Temel parçacıkların sınıflandırılması. Temel parçacık

350'den fazla temel parçacık keşfedildi. Bunlardan foton, elektron ve müon nötrinosu, elektron, proton ve bunların antipartikülleri kararlıdır. Geriye kalan temel parçacıklar, yaklaşık 1000 saniyeden (serbest bir nötron için) saniyenin ihmal edilebilir bir kesrine kadar (rezonanslar için 10 -24'ten 10 -22 saniyeye) kadar bir zaman sabitiyle üstel bir yasaya göre kendiliğinden bozunur.

Temel parçacıkların yapısı ve davranışı parçacık fiziği tarafından incelenir.

Tüm temel parçacıklar özdeşlik ilkesine (Evrendeki aynı türdeki tüm temel parçacıklar, tüm özellikleri bakımından tamamen aynıdır) ve dalga-parçacık ikiliği ilkesine (her temel parçacık bir de Broglie dalgasına karşılık gelir) tabidir.

Tüm temel parçacıklar, etkileşimlerinin bir sonucu olan birbirine dönüştürülebilirlik özelliğine sahiptir: güçlü, elektromanyetik, zayıf, yerçekimi. Parçacıkların etkileşimleri, enerjinin korunumu, momentum, açısal momentum, elektrik yükü, baryon yükü vb. kanunları tarafından yasaklanmadığı takdirde, parçacıkların ve bunların toplanmasının diğer parçacıklara ve bunların toplanmasına dönüşmesine neden olur.

Temel parçacıkların temel özellikleri: kütle, spin, elektrik yükü, ömür, parite, G-paritesi, manyetik moment, baryon yükü, lepton yükü, tuhaflık, izotopik spin, CP paritesi, yük paritesi.

Ansiklopedik YouTube

1 / 5

✪ Temel parçacıklar

✪ CERN: Parçacık Fiziğinin Standart Modeli

✪ Ders 473. Temel parçacıklar. Pozitron. Nötrino

✪ Evrenin tuğlaları: Dünyayı oluşturan temel parçacıklar. Profesör David Tong'un konuşması.

✪ Temel parçacıkların dünyası (akademisyen Valery Rubakov tarafından anlatılmıştır)

Altyazılar

sınıflandırma

Ömür boyu

• Kararlı temel parçacıklar, serbest durumda sonsuz uzun bir ömre sahip parçacıklardır (proton, elektron, nötrino, foton, graviton ve bunların antipartikülleri).
• Kararsız temel parçacıklar, sınırlı bir süre içinde serbest durumdaki diğer parçacıklara (diğer tüm parçacıklara) bozunan parçacıklardır.

Ağırlığa göre

Tüm temel parçacıklar iki sınıfa ayrılır:

• Kütlesiz parçacıklar sıfır kütleli parçacıklardır (foton, gluon, graviton ve bunların antipartikülleri).
• Sıfır olmayan kütleye sahip parçacıklar (diğer tüm parçacıklar).

En büyük arkaya göre

Tüm temel parçacıklar iki sınıfa ayrılır:

Etkileşim türüne göre

Temel parçacıklar aşağıdaki gruplara ayrılır:

Bileşik parçacıklar

• Hadronlar her türlü temel etkileşime katılan parçacıklardır. Kuarklardan oluşurlar ve sırasıyla aşağıdakilere ayrılırlar:
  • mezonlar tamsayı spinli hadronlardır, yani bozonlardır;
  • Baryonlar yarı tamsayı spinli hadronlardır, yani fermiyonlardır. Bunlar özellikle bir atomun çekirdeğini oluşturan proton ve nötron parçacıklarını içerir.

Temel (yapısız) parçacıklar

• Leptonlar, 10−18 m mertebesinde ölçeklere kadar nokta parçacıklar biçiminde (yani hiçbir şeyden oluşmayan) fermiyonlardır. Güçlü etkileşimlere katılmazlar. Elektromanyetik etkileşimlere katılım deneysel olarak yalnızca yüklü leptonlar (elektronlar, müonlar, tau leptonlar) için gözlemlendi ve nötrinolar için gözlemlenmedi. Bilinen 6 lepton türü vardır.
• Kuarklar hadronların bir parçası olan kesirli yüklü parçacıklardır. Serbest durumda gözlemlenmediler (bu tür gözlemlerin yokluğunu açıklamak için bir sınırlama mekanizması önerildi). Leptonlar gibi 6 türe ayrılırlar ve yapısız kabul edilirler, ancak leptonlardan farklı olarak güçlü etkileşimlere katılırlar.
• Gösterge bozonları, etkileşimlerin gerçekleştirildiği değişim yoluyla parçacıklardır:
  • foton - elektromanyetik etkileşimi taşıyan bir parçacık;
  • sekiz gluon - güçlü etkileşimi taşıyan parçacıklar;
  • üç ara vektör bozonu K + , K- ve Z 0, zayıf etkileşimi tolere eder;
  • Graviton, yerçekimsel etkileşimi aktaran varsayımsal bir parçacıktır. Gravitonların varlığı, yerçekimi etkileşiminin zayıflığı nedeniyle henüz deneysel olarak kanıtlanmamış olsa da oldukça olası kabul ediliyor; ancak graviton, temel parçacıkların Standart Modeline dahil değildir.

Temel parçacıkların boyutları

Temel parçacıkların çok çeşitli olmasına rağmen boyutları iki gruba ayrılır. Hadronların (hem baryonlar hem de mezonlar) boyutları yaklaşık 10−15 m'dir ve bu, içerdikleri kuarklar arasındaki ortalama mesafeye yakındır. Temel, yapısız parçacıkların - ayar bozonları, kuarklar ve leptonlar - deneysel hata sınırları içindeki boyutları, nokta doğalarıyla tutarlıdır (çapın üst sınırı yaklaşık 10−18 m'dir) ( açıklamaya bakın). Daha sonraki deneylerde bu parçacıkların nihai boyutları keşfedilmezse, bu durum ayar bozonlarının, kuarkların ve leptonların boyutlarının temel uzunluğa yakın olduğunu gösterebilir (bunun büyük olasılıkla 1,6'ya eşit Planck uzunluğu olduğu ortaya çıkabilir). 10 −35 m) .

Bununla birlikte, temel bir parçacığın boyutunun oldukça karmaşık bir kavram olduğu ve her zaman klasik kavramlarla tutarlı olmadığı unutulmamalıdır. İlk olarak belirsizlik ilkesi, fiziksel bir parçacığın tam olarak lokalizasyonunun belirlenmesine izin vermez. Kesin olarak lokalize edilmiş kuantum durumlarının süperpozisyonu olarak bir parçacığı temsil eden bir dalga paketi, her zaman sonlu boyutlara ve belirli bir uzamsal yapıya sahiptir ve paketin boyutları oldukça makroskobik olabilir - örneğin, iki yarık üzerinde girişimin olduğu bir deneydeki bir elektron interferometrenin makroskobik bir mesafeyle ayrılmış her iki yarığını da “hisseder”. İkinci olarak, fiziksel bir parçacık, kendi etrafındaki vakumun yapısını değiştirerek kısa vadeli sanal parçacıklardan oluşan bir "kaplama" oluşturur - fermiyon-antifermiyon çiftleri (bkz. Vakumun polarizasyonu) ve etkileşimleri taşıyan bozonlar. Bu bölgenin uzaysal boyutları, parçacığın sahip olduğu ayar yüklerine ve ara bozonların kütlelerine bağlıdır (büyük kütleli sanal bozonların kabuğunun yarıçapı, Compton dalga boylarına yakındır ve bu da kütleleriyle ters orantılıdır). ). Bu nedenle, nötrinolar açısından bir elektronun yarıçapı (aralarında yalnızca zayıf etkileşim mümkündür), yaklaşık olarak W-bosonlarının Compton dalga boyuna, ~3 × 10 −18 m'ye ve bölgenin boyutlarına eşittir. Hadronun güçlü etkileşimi, burada bir etkileşim taşıyıcısı olarak görev yapan en hafif hadron olan pi-mezonun (~10 −15 m) Compton dalga boyu tarafından belirlenir.

Hikaye

Başlangıçta, "temel parçacık" terimi kesinlikle temel bir şey, maddenin ilk tuğlası anlamına geliyordu. Ancak 1950'li ve 1960'lı yıllarda benzer özelliklere sahip yüzlerce hadron keşfedildiğinde, hadronların en azından iç serbestlik derecesine sahip olduğu, yani kelimenin tam anlamıyla temel olmadıkları ortaya çıktı. Daha sonra hadronların kuarklardan oluştuğu ortaya çıkınca bu şüphe doğrulandı.

Böylece fizikçiler maddenin yapısında biraz daha derinlere indiler: leptonlar ve kuarklar artık maddenin en temel, nokta benzeri parçaları olarak kabul ediliyor. Onlar için (ayar bozonlarıyla birlikte) “ esas  parçacıklar".

Yaklaşık 1980'lerin ortasından bu yana aktif olarak geliştirilen sicim teorisinde, temel parçacıkların ve bunların etkileşimlerinin, özellikle küçük "sicimlerin" çeşitli titreşim türlerinin sonuçları olduğu varsayılmaktadır.

Standart model

Temel parçacıkların Standart Modeli, fermiyonların 12 çeşidini, bunlara karşılık gelen antiparçacıkları ve ayar bozonlarını (fotonlar, gluonlar, K- Ve  Z Parçacıklar arasındaki etkileşimleri taşıyan bozonlar ve 2012 yılında keşfedilen ve parçacıklardaki eylemsizlik kütlesinin varlığından sorumlu olan Higgs bozonu. Bununla birlikte, Standart Model, yerçekimini içermediğinden ve değerleri doğrudan takip edilmeyen birkaç düzine serbest parametre (parçacık kütleleri vb.) içerdiğinden, gerçekten temel bir teoriden ziyade büyük ölçüde geçici bir teori olarak görülüyor. teori. Belki de Standart Model tarafından tanımlanmayan temel parçacıklar vardır; örneğin graviton (yerçekimi kuvvetlerini taşıyan bir parçacık) veya sıradan parçacıkların süpersimetrik ortakları gibi. Toplamda model 61 parçacığı tanımlıyor.

