ELEMENTARNE ČESTICE

Uvod

E. h. u tačnom značenju ovog pojma su primarne, nerazgradive čestice, od kojih se, prema pretpostavci, sastoji sva materija. U konceptu "E. h." u modernom U fizici dolazi do izražaja ideja o primitivnim entitetima koji određuju sva vidljiva svojstva materijalnog svijeta, ideja koja je nastala u ranim fazama formiranja prirodne znanosti i uvijek je igrala važnu ulogu u njenom razvoju.

Koncept "E. h." nastala je u bliskoj vezi sa uspostavljanjem diskretne prirode strukture materije na mikroskopskom. nivo. Otkriće na prijelazu iz 19. u 20. vijek. najmanjih nosilaca svojstava materije - molekula i atoma - i utvrđivanje činjenice da su molekule građene od atoma, po prvi put je omogućilo da se sve posmatrane supstance opisuju kao kombinacije konačnog, iako velikog, broja strukturnih komponente - atomi. Detekcija u budućnosti sastavni dijelovi atomi - elektroni i jezgra, uspostavljanje kompleksne prirode samih jezgara, za koje se pokazalo da su izgrađene od samo dvije čestice (nukleona): protona i neutrona, značajno je smanjilo broj diskretnih elemenata koji formiraju svojstva materije, i dao razlog za pretpostavku da se lanac sastavnih dijelova materije završava diskretnim bezstrukturnim formacijama - E. h. 20ti vijek mogućnost tumačenja e-magn. polje kao skup specijalnih čestica – fotona – dodatno je učvrstilo uvjerenje u ispravnost ovakvog pristupa.

Međutim, navedena pretpostavka, generalno govoreći, predstavlja ekstrapolaciju poznate činjenice i ne može se ni na koji način opravdati. Nemoguće je sa sigurnošću tvrditi da čestice koje su elementarne u smislu gornje definicije postoje. Također je moguće da će izjava "sastoji se od..." u nekoj fazi proučavanja materije biti lišena sadržaja. U ovom slučaju, definicija "elementarnog" data gore moraće biti napuštena. Postojanje E. h. je svojevrsni postulat, a provjera njegove valjanosti jedan je od najvažnijih zadataka fizike.

Po pravilu, izraz "E. h." koristi se u modernom fizika ne u njenom tačnom značenju, već manje striktno - da imenujemo veliku grupu najmanjih čestica materije koje se mogu uočiti, pod uslovom da nisu atomi ili atomska jezgra, odnosno objekti namjerno kompozitne prirode (izuzetak je proton - jezgro atoma vodonika). Istraživanja su pokazala da je ova grupa čestica neobično opsežna. Osim proton(R), neutron(n), elektron(e) i foton(g) uključuje: pi mesons(p), mioni(m), tau leptons(t), neutrino tri vrste ( v e , v m , v t), tzv. čudne čestice ( K-mezoni i hiperoni), šarmirane čestice i ljupke (lijepe) čestice (D- i B-mezoni i odgovarajući barioni), razne rezonancije, uključujući mezoni sa skrivenim šarmom i šarmom ( ncu čestice, ipsilon čestice) i, konačno, otvoren na početku. 80s srednji vektorski bozoni (W, Z)- više od 350 čestica ukupno, uglavnom nestabilno. Broj čestica uključenih u ovu grupu kako se otkrivaju neprestano raste i može se pouzdano tvrditi da će nastaviti rasti. Očigledno, tako ogroman broj čestica ne može djelovati kao elementarni sastojci materije, i zaista, u 70-im godinama. pokazalo se da su većina navedenih čestica (svi mezoni i barioni) kompozitni sistemi. Čestice uključene u ovu posljednju grupu treba preciznije nazvati "subnuklearnim" česticama, jer predstavljaju specifične oblike postojanja materije koja nije agregirana u jezgra. Upotreba imena "E. h." u odnosu na sve navedene čestice ima u glavnom. istorija, uzroci i vezuje se za period istraživanja (početak 30-ih godina), kada je jedinstvo. poznati predstavnici ove grupe bili su proton, neutron, elektron i čestica el-magn. polja - foton. Tada bi, s određenim pravom, ove čestice mogle polagati pravo na ulogu E. h.

Otkriće novih mikroskopskih čestice su postepeno uništavale ovu jednostavnu sliku strukture materije. Međutim, novootkrivene čestice po svojim svojstvima bile su u mnogim aspektima bliske prve četiri poznate čestice: ili protonu i neutronu, ili elektronu, ili fotonu. Sve dok broj takvih čestica nije bio veliki, održalo se uvjerenje da sve one igraju fundam. ulogu u strukturi materije, te su uvršteni u kategoriju E. h. Sa povećanjem broja čestica ovo vjerovanje se moralo napustiti, ali tradicionalno. ime "E. h." držao iza njih.

U skladu sa ustaljenom praksom, termin "E. h." će se u nastavku koristiti kao opšti naziv za sve najmanje čestice materije. U slučajevima kada govorimo o česticama koje tvrde da jesu primarni elementi materija, izraz „istina elementarne čestice".

Kratki istorijski podaci

Otkriće E. h. bio je prirodan rezultat općeg uspjeha u proučavanju strukture materije, postignutog od strane fizike u kon. 19. vijek Pripremljena je detaljnim proučavanjem spektra atoma, proučavanjem električnih. pojave u tečnostima i gasovima, otkriće fotoelektričnosti, rendgensko zračenje. zraci, prirodni radioaktivnosti, što ukazuje na postojanje složene strukture materije.

Istorijski gledano, prvi otvoreni E. h. bio je elektron - nosilac negativnog elementarnog elektriciteta. naboj u atomima. J. J. Thomson (J. J. Thomson) je 1897. godine uvjerljivo pokazao da tzv. katodni zraci su tok naelektrisanja. čestice, to-rye su kasnije nazvane elektronima. Godine 1911. E. Rutherford, preskačući alfa čestice iz prirode. radioaktivan izvor kroz tanku foliju dec. supstance, došao do zaključka da će staviti. naboj u atomima koncentriran je u kompaktne formacije - jezgre, a 1919. otkrio je među česticama izbijenim iz atomska jezgra, protoni - čestice sa jedinicom put. naboj i masu, 1840 puta veću od mase elektrona. Još jednu česticu koja je dio jezgra, neutron, otkrio je 1932. J. Chadwick dok je proučavao interakciju a-čestica s berilijumom. Neutron ima masu blisku masi protona, ali nema električni naboj. naplatiti. Otkriće neutrona dovršilo je identifikaciju čestica, koje su strukturni elementi atoma i njihovih jezgara.

Zaključak o postojanju čestica e-magn. polje - foton - potiče iz rada M. Plancka (M. Planck, 1900). Da bi dobio tačan opis spektra zračenja apsolutno crnog tijela, Planck je bio prisiljen priznati da je energija zračenja podijeljena na odvojene. porcije (kvanta). Razvijajući Planckovu ideju, A. Ajnštajn je 1905. predložio da el-magn. zračenje je tok kvanta (fotona) i na osnovu toga objasnio zakone fotoelektričnog efekta. Direktni eksperimenti. dokaze o postojanju fotona dali su R. Millikan 1912-15 kada je proučavao fotoelektrični efekat i A. Compton 1922 kada je proučavao rasejanje g-kvanta elektronima (vidi. Comptonov efekat).

Ideja o postojanju neutrina, čestice koja samo slabo reaguje sa materijom, pripada W. Pauliju (1930), koji je istakao da takva hipoteza omogućava otklanjanje poteškoća sa zakonom održanja energije u procesi beta raspada radio čina. jezgra. Postojanje neutrina je eksperimentalno potvrđeno proučavanjem inverznog procesa beta raspad tek 1956. godine [F. Reines (F. Reines) i K. Cowan (S. Cowan)].

Od 30-ih do ranih 50s studija E. h. bila je usko povezana sa studijom kosmičke zrake. Godine 1932, kao dio kosmičkog. zrake K. Andersona (S. Anderson) je otkriven pozitron(e +) - čestica sa masom elektrona, ali sa pozitivnom, električnom. naplatiti. Pozitron je bio prvi koji je otkriven antičestica. Postojanje pozitrona direktno slijedi iz relativističke teorije elektrona koju je razvio P. Dirac 1928-31, neposredno prije otkrića pozitrona. Godine 1936. Anderson i S. Neddermeyer (S. Neddermeyer) su pronašli u proučavanju svemira. zraci mioni (oba znaka električnog naboja) - čestice mase od oko 200 masa elektrona, ali inače im po svojstvima izuzetno blizu.

1947. takođe u svemiru. zrake od strane grupe S. Powell (S. Powell) su otkrivene str + - i p - mezoni sa masom od 274 mase elektrona, koji igraju važnu ulogu u interakciji protona sa neutronima u jezgrima. Postojanje takvih čestica predložio je H. Yukawa 1935. godine.

Con. 40-te - početak 50s bili su obilježeni otkrićem velike grupe čestica neobičnih svojstava, tzv. "čudno". Prve čestice ove grupe - K + - i K - mezoni, L-hiperoni - otkrivene su u svemiru. zrakama, naknadno su otkrivene čudne čestice akceleratori čestica- instalacije koje stvaraju intenzivne tokove visokoenergetskih protona i elektrona. Prilikom sudara sa materijom, ubrzani protoni i elektroni stvaraju nove E. h., to-rye se zatim registruju uz pomoć složenih detektora.

S početka 50s akceleratori su postali glavni. alat za proučavanje E. h. 90-ih godina. Max. energije čestica ubrzanih na akceleratorima iznosile su stotine milijardi elektron volti (GeV), a proces povećanja energija se nastavlja. Želja za povećanjem energija ubrzanih čestica proizilazi iz činjenice da se na ovaj način otvara mogućnost proučavanja strukture materije na manjim udaljenostima, što je veća energija sudarajućih čestica, kao i mogućnost stvaranja sve više i više teške čestice. Akceleratori su značajno povećali brzinu dobijanja novih podataka i za kratko vrijeme proširili i obogatili naše znanje o svojstvima mikrosvijeta.

