Ukratko o fundamentalnim česticama. O razumijevanju kretanja materije, njene sposobnosti samorazvoja, kao i povezanosti i interakcije materijalnih objekata u modernoj prirodnoj nauci
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 takođe
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
- // nature.web.ru
- // nature.web.ru
- // nature.web.ru
Najpoznatija formula iz opšte teorije relativnosti je zakon održanja energije-mase | Ovo je nacrt članka o fizici. Možete pomoći projektu dodavanjem. |
|
Jedinice fizičke veličine kada se opisuju pojave koje se dešavaju u mikrosvijetu, one se dijele na osnovne i derivative, koje se određuju matematičkim zapisom 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 opšteprihvaćenih međunarodnih sistema jedinica SI i GHS, koriste se i „prirodni sistemi jedinica“ zasnovani 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 − s, 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 rasipanje 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.
TO fundamentalne karakteristike mikroobjekti treba da sadrže električni naboj, kao i karakteristike potrebne 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. Slika 4 ilustruje fizičko značenje spina 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 , ugaoni moment J = mvr = L (L je 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 određuje tako važnu karakteristiku kao što je Lorentz 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 gravitacijski efekti, uvodi se Plankova skala za mjerenje 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 navedena 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 kvantni 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 imaju leptonski brojevi: elektron L e, jednak +1 za e - i ν e, mionski L μ, jednak +1 za μ - i ν μ i taonski L τ, jednako + 1 za τ - i ν τ, koji odgovaraju ukusima leptona uključenih u specifične reakcije 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 ±.
Razmotrimo sada najbrojniju grupu elementarnih čestica u jakoj interakciji - hadrone, da bismo objasnili čiju strukturu 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 sličnih masa, 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
Ove tri čestice (kao i druge opisane u nastavku) se međusobno privlače i odbijaju u skladu sa svojim optužbe, kojih postoje samo četiri vrste prema broju fundamentalnih sila prirode. Naelektrisanja se mogu rasporediti u opadajućem redosledu odgovarajućih sila na sledeći način: naboj u boji (sile interakcije između kvarkova); električni naboj (električne i magnetske sile); slabo naelektrisanje (sile u nekim radioaktivnim procesima); konačno, masa (gravitaciona sila, ili gravitaciona interakcija). Riječ "boja" ovdje nema nikakve veze sa bojom vidljive svjetlosti; to je jednostavno karakteristika jakog naboja i najvećih sila.
Naplate su sačuvani, tj. naboj koji ulazi u sistem jednak je naboju koji ga napušta. Ako je ukupan električni naboj određenog broja čestica prije njihove interakcije jednak, recimo, 342 jedinice, onda će nakon interakcije, bez obzira na njen rezultat, biti jednak 342 jedinice. Ovo se odnosi i na druga naelektrisanja: boja (jako interakcijsko naelektrisanje), slaba i masa (masa). Čestice se razlikuju po svom naboju: u suštini, one „jesu“ ti naboji. Optužbe su kao “potvrda” o pravu na odgovor odgovarajućoj sili. Dakle, samo obojene čestice su pod utjecajem sila boja, samo su električno nabijene čestice pod utjecajem električne sile itd. Svojstva čestice određuju najveća sila koja na nju djeluje. Samo su kvarkovi nosioci svih naboja i stoga su podložni dejstvu svih sila, među kojima je dominantna boja. Elektroni imaju sve naboje osim boje, a dominantna sila za njih je elektromagnetna sila.
Najstabilnije u prirodi su po pravilu neutralne kombinacije čestica u kojima se naboj čestica jednog znaka kompenzira ukupnim nabojem čestica drugog znaka. Ovo odgovara minimalnoj energiji cijelog sistema. (Na isti način, dva šipka magneta su postavljena u liniju, pri čemu je sjeverni pol jednog okrenut prema južnom polu drugog, što odgovara minimalnoj energiji magnetsko polje.) Gravitacija je izuzetak od ovog pravila: negativna masa ne postoji. Ne postoje tijela koja padaju nagore.
VRSTE MATERIJA
Obična materija je formirana od elektrona i kvarkova, grupiranih u objekte neutralne boje, a zatim i električnog naboja. Snaga boje je neutralizirana, kao što će biti detaljnije razmotreno u nastavku, kada se čestice kombiniraju u trojke. (Odavde i sam izraz „boja” preuzet iz optike: tri primarne boje kada se pomešaju daju belu.) Dakle, kvarkovi za koje je jačina boje glavna formiraju trojke. Ali kvarkovi, i oni se dijele na u-kvarkovi (od engleskog gore - vrh) i d-kvarkovi (od engleskog down - bottom), takođe imaju električni naboj jednak u-kvark i za d-kvark. Dva u-kvark i jedan d-kvarkovi daju električni naboj od +1 i formiraju proton, i jedan u-kvark i dva d-kvarkovi daju nulti električni naboj i formiraju neutron.
Stabilni protoni i neutroni, privučeni jedni drugima rezidualnim silama boja interakcije između njihovih sastavnih kvarkova, formiraju atomsko jezgro neutralno u boji. Ali jezgre nose pozitivan električni naboj i, privlačeći negativne elektrone koji kruže oko jezgre poput planeta koje kruže oko Sunca, teže formiranju neutralnog atoma. Elektroni u svojim orbitama uklanjaju se iz jezgra na udaljenostima desetinama hiljada puta većim od radijusa jezgra - dokaz da su električne sile koje ih drže mnogo slabije od nuklearnih. Zahvaljujući snazi interakcije boja, 99,945% mase atoma sadržano je u njegovom jezgru. Težina u- I d-kvarkovi su oko 600 puta veći od mase elektrona. Stoga su elektroni mnogo lakši i pokretljiviji od jezgara. Njihovo kretanje u materiji uzrokovano je električnim fenomenima.
Postoji nekoliko stotina prirodnih varijanti atoma (uključujući izotope), koji se razlikuju po broju neutrona i protona u jezgri i, shodno tome, po broju elektrona u svojim orbitama. Najjednostavniji je atom vodika, koji se sastoji od jezgre u obliku protona i jednog elektrona koji se okreće oko njega. Sva “vidljiva” materija u prirodi sastoji se od atoma i djelomično “rastavljenih” atoma, koji se nazivaju ioni. Joni su atomi koji su, izgubivši (ili stekli) nekoliko elektrona, postali nabijene čestice. Materija koja se gotovo u potpunosti sastoji od jona naziva se plazma. Zvijezde koje gore zbog termonuklearnih reakcija koje se dešavaju u centrima sastoje se uglavnom od plazme, a kako su zvijezde najčešći oblik materije u Univerzumu, možemo reći da se cijeli Univerzum sastoji uglavnom od plazme. Tačnije, zvijezde su pretežno potpuno jonizirani vodonik, tj. mješavina pojedinačnih protona i elektrona, pa se stoga gotovo cijeli vidljivi Univerzum sastoji od nje.
