Despre înțelegerea mișcării materiei, capacitatea acesteia de auto-dezvoltare, precum și legătura și interacțiunea obiectelor materiale în știința naturală modernă. Particule fundamentale Cum funcționează particula „nu”.
Leptonii nu participă la interacțiunea puternică. electron. pozitron. muon. neutrinul este o particulă neutră ușoară care participă doar la slab și interacțiune gravitațională. neutrini (# flux). quarcuri. purtători de interacțiuni: cuantumul foton al luminii...
Solicitarea „Cercetare de bază” redirecționează aici; vezi și alte sensuri. Știința fundamentală este un domeniu de cunoaștere care implică cercetare științifică teoretică și experimentală a fenomenelor fundamentale (inclusiv... ... Wikipedia
Solicitarea „Particule elementare” este redirecționată aici; vezi și alte sensuri. Particulă elementară este un termen colectiv care se referă la micro-obiecte la scară subnucleară care nu pot fi descompuse în părțile lor componente. Ar trebui să aibă în... ... Wikipedia
Particulă elementară este un termen colectiv care se referă la micro-obiecte la scară subnucleară care nu pot (sau nu s-a dovedit încă a fi) împărțite în părțile lor componente. Structura și comportamentul lor sunt studiate de fizica particulelor. Concept... ...Wikipedia
electron- ▲ particulă fundamentală având, element, electron de sarcină particulă elementară încărcată negativ cu elementar sarcina electrica. ↓ … Dicționar ideologic al limbii ruse
Particulă elementară este un termen colectiv care se referă la micro-obiecte la scară subnucleară care nu pot (sau nu s-a dovedit încă a fi) împărțite în părțile lor componente. Structura și comportamentul lor sunt studiate de fizica particulelor. Concept... ...Wikipedia
Acest termen are alte semnificații, vezi Neutrino (sensuri). electroni neutrin muon neutrin tau neutrin Simbol: νe νμ ντ Compoziție: Particulă elementară Familia: Fermioni ... Wikipedia
Un tip de interacțiuni fundamentale (împreună cu gravitaționale, slabe și puternice), care se caracterizează prin participarea unui câmp electromagnetic (vezi Câmp electromagnetic) la procesele de interacțiune. Câmp electromagnetic (în fizica cuantică... ... Marea Enciclopedie Sovietică
Una dintre cele mai ambigue filozofii. concepte cărora li se acordă una (sau unele) dintre următoarele semnificații: 1) ceva ale cărui caracteristici definitorii sunt extensia, amplasarea în spațiu, masa, greutatea, mișcarea, inerția, rezistența,... ... Enciclopedie filosofică
Cărți
- Teoria cinetică a gravitației și fundamentele unei teorii unificate a materiei, V. Ya Bril. Toate obiectele materiale ale Naturii (atât materialul cât și câmpul) sunt discrete. Ele constau din particule elementare în formă de șir. Un șir fundamental neformat este o particulă de câmp...
Interesant articol
Recent, fizicienii care observă un alt experiment care avea loc la Large Hadron Collider au reușit în sfârșit să găsească urme ale bosonului Higgs sau, așa cum o numesc mulți jurnaliști, „particula lui Dumnezeu”. Aceasta înseamnă că construcția ciocnitorului a fost complet justificată - la urma urmei, a fost făcută tocmai pentru a prinde acest boson evaziv.
Fizicienii care lucrează la Large Hadron Collider folosind detectorul CMS au înregistrat pentru prima dată nașterea a doi bosoni Z - unul dintre tipurile de evenimente care pot fi dovezi ale existenței unei versiuni „grele” a bosonului Higgs. Mai exact, pe 10 octombrie, detectorul CMS a detectat pentru prima dată apariția a patru muoni. Rezultatele preliminare ale reconstrucției au permis oamenilor de știință să interpreteze acest eveniment ca un candidat pentru producerea a doi bosoni Z neutri.
Cred că acum ar trebui să ne abatem puțin și să vorbim despre ce sunt acești muoni, bozoni și alte particule elementare. Conform modelului standard al mecanicii cuantice, întreaga lume este formată din diferite particule elementare, care, atunci când sunt în contact unele cu altele, generează toate tipurile cunoscute de masă și energie.
Toată materia, de exemplu, constă din 12 particule fundamentale de fermion: 6 leptoni, cum ar fi electronul, muonul, leptonul tau și trei tipuri de neutrini și 6 quarci (u, d, s, c, b, t), care pot se combină trei generații de fermioni. Fermionii sunt particule care pot fi în stare liberă, dar quarcii nu fac parte din alte particule, de exemplu, protonii și neutronii bine-cunoscuți.
În plus, fiecare dintre particule participă la un anumit tip de interacțiune, dintre care, după cum ne amintim, există doar patru: electromagnetică, slabă (interacțiunea particulelor în timpul dezintegrarii β a nucleului atomic), puternic (se pare că țin nucleul atomic împreună) și gravitaționale. Acesta din urmă, al cărui rezultat este, de exemplu, gravitația, nu este luat în considerare de modelul standard, deoarece gravitonul (particula care îl asigură) nu a fost încă găsit.
Cu alte tipuri, totul este mai simplu - fizicienii cunosc particulele care participă la ele din vedere. De exemplu, quarcii participă la interacțiuni puternice, slabe și electromagnetice; leptoni încărcați (electron, muon, tau-lepton) - în cei slabi și electromagnetici; neutrini - numai în interacțiuni slabe.
Cu toate acestea, pe lângă aceste particule de „masă”, există și așa-numitele particule virtuale, dintre care unele (de exemplu, un foton) nu au deloc masă. Sincer să fiu, particulele virtuale sunt mai mult un fenomen matematic decât o realitate fizică, deoarece nimeni nu le-a „văzut” până acum. Cu toate acestea, în diferite experimente, fizicienii pot observa urme ale existenței lor, deoarece, din păcate, este de foarte scurtă durată.