Fermiyonlar

Fermiyonların 12 çeşidi, her biri 4 parçacıktan oluşan 3 aileye (nesiller) bölünmüştür. Bunlardan altısı kuarktır. Diğer altısı leptondur, bunların üçü nötrinodur ve geri kalan üçü bir birim negatif yük taşır: elektron, müon ve tau lepton.

TEMEL PARÇACIKLAR- tüm maddenin oluştuğuna inanılan birincil, diğer ayrışmaz parçacıklar. Modern fizikte, "temel parçacıklar" terimi genellikle atom (bkz. Atom) veya atom çekirdeği (bkz. Atom çekirdeği) olmayan büyük bir grup küçük madde parçacıklarını belirtmek için kullanılır; Bunun istisnası, hidrojen atomunun çekirdeği olan protondur.

20. yüzyılın 80'li yıllarına gelindiğinde bilim, çoğu kararsız olan 500'den fazla temel parçacığı biliyordu. Temel parçacıklar arasında proton (p), nötron (n), elektron (e), foton (γ), pi-mezonlar (π), müonlar (μ), ağır leptonlar (τ +, τ -), üç türden nötrinolar bulunur - elektronik (V e), müonik (V μ) ve sözde ağır depton (V τ) ile ilişkili, ayrıca “garip” parçacıklar (K-mezonlar ve hiperonlar), çeşitli rezonanslar, gizli çekiciliğe sahip mezonlar, “büyülenmiş ” parçacıklar, upsilon parçacıkları (Υ), “güzel” parçacıklar, ara vektör bozonları vb. Fiziğin bağımsız bir dalı ortaya çıktı: temel parçacıkların fiziği.

Parçacık fiziğinin tarihi, J. J. Thomson'un elektronu keşfettiği 1897 yılına kadar uzanır (bkz. Elektron radyasyonu); 1911'de R. Millikan elektrik yükünün büyüklüğünü ölçtü. “Foton” kavramı - ışığın kuantumu - 1900 yılında M. Planck tarafından tanıtıldı. Fotonun varlığının doğrudan deneysel kanıtı Millikan (1912-1915) ve Compton (A.N. Compton, 1922) tarafından elde edildi. Atom çekirdeğini inceleme sürecinde E. Rutherford protonu keşfetti (bkz. Proton radyasyonu) ve 1932'de J. Chadwick nötronu keşfetti (bkz. Nötron radyasyonu). W. Pauli'nin 1930'da öngördüğü nötrinoların varlığı 1953'te deneysel olarak kanıtlandı.

Temel parçacıklar üç gruba ayrılır. Birincisi tek bir temel parçacıkla temsil edilir; bir foton, γ-kuantum veya elektromanyetik radyasyonun kuantumu. İkinci grup, elektromanyetik olanlara ek olarak zayıf etkileşimlere de katılan leptonlardır (Yunanca leptos küçük, hafif). Bilinen 6 lepton vardır: elektron ve elektron nötrino, müon ve müon nötrino, ağır τ-lepton ve karşılık gelen nötrino. Üçüncü ana temel parçacık grubu, güçlü etkileşimler de dahil olmak üzere her türlü etkileşime katılan hadronlardır (Yunan hadrosları büyük, güçlü). Hadronlar iki tip parçacık içerir: baryonlar (Yunan barys ağır) - yarım tamsayı spinli ve kütlesi bir protonun kütlesinden az olmayan parçacıklar ve mezonlar (Yunan mesos ortamı) - sıfır veya tamsayı spinli parçacıklar (bkz. Elektron paramanyetik rezonans). Baryonlar proton ve nötronları, hiperonları, bazı rezonansları ve “büyülenmiş” parçacıkları ve diğer bazı temel parçacıkları içerir. Tek kararlı baryon protondur, baryonların geri kalanı kararsızdır (serbest durumdaki bir nötron kararsız bir parçacıktır, ancak kararlı atom çekirdeği içindeki bağlı durumda stabildir. Mezonlar isimlerini ilkinin kütleleri nedeniyle almıştır. keşfedilen mezonlar - pi-mezon ve K-mezon - bir proton ile bir elektronun kütleleri arasında orta değerlere sahipti. Daha sonra, kütlesi bir protonun kütlesini aşan mezonlar keşfedildi. Hadronlar da tuhaflıkla karakterize edilir (S). ) - sıfır, pozitif veya negatif kuantum sayısına sahip hadronlara sıradan, S ≠ 0'a sahip olanlara ise garip denir. 1964'te G. Zweig ve M. Gell-Mann bağımsız olarak hadronların kuark yapısını önerdiler. Çok sayıda deney, kuarkların, kuarkların içindeki gerçek maddi oluşumlar olduğunu, örneğin kesirli elektrik yükü vb. gibi bir takım olağandışı özelliklere sahip olduğunu göstermektedir. Kuarklar, serbest durumda gözlemlenmemiştir. Tüm hadronların kuarkların çeşitli kombinasyonlarından oluştuğuna inanılmaktadır.

Başlangıçta, temel parçacıklar radyoaktif bozunma (bkz. Radyoaktivite) ve kozmik radyasyon (bkz.) çalışmalarında incelenmiştir. Bununla birlikte, 20. yüzyılın 50'li yıllarından bu yana, hızlandırılmış parçacıkların bir hedefi bombaladığı veya onlara doğru uçan parçacıklarla çarpıştığı yüklü parçacık hızlandırıcıları (bkz.) üzerinde temel parçacıklarla ilgili çalışmalar yürütülmektedir. Bu durumda parçacıklar birbirleriyle etkileşime girer ve bu da onların birbirine dönüşmesine neden olur. Temel parçacıkların çoğu bu şekilde keşfedildi.

Her temel parçacık, kendi doğal etkileşimlerinin özellikleriyle birlikte, tamsayı veya kesirli sayılarla (kuantum sayıları) ifade edilen belirli fiziksel büyüklüklerin bir dizi ayrık değeriyle tanımlanır. Tüm temel parçacıkların ortak özellikleri kütle (m), ömür (t), dönüş (J)'dir - temel parçacıkların kuantum doğasına sahip olan ve parçacığın bir bütün olarak hareketiyle ilişkili olmayan içsel açısal momentumu, elektrik yükü (Ω) ve manyetik moment (μ). İncelenen temel parçacıkların mutlak değerdeki elektrik yükleri, elektron yükünün tamsayı katlarıdır (e≈1.6*10 -10 k). Bilinen temel parçacıkların elektrik yükleri 0, ±1 ve ±2'ye eşittir.

Tüm temel parçacıklar, kütlesi ve spini parçacığın kütlesine ve spinine eşit olan ve elektrik yükü, manyetik momenti ve diğer özellikleri mutlak değerde eşit ve işaret olarak zıt olan karşılık gelen antipartiküllere sahiptir. Örneğin, bir elektronun antiparçacığı bir pozitrondur, yani pozitif elektrik yüküne sahip bir elektrondur. Antiparçacığıyla aynı olan temel bir parçacık, örneğin bir nötron ve bir antinötron, bir nötrino ve bir antinötrino vb. gibi gerçekten nötr olarak adlandırılır. Antiparçacıklar birbirleriyle etkileşime girdiğinde, bunların yok olması meydana gelir (bkz.).

Temel bir parçacık maddi bir ortama girdiğinde onunla etkileşime girer. Güçlü, elektromanyetik, zayıf ve yerçekimsel etkileşimler vardır. 10-15 m'den (1 Fermi) daha az bir mesafede bulunan temel parçacıklar arasında güçlü etkileşim (elektromanyetik etkileşimden daha güçlü) meydana gelir. 1,5 Fermi'den büyük mesafelerde parçacıklar arasındaki etkileşim kuvveti sıfıra yakındır. Maddenin karasal koşullar altında stabilitesinin temelini oluşturan, atom çekirdeğinin olağanüstü gücünü sağlayan, temel parçacıklar arasındaki güçlü etkileşimlerdir. Güçlü etkileşimin karakteristik özelliği elektrik yükünden bağımsız olmasıdır. Hadronlar güçlü etkileşimlere girebilir. Güçlü etkileşimler, rezonans adı verilen kısa ömürlü parçacıkların (ömrü 10 -23 - 10 -24 saniye civarında) bozulmasına neden olur.

Manyetik momente sahip tüm yüklü temel parçacıklar, fotonlar ve nötr parçacıklar (örneğin nötronlar) elektromanyetik etkileşime tabidir. Elektromanyetik etkileşimlerin temeli elektromanyetik alanla bağlantıdır. Elektromanyetik etkileşimin kuvvetleri, güçlü etkileşimin kuvvetlerinden yaklaşık 100 kat daha zayıftır. Elektromanyetik etkileşimin ana kapsamı atomlar ve moleküllerdir (bkz. Molekül). Bu etkileşim katıların yapısını ve kimyasalın doğasını belirler. süreçler. Temel parçacıklar arasındaki mesafeyle sınırlı değildir, dolayısıyla bir atomun boyutu atom çekirdeğinin boyutunun yaklaşık 10 4 katıdır.

Temel parçacıkları içeren son derece yavaş süreçlerin temelinde zayıf etkileşimler yatmaktadır. Örneğin zayıf etkileşime sahip nötrinolar, Dünya'nın ve Güneş'in kalınlığına kolaylıkla nüfuz edebilir. Zayıf etkileşimler aynı zamanda ömürleri 108 - 10 -10 saniye aralığında olan yarı kararlı temel parçacıkların yavaş bozunmasına da neden olur. Güçlü etkileşim sırasında (10 -23 -10 -24 saniye) doğan, ancak yavaş yavaş (10 -10 saniye) bozunan temel parçacıklara garip denir.