Ovo je vidljiva materija. Ali u Univerzumu postoji i nevidljiva materija. A postoje i čestice koje se ponašaju kao nosioci sile. Postoje antičestice i pobuđena stanja nekih čestica. Sve to dovodi do očigledno prevelikog obilja „elementarnih“ čestica. U ovom obilju može se pronaći indikacija stvarne, prave prirode elementarnih čestica i sila koje djeluju između njih. Prema najnovijim teorijama, čestice mogu biti suštinski prošireni geometrijski objekti – „žice” u desetodimenzionalnom prostoru.
Nevidljivi svijet.
U Univerzumu ne postoji samo vidljiva materija (već i crne rupe i „tamna materija“, kao što su hladne planete koje postaju vidljive kada su osvijetljene). Postoji i zaista nevidljiva materija koja svake sekunde prožima sve nas i cijeli Univerzum. To je gas koji se brzo kreće od čestica jedne vrste - elektronskih neutrina.
Elektronski neutrino je partner elektrona, ali nema električni naboj. Neutrini nose samo takozvani slab naboj. Njihova masa mirovanja je, po svoj prilici, nula. Ali oni su u interakciji sa gravitacionim poljem jer imaju kinetičku energiju E, što odgovara efektivnoj masi m, prema Ajnštajnovoj formuli E = mc 2 gdje c– brzina svetlosti.
Ključna uloga neutrina je da doprinosi transformaciji I-kvarkovi unutra d-kvarkovi, usled kojih se proton pretvara u neutron. Neutrini djeluju kao "igla karburatora" za reakcije fuzije zvijezda, u kojima se četiri protona (jezgra vodika) kombinuju i formiraju jezgro helijuma. Ali kako se jezgro helija ne sastoji od četiri protona, već od dva protona i dva neutrona, za takvu nuklearnu fuziju potrebno je da dva I-kvarkovi su se pretvorili u dva d-kvark. Intenzitet transformacije određuje koliko će brzo zvijezde gorjeti. A proces transformacije je određen slabim nabojem i slabim interakcijskim silama između čestica. Gde I-kvark (električni naboj +2/3, slab naboj +1/2), u interakciji sa elektronom (električni naboj - 1, slab naboj -1/2), formira se d-kvark (električni naboj –1/3, slab naboj –1/2) i elektronski neutrino (električni naboj 0, slab naboj +1/2). Naboji u boji (ili samo boje) dva kvarka se poništavaju u ovom procesu bez neutrina. Uloga neutrina je da odnese nekompenzirani slab naboj. Stoga, brzina transformacije zavisi od toga koliko su slabe sile slabe. Da su slabije nego što jesu, zvijezde uopće ne bi gorjele. Da su jače, zvijezde bi odavno izgorjele.
Šta je sa neutrinima? Pošto ove čestice izuzetno slabo komuniciraju sa drugim materijama, one skoro odmah napuštaju zvezde u kojima su rođene. Sve zvijezde sijaju, emituju neutrine, a neutrini sijaju kroz naša tijela i cijelu Zemlju danju i noću. Tako lutaju Univerzumom dok ne uđu, možda, u novu interakciju STAR).
Nosioci interakcija.
Šta uzrokuje sile koje djeluju između čestica na udaljenosti? Moderna fizika odgovara: zbog razmjene drugih čestica. Zamislite dva brza klizača koji bacaju loptu unaokolo. Dajući zamah loptici kada je bačena i primajući zamah primljenom loptom, oboje dobijaju guranje u smjeru daleko jedan od drugog. Ovo može objasniti pojavu odbojnih sila. Ali u kvantnoj mehanici, koja razmatra pojave u mikrosvijetu, dozvoljeno je neobično rastezanje i delokalizacija događaja, što dovodi do naizgled nemogućeg: jedan od klizača baca loptu u smjeru od drugačiji, ali taj ipak Možda uhvati ovu loptu. Nije teško zamisliti da bi, kada bi to bilo moguće (a u svijetu elementarnih čestica moguće), među klizačima nastala privlačnost.
Čestice, zbog čije razmjene djeluju sile interakcije između četiri "čestice materije" o kojima smo gore govorili, nazivaju se mjernim česticama. Svaka od četiri interakcije – jaka, elektromagnetna, slaba i gravitaciona – ima svoj skup mjernih čestica. Nosioci snažne interakcije su gluoni (ima ih samo osam). Foton je nosilac elektromagnetne interakcije (postoji samo jedan, a fotone doživljavamo kao svjetlost). Čestice nosača slabe interakcije su srednji vektorski bozoni (otkriveni su 1983. i 1984. W + -, W- -bozoni i neutralni Z-bozon). Nositelj gravitacijske interakcije je još uvijek hipotetički graviton (trebao bi biti samo jedan). Sve ove čestice, osim fotona i gravitona, koji mogu putovati na beskonačno velike udaljenosti, postoje samo u procesu razmjene između materijalnih čestica. Fotoni ispunjavaju Univerzum svjetlošću, a gravitoni ispunjavaju svemir gravitacijskim valovima (još nisu pouzdano otkriveni).
Za česticu sposobnu da emituje merne čestice se kaže da je okružena odgovarajućim poljem sila. Tako su elektroni sposobni da emituju fotone okruženi električnim i magnetskim poljima, kao i slabim i gravitacionim poljima. Kvarkovi su takođe okruženi svim ovim poljima, ali i jakim interakcijskim poljem. Na čestice sa nabojem boje u polju sila boja utiče sila boje. Isto važi i za druge sile prirode. Stoga možemo reći da se svijet sastoji od materije (materijalne čestice) i polja (mjerne čestice). Više o tome u nastavku.
Antimaterija.
Svaka čestica ima antičesticu, sa kojom se čestica može međusobno anihilirati, tj. "poništiti", što rezultira oslobađanjem energije. “Čista” energija sama po sebi, međutim, ne postoji; Kao rezultat anihilacije pojavljuju se nove čestice (na primjer, fotoni) koje odnose ovu energiju.
U većini slučajeva, antičestica ima svojstva suprotna od odgovarajuće čestice: ako se čestica kreće ulijevo pod utjecajem jakog, slabog ili elektromagnetnog polja, tada će se njena antičestica pomjeriti udesno. Ukratko, antičestica ima suprotne predznake svih naboja (osim naboja mase). Ako je čestica kompozitna, kao što je neutron, onda se njena antičestica sastoji od komponenti sa suprotnim predznacima naelektrisanja. Dakle, antielektron ima električni naboj od +1, slab naboj od +1/2 i naziva se pozitron. Antineutron se sastoji od I-antikvarkovi sa električnim nabojem –2/3 i d-antikvarkovi sa električnim nabojem +1/3. Prave neutralne čestice su sopstvene antičestice: antičestica fotona je foton.
