O razumevanju kretanja materije, njene sposobnosti samorazvoja, kao i povezanosti i interakcije materijalnih objekata u savremenoj prirodnoj nauci. Fundamentalne čestice Kako funkcioniše čestica “ne”.
Leptoni ne učestvuju u jakoj interakciji. elektron. pozitron. mion. neutrino je laka neutralna čestica koja učestvuje samo u slabim i gravitaciona interakcija. neutrina (# fluks). kvarkovi. nosioci interakcija: fotonski kvant svjetlosti...
Zahtjev "Osnovna istraživanja" preusmjerava ovdje; vidi i druga značenja. Fundamentalna nauka je oblast znanja koja podrazumeva teorijsko i eksperimentalno naučno istraživanje fundamentalnih pojava (uključujući... ... Wikipedia
Zahtjev "Elementarne čestice" se preusmjerava ovdje; vidi i druga značenja. Elementarna čestica je zbirni pojam koji se odnosi na mikro-objekte na subnuklearnoj skali koji se ne mogu rastaviti na sastavne dijelove. Trebalo je u... ... Wikipediji
Elementarna čestica je skupni pojam koji se odnosi na mikro-objekte na subnuklearnoj skali koji se ne mogu (ili još nije dokazano) podijeliti na svoje sastavne dijelove. Njihovu strukturu i ponašanje proučava fizika čestica. Koncept... ...Vikipedija
elektron- ▲ osnovna čestica koja ima, element, naelektrisan elektron negativno nabijena elementarna čestica sa elementarnim električni naboj. ↓ … Ideografski rečnik ruskog jezika
Elementarna čestica je skupni pojam koji se odnosi na mikro-objekte na subnuklearnoj skali koji se ne mogu (ili još nije dokazano) podijeliti na svoje sastavne dijelove. Njihovu strukturu i ponašanje proučava fizika čestica. Koncept... ...Vikipedija
Ovaj izraz ima druga značenja, pogledajte Neutrino (značenja). elektron neutrino mion neutrino tau neutrino Simbol: νe νμ ντ Sastav: Porodica elementarnih čestica: Fermioni ... Wikipedia
Vrsta fundamentalnih interakcija (uz gravitacione, slabe i jake), koju karakteriše učešće elektromagnetnog polja (vidi Elektromagnetno polje) u procesima interakcije. Elektromagnetno polje (u kvantnoj fizici ... ... Velika sovjetska enciklopedija
Jedna od najdvosmislenijih filozofija. pojmovi kojima je dato jedno (ili neko) od sljedećih značenja: 1) nešto čije su definišne karakteristike proširenost, položaj u prostoru, masa, težina, kretanje, inercija, otpor,... ... Philosophical Encyclopedia
Knjige
- Kinetička teorija gravitacije i osnove jedinstvene teorije materije, V. Ya. Svi materijalni objekti prirode (i materijalni i terenski) su diskretni. Sastoje se od elementarnih čestica u obliku strune. Nedeformisana osnovna struna je čestica polja...
Zanimljiv članak
Nedavno su fizičari koji su posmatrali još jedan eksperiment koji se odvijao na Velikom hadronskom sudaraču konačno uspeli da pronađu tragove Higsovog bozona, ili, kako ga mnogi novinari nazivaju, „božje čestice“. To znači da je konstrukcija sudarača bila potpuno opravdana – uostalom, napravljena je upravo da bi se uhvatio ovaj neuhvatljivi bozon.
Fizičari koji rade na Velikom hadronskom sudaraču koristeći CMS detektor su po prvi put zabilježili rođenje dva Z bozona - jedan od tipova događaja koji bi mogao biti dokaz postojanja "teške" verzije Higsovog bozona. Tačnije, 10. oktobra CMS detektor je po prvi put detektovao pojavu četiri miona. Preliminarni rezultati rekonstrukcije omogućili su naučnicima da tumače ovaj događaj kao kandidata za proizvodnju dva neutralna Z bozona.
Mislim da bi sada trebalo malo odstupiti i razgovarati o tome šta su ti mioni, bozoni i druge elementarne čestice. Prema standardnom modelu kvantne mehanike, cijeli svijet se sastoji od raznih elementarnih čestica, koje u dodiru jedna s drugom stvaraju sve poznate vrste mase i energije.
Sva materija se, na primjer, sastoji od 12 osnovnih fermionskih čestica: 6 leptona, kao što su elektron, mion, tau lepton i tri vrste neutrina i 6 kvarkova (u, d, s, c, b, t), koji mogu kombinovati tri generacije fermiona. Fermioni su čestice koje mogu biti u slobodnom stanju, ali kvarkovi nisu dio drugih čestica, na primjer, dobro poznatih protona i neutrona.
Štaviše, svaka od čestica učestvuje u određenoj vrsti interakcije, kojih, kao što se sjećamo, postoje samo četiri: elektromagnetna, slaba (interakcija čestica tokom β-raspada atomskog jezgra), jaka (čini se da drže atomsko jezgro zajedno) i gravitacioni. Potonje, čiji je rezultat, na primjer, gravitacija, standardni model ne razmatra, jer graviton (čestica koja ga obezbjeđuje) još nije pronađen.
Kod drugih tipova sve je jednostavnije - fizičari iz vida poznaju čestice koje u njima učestvuju. Na primjer, kvarkovi učestvuju u jakim, slabim i elektromagnetnim interakcijama; nabijeni leptoni (elektron, mion, tau-lepton) - u slabim i elektromagnetnim; neutrina - samo u slabim interakcijama.
Međutim, pored ovih „masenih“ čestica, postoje i takozvane virtuelne čestice, od kojih neke (na primjer, foton) uopće nemaju masu. Da budem iskren, virtuelne čestice su više matematički fenomen nego fizička stvarnost, jer ih niko do sada nije „video“. Međutim, u raznim eksperimentima, fizičari mogu uočiti tragove njihovog postojanja, jer je, nažalost, vrlo kratkog vijeka.