Care sunt aceste particule interesante? Ele se nasc numai în momentul unei anumite interacțiuni (din cele descrise mai sus), după care fie se descompun, fie sunt absorbite de una dintre particulele fundamentale. Se crede că ei, așa cum ar fi, „transferă” interacțiunea, adică prin contactarea particulelor fundamentale, își schimbă caracteristicile, datorită cărora interacțiunea, de fapt, are loc.
Deci, de exemplu, în interacțiunile electromagnetice, care sunt cel mai bine studiate, electronii absorb și emit în mod constant particule virtuale fără masă fotoni, drept urmare proprietățile electronilor înșiși se schimbă oarecum și devin capabili de asemenea fapte precum, de exemplu, direcționate. mișcare (adică curent electric) sau un „salt” la un alt nivel de energie (cum se întâmplă în timpul fotosintezei la plante). Particulele virtuale funcționează și în alte tipuri de interacțiuni.
Pe lângă foton, fizica modernă mai cunoaște încă două tipuri de particule virtuale, numite bosoni și gluoni. Bosonii sunt deosebit de interesanți pentru noi acum - se crede că în timpul tuturor interacțiunilor, particulele fundamentale le schimbă în mod constant și, prin urmare, se influențează reciproc. Bosonii înșiși sunt considerați particule fără masă, deși unele experimente arată că acest lucru nu este în întregime adevărat - bosonii W și Z pot dobândi masă pentru o perioadă scurtă de timp.
Unul dintre cei mai misterioși bosoni este același boson Higgs, pentru a detecta urmele cărora, de fapt, a fost construit Large Hadron Collider. Se crede că această particulă misterioasă este unul dintre cei mai abundenți și importanți bozoni din Univers.
În anii 1960, profesorul englez Peter Higgs a propus o ipoteză conform căreia toată materia din Univers a fost creată prin interacțiunea diferitelor particule cu un principiu fundamental inițial (rezultat din Big Bang), care ulterior a fost numit după el. El a sugerat că Universul este pătruns de un câmp invizibil, care trece prin care unele particule elementare sunt „copercite” cu unii bozoni, dobândind astfel masă, în timp ce altele, cum ar fi fotonii, rămân neîngrădite de greutate.
Oamenii de știință iau în considerare acum două posibilități - existența variantelor „ușoare” și „grele”. Un Higgs „ușor” cu o masă de 135 până la 200 gigaelectronvolți ar trebui să se descompună în perechi de bosoni W, iar dacă masa bosonilor este de 200 gigaelectronvolți sau mai mult, atunci în perechi de bosoni Z, care, la rândul lor, generează perechi de electroni sau muoni. .
Se dovedește că misteriosul boson Higgs este, parcă, „creatorul” a tot ceea ce există în Univers. Poate de aceea, laureatul Nobel Leon Lederman a numit-o odată „particulă divină”. Dar în mass-media această declarație a fost oarecum distorsionată și a început să sune ca „o particulă a lui Dumnezeu” sau „o particulă divină”.
Cum se pot obține urme ale prezenței unei „particule de zeu”? Se crede că bosonul Higgs se poate forma în timpul ciocnirii protonilor cu neutrinii din inelul accelerator al ciocnitorului. În acest caz, după cum ne amintim, trebuie să se descompună imediat într-un număr de alte particule (în special, bozoni Z), care pot fi înregistrate.
Adevărat, detectorii înșiși nu pot detecta bosonii Z din cauza duratei de viață extrem de scurte a acestor particule elementare (aproximativ 3×10-25 secunde), dar pot „prinde” muoni în care se transformă bosonii Z.
Permiteți-mi să vă reamintesc că un muon este o particulă elementară instabilă cu o sarcină electrică negativă și spin ½. Nu se găsește în atomii obișnuiți, înainte de aceasta, a fost găsit doar în razele cosmice, care au viteze apropiate de viteza luminii. Durata de viață a unui muon este foarte scurtă - există doar 2,2 microsecunde, apoi se descompune într-un electron, un antineutrin electron și un neutrin muon.
Muonii pot fi produși artificial prin ciocnirea unui proton și a unui neutrin la viteze mari. Cu toate acestea, pentru o lungă perioadă de timp nu a fost posibil să se atingă astfel de viteze. Acest lucru a fost posibil doar în timpul construcției Marelui Colizător de Hadroni.
Și în sfârșit au fost obținute primele rezultate. În cadrul experimentului, care a avut loc pe 10 octombrie a acestui an, ca urmare a ciocnirii unui proton cu un neutrin, a fost înregistrată nașterea a patru muoni. Acest lucru demonstrează că a avut loc apariția a doi bosoni Z de gabarit neutru (aceștia apar întotdeauna în timpul unor astfel de evenimente). Aceasta înseamnă că existența bosonului Higgs nu este un mit, ci o realitate.
Cu toate acestea, oamenii de știință notează că acest eveniment în sine nu indică neapărat nașterea bosonului Higgs, deoarece alte evenimente pot duce la apariția a patru muoni. Cu toate acestea, acesta este primul dintre aceste tipuri de evenimente care ar putea produce în cele din urmă o particulă Higgs. Pentru a vorbi cu încredere despre existența bosonului Higgs într-un anumit interval de masă, este necesar să se acumuleze un număr semnificativ de evenimente similare și să se analizeze modul în care sunt distribuite masele particulelor rezultate.
Cu toate acestea, orice ați spune, primul pas spre demonstrarea existenței unei „particule de zeu” a fost deja făcut. Poate că experimentele ulterioare vor putea oferi și mai multe informații despre misteriosul boson Higgs. Dacă oamenii de știință o pot „prinde”, în sfârșit, atunci vor putea recrea condițiile care au existat acum 13 miliarde de ani după Big Bang, adică acelea în care s-a născut Universul nostru.
| Generaţie | Quarci cu sarcină (+2/3) | Quarci cu sarcină (−1/3) | ||||||
| Simbol quarc/antiquarc | Masa (MeV) | Numele/aroma cuarcului/antiquarcului | Simbol quarc/antiquarc | Masa (MeV) | ||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| 1 | u-quark (up-quark) / anti-u-quark | texvc nu a fost găsit; Consultați matematică/README pentru ajutor pentru configurare.): u / \, \overline(u)
|
de la 1,5 la 3 | d-quark (down-quark) / anti-d-quark | Nu se poate analiza expresia (Fișier executabil texvc nu a fost găsit; Consultați math/README pentru ajutor pentru configurare.): d / \, \overline(d)
|
4,79±0,07 | ||
| 2 | c-quark (farmec-quark) / anti-c-quark | Nu se poate analiza expresia (Fișier executabil texvc nu a fost găsit; Consultați math/README pentru ajutor pentru configurare.): c / \, \overline(c)
|
1250 ± 90 | s-quark (cuarc ciudat) / anti-s-quark | Nu se poate analiza expresia (Fișier executabil texvc nu a fost găsit; Consultați matematică/README pentru ajutor pentru configurare.): s / \, \overline(s)
|
95 ± 25 | ||
| 3 | t-quark (top-quark) / anti-t-quark | Nu se poate analiza expresia (Fișier executabil texvc nu a fost găsit; Consultați math/README pentru ajutor pentru configurare.): t / \, \overline(t)
|
174 200 ± 3300 | b-quark (cuarc de jos) / anti-b-quark | Nu se poate analiza expresia (Fișier executabil texvc nu a fost găsit; Consultați math/README pentru ajutor pentru configurare.): b / \, \overline(b)
|
4200 ± 70 | ||
Vezi de asemenea
Scrieți o recenzie despre articolul „Particule fundamentale”
Note
Legături
- S. A. Slavatinsky// Institutul de Fizică și Tehnologie din Moscova (Dolgoprudny, regiunea Moscova)
- Slavatinsky S.A.
- // SOZH, 2001, nr. 2, p. 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 | Cea mai cunoscută formulă din relativitatea generală este legea conservării energiei-masă Acesta este un proiect de articol despre fizică. |
| |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Generaţie | Quarci cu sarcină (+2/3) | Quarci cu sarcină (−1/3) | ||||||
| Simbol quarc/antiquarc | Masa (MeV) | Numele/aroma cuarcului/antiquarcului | Simbol quarc/antiquarc | Masa (MeV) | ||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| 1 | u-quark (up-quark) / anti-u-quark | de la 1,5 la 3 | d-quark (down-quark) / anti-d-quark | 4,79±0,07 | ||||
| 2 | c-quark (farmec-quark) / anti-c-quark | 1250 ± 90 | s-quark (cuarc ciudat) / anti-s-quark | 95 ± 25 | ||||
| 3 | t-quark (top-quark) / anti-t-quark | 174 200 ± 3300 | b-quark (cuarc de jos) / anti-b-quark | 4200 ± 70 | ||||
Vezi de asemenea
Scrieți o recenzie despre articolul „Particule fundamentale”
Note
Legături
- S. A. Slavatinsky// Institutul de Fizică și Tehnologie din Moscova (Dolgoprudny, regiunea Moscova)
- Slavatinsky S.A.
- // SOZH, 2001, nr. 2, p. 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
|
||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
particule
Extras care caracterizează Particula fundamentalăDomnii care l-au vizitat pe Bilibin, oameni laici, tineri, bogați și veseli, au format un cerc separat atât la Viena, cât și aici, pe care Bilibin, care era șeful acestui cerc, îl numea al nostru, les nftres. Acest cerc, format aproape exclusiv din diplomați, avea aparent interese proprii, care nu aveau nicio legătură cu războiul și politica, interesele înaltei societăți, relațiile cu unele femei și latura clericală a serviciului. Acești domni, se pare, l-au acceptat de bunăvoie pe prințul Andrei în cercul lor ca unul de-al lor (o onoare pe care au făcut-o unora). Din politețe și ca subiect pentru a intra în conversație, i s-au pus câteva întrebări despre armată și bătălie, iar conversația s-a prăbușit din nou în glume și bârfe inconsistente, vesele.
„Dar este deosebit de bine”, a spus unul, spunând eșecul unui coleg diplomat, „ceea ce este deosebit de bine este că cancelarul i-a spus direct că numirea sa la Londra a fost o promovare și că ar trebui să privească în acest fel”. Îi vezi silueta în același timp?...
„Dar ce este mai rău, domnilor, vă dau Kuragin: omul este în nenorocire, iar acest Don Juan, acest om groaznic, profită de asta!”
Prințul Hippolyte stătea întins pe un scaun Voltaire, cu picioarele încrucișate peste braț. El a râs.
„Parlez moi de ca, [Hai, hai,]”, a spus el.
- O, Don Juan! O șarpe! – s-au auzit voci.
„Nu știi, Bolkonsky”, se întoarse Bilibin către prințul Andrei, „că toate ororile armatei franceze (aproape că am spus armata rusă) nu sunt nimic în comparație cu ceea ce a făcut acest bărbat între femei”.
„La femme est la compagne de l"homme, [O femeie este prietena unui bărbat], a spus prințul Hippolyte și a început să se uite prin lorgnette la picioarele lui ridicate.
Bilibin și oamenii noștri au izbucnit în râs, uitându-se în ochii lui Ippolit. Prințul Andrei a văzut că acest Ippolit, pe care (trebuia să recunoască) era aproape gelos pe soția sa, era un bufon în această societate.