Prema savremenim teorijskim konceptima, svaka čestica koja postoji u prirodi treba da ima svoju antičesticu. I mnoge antičestice, uključujući pozitrone i antineutrone, zaista su dobijene u laboratoriji. Posljedice ovoga su izuzetno važne i leže u osnovi cijele eksperimentalne fizike čestica. Prema teoriji relativnosti, masa i energija su ekvivalentne, a pod određenim uslovima energija se može pretvoriti u masu. Pošto je naboj očuvan, a naelektrisanje vakuuma (praznog prostora) je nula, bilo koji par čestica i antičestica (sa nultim neto nabojem) mogu izaći iz vakuuma, kao zečevi iz mađioničarskog šešira, sve dok ima dovoljno energije da stvaraju svoju masu.
Generacije čestica.
Eksperimenti na akceleratorima su pokazali da se kvartet materijalnih čestica ponavlja najmanje dva puta pri većim vrijednostima mase. U drugoj generaciji, mjesto elektrona zauzima mion (sa masom približno 200 puta većom od mase elektrona, ali sa istim vrijednostima svih ostalih naboja), mjesto elektronskog neutrina je uzeti mion (koji prati mion u slabim interakcijama na isti način kao što je elektron u pratnji elektrona neutrina), mjesto I-kvark zauzima With-kvark ( očarani), A d-kvark – s-kvark ( čudno). U trećoj generaciji, kvartet se sastoji od tau leptona, tau neutrina, t-kvark i b-kvark.
Težina t- kvark je oko 500 puta veći od mase najlakšeg – d-kvark. Eksperimentalno je utvrđeno da postoje samo tri vrste lakih neutrina. Dakle, četvrta generacija čestica ili uopšte ne postoji, ili su odgovarajući neutrini veoma teški. Ovo je u skladu sa kosmološkim podacima, prema kojima ne može postojati više od četiri tipa lakih neutrina.
U eksperimentima s česticama visoke energije, elektron, mion, tau lepton i odgovarajući neutrini djeluju kao izolirane čestice. Oni ne nose naboj u boji i ulaze samo u slabe i elektromagnetne interakcije. Zajedno se zovu leptons.
Tabela 2. GENERACIJE FUNDAMENTALNIH ČESTICA | ||||
Particle | Masa mirovanja, MeV/ With 2 | Električno punjenje | Naboj u boji | Slabo punjenje |
DRUGA GENERACIJA | ||||
With-kvark | 1500 | +2/3 | Crvena, zelena ili plava | +1/2 |
s-kvark | 500 | –1/3 | Isto | –1/2 |
Muonski neutrino | 0 | 0 | +1/2 | |
Muon | 106 | 0 | 0 | –1/2 |
TREĆA GENERACIJA | ||||
t-kvark | 30000–174000 | +2/3 | Crvena, zelena ili plava | +1/2 |
b-kvark | 4700 | –1/3 | Isto | –1/2 |
Tau neutrino | 0 | 0 | +1/2 | |
Tau | 1777 | –1 | 0 | –1/2 |
Kvarkovi se, pod uticajem sila boja, kombinuju u čestice koje su u jakoj interakciji koje dominiraju većinom eksperimenata fizike visokih energija. Takve čestice se nazivaju hadrona. Oni uključuju dvije podklase: barioni(kao što su proton i neutron), koji se sastoje od tri kvarka, i mezoni, koji se sastoji od kvarka i antikvarka. Godine 1947. otkriven je prvi mezon, nazvan pion (ili pi-mezon), u kosmičkim zracima, a neko vrijeme se vjerovalo da izmjena ovih čestica - glavni razlog nuklearne snage. Omega-minus hadroni, otkriveni 1964. u Brookhaven National Laboratory (SAD), i JPS čestica ( J/y-meson), otkriven istovremeno u Brookhavenu i u Centru za linearne akceleratore Stanford (takođe u SAD) 1974. Postojanje omega minus čestice predvidio je M. Gell-Mann u svojoj tzv. S.U. 3 teorija" (drugi naziv je "osmostruka staza"), u kojoj je prvi put sugerisana mogućnost postojanja kvarkova (i ovo ime im je dato). Deceniju kasnije, otkriće čestice J/y potvrdili postojanje With-kvark i konačno natjerao sve da povjeruju i u model kvarka i u teoriju koja je ujedinila elektromagnetne i slabe sile ( vidi ispod).
Čestice druge i treće generacije nisu ništa manje stvarne od prve. Istina, nakon što su nastali, u milionitim ili milijardnim dijelovima sekunde se raspadaju na obične čestice prve generacije: elektron, elektronski neutrino, a također I- I d-kvarkovi. Pitanje zašto u prirodi postoji nekoliko generacija čestica i dalje ostaje misterija.
Često se govori o različitim generacijama kvarkova i leptona (što je, naravno, pomalo ekscentrično) kao o različitim „ukusima“ čestica. Potreba da se oni objasne naziva se problemom "ukusa".
BOZONI I FERMIONI, POLJE I MATERIJA
Jedna od fundamentalnih razlika između čestica je razlika između bozona i fermiona. Sve čestice su podijeljene u ove dvije glavne klase. Identični bozoni se mogu preklapati ili preklapati, ali identični fermioni ne mogu. Superpozicija se javlja (ili se ne događa) u diskretnim energetskim stanjima na koja kvantna mehanika dijeli prirodu. Ova stanja su poput zasebnih ćelija u koje se mogu smjestiti čestice. Dakle, možete staviti koliko god identičnih bozona želite u jednu ćeliju, ali samo jedan fermion.
Kao primjer, uzmite u obzir takve ćelije ili "stanja" za elektron koji kruži oko jezgre atoma. Za razliku od planeta Sunčevog sistema, prema zakonima kvantne mehanike, elektron ne može da kruži ni po jednoj eliptičnoj orbiti za njega postoji samo diskretna serija dozvoljenih „stanja kretanja“. Skupovi takvih stanja, grupirani prema udaljenosti od elektrona do jezgra, nazivaju se orbitale. U prvoj orbitali postoje dva stanja sa različitim ugaonim momentom i, prema tome, dvije dozvoljene ćelije, a u višim orbitalama ima osam ili više ćelija.
Pošto je elektron fermion, svaka ćelija može sadržavati samo jedan elektron. Iz toga proizlaze vrlo važne posljedice - sva hemija, jer su hemijska svojstva supstanci određena interakcijama između odgovarajućih atoma. Ako prođete kroz periodični sistem elemenata od jednog atoma do drugog po redoslijedu povećanja broja protona u jezgru za jedan (shodno tome će se povećati i broj elektrona), tada će prva dva elektrona zauzeti prvu orbitalu, sljedećih osam će se nalaziti u drugom, itd. Ova dosljedna promjena u elektronskoj strukturi atoma od elementa do elementa određuje njihove obrasce hemijska svojstva ah.
Ako bi elektroni bili bozoni, onda bi svi elektroni u atomu mogli zauzeti istu orbitalu, što odgovara minimalnoj energiji. U ovom slučaju, svojstva sve materije u Univerzumu bila bi potpuno drugačija, a Univerzum u obliku u kojem poznajemo bio bi nemoguć.