Temel parçacıklar arasındaki yerçekimsel etkileşimler, parçacık kütlelerinin önemsizliğinden dolayı son derece küçük etkiler üretir. Bu tür etkileşimler büyük kütleli makro nesneler üzerinde iyi bir şekilde incelenmiştir.

Farklı fiziksel özelliklere sahip temel parçacıkların çeşitliliği, bunların sistemleştirilmesinin zorluğunu açıklamaktadır. Tüm temel parçacıklar arasında yalnızca fotonlar, elektronlar, nötrinolar, protonlar ve bunların antipartikülleri uzun ömürlü olduklarından aslında kararlıdırlar. Bu parçacıklar, diğer temel parçacıkların kendiliğinden dönüşümünün son ürünleridir. Temel parçacıkların doğuşu, ilk üç tür etkileşimin sonucu olarak gerçekleşebilir. Güçlü etkileşime giren parçacıklar için yaratılışın kaynağı güçlü etkileşim reaksiyonlarıdır. Leptonlar büyük olasılıkla diğer temel parçacıkların bozunmasından ortaya çıkar veya fotonların etkisi altında çiftler halinde (parçacık + antiparçacık) doğarlar.

Temel parçacıkların akışları iyonlaştırıcı radyasyon oluşturur (bkz.), ortamın nötr moleküllerinin iyonlaşmasına neden olur. Temel parçacıkların biyolojik etkisi, ışınlanmış dokularda ve vücut sıvılarında yüksek kimyasal aktiviteye sahip maddelerin oluşumu ile ilişkilidir. Bu maddeler serbest radikalleri (bkz. Serbest radikaller), peroksitleri (bkz.) ve diğerlerini içerir. Temel parçacıklar ayrıca biyomoleküller ve supramoleküler yapılar üzerinde doğrudan etkiye sahip olabilir, molekül içi bağların kopmasına, yüksek moleküllü bileşiklerin depolimerizasyonuna vb. neden olabilir. Enerji göçü süreçleri ve durumun uzun süreli korunmasından kaynaklanan yarı kararlı bileşiklerin oluşumu. Bazı makromoleküler substratlarda uyarılma. Hücrelerde, enzim sistemlerinin aktivitesi bastırılır veya bozulur, hücre zarlarının ve yüzey hücre reseptörlerinin yapısı değişir, bu da membran geçirgenliğinde bir artışa ve difüzyon süreçlerinde bir değişikliğe yol açar, buna protein denatürasyonu, doku dehidrasyonu olgusu eşlik eder, ve hücrenin iç ortamının bozulması. Hücrelerin duyarlılığı büyük ölçüde mitotik bölünmelerinin yoğunluğuna (bkz. Mitoz) ve metabolizmaya bağlıdır: bu yoğunluktaki artışla dokuların radyo duyarlılığı artar (bkz. Radyosensitivite). Radyasyon terapisi için kullanımları (bkz.), özellikle malign neoplazmların tedavisinde, temel parçacıkların - iyonlaştırıcı radyasyon akışının bu özelliğine dayanmaktadır. Yüklü temel parçacıkların nüfuz etme yeteneği, büyük ölçüde enerjinin doğrusal transferine (bkz.), yani, yolunun birimi başına yüklü parçacığın geçiş noktasında ortam tarafından emilen ortalama enerjiye bağlıdır.

Temel parçacıkların akışının zararlı etkisi özellikle hematopoietik dokudaki kök hücreleri, testis epitelini, ince bağırsağı ve cildi etkiler (bkz. Radyasyon hastalığı, Radyasyon hasarı). Her şeyden önce, ışınlama sırasında aktif organogenez ve farklılaşma durumunda olan sistemler etkilenir (bkz. Kritik organ).

Temel parçacıkların biyolojik ve terapötik etkisi, radyasyonun türüne ve dozuna bağlıdır (bkz. İyonlaştırıcı radyasyon dozları). Örneğin, tüm insan vücudunda yaklaşık 100 rad dozunda X-ışını radyasyonuna (bkz. X-ışını tedavisi), gama radyasyonuna (bkz. Gama tedavisi) ve proton radyasyonuna (bkz. Proton tedavisi) maruz kaldığında, hematopoez gözlenir; nötron radyasyonunun dış etkisi (bkz. Nötron radyasyonu), vücutta çeşitli radyoaktif maddelerin, örneğin sodyum, fosfor vb. radyonüklitlerin oluşumuna yol açar. Beta parçacıklarının (elektronlar veya pozitronlar) veya gama kuantumunun kaynağı olan radyonüklidler girdiğinde Bu, vücudun dahili ışınlanması olarak adlandırılan bir olaydır (bkz. Radyoaktif maddelerin dahil edilmesi). Bu bağlamda özellikle tehlikeli olan, örneğin vücutta eşit dağılıma sahip, hızla emilen radyonüklitlerdir. trityum (3H) ve polonyum-210.

Temel parçacıkların kaynağı olan ve metabolizmaya katılan radyonüklidler, radyoizotop teşhisinde kullanılır (bkz.).

Kaynakça: Akhiezer A.I. ve Rekalo M.P. Temel parçacıkların biyografisi, Kiev, 1983, bibliogr.; Bogolyubov N. N. ve Shirokov D. V. Kuantum alanları, M., 1980; Born M. Atom fiziği, çev. İngilizce'den, M., 1965; Jones X. Radyoloji Fiziği, çev. İngilizce'den M., 1965; Krongauz A.N., Lyapidevsky V.K. ve Frolova A.V. Klinik dozimetrinin fiziksel temelleri, M., 1969; Yüksek enerjili radyasyon kullanılarak radyasyon tedavisi, ed. I. Becker ve G. Schubert, çev. German, M., 1964'ten; Tyubiana M. ve ark. Radyasyon tedavisi ve radyobiyolojinin fiziksel temelleri, çev. French'ten, M., 1969; Shpolsky E.V. Atomik fizik, cilt 1, M., 1984; Young Ch. İngilizce'den M., 1963.

R. V. Stavntsky.

Atom kelimesi "bölünemez" anlamına gelir. Yunan filozofları tarafından, kendi anlayışlarına göre maddenin oluştuğu en küçük parçacıkları belirtmek için tanıtıldı.

On dokuzuncu yüzyıl fizikçileri ve kimyagerleri, bildikleri en küçük parçacıklara atıfta bulunmak için bu terimi benimsediler. Uzun zamandır atomları “bölebilmemize” ve bölünmez olanın bölünmez olmaktan çıkmasına rağmen, yine de bu terim korunmuştur. Bugünkü anlayışımıza göre atom, adını verdiğimiz çok küçük parçacıklardan oluşur. temel parçacıklar. Aslında atomun parçası olmayan başka temel parçacıklar da vardır. Genellikle bu parçacıkları incelemek için özel olarak tasarlanmış yüksek güçlü siklotronlar, senkrotronlar ve diğer parçacık hızlandırıcılar kullanılarak üretilirler. Ayrıca kozmik ışınlar atmosferden geçtiğinde de ortaya çıkarlar. Bu temel parçacıklar saniyenin birkaç milyonda biri kadar bir sürede ve çoğu zaman ortaya çıktıktan sonra çok daha kısa bir süre içinde bozunurlar. Çürüme sonucunda ya diğer temel parçacıklara dönüşürler ya da radyasyon şeklinde enerji açığa çıkarırlar.

Temel parçacıkların incelenmesi, giderek artan sayıda kısa ömürlü temel parçacıklara odaklanmaktadır. Bu problem, özellikle fiziğin en temel yasalarıyla bağlantılı olması nedeniyle büyük önem taşımasına rağmen, parçacıkların incelenmesi günümüzde neredeyse fiziğin diğer dallarından ayrı olarak yürütülmektedir. Bu nedenle kendimizi yalnızca en yaygın malzemelerin kalıcı bileşenleri olan parçacıkları ve bunlara çok yakın olan bazı parçacıkları dikkate almakla sınırlayacağız. On dokuzuncu yüzyılın sonunda keşfedilen temel parçacıklardan ilki, daha sonra son derece yararlı bir hizmetçi haline gelen elektrondu. Radyo tüplerinde elektron akışı boşlukta hareket eder; ve bu akışın ayarlanmasıyla gelen radyo sinyalleri güçlendirilir ve sese veya gürültüye dönüştürülür. Televizyonda elektron ışını, verici kameranın gördüklerini anında ve doğru bir şekilde alıcı ekranına kopyalayan bir kalem görevi görür. Her iki durumda da elektronlar boşlukta hareket eder, böylece mümkünse hiçbir şey onların hareketini engellemez. Bir diğer yararlı özellik ise gazın içinden geçerek onu parıldatma yetenekleridir. Böylece, elektronların belirli bir basınç altında gazla dolu bir cam tüpten geçmesine izin vererek, bu olguyu geceleri büyük şehirleri aydınlatmak için kullanılan neon ışığı üretmek için kullanıyoruz. Ve işte elektronlarla başka bir buluşma: şimşek çaktı ve havanın kalınlığını kıran sayısız elektron, yuvarlanan bir gök gürültüsü sesi yaratıyor.

Ancak önceki örneklerde gördüğümüz gibi, karasal koşullar altında serbestçe hareket edebilen nispeten az sayıda elektron vardır. Çoğu atomlara güvenli bir şekilde bağlanmıştır. Bir atomun çekirdeği pozitif yüklü olduğundan, negatif yüklü elektronları çekerek onları çekirdeğe nispeten yakın yörüngelerde kalmaya zorlar. Bir atom genellikle bir çekirdek ve bir dizi elektrondan oluşur. Bir elektron bir atomu terk ederse, genellikle hemen başka bir elektronla değiştirilir ve atom çekirdeği, yakın çevresinden büyük bir kuvvetle onu çeker.