Koje su to zanimljive čestice? Oni se rađaju samo u trenutku neke interakcije (od gore opisanih), nakon čega se ili raspadaju ili ih apsorbira jedna od osnovnih čestica. Vjeruje se da oni, takoreći, "prenose" interakciju, odnosno kontaktom s fundamentalnim česticama mijenjaju svoje karakteristike, zbog čega se interakcija, zapravo, događa.
Tako, na primjer, u elektromagnetnim interakcijama, koje su najbolje proučavane, elektroni konstantno apsorbiraju i emituju virtualne čestice bez mase fotone, uslijed čega se svojstva samih elektrona donekle mijenjaju i oni postaju sposobni za takve poduhvate kao što su npr. kretanje (tj. električna struja), ili "skok" na drugi energetski nivo (kao što se dešava tokom fotosinteze u biljkama). Virtuelne čestice rade i u drugim vrstama interakcija.
Osim fotona, moderna fizika poznaje još dvije vrste virtualnih čestica, koje se zovu bozoni i gluoni. Bozoni su nam sada posebno zanimljivi - vjeruje se da ih fundamentalne čestice tokom svih interakcija neprestano razmjenjuju i time utiču jedna na drugu. Sami bozoni se smatraju česticama bez mase, iako neki eksperimenti pokazuju da to nije sasvim tačno - W- i Z-bozoni mogu dobiti masu za kratko vrijeme.
Jedan od najmisterioznijih bozona je isti Higsov bozon, za otkrivanje tragova kojeg je, u stvari, izgrađen Veliki hadronski sudarač. Vjeruje se da je ova misteriozna čestica jedan od najzastupljenijih i najvažnijih bozona u svemiru.
Još 1960-ih, engleski profesor Peter Higgs predložio je hipotezu prema kojoj je sva materija u svemiru nastala interakcijom različitih čestica s nekim početnim fundamentalnim principom (nastalim iz Velikog praska), koji je kasnije dobio ime po njemu. On je sugerisao da je Univerzum prožet nevidljivim poljem, prolazeći kroz koje su neke elementarne čestice „obrasle“ nekim bozonima, čime dobijaju masu, dok druge, poput fotona, ostaju neopterećene težinom.
Naučnici sada razmatraju dvije mogućnosti - postojanje "lake" i "teške" varijante. “Laki” Higgs s masom od 135 do 200 gigaelektronvolti trebao bi se raspasti na parove W bozona, a ako je masa bozona 200 gigaelektronvolti ili više, onda na parove Z bozona, koji zauzvrat stvaraju parove elektrona ili miona. .
Ispostavilo se da je misteriozni Higsov bozon, takoreći, "kreator" svega u Univerzumu. Možda ju je zato nobelovac Leon Lederman jednom nazvao "božijom česticom". Ali u medijima je ova izjava bila pomalo iskrivljena i počela je zvučati kao „čestica Boga“ ili „božanska čestica“.
Kako se mogu dobiti tragovi prisustva „božije čestice“? Vjeruje se da Higsov bozon može nastati prilikom sudara protona sa neutrinima u akceleratorskom prstenu sudarača. U ovom slučaju, kao što se sjećamo, mora se odmah raspasti na brojne druge čestice (posebno Z-bozone), koje se mogu registrovati.
Istina, sami detektori ne mogu detektovati Z-bozone zbog izuzetno kratkog životnog veka ovih elementarnih čestica (oko 3×10-25 sekundi), ali mogu da „uhvate“ mione u koje se Z-bozoni pretvaraju.
Da vas podsjetim da je mion nestabilna elementarna čestica s negativnim električnim nabojem i spinom ½. Nije pronađen u običnim atomima prije toga bio je pronađen samo u kosmičkim zracima, koji imaju brzine bliske brzini svjetlosti. Životni vijek miona je vrlo kratak – postoji samo 2,2 mikrosekunde, a zatim se raspada na elektron, elektronski antineutrino i mionski neutrino.
Mioni se mogu umjetno proizvesti sudarom protona i neutrina pri velikim brzinama. Međutim, dugo vremena nije bilo moguće postići takve brzine. To je bilo moguće samo tokom izgradnje Velikog hadronskog sudarača.
I konačno su dobijeni prvi rezultati. Tokom eksperimenta, koji je održan 10. oktobra ove godine, kao rezultat sudara protona sa neutrinom, zabilježeno je rođenje četiri miona. Ovo dokazuje da je došlo do pojave dva neutralna kalibarska Z-bozona (uvek se pojavljuju tokom ovakvih događaja). To znači da postojanje Higsovog bozona nije mit, već stvarnost.
Međutim, naučnici napominju da ovaj događaj sam po sebi ne ukazuje nužno na rođenje Higgsovog bozona, budući da drugi događaji mogu dovesti do pojave četiri miona. Međutim, ovo je prvi od ovih tipova događaja koji bi na kraju mogli proizvesti Higgsovu česticu. Da bi se sa sigurnošću govorilo o postojanju Higgsovog bozona u određenom rasponu masa, potrebno je akumulirati značajan broj sličnih događaja i analizirati kako su mase nastalih čestica raspoređene.
Međutim, šta god da kažete, prvi korak ka dokazivanju postojanja „božije čestice“ je već napravljen. Možda će dalji eksperimenti moći pružiti još više informacija o misterioznom Higsovom bozonu. Ako ga naučnici konačno "uhvate", tada će moći ponovo stvoriti uslove koji su postojali prije 13 milijardi godina nakon Velikog praska, odnosno one pod kojima je rođen naš Univerzum.