Puštanje u rad protonskih akceleratora sa energijama od milijardi eV omogućilo je otkrivanje teških antičestica: antiproton (1955), antineutron(1956), antisigmagi-peron (1960). Godine 1964. otkrivena je najteža čestica iz grupe hiperona, W (sa masom od oko dvije mase protona).

Od 60-ih godina. uz pomoć akceleratora otkriveno veliki broj izuzetno nestabilne (u poređenju sa drugim nestabilnim E. h.) česticama, koje su dobile ime. rezonancije. Mase većine premašuju masu protona. [Prvi od njih, D (1232), koji se raspada na p-mezon i nukleon, poznat je od 1953. godine.] Ispostavilo se da su rezonancije glavne. dio E. h.

Godine 1974. otkrivene su masivne (3-4 mase protona) i istovremeno relativno stabilne psi-čestice, sa životnim vijekom približno 10 3 puta dužim od životnog vijeka tipičnog za rezonancije. Ispostavilo se da su usko povezani sa novom porodicom začaranih E. h., čiji su prvi predstavnici (D mesons, L With-barioni) otkriveni su 1976.

Godine 1977. otkrivene su još teže (oko 10 protonskih masa) ipsilonske čestice, kao i psi čestice, koje su anomalno stabilne za čestice tako velikih masa. Oni su najavili postojanje još jedne neobične porodice ljupkih, ili prelepih, čestica. Njegovi predstavnici - B-mezoni - otkriveni su 1981-83, L b-barioni - 1992. godine.

Godine 1962. otkriveno je da u prirodi ne postoji jedna vrsta neutrina, već najmanje dva: elektronski v e i mionske v m . 1975. je donijela otkriće t-leptona, čestice skoro 2 puta teže od protona, ali koja inače ponavlja svojstva elektrona i miona. Ubrzo je postalo jasno da je s njim povezana druga vrsta neutrina. v t.

Konačno, 1983. godine, u toku eksperimenata na proton-antiprotonskom sudaraču (aparatu za izvođenje sudarajućih snopova ubrzanih čestica), otkrivene su najteže poznate elektronske čestice: nabijeni međubozoni W b (m W 80 GeV) i neutralni međubozon Z 0 (m Z = 91 GeV).

Tako je u skoro 100 godina koliko je prošlo od otkrića elektrona otkriven ogroman broj raznih mikročestica materije. Pokazalo se da je svijet E. h. prilično komplikovan. Neočekivano u mnogima Pokazalo se da su relacije svojstva otkrivenog E. h. Da ih opišemo, pored karakteristika posuđenih iz klasičnog. fizike, kao što je elektrika naboj, masa, ugaoni moment, bilo je potrebno mnogo novih specijaliteta da se uvedu. karakteristike, posebno za opisivanje čudne, začarane i ljupke (lijepe) E. h. čudnost[TO. Nishijima (K. Nishijima), M. Gell-Mann (M. Gell-Mann), 1953], šarm[J. Bjorken (J. Bjorken), Sh. Glashow (Sh. Glashow), 1964], ljepota. Nazivi gore navedenih karakteristika već odražavaju neobičnu prirodu svojstava koja opisuju.

Studija internog Od svojih prvih koraka, evolucija materije i svojstava bila je praćena radikalnom revizijom mnogih utvrđenih koncepata i koncepata. Ispostavilo se da su zakoni koji upravljaju ponašanjem materije u malom toliko različiti od klasičnih zakona. mehanike i to je za njihov opis zahtijevalo potpuno novu teoriju. konstrukcije. Takve nove teorije bile su, prije svega, privatne (spec.) teorija relativnosti(Einstein, 1905) i kvantna mehanika(H. Bohr, L. de Broglie, W. Heisenberg, E. Schrödinger, M. Rođen; 1924-27). Teorija relativnosti i kvantna mehanika označile su pravu revoluciju u nauci o prirodi i postavile temelje za opisivanje fenomena mikrosvijeta. Međutim, nije bilo dovoljno opisati procese koji se dešavaju sa E. h. Napravio je sljedeći korak - kvantizaciju klasičnog. polja (tzv. druga kvantizacija) i razvoj kvantna teorija polja. Najvažnije faze na putu njegovog razvoja bile su: formulacija kvantna elektrodinamika(Dirac, 1929), kvantna teorija beta raspad [E. Fermi (E. Fermi), 1934] - preteča moderne. fenomenološka teorija slabih interakcija, kvantna mezodinamika (X. Yukawa, 1935). Ovaj period je završen stvaranjem sukcesije. izračunati. aparat kvantne elektrodinamike [S. Tomona-ga (S. Tomonaga), P. Feynman (R. Feynman), J. Schwinger (J. Schwinger); 1944-49], zasnovano na upotrebi tehnologije Ova tehnika je kasnije generalizovana na druge varijante kvantne teorije polja.

Bitna faza u kasnijem razvoju kvantne teorije polja bila je povezana sa razvojem ideja o tzv. polja kalibracije ili Yanga - Mills polja(Ch. Young, P. Mills, 1954), što je omogućilo uspostavljanje odnosa svojstava simetrija interakcije sa poljima. Kvantna teorija mjernih polja je trenutno osnova za opisivanje interakcija elektromagneta.Ova teorija ima niz ozbiljnih uspjeha, ali je još uvijek jako daleko od kompletnosti i još ne može pretendirati na ulogu sveobuhvatne teorije elektromagnetizma. restrukturiranje svih ideja i mnogo dublje razumijevanje odnosa između svojstava mikročestica i svojstava prostor-vremena prije nego što se izgradi takva teorija.

Osnovna svojstva elementarnih čestica. Interakcione klase

Svi elektroni su objekti izuzetno malih masa i veličina. Za većinu njih, mase m su reda veličine mase protona, jednake 1,6·10 -24 g (samo je masa elektrona primetno manja: 9·10 -28 g). Iskustveno određene veličine protona, neutrona, p- i K-mezona jednake su po redu veličine 10-13 cm (vidi Sl. "Veličina" elementarne čestice). Nije bilo moguće odrediti dimenzije elektrona i miona, poznato je samo da su manje od 10 -16 cm.Mikroskopski. Mase i dimenzije E. h. leže u osnovi kvantne specifičnosti njihovog ponašanja. karakteristika talasne dužine, što treba pripisati E. h. u kvantnoj teoriji (= /ts-Compton talasna dužina), koje su po redu veličine bliske tipičnim veličinama na kojima se odvija njihova interakcija (na primjer, za p-mezon /ts 1,4 10 -13 cm). To dovodi do činjenice da su kvantne pravilnosti odlučujuće u ponašanju E. h.

Naib. Važno kvantno svojstvo svih elektrona je njihova sposobnost da se rađaju i uništavaju (emituju i apsorbuju) kada su u interakciji sa drugim česticama. U tom pogledu, oni su potpuno analogni fotonima. E. h. je specifična. kvanti materije, tačnije - kvanti odgovarajućih polja fizičke. Svi procesi sa E. h. odvijaju se nizom radnji njihove apsorpcije i emisije. Samo na osnovu toga se može razumjeti, na primjer, proces proizvodnje p + -mezona u sudaru dva protona (p + pp + n + p +) ili proces elektrona i pozitrona, kada je npr. umjesto nestalih čestica pojavljuju se dva g-kvanta (e + +e - g + g). Ali i procesi elastičnog raspršivanja čestica, na primjer. e - + p- > e - + p, takođe su povezani sa apsorpcijom početka. čestice i rađanje konačnih čestica. Raspad čestica nestabilnog elektrona na lakše čestice, praćen oslobađanjem energije, odgovara istoj pravilnosti i predstavlja proces u kojem se proizvodi raspada rađaju u trenutku samog raspada i do tog trenutka ne postoje. U tom pogledu, raspad E. h. sličan je raspadu pobuđenog atoma u glavni. stanje i foton. Primjeri raspada elektronskih čestica mogu poslužiti (znak "tilda" iznad simbola čestice ovdje i u nastavku odgovara antičestici).

Diff. Elektromagnetski procesi pri relativno niskim energijama [do 10 GeV u sistemu centara mase (c.m.)] se primjetno razlikuju po intenzitetu njihovog pojavljivanja. U skladu s tim, interakcije koje ih generiraju E. h. mogu se fenomenološki podijeliti na nekoliko. casovi: jaka interakcija, elektromagnetna interakcija i slaba interakcija.Svi E. h. posjeduju, pored toga, gravitaciona interakcija.

Snažna interakcija se ističe kao interakcija, rez je odgovoran za procese sa E. h., koji se odvijaju najvećim intenzitetom u poređenju sa drugim procesima. To dovodi do najjače veze E. h. To je jaka interakcija koja određuje vezu protona i neutrona u jezgri atoma i predstavlja izuzetak. snagu ovih formacija, koja je u osnovi stabilnosti materije u zemaljskim uslovima.

El-magn. interakcija je okarakterisana kao interakcija, čija je osnova veza sa e-magn. polje. Procesi uzrokovani njime su manje intenzivni od procesa jake interakcije, a veza E. h. koja se njime stvara je osjetno slabija. El-magn. interakcija je, posebno, odgovorna za procese emisije fotona, za vezivanje atomskih elektrona sa jezgrima i za vezivanje atoma u molekulima.

U zavisnosti od učešća u određenim vrstama interakcija, sve proučavane E. čestice, sa izuzetkom fotona, W- i Z-bozoni, dijele se na dva glavna. grupe: hadrona i leptons. Hadrone karakteriše prvenstveno to što učestvuju u jakoj interakciji, uz el-magnetnu i slabu interakciju, dok leptoni učestvuju samo u el-magnetnoj i slaboj interakciji. (Podrazumeva se prisustvo gravitacione interakcije zajedničke obema grupama.) Mase hadrona su po redu veličine bliske masi protona ( t R ) , ponekad ga prekoračujući nekoliko puta. jednom; min. p-mezon ima masu među hadronima: t p1 / 7 m p , . Mase leptona poznate prije 1975-76 bile su male (0,1 m p) - otuda i njihovo ime. Međutim, noviji podaci ukazuju na postojanje teških m-leptona s masom od cca. dve mase protona.