— Nu, trebuie să te tratez cu Kuragin, îi spuse Bilibin liniştit lui Bolkonsky. – Este fermecător când vorbește despre politică, trebuie să vezi această importanță.
S-a așezat lângă Hippolit și, adunându-și pliuri pe frunte, a început o discuție cu el despre politică. Prințul Andrei și alții i-au înconjurat pe amândoi.
„Le cabinet de Berlin ne peut pas exprimer un sentiment d" alliance, a început Hippolyte, uitându-se la toți în mod semnificativ, „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... [Cabinetul de la Berlin nu poate sa-si exprime opinia asupra aliantei fara sa-si exprime... ca in ultima sa nota... intelegeti... intelegeti.. . totuşi, dacă Majestatea Sa Împăratul nu schimbă esenţa alianţei noastre...]
"Attendez, je n"ai pas fini...", i-a spus prințului Andrei, apucându-l de mână. "Je suppose que l"intervention sera plus forte que la non intervention." Et... Făcu o pauză. – On ne pourra pas imputer a la fin de non recevoir notre depeche du 28 noiembrie. Voila comment tout cela finira. [Stai, nu am terminat. Cred că intervenția va fi mai puternică decât neintervenția și... Este imposibil să luăm în calcul problema dacă nu se acceptă dispecera noastră din 28 noiembrie. Cum se vor termina toate acestea?]
Și i-a dat drumul la mâna lui Bolkonsky, indicând că acum terminase complet.
„Demosthenes, je te reconnais au caillou que tu as cache dans ta bouche d"or! [Demosthenes, te recunosc după pietricica pe care o ascunzi în buzele tale aurii!] - a spus Bilibin, a cărui căciulă de păr se mișca pe cap cu placere .
Toată lumea a râs. Hippolytus râse cel mai tare dintre toți. Se pare că suferea, se sufoca, dar nu rezista râsului sălbatic care îi întindea chipul mereu nemișcat.
„Ei bine, domnilor”, a spus Bilibin, „Bolkonsky este oaspetele meu în casă și aici, în Brunn, și vreau să-l tratez, cât pot de mult, cu toate bucuriile vieții de aici.” Dacă am fi în Brunn, ar fi ușor; dar aici, dans ce vilain trou morave [în această gaură urâtă din Moravia], este mai greu și vă cer ajutor tuturor. Il faut lui faire les honneurs de Brunn. [Trebuie să-i arătăm Brunn.] Tu preiei teatrul, eu – societatea, tu, Hippolytus, desigur – femei.
– Trebuie să-i arătăm pe Amelie, e drăguță! – spuse unul dintre noi, sărutându-și vârful degetelor.
„În general, acest soldat însetat de sânge”, a spus Bilibin, „ar trebui convertit la vederi mai umane”.
— Probabil că nu voi profita de ospitalitatea dumneavoastră, domnilor, iar acum este timpul să plec, spuse Bolkonsky, uitându-se la ceas.
- Unde?
- Împăratului.
- DESPRE! O! O!
- Ei bine, la revedere, Bolkonsky! La revedere, printe; „Vino la cină mai devreme”, s-au auzit voci. - Avem grijă de tine.
„Încercați să lăudați cât mai mult posibil ordinea în livrarea proviziilor și a rutelor atunci când vorbiți cu împăratul”, a spus Bilibin, escortându-l pe Bolkonsky în holul din față.
„Și aș vrea să laud, dar nu pot, din câte știu”, a răspuns Bolkonsky zâmbind.
- Ei bine, în general, vorbiți cât mai mult posibil. Pasiunea lui este publicul; dar lui însuși nu-i place să vorbească și nu știe cum, după cum veți vedea.
Unitățile de măsură ale mărimilor fizice atunci când descriu fenomenele care au loc în microlume sunt împărțite în de bază și derivate, care sunt determinate prin notația matematică a legilor fizicii.
Datorită faptului că toate fenomenele fizice apar în spațiu și timp, unitățile de bază sunt considerate în primul rând unitățile de lungime și timp, urmate de unitatea de masă. Unități de bază: lungimi l, timpul t, masa m - primesc o anumită dimensiune. Dimensiunile unităților derivate sunt determinate de formule care exprimă anumite legi fizice.
Dimensiunile principalelor unități fizice sunt selectate astfel încât în practică să fie convenabil să le folosiți.
Următoarele dimensiuni sunt acceptate în sistemul SI: lungimi [ l] = m (metru), timpul [t] = s (secunda), masa [t] = kg (kilogram).
În sistemul CGS, pentru unitățile de bază sunt acceptate următoarele dimensiuni: lungime [/] = cm (centimetru), timpul [t] = s (secunda) și masa [t] = g (gram). Pentru a descrie fenomenele care au loc în microcosmos, pot fi folosite atât unitățile SI, cât și unitățile CGS.
Să estimăm ordinele de mărime ale lungimii, timpului și masei în fenomenele microlumii.
Pe lângă cele general acceptate sisteme internaţionale Unitățile SI și CGS folosesc, de asemenea, „sisteme naturale de unități” bazate pe constante fizice universale. Aceste sisteme de unități sunt deosebit de relevante și sunt utilizate în diferite teorii fizice. În sistemul natural de unități, constantele fundamentale sunt luate ca unități de bază: viteza luminii în vid − c, constanta lui Planck − ћ, constanta gravitațională G N, constanta lui Boltzmann − k: numărul lui Avogadro − N A etc. În sistemul natural de unități Planck se acceptă c = ћ = G N = k = 1. Acest sistem de unități este folosit în cosmologie pentru a descrie procese în care efectele cuantice și gravitaționale sunt simultan semnificative (teoriile găurilor negre, teoriile Universului timpuriu).
În sistemul natural de unități se rezolvă problema unității naturale de lungime. Aceasta poate fi considerată lungimea de undă Compton λ 0, care este determinată de masa particulei M: λ 0 = ћ/Мс.