| Generacija | Kvarkovi sa nabojem (+2/3) | Kvarkovi s nabojem (−1/3) | ||||||
| Kvark/antikvark simbol | masa (MeV) | Naziv/okus kvarka/antikvarka | Kvark/antikvark simbol | masa (MeV) | ||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| 1 | u-kvark (up-kvark) / anti-u-kvark | texvc nije pronađeno; Pogledajte math/README za pomoć pri postavljanju.): u / \, \overline(u)
|
od 1,5 do 3 | d-kvark (down-kvark) / anti-d-kvark | Nije moguće raščlaniti izraz (izvršna datoteka texvc nije pronađeno; Pogledajte math/README za pomoć pri postavljanju.): d / \, \overline(d)
|
4,79±0,07 | ||
| 2 | c-kvark (čar-kvark) / anti-c-kvark | Nije moguće raščlaniti izraz (izvršna datoteka texvc nije pronađeno; Pogledajte math/README za pomoć pri postavljanju.): c / \, \overline(c)
|
1250 ± 90 | s-kvark (čudni kvark) / anti-s-kvark | Nije moguće raščlaniti izraz (izvršna datoteka texvc nije pronađeno; Pogledajte math/README za pomoć pri postavljanju.): s / \, \overline(s)
|
95 ± 25 | ||
| 3 | t-kvark (top-kvark) / anti-t-kvark | Nije moguće raščlaniti izraz (izvršna datoteka texvc nije pronađeno; Pogledajte math/README za pomoć pri postavljanju.): t / \, \overline(t)
|
174 200 ± 3300 | b-kvark (donji kvark) / anti-b-kvark | Nije moguće raščlaniti izraz (izvršna datoteka texvc nije pronađeno; Pogledajte math/README za pomoć pri postavljanju.): b / \, \overline(b)
|
4200 ± 70 | ||
Vidi također
Napišite recenziju o članku "Fundamentalna čestica"
Bilješke
Linkovi
- S. A. Slavatinsky// Moskovski institut za fiziku i tehnologiju (Dolgoprudny, Moskovska oblast)
- Slavatinsky S.A.
- // SOZH, 2001, br. 2, str. 62–68 arhiva http://web.archive.org/web/20060116134302/http://journal.issep.rssi.ru/annot.php?id=S1176
- //nuclphys.sinp.msu.ru
- // second-physics.ru
- //physics.ru
- //physics.ru
- //physics.ru
| // nature.web.ru | Najpoznatija formula iz opšte teorije relativnosti je zakon održanja energije-mase Ovo je nacrt članka o fizici. |
| |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Generacija | Kvarkovi sa nabojem (+2/3) | Kvarkovi s nabojem (−1/3) | ||||||
| Kvark/antikvark simbol | masa (MeV) | Naziv/okus kvarka/antikvarka | Kvark/antikvark simbol | masa (MeV) | ||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| 1 | u-kvark (up-kvark) / anti-u-kvark | od 1,5 do 3 | d-kvark (down-kvark) / anti-d-kvark | 4,79±0,07 | ||||
| 2 | c-kvark (čar-kvark) / anti-c-kvark | 1250 ± 90 | s-kvark (čudni kvark) / anti-s-kvark | 95 ± 25 | ||||
| 3 | t-kvark (top-kvark) / anti-t-kvark | 174 200 ± 3300 | b-kvark (donji kvark) / anti-b-kvark | 4200 ± 70 | ||||
Vidi također
Napišite recenziju o članku "Fundamentalna čestica"
Bilješke
Linkovi
- S. A. Slavatinsky// Moskovski institut za fiziku i tehnologiju (Dolgoprudny, Moskovska oblast)
- Slavatinsky S.A.
- // SOZH, 2001, br. 2, str. 62–68 arhiva http://web.archive.org/web/20060116134302/http://journal.issep.rssi.ru/annot.php?id=S1176
- //nuclphys.sinp.msu.ru
- // second-physics.ru
- //physics.ru
- //physics.ru
- //physics.ru
|
||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
čestice
Izvod koji karakteriše fundamentalnu česticuGospoda koja su posjećivala Bilibin, svjetovni, mladi, bogati i veseli ljudi, formirali su poseban krug i u Beču i ovdje, koji je Bilibin, koji je bio na čelu ovog kruga, nazvao našim, les nftres. Taj krug, koji su gotovo isključivo činile diplomate, očigledno je imao svoje interese, koji nisu imali veze sa ratom i politikom, interesima visokog društva, odnosima sa nekim ženama i činovničkom stranom službe. Ova gospoda su, očigledno, dobrovoljno prihvatila kneza Andreja u svoj krug kao jednog od svojih (čast koju su malobrojnima učinili). Iz uljudnosti, i kao tema za ulazak u razgovor, postavljeno mu je nekoliko pitanja o vojsci i bici, a razgovor se opet raspao u nedosljedne, vesele šale i tračeve.
"Ali to je posebno dobro", rekao je jedan, govoreći o neuspjehu kolege diplomate, "ono što je posebno dobro je to što mu je kancelarka direktno rekla da je njegovo imenovanje u London promocija i da na to treba gledati na taj način." Vidite li njegovu figuru u isto vrijeme?...
„Ali što je još gore, gospodo, dajem vam Kuragin: čovek je u nesreći, a ovaj Don Žuan, ovaj strašni čovek, to iskorištava!“
Princ Hipolit je ležao u Volter stolici, prebačenih nogu preko ruke. On se nasmijao.
„Parlez moi de ca, [Hajde, hajde]“, rekao je.
- Oh, Don Huane! Oh zmija! – čuli su se glasovi.
"Ne znaš, Bolkonski", okrenuo se Bilibin princu Andreju, "da su svi užasi francuske vojske (umalo sam rekao ruske vojske) ništa u poređenju sa onim što je ovaj muškarac radio između žena."
„La femme est la compagne de l"homme, [Žena je muškarčev prijatelj]“, rekao je princ Hipolit i počeo da gleda kroz lornette svoje podignute noge.
Bilibin i naši su prasnuli u smijeh, gledajući Ipolitu u oči. Knez Andrej je vidio da je ovaj Ipolit, kojeg je (morao je priznati) gotovo ljubomoran na svoju ženu, bio glupan u ovom društvu.
„Ne, moram te počastiti Kuraginom“, tiho je rekao Bilibin Bolkonskom. – Šarmantan je kada govori o politici, treba da vidite tu važnost.
Sjeo je pored Hipolita i, skupivši nabore na čelu, započeo s njim razgovor o politici. Knez Andrej i drugi opkolili su obojicu.