Hadroni su najobimnija grupa poznatih E. h. Uključuje sve barione i mezone, kao i tzv. rezonancije (tj. većina od pomenutih 350 e. h.). Kao što je već spomenuto, ove čestice imaju složenu strukturu i zapravo se ne mogu smatrati elementarnim. Leptoni su predstavljeni sa tri naelektrisane (e, m, m) i tri neutralne čestice ( v e , v m , v t). foton, W + i Z 0 -bozoni zajedno čine važnu grupu gauge bozona koji vrše prijenos el-slabe interakcije. Elementarnost čestica iz ove posljednje dvije grupe još uvijek nije ozbiljno dovedena u pitanje.

Karakteristike elementarnih čestica

Svaki E. h., zajedno sa specifičnostima njegovih inherentnih interakcija, opisan je skupom određenih diskretnih vrijednosti. fizički količine ili karakteristike. U velikom broju slučajeva ove diskretne vrijednosti se izražavaju u obliku cijelih ili razlomaka i određenog zajedničkog množitelja, mjerne jedinice; ovi brojevi se nazivaju kvantni brojevi E. h. i postavite samo njih, izostavljajući mjerne jedinice.

Opće karakteristike svih E. h - masa ( t), životni vijek (t), spin ( J) i električni. naplatiti ( Q).

U zavisnosti od životnog veka t, E. h. se dele na stabilne, kvazistabilne i nestabilne (rezonancije). Stabilan, u skladu sa modernim. mjerenja su elektron (m > 2 · 10 22 godine), proton (m > 5 · 10 32 godine), foton i sve vrste neutrina. Kvazistabilne čestice uključuju čestice koje se raspadaju zbog e-magneta. i slabe interakcije. Njihov životni vijek se kreće od 900 s za slobodni neutron do 10 -20 s za S 0 -hiperon. Rezonancija je pozvana. E. h., raspada se zbog jake interakcije. Njihov karakteristični životni vijek je 10 -22 -10 -24 s. U tabeli. 1 označeni su sa * i umjesto m data je pogodnija vrijednost: širina rezonancije G=/t.

Spin E. h. J je cijeli ili polucijeli višekratnik vrijednosti. U ovim jedinicama, spin p- i K-mezona je jednak 0, za proton, neutron i sve leptone J= 1/2, za foton, Wb-i Z-bozoni J= 1. Postoje i čestice sa velikim spinom. Vrijednost spina E. h. određuje ponašanje ansambla identičnih (identičnih) čestica ili njihovu statistiku (Pauli, 1940). Čestice polucijelog spina se povinuju Fermi - Dirac statistika(otuda naziv fermioni), što zahtijeva antisimetriju valne funkcije sistema u odnosu na permutaciju para čestica (ili neparan broj takvih permutacija) i, stoga, "zabranjuje" dvije čestice polucijelog broja spin da bude u istom stanju ( Paulijev princip).Čestice cijelog spina se pokoravaju Baza - Einstein statistika(otuda naziv bozoni), što zahtijeva valnu funkciju u odnosu na permutacije čestica i omogućava da bilo koji broj čestica cjelobrojnog spina bude u istom stanju. Statistički Svojstva E. h. identične čestice.

NAPOMENA: Čestice su označene sa * na lijevoj strani. (po pravilu rezonancije), za koje umjesto vremena život t je širina G=/t. True Neutralnye čestice se nalaze u sredini između čestica i antičestice. Članovi jednog izotopskog multitrepavice se nalaze na jednoj liniji (u tim slučajevima, kada su karakteristike svakog člana multibič, - sa blagim vertikalnim pomakom). izdajaznak parnosti P za antibarione nije naznačeno, jednakoali kao mijenjanje znakova S, C, b y svih antičestica. Za leptone i međubozone, unutrašnje paritet nije tačan (očuvani) kvantobroj i stoga nije označen. Brojevi u zagradama na kraju fizičke veličine odrediti postojeću grešku u značenju ovih veličina, koja se odnosi na posljednju od navedenih brojki.

Električni naboji proučavanog E. h. (osim) su cjelobrojni višekratnici e= 1,6 10 -19 C (4,8 10 -10 CGS), nas. elementarnog električnog naboja. U poznatom E. h. Q= 0, + 1, b2.

Pored ovih veličina, E. h. dodatno karakteriše niz kvantnih brojeva, tzv. "unutrašnje". Leptoni su specifični. leptonski broj (L) tri vrste: elektronski Le, jednako +1 for e - i v e, mionic L m , jednako +1 za m - i v m , i L t jednako +1 za t - i v t .

Za hadrone L= 0, a ovo je još jedna manifestacija njihove razlike od leptona. Zauzvrat, to znači dio adrona treba pripisati tzv. barionski broj B (|B| = I ) . Hadroni sa B=+ 1 čine podgrupu bariona (ovo uključuje proton, neutron, hiperone; šarmantne i ljupke barione; barionske rezonancije) i hadrone sa B= 0 - podgrupa mezona (p-mezoni, K-mezoni, šarmantni i ljupki mezoni, bozonske rezonancije). Ime podgrupe adrona potiču iz grčkog. riječi baruV - teška i mEsoV - srednja, što je na početku. faza istraživanja E. h. odražena uporedi. mase tada poznatih bariona i mezona. Noviji podaci su pokazali da su mase bariona i mezona uporedive. Za leptone B=0. Za foton Wb- i Z-bozoni B= 0 i L= 0.

Proučavani barioni i mezoni se dijele na već spomenute skupove: obične (nečudne) čestice (proton, neutron, p-mezoni), čudne čestice (hiperoni, K-mezoni), šarmirane i ljupke čestice. Ova podjela odgovara prisustvu posebnih kvantnih brojeva u hadronima: čudnosti S, čari C i čari (ljepota) b sa važećim vrijednostima (modulo) 0, 1, 2, 3. Za obične čestice S=C= b=0, za čudne čestice S 0, C= b= 0, za šarmirane čestice S0, b= 0, i za divan b O. Uz ove kvantne brojeve često se koristi i kvantni broj hipercharge Y=B+S+C + b imajući, očigledno, više od temelja. značenje.

Već prve studije običnih hadrona otkrile su prisustvo među njima familija čestica bliskih po masi i vrlo sličnih svojstava u pogledu jake interakcije, ali sa dekomp. električne vrijednosti. naplatiti. Proton i neutron (nukleoni) bili su prvi primjer takve porodice. Takve porodice su kasnije otkrivene među čudnim, začaranim i ljupkim hadronima. Zajedničkost svojstava čestica uključenih u takve porodice je odraz postojanja iste vrijednosti kvantnog broja za njih - izotopski spin I, koji, kao i uobičajeni spin, uzima cjelobrojne i polucijele vrijednosti. Obično se zovu same porodice. izotopski multipleti. Broj čestica u multipletu n povezano sa I odnos n = 2I+1. Čestice jednog izotopa. multipleta se međusobno razlikuju po vrijednosti "projekcije" izotopa. nazad I 3 , i odgovarajuće vrijednosti Q su dati od strane

Važna karakteristika adrona je unutrašnji paritet P povezane sa radom prostora. inverzije: P preuzima vrijednosti + 1.

Za sve brojeve elektrona sa vrijednostima različitim od nule barem jednog od kvantnih brojeva Q, L, B, S, C, b postoje antičestice sa istim vrednostima mase t, životni vijek t, spin J a za hadrone izotop. nazad I, ali sa suprotnim predznacima naznačenih kvantnih brojeva, a za barone sa suprotnim predznakom, ekst. paritet R. Čestice koje nemaju antičestice nazivaju se. prave neutralne čestice. Istinski neutralni hadroni imaju posebnost - paritet naplate(tj. paritet u odnosu na operaciju konjugacije naboja) C sa vrijednostima + jedan; primjeri takvih čestica su p 0 - i h-mezoni (C=+1), r 0 - i f-mezoni (C=-1), itd.

Kvantni brojevi E. h. dijele se na tačne (tj. one koji su povezani s fizičkim veličinama koje su očuvane u svim procesima) i neprecizne (za koje odgovarajuće fizičke veličine nisu očuvane u nizu procesa). Spin J je povezan sa striktnim zakonom očuvanja i stoga je tačan kvantni broj. Drugi tačan kvantni broj je električni. naplatiti Q. U okviru tačnosti izvršenih mjerenja, kvantni brojevi B i L, iako nema ozbiljnih teorijskih preduslovi. Štaviše, posmatrano barionska asimetrija univerzuma max. može se prirodno tumačiti pod pretpostavkom kršenja očuvanja barionskog broja AT(A.D. Saharov, 1967). Ipak, uočena stabilnost protona je odraz visokog stepena tačnosti očuvanja. B i L(nema pe + p 0 raspada, na primjer). Također se ne primjećuju raspadi m - e - + g, m - m - + g itd. Međutim, većina kvantnih brojeva adrona je netačna. Izotop spin, koji je konzerviran u jakoj interakciji, nije konzerviran u e-magn. i slabe interakcije. Neobičnost, šarm i šarm sačuvani su u jakom i el-magnu. interakcije, ali se ne čuvaju u slabim interakcijama. Slaba interakcija također mijenja ekst. i paritet naboja skupa čestica uključenih u proces. Kombinovani paritet se čuva sa mnogo većim stepenom tačnosti CP (CP paritet), međutim, on je također narušen u određenim procesima zbog slabe interakcije. Razlozi nekonzervacije pl. kvantni brojevi hadrona nisu jasni i, očigledno, povezani su i sa prirodom ovih kvantnih brojeva i sa dubokom strukturom el-slabe interakcije.

U tabeli. 1 pokazuje maks. dobro proučene elektronske čestice iz grupa leptona i hadrona i njihovi kvantni brojevi. U specijalu grupa, alociraju se kalibracijski bozoni. Čestice i antičestice su date odvojeno (prom P nije indicirano za antibarione). Prave neutralne čestice se postavljaju u centar prve kolone. Članovi jednog izotopa. multipleta se nalaze u jednom redu, ponekad sa blagim pomakom (u onim slučajevima kada su date karakteristike svakog člana multipleta).

Kao što je već napomenuto, grupa leptona je vrlo mala, a mase čestica su glavne. mala. Za mase svih vrsta neutrina postoje prilično stroga ograničenja odozgo, ali koje su njihove prave vrijednosti ostaje da se vidi.

Main dio E. h. čine hadroni. Povećanje broja poznatih E. sati u 60-70-im godinama. došlo isključivo zbog širenja ove grupe. Hadroni su uglavnom predstavljeni rezonancijama. Skreće se pažnja na tendenciju rasta spina sa rastom mase rezonancija; dobro se prati na diff. grupe mezona i bariona sa datim I, S i C. Takođe treba napomenuti da su čudne čestice nešto masivnije od običnih čestica, šarmirane čestice su masivnije od čudnih, a ljupke čestice su masivnije od očaranih.

Klasifikacija elementarnih čestica. Kvarkov model hadrona

Ako klasifikacija kalibracijskih bozona i leptona ne izaziva nikakve posebne probleme, onda je veliki broj hadrona već u početku. 50s bila je osnova za traženje obrazaca u raspodjeli masa i kvantnih brojeva bariona i mezona, koji bi mogli biti osnova njihove klasifikacije. Izbor izotopa. hadronski multipleti su bili prvi korak u ovom pravcu. Sa majkom. gledišta, grupisanje adrona u izotop. multipleti odražavaju prisustvo snažne interakcijske simetrije povezane sa grupna rotacija, formalnije, sa unitarnom grupom SU(2) - grupa transformacija u kompleksnom dvodimenzionalnom prostoru [vidi. SU simetrija ( 2 )] . Pretpostavlja se da ove transformacije djeluju na neki specifičan način. interni prostor - tzv. izotopski prostor koji nije normalan. Postojanje izotopa prostor se manifestuje samo u vidljivim svojstvima simetrije. Na matematici. izotopski jezik. multipleti su nesvodivi grupne reprezentacije simetrija SU (2).

Koncept simetrije kao faktora koji određuje postojanje dekomp. grupe i porodice E. h. u modernom. teorija, dominantna je u klasifikaciji hadrona i drugih E. h. Pretpostavlja se da je ekst. kvantni brojevi E. h., koji vam omogućavaju da kombinujete određene grupe čestica, povezane sa posebnim. vrste simetrije koje nastaju zbog slobode transformacija u posebnim unutrašnjim. prostori. Odatle dolazi ime. "unutrašnjim kvantnim brojevima".

Pažljivo razmatranje pokazuje da čudni i obični hadroni zajedno formiraju šire asocijacije čestica sa sličnim svojstvima od izotopskih. multipleti. Obično se zovu supermulti trepavica. Broj čestica uključenih u posmatrani super-multiplet je 8 i 10. Sa stanovišta simetrije, pojava super-multipleta se tumači kao manifestacija postojanja grupe simetrije u jakoj interakciji koja je šira od grupa SU( 2) , odnosno unitarna grupa SU(3) - transformacijske grupe u trodimenzionalnom kompleksnom prostoru [Gell-Man, Y. Neeman, 1961]; cm. simetrija SU(3). Odgovarajuća simetrija se zove unitarna simetrija. Grupa SU(3) ima, posebno, nesvodljive reprezentacije sa brojem komponenti 8 i 10, koje se mogu povezati sa posmatranim supermultipletima: oktetom i dekupletom. Primjeri supermultipleta su sljedeće grupe čestica sa istim vrijednostima JP(tj. sa istim parovima vrijednosti J i P):

Unitarna simetrija je manje precizna od izotopske. simetrija. Shodno tome, razlika u mase čestica uključeno u oktete i dekuplete prilično je značajno. Iz istog razloga, podjelu adrona u supermultiplete relativno je lako izvesti za elektronske čestice ne baš velike mase. Kod velikih masa, kada ima mnogo razl. čestice slične mase, ovu podjelu je teže provesti.

Detekcija među hadronima odabranih supermultipleta fiksnih dimenzija, koji odgovaraju određenim slučajevima. reprezentacije unitarne grupe SU(3), bio je ključ za najvažniji zaključak o postojanju posebnih strukturnih elemenata u hadronima - kvarkovi.

Hipoteza da su posmatrani hadroni izgrađeni od čestica neobične prirode - kvarkova koji nose spin 1 / 2, koji ima snažnu interakciju, ali u isto vrijeme ne pripada klasi hadrona, iznio je G. Zweig i nezavisno Gell-Mann 1964. (vidi. kvarkovi modeli). Ideju o kvarkovima predložio je Math. struktura reprezentacija unitarnih grupa. Ma-them. formalizam otvara mogućnost opisivanja svih reprezentacija grupe SU(n) (i, prema tome, svi povezani hadronski multipleti) zasnovani na množenju najjednostavnije (fundam.) grupne reprezentacije koja sadrži n komponenta. Potrebno je samo priznati postojanje posebnih čestica povezanih sa ovim komponentama, što su uradili Zweig i Gell-Mann za poseban slučaj grupe SU( 3) . Ove čestice su nazvane kvarkovi.

Specifičan sastav kvarka mezona i bariona izveden je iz činjenice da su mezoni, po pravilu, uključeni u supermultiplete sa brojem čestica jednakim 8, a barioni - 8 i 10. Ova pravilnost se lako reprodukuje ako pretpostavimo da su mezoni sastoje se od kvarka i antikvarka, simbolično: M=(q) , a barion se sastoji od tri kvarka, simbolično: B = (qqq). Na osnovu svojstava grupe SU(3) 9 mezona se raspada na supermultiplete od 1 i 8 čestica, a 27 bariona na supermultiplete koji sadrže 1, 10 i dvaput po 8 čestica, što objašnjava uočeno razdvajanje okteta i decupleta.

T. o., otkriven eksperimentima 60-ih godina. postojanje supermultipleta sastavljenih od običnih i čudnih hadrona dovelo je do zaključka da su svi ovi hadroni izgrađeni od 3 kvarka, koja se obično označavaju i, d, s(Tabela 2). Čitav niz tada poznatih činjenica savršeno se slagao sa ovim prijedlogom.

Tab. 2.-Karakteristike kvarkova

* Preliminarna eksperimentalna procjena.

Naknadno otkriće psi-čestica, a zatim ipsilonskih čestica, šarmiranih i šarmiranih hadrona pokazalo je da tri kvarka nisu dovoljna da se objasne njihova svojstva te je potrebno priznati postojanje još dva tipa kvarkova. c i b, koji nosi nove kvantne brojeve: šarm i ljepotu. Ova okolnost, međutim, nije uzdrmala temeljna načela modela kvarka. Posebno je očuvan centar. tačka njenog dijagrama strukture hadrona: M=(q), B = (qqq). Štaviše, na osnovu pretpostavke o kvarkovnoj strukturi psi- i ipsilon-čestica bilo je moguće dati fizičku. tumačenje njihovih uglavnom neobičnih svojstava.

Istorijski gledano, otkriće psi- i ipsilon-čestica, kao i novih tipova šarmiranih i ljupkih hadrona, bilo je važan korak u potvrđivanju ideja o kvarkovnoj strukturi svih čestica koje su u jakoj interakciji. Prema modernim teorijski modela (vidi dole), treba očekivati ​​postojanje još jednog - šestog t-kvark, koji je otkriven 1995. godine.

Gore navedena kvarkovna struktura hadrona i Mat. svojstva kvarkova kao objekata povezanih sa fundamom. grupno predstavljanje SU(n), dovode do sljedećih kvantnih brojeva kvarkova (Tabela 2). Skreće se pažnja na neobične (frakcione) vrijednosti električne energije. naplatiti Q, kao i AT, koji se ne nalaze ni u jednom od proučavanih E. h. Sa indeksom a za svaki tip kvarka qi (i= 1, 2, 3, 4, 5, 6) povezana je posebna karakteristika kvarkova - boja, koje posmatrani hadroni nemaju. Indeks a poprima vrijednosti 1, 2, 3, tj. svaki tip kvarka ( qi) je predstavljen sa tri varijante q a i. Kvantni brojevi svake vrste kvarka se ne mijenjaju kada se promijeni boja, tako da tabela. 2 se odnosi na kvarkove bilo koje boje. Kao što je kasnije pokazano, količine q a (za svaku i) kada se mijenja a u smislu njihovih transformacija. svojstva treba smatrati komponentama temelja. reprezentacije druge grupe SU(3), boja, koja djeluje u trodimenzionalnom prostoru boja [vidi. SU simetrija boja(3)].

Potreba za uvođenjem boje proizlazi iz zahtjeva antisimetrije valne funkcije sistema kvarkova koji formiraju barione. Kvarkovi, kao spin 1/2 čestice, moraju se povinovati Fermi-Dirac statistici. U međuvremenu, postoje barioni sastavljeni od tri identična kvarka sa istom orijentacijom spina: D ++ (), W - (), koji su jasno simetrični u odnosu na permutacije kvarkova, ako potonji nemaju komplement. stepen slobode. Takav dodatak. stepen slobode je boja. S obzirom na boju, potrebna antisimetrija se lako obnavlja. Rafinirane funkcije strukturnog sastava mezona i bariona izgledaju ovako:

gdje je e abg potpuno antisimetrični tenzor ( Simbol Levi-chi-vita)(1/ 1/ - faktori normalizacije). Važno je napomenuti da ni mezoni ni barioni ne nose indekse boja (bez boje) i da su, kako se ponekad kaže, "bijele" čestice.

U tabeli. 2 prikazuje samo "efikasne" mase kvarkova. To je zbog činjenice da kvarkovi u slobodnom stanju, uprkos brojnim pažljivim pretragama za njima, nisu uočeni. Ovo, inače, otkriva još jednu osobinu kvarkova kao čestica potpuno nove, neobične prirode. Stoga ne postoje direktni podaci o masama kvarkova. Postoje samo indirektne procjene masa kvarkova, koje se mogu izvući iz njihove dekompozicije. dinamičke manifestacije u karakteristikama adrona (uključujući mase potonjih), kao iu dekomp. procesi koji se dešavaju sa hadronima (raspadi, itd.). Za masu t-kvark, dat je preliminarni eksperiment. razred.