Lungime caracterizează dimensiunea obiectului. Deci, pentru un electron, raza clasică este r 0 = e 2 /m e c 2 = 2,81794·10 -13 cm (e, m e - sarcina și masa electronului). Raza clasică a unui electron are semnificația razei unei bile încărcate cu sarcină e (distribuția este simetrică sferic), la care energia câmpului electrostatic al bilei ε = γе 2 /r 0 este egală cu restul energia electronului m e c 2 (utilizată când se consideră împrăștierea luminii Thompson).
Se folosește și raza orbitei Bohr. Este definită ca distanța de la nucleu la care este cel mai probabil să se găsească un electron într-un atom de hidrogen neexcitat.
a 0 = ћ 2 /m e e 2 (în sistemul SGS) și a 0 = (α/4π)R = 0,529·10 -10 m (în sistemul SI), α = 1/137.
Dimensiunea nucleonului r ≈ 10 -13 cm (1 femtometru). Dimensiunile caracteristice ale sistemelor atomice sunt 10 -8, sistemele nucleare sunt 10 -12 ÷ 10 -13 cm.
Timp variază într-o gamă largă și este definită ca raportul dintre distanța R și viteza obiectului v. Pentru microobiecte τ otravă = 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.
Masele obiectele se schimbă de la 0 la M. Astfel, masa unui electron m e ≈ 10 -27 g, masa unui proton
m р ≈ 10 -24 g (sistem SGS). O unitate de masă atomică utilizată în fizica atomică și nucleară, 1 amu. = M(C)/12 în unități de masă a atomului de carbon.
Caracteristicile fundamentale ale micro-obiectelor includ sarcina electrică, precum și caracteristicile necesare identificării unei particule elementare.
Sarcina electrica
particulele Q se măsoară de obicei în unități de sarcină electronică. Sarcina electronilor e = 1,6·10 -19 coulombi. Pentru particulele în stare liberă, Q/e = ±1,0, iar pentru quarcii care fac parte din hadroni, Q/e = ±2/3 și ±1/3.
În nuclee, sarcina este determinată de numărul de protoni Z conținuți în nucleu. Sarcina unui proton este egală în valoare absolută cu sarcina unui electron.
Pentru a identifica o particulă elementară trebuie să știți:
I – spin izotopic;
J – moment unghiular intrinsec – spin;
P – paritate spațială;
C – paritatea taxei;
G − G-paritate.
Această informație este scrisă sub forma formulei I G (J PC).
Învârtiți− una dintre cele mai importante caracteristici ale unei particule, pentru care se folosește constanta fundamentală de Planck h sau ћ = h/2π = 1,0544·10 -27 [erg-s]. Bosonii au un spin întreg în unități ћ: (0,1, 2,...)ћ, fermionii au un spin semiîntreg (1/2, 3/2,.. .)ћ. În clasa particulelor supersimetrice, valorile spin ale fermionilor și bosonilor sunt inversate.
Orez. 4 ilustrează sens fizic spin J prin analogie cu conceptul clasic de moment unghiular al unei particule cu masa m = 1 g care se deplasează cu viteza v = 1 cm/s într-un cerc cu raza r = 1 cm În fizica clasică, momentul unghiular J = mvr = L (L − moment orbital). În mecanica cuantică, J = = 10 27 ћ = 1 erg·s pentru aceiași parametri ai unui obiect care se mișcă într-un cerc, unde ћ = 1,05·10 -27 erg·s.
Proiecția spinului unei particule elementare pe direcția impulsului său se numește helicitate. Elicitatea unei particule fără masă cu un spin arbitrar ia doar două valori: de-a lungul sau împotriva direcției impulsului particulei. Pentru un foton, valorile posibile ale helicității sunt egale cu ±1, pentru un neutrin fără masă, helicitatea este egală cu ±1/2.
Momentul unghiular de spin al unui nucleu atomic este definit ca suma vectorială a spinurilor particulelor elementare care formează un sistem cuantic și momentele unghiulare orbitale ale acestor particule datorită mișcării lor în cadrul sistemului. Momentul orbital || și impulsul de spin || dobândesc un sens discret. Momentul orbital || = ћ[ l(l+1)] 1/2 , unde l− număr cuantic orbital (poate lua valori 0, 1,2,...), moment unghiular intrinsec || = ћ 1/2 unde s este numărul cuantic de spin (poate lua valori zero, întregi sau semiîntregi J, momentul unghiular total este egal cu suma + = .
Unitățile derivate includ: energia particulelor, viteza, viteza de înlocuire a particulelor relativiste, momentul magnetic etc.
Energie particulă în repaus: E = mc 2 ; particulă în mișcare: E = m 2 c 4 + p 2 c 2.
Pentru particule non-relativiste: E = mc 2 + p 2 /2m; pentru particule relativiste, cu masa m = 0: E = avg.
Unități de energie - eV, keV, MeV, GeV, TeV, ... 1 GeV = 10 9 eV, 1 TeV = 10 12 eV,
1 eV = 1,6·10 -12 erg.
Viteza particulelor
β = v/c, unde c = 3·10 10 cm/s este viteza luminii. Viteza particulei determină acest lucru cea mai importantă caracteristică ca factorul Lorentz al particulei γ = 1/(1-β 2) 1/2 = E/mc 2. Întotdeauna γ > 1- Pentru particule non-relativiste 1< γ < 2, а для релятивистских частиц γ > 2.
În fizica de înaltă energie, viteza unei particule β este aproape de 1 și este dificil de determinat pentru particulele relativiste. Prin urmare, în loc de viteză se folosește viteza y, care este legată de viteză prin relația y = (1/2)ln[(1+β)/(1-β)] = (1/2)ln[(E +p)/(E-p)]. Viteza variază de la 0 la ∞.