"Le cabinet de Berlin ne peut pas exprimer un sentiment d" alliance", počeo je Hipolit, gledajući sve značajno, "sans exprimer... comme dans sa derieniere note... vous comprenez... vous comprenez... et puis si sa Majeste l"Empereur ne deroge pas au principe de notre alliance... [Kabinet Berlina ne može izraziti svoje mišljenje o alijansi bez izražavanja... kao u svojoj posljednjoj noti... razumiješ... razumiješ... , međutim, ako Njegovo Veličanstvo Car ne promijeni suštinu našeg saveza...]
"Attendez, je n"ai pas fini...", rekao je princu Andreju, hvatajući ga za ruku. "Je pretpostaviti que l"intervention sera plus forte que la non intervention." Et...” Zastao je. – On ne pourra pas imputer a la fin de non recevoir notre depeche du 28 novembre. Voila komentar tout cela finira. [Čekaj, nisam završio. Mislim da će intervencija biti jača od neintervencije. I... Nemoguće je smatrati stvar završenom ako se ne prihvati naša depeša. Kako će se sve ovo završiti?]
I pustio je ruku Bolkonskog, pokazujući da je sada potpuno završio.
„Demosten, je te reconnais au caillou que tu as cache dans ta bouche d"or! zadovoljstvo .
Svi su se smijali. Hipolit se nasmejao najglasnije od svih. Očigledno je patio, gušio se, ali nije mogao odoljeti divljem smijehu koji je razvlačio njegovo uvijek nepomično lice.
„Pa, gospodo“, rekao je Bilibin, „Bolkonski je moj gost u kući i ovde u Brunu, i želim da ga, koliko god mogu, častim svim radostima ovdašnjeg života.“ Da smo u Brunu, bilo bi lako; ali evo, dans ce vilain trou morave [u ovoj gadnoj moravskoj rupi], teže je i molim vas sve za pomoć. Il faut lui faire les honneurs de Brunn. [Moramo mu pokazati Bruna.] Ti preuzimaš pozorište, ja – društvo, ti, Hipolit, naravno – žene.
– Moramo mu pokazati Amelie, divna je! - rekao je jedan od naših, ljubeći mu vrhove prstiju.
„Općenito, ovaj krvožedni vojnik“, rekao je Bilibin, „treba da se preobrati na humanije stavove“.
„Malo je verovatno da ću iskoristiti vaše gostoprimstvo, gospodo, a sada je vreme da idem“, rekao je Bolkonski, gledajući na sat.
- Gde?
- Za cara.
- O! O! O!
- Pa, zbogom, Bolkonski! Zbogom, kneže; "Dođite ranije na večeru", začuli su se glasovi. - Mi ćemo se pobrinuti za tebe.
„Pokušajte što je više moguće pohvaliti red u isporuci namirnica i ruta kada razgovarate s carem“, rekao je Bilibin, prateći Bolkonskog u prednju dvoranu.
„I voleo bih da pohvalim, ali ne mogu, koliko znam“, odgovorio je Bolkonski smešeći se.
- Pa, generalno, pričajte što više. Njegova strast je publika; ali on sam ne voli da govori i ne zna kako, kao što ćete videti.
Jedinice mjerenja fizičkih veličina pri opisivanju pojava koje se dešavaju u mikrosvijetu dijele se na osnovne i derivativne, koje se određuju putem matematičke notacije zakona fizike.
Zbog činjenice da se sve fizičke pojave dešavaju u prostoru i vremenu, kao osnovne jedinice uzimaju se prvenstveno jedinice dužine i vremena, a zatim jedinica mase. Osnovne jedinice: dužine l, vrijeme t, masa m - dobijaju određenu dimenziju. Dimenzije izvedenih jedinica određene su formulama koje izražavaju određene fizičke zakone.
Veličine glavnih fizičkih jedinica odabrane su tako da ih je u praksi zgodno koristiti.
U SI sistemu su prihvaćene sledeće dimenzije: dužine [ l] = m (metar), vrijeme [t] = s (sekunda), masa [t] = kg (kilogram).
U CGS sistemu za osnovne jedinice su prihvaćene sledeće dimenzije: dužina [/] = cm (centimetar), vreme [t] = s (sekunda) i masa [t] = g (gram). Za opisivanje fenomena koji se dešavaju u mikrokosmosu, mogu se koristiti i SI i CGS jedinice.
Procijenimo redove veličine dužine, vremena i mase u fenomenima mikrosvijeta.
Pored opšteprihvaćenog međunarodni sistemi SI i CGS jedinice također koriste “prirodne sisteme jedinica” zasnovane na univerzalnim fizičkim konstantama. Ovi sistemi jedinica su posebno relevantni i koriste se u raznim fizikalnim teorijama. U prirodnom sistemu jedinica kao osnovne jedinice uzimaju se osnovne konstante: brzina svetlosti u vakuumu − c, Plankova konstanta − ć, gravitaciona konstanta G N, Bolcmanova konstanta − k: Avogadrov broj − N A itd. U prirodnom sistemu Planckovih jedinica prihvaćeno je c = ć = G N = k = 1. Ovaj sistem jedinica se koristi u kosmologiji za opisivanje procesa u kojima su kvantni i gravitacijski efekti istovremeno značajni (teorije crnih rupa, teorije ranog svemira).
U prirodnom sistemu jedinica rješava se problem prirodne jedinice dužine. Ovo se može smatrati Comptonovom talasnom dužinom λ 0, koja je određena masom čestice M: λ 0 = ć/Ms.
Dužina karakteriše veličinu objekta. Dakle, za elektron, klasični radijus je r 0 = e 2 /m e c 2 = 2,81794·10 -13 cm (e, m e - naboj i masa elektrona). Klasični radijus elektrona ima značenje poluprečnika nabijene kuglice sa nabojem e (raspodjela je sferno simetrična), pri čemu je energija elektrostatičkog polja kuglice ε = γe 2 /r 0 jednaka ostatku energija elektrona m e c 2 (koristi se kada se razmatra Thompsonovo raspršivanje svjetlosti).