Svi leptoni - elektron, mion, tau lepton i njihovi odgovarajući neutrini - su fermioni. Isto se može reći i za kvarkove. Dakle, sve čestice koje formiraju "materiju", glavni punilac Univerzuma, kao i nevidljivi neutrini, su fermioni. Ovo je prilično značajno: fermioni se ne mogu kombinovati, pa se isto odnosi i na objekte u materijalnom svijetu.
Istovremeno, sve „čestice merila” koje se razmenjuju između čestica materijala u interakciji i koje stvaraju polje sila ( vidi gore), su bozoni, što je takođe veoma važno. Tako, na primjer, mnogi fotoni mogu biti u istom stanju, formirajući magnetsko polje oko magneta ili električno polje oko električnog naboja. Zahvaljujući tome, laser je takođe moguć.
Spin.
Razlika između bozona i fermiona povezana je sa još jednom karakteristikom elementarnih čestica - spin. Iznenađujuće, sve fundamentalne čestice imaju svoj ugaoni moment ili, jednostavnije rečeno, rotiraju oko svoje ose. Momentum - karakteristika rotaciono kretanje, kao i ukupni impuls – translacijski. U bilo kojoj interakciji, ugaoni moment i impuls su očuvani.
U mikrokosmosu, ugaoni moment je kvantizovan, tj. uzima diskretne vrijednosti. U odgovarajućim mjernim jedinicama, leptoni i kvarkovi imaju spin od 1/2, a mjerne čestice imaju spin od 1 (osim gravitona, koji još nije eksperimentalno uočen, ali bi teoretski trebao imati spin od 2). Pošto su leptoni i kvarkovi fermioni, a merne čestice bozoni, možemo pretpostaviti da je “fermioničnost” povezana sa spinom 1/2, a “bozoničnost” je povezana sa spinom 1 (ili 2). Zaista, i eksperiment i teorija potvrđuju da ako čestica ima polucijeli spin, onda je to fermion, a ako ima cjelobrojni spin, onda je to bozon.
TEORIJE I GEOMETRIJA GAUGE
U svim slučajevima, sile nastaju zbog razmjene bozona između fermiona. Dakle, sila boje interakcije između dva kvarka (kvarkova - fermiona) nastaje zbog razmjene gluona. Slična se razmjena događa stalno u protonima, neutronima i atomskim jezgrama. Slično, fotoni koji se razmjenjuju između elektrona i kvarkova stvaraju električne privlačne sile koje drže elektrone u atomu, a srednji vektorski bozoni razmijenjeni između leptona i kvarkova stvaraju slabe sile odgovorne za pretvaranje protona u neutrone u termonuklearnim reakcijama u zvijezdama.
Teorija iza ove razmjene je elegantna, jednostavna i vjerovatno tačna. To se zove teorija merača. Ali trenutno postoje samo nezavisne mjerne teorije jakih, slabih i elektromagnetnih interakcija i slična, iako nešto drugačija, mjerna teorija gravitacije. Jedan od najvažnijih fizičkih problema je svođenje ovih pojedinačnih teorija u jednu i istovremeno jednostavnu teoriju, u kojoj bi sve one postale različiti aspekti jedne stvarnosti – poput lica kristala.
Tabela 3. NEKI HADRONI | ||||
Particle | Simbol | Sastav kvarka * | masa odmora, MeV/ With 2 | Električno punjenje |
BARIONS | ||||
Proton | str | uud | 938 | +1 |
Neutron | n | udd | 940 | 0 |
Omega minus | W – | sss | 1672 | –1 |
MESONS | ||||
Pi-plus | str + | u | 140 | +1 |
Pi minus | str – | du | 140 | –1 |
Fi | f | sê | 1020 | 0 |
JP | J/y | cŭ | 3100 | 0 |
Upsilon | Ў | b | 9460 | 0 |
* Sastav kvarka: u– vrh; d- niže; s- čudno; c– začarana; b- Divno. Antikviteti su označeni linijom iznad slova. |
Najjednostavnija i najstarija teorija mjerača je mjerna teorija elektromagnetne interakcije. U njemu se naboj jednog elektrona upoređuje (kalibrira) sa nabojem drugog elektrona koji je udaljen od njega. Kako možete uporediti troškove? Možete, na primjer, približiti drugi elektron prvom i uporediti njihove interakcijske sile. Ali zar se naboj elektrona ne mijenja kada se pomakne u drugu tačku u svemiru? Jedini način da provjerite je da pošaljete signal od bliskog elektrona do udaljenog i vidite kako će reagirati. Signal je mjerna čestica – foton. Da bismo mogli testirati naboj na udaljenim česticama, potreban je foton.
Matematički, ova teorija je izuzetno tačna i lijepa. Iz gore opisanog „principa mjerača“ proizilazi sva kvantna elektrodinamika (kvantna teorija elektromagnetizma), kao i Maxwellova teorija elektromagnetnog polja – jedno od najvećih naučnih dostignuća 19. stoljeća.
Zašto je tako jednostavan princip tako plodonosan? Očigledno, izražava određenu korelaciju između različitih dijelova Univerzuma, omogućavajući mjerenja u Univerzumu. U matematičkom smislu, polje se tumači geometrijski kao zakrivljenost nekog zamislivog „unutrašnjeg“ prostora. Mjerenje naboja je mjerenje ukupne "unutrašnje zakrivljenosti" oko čestice. Mjerne teorije jakih i slabih interakcija razlikuju se od teorije elektromagnetnih mjerača samo po unutrašnjoj geometrijskoj „strukturi“ odgovarajućeg naboja. Na pitanje gdje se tačno nalazi ovaj unutrašnji prostor, traže se odgovor multidimenzionalnim unificiranim teorijama polja, o kojima se ovdje ne govori.
Tabela 4. FUNDAMENTALNE INTERAKCIJE | |||||
Interakcija | Relativni intenzitet na udaljenosti od 10–13 cm | Radijus djelovanja | Nositelj interakcije | Masa mirovanja nosioca, MeV/ With 2 | Okrenite nosač |
Jaka | 1 | Gluon | 0 | 1 | |
elektro- magnetna |
0,01 | Ґ | Photon | 0 | 1 |
Slabo | 10 –13 | W + | 80400 | 1 | |
W – | 80400 | 1 | |||
Z 0 | 91190 | 1 | |||
gravita- tional |
10 –38 | Ґ | Graviton | 0 | 2 |
Fizika čestica još nije završena. Još uvijek je daleko od jasnog da li su dostupni podaci dovoljni za potpuno razumijevanje prirode čestica i sila, kao i prave prirode i dimenzije prostora i vremena. Da li su nam za to potrebni eksperimenti sa energijama od 10 15 GeV ili će napor misli biti dovoljan? Još nema odgovora. Ali možemo s povjerenjem reći da će konačna slika biti jednostavna, elegantna i lijepa. Moguće je da neće biti toliko fundamentalnih ideja: princip kalibra, prostori viših dimenzija, kolaps i ekspanzija i, prije svega, geometrija.