Relația funcțională dintre viteza particulelor și rapiditate este prezentată în Fig. 5. Pentru particule relativiste la β → 1, E → p, atunci în loc de rapiditate putem folosi pseudo-rapiditatea η, care este determinată de unghiul de plecare al particulei θ, η = (1/2)ln tan(θ/2) . Spre deosebire de viteză, viteza este o cantitate aditivă, adică y 2 = y 0 + y 1 pentru orice cadru de referință și pentru orice particule relativiste și non-relativiste.
Moment magnetic
μ = Iπr 2 /c, unde curentul I = ev/2πr ia naștere din cauza rotației sarcinii electrice. Astfel, orice particulă încărcată are un moment magnetic. Când se ia în considerare momentul magnetic al unui electron, se folosește magnetonul Bohr
μ B = eћ/2m e c = 0,5788·10 -14 MeV/G, moment magnetic electron = g·μ B ·. Coeficientul g se numește raport giromagnetic. Pentru un electron g = /μ B · = 2, deoarece J = ћ/2, = μ B cu condiția ca electronul să fie o particulă fără structură sub formă de punct. Raportul giromagnetic g conține informații despre structura particulei. Mărimea (g - 2) este măsurată în experimente care vizează studierea structurii particulelor, altele decât leptonii. Pentru leptoni, această valoare indică rolul corecțiilor electromagnetice mai mari (a se vedea în continuare secțiunea 7.1).
În fizica nucleară, magnetonul nuclear este folosit μ i = eћ/2m p c, unde m p este masa protonului.
2.1.1. Sistemul Heaviside și conexiunea acestuia cu sistemul GHS
În sistemul Heaviside, se presupune că viteza luminii c și constanta lui Planck ћ sunt egale cu unitatea, adică. с = ћ = 1. Unitățile principale de măsură sunt unitățile de energie − MeV sau MeV -1, în timp ce în sistemul GHS principalele unități de măsură sunt [g, cm, s]. Apoi, folosind relațiile: E = mc 2 = m = MeV, l= ћ/mc = MeV -1 , t = ћ/mc 2 = MeV -1 , se obține legătura dintre sistemul Heaviside și sistemul SGS sub forma:- m(g) = m(MeV) 2 10 -27,
- l(cm) = l(MeV-1)210-11,
- t (s) = t (MeV -1) b.b 10 -22.
Sistemul Heaviside este folosit în fizica energiilor înalte pentru a descrie fenomenele care au loc în microcosmos și se bazează pe utilizarea constantelor naturale c și ћ, care sunt decisive în mecanica relativistă și cuantică.
Valorile numerice ale cantităților corespunzătoare din sistemul CGS pentru electron și proton sunt date în tabel. 3 și poate fi folosit pentru a trece de la un sistem la altul.
Tabelul 3. Valorile numerice ale cantităților din sistemul CGS pentru electroni și protoni
2.1.2. Unități Planck (naturale).
Când se iau în considerare efectele gravitaționale, scara Planck este introdusă pentru a măsura energia, masa, lungimea și timpul. Dacă energia gravitațională a unui obiect este egală cu energia sa totală, adică.
Că
lungime = 1,6·10 -33 cm,
masa = 2,2·10 -5 g = 1,2·10 19 GeV,
timp = 5,4·10 -44 s,
Unde 
= 6,67·10 -8 cm2 ·g -1 ·s -2 .
Efectele gravitaționale sunt semnificative atunci când energia gravitațională a unui obiect este comparabilă cu energia sa totală.
2.2. Clasificarea particulelor elementare
Conceptul de „particulă elementară” s-a format odată cu stabilirea naturii discrete a structurii materiei la nivel microscopic.
Atomi → nuclei → nucleoni → partoni (quarci și gluoni)
În fizica modernă, termenul „particule elementare” este folosit pentru a denumi un grup mare de mici observat particule de materie. Acest grup de particule este foarte extins: p protoni, n neutroni, π- și K-mezoni, hiperoni, particule fermecate (J/ψ...) și multe rezonanțe (în total
~ 350 particule). Aceste particule sunt numite „hadroni”.
S-a dovedit că aceste particule nu sunt elementare, ci reprezintă sisteme compozite, ale căror componente sunt cu adevărat elementare sau, așa cum au ajuns să fie numite, „ fundamental
" particule - partoni, descoperit în timp ce studia structura protonului. Studiul proprietăților partonilor a făcut posibilă identificarea acestora cu quarcuriŞi gluoni, introdus în considerare de Gell-Mann și Zweig la clasificarea particulelor elementare observabile. Cuarcii s-au dovedit a fi fermioni cu spin J = 1/2. Li s-au atribuit sarcini electrice fracționate și un număr barion B = 1/3, deoarece un barion cu B = 1 este format din trei quarci. În plus, pentru a explica proprietățile unor barioni, a devenit necesară introducerea unui nou număr cuantic — culoarea. Fiecare quarc are trei stări de culoare, notate prin indicii 1, 2, 3 sau cuvintele roșu (R), verde (G) și albastru (B). Culoarea nu se manifestă în niciun fel în hadronii observați și funcționează doar în interiorul lor.
Până în prezent, au fost descoperite 6 arome (tipuri) de quarci.
În tabel 4 prezintă proprietățile quarcilor pentru o stare de culoare.