Koristi se i radijus Borove orbite. Definira se kao udaljenost od jezgra na kojoj će se najvjerovatnije naći elektron u nepobuđenom atomu vodika
a 0 = ć 2 /m e e 2 (u sistemu SGS) i a 0 = (α/4π)R = 0,529·10 -10 m (u sistemu SI), α = 1/137.
Veličina nukleona r ≈ 10 -13 cm (1 femtometar). Karakteristične dimenzije atomskih sistema su 10 -8, nuklearnih 10 -12 ÷ 10 -13 cm.
Vrijeme varira u širokom rasponu i definira se kao omjer udaljenosti R i brzine objekta v. Za mikroobjekte τ otrov = R/v = 5·10 -12 cm/10 9 cm/s ~ 5·10 -22 s;
τ element h = 10 -13 cm/3·10 10 cm/s = 3·10 -24 s.
mise objekti se mijenjaju od 0 do M. Dakle, masa elektrona m e ≈ 10 -27 g, masa protona
m r ≈ 10 -24 g (SGS sistem). Jedna jedinica atomske mase koja se koristi u atomskoj i nuklearnoj fizici, 1 amu. = M(C)/12 u jedinicama mase atoma ugljika.
Osnovne karakteristike mikro-objekata uključuju električni naboj, kao i karakteristike neophodne za identifikaciju elementarne čestice.
Električno punjenje
čestice Q se obično mjeri u jedinicama naelektrisanja elektrona. Naboj elektrona e = 1,6·10 -19 kulona. Za čestice u slobodnom stanju, Q/e = ±1,0, a za kvarkove koji su dio hadrona, Q/e = ±2/3 i ±1/3.
U jezgrima, naboj je određen brojem protona Z sadržanih u jezgru. Naboj protona je po apsolutnoj vrijednosti jednak naboju elektrona.
Da biste identifikovali elementarnu česticu, morate znati:
I – izotopski spin;
J – unutrašnji ugaoni moment – spin;
P – prostorni paritet;
C – paritet naboja;
G − G-paritet.
Ova informacija je zapisana u obliku formule I G (J PC).
Spin− jedna od najvažnijih karakteristika čestice, za koju se koristi fundamentalna Plankova konstanta h ili ć = h/2π = 1,0544·10 -27 [erg-s]. Bozoni imaju cjelobrojni spin u jedinicama ć: (0,1, 2,...)ć, fermioni imaju polucijeli spin (1/2, 3/2,.. .)ć. U klasi supersimetričnih čestica, vrijednosti spina fermiona i bozona su obrnute.
Rice. 4 ilustruje fizičko značenje spin J po analogiji sa klasičnim konceptom ugaonog momenta čestice mase m = 1 g koja se kreće brzinom v = 1 cm/s u krugu poluprečnika r = 1 cm. U klasičnoj fizici, ugaoni moment J = mvr = L (L − orbitalni moment). U kvantnoj mehanici, J = = 10 27 ć = 1 erg·s za iste parametre objekta koji se kreće u krugu, gdje je ć = 1,05·10 -27 erg·s.
Projekcija spina elementarne čestice na smjer njenog momenta naziva se spiralnost. Heličnost čestice bez mase sa proizvoljnim spinom uzima samo dvije vrijednosti: duž ili protiv smjera impulsa čestice. Za foton, moguće vrijednosti spiralnosti su jednake ±1, za neutrino bez mase heličnost je jednaka ±1/2.
Spin ugaoni moment atomskog jezgra je definisan kao vektorski zbir spinova elementarnih čestica koje formiraju kvantni sistem i orbitalnih ugaonih momenata ovih čestica usled njihovog kretanja unutar sistema. Orbitalni moment ||, i spinski moment || dobijaju diskretno značenje. Orbitalni moment || = ć[ l(l+1)] 1/2 , gdje l− orbitalni kvantni broj (može imati vrijednosti 0, 1,2,...), unutrašnji ugaoni moment || = ć 1/2 gdje je s spin kvantni broj (može imati nulte, cjelobrojne ili polucijele vrijednosti J, ukupni ugaoni moment je jednak zbiru + = .
Izvedene jedinice uključuju: energiju čestice, brzinu, zamjensku brzinu za relativističke čestice, magnetni moment, itd.
Energijačestica u mirovanju: E = mc 2 ; pokretna čestica: E = m 2 c 4 + p 2 c 2.
Za nerelativističke čestice: E = mc 2 + p 2 /2m; za relativističke čestice, mase m = 0: E = avg.
Energetske jedinice - eV, keV, MeV, GeV, TeV, ... 1 GeV = 10 9 eV, 1 TeV = 10 12 eV,
1 eV = 1,6·10 -12 erg.
Brzina čestica
β = v/c, gdje je c = 3·10 10 cm/s brzina svjetlosti. Brzina čestice to određuje najvažnija karakteristika kao Lorentzov faktor čestice γ = 1/(1-β 2) 1/2 = E/mc 2. Uvijek γ > 1- Za nerelativističke čestice 1< γ < 2, а для релятивистских частиц γ > 2.
U fizici visokih energija, brzina čestice β je blizu 1 i teško je odrediti za relativističke čestice. Stoga se umjesto brzine koristi brzina y, koja je povezana sa brzinom relacijom y = (1/2)ln[(1+β)/(1-β)] = (1/2)ln[(E +p)/(E-p) ]. Brzina varira od 0 do ∞.
Funkcionalni odnos između brzine čestice i brzine prikazan je na Sl. 5. Za relativističke čestice pri β → 1, E → p, tada umjesto brzine možemo koristiti pseudobrzinu η, koja je određena uglom odlaska čestice θ, η = (1/2)ln tan(θ/2) . Za razliku od brzine, brzina je aditivna veličina, tj. y 2 = y 0 + y 1 za bilo koji referentni okvir i za bilo koje relativističke i nerelativističke čestice.