Čitava raznolikost adrona nastaje zbog raspadanja. kombinacije i-, d-, s-, s- i b-kvarkovi koji formiraju vezana stanja. Obični hadroni odgovaraju vezanim stanjima konstruisanim samo iz i- i d-kvarkovi [za mezone sa mogućim učešćem kombinacija ( s.), (S) i ( b)]. Prisustvo u vezanom stanju, zajedno sa u- i d-kvarkovi, jedan s-, sa- ili b-kvark znači da je odgovarajući hadron čudan ( S= - 1), začarani (C= + 1) ili preslatki ( b= - 1). Barion se može sastojati od dva ili tri s-kvark (odnosno With- i b-kvark), odnosno mogući su dvaput i triput čudni (očarani, ljupki) barioni. Kombinacije su također dozvoljene. brojevi s- i With-, b-kvarkovi (posebno u barionima), koji odgovaraju "hibridnim" oblicima hadrona (čudno šarmantni, čudno šarmantni). Očigledno, tim više s-, sa- ili b-kvarkovi sadrže hadron, što je masivniji. Ako uporedimo osnovna (nepobuđena) stanja adrona, to je upravo slika koja se uočava (tabela 1).

Pošto je spin kvarkova 1 / 2, gornja kvarkovna struktura adrona ima za posljedicu cjelobrojni spin za mezone i polucijeli spin za barione, u potpunom skladu s eksperimentom. U ovom slučaju, u stanjima koja odgovaraju orbitalnom momentu l=0, posebno u glavnom. stanja, vrijednosti spina mezona trebaju biti 0 ili 1 (za antiparalelnu i paralelnu orijentaciju spinova kvarka), a spina bariona: 1 / 2 ili 3 / 2 (za konfiguracije okretanja i ). S obzirom na to da interni paritet kvark-antikvark sistema je negativan, vrijednosti JP za mezone na l= 0 jednaki su 0 - i 1 - , za barione: 1 / 2 + i 3 / 2 + . Upravo te vrijednosti se primjećuju za hadrone koji imaju najmanju masu pri datim vrijednostima I i S, OD, b.

Kao ilustracija, u tabeli. 3 i 4 prikazuju sastav kvarka mezona sa JP= 0 - i barioni J P = 1 / 2 + (potrebno zbrajanje preko boja kvarka se pretpostavlja svuda).

Tab. 3.- Sastav kvarka proučavanih mezona With JP=0 - ()

Tab. 4.- Sastav kvarka proučavanih bariona With JP= 1/2 + ()

Napomena: Simbol () označava simetriju u odnosu na varijabilne čestice; simbol - antisimetrija.

T. o., kvarkov model prirode. način objašnjava porijeklo glavnog. grupe adrona i njihovi posmatrani kvantni brojevi. Detaljnije dinamičko razmatranje takođe nam omogućava da izvučemo niz korisnih zaključaka u vezi sa međusobnim odnosom masa unutar dec. porodice hadrona.

Ispravno prenošenje specifičnosti adrona sa najmanjim masama i spinovima, kvarkovski model prirode. takođe na neki način objašnjava ukupan veliki broj hadrona i prevlast rezonancija među njima. Mnoštvo hadrona je odraz njihove složene strukture i mogućnosti postojanja dekomp. pobuđena stanja kvarkovih sistema. Sva pobuđena stanja kvarkovih sistema su nestabilna u odnosu na brze prelaze zbog jake interakcije sa osnovnim stanjima. Oni čine osnovu. neke od rezonancija. Mali deo rezonancija su takođe kvarkovi sistemi sa paralelnim spinovima (sa izuzetkom W -). Kvarkove konfiguracije sa antiparalelnom orijentacijom spinova povezanih sa glavnim. stanja, formiraju kvazistabilne hadrone i stabilan proton.

Ekscitacije kvarkovih sistema nastaju i zbog promjene rotacije. kretanje kvarkova (orbitalne ekscitacije), te zbog promjena u njihovim prostorima. lokacija (radijalne pobude). U prvom slučaju, povećanje mase sistema je praćeno promjenom ukupnog spina J i paritet P sistema, u drugom slučaju, povećanje mase se dešava bez promjene JP .

Prilikom formulisanja modela kvarka, kvarkovi su smatrani hipotetičkim. strukturni elementi koji otvaraju mogućnost vrlo pogodnog opisa hadrona. U godinama koje su uslijedile provedeni su eksperimenti koji su omogućili da se o kvarkovima govori kao o stvarnim materijalnim formacijama unutar hadrona. Prvi su bili eksperimenti o raspršenju elektrona nukleonima pod vrlo velikim uglovima. Ovi eksperimenti (1968) podsjećaju na klasičnu. Rutherfordovi eksperimenti o raspršenju a-čestica atomima otkrili su prisustvo tačkastih naboja unutar nukleona. formacije (vidi Partons Poređenje podataka ovih eksperimenata sa sličnim podacima o rasejanju neutrina nukleonima (1973-75) omogućilo je da se izvede zaključak o cf. veličina kvadrata električne naboj ovih tačkastih formacija. Rezultat je bio blizu očekivanih frakcijskih vrijednosti (2/3) 2 e 2 i (1/3) 2 e 2. Proučavanje procesa proizvodnje adrona tokom anihilacije elektrona i pozitrona, koji pretpostavlja da prolazi kroz sljedeće faze:

ukazalo na prisustvo dve grupe hadrona, tzv. mlaznice (vidi Hadron mlaz), genetski povezan sa svakim od rezultirajućih kvarkova, i omogućio je određivanje spina kvarkova. Ispostavilo se da je jednako 1/2. Ukupan broj hadrona nastalih u ovom procesu takođe ukazuje da je u srednjem stanju svaki tip kvarka predstavljen sa tri varijante, tj. kvarkovi su trobojni.

T. o., kvantni brojevi kvarkova, dati na osnovu teorijskih. uzimajući u obzir sveobuhvatan eksperiment. potvrda. Kvarkovi su zapravo stekli status novih E. čestica i ozbiljni su kandidati za ulogu pravih E. čestica za snažno interagirajuće oblike materije. Broj poznatih tipova kvarkova je mali. Do dužine<=10 -16 см кварки выступают как точечные бесструктурные образования. Бесструктурность кварков, конечно, может отражать лишь достигнутый уровень исследования этих материальных образований. Однако ряд специфич. особенностей кварков даёт известные основания предполагать, что кварки являются частицами, замыкающими цепь структурных составляющих сильновзаимодействующей материи.

Kvarkovi se razlikuju od svih drugih elektromagnetnih talasa po tome što očigledno ne postoje u slobodnom stanju, iako postoje jasni dokazi za njihovo postojanje u vezanom stanju. Ova karakteristika kvarkova najvjerovatnije je povezana sa specifičnostima njihove interakcije, nastale razmjenom posebnih čestica - gluoni, što dovodi do činjenice da sile privlačenja između njih ne slabe s udaljenosti. Kao posljedica toga, potrebna je beskonačna energija da bi se kvarkovi odvojili jedan od drugog, što je očito nemoguće (teorija tzv. konfiniranja ili zarobljavanja kvarkova; vidjeti dolje). Zadržavanje boje U stvarnosti, kada se pokušavaju odvojiti kvarkovi jedan od drugog, dolazi do formiranja komplementa. hadrona (tzv. hadronizacija kvarkova). Nemogućnost promatranja kvarkova u slobodnom stanju čini ih potpuno novom vrstom strukturnih jedinica materije. Nije jasno, na primjer, da li je u ovom slučaju moguće postaviti pitanje sastavnih dijelova kvarkova i da li se time prekida redoslijed strukturnih sastojaka materije. Sve navedeno navodi na zaključak da kvarkovi, uz leptone i gauge bozone, koji također nemaju vidljive znakove strukture, čine grupu E. h., koja ima najveći razlog da pretenduje na ulogu pravog E. h.

Elementarne čestice i kvantna teorija polja. Standardni model interakcije

Opisati svojstva i interakcije E. h. u modernom. teorija bića. Ono što je važno je koncept fizičkog polja, koje je dodijeljeno svakoj čestici. Polje je specifično. oblik materije raspoređen u prostoru; opisana je f-cijom, data u svim tačkama prostor-vremena i koja ima određenu. transformator svojstva u odnosu na transformacije Lorenz grupa(skalar, spinor, vektor, itd.) i "intrinzične" grupe. simetrije (izotopski skalar, izotopski spinor, itd.). El-magn. polje koje ima svojstva četvorodimenzionalnog vektora A m ( x)(m= 1, 2, 3, 4) - istorijski prvi primer fizičkog. polja. Polja povezana sa E. h. su kvantne prirode, tj. njihova energija i impuls su sastavljeni od skupa odvojenih polja. dijelovi - kvanti, i ukupna energija e k i zamah p k kvantne su povezane odnosom posebnih. relativnost: e 2 k =p 2 k s 2 + t 2 Withčetiri . Svaki takav kvant je E. h. sa masom t, sa datom energijom e k i zamah p k. quanta e-magn. polja su fotoni, kvanti drugih polja odgovaraju svim ostalim poznatim E. h. Ma-temama. Aparat kvantne teorije polja (QFT) omogućava da se opiše rađanje i anihilacija čestice u svakoj prostorno-vremenskoj tački.

Transformacija. svojstva polja određuju glavnu. kvantni brojevi elektrohemijskih jedinica Svojstva transformacije u odnosu na transformacije Lorencove grupe određuju spin čestica: skalar odgovara spinu J= 0, spinor- spin J= 1 / 2 , vektor - spin J= 1 itd. Transformacija. svojstva polja u odnosu na transformacije "unutrašnje". prostori ("prostor naboja", "izotopski prostor", "jedinstveni prostor", "prostor boja") određuju postojanje takvih kvantnih brojeva kao što su L, B, I, S, OD, b, a za kvarkove i gluone takođe boje. Uvođenje "int." prostora u aparatu teorije je još uvijek čisto formalna tehnika, koja, međutim, može poslužiti kao indikacija da je dimenzija fizičke. prostor-vrijeme, što se ogleda u svojstvima E. h., zapravo je više od četiri – tj. više od dimenzije prostor-vremena, karakteristične za sve makroskopske. fizički procesi.