Bu harika elektron neye benziyor? Onu hiç kimse görmedi ve hiçbir zaman da görmeyecek; ama yine de onun özelliklerini o kadar iyi biliyoruz ki, çok çeşitli durumlarda nasıl davranacağını çok detaylı bir şekilde tahmin edebiliyoruz. Kütlesini ("ağırlığını") ve elektrik yükünü biliyoruz. Çoğu zaman karşımızdaki kişi çok küçükmüş gibi davrandığını biliyoruz. parçacık, diğer durumlarda özellikler sergiler dalgalar. Son derece soyut ama aynı zamanda çok kesin bir elektron teorisi, birkaç on yıl önce İngiliz fizikçi Dirac tarafından tam biçimde önerildi. Bu teori bize elektronun hangi durumlarda parçacığa daha çok benzeyeceğini, hangi durumlarda dalga karakterinin baskın olacağını belirleme olanağı verir. Bu ikili doğa (parçacık ve dalga), elektronun net bir resmini vermeyi zorlaştırır; dolayısıyla hem bu kavramları hesaba katan hem de elektronun tam bir tanımını veren bir teorinin çok soyut olması gerekir. Ancak elektron gibi harika bir olgunun tanımını bezelye ve dalgalar gibi dünyevi görüntülerle sınırlamak akıllıca olmaz.

Dirac'ın elektron teorisinin öncüllerinden biri, pozitif yüklü olması ve negatif yüklü olmaması dışında elektronla aynı özelliklere sahip bir temel parçacığın olması gerektiğiydi. Gerçekten de böyle bir elektron ikizi keşfedildi ve isimlendirildi pozitron. Kozmik ışınların bir parçasıdır ve ayrıca bazı radyoaktif maddelerin bozunması sonucu ortaya çıkar. Karasal koşullar altında bir pozitronun ömrü kısadır. Kendini bir elektronun yakınında bulduğunda, ki bu tüm maddelerde olur, elektron ve pozitron birbirini “yok eder”; Pozitronun pozitif elektrik yükü, elektronun negatif yükünü nötralize eder. Göreliliğe göre kütle bir enerji biçimi olduğundan ve enerji "yok edilemez" olduğundan, elektron ve pozitronun birleşik kütlelerinin temsil ettiği enerjinin bir şekilde korunması gerekir. Bu görev, bir foton (ışık kuantumu) veya genellikle bu ölümcül çarpışmanın sonucu olarak yayılan iki foton tarafından gerçekleştirilir; enerjileri elektron ve pozitronun toplam enerjisine eşittir.

Ayrıca ters sürecin de meydana geldiğini biliyoruz; bir Foton, belirli koşullar altında, örneğin bir atomun çekirdeğine yakın uçarak, "yoktan" bir elektron ve bir pozitron yaratabilir. Böyle bir yaratım için, en azından elektron ve pozitronun toplam kütlesine karşılık gelen enerjiye eşit bir enerjiye sahip olması gerekir.

Bu nedenle temel parçacıklar sonsuz veya sabit değildir. Hem elektronlar hem de pozitronlar ortaya çıkabilir ve kaybolabilir; ancak enerji ve bunun sonucunda ortaya çıkan elektrik yükleri korunur.

Elektron dışında, diğer parçacıklardan çok daha önce bildiğimiz temel parçacık, nispeten nadir bulunan pozitron değil, proton- bir hidrojen atomunun çekirdeği. Bir pozitron gibi pozitif yüklüdür ancak kütlesi, bir pozitron veya elektronun kütlesinden yaklaşık iki bin kat daha fazladır. Bu parçacıklar gibi proton da bazen dalga özellikleri sergiler, ancak yalnızca çok özel koşullar altında. Dalga yapısının daha az belirgin olması aslında çok daha büyük bir kütleye sahip olmasının doğrudan bir sonucudur. Tüm maddelerin karakteristik özelliği olan dalga doğası, elektronlar gibi yalnızca hafif parçacıklarla çalışmaya başlayana kadar bizim için önemli hale gelmez.

Proton çok yaygın bir parçacıktır. Hidrojen atomu, çekirdeği olan bir proton ve onun etrafında dönen bir elektrondan oluşur. Proton aynı zamanda diğer tüm atom çekirdeklerinin bir parçasıdır.

Teorik fizikçiler, elektron gibi protonun da bir antiparçacığı olduğunu öngördüler. Açılış negatif proton veya antiproton Protonla aynı özelliklere sahip ancak negatif yüklü olan bu öngörüyü doğruladı. Bir antiprotonun bir protonla çarpışması, bir elektron ile bir pozitronun çarpışmasında olduğu gibi, her ikisini de aynı şekilde "yok eder".

Başka bir temel parçacık nötron, protonla neredeyse aynı kütleye sahiptir ancak elektriksel olarak nötrdür (hiç elektrik yükü yoktur). Yüzyılımızın otuzlu yıllarında keşfi - yaklaşık olarak pozitronun keşfiyle aynı anda - nükleer fizik için son derece önemliydi. Nötron, tüm atom çekirdeklerinin bir parçasıdır (tabii ki, yalnızca serbest bir proton olan hidrojen atomunun sıradan çekirdeği hariç); Bir atom çekirdeği çöktüğünde bir (veya daha fazla) nötron serbest bırakır. Uranyum veya plütonyum çekirdeklerinden salınan nötronlar nedeniyle atom bombası patlar.

Proton ve nötronlar birlikte atom çekirdeğini oluşturduğundan, her ikisine de nükleon adı verilir. Bir süre sonra serbest nötron bir protona ve bir elektrona dönüşür.

Adı verilen başka bir parçacığa aşinayız. antinötron Nötron gibi elektriksel olarak nötrdür. Bir nötronun birçok özelliğine sahiptir, ancak temel farklardan biri, antinötronun bir antiproton ve bir elektrona bozunmasıdır. Çarpışma sırasında bir nötron ve bir antinötron birbirini yok eder.

Foton Işık kuantumu veya ışık kuantumu son derece ilginç bir temel parçacıktır. Kitap okumak istediğimizde ampulü açıyoruz. Yani, açık bir ampul, kitaba ve odanın diğer tüm köşelerine ışık hızında koşan çok sayıda foton üretir. Bazıları duvarlara çarparak anında ölür, diğerleri tekrar tekrar başka nesnelerin duvarlarına çarpıp seker, ancak ortaya çıktıkları andan itibaren saniyenin milyonda birinden daha kısa bir süre sonra hepsi ölür, sadece birkaç tanesi hariç. pencereden kaçmayı başaran ve uzaya kaçan birkaç kişi. Foton üretmek için gereken enerji, ampul açıldığında içinden akan elektronlar tarafından sağlanır; Fotonlar öldüğünde bu enerjiyi bir kitaba veya başka bir nesneye vererek onu ısıtırlar veya göze vererek optik sinirlerin uyarılmasına neden olurlar.

Bir fotonun enerjisi ve dolayısıyla kütlesi değişmeden kalmaz: çok hafif fotonların yanı sıra çok ağır fotonlar da vardır. Sıradan ışık üreten fotonlar çok hafiftir; kütleleri elektronun kütlesinin yalnızca birkaç milyonda biri kadardır. Diğer fotonların kütlesi yaklaşık olarak elektronun kütlesiyle aynı, hatta çok daha fazladır. Ağır fotonlara örnek olarak x-ışınları ve gama ışınları verilebilir.

İşte genel bir kural: Temel parçacık ne kadar hafifse, dalga doğası o kadar anlamlı olur. En ağır temel parçacıklar (protonlar) nispeten zayıf dalga özellikleri sergiler; elektronlar için biraz daha güçlüdürler; en güçlüleri fotonlardır. Aslında ışığın dalga doğası, parçacık özelliklerinden çok daha önce keşfedilmişti. Maxwell'in geçen yüzyılın ikinci yarısında bunu göstermesinden bu yana ışığın elektromanyetik dalgaların hareketinden başka bir şey olmadığını biliyorduk, ancak yirminci yüzyılın başlarında ışığın parçacık özelliklerine de sahip olduğunu keşfedenler Planck ve Einstein'dı. bazen bireysel “kuantum” şeklinde, başka bir deyişle foton akışı şeklinde yayılır. Işığın doğasına dair görünüşte birbirine benzemeyen bu iki kavramı zihinlerimizde birleştirip kaynaştırmanın zor olduğu inkar edilemez; ancak şunu söyleyebiliriz ki, tıpkı elektronun "ikili doğası" gibi, ışık gibi anlaşılması zor bir olguya ilişkin anlayışımız da oldukça soyut olmalıdır. Ve yalnızca fikrimizi kaba görüntülerle ifade etmek istediğimizde, bazen ışığı parçacık akışına, fotonlara veya elektromanyetik nitelikteki dalga hareketine benzetmemiz gerekir.

Bir olgunun tanecikli doğası ile onun "dalga" özellikleri arasında bir ilişki vardır. Parçacık ne kadar ağır olursa karşılık gelen dalga boyu da o kadar kısa olur; Dalga boyu ne kadar uzun olursa karşılık gelen parçacık o kadar hafif olur. Çok ağır fotonlardan oluşan X-ışınları buna bağlı olarak çok kısa bir dalga boyuna sahiptir. Dalga boyu mavi ışığa göre daha uzun olan kırmızı ışık, mavi ışığı taşıyan fotonlardan daha hafif olan fotonlardan oluşur. Var olan en uzun elektromanyetik dalgalar olan radyo dalgaları çok küçük fotonlardan oluşur. Bu dalgalar en ufak bir parçacık özelliği göstermezler; onların dalga doğası tamamen baskın özelliktir.

Ve son olarak, tüm küçük temel parçacıkların en küçüğü nötrino. Elektrik yükü yoktur ve kütlesi varsa sıfıra yakındır. Biraz abartarak nötrinonun hiçbir özellikten yoksun olduğunu söyleyebiliriz.

Temel parçacıklar hakkındaki bilgimiz fiziğin modern sınırıdır. Atom on dokuzuncu yüzyılda keşfedildi ve o zamanın bilim adamları giderek artan sayıda farklı türde atom keşfettiler; Benzer şekilde, bugün giderek daha fazla temel parçacık buluyoruz. Her ne kadar atomların temel parçacıklardan oluştuğu kanıtlanmış olsa da, benzetme yoluyla temel parçacıkların daha da küçük parçacıklardan oluştuğunun bulunmasını bekleyemeyiz. Bugün karşı karşıya olduğumuz sorun çok farklı ve temel parçacıkları parçalayabileceğimize dair en ufak bir işaret bile yok. Aksine, tüm temel parçacıkların daha da temel bir olgunun tezahürleri olduğunun gösterilmesi umut ediliyor. Ve eğer bunu tespit etmek mümkün olsaydı, temel parçacıkların tüm özelliklerini anlayabilirdik; kütlelerini ve etkileşim yöntemlerini hesaplayabilirdi. Fiziğin en önemli problemlerinden biri olan bu problemin çözümüne yönelik pek çok girişimde bulunulmuştur.

“Temel parçacık” kavramının net bir tanımı yoktur; genellikle bu parçacıkları karakterize eden yalnızca belirli bir fiziksel nicelik değerleri kümesi ve bunların çok önemli bazı ayırt edici özellikleri belirtilir. Temel parçacıklar şunları içerir:

1) elektrik yükü

2) içsel açısal momentum veya spin

3) manyetik moment

4) kendi kütlesi - “dinlenme kütlesi”

Gelecekte parçacıkları karakterize eden başka nicelikler keşfedilebilir, dolayısıyla temel parçacıkların temel özelliklerinin yer aldığı bu listenin eksiksiz olduğu düşünülmemelidir.

Bununla birlikte, tüm temel parçacıklar (bunların bir listesi aşağıda verilmiştir) yukarıdaki özelliklerin tamamına sahip değildir. Bazılarının yalnızca elektrik yükü ve kütlesi vardır, ancak spini yoktur (yüklü pionlar ve kaonlar); diğer parçacıkların kütlesi, spini ve manyetik momenti vardır ancak elektrik yükü yoktur (nötron, lambda hiperon); bazıları ise yalnızca kütleye (nötr pionlar ve kaonlar) veya yalnızca dönüşe (fotonlar, nötrinolar) sahiptir. Temel parçacıkların yukarıda sayılan özelliklerden en az birine sahip olması zorunludur. Maddenin en önemli parçacıklarının (akışlar ve elektronlar) bu özelliklerin tamamıyla karakterize edildiğine dikkat edin. Vurgulanmalıdır: elektrik yükü ve spin, madde parçacıklarının temel özellikleridir, yani. sayısal değerleri her koşulda sabit kalır.

PARÇACIKLAR VE ANTI-PARÇACIKLAR

Her temel parçacığın kendi karşıtı vardır; bir “karşıparçacık”. Parçacığın ve antiparçacığın kütlesi, spini ve manyetik momenti aynıdır, ancak parçacık bir elektrik yüküne sahipse, o zaman antiparçacığı zıt işaretli bir yüke sahip olur. Proton, pozitron ve antinötron aynı manyetik momentlere ve dönüşlere sahipken, elektron, nötron ve antiproton zıt yönlere sahiptir.

Bir parçacığın antiparçacığı ile etkileşimi, diğer parçacıklarla olan etkileşiminden önemli ölçüde farklıdır. Bu fark, bir parçacığın ve onun antiparçacığının yok olma yeteneğine sahip olması, yani bunların yok olması ve onların yerine başka parçacıkların ortaya çıkması sonucu ortaya çıkan bir süreç olmasıyla ifade edilir. Yani örneğin bir elektronun ve bir pozitronun yok olması sonucunda fotonlar, protonlar ve antiprotonlar-pionlar vb. ortaya çıkar.

YAŞAM SÜRESİ

Kararlılık, temel parçacıkların zorunlu bir özelliği değildir. Yalnızca elektron, proton, nötrino ve bunların antipartikülleri ile fotonlar kararlıdır. Geriye kalan parçacıklar, örneğin bir nötronla olduğu gibi doğrudan veya bir dizi ardışık dönüşüm yoluyla kararlı parçacıklara dönüştürülür; örneğin kararsız bir negatif pion önce bir müon ve bir nötrinoya dönüşür, ardından müon bir elektron ve başka bir nötrinoya dönüşür:

Semboller, "elektronik" nötrinolar ve antinötrinolardan farklı olan "müon" nötrinoları ve antinötrinoları gösterir.

Parçacıkların kararsızlığı, onların “doğum” anından çürüme anına kadar var oldukları sürenin uzunluğuna göre değerlendirilir; Zamandaki bu anların her ikisi de ölçüm kurulumlarındaki parçacık izleriyle işaretlenir. Belirli bir "tip"teki parçacıklara ilişkin çok sayıda gözlem varsa, ya "ortalama ömür" ya da bozunmanın yarı ömrü hesaplanır. Zamanın bir noktasında bozunan parçacıkların sayısının eşit olduğunu varsayalım. ve o anda bu sayı eşit olur, parçacıkların bozunmasının olasılık kanununa uyduğu varsayılırsa.

ortalama ömrü (parçacık sayısının bir kat azaldığı süre boyunca) ve yarı ömrü hesaplayabilirsiniz.

(bu süre zarfında bu sayı yarıya iner).

Şunu belirtmek ilginçtir:

1) nötrinolar ve fotonlar hariç tüm yüksüz parçacıklar kararsızdır (nötrinolar ve fotonlar, kendi dinlenme kütlelerine sahip olmadıkları için diğer temel parçacıklar arasında öne çıkarlar);

2) yüklü parçacıklardan yalnızca elektron ve proton (ve bunların antipartikülleri) kararlıdır.

İşte en önemli parçacıkların (şu anda sayıları artmaya devam ediyor) adlarını ve analarını gösteren bir listesi:

özellikler; elektrik yükü genellikle temel birimlerle gösterilir kütle - elektron kütle spini birimleriyle - birimler halinde

(bkz: tarama)

PARÇACIK SINIFLANDIRMASI

Temel parçacıkların incelenmesi, bunları temel özelliklerinin (yük, kütle, dönüş) değerlerine göre gruplandırmanın yetersiz olduğunu göstermiştir. Bu parçacıkları önemli ölçüde farklı "ailelere" bölmenin gerekli olduğu ortaya çıktı:

1) fotonlar, 2) leptonlar, 3) mezonlar, 4) baryonlar

ve belirli bir parçacığın bu ailelerden birine ait olduğunu gösterecek parçacıkların yeni özelliklerini tanıtmak. Bu özelliklere geleneksel olarak "yükler" veya "sayılar" adı verilir. Üç tür ücretlendirme vardır:

1) lepton-elektron yükü;

2) lepton-müon yükü

3) baryon şarjı

Bu yüklere sayısal değerler verilmiştir: ve -1 (parçacıkların artı işareti vardır, antiparçacıkların eksi işareti vardır; fotonların ve mezonların yükü sıfırdır).

Temel parçacıklar aşağıdaki iki kurala uyar:

Her temel parçacık yalnızca bir aileye aittir ve yukarıdaki yüklerden (sayılardan) yalnızca biriyle karakterize edilir.

Örneğin:

Bununla birlikte, bir temel parçacık ailesi bir dizi farklı parçacık içerebilir; örneğin baryon grubu protonu, nötronu ve çok sayıda hiperonu içerir. Temel parçacıkların ailelere bölünmesini sunalım:

Leptonlar “elektronik”: Bunlar arasında elektron pozitron, elektron nötrino ve elektron antinötrino bulunur

leptonlar “müonik”: Bunlara negatif ve pozitif elektrik yüklü müonlar ve müon nötrinoları ve antinötrinolar dahildir. Bunlara proton, nötron, hiperonlar ve bunların tüm antipartikülleri dahildir.

Elektrik yükünün varlığı veya yokluğu, listelenen ailelerden herhangi birine üyelikle ilişkili değildir. Spini 1/2'ye eşit olan tüm parçacıkların zorunlu olarak yukarıda belirtilen yüklerden birine sahip olduğu fark edilmiştir. Fotonlar (spinleri birliğe eşit olan), mezonlar - pionlar ve kaonlar (spinleri sıfıra eşit olan) ne leptonik ne de baryon yüklerine sahiptir.

Temel parçacıkların katıldığı tüm fiziksel olaylarda - bozunma süreçlerinde; doğuş, yok oluş ve karşılıklı dönüşümlerde ikinci kural gözetilir:

Her yük türü için ayrı ayrı sayıların cebirsel toplamları her zaman sabit tutulur.

Bu kural üç korunum yasasına eşdeğerdir:

Bu yasalar aynı zamanda farklı ailelere ait parçacıklar arasındaki karşılıklı dönüşümlerin de yasaklandığı anlamına gelir.

Bazı parçacıklar için - kaonlar ve hiperonlar - tuhaflık adı verilen ve Kaonlar tarafından gösterilen lambda ve sigma hiperonları - xi-hiperonlar - (parçacıklar için üst işaret, antipartiküller için alt işaret) ile gösterilen başka bir özelliğin ek olarak tanıtılmasının gerekli olduğu ortaya çıktı. Garip parçacıkların ortaya çıkmasının (doğumunun) gözlemlendiği işlemlerde aşağıdaki kurala uyulur:

Garipliğin korunumu yasası. Bu, garip bir parçacığın ortaya çıkışına mutlaka bir veya daha fazla garip antiparçacığın ortaya çıkmasının eşlik etmesi gerektiği anlamına gelir; böylece önceki ve sonraki sayıların cebirsel toplamı eşit olur.

doğum süreci sabit kaldı. Ayrıca garip parçacıkların bozunması sırasında tuhaflığın korunumu yasasına uyulmadığı, yani bu yasanın yalnızca tuhaf parçacıkların doğuş süreçlerinde işlediği belirtilmektedir. Dolayısıyla garip parçacıklar için yaratım ve bozunma süreçleri geri döndürülemez. Örneğin, bir lambda hiperon (tuhaflık eşittir bozunum bir protona ve bir negatif pion'a dönüşür):

Bu reaksiyonda, reaksiyondan sonra elde edilen proton ve pion'un garipliği sıfıra eşit olduğundan garipliğin korunumu yasası gözetilmez. Ancak ters reaksiyonda, negatif bir pion bir protonla çarpıştığında tek bir lambda hiperonu görünmez; reaksiyon, zıt işaretlere sahip iki parçacığın oluşumuyla ilerler:

Sonuç olarak, bir lambda hiperonu oluşturma reaksiyonunda, tuhaflığın korunumu yasası gözlenir: reaksiyondan önce ve sonra, "garip" sayıların cebirsel toplamı sıfıra eşittir. Garip sayıların toplamının sabitliğinin gözlemlendiği yalnızca bir bozunma reaksiyonu bilinmektedir - bu, nötr bir sigma hiperonunun bir lambda hiperonuna ve bir fotona bozunmasıdır:

Garip parçacıkların bir başka özelliği de doğum süreçlerinin süresi (sırasıyla) ile ortalama varoluş süreleri (yaklaşık ) arasındaki keskin farktır; diğer (garip olmayan) parçacıklar için bu zamanlar aynı düzendedir.