Magnetski trenutak
μ = Iπr 2 /c, pri čemu struja I = ev/2πr nastaje zbog rotacije električnog naboja. Dakle, svaka nabijena čestica ima magnetni moment. Kada se razmatra magnetni moment elektrona, koristi se Borov magneton
μ B = eć/2m e c = 0,5788·10 -14 MeV/G, magnetni moment elektrona = g·μ B ·. Koeficijent g naziva se žiromagnetski odnos. Za elektron g = /μ B · = 2, jer J = ć/2, = μ B pod uslovom da je elektron tačkasta čestica bez strukture. Giromagnetski odnos g sadrži informacije o strukturi čestice. Količina (g − 2) se mjeri u eksperimentima koji imaju za cilj proučavanje strukture čestica osim leptona. Za leptone, ova vrijednost ukazuje na ulogu viših elektromagnetnih korekcija (vidi daljnji odjeljak 7.1).
U nuklearnoj fizici, nuklearni magneton se koristi μ i = eć/2m p c, gdje je m p masa protona.
2.1.1. Heaviside sistem i njegova veza sa GHS sistemom
U Hevisajdovom sistemu se pretpostavlja da su brzina svjetlosti c i Plankova konstanta ć jednake jedinici, tj. s = ć = 1. Glavne mjerne jedinice su jedinice energije − MeV ili MeV -1, dok su u GHS sistemu glavne mjerne jedinice [g, cm, s]. Zatim, koristeći relacije: E = mc 2 = m = MeV, l= ć/mc = MeV -1 , t = ć/mc 2 = MeV -1 , dobijamo vezu između Heaviside sistema i SGS sistema u obliku:- m(g) = m(MeV) 2 10 -27,
- l(cm) = l(MeV -1) 2 10 -11 ,
- t (s) = t (MeV -1) b.b 10 -22.
Hevisajdov sistem se koristi u fizici visokih energija za opisivanje pojava koje se dešavaju u mikrokosmosu, a zasniva se na upotrebi prirodnih konstanti c i ć, koje su odlučujuće u relativističkoj i kvantnoj mehanici.
Numeričke vrijednosti odgovarajućih veličina u CGS sistemu za elektron i proton date su u tabeli. 3 i može se koristiti za prelazak s jednog sistema na drugi.
Tabela 3. Numeričke vrijednosti veličina u CGS sistemu za elektron i proton
2.1.2. Planck (prirodne) jedinice
Kada se razmatraju gravitacioni efekti, uvodi se Plankova skala za merenje energije, mase, dužine i vremena. Ako je gravitaciona energija nekog objekta jednaka njegovoj ukupnoj energiji, tj.
To
dužina = 1,6·10 -33 cm,
masa = 2,2·10 -5 g = 1,2·10 19 GeV,
vrijeme = 5,4·10 -44 s,
Gdje 
= 6,67·10 -8 cm 2 ·g -1 ·s -2 .
Gravitacioni efekti su značajni kada je gravitaciona energija objekta uporediva sa njegovom ukupnom energijom.
2.2. Klasifikacija elementarnih čestica
Koncept „elementarne čestice“ formiran je uspostavljanjem diskretne prirode strukture materije na mikroskopskom nivou.
Atomi → jezgra → nukleoni → partoni (kvarkovi i gluoni)
U modernoj fizici, termin "elementarne čestice" se koristi za imenovanje velike grupe sićušnih posmatranočestice materije. Ova grupa čestica je veoma opsežna: p protoni, n neutroni, π- i K-mezoni, hiperoni, šarmirane čestice (J/ψ...) i mnoge rezonancije (ukupno
~ 350 čestica). Ove čestice se nazivaju "hadroni".
Ispostavilo se da te čestice nisu elementarne, već predstavljaju kompozitne sisteme čiji su sastojci zaista elementarni ili, kako su ih nazvali, " fundamentalno
" čestice − partons, otkriven tokom proučavanja strukture protona. Proučavanje svojstava partona omogućilo je njihovu identifikaciju kvarkovi I gluoni, koje su Gell-Mann i Zweig uveli u razmatranje prilikom klasifikacije vidljivih elementarnih čestica. Ispostavilo se da su kvarkovi fermioni sa spinom J = 1/2. Njima su dodeljeni delimični električni naboji i barionski broj B = 1/3, pošto se barion sa B = 1 sastoji od tri kvarka. Osim toga, da bi se objasnila svojstva nekih bariona, postalo je neophodno uvesti novi kvantni broj - boju. Svaki kvark ima tri stanja boja, označena indeksima 1, 2, 3 ili riječima crveno (R), zeleno (G) i plavo (B). Boja se ni na koji način ne manifestira u posmatranim hadronima i djeluje samo unutar njih.
Do danas je otkriveno 6 aroma (tipova) kvarkova.
U tabeli 4 prikazuje svojstva kvarkova za jedno stanje boje.
Tabela 4. Svojstva kvarkova
| Aroma | Masa, MeV/s 2 | I | I 3 | Q q /e | s | With | b | t |
| u gore | 330; (5) | 1/2 | 1/2 | 2/3 | 0 | 0 | 0 | 0 |
| d dolje | 340; (7) | 1/2 | -1/2 | -1/3 | 0 | 0 | 0 | 0 |
| s čudno | 450; (150) | 0 | 0 | -1/3 | -1 | 0 | 0 | 0 |
| sa šarmom | 1500 | 0 | 0 | 2/3 | 0 | 1 | 0 | 0 |
| b lepota | 5000 | 0 | 0 | -1/3 | 0 | 0 | -1 | 0 |
| t istina | 174000 | 0 | 0 | 2/3 | 0 | 0 | 0 | 1 |
Za svaku aromu kvarka, naznačena je njegova masa (mase sastavnih kvarkova i mase trenutnih kvarkova date su u zagradama), izotopski spin I i 3. projekcija izotopskog spina I 3, naboj kvarka Q q /e i kvant brojevi s, c, b, t. Zajedno sa ovim kvantnim brojevima, često se koristi hipernaboj kvantnog broja Y = B + s + c + b+ t. Postoji veza između projekcije izotopskog spina I 3, električnog naboja Q i hipernaboja Y: Q = I 3 + (1/2)Y.
Pošto svaki kvark ima 3 boje, potrebno je uzeti u obzir 18 kvarkova. Kvarkovi nemaju strukturu.