Masa E. h. nije direktno povezana s transformacijom. svojstva polja. To je njihova dodatna karakteristika, čije porijeklo nije u potpunosti razjašnjeno.

Da bi opisao procese koji se dešavaju sa E. h., QFT koristi Lagranžijev formalizam.AT Lagranžiani, konstruisan od polja uključenih u interakciju čestica, sadrži sve informacije o svojstvima čestica i dinamici njihovog ponašanja. Lagranžijan uključuje dva Ch. termini: Lagranžijan, koji opisuje ponašanje slobodnih polja, i Lagranžijan interakcije, koji odražava dekomp. polja i mogućnost konverzije E. h. Poznavanje tačne forme omogućava u principu korišćenje aparata matrice raspršenja (S-matrice), izračunavaju vjerovatnoće prijelaza iz početnog skupa čestica u dati konačni skup čestica, koji se dešavaju pod utjecajem interakcije koja postoji između njih. Dakle, uspostavljanje strukture koja otvara mogućnost količina. opisi procesa sa E. h., jedan je od centara. zadaci KTP-a.

Stvorenja. napredak u rješavanju ovog problema postignut je 50-70-ih godina. zasnovano na razvoju ideje vektorskih mjernih polja formulirane u već spomenutom radu Yanga i Millsa. Polazeći od dobro poznatog stava da je svaki zakon održanja posmatran eksperimentalno povezan sa invarijantnošću Lagranžiana koji opisuje sistem u odnosu na transformacije određene grupe simetrije ( Noether teorem), Yang i Mills su zahtijevali da ova invarijantnost bude zadovoljena lokalno, tj. da se odvija za proizvoljnu ovisnost transformacija o tački u prostor-vremenu. Ispostavilo se da je ispunjenje ovog zahtjeva, koji je fizički povezan s činjenicom da se interakcija ne može trenutno prenijeti od tačke do tačke, moguće samo uvođenjem posebnog Lagranžiana u strukturu. mjerna polja vektorske prirode, def. transformacija pod transformacijama grupe simetrije. Štaviše, pokazalo se da su strukture slobodnog Lagranžiana usko povezane u ovom pristupu: znanje u sredstvima. mjera unaprijed odredila formu

Potonja okolnost je zbog činjenice da je zahtjev lokalnog mjerna invarijantnost može biti zadovoljena samo ako je u svim izvedenicama koje djeluju na slobodna polja u , zamjena Evo g- konstanta interakcije; V a m - kalibraciona polja; T a - generatori grupe simetrije u matričnom prikazu koji odgovaraju slobodnom polju; r- veličina grupe.

Na osnovu onoga što je rečeno u modifikovanom Lagranžijanu, automatski nastaju strogo definisani pojmovi. strukture koje opisuju interakciju polja prvobitno uključenih sa novouvedenim mjernim poljima. U ovom slučaju, mjerna polja igraju ulogu nosilaca interakcije između početnih polja. Naravno, budući da su se nova mjerna polja pojavila u Lagranžijanu, slobodni Lagranžijan mora biti dopunjen terminom koji je s njima povezan i podvrgnut gore opisanom postupku modifikacije. Ako se mjerna invarijantnost striktno poštuje, mjerna polja odgovaraju bozonima s nultom masom. Kada je simetrija narušena, masa bozona je različita od nule.

U ovom pristupu, zadatak konstruisanja Lagranžiana koji odražava dinamiku interakcijskih polja u suštini se svodi na ispravan izbor sistema polja koji čine početni slobodni Lagranžijan i fiksiranje njegovog oblika. Potonje je, međutim, za data svojstva transformacije u odnosu na Lorentz grupu, jedinstveno određeno zahtjevom relativističke invarijantnosti i očiglednim zahtjevom da se pojavljuju samo strukture koje su kvadratne po poljima.

Dakle, glavna stvar za opisivanje dinamike je pitanje izbora sistema primarnih polja koja formiraju, odnosno, u stvari, sve isti centar. pitanje fizike E. h.: "Koje čestice (i, shodno tome, polja) treba smatrati najosnovnijim (elementarnim) u opisu posmatranih čestica materije?".

Moderna teorija, kao što je već napomenuto, kao takve izdvaja čestice bez strukture sa spinom 1/2: kvarkove i leptone. Takav izbor omogućava da se, oslanjajući se na princip lokalne invarijantnosti kalibra, konstruiše veoma uspešna šema za opisivanje jakih i elektro-slabih interakcija električne čestice, koja je dobila naziv STANDARDNI MODEL.

Model prvenstveno polazi od pretpostavke da jaka interakcija ima tačnu simetriju SUc(3), što odgovara transformacijama u trodimenzionalnom prostoru "boje". Pretpostavlja se da su kvarkovi transformirani u smislu osnova. grupno predstavljanje SUc(3). Ispunjenje zahtjeva lokalne kalibracijske invarijantnosti za kvarkovni Lagranžijan dovodi do pojave u strukturi teorije osam bezmasenih kalibracijskih bozona, nazvanih gluoni, koji međusobno djeluju s kvarkovima (i međusobno) strogo definiranim. način (Fritzsch i Göll-Man, 1972). Shema za opisivanje snažne interakcije razvijena na ovoj osnovi je nazvana. kvantna hromodinamika. Tačnost njenih predviđanja potvrdili su mnogi. eksperimente, uključujući uvjerljive dokaze o postojanju gluona. Postoje i ozbiljni razlozi da se vjeruje da aparat kvantne hromodinamike sadrži objašnjenje za fenomen zatvorenosti.

U konstruisanju teorije slabe interakcije korišćena je činjenica da postojanje parova leptona sa istim leptonskim brojem ( L e , L v , L t), ali s različitim električnim. punjenje (e - , v e; m - , v m t - , v m) može se tumačiti kao manifestacija simetrije povezane sa grupom tzv. slab izospin SU cl (2), a same parove smatramo spinornim (dubletnim) prikazima ove grupe. Slična interpretacija je moguća za parove kvarkova koji učestvuju u slaboj interakciji. Napominjemo da je, u okviru ove šeme, slaba interakcija uz učešće kvarka b nužno dovodi do zaključka da ima izotopski partner kvark t, čineći par ( t, b). Izolacija slabom interakcijom def. heličnost(lijevo) fermioni koji u njemu učestvuju mogu se dodatno smatrati manifestacijom postojanja simetrije U cl (1) povezan sa slabim hipernaelektrisanjem Y sl. U ovom slučaju, lijevom i desnom fermionu treba dodijeliti različite vrijednosti hipernaboja Y cl, a prave fermione treba smatrati izotopskim skalarima. U usvojenoj konstrukciji prirodno nastaje relacija Q = I 3 cl + 1/2 Y cl, koje smo već sreli kod hadrona.

Dakle, pažljiva analiza el-slabe interakcije leptona i kvarkova omogućava da se otkrije da oni imaju simetriju (međutim primetno narušenu) koja odgovara grupi SU sl (2) U cl ( 1) . Ako zanemarimo narušavanje ove simetrije i koristimo strogi uvjet lokalne kalibracijske invarijantnosti, tada nastaje teorija slabe interakcije kvarkova i leptona u kojoj se pojavljuju četiri bozona bez mase (dva nabijena i dva neutralna) i dvije interakcijske konstante koje odgovaraju grupe SU sl (2) i U sl (1). U ovoj teoriji, članovi Lagranžiana odgovaraju interakciji sa nabojem. bozoni ispravno reproduciraju poznatu strukturu naelektrisane struje, ali ne pružaju djelovanje kratkog dometa uočeno u slabim procesima, što nije iznenađujuće, budući da nulta masa srednjih bozona dovodi do djelovanja dugog dometa. Iz toga slijedi samo to u realnom. teorije slabe interakcije mase međubozona moraju biti konačne. Ovo je takođe u skladu sa činjenicom da je simetrija narušena SU sl (2) U sl (1).

Međutim, nemoguće je direktno uvođenje konačnih masa međubozona u Lagranžijan konstruiran na gore opisani način, jer je u suprotnosti sa zahtjevom lokalne kalibracijske invarijantnosti. Bilo je moguće uzeti u obzir kršenje simetrije na dosljedan način i postići pojavu međubozona u teoriji konačnih masa koristeći važnu pretpostavku o postojanju u prirodi posebnih skalarnih polja F ( Higgsova polja), u interakciji sa fermionskim i gauge poljima i imaju specifičnu samointerakciju koja dovodi do fenomena spontano narušavanje simetrije[P. Higgs (P. Higgs), 1964]. Uvođenje jednog dubleta (prema slaboj izospin grupi) Higgsovih polja u Lagranžijan teorije u najjednostavnijoj verziji dovodi do prelaska čitavog sistema polja u novo, niže energetsko vakuumsko stanje koje odgovara narušenoj simetriji. Ako u početku vakuum prosek iz polja F bila jednaka nuli<Ф>0 = 0, tada u novom stanju<Ф>0 = F 0 0. Kršenje simetrije i pojava konačnog F 0 u teoriji dovodi do Higsov mehanizam na masu naboja koja ne nestaje. međubozoni W + i do pojave miješanja (linearne kombinacije) dva neutralna bozona koja se pojavljuju u teoriji. Kao rezultat miješanja, nastaje e-mag bez mase. polje u interakciji sa e-magn. struja kvarkova i leptona i polje masivnog neutralnog bozona Z 0 u interakciji sa neutralna struja strogo definisana struktura. Parametar miješanja (ugao) ( Weinbergov ugao) neutralnih bozona u ovoj shemi dat je odnosom konstanti grupne interakcije U sl(l) i SU sl (2) : tgq W=g"/g. Isti parametar određuje vezu masa mW i m Z (m Z = m W / cosq W) i električni priključak. naplatiti e s slaba izospin grupna konstanta g:e = g sinq W. Detekcija 1973. godine u proučavanju neutrina rasejanja neutralnih slabih struja predviđenih gore opisanom shemom i naknadno otkriće 1983. W- i Z-bozoni sa masama od 80 GeV i 91 GeV, respektivno, sjajno su potvrdili čitav koncept jedinstvenog opisa e-magn. i slabe interakcije. Eksperimentiraj. određivanje sin 2 q vrijednosti W= 0,23 pokazuje da je konstanta g i električni naplatiti e bliske veličine. Postalo je jasno da je "slabost" slabe interakcije pri energijama znatno nižim od mW i m Z, u glavnom zbog velike mase međubozona. Zaista, konstanta fenomenološke četverofermionske teorije slabe Fermijeve interakcije G F u gornjoj shemi je jednako G F =g 2 /8m 2 W. To znači da eff. slaba interakcijska konstanta pri energiji u sec. c. m. ~t p je jednako G F m str 2 10 -5 , a njegov kvadrat je blizu 10 -10 , tj. na gore datu vrijednost. Pri energijama u cm, velikim ili reda mW, jedini parametar koji karakteriše slabu interakciju je količina g 2 / 4p ili e 2 / 4p, tj. slab i e-mag. interakcije postaju uporedive po intenzitetu i moraju se razmatrati zajedno.