O RAZUMEVANJU KRETANJA MATERIJE, NJENE SPOSOBNOSTI ZA SAMORAZVOJ, TAKOĐE I POVEZIVANJU I INTERAKCIJI MATERIJALNIH OBJEKATA U SAVREMENIM PRIRODNIM NAUKAMA
Tsyupka V. P.
Federal State Autonomous obrazovne ustanove viši stručno obrazovanje"Belgorodski državni nacionalni istraživački univerzitet" (NRU "BelSU")
1. Kretanje materije
„Integralno svojstvo materije je kretanje“ 1, koje je oblik postojanja materije i manifestuje se u svakoj njenoj promeni. Iz nestvorivosti i neuništivosti materije i njenih atributa, uključujući i kretanje, slijedi da kretanje materije postoji vječno i da je beskrajno raznoliko u obliku svojih manifestacija.
Postojanje bilo kojeg materijalnog objekta očituje se u njegovom kretanju, odnosno u svakoj promjeni koja se s njim događa. Prilikom promjene uvijek se mijenjaju neka svojstva materijalnog objekta. Budući da ukupnost svih svojstava materijalnog objekta, koji karakteriziraju njegovu sigurnost, individualnost i posebnost u određenom trenutku, odgovara njegovom stanju, ispada da je kretanje materijalnog objekta praćeno promjenom njegovih stanja. . Promjena svojstava može ići toliko daleko da jedan materijalni objekt može postati drugi materijalni objekt. “Ali materijalni objekt se nikada ne može pretvoriti u svojstvo” (na primjer, masa, energija), a “osobina u materijalni objekt” 2, jer samo pokretna materija može biti supstancija koja se mijenja. U prirodnim naukama kretanje materije se naziva i prirodni fenomen ( prirodni fenomen).
Poznato je da „bez kretanja nema materije“, 3 kao što bez materije ne može biti ni kretanja.
Kretanje materije se može izraziti kvantitativno. Univerzalna kvantitativna mjera kretanja materije, kao i svakog materijalnog objekta, je energija, koja izražava intrinzičnu aktivnost materije i bilo kojeg materijalnog objekta. Dakle, energija je jedno od svojstava pokretne materije, a energija ne može biti izvan materije, odvojena od nje. Energija ima ekvivalentan odnos sa masom. Prema tome, masa može karakterizirati ne samo količinu tvari, već i stupanj njene aktivnosti. Iz činjenice da kretanje materije postoji večno i da je beskonačno raznoliko u obliku svojih manifestacija, neumoljivo sledi da energija, koja kvantitativno karakteriše kretanje materije, takođe postoji večno (nestvorena i neuništiva) i beskonačno je raznolika u obliku njegovih manifestacija. „Dakle, energija nikada ne nestaje niti se ponovo pojavljuje, već samo prelazi iz jedne vrste u drugu“ 1 u skladu sa promjenom tipova kretanja.
Posmatrano različite vrste(oblici) kretanja materije. Mogu se klasificirati uzimajući u obzir promjene u svojstvima materijalnih objekata i karakteristike njihovog utjecaja jedni na druge.
Kretanje fizičkog vakuuma (slobodna fundamentalna polja u normalnom stanju) svodi se na to da on stalno lagano odstupa u različitim smjerovima od svoje ravnoteže, kao da "drhti". Kao rezultat takvih spontanih niskoenergetskih pobuda (devijacije, poremećaji, fluktuacije) nastaju virtualne čestice koje se odmah rastvaraju u fizičkom vakuumu. Ovo je najniže (osnovno) energetsko stanje pokretnog fizičkog vakuuma, njegova energija je blizu nule. Ali fizički vakuum se može, neko vrijeme na nekom mjestu, transformirati u pobuđeno stanje, koje karakterizira određeni višak energije. Sa tako značajnim, visokoenergetskim pobudama (devijacijama, poremećajima, fluktuacijama) fizičkog vakuuma, virtuelne čestice mogu zaokružiti svoj izgled i tada stvarne fundamentalne čestice različitih tipova izbijaju iz fizičkog vakuuma, i to po pravilu u parovima ( koji imaju električni naboj u obliku čestice i antičesticu sa električnim nabojima suprotnih predznaka, na primjer, u obliku para elektron-pozitron).
Pojedinačne kvantne pobude različitih slobodnih fundamentalnih polja su fundamentalne čestice.
Fundamentalna polja fermiona (spinora) mogu generirati 24 fermiona (6 kvarkova i 6 antikvarkova, kao i 6 leptona i 6 antileptona), podijeljenih u tri generacije (familije). U prvoj generaciji, gornji i donji kvarkovi (i antikvarkovi), kao i leptoni, elektron i elektronski neutrino (i pozitron sa elektronskim antineutrinom), formiraju običnu materiju (i retko otkrivenu antimateriju). U drugoj generaciji prisutni su šarm i čudni kvarkovi (i antikvarkovi), kao i leptoni, mionski i mionski neutrino (i antimuon sa mionskim antineutrinom), koji imaju veću masu (veći gravitacioni naboj). U trećoj generaciji postoje pravi i šarmantni kvarkovi (i antikvarkovi), kao i leptoni taon i taon neutrino (i antitaon sa taon antineutrinom). Fermioni druge i treće generacije ne učestvuju u formiranju obične materije, nestabilni su i raspadaju se formiranjem fermiona prve generacije.
Bosonska (kalibarska) fundamentalna polja mogu generirati 18 tipova bozona: gravitacijsko polje – gravitoni, elektromagnetno polje – fotoni, polje slabe interakcije – 3 vrste „viona“ 1, gluonsko polje – 8 vrsta gluona, Higgsovo polje – 5 tipova Higgsovih bozoni.
Fizički vakuum u dovoljno visokoenergetskom (pobuđenom) stanju je sposoban da generiše mnoge fundamentalne čestice sa značajnom energijom, u obliku mini-svemira.
Za supstancu mikrosvijeta, kretanje se svodi na:
do širenja, sudara i transformacije elementarnih čestica jedne u druge;
formiranje atomskih jezgara od protona i neutrona, njihovo kretanje, sudaranje i promjena;
formiranje atoma iz atomskih jezgara i elektrona, njihovo kretanje, sudar i promjena, uključujući skakanje elektrona s jedne atomske orbitale na drugu i njihovo odvajanje od atoma, dodavanje viška elektrona;
formiranje molekula iz atoma, njihovo kretanje, sudar i promjena, uključujući dodavanje novih atoma, oslobađanje atoma, zamjenu nekih atoma drugima i promjenu redoslijeda atoma u odnosu jedan prema drugom u molekuli.
Za supstanciju makrosvijeta i megasvijeta, kretanje se svodi na pomicanje, sudar, deformaciju, destrukciju, ujedinjenje raznih tijela, kao i na njihove najrazličitije promjene.