Istovremeno, među elementarnim česticama postojala je čitava klasa čestica zvanih " leptons"Oni su takođe fundamentalne čestice, tj. nemaju strukturu. Ima ih šest: tri naelektrisane e, μ, τ i tri neutralne ν e, ν μ, ν τ. Leptoni učestvuju samo u elektromagnetnim i slabim interakcijama. Leptoni i kvarkovi sa polucijelim spinom J = (n+1/2)ć, n = 0, 1,... Uočena je nevjerovatna simetrija između leptona i kvarkova.
U tabeli Slika 5 prikazuje svojstva osnovnih fermiona: električni naboj Q i u jedinicama naboja elektrona i mase čestice m. Leptoni i kvarkovi su kombinovani u tri generacije (I, II i III). Za svaku generaciju, zbir električnih naboja ∑Q i = 0, uzimajući u obzir 3 naboja u boji za svaki kvark. Svaki fermion ima odgovarajući antifermion.
Pored karakteristika čestica navedenih u tabeli, važnu ulogu za leptone igraju leptonski brojevi: elektronski L e , jednak +1 za e - i ν e , mionski L μ , jednak +1 za μ - i ν μ i taonski L τ , jednak +1 za τ - i ν τ , koji odgovaraju okusima leptona koji učestvuju u specifičnim reakcijama i konzervirane su količine. Za leptone, barionski broj B = 0.
Tabela 5. Svojstva osnovnih fermiona
Materija oko nas sastoji se od fermiona prve generacije mase različite od nule. Uticaj čestica druge i treće generacije manifestovao se u ranom Univerzumu. Među fundamentalnim česticama, posebnu ulogu imaju fundamentalni gauge bozoni, koji imaju cijeli unutrašnji kvantni broj spina J = nć, n = 0, 1, .... Gauge bozoni su odgovorni za četiri tipa fundamentalnih interakcija: jake ( gluon g), elektromagnetski (foton γ), slab (bozoni W±, Z 0), gravitacioni (graviton G). Oni su takođe bezstrukturne, fundamentalne čestice.
U tabeli 6 pokazuje svojstva osnovnih bozona, koji su kvanti polja u kalibracijskim teorijama.
Tabela 6. Svojstva fundamentalnih bozona
| Ime | Napunite | Težina | Spin | Interakcije |
| Graviton, G | 0 | 0 | 2 | Gravitacioni |
| Foton, γ | 0 | < 3·10 -27 эВ | 1 | Elektromagnetski |
| Nabijeni vektorski bozoni, W ± | ±1 | 80,419 GeV/s 2 | 1 | Slabo |
| Neutralni vektorski bozon, Z 0 | 0 | 91,188 GeV/s 2 | 1 | Slabo |
| Gluoni, g 1 , ... , g 8 | 0 | 0 | 0 | Jaka |
| Higgs, H 0 , H ± | 0 | > 100 GeV/s 2 | 0 |
Pored osobina otvorenih bozona γ, W ±, Z 0, g 1,..., g 8, u tabeli su prikazana svojstva do sada neotkrivenih bozona: gravitona G i Higsovih bozona H 0, H ±.
Hajde da sada razmotrimo najviše velika grupa elementarne čestice u jakoj interakciji - hadroni, da bi se objasnila struktura kojih je uveden pojam kvarkova.
Hadroni se dijele na mezone i barione. Mezoni su građeni od kvarka i antikvarka (q). Barioni se sastoje od tri kvarka (q 1 q 2 q 3).
U tabeli 7 daje listu svojstava glavnih hadrona. (Za detaljne tabele pogledajte The European Physical Journal C, Rev. of Particle Phys., v.15, br. 1 - 4, 2000.)
Tabela 7. Svojstva hadrona
| Ime | Masa, MeV/s 2 | Životni vijek, s | Režimi raspadanja | Sastav kvarka | |||||||||||
| Božur π ± 1 - (0 -+) π 0 |
139.567 134.965 |
2,6·10 -8 |
π ± → μ ± + ν π 0 → γ + γ |
(u), (d) (u − d)/√2 |
|||||||||||
| η-mezon η 0 0 + (0 -+) |
548.8 | G=1,18±0,11 keV | η 0 → γ + γ; 3π 0 →π + + π -0 + π -- |
c 1 (u + d) + c 2 (s) | |||||||||||
|
|||||||||||||||
| D ± D0 |
1869.3 1864.5 |
10,69·10 -13 4,28·10 -13 |
D ± → e ± + X |
(c), (d) (c) |
|||||||||||
| F ± = | 1969.3 | 4,36·10 -13 | → ρ 0 + π ± | (c, s) | |||||||||||
| B ± B 0 |
5277.6 5279.4 | 13.1·10 -13 13.1·10 -13 |
B ± → + π ± B 0 →+ π -0 + |
(u), (b) (d), (b) |
|||||||||||
| b | Proton p Neutron n |
938.3 939.5 |
> 10 33 godine 898 ±16 |
n → r + e - + |
uud udd |
||||||||||
| Λ | 2,63·10 -10 | Λ→p + π - | uds | ||||||||||||
|
Σ + Σ 0 Σ - |
1189.4 1192 1197 |
0,8·10 -10 5,8·10 -20 1,48·10 -10 |
Σ + →p + π 0 Σ 0 → Λ+ γ Σ - →n + π - |
uus uds dds |
|||||||||||
|
Ξ 0 Ξ - |
1314.9 1321 |
2,9·10 -10 1,64·10 -10 |
Ξ 0 → Λ+ π 0 Ξ - → Λ + π - |
uss dss |
|||||||||||
| Ω - | 1672 | 0,8·10 -10 | Ω - → Λ+ K - | sss | |||||||||||
|
|
|
Kvark struktura hadrona omogućava da se u ovoj velikoj grupi čestica razlikuju nečudni hadroni, koji se sastoje od nečudnih kvarkova (u, d), čudni hadroni, koji uključuju čudan kvark s, šarmirani hadroni koji sadrže c- kvark, lijepi hadroni (donji hadroni) sa b-kvarkom.
