Elementarne čestice u tačnom značenju ovog pojma, primarne, dalje nerazgradive čestice, od kojih se, prema pretpostavci, sastoji sva materija. U modernoj fizici, ovaj termin se ne koristi u svom tačnom značenju, već manje striktno - da imenujemo veliku grupu najmanjih čestica materije pod uslovom da nisu atomi ili atomska jezgra (proton je izuzetak). Elementarne čestice su specifični kvanti materije, tačnije – kvanti odgovarajućih fizičkih polja.

Najvažnije kvantno svojstvo svih elementarnih čestica je sposobnost da se rađaju i uništavaju (emituju i apsorbuju) u interakciji sa drugim česticama. U tom pogledu, oni su potpuno analogni fotonima. Svi procesi sa elementarnim česticama odvijaju se nizom činova njihove apsorpcije i emisije. Samo na osnovu toga se može razumjeti, na primjer, proces rađanja p+-mezon u sudaru dva protona ( p + p ® p + n + p +) ili proces anihilacije elektrona i pozitrona, kada se umjesto nestalih čestica pojavljuju dva g-kvanta: e + + e -® g + g. Procesi elastičnog raspršivanja čestica, npr. e - + p® e - + p, su također povezani sa apsorpcijom početnih čestica i proizvodnjom konačnih čestica. Raspad nestabilnih elementarnih čestica na lakše čestice, praćen oslobađanjem energije, odgovara istoj pravilnosti i predstavlja proces u kojem se proizvodi raspada rađaju u trenutku samog raspada i ne postoje do ovog trenutka. U tom pogledu, raspad elementarnih čestica je sličan raspadu pobuđenog atoma u osnovno stanje i foton. Primjeri raspada elementarnih čestica mogu biti: ukupan broj poznate elementarne čestice (zajedno sa antičesticama) približavaju se 400. Za opis svojstava pojedinačnih elementarnih čestica, čitav niz fizičke veličine, čije se vrijednosti razlikuju. Najpoznatiji među njima su masa, srednji životni vijek, spin, električni naboj, magnetni moment.

Težina i dimenzije. Sve elementarne čestice su objekti izuzetno malih masa i veličina. Za većinu njih, mase su reda veličine mase protona, jednake 1,6 10 -27 kg (samo je masa elektrona osjetno manja: 9,1,10 -31 kg). Veličine protona, neutrona, p-mezona određene iz iskustva po redu veličine su 10 -15 m. Dimenzije elektrona i miona nisu se mogle odrediti, poznato je samo da su manje od 10 -17 m. Mikroskopske mase i veličine elementarnih čestica određuju kvantnu specifičnost njihovog ponašanja. Karakteristične valne dužine koje treba pripisati elementarnim česticama u kvantna teorija (), gdje - Plankova konstanta, t - masa čestica, With je brzina svjetlosti), blizu su po redu veličine tipičnim veličinama na kojima se odvija njihova interakcija (na primjer, za p-mezon » 1,4 10 -15 m ). To dovodi do činjenice da su kvantne pravilnosti odlučujuće u ponašanju elementarnih čestica. Masa elementarnih čestica izražava se u energetskim jedinicama (MeV ili GeV) u skladu sa Einsteinovom relacijom W \u003d tc 2. Drugim riječima, tabele zapravo ne pokazuju masu tčestice i njihova energija mirovanja W0. Ovo je zgodno kada se sastavljaju jednačine energetskog bilansa za procese međukonverzije elementarnih čestica. Naznačimo mase nekih čestica:

m g= 0, ja= 0,51 MeV, m str= 938,3 MeV, m n= 939,6 MeV.

Najteža od trenutno poznatih elementarnih čestica (međubozon) je skoro 100 puta masivnija od protona.

Prosječno životno vrijeme elementarna čestica t služi kao mjera stabilnosti čestice i izražava se u sekundama. Period poluraspada T 1/2 u fizici elementarnih čestica se ne koristi, a kao mjera stabilnosti rezonancija uzima se širina G~ izražena u energetskim jedinicama.

U zavisnosti od životnog veka, elementarne čestice se dele na stabilan, kvazistabilan i nestabilan(rezonancije). Elektron (t>5,1031 godina), proton (t>1030 godina), foton i neutrino su stabilni u okviru tačnosti savremenih merenja. Kvazistabilne čestice uključuju čestice koje se raspadaju zbog elektromagnetnih i slabih interakcija. Njihov životni vek >10 -20 sec. Neutron je kvazistabilna čestica, a posljednja eksