгаан цэнэгийн хоёр шинж тэмдэг.

Бүх бие масстай тул бие биенээ татдаг. Цэнэглэсэн бие нь бие биенээ татаж, түлхэж чаддаг. Энэ хамгийн чухал баримт, танд танил бол байгальд эсрэг тэмдэгтэй цахилгаан цэнэгтэй бөөмс байдаг гэсэн үг юм; ижил тэмдгээр цэнэглэгдсэн тохиолдолд бөөмс нь түлхэж, өөр өөр тэмдэгтэй тохиолдолд татдаг.

Энгийн бөөмсийн цэнэг - протонууд, бүх атомын цөмийн нэг хэсэг болох эерэг, цэнэг гэж нэрлэдэг электронууд- сөрөг. Эерэг ба сөрөг цэнэгийн хооронд дотоод ялгааҮгүй Хэрэв бөөмийн цэнэгийн шинж тэмдгүүд урвуу байсан бол цахилгаан соронзон харилцан үйлчлэлийн мөн чанар огт өөрчлөгдөхгүй.

Анхан шатны төлбөр.

Электрон ба протоноос гадна хэд хэдэн төрлийн цэнэгтэй элементар бөөмс байдаг. Гэхдээ зөвхөн электрон ба протонууд нь чөлөөт төлөвт хязгааргүй оршин тогтнох боломжтой. Цэнэглэгдсэн хэсгүүдийн үлдсэн хэсэг нь секундын саяны нэгээс бага хугацаанд амьдардаг. Тэд хурдан энгийн бөөмсийн мөргөлдөх үед төрж, бага зэрэг богино хугацаанд оршин тогтнож, ялзарч, бусад бөөмс болж хувирдаг. Та 11-р ангиасаа эдгээр бөөмстэй танилцах болно.

Цахилгаан цэнэггүй бөөмсүүд орно нейтрон. Түүний масс нь протоны массаас арай том юм. Нейтрон нь протонтой хамт нэг хэсэг юм атомын цөм. Хэрэв энгийн бөөмс нь цэнэгтэй бол түүний утгыг хатуу тодорхойлно.

Цэнэглэгдсэн биеБүх биед цахилгаан цэнэгтэй бөөмс байдаг тул байгальд цахилгаан соронзон хүч асар их үүрэг гүйцэтгэдэг. Атомын бүрэлдэхүүн хэсгүүд болох цөм ба электронууд нь цахилгаан цэнэгтэй байдаг.

Биеийн хэвийн төлөвт байгаа бие нь цахилгаан саармаг байдаг тул биетүүдийн хоорондох цахилгаан соронзон хүчний шууд үйлчлэлийг илрүүлдэггүй.

Аливаа бодисын атом нь саармаг байдаг, учир нь түүний доторх электронуудын тоо цөм дэх протоны тоотой тэнцүү байдаг. Эерэг болон сөрөг цэнэгтэй бөөмсүүд хоорондоо холбогддог цахилгаан хүчмөн төвийг сахисан системийг бүрдүүлнэ.

Макроскопийн биет цэнэгийн аль нэг тэмдэгтэй илүү их хэмжээний энгийн бөөмс агуулж байвал цахилгаан цэнэгтэй байна. Тиймээс биеийн сөрөг цэнэг нь протоны тоотой харьцуулахад электроны илүүдэл, эерэг цэнэг нь электрон дутагдалтай байдаг.

Цахилгаан цэнэгтэй макроскоп биеийг олж авах, өөрөөр хэлбэл түүнийг цахилгаанжуулахын тулд та хэсгийг салгах хэрэгтэй. сөрөг цэнэгтүүнтэй холбоотой эерэг цэнэгээс эсвэл сөрөг цэнэгийг төвийг сахисан биед шилжүүлэх.

Үүнийг үрэлтийн тусламжтайгаар хийж болно. Хэрэв та хуурай үсээр сам гүйвэл хамгийн хөдөлгөөнт цэнэгтэй хэсгүүдийн багахан хэсэг болох электронууд үснээс сам руу шилжиж, сөрөг цэнэгтэй байх ба үс эерэгээр цэнэглэгдэнэ.

Цахилгаанжуулалтын үеийн төлбөрийн тэгш байдал

Туршилтын тусламжтайгаар үрэлтийн нөлөөгөөр цахилгаанжсан үед хоёр бие нь тэмдгээр эсрэгээрээ боловч ижил хэмжээтэй цэнэгийг олж авдаг болохыг баталж болно.

Цахилгаан хэмжигчийг авч үзье, түүний саваа дээр нүхтэй металл бөмбөрцөг, урт бариул дээр хоёр хавтан байдаг: нэг нь хатуу резинээр, нөгөө нь plexiglass-ээр хийсэн. Бие биенээ үрэх үед ялтсууд цахилгаанждаг.