Ako je kretanje materijalnog objekta (kvantiziranog polja ili materijalnog objekta) praćeno promjenom samo njegovih fizičkih svojstava, na primjer, frekvencije ili valne dužine za kvantizirano polje, trenutne brzine, temperature, električnog naboja za materijalni objekt, onda je takav pokret se klasifikuje kao fizički oblik. Ako je kretanje materijalnog objekta praćeno promjenom njegovih kemijskih svojstava, na primjer, topljivosti, zapaljivosti, kiselosti, onda se takvo kretanje klasificira kao kemijski oblik. Ako se kretanje odnosi na promjene objekata megasvijeta (kosmičkih objekata), onda se takvo kretanje svrstava u astronomski oblik. Ako se kretanje odnosi na promjene u objektima dubokih zemljinih školjki (zemljina unutrašnjost), onda se takvo kretanje klasificira kao geološki oblik. Ako se kretanje odnosi na promjene objekata geografske ljuske, koja objedinjuje sve površinske ljuske zemlje, onda se takvo kretanje klasificira kao geografski oblik. Kretanje živih tijela i njihovih sistema u obliku različitih životnih manifestacija klasificira se kao biološki oblik. Kretanje materijalnih objekata, praćeno promjenom društveno značajnih svojstava uz obavezno učešće ljudi, na primjer, eksploatacija željezne rude i proizvodnja željeza i čelika, uzgoj šećerne repe i proizvodnja šećera, klasificiraju se. kao društveno determinisani oblik kretanja.
Kretanje bilo kojeg materijalnog objekta ne može se uvijek pripisati jednom obliku. Složen je i raznolik. Čak i fizičko kretanje svojstveno materijalnim objektima od kvantiziranog polja do tijela može uključivati nekoliko oblika. Na primjer, elastični sudar (sudar) dva čvrsta tijela u obliku bilijarskih lopti uključuje promjenu položaja loptica tokom vremena u odnosu jedna na drugu i sto, i rotaciju loptica i trenje kuglice na površini stola i zraka, i kretanje čestica svake kuglice, i praktično reverzibilna promjena oblika kuglica tokom elastičnog sudara, te razmjena kinetičke energije uz njenu djelomičnu konverziju u unutrašnju energiju kuglice prilikom elastičnog sudara, i prijenos topline između kuglica, zraka i površine stola, te mogući radioaktivni raspad jezgara nestabilnih izotopa sadržanih u kuglicama, te prodor neutrina kosmičkih zraka kroz kuglice, itd. Razvojem materije i pojavom hemijskih, astronomskih, geoloških, geografskih, bioloških i društveno određenih materijalnih objekata, oblici kretanja postaju složeniji i raznovrsniji. Dakle, u hemijskom kretanju mogu se videti i fizički oblici kretanja i kvalitativno nove, nesvodive na fizičke, hemijske forme. U kretanju astronomskih, geoloških, geografskih, bioloških i društveno određenih objekata mogu se uočiti kako fizički i hemijski oblici kretanja, tako i kvalitativno novi, nesvodivi na fizičke i hemijske, odnosno astronomske, geološke, geografske, biološke ili društveno određene. određene oblike kretanja. Istovremeno, niži oblici kretanja materije se ne razlikuju u materijalnim objektima različitog stepena složenosti. Na primjer, fizičko kretanje elementarnih čestica, atomskih jezgri i atoma ne razlikuje se među astronomskim, geološkim, geografskim, biološkim ili društveno određenim materijalnim objektima.
U proučavanju složenih oblika kretanja treba izbjegavati dvije krajnosti. Prvo, proučavanje složenog oblika kretanja ne može se svesti na jednostavne forme kretanja, složeni oblik kretanja ne može se izvesti iz jednostavnih. Na primjer, biološko kretanje ne može biti izvedeno samo iz fizičkih i kemijskih oblika kretanja, zanemarujući same biološke oblike kretanja. I drugo, ne možete se ograničiti na proučavanje samo složenih oblika kretanja, zanemarujući jednostavne. Na primjer, proučavanje biološkog kretanja dobro nadopunjuje proučavanje fizičkih i kemijskih oblika kretanja koji se pojavljuju u ovom slučaju.
2. Sposobnost materije da se sama razvija
Kao što je poznato, samorazvoj materije, a materija je sposobna za samorazvoj, karakterizira spontano, usmjereno i nepovratno postupno usložnjavanje oblika pokretne materije.
Spontani samorazvoj materije znači da se proces postepenog usložnjavanja oblika pokretne materije odvija sam od sebe, prirodno, bez učešća bilo kakvih neprirodnih ili natprirodnih sila, Stvoritelja, zbog unutrašnjih, prirodnih razloga.
Smjer samorazvoja materije znači svojevrsno kanaliziranje procesa postupnog usložnjavanja oblika pokretne materije iz jednog oblika koji je ranije postojao u drugi oblik koji se pojavio kasnije: za svaki novi oblik pokretne materije može se pronaći prethodni. oblik pokretne materije koji mu je dao porijeklo, i obrnuto, za svaki prethodni oblik pokretne materije može se pronaći novi oblik pokretne materije koji je iz njega proizašao. Štaviše, prethodni oblik pokretne materije je uvijek postojao prije novog oblika pokretne materije koji je iz njega proizašao, prethodni oblik je uvijek stariji od novog oblika koji je iz njega proizašao. Zahvaljujući kanalizaciji samorazvoja pokretne materije, nastaju osebujni nizovi postepenog usložnjavanja njenih formi, pokazujući u kom pravcu, kao i kroz koje srednje (prelazne) forme je išao. istorijski razvoj neki oblik pokretne materije.
Nepovratnost samorazvoja materije znači da proces postupnog usložnjavanja oblika pokretne materije ne može ići u suprotnom smjeru, unazad: novi oblik pokretne materije ne može dovesti do prethodnog oblika pokretne materije iz kojeg je nastao, ali može postati prethodni oblik za nove forme. A ako se odjednom pokaže da je bilo koji novi oblik pokretne materije vrlo sličan jednom od oblika koji su mu prethodili, to neće značiti da se pokretna materija počela samorazvijati u suprotnom smjeru: prethodni oblik pokretne materije pojavio se mnogo ranije. , a novi oblik pokretne materije, čak i vrlo sličan njemu, pojavio se mnogo kasnije i jeste, iako sličan, ali bitno drugačiji oblik pokretne materije.
3. Komunikacija i interakcija materijalnih objekata
Inherentna svojstva materije su povezanost i interakcija, koji su uzrok njenog kretanja. Budući da su veza i interakcija uzrok kretanja materije, stoga su veza i interakcija, kao i kretanje, univerzalni, tj. svojstveni svim materijalnim objektima, bez obzira na njihovu prirodu, porijeklo i složenost. Sve pojave u materijalnom svijetu određene su (u smislu da su uslovljene) prirodnim materijalnim vezama i interakcijama, kao i objektivnim zakonima prirode, koji odražavaju obrasce povezanosti i interakcije. “U tom smislu, na svijetu ne postoji ništa natprirodno i apsolutno suprotno materiji.” 1 Interakcija je, kao i kretanje, oblik postojanja (egzistencije) materije.