Lepton ve baryon sayılarını veya yüklerini dahil etme ihtiyacının ve yukarıdaki korunum yasalarının varlığının, bizi bu yüklerin farklı türdeki parçacıklar arasında olduğu kadar parçacıklar ve antiparçacıklar arasında da niteliksel bir farkı ifade ettiğini varsaymaya zorladığını unutmayın. Parçacıklara ve antiparçacıklara zıt işaretli yüklerin atanması gerektiği gerçeği, aralarında karşılıklı dönüşümlerin imkansızlığını gösterir.

Mikro dünyanın derinliklerine daha fazla nüfuz etmek, atom seviyesinden temel parçacık seviyesine geçişle ilişkilidir. 19. yüzyılın sonlarında ilk temel parçacık olarak. elektron keşfedildi ve ardından 20. yüzyılın ilk on yıllarında. – foton, proton, pozitron ve nötron.

İkinci Dünya Savaşı'ndan sonra, modern deneysel teknolojinin ve her şeyden önce, yüksek enerji ve muazzam hız koşullarının yaratıldığı güçlü hızlandırıcıların kullanımı sayesinde, 300'ün üzerinde çok sayıda temel parçacığın varlığı tespit edildi. Bunların arasında Rezonanslar, kuarklar ve sanal parçacıklar dahil olmak üzere hem deneysel olarak keşfedilen hem de teorik olarak hesaplananlar vardır.

Terim temel parçacık başlangıçta herhangi bir maddi oluşumun altında yatan en basit, daha fazla ayrışmaz parçacıklar anlamına geliyordu. Daha sonra fizikçiler, mikro nesnelerle ilgili olarak "temel" teriminin tüm geleneğini fark ettiler. Artık parçacıkların şu ya da bu yapıya sahip olduğuna şüphe yok, ancak yine de tarihsel olarak belirlenmiş isim varlığını sürdürüyor.

Temel parçacıkların temel özellikleri kütle, yük, ortalama ömür, spin ve kuantum sayılarıdır.

Dinlenme kütlesi Temel parçacıklar, elektronun geri kalan kütlesine göre belirlenir. Durgun kütlesi olmayan temel parçacıklar vardır - fotonlar. Bu kritere göre kalan parçacıklar aşağıdakilere ayrılır: leptonlar– hafif parçacıklar (elektron ve nötrino); mezonlar– Kütlesi bir ila bin elektron kütlesi arasında değişen orta büyüklükteki parçacıklar; baryonlar Kütlesi bin elektron kütlesini aşan ve protonları, nötronları, hiperonları ve birçok rezonansı içeren ağır parçacıklar.

Elektrik yükü temel parçacıkların bir diğer önemli özelliğidir. Bilinen tüm parçacıkların pozitif, negatif veya sıfır yükü vardır. Foton ve iki mezon dışındaki her parçacık, zıt yüklü antiparçacıklara karşılık gelir. 1963–1964 civarında varlığına dair bir hipotez ortaya atıldı kuarklar– kesirli elektrik yüküne sahip parçacıklar. Bu hipotez henüz deneysel olarak doğrulanmamıştır.

Ömür boyu parçacıklar ikiye ayrılır stabil Ve dengesiz . Beş kararlı parçacık vardır: foton, iki tür nötrino, elektron ve proton. Makro cisimlerin yapısında en önemli rolü oynayanlar kararlı parçacıklardır. Diğer tüm parçacıklar kararsızdır, yaklaşık 10-10-10-24 saniye boyunca var olurlar ve sonrasında bozunurlar. Ortalama ömrü 10–23–10–22 saniye olan temel parçacıklara denir. rezonanslar. Ömürleri kısa olduğundan atomdan veya atom çekirdeğinden ayrılmadan bozunurlar. Rezonans durumları teorik olarak hesaplandı; gerçek deneylerde tespit edilemedi.

Yük, kütle ve ömrün yanı sıra, temel parçacıklar klasik fizikte benzeri olmayan kavramlarla da tanımlanır: kavram geri . Spin, bir parçacığın hareketi ile ilişkili olmayan içsel açısal momentumudur. Spin şu şekilde karakterize edilir: spin kuantum sayısı S tamsayı (±1) veya yarım tamsayı (±1/2) değerlerini alabilmektedir. Tamsayı spinli parçacıklar – bozonlar, yarım tamsayı ile – fermiyonlar. Elektronlar fermiyonlar olarak sınıflandırılır. Pauli ilkesine göre bir atomun aynı kuantum sayılarına sahip birden fazla elektronu olamaz. N,M,ben,S. Aynı n sayısına sahip dalga fonksiyonlarına karşılık gelen elektronlar enerji açısından birbirine çok yakındır ve atomda bir elektron kabuğu oluşturur. Yukarıda belirtildiği gibi l sayısındaki farklılıklar “alt kabuğu” belirler, geri kalan kuantum sayıları onun dolgusunu belirler.

Temel parçacıkların özelliklerinde başka bir önemli fikir daha var etkileşimler. Daha önce belirtildiği gibi, temel parçacıklar arasında dört tür etkileşim bilinmektedir: yerçekimi,zayıf,elektromanyetik Ve güçlü(nükleer).

Durağan kütleye sahip tüm parçacıklar ( M 0), yerçekimi etkileşimine katılır ve yüklü olanlar da elektromanyetik etkileşime katılır. Leptonlar ayrıca zayıf etkileşimlere de katılırlar. Hadronlar dört temel etkileşimin hepsine katılırlar.

Kuantum alan teorisine göre tüm etkileşimler alışveriş yoluyla gerçekleştirilir. sanal parçacıklar yani varlıkları ancak dolaylı olarak, bazı ikincil etkiler yoluyla ortaya çıkmaları yoluyla değerlendirilebilen parçacıklar ( gerçek parçacıklar enstrümanlar kullanılarak doğrudan kaydedilebilir).

Bilinen dört etkileşim tipinin (yerçekimi, elektromanyetik, güçlü ve zayıf) hepsinin ayar doğasına sahip olduğu ve ayar simetrileri ile tanımlandığı ortaya çıktı. Yani, tüm etkileşimler sanki "aynı boşluktan" yapılıyor. Bu bize "bilinen tüm kilitlerin tek anahtarını" bulmanın ve Evrenin tek bir süpersimetrik süper alan tarafından temsil edilen bir durumdan, etkileşim türleri arasındaki farklılıkların ortaya çıktığı bir durumdan evrimini tanımlamanın mümkün olacağı umudunu veriyor. Her türlü madde parçacığı ile alan kuantumu arasında henüz ortaya çıkmamıştır.

Temel parçacıkları sınıflandırmanın çok sayıda yolu vardır. Örneğin, parçacıklar fermiyonlara (Fermi parçacıkları) - madde parçacıklarına ve bozonlara (Bose parçacıkları) - alan kuantasına bölünür.

Başka bir yaklaşıma göre parçacıklar 4 sınıfa ayrılır: fotonlar, leptonlar, mezonlar, baryonlar.

Fotonlar (elektromanyetik alan kuantumu) elektromanyetik etkileşimlere katılır, ancak güçlü, zayıf veya yerçekimsel etkileşimlere sahip değildir.

Leptonlar Adlarını Yunanca kelimeden aldılar benEptos- kolay. Bunlar güçlü bir etkileşime sahip olmayan parçacıkları içerir: müonlar (μ – , μ +), elektronlar (e – , e +), elektron nötrinoları (v e – , v e +) ve müon nötrinoları (v – m, v + m) . Tüm leptonların spini ½'dir ve bu nedenle fermiyondurlar. Tüm leptonların zayıf bir etkileşimi vardır. Elektrik yüküne sahip olanlar (yani müonlar ve elektronlar) aynı zamanda elektromanyetik kuvvete de sahiptirler.

Mezonlar – baryon yükü olarak adlandırılan yükü taşımayan, güçlü etkileşime giren kararsız parçacıklar. Bunların arasında R-mezonlar veya pionlar (π +, π –, π 0), İLE-mezonlar veya kaonlar (K +, K –, K 0) ve Bu-mezonlar (η) . Ağırlık İLE-mezonlar ~970me'dir (yüklü için 494 MeV ve nötr için 498 MeV) İLE-mezonlar). Yaşam süresi İLE-mezonların büyüklüğü 10 –8 s mertebesindedir. Oluşmak üzere parçalanırlar BEN-mezonlar ve leptonlar veya sadece leptonlar. Ağırlık Bu-mezonlar 549 MeV'dir (1074me), ömrü yaklaşık 10–19 saniyedir. Bu-mezonlar bozunarak π-mezonları ve γ-fotonları oluşturur. Leptonlardan farklı olarak, mezonlar yalnızca zayıf (ve yüklüyse elektromanyetik) bir etkileşime değil, aynı zamanda birbirleriyle etkileşime girdiklerinde ve ayrıca mezonlar ve baryonlar arasındaki etkileşim sırasında kendini gösteren güçlü bir etkileşime sahiptir. Tüm mezonların spini sıfırdır, dolayısıyla bozonlardır.

Sınıf baryonlar nükleonları (p,n) ve nükleonların kütlesinden daha büyük bir kütleye sahip kararsız parçacıkları birleştirir, buna hiperon denir. Tüm baryonların güçlü bir etkileşimi vardır ve bu nedenle atom çekirdeğiyle aktif olarak etkileşime girer. Tüm baryonların spini ½ olduğundan baryonlar fermiyondur. Proton dışındaki tüm baryonlar kararsızdır. Baryonların bozunması sırasında diğer parçacıklarla birlikte mutlaka bir baryon oluşur. Bu model tezahürlerden biridir. baryon yükünün korunumu kanunu.

Yukarıda listelenen parçacıklara ek olarak, çok sayıda güçlü etkileşime giren kısa ömürlü parçacıklar keşfedilmiştir. rezonanslar . Bu parçacıklar iki veya daha fazla temel parçacık tarafından oluşturulan rezonans durumlarıdır. Rezonans ömrü sadece ~ 10 –23 –10 –22 sn.

Elementer parçacıklar kadar karmaşık mikropartiküller de madde içerisinden geçerken bıraktıkları izler sayesinde gözlenebilmektedir. İzlerin doğası, parçacığın yükünün, enerjisinin, momentumunun vb. işaretinin değerlendirilmesine olanak tanır. Yüklü parçacıklar, yolları boyunca moleküllerin iyonlaşmasına neden olur. Nötr parçacıklar iz bırakmazlar ancak yüklü parçacıklara bozunma anında veya herhangi bir çekirdekle çarpışma anında kendilerini açığa çıkarabilirler. Sonuç olarak nötr parçacıklar, ürettikleri yüklü parçacıkların neden olduğu iyonizasyonla da tespit edilir.

Parçacıklar ve antipartiküller. 1928'de İngiliz fizikçi P. Dirac, elektron için göreli bir kuantum mekaniksel denklem bulmayı başardı ve bundan çok sayıda dikkate değer sonuç çıktı. Öncelikle bu denklemden elektronun kendi manyetik momentinin spini ve sayısal değeri herhangi bir ek varsayım olmaksızın doğal olarak elde edilir. Böylece spinin hem kuantum hem de göreli bir nicelik olduğu ortaya çıktı. Ancak bu Dirac denkleminin önemini ortadan kaldırmaz. Ayrıca elektronun antiparçacıklarının varlığının tahmin edilmesini de mümkün kıldı. pozitron. Dirac denkleminden serbest bir elektronun toplam enerjisi için sadece pozitif değil aynı zamanda negatif değerler de elde edilir. Denklem çalışmaları, belirli bir parçacık momentumu için enerjilere karşılık gelen denklemin çözümlerinin bulunduğunu göstermektedir: .

En büyük negatif enerji arasında (– M e İle 2) ve en az pozitif enerji (+ M e C 2) Gerçekleştirilemeyen bir enerji değerleri aralığı vardır. Bu aralığın genişliği 2 M e İle 2. Sonuç olarak, iki enerji özdeğeri bölgesi elde edilir: biri ile başlar + M e İle 2 ve +∞'a kadar uzanır, diğeri –'den başlar M e İle 2 ve –∞'a kadar uzanır.

Negatif enerjiye sahip bir parçacığın çok tuhaf özelliklere sahip olması gerekir. Gittikçe daha az enerjiye sahip (yani negatif enerjinin büyüklüğünün arttığı) durumlara geçerek, örneğin radyasyon biçiminde enerji açığa çıkarabilir ve | e| Hiçbir şeyle sınırlı olmadığı için negatif enerjiye sahip bir parçacık sonsuz miktarda enerji yayabilir. Benzer bir sonuca şu şekilde ulaşılabilir: ilişkiden e=M e İleŞekil 2'den negatif enerjili bir parçacığın aynı zamanda negatif bir kütleye sahip olacağı sonucu çıkar. Bir frenleme kuvvetinin etkisi altında, negatif kütleli bir parçacık yavaşlamamalı, aksine hızlanmalı ve frenleme kuvvetinin kaynağı üzerinde sonsuz miktarda iş gerçekleştirmelidir. Bu zorluklar göz önüne alındığında, negatif enerjiye sahip durumun saçma sonuçlara yol açabileceği gerekçesiyle değerlendirme dışı bırakılması gerektiğini kabul etmek gerekecek gibi görünüyor. Ancak bu, kuantum mekaniğinin bazı genel ilkeleriyle çelişir. Bu nedenle Dirac farklı bir yol seçti. Elektronların negatif enerjili durumlara geçişlerinin genellikle gözlemlenmediğini, çünkü mevcut tüm negatif enerjili seviyelerin zaten elektronlar tarafından işgal edildiğini öne sürdü.

Dirac'a göre boşluk, negatif enerjinin tüm seviyelerinin elektronlar tarafından işgal edildiği, pozitif enerjili seviyelerin ise serbest olduğu bir durumdur. Yasak bandın altındaki tüm seviyeler istisnasız olarak dolu olduğundan bu seviyelerdeki elektronlar hiçbir şekilde kendilerini göstermezler. Negatif seviyelerde bulunan elektronlardan birine enerji verilirse e≥ 2M e İleŞekil 2'de gösterildiği gibi, o zaman bu elektron pozitif enerjili bir duruma girecek ve pozitif kütleli ve negatif yüklü bir parçacık gibi her zamanki gibi davranacaktır. Teorik olarak tahmin edilen bu ilk parçacığa pozitron adı verildi. Bir pozitron bir elektronla karşılaştığında yok olurlar (yok olurlar) - elektron pozitif bir seviyeden boş bir negatif seviyeye geçer. Bu seviyeler arasındaki farka karşılık gelen enerji radyasyon şeklinde açığa çıkar. Şek. Şekil 4'teki ok 1, bir elektron-pozitron çiftinin yaratılma sürecini, ok 2 ise bunların yok oluşunu göstermektedir. "Yok olma" terimi tam anlamıyla alınmamalıdır. Esasen meydana gelen şey bir yok oluş değil, bazı parçacıkların (elektron ve pozitron) diğerlerine (γ-fotonlar) dönüşmesidir.

Antiparçacıklarıyla aynı olan (yani antiparçacıkları olmayan) parçacıklar vardır. Bu tür parçacıklara kesinlikle nötr denir. Bunlara foton, π 0 mezon ve η mezon dahildir. Antipartikülleriyle aynı olan parçacıklar yok olma yeteneğine sahip değildir. Ancak bu onların hiçbir şekilde başka parçacıklara dönüşemeyeceği anlamına gelmez.

Baryonlara (yani nükleonlar ve hiperonlara) bir baryon yükü (veya baryon numarası) atanırsa İÇİNDE= +1, antibaryonlar – baryon yükü İÇİNDE= –1 ve diğer tüm parçacıkların baryon yükü vardır İÇİNDE= 0 ise, baryonların ve antibaryonların katılımıyla meydana gelen tüm süreçler, tıpkı süreçlerin elektrik yükünün korunumu ile karakterize edilmesi gibi, yük baryonlarının korunumu ile de karakterize edilecektir. Baryon yükünün korunumu yasası, en yumuşak baryon olan protonun stabilitesini belirler. Tüm parçacıkların antiparçacıklarla (örneğin, elektronların protonlarla ve protonların elektronlarla vb.) yerini aldığı fiziksel bir sistemi tanımlayan tüm niceliklerin dönüşümüne konjugasyon yükü denir.

Garip parçacıklar.İLE-Mezonlar ve hiperonlar, XX yüzyılın 50'li yıllarının başında kozmik ışınların bir parçası olarak keşfedildi. 1953'ten beri hızlandırıcılarda üretiliyorlar. Bu parçacıkların davranışının o kadar sıra dışı olduğu ortaya çıktı ki onlara tuhaf denildi. Tuhaf parçacıkların olağandışı davranışı, bunların 10-23 saniyelik karakteristik bir süre ile güçlü etkileşimler nedeniyle açıkça doğmuş olmaları ve ömürlerinin 10-8-10-10 saniye civarında olmasıydı. İkinci durum, parçacıkların bozunmasının zayıf etkileşimlerin bir sonucu olarak meydana geldiğini gösterdi. Garip parçacıkların neden bu kadar uzun süre yaşadığı tamamen belirsizdi. λ-hiperonun hem oluşumunda hem de bozunmasında aynı parçacıklar (π-mezonlar ve protonlar) yer aldığından, her iki sürecin hızının (yani olasılığının) bu kadar farklı olması şaşırtıcıydı. Daha ileri araştırmalar garip parçacıkların çiftler halinde doğduğunu gösterdi. Bu, iki tuhaf parçacığın varlığının bunların ortaya çıkması için gerekli olması nedeniyle güçlü etkileşimlerin parçacık bozunmasında rol oynayamayacağı fikrine yol açtı. Aynı nedenden ötürü, garip parçacıkların tek başına yaratılmasının imkansız olduğu ortaya çıkıyor.

Garip parçacıkların tekil üretiminin yasaklanmasını açıklamak için M. Gell-Mann ve K. Nishijima, varsayımlarına göre toplam değerinin güçlü etkileşimler altında korunması gereken yeni bir kuantum sayısı ortaya koydular. Bu bir kuantum sayısıdır S adı verildi parçacığın tuhaflığı. Zayıf etkileşimlerde tuhaflık korunmayabilir. Bu nedenle, yalnızca güçlü etkileşime giren parçacıklara (mezonlar ve baryonlar) atfedilir.

Nötrino. Nötrino, güçlü veya elektromanyetik etkileşimlere katılmayan tek parçacıktır. Tüm parçacıkların katıldığı yerçekimsel etkileşim hariç, nötrinolar yalnızca zayıf etkileşimlerde yer alabilir.