U tabeli su prikazana svojstva samo malog dijela adrona: mezona i bariona. Prikazani su njihova masa, životni vijek, glavni modovi raspada i sastav kvarka. Za mezone, barionski broj B = O i leptonski broj L = 0. Za barione, barionski broj B = 1, leptonski broj L = 0. Mezoni su bozoni (celobrojni spin), barioni su fermioni (polucelobrojni spin ).
Dalje razmatranje svojstava hadrona omogućava nam da ih kombinujemo u izotopske multiplete, koji se sastoje od čestica sa istim kvantnim brojevima (barionski broj, spin, unutrašnji paritet, čudnost) i sličnim masama, ali sa različitim električnim nabojem. Svaki izotopski multiplet karakterizira izotopski spin I, koji određuje ukupan broj čestica uključenih u multiplet, jednak 2I + 1. Izospin može imati vrijednosti 0, 1/2, 1, 3/2, 2, . .., tj. moguće je postojanje izotopskih singleta, dubleta, tripleta, kvarteta itd. Dakle, proton i neutron čine izotopski dublet, π + -, π - -, π 0 -mezoni se smatraju izotopskim tripletom.
Složeniji objekti u mikrokosmosu su atomska jezgra. Atomsko jezgro se sastoji od Z protona i N neutrona. Zbir Z + N = A je broj nukleona u datom izotopu. Često tabele daju prosječnu vrijednost za sve izotope, a onda ona postaje razlomka. Poznate su jezgre za koje su navedene vrijednosti u granicama: 1< А < 289, 1 < Z < 116.
Gore navedene čestice razmatraju se u okviru Standardnog modela. Pretpostavlja se da izvan Standardnog modela može postojati još jedna grupa fundamentalnih čestica - supersimetrične čestice (SUSY). Moraju osigurati simetriju između fermiona i bozona. U tabeli 8 prikazuje pretpostavljena svojstva ove simetrije.
2.3. Terenski pristup problemu interakcija
2.3.1 Svojstva fundamentalnih interakcija
Ogromnu raznolikost fizičkih pojava koje se javljaju prilikom sudara elementarnih čestica određuju samo četiri vrste interakcija: elektromagnetska, slaba, jaka i gravitacijska. U kvantnoj teoriji interakcija je opisana u terminima razmjene specifičnih kvanta (bozona) povezanih sa datom vrstom interakcije.
Za vizualno predstavljanje interakcije čestica, američki fizičar R. Feynman predložio je korištenje dijagrama, koji su dobili njegovo ime. Feynmanovi dijagrami opisuju bilo koji proces interakcije kada se dvije čestice sudare. Svaka čestica uključena u proces je predstavljena linijom na Feynmanovom dijagramu. Slobodni lijevi ili desni kraj linije označavaju da je čestica u početnom ili konačnom stanju, respektivno. Unutrašnje linije na dijagramima (tj. linije koje nemaju slobodne krajeve) odgovaraju takozvanim virtuelnim česticama. To su čestice stvorene i apsorbirane tokom procesa interakcije. Ne mogu se registrovati, za razliku od pravih čestica. Interakcija čestica u dijagramu je predstavljena čvorovima (ili vrhovima). Tip interakcije karakteriše konstanta spajanja α, koja se može napisati kao: α = g 2 /ćc, gde je g naelektrisanje izvora interakcije, i glavna je kvantitativna karakteristika sile koja deluje između čestica. U elektromagnetnoj interakciji α e = e 2 /ćc = 1/137.
 Fig.6. Feynmanov dijagram. |
Proces a + b →s + d u obliku Feynmanovog dijagrama (slika 6) izgleda ovako: R je virtuelna čestica koja se razmenjuje između čestica a i b tokom interakcije određena interakcijskom konstantom α = g 2 /ćc, karakterizira jačinu interakcije na udaljenosti , jednakoj radijusu interakcije.
Virtuelna čestica može imati masu M x i kada se ta čestica razmjenjuje, prenosi se 4-momentum t = −q 2 = Q 2.
U tabeli 9 karakteristika različite vrste interakcije.
Elektromagnetne interakcije
. Elektromagnetske interakcije, kojima su podložne sve nabijene čestice i fotoni, proučavane su najpotpunije i najdosljednije. Nosilac interakcije je foton. Za elektromagnetne sile, konstanta interakcije je numerički jednaka konstanti fine strukture α e = e 2 /ćc = 1/137.
Primjeri najjednostavnijih elektromagnetnih procesa su fotoelektrični efekat, Comptonov efekat, formiranje parova elektron-pozitron, a za nabijene čestice - jonizacijsko raspršivanje i kočno svjetlo. Teorija ovih interakcija - kvantna elektrodinamika - je najtačnija fizička teorija.
Slabe interakcije.
Po prvi put su uočene slabe interakcije tokom beta raspada atomskih jezgara. I, kako se ispostavilo, ovi raspadi su povezani s transformacijom protona u neutron u jezgri i obrnuto:
p → n + e + + ν e, n → p + e - + e. Moguće su i obrnute reakcije: hvatanje elektrona e - + p → n + ν e ili antineutrina e + p → e + + n. Slabu interakciju opisao je Enrico Fermi 1934. u terminima kontaktne interakcije četiri fermiona definirane Fermijevom konstantom
G F = 1,4·10 -49 erg·cm 3 .
Pri vrlo visokim energijama, umjesto interakcije Fermijevog kontakta, slaba interakcija se opisuje kao razmjenska interakcija, u kojoj se kvant sa slabim nabojem g w (po analogiji s električnim nabojem) razmjenjuje i djeluje između fermiona. Takvi kvanti su prvi put otkriveni 1983. godine na SppS sudaraču (CERN) od strane tima koji je predvodio Carl Rubbia. To su nabijeni bozoni - W ± i neutralni bozon - Z 0, njihove mase su respektivno jednake: m W± = 80 GeV/s 2 i m Z = 90 GeV/s 2. Konstanta interakcije α W u ovom slučaju je izražena kroz Fermijevu konstantu:
Tabela 9. Glavne vrste interakcija i njihove karakteristike