Izgradnja jedinstvenog opisa e-magn. i slabe interakcije je važno dostignuće u teoriji kalibarskih polja, uporedivo po važnosti sa razvojem Maxwella u kon. 19. vijek jedinstvena teorija e-mag. fenomeni. Količina. Predviđanja teorije el-slabe interakcije su opravdana u svim mjerenjima provedenim sa tačnošću od 1%. Važan fizički posljedica ove konstrukcije je zaključak o postojanju u prirodi čestice novog tipa – neutralne Higgsov bozon. Na početku 90-ih nije pronađena takva čestica. Sprovedena istraživanja su pokazala da njegova masa prelazi 60 GeV. Teorija, međutim, ne daje tačno predviđanje mase Higsovog bozona. Može se samo tvrditi da vrijednost njegove mase ne prelazi 1 TeV. Procijenjene vrijednosti mase ove čestice leže u rasponu od 300-400 GeV.

Dakle, "standardni model" bira kao fund-dame. čestice tri para kvarkova ( i d)(With, s) (t, b) i tri para leptona ( v e ,e -)(v m ,m -) ( v t, t -), obično grupirani prema njihovoj masi u porodice (ili generacije) kako slijedi:

i postulira da njihove interakcije zadovoljavaju simetriju SU sl (3) SU sl (2) U sl(l). Kao posljedica toga, dobiva se teorija u kojoj su nosioci interakcije kalibarski bozoni: gluoni, fotoni, Wb i Z. I iako se "standardni model" vrlo uspješno nosi sa opisom svih poznatih činjenica vezanih za E.ch., ipak je, najvjerovatnije, međufaza u izgradnji savršenije i sveobuhvatnije teorije E. ch. U strukturi "standardnog modela" još uvijek postoji dosta proizvoljnih, empirijski određenih parametara (vrijednosti masa kvarkova i leptona, vrijednosti interakcijskih konstanti, uglova miješanja itd.). Broj generacija fermiona u modelu također nije određen. Do sada, eksperiment pouzdano tvrdi samo da broj generacija ne prelazi tri, ako u prirodi nema teških neutrina s masama od nekoliko puta. desetine GeV.

Sa stanovišta svojstava simetrije interakcija, bilo bi prirodnije očekivati ​​da u sveobuhvatnoj teoriji E.ch. umjesto direktnog produkta grupa simetrije pojavit će se jedna grupa simetrije G sa jednom interakcijskom konstantom koja joj odgovara. Grupe simetrije "standardnog modela" u ovom slučaju mogu se tumačiti kao produkti redukcije velike grupe kada je simetrija povezana s njom narušena. Na ovaj način, u principu, mogla bi se pojaviti mogućnost Velikog ujedinjenja interakcija. Svojstvo promjene sa energijom eff može poslužiti kao formalna osnova za takvo sjedinjenje. interakcijske konstante mjernih polja gi 2/4p = a i (i=1, 2, 3), koji nastaje kada se uzmu u obzir viši redovi teorije (tzv. trkaće konstante). U ovom slučaju, konstanta a 1 je povezana sa grupom U(I); a 2 - sa grupom SU( 2); a 3 - sa grupom SU( 3) . Pomenute vrlo spore (logaritamske) promjene opisane su izrazom

povezivanje vrijednosti eff. konstante a ja sam) i a i(m) na dvije različite vrijednosti energije: M i m( M > m). Priroda ovih promjena je drugačija za dekomp. grupe simetrije (i, posljedično, različite interakcije) i dat je koeficijentima b i, koji uključuje informacije i o strukturi grupa simetrije i o česticama koje učestvuju u interakciji. Zbog b 1 , b 2 i b 3 su različite, moguće je da, uprkos primjetnim razlikama u vrijednostima a i-1 (m) pri ispitivanim energijama m, pri vrlo visokim energijama M sve tri vrijednosti a i -1 (M) će se poklopiti, odnosno ostvariće se Veliko ujedinjenje interakcija. Pažljiva analiza je, međutim, pokazala da u okviru standardnog modela, koristeći poznate vrijednosti a i-1 (m), odgovara sve tri vrijednosti a i -1 (M) za neke velike M nemoguće, tj. varijanta teorije sa Velikim ujedinjenjem nije ostvariva u ovom modelu. Istovremeno je utvrđeno da u shemama koje nisu standardnog modela, sa modificiranim sastavom glavnog (fund.) polja ili čestice, može doći do Velikog ujedinjenja. Promjene u sastavu glavne čestice dovode do promjena u vrijednostima koeficijenata" b i“ i na taj način pružaju mogućnost podudaranja a i (M) za velike M.

Ideja vodilja pri odabiru modificirane kompozicije glavnog. teorija čestica bila je ideja o mogućem postojanju u svijetu E. h. supersimetrija, koji postavlja definiciju. odnosi između čestica cjelobrojnog i polucijelog spina koji se pojavljuju u teoriji. Za ispunjavanje zahtjeva supersimetrije, na primjer. u slučaju standardnog modela, svakoj čestici mora biti dodeljena čestica sa spinom pomerenim za 1/2 - Štaviše, u slučaju tačne supersimetrije, sve ove čestice moraju imati istu masu. Dakle, kvarkovi i leptoni sa spinom 1/2 bi trebali biti povezani sa svojim supersimetričnim partnerima (superpartnerima) sa spinom nula, svi kalibarski bozoni sa spinom 1 bi trebali biti povezani sa svojim superpartnerima sa spinom 1/2, a Higgsov bozon sa spinom nula biti povezan sa superpartnerom sa spinom 1/2. Budući da se superpartneri kvarkova, leptona i gauge bozona očito ne primjećuju u proučavanom energetskom području, supersimetrija, ako postoji, mora biti primjetno narušena, a mase superpartnera moraju imati vrijednosti koje značajno premašuju mase poznatih fermiona i bozona. .

Dosljedan izraz zahtjeva za supersimetrijom nalazi se u minimalnom supersimetričnom modelu (MCCM), u kojem se, pored već navedenih promjena u sastavu čestica standardnog modela, broj Higgsovih bozona povećava na pet (dva od njih su naelektrisane, a tri su neutralne čestice). Shodno tome, pet superpartnera Higsovih bozona sa spinom 1/2 pojavljuje se u modelu - MCCM - najjednostavnijoj generalizaciji Standardnog modela na slučaj supersimetrije. Značenje M, za koje je slučajnost a i (M)(Grand Unification), u MCCM je približno jednako 10 16 GeV.

Hipoteza o postojanju supersimetrije povezana je s jednom od obećavajućih mogućnosti za razvoj teorije kalibarskih polja, koja, osim toga, rješava niz njenih intrinzičnih vrijednosti. problemi povezani sa stabilnošću parametara koji se pojavljuju u njemu. Supersimetrija, kao što je navedeno, omogućava da se u teoriji elektromagnetnih talasa sačuva privlačna mogućnost velikog ujedinjenja interakcija. Odlučna potvrda postojanja supersimetrije bilo bi otkriće superpartnera poznatih čestica. Procjenjuje se da se njihove mase kreću u rasponu od stotina GeV do 1 TeV. Čestice takvih masa biće dostupne za proučavanje na sljedećoj generaciji protonskih sudarača.

Provjera hipoteze o postojanju supersimetrije i potraga za supersimetričnim česticama je nesumnjivo jedan od najvažnijih problema u elektrohemijskoj fizici, kojem će se u bliskoj budućnosti nesumnjivo dati prioritet.

Neki opšti problemi teorije elementarnih čestica

Najnoviji razvoj fizike čestica jasno je izdvojio iz svih mikrokomponenti materije grupu čestica koje igraju posebnu ulogu i imaju najveći razlog (početkom 90-ih) da se nazivaju istinski E. h. Fundami joj pripadaju . fermioni se okreću 1 / 2 - leptoni i kvarkovi, koji čine tri generacije, i merni bozoni spina 1 (gluoni, fotoni i međubozoni), koji su nosioci jakih i e-slabih interakcija. Najvjerovatnije ovoj grupi treba dodati česticu sa spinom 2, graviton kao nosilac gravitacije. interakcija koja vezuje sve čestice. Posebnu grupu čine čestice spina 0, Higsovi bozoni, koji, međutim, još nisu otkriveni.

Mnoga pitanja ipak ostaju bez odgovora. Stoga ostaje nejasno postoji li fizička kriterijum koji fiksira broj generacija elementarnih fermiona. Nije jasno koliko je fundamentalna razlika u svojstvima kvarkova i leptona povezana sa prisustvom boje u prvom, ili je li ta razlika specifična samo za proučavano energetsko područje. U vezi sa ovim pitanjem je i pitanje fizičkog prirode Velikog ujedinjenja, budući da se u svom formalizmu kvarkovi i leptoni smatraju objektima sličnih svojstava.