Postojanje svih materijalnih objekata se manifestuje u interakciji. Da bi bilo koji materijalni objekt postojati znači da se na neki način manifestira u odnosu na druge materijalne objekte, u interakciji s njima, u objektivnim vezama i odnosima s njima. Ako hipotetički materijalni “predmet koji se ni na koji način ne bi manifestirao u odnosu na neke druge materijalne objekte, ne bi bio na bilo koji način povezan s njima, ne bi bio u interakciji s njima, onda on “ne bi postojao za te druge materijalne objekte. “Ali naša pretpostavka o njemu također nije mogla biti zasnovana ni na čemu, jer zbog nedostatka interakcije ne bismo imali nikakve informacije o njemu.” 2
Interakcija je proces međusobnog utjecaja jednih materijalnih objekata na druge uz razmjenu energije. Interakcija materijalnih objekata može biti direktna, na primjer, u obliku sudara (udara) dva čvrsta tijela. Ili se to može dogoditi na daljinu. U ovom slučaju, interakcija materijalnih objekata je osigurana bozonskim (mjernim) fundamentalnim poljima koja su s njima povezana. Promjena u jednom materijalnom objektu uzrokuje ekscitaciju (devijaciju, perturbaciju, fluktuaciju) odgovarajućeg bozonskog (mjernog) fundamentalnog polja povezanog s njim, a ova pobuda se širi u obliku vala s konačnom brzinom koja ne prelazi brzinu svjetlosti u vakuumu. (skoro 300 hiljada km/ sa). Interakcija materijalnih objekata na udaljenosti, prema kvantno-poljskom mehanizmu prijenosa interakcije, je razmjenjivačke prirode, jer čestice nosača prenose interakciju u obliku kvanta odgovarajućeg bozonskog (kalibarskog) fundamentalnog polja. Različiti bozoni, kao čestice nosioca interakcije, su ekscitacije (devijacije, perturbacije, fluktuacije) odgovarajućih bozonskih (kalibarskih) fundamentalnih polja: tokom emisije i apsorpcije materijalnim objektom oni su stvarni, a pri širenju su virtuelni.
Ispada da je u svakom slučaju interakcija materijalnih objekata, čak i na daljinu, djelovanje kratkog dometa, jer se provodi bez ikakvih praznina ili praznina.
Interakcija čestice sa antičesticom supstance je praćena njihovom anihilacijom, odnosno transformacijom u odgovarajuće fermionsko (spinorsko) fundamentalno polje. U ovom slučaju, njihova masa (gravitaciona energija) se pretvara u energiju odgovarajućeg fermionskog (spinorskog) fundamentalnog polja.
Virtuelne čestice pobuđenog (odstupajućeg, uznemirujućeg, „treperećeg”) fizičkog vakuuma mogu stupiti u interakciju sa stvarnim česticama, kao da ih obavijaju, prateći ih u obliku takozvane kvantne pjene. Na primjer, kao rezultat interakcije elektrona atoma s virtualnim česticama fizičkog vakuuma, dolazi do određenog pomaka u njihovim energetskim razinama u atomima, a sami elektroni izvode oscilatorna kretanja s malom amplitudom.
Postoje četiri vrste fundamentalnih interakcija: gravitaciona, elektromagnetna, slaba i jaka.
„Gravitaciona interakcija se manifestuje u međusobnom privlačenju... materijalnih objekata koji imaju masu“ 1 u mirovanju, odnosno materijalnih objekata, na bilo kojoj velikoj udaljenosti. Pretpostavlja se da je pobuđeni fizički vakuum, koji generiše mnoge fundamentalne čestice, sposoban da manifestuje gravitaciono odbijanje. Gravitacionu interakciju nose gravitoni gravitacionog polja. Gravitaciono polje povezuje tela i čestice sa masom mirovanja. Za širenje gravitacionog polja u obliku gravitacionih talasa(virtuelni gravitoni) ne zahtevaju medijum. Gravitaciona interakcija je najslabija po svojoj snazi, stoga je neznatna u mikrosvijetu zbog beznačajnosti čestičnih masa u makrosvijetu je njena manifestacija uočljiva i uzrokuje, na primjer, pad tijela na Zemlju, a u megasvijetu; ima vodeću ulogu zbog ogromnih masa tijela u megasvijetu i osigurava, na primjer, rotaciju Mjeseca i vještačkih satelita oko Zemlje; formiranje i kretanje planeta, planetoida, kometa i drugih tijela u Solarni sistem i njen integritet; formiranje i kretanje zvijezda u galaksijama - džinovski zvjezdani sistemi, uključujući i do stotine milijardi zvijezda, povezanih međusobnom gravitacijom i zajedničkim porijeklom, kao i njihov integritet; integritet klastera galaksija - sistema relativno blisko raspoređenih galaksija povezanih gravitacionim silama; integritet Metagalaksije - sistem svih poznatih klastera galaksija povezanih gravitacionim silama, kao proučavani deo Univerzuma, celovitost celog Univerzuma. Gravitaciona interakcija određuje koncentraciju materije rasute u svemiru i njeno uključivanje u nove razvojne cikluse.
“Elektromagnetna interakcija je uzrokovana električnim nabojem i prenosi se” 1 fotonima elektromagnetnog polja na bilo koje velike udaljenosti. Elektromagnetno polje vezuje tijela i čestice koje imaju električni naboj. Štaviše, stacionarni električni naboji su povezani samo električnom komponentom elektromagnetnog polja u obliku električnog polja, a pokretni električni naboji povezani su i električnom i magnetskom komponentom elektromagnetnog polja. Za širenje elektromagnetnog polja u obliku elektromagnetnih valova nije potreban nikakav dodatni medij, jer „promjenjivo magnetsko polje stvara naizmjenično električno polje, koje je, pak, izvor naizmjeničnog magnetskog polja“ 2. “Elektromagnetna interakcija može se manifestirati i kao privlačenje (između različitih naboja) i kao odbijanje (između” 3 slična naboja). Elektromagnetska interakcija je mnogo jača od gravitacijske interakcije. Ona se manifestuje i u mikrokosmosu i u makrokosmosu i megasvetu, ali mu u makrokosmosu pripada vodeća uloga. Elektromagnetna interakcija osigurava interakciju elektrona sa jezgrima. Interatomska i međumolekularna interakcija je elektromagnetna, zahvaljujući njoj, na primjer, postoje molekule i ostvaruje se hemijski oblik kretanja materije, postoje tijela i određuju se njihova agregirana stanja, elastičnost, trenje, površinski napon tekućine, funkcije vida. Dakle, elektromagnetna interakcija osigurava stabilnost atoma, molekula i makroskopskih tijela.
Slaba interakcija uključuje elementarne čestice koje imaju masu mirovanja; Slaba interakcijska polja povezuju različite elementarne čestice sa masom mirovanja. Slaba interakcija je mnogo slabija od elektromagnetne sile, ali jača od sile gravitacije. Zbog svog kratkog djelovanja, manifestira se samo u mikrokosmosu, uzrokujući, na primjer, većinu samoraspadanja elementarnih čestica (npr. slobodni neutron se samoraspada uz učešće negativno nabijenog gabaričkog bozona u proton , elektron i elektronski antineutrino, ponekad i to proizvodi foton), interakcija neutrina sa ostatkom supstance.
Snažna interakcija se očituje u međusobnom privlačenju hadrona, koji uključuju kvarkove strukture, na primjer, dvokvark mezone i trokvark nukleone. Prenosi se gluonima gluonskih polja. Gluonska polja vezuju hadrone. Ovo je najjača interakcija, ali se zbog svog kratkog djelovanja manifestira samo u mikrokosmosu, osiguravajući, na primjer, vezu kvarkova u nukleonima, vezu nukleona u atomskim jezgrama, osiguravajući njihovu stabilnost. Jaka interakcija je 1000 puta jača od elektromagnetne interakcije i ne dozvoljava slično nabijenim protonima ujedinjenim u jezgru da odlete. Termonuklearne reakcije, u kojima se više jezgara spaja u jedno, također su moguće zbog jake interakcije. Prirodni fuzijski reaktori su zvijezde koje stvaraju sve kemijske elemente teže od vodonika. Teška multinukleonska jezgra postaju nestabilna i cijepaju se, jer njihove veličine već premašuju udaljenost na kojoj se manifestira jaka interakcija.
“Kao rezultat eksperimentalnih istraživanja interakcija elementarnih čestica ... otkriveno je da se pri visokim energijama sudara protona - oko 100 GeV - ... slabe i elektromagnetne interakcije ne razlikuju - mogu se smatrati jednom elektroslabom interakcija.” 1 Pretpostavlja se da im se “pri energiji od 10 15 GeV pridružuje jaka interakcija, a pri” 2 “još višim energijama interakcije čestica (do 10 19 GeV) ili pri ekstremno visoke temperature U materiji se sve četiri fundamentalne interakcije odlikuju istom snagom, odnosno predstavljaju jednu interakciju“3 u obliku „supersile“. Možda su takvi visokoenergetski uslovi postojali na početku razvoja Univerzuma, koji je nastao iz fizičkog vakuuma. U procesu daljeg širenja Univerzuma, praćenog brzim hlađenjem nastale materije, integralna interakcija je prvo podijeljena na elektroslabu, gravitacijsku i jaku, a zatim je elektroslaba interakcija podijeljena na elektromagnetnu i slabu, odnosno na četiri suštinski različite interakcije.
BIBLIOGRAFIJA:
Karpenkov, S. Kh. Osnovni pojmovi prirodnih nauka [Tekst]: udžbenik. priručnik za univerzitete / S. Kh. – 2. izd., prerađeno. i dodatne – M.: Akademski projekat, 2002. – 368 str.
Koncepti savremene prirodne nauke [Tekst]: udžbenik. za univerzitete / Ed. V. N. Lavrinenko, V. P. Ratnikova. – 3. izd., prerađeno. i dodatne – M.: UNITY-DANA, 2005. – 317 str.
Filozofski problemi prirodne nauke [Tekst]: udžbenik. priručnik za diplomirane studente i studente filozofije. i prirodno fak. un-tov / Ed. S. T. Meljuhina. – M.: postdiplomske škole, 1985. – 400 str.
Tsyupka, V.P. Prirodnonaučna slika svijeta: koncepti modernih prirodnih znanosti [Tekst]: udžbenik. dodatak / V. P. Tsyupka. – Belgorod: IPK NRU “BelSU”, 2012. – 144 str.
Tsyupka, V. P. Koncepti moderna fizika, čineći modernu fizičku sliku svijeta [Elektronski izvor] // Naučni elektronski arhiv Ruske akademije prirodnih nauka: prepiska. elektron. naučnim konf. “Koncepti moderne prirodne nauke ili prirodnonaučna slika svijeta” URL: http://site/article/6315(objavljeno: 31.10.2011.)
Yandex. Rječnici. [Elektronski izvor] URL: http://slovari.yandex.ru/
1Karpenkov S. Kh. Osnovni pojmovi prirodnih nauka. M. Akademski projekat. 2002. str. 60.
2Filozofski problemi prirodnih nauka. M. Viša škola. 1985. str. 181.
3Karpenkov S. Kh. Osnovni pojmovi prirodnih nauka... str. 60.
1Karpenkov S. Kh. Osnovni pojmovi prirodnih nauka... P. 79.
1Karpenkov S. Kh.
1 Filozofski problemi prirodnih nauka... str. 178.
2Ibid. P. 191.
1Karpenkov S. Kh. Osnovni pojmovi prirodnih nauka... str. 67.
1Karpenkov S. Kh. Osnovni pojmovi prirodnih nauka... str. 68.
3 Filozofski problemi prirodnih nauka... str. 195.
4Karpenkov S. Kh. Osnovni pojmovi prirodnih nauka... P. 69.
1Karpenkov S. Kh. Osnovni pojmovi prirodnih nauka... str. 70.
2Koncepti savremene prirodne nauke. M. JEDINSTVO-DANA. 2005. str. 119.
3Karpenkov S. Kh. Osnovni pojmovi prirodnih nauka... str. 71.
Tsyupka V.P. O RAZUMIJEVANJU KRETANJA MATERIJE, NJENE SPOSOBNOSTI SAMORAZVOJA, TAKOĐE I KOMUNIKACIJI I INTERAKCIJI MATERIJALNIH OBJEKATA U SAVREMENOM PRIRODNOJ NAUCI // Naučni elektronski arhiv.
URL: (datum pristupa: 17.03.2020.).
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 takođe
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 web.archive.org/web/20060116134302/journal.issep.rssi.ru/annot.php?id=S1176
- // nuclphys.sinp.msu.ru
- // second-physics.ru
- //physics.ru
- // nature.web.ru
- // nature.web.ru
- // nature.web.ru
|
Izvod koji karakteriše fundamentalnu česticu
Sutradan se probudio kasno. Obnavljajući utiske iz prošlosti, prisjetio se prije svega toga da je danas morao da se predstavi caru Francu, sjetio se ministra vojnog, ljubaznog austrijskog ađutanta, Bilibina i jučerašnjeg razgovora. Odeven u uniformu, koju dugo nije nosio, za put u palatu, on je, svež, živahan i zgodan, sa vezanom rukom, ušao u Bilibinu kancelariju. U kancelariji su bila četiri gospodina iz diplomatskog kora. Bolkonski je bio upoznat sa knezom Ipolitom Kuraginom, koji je bio sekretar ambasade; Bilibin ga je upoznao sa drugima.Gospoda 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. Ovaj krug, koji su gotovo isključivo činile diplomate, očigledno je imao svoje interese koji nisu imali nikakve veze sa ratom i politikom, interese visokog društva, odnose sa određenim ženama i činovničku stranu 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 Volterovoj 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. Princ 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 priča o politici, treba da vidite tu važnost.
Sjeo je pored Hipolita i, skupivši nabore na čelu, počeo 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.