Uzun bir süre boyunca bir nötrinonun antinötrinodan nasıl farklı olduğu belirsizliğini korudu. Birleşik paritenin korunumu yasasının keşfi bu soruyu cevaplamayı mümkün kıldı: sarmallık açısından farklılık gösteriyorlar. Altında sarmallık dürtünün yönleri arasında belirli bir ilişki anlaşılmaktadır R ve geri S parçacıklar. Spin ve momentum aynı yönde ise sarmallık pozitif kabul edilir. Bu durumda parçacık hareketinin yönü ( R) ve dönüşe karşılık gelen "dönme" yönü sağ yönlü bir vida oluşturur. Dönme ve momentum zıt yönlerde olduğunda, sarmallık negatif olacaktır (öteleme hareketi ve "dönme", sol yönlü bir vidayı oluşturur). Yang, Lee, Landau ve Salam tarafından geliştirilen boylamsal nötrino teorisine göre, doğada var olan tüm nötrinolar, kökenlerinin yöntemi ne olursa olsun, her zaman tamamen boylamasına polarizedir (yani dönüşleri momentuma paralel veya antiparalel olarak yönlendirilir). R). Nötrino var negatif(solda) sarmallık (yönlerin oranına karşılık gelir) S Ve R, Şekil 2'de gösterilmiştir. 5 (b), antinötrino – pozitif (sağ yönlü) sarmallık (a). Dolayısıyla nötrinoları antinötrinolardan ayıran şey helisitedir.

Pirinç. 5. Temel parçacıkların sarmal şeması

Temel parçacıkların sistematiği. Temel parçacıkların dünyasında gözlemlenen modeller korunum yasaları biçiminde formüle edilebilir. Bu tür yasaların oldukça fazlası zaten birikmiştir. Bazılarının kesin olmadığı, yalnızca yaklaşık olduğu ortaya çıktı. Her korunum yasası sistemin belirli bir simetrisini ifade eder. Momentumun korunumu yasaları R, açısal momentum L ve enerji e uzay ve zamanın simetrisinin özelliklerini yansıtır: koruma e zamanın homojenliğinin bir sonucudur, korunması R mekanın homojenliği ve korunması nedeniyle L– izotropisi. Paritenin korunumu yasası sağ ve sol arasındaki simetriyle ilişkilidir ( R-değişmezlik). Yük konjugasyonuna göre simetri (partiküllerin ve antipartiküllerin simetrisi), yük paritesinin korunmasına yol açar ( İLE-değişmezlik). Elektrik, baryon ve lepton yüklerinin korunumu yasaları özel bir simetriyi ifade eder İLE-fonksiyonlar. Son olarak izotopik spinin korunumu yasası, izotopik uzayın izotropisini yansıtır. Koruma yasalarından birine uyulmaması, bu etkileşimde karşılık gelen simetri türünün ihlali anlamına gelir.

Temel parçacıkların dünyasında bir kural vardır: Koruma yasalarının yasaklamadığı her şeye izin verilir. İkincisi, parçacıkların birbirine dönüşmesini düzenleyen dışlama kurallarının rolünü oynar. Öncelikle enerjinin, momentumun ve elektrik yükünün korunumu yasalarını not edelim. Bu üç yasa elektronun kararlılığını açıklar. Enerjinin ve momentumun korunumundan, bozunma ürünlerinin toplam geri kalan kütlesinin, bozunan parçacığın geri kalan kütlesinden daha az olması gerektiği sonucu çıkar. Bu, bir elektronun yalnızca nötrinolara ve fotonlara bozunabileceği anlamına gelir. Ancak bu parçacıklar elektriksel olarak nötrdür. Böylece elektronun elektrik yükünü aktaracak kimsesi olmadığı, dolayısıyla kararlı olduğu ortaya çıktı.

Kuarklar. Temel denilen o kadar çok parçacık haline geldi ki, bunların temel doğası hakkında ciddi şüpheler ortaya çıktı. Güçlü bir şekilde etkileşime giren parçacıkların her biri, üç bağımsız toplamsal kuantum sayısıyla karakterize edilir: yük Q, aşırı yük sen ve baryon şarjı İÇİNDE. Bu bağlamda, tüm parçacıkların üç temel parçacıktan (bu yüklerin taşıyıcıları) oluştuğuna dair bir hipotez ortaya çıktı. 1964 yılında Gell-Mann ve ondan bağımsız olarak İsviçreli fizikçi Zweig, tüm temel parçacıkların kuark adı verilen üç parçacıktan oluştuğunu öne süren bir hipotez ortaya attılar. Bu parçacıklara kesirli kuantum sayıları, özellikle +⅔'ye eşit bir elektrik yükü atanır; –⅓; Üç kuarkın her biri için sırasıyla +⅓. Bu kuarklar genellikle harflerle gösterilir. sen,D,S. Kuarklara ek olarak antikuarklar da dikkate alınır ( sen,D,S). Bugüne kadar 12 kuark biliniyor; 6 kuark ve 6 antikuark. Mezonlar bir kuark-antikuark çiftinden, baryonlar ise üç kuarktan oluşur. Örneğin bir proton ve bir nötron üç kuarktan oluşur ve bu da proton veya nötronu renksiz yapar. Buna göre, güçlü etkileşimlerin üç yükü ayırt edilir - kırmızı ( R), sarı ( e) ve yeşil ( G).

Her kuarkın değeri teoriye göre belirlenemeyen aynı manyetik moment (μV) atanır. Bu varsayıma dayanarak yapılan hesaplamalar proton için μ p manyetik momentinin değerini verir. = μ kv ve bir nötron için μ n = – ⅔μ metrekare

Böylece manyetik momentlerin oranı için μ p değeri elde edilir / μn = –⅔, deneysel değerle mükemmel uyum içinde.

Temel olarak kuarkın rengi (elektrik yükünün işareti gibi), kuarkların karşılıklı çekim ve itme kuvvetini belirleyen özellikteki farklılığı ifade etmeye başladı. Çeşitli etkileşimlerin alanlarının kuantumlarına benzetilerek (elektromanyetik etkileşimlerdeki fotonlar, R-güçlü etkileşimlerdeki mezonlar vb.) kuarklar arasındaki etkileşimi taşıyan parçacıklar tanıtıldı. Bu parçacıklara denirdi gluonlar. Bir kuarktan diğerine renk aktararak kuarkların bir arada tutulmasını sağlarlar. Kuark fiziğinde hapsedilme hipotezi formüle edildi (İngilizce'den. hapsetmeler– kuarkların yakalanması, buna göre bir kuarkın bütünden çıkarılması imkansızdır. Ancak bütünün bir unsuru olarak var olabilir. Kuarkların fizikte gerçek parçacıklar olarak varlığı güvenilir bir şekilde kanıtlanmıştır.

Kuark fikrinin çok verimli olduğu ortaya çıktı. Bu sadece halihazırda bilinen parçacıkları sistematik hale getirmekle kalmadı, aynı zamanda bir dizi yeni parçacığı da tahmin etmeyi mümkün kıldı. Temel parçacıkların fiziğinde gelişen durum, 1869'da D. I. Mendelev tarafından periyodik yasanın keşfedilmesinden sonra atom fiziğinde yaratılan durumu anımsatıyor. Bu yasanın özü, kuantum mekaniğinin ortaya çıkışından sadece 60 yıl sonra açıklığa kavuşturulmasına rağmen, o zamana kadar bilinen kimyasal elementlerin sistematik hale getirilmesini mümkün kıldı ve ayrıca yeni elementlerin varlığı ve özelliklerinin tahmin edilmesine yol açtı. . Aynı şekilde fizikçiler temel parçacıkları sistemleştirmeyi öğrendiler ve bazı durumlarda geliştirilen sınıflandırma, yeni parçacıkların varlığını tahmin etmeyi ve özelliklerini tahmin etmeyi mümkün kıldı.

Yani şu anda kuarklar ve leptonlar gerçekten temel kabul edilebilir; Bunlardan 12 tane var veya anti-chatitlerle birlikte - 24 tane var. Ayrıca dört temel etkileşimi (etkileşim kuantumu) sağlayan parçacıklar da var. Bu parçacıklardan 13 tane var: Graviton, foton, K± - ve Z-partiküller ve 8 gluon.

Temel parçacıklarla ilgili mevcut teoriler serinin başlangıcının ne olduğunu gösteremez: atomlar, çekirdekler, hadronlar, kuarklar. Bu seride, daha karmaşık olan her malzeme yapısı, bileşen olarak daha basit bir yapıyı içerir. Görünüşe göre bu sonsuza kadar devam edemez. Tanımlanan malzeme yapıları zincirinin temelde farklı nitelikteki nesnelere dayandığı varsayılmıştır. Bu tür nesnelerin noktaya benzemeyebileceği, ancak son derece küçük (~10‑33 cm) oluşumlara rağmen uzatılmış olabileceği gösterilmiştir. süper sicimler. Açıklanan fikir dört boyutlu uzayımızda gerçekleştirilemez. Fiziğin bu alanı genellikle son derece soyuttur ve temel parçacık teorilerinin doğasında bulunan fikirlerin algılanmasını basitleştirmeye yardımcı olacak görsel modeller bulmak çok zordur. Bununla birlikte, bu teoriler fizikçilerin "en temel" mikro nesnelerin karşılıklı dönüşümünü ve birbirine bağımlılığını, bunların dört boyutlu uzay-zamanın özellikleriyle bağlantısını ifade etmelerine olanak tanır. En umut verici olanı sözde M-teorisi (M – itibaren gizem- bilmece, sır). Ameliyat ediyor on iki boyutlu uzay . Sonuçta doğrudan algıladığımız dört boyutlu dünyaya geçiş sırasında tüm "ekstra" boyutlar "çöküyor". M-teorisi şu ana kadar dört temel etkileşimi tek bir etkileşime indirgemeyi mümkün kılan tek teoridir. Süper güç. M-teorisinin farklı dünyaların varlığına izin vermesi ve dünyamızın ortaya çıkmasını sağlayacak koşulları oluşturması da önemlidir. M-teorisi henüz yeterince gelişmemiştir. Finalin gerçekleşeceğine inanılıyor "her şeyin teorisi" M teorisine dayalı olarak 21. yüzyılda inşa edilecek.