Tabelul 4. Proprietățile quarcurilor
| Aromă | Masa, MeV/s 2 | eu | eu 3 | Q q /e | s | Cu | b | t |
| tu sus | 330; (5) | 1/2 | 1/2 | 2/3 | 0 | 0 | 0 | 0 |
| d jos | 340; (7) | 1/2 | -1/2 | -1/3 | 0 | 0 | 0 | 0 |
| e ciudat | 450; (150) | 0 | 0 | -1/3 | -1 | 0 | 0 | 0 |
| cu farmec | 1500 | 0 | 0 | 2/3 | 0 | 1 | 0 | 0 |
| b frumusețe | 5000 | 0 | 0 | -1/3 | 0 | 0 | -1 | 0 |
| t adevarul | 174000 | 0 | 0 | 2/3 | 0 | 0 | 0 | 1 |
Pentru fiecare aromă a unui cuarc este indicată masa acestuia (masele cuarcilor constituenți și masele cuarcilor actuali sunt date în paranteză), spin izotopic I și a 3-a proiecție a spin izotopic I 3, sarcină de cuarc Q q /e și quantum numerele s, c, b, t. Alături de aceste numere cuantice, este adesea folosită hiperîncărcarea numărului cuantic Y = B + s + c + b+ t. Există o legătură între proiecția spin izotopic I 3, sarcina electrică Q și hipersarcina Y: Q = I 3 + (1/2)Y.
Deoarece fiecare quarc are 3 culori, trebuie luate în considerare 18 quarci. Quarcii nu au structură.
În același timp, printre particulele elementare a existat o întreagă clasă de particule numite " leptoni„Sunt, de asemenea, particule fundamentale, adică nu au structură. Sunt șase dintre ele: trei încărcate e, μ, τ și trei neutre ν e, ν μ, ν τ. Leptonii participă doar la interacțiuni electromagnetice și slabe. Leptoni și Cuarcii cu spin semiîntreg J = (n+1/2)ћ, n = 0, 1,... . Se observă o simetrie uimitoare între leptoni și șase quarci.
În tabel Figura 5 prezintă proprietățile fermionilor fundamentali: sarcina electrică Q i în unități de sarcină a electronilor și masa particulelor m. Leptonii și quarcii sunt combinați în trei generații (I, II și III). Pentru fiecare generație, suma sarcinilor electrice ∑Q i = 0, ținând cont de 3 sarcini de culoare pentru fiecare cuarc. Fiecare fermion are un antifermion corespunzător.
Pe lângă caracteristicile particulelor indicate în tabel, rol important pentru leptoni, numerele de lepton joacă: electron L e , egal cu +1 pentru e - și ν e , muonic L μ , egal cu +1 pentru μ - și ν μ și taonic L τ , egal cu +1 pentru τ - și ν τ , care corespund aromelor de leptoni care participă la reacții specifice și sunt cantități conservate. Pentru leptoni, numărul barionului B = 0.
Tabelul 5. Proprietățile fermionilor fundamentali
Materia din jurul nostru este formată din fermioni de prima generație cu masă diferită de zero. Influența particulelor din a doua și a treia generație s-a manifestat în Universul timpuriu. Dintre particulele fundamentale, un rol special îl au bosonii gauge fundamentali, care au un număr cuantic intern întreg de spin J = nћ, n = 0, 1, .... Bosonii gauge sunt responsabili pentru patru tipuri de interacțiuni fundamentale: puternice ( gluon g), electromagnetic (foton γ) , slab (bosoni W ± , Z 0), gravitațional (graviton G). Ele sunt, de asemenea, particule fundamentale fără structură.
În tabel 6 prezintă proprietățile bosonilor fundamentali, care sunt cuante de câmp în teoriile gauge.
Tabelul 6. Proprietățile bosonilor fundamentali
| Nume | Încărca | Greutate | Învârtiți | Interacțiuni |
| Graviton, G | 0 | 0 | 2 | Gravitațional |
| Foton, γ | 0 | < 3·10 -27 эВ | 1 | Electromagnetic |
| Bosoni vectoriali încărcați, W ± | ±1 | 80,419 GeV/s 2 | 1 | Slab |
| Boson vector neutru, Z 0 | 0 | 91,188 GeV/s 2 | 1 | Slab |
| Gluoni, g 1 , ... , g 8 | 0 | 0 | 0 | Puternic |
| Higgs, H0, H ± | 0 | > 100 GeV/s 2 | 0 |
În plus față de proprietățile bosonilor open gauge γ, W ±, Z 0, g 1,..., g 8, tabelul prezintă proprietățile bosonilor nedescoperiți până acum: gravitonul G și bosonii Higgs H 0, H ±.
Să luăm acum în considerare cel mai mult grup mare particule elementare care interacționează puternic - hadroni, pentru a explica structura căreia a fost introdus conceptul de quarci.
Hadronii sunt împărțiți în mezoni și barioni. Mezonii sunt construiți dintr-un cuarc și un antiquarc (q). Barionii constau din trei quarci (q 1 q 2 q 3).
În tabel 7 oferă o listă de proprietăți ale hadronilor principali. (Pentru tabele detaliate, a se vedea The European Physical Journal C, Rev. of Particle Phys., v.15, No. 1 - 4, 2000.)
Tabelul 7. Proprietățile hadronilor
| Nume | Masa, MeV/s 2 | Durata vieții, s | Moduri de dezintegrare | Compoziția cuarcilor | |||||||||||
| Bujor 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 | Г=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 ani 898 ±16 |
n → р + 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 | |||||||||||
|
|
|
Structura cuarci a hadronilor face posibilă distingerea în acest grup mare de particule hadroni non-strani, care constau din quarci non-strani (u, d), hadroni ciudați, care includ un quarc ciudat s, hadroni fermecați care conțin un c- quark, hadroni drăguți (hadroni de jos) cu b-quark.
Tabelul prezintă proprietățile doar unei mici părți din hadroni: mezoni și barioni. Sunt prezentate masa lor, durata de viață, principalele moduri de dezintegrare și compoziția cuarcilor. Pentru mezoni, numărul barionic B = O și numărul lepton L = 0. Pentru barioni, numărul barionic B = 1, numărul lepton L = 0. Mezonii sunt bosoni (spin întreg), barionii sunt fermioni (spin pe jumătate întreg). ).