Бөмбөрцөг доторх ялтсуудын аль нэгийг хананд нь хүрэлгүйгээр авчирцгаая. Хэрэв хавтан эерэг цэнэгтэй бол электрометрийн зүү ба бариулаас зарим электронууд хавтан руу татагдаж, дээр цуглуулагдана. дотоод гадаргуубөмбөрцөг. Үүний зэрэгцээ сум нь эерэг цэнэглэгдэх бөгөөд цахилгаан хэмжигч бариулаас холдох болно (Зураг 14.2, а).

Хэрэв та бөмбөрцөг дотор өөр хавтан авчирч, эхлээд эхнийхийг нь салгавал бөмбөрцөг ба саваагийн электронууд хавтангаас хөөгдөж, суманд илүүдэл хуримтлагдах болно. Энэ нь сумыг саваагаас хазайлгахад хүргэдэг бөгөөд эхний туршилттай ижил өнцгөөр.

Хоёр хавтанг бөмбөрцөг дотор буулгасны дараа бид сумны хазайлтыг огт илрүүлэхгүй (Зураг 14.2, b). Энэ нь ялтсуудын цэнэгийн хэмжээ тэнцүү, тэмдгээр эсрэг тэсрэг болохыг баталж байна.

Биеийн цахилгаанжуулалт ба түүний илрэл.Синтетик даавууны үрэлтийн үед их хэмжээний цахилгаанжуулалт үүсдэг. Цамцаа тайлж байна синтетик материалхуурай агаарт та өвөрмөц хагархай дууг сонсож болно. Үрэлтийн гадаргуугийн цэнэглэгдсэн хэсгүүдийн хооронд жижиг оч үсэрч байна.

Хэвлэх үйлдвэрүүдэд цаасыг хэвлэх явцад цахилгаанжуулж, хуудаснууд хоорондоо наалддаг. Үүнээс урьдчилан сэргийлэхийн тулд цэнэгийг зайлуулах тусгай төхөөрөмжийг ашигладаг. Гэсэн хэдий ч ойр дотно харилцаатай биетүүдийн цахилгаанжуулалтыг заримдаа, жишээлбэл, янз бүрийн цахилгаан хувилах суурилуулалтанд ашигладаг.

Цахилгаан цэнэгийг хадгалах хууль.

Хавтанг цахилгаанжуулах туршлагаас харахад үрэлтийн тусламжтайгаар цахилгаанжуулалтын явцад өмнө нь төвийг сахисан биетүүдийн хооронд одоо байгаа цэнэгийн дахин хуваарилалт явагддаг. Электронуудын багахан хэсэг нь нэг биеэс нөгөө бие рүү шилждэг. Энэ тохиолдолд шинэ тоосонцор гарч ирэхгүй, урьд өмнө байсан хэсгүүд алга болохгүй.

Биеийг цахилгаанжуулах үед цахилгаан цэнэгийн хадгалалтын хууль. Энэ хууль нь цэнэглэгдсэн тоосонцор гаднаас ордоггүй, гадагш гардаггүй системд, өөрөөр хэлбэл тусгаарлагдсан систем.

IN тусгаарлагдсан систем алгебрийн нийлбэрбүх биеийн цэнэг хадгалагдана.

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

Энд q 1, q 2 гэх мэт нь бие даасан цэнэгтэй биеийн цэнэг юм.

Цэнэг хадгалах тухай хууль бий гүн утгатай. Хэрэв цэнэгтэй элементар бөөмсийн тоо өөрчлөгдөхгүй бол цэнэгийн хадгалалтын хуулийн биелэлт тодорхой болно. Гэвч энгийн тоосонцор нь бие биедээ хувирч, төрж, алга болж, шинэ хэсгүүдэд амьдрал өгч чаддаг.

Гэсэн хэдий ч бүх тохиолдолд цэнэглэгдсэн бөөмс нь зөвхөн ижил хэмжээтэй, эсрэг тэмдгээр цэнэглэгдсэн хос хосоороо төрдөг; Цэнэглэсэн тоосонцор нь зөвхөн хосоороо алга болж, төвийг сахисан хэсгүүд болж хувирдаг. Мөн эдгээр бүх тохиолдолд цэнэгийн алгебрийн нийлбэр ижил хэвээр байна.

Цэнэг хадгалах хуулийн хүчинтэй байдал нь ажиглалтаар нотлогддог асар их тооэнгийн бөөмсийн хувиргалт. Энэ хууль нь хамгийн нэгийг илэрхийлдэг үндсэн шинж чанаруудцахилгаан цэнэг. Хэргийг үргэлжлүүлэн хорих болсон шалтгаан одоогоор тодорхойгүй байна.