Važno je razumjeti da li postojanje raznih "ext." kvantni brojevi kvarkova i leptona ( B, L, I, S, C, b itd.) na složeniju geometriju mikrosvijeta, koja odgovara većem broju dimenzija od četverodimenzionalne makroskopske geometrije na koju smo navikli. prostor-vreme. Usko povezano s ovim pitanjem je kolika je maks. grupa simetrije G, koji zadovoljavaju interakcije E. h. i u koje su ugrađene grupe simetrije koje se manifestuju u proučavanom energetskom području. Odgovor na ovo pitanje bi pomogao da se odredi granični broj nosilaca interakcije E. h. i da se razjasne njihova svojstva. Moguće je da max. Grupa G zapravo odražava svojstva simetrije određenog višedimenzionalnog prostora. Ovaj krug ideja našao je određeni odraz u teoriji superstrings, koji su analogi običnih nizova u prostorima sa više od četiri dimenzije (obično u prostoru od 10 dimenzija). Teorija superstruna tumači E. h. kao manifestacije specifičnih ekscitacija superstruna, koje odgovaraju dekomp. leđa. Smatra se da se dodatne (preko četiri) dimenzije ne otkrivaju u posmatranjima zbog tzv. kompaktifikacija, odnosno formiranje zatvorenih podprostora karakterističnih dimenzija ~10 -33 cm. manifestacija postojanja ovih podprostora su posmatrani "ext". Kvantni brojevi elektrohemijskih kristala Za sada nema podataka koji potvrđuju ispravnost pristupa tumačenju svojstava električnih superstruna povezanih sa konceptom superstruna.

Kao što se može vidjeti iz prethodnog, u idealnom slučaju, kompletna teorija elektronskih čestica ne samo da bi trebala ispravno opisivati ​​interakcije datog skupa čestica odabranih kao fundamentalne, već i sadržavati objašnjenje o tome koji faktori određuju broj ovih čestica, njihov kvantni brojevi, interakcijske konstante, vrijednosti njihovih masa itd. Razlozi za odabir najviše. široka grupa simetrije G i, u isto vrijeme, priroda mehanizama koji uzrokuju kršenje simetrije dok se krećemo ka nižim energijama. U tom smislu, razjašnjenje uloge Higgsovih bozona u fizici E.Ch. je od najveće važnosti. Modeli, to-rye ponude moderne. teorije E. h., još uvijek su daleko od zadovoljavanja svih navedenih kriterija.

Opis EC interakcija, kao što je već napomenuto, povezan je s teorijama mjernog polja. Ove teorije imaju razvijenu podlogu. aparata, to-ry vam omogućava da napravite proračune procesa sa E.ch. na istom nivou strogosti kao u kvantnoj elektrodinamici. Međutim, u aparatu mjernih teorija polja, u njegovom modernom rečeno, postoji jedno biće. mana uobičajena za kvantnu elektrodinamiku - u procesu proračuna u njoj se pojavljuju besmisleni beskonačno veliki izrazi. Uz pomoć specijal metoda redefiniranja posmatranih veličina (mase i interakcijske konstante) - - moguće je eliminisati beskonačnost iz završetaka. rezultati proračuna. Međutim, postupak renormalizacije je čisto formalno zaobilaženje poteškoća koje postoje u aparatu teorije, što na određenom nivou tačnosti može uticati na stepen saglasnosti između predviđanja teorije i merenja.

Pojava beskonačnosti u proračunima je zbog činjenice da se u Lagranžijanima interakcija polja različitih čestica odnose na jednu tačku x, tj. pretpostavlja se da su čestice točkaste, a četverodimenzionalni prostor-vrijeme ostaje ravan do najmanjih udaljenosti. Zapravo, ove pretpostavke su, očigledno, netačne za nekoliko. razlozi:

a) zaista E. h., kao nosiocima konačne mase, najprirodnije je pripisati, iako vrlo male, ali konačne dimenzije, ako želimo izbjeći beskonačnu gustinu materije;

b) svojstva prostor-vremena na malim udaljenostima, najvjerovatnije, radikalno se razlikuju od njegovih makroskopskih. svojstva (počevši od određene karakteristične udaljenosti, koja se obično naziva osnovna dužina);

c) na najmanjim rastojanjima (~ 10 -33 cm) utiče promena geoma. svojstva prostor-vremena zbog uticaja kvantne gravitacije. efekti (fluktuacije metrike; vidi kvantna teorija gravitacije).

Možda su ovi razlozi usko povezani. Dakle, to je obračun gravitacije. efekti max. prirodno dovodi do pravih E.ch. veličina. oko 10 -33 cm, i sredstva. dužina se zapravo može poklapati sa tzv. Planck dužina l Pl \u003d 10 -33 cm, gdje x-gravitacija konstanta (M. Markov, 1966). Bilo koji od ovih razloga bi trebao dovesti do modifikacije teorije i eliminacije beskonačnosti, iako praktična implementacija ove modifikacije može biti vrlo teška.

Jedna od interesantnih mogućnosti doslednog uzimanja u obzir efekata gravitacije odnosi se na proširenje ideja supersimetrije na gravitaciju. interakcija (teorija supergravitacija, posebno proširena supergravitacija). Zajedničko obračunavanje gravitacije. i druge vrste interakcija dovode do primjetnog smanjenja broja divergentnih izraza u teoriji, ali nije rigorozno dokazano da li supergravitacija dovodi do potpunog eliminisanja divergencija u proračunima.

Dakle, logičan zaključak ideja Velikog ujedinjenja će najvjerovatnije biti uključivanje u opću shemu za razmatranje interakcija E. h. također gravitacijske. interakcije, uzimajući u obzir koje se mogu pokazati kao fundamentalne na najmanjim udaljenostima. Naib je na osnovu istovremenog razmatranja svih vrsta interakcija. vjerovatno očekivati ​​stvaranje buduće teorije E. h.

Lit.: Elementarne čestice i kompenzacijska polja. Sat. st., trans. sa engleskog, M., 1964; Kokkede Ya., Teorija kvarkova, trans. s engleskog, M.. 1971; Markov M. A., O prirodi materije, M., 1976; Gle-show Sh., Kvarkovi s bojom i okusom, prev. sa engleskog UFN, 1976, v. 119, c. 4, str. 715; Bernstein, J., Spontano kršenje simetrije, mjerne teorije, Higgsov mehanizam, itd., u: Kvantna teorija mjernih polja. Sat. st., trans. sa engleskog, M., 1977 (Vijesti iz fundamentalne fizike, v. 8); Bogolyubov H. H., Shirkov D. V., Kvantna polja, 2. izd., M., 1993; Okun L. B., Leptoni i kvarkovi, 2. izdanje, M., 1990.

- materijalni objekti koji se ne mogu podijeliti na sastavne dijelove. U skladu s ovom definicijom, molekule, atomi i atomska jezgra koji se mogu podijeliti na sastavne dijelove ne mogu se pripisati elementarnim česticama - atom je podijeljen na jezgro i orbitalne elektrone, jezgro - na nukleone. U isto vrijeme, nukleoni, koji se sastoje od manjih i fundamentalnijih čestica - kvarkova, ne mogu se podijeliti na ove kvarkove. Stoga se nukleoni klasificiraju kao elementarne čestice. S obzirom na činjenicu da nukleon i drugi hadroni imaju složenu unutrašnju strukturu, koja se sastoji od fundamentalnijih čestica - kvarkova, prikladnije je hadrone nazvati ne elementarnim česticama, već jednostavno česticama.
Čestice su manje od atomskih jezgara. Veličine jezgara su 10 -13 − 10 -12 cm Najveće čestice (uključujući nukleone) sastoje se od kvarkova (dva ili tri) i nazivaju se hadroni. Njihove dimenzije su ≈ 10 -13 cm.Postoje i bestrukturne (na sadašnjem nivou znanja) tačkaste (< 10 -17 см) частицы, которые называют фундаментальными. Это кварки, лептоны, фотон и некоторые другие. Всего известно несколько сот частиц. Это в подавляющем большинстве адроны.

Tabela 1

Osnovne čestice su 6 kvarkova i 6 leptona (Tabela 1), koji imaju spin 1/2 (ovo su fundamentalni fermioni) i nekoliko čestica sa spinom 1 (gluon, foton, W ± i Z bozoni), kao i graviton ( spin 2), nazvani fundamentalni bozoni (tabela 2). Fundamentalni fermioni su podijeljeni u tri grupe (generacije), od kojih svaka ima 2 kvarka i 2 leptona. Sva vidljiva materija sastoji se od čestica prve generacije (kvarkovi u, d, elektron e -): nukleoni se sastoje od u i d kvarkova, jezgra se sastoje od nukleona. Jezgra sa elektronima u svojim orbitama formiraju atome, itd.

tabela 2

Uloga fundamentalnih bozona je da ostvaruju interakciju između čestica, budući da su „nosioci“ interakcija. U procesu različitih interakcija, čestice razmjenjuju fundamentalne bozone. Čestice učestvuju u četiri fundamentalne interakcije - jakoj (1), elektromagnetnoj (10 -2), slaboj (10 -6) i gravitacionoj (10 -38). Brojevi u zagradama karakterišu relativnu snagu svake interakcije u energetskom opsegu ispod 1 GeV. Kvarkovi (i hadroni) učestvuju u svim interakcijama. Leptoni ne učestvuju u jakoj interakciji. Nosilac jake interakcije je gluon (8 vrsta), elektromagnetne je foton, slabe je bozoni W± i Z, a gravitacione je graviton.
Ogroman broj čestica u slobodnom stanju je nestabilan; raskida. Karakteristični životni vijek čestica je 10 -24 –10 -6 sec. Životni vijek slobodnog neutrona je oko 900 sekundi. Elektron, foton, elektronski neutrino i možda proton (i njihove antičestice) su stabilni.
Osnova teorijskog opisa čestica je kvantna teorija polja. Za opisivanje elektromagnetskih interakcija koristi se kvantna elektrodinamika (QED), slabe i elektromagnetne interakcije su zajednički opisane jedinstvenom teorijom - elektroslabim modelom (ESM), a jaka interakcija - kvantnom hromodinamikom (QCD). QCD i ESM, koji zajedno opisuju jake, elektromagnetne i slabe interakcije kvarkova i leptona, čine teorijski okvir nazvan Standardni model.