O analiză suplimentară a proprietăților hadronilor ne permite să le combinăm în multiplete izotopice, constând din particule cu aceleași numere cuantice (număr barion, spin, paritate internă, ciudățenie) și mase similare, dar cu sarcini electrice diferite. Fiecare multiplet izotopic este caracterizat de spin izotopic I, care determină numărul total de particule incluse în multiplet, egal cu 2I + 1. Isospin poate lua valori 0, 1/2, 1, 3/2, 2, . .., adică este posibilă existenţa unor singlete izotopice, dublete, triplete, cvartete etc. Astfel, un proton și un neutron constituie un dublet izotopic, π + -, π - -, π 0 -mezonii sunt considerați ca un triplet izotopic.
Obiectele mai complexe din microcosmos sunt nucleele atomice. Nucleul atomic este format din protoni Z și neutroni N. Suma Z + N = A este numărul de nucleoni dintr-un izotop dat. Adesea, tabelele dau valoarea medie a tuturor izotopilor, apoi devine fracționară. Se cunosc nuclee pentru care valorile indicate se încadrează în limitele: 1< А < 289, 1 < Z < 116.
Particulele enumerate mai sus sunt luate în considerare în cadrul modelului standard. Se presupune că dincolo de Modelul Standard poate exista un alt grup de particule fundamentale - particule supersimetrice (SUSY). Ele trebuie să asigure simetria între fermioni și bozoni. În tabel 8 prezintă presupusele proprietăți ale acestei simetrii.
2.3. Abordarea pe teren a problemei interacțiunilor
2.3.1 Proprietăți ale interacțiunilor fundamentale
Varietatea uriașă de fenomene fizice care apar în timpul ciocnirilor de particule elementare este determinată de doar patru tipuri de interacțiuni: electromagnetice, slabe, puternice și gravitaționale. În teoria cuantică, interacțiunea este descrisă în termeni de schimb de cuante specifice (bosoni) asociate unui anumit tip de interacțiune.
Pentru a reprezenta vizual interacțiunea particulelor, fizicianul american R. Feynman a propus utilizarea diagramelor, care i-au primit numele. Diagramele Feynman descriu orice proces de interacțiune atunci când două particule se ciocnesc. Fiecare particulă implicată în proces este reprezentată printr-o linie pe diagrama Feynman. Capătul liber din stânga sau din dreapta al liniei indică faptul că particula este în starea inițială sau, respectiv, finală. Liniile interne din diagrame (adică liniile care nu au capete libere) corespund așa-numitelor particule virtuale. Acestea sunt particule create și absorbite în timpul procesului de interacțiune. Ele nu pot fi înregistrate, spre deosebire de particulele reale. Interacțiunea particulelor din diagramă este reprezentată de noduri (sau vârfuri). Tipul de interacțiune este caracterizat de constanta de cuplare α, care poate fi scrisă ca: α = g 2 /ћc, unde g este sarcina sursei de interacțiune și este principala caracteristică cantitativă a forței care acționează între particule. În interacțiunea electromagnetică α e = e 2 /ћc = 1/137.
 Fig.6. Diagrama Feynman. |
Procesul a + b →с + d sub forma unei diagrame Feynman (Fig. 6) arată astfel: R este o particulă virtuală schimbată între particulele a și b în timpul interacțiunii determinate de constanta de interacțiune α = g 2 /ћc, care caracterizează puterea interacțiunii la o distanță egală cu raza de interacțiune.
O particulă virtuală poate avea o masă M x și atunci când această particulă este schimbată, se transferă un moment de 4 momente t = −q 2 = Q 2.
În tabel 9 caracteristici diferite tipuri interacțiuni.
Interacțiuni electromagnetice
. Interacțiunile electromagnetice, la care sunt supuse toate particulele încărcate și fotonii, au fost studiate cel mai complet și mai consistent. Purtătorul de interacțiune este fotonul. Pentru forțele electromagnetice, constanta de interacțiune este numeric egală cu constanta de structură fină α e = e 2 /ћc = 1/137.
Exemple de procese electromagnetice cele mai simple sunt efectul fotoelectric, efectul Compton, formarea de perechi electron-pozitron, iar pentru particulele încărcate - împrăștierea ionizării și bremsstrahlung. Teoria acestor interacțiuni - electrodinamica cuantică - este cea mai precisă teorie fizică.
Interacțiuni slabe.
Pentru prima dată, au fost observate interacțiuni slabe în timpul dezintegrarii beta a nucleelor atomice. Și, după cum sa dovedit, aceste dezintegrari sunt asociate cu transformarea unui proton într-un neutron în nucleu și invers:
p → n + e + + ν e, n → p + e - + e. Sunt posibile și reacții inverse: captarea unui electron e - + p → n + ν e sau a unui antineutrin e + p → e + + n. Interacțiunea slabă a fost descrisă de Enrico Fermi în 1934 în termenii interacțiunii de contact cu patru fermioni definite de constanta Fermi
G F = 1,4.10 -49 erg.cm3.
La energii foarte mari, în locul interacțiunii de contact Fermi, interacțiunea slabă este descrisă ca o interacțiune de schimb, în care o cuantă dotată cu o sarcină slabă g w (prin analogie cu o sarcină electrică) este schimbată și acționează între fermioni. Astfel de cuante au fost descoperite pentru prima dată în 1983 la colisionarul SppS (CERN) de o echipă condusă de Carl Rubbia. Aceștia sunt bosoni încărcați - W ± și un boson neutru - Z 0, masele lor sunt, respectiv, egale: m W± = 80 GeV/s 2 și m Z = 90 GeV/s 2. Constanta de interacțiune α W în acest caz este exprimată prin constanta Fermi:
Tabelul 9. Principalele tipuri de interacțiuni și caracteristicile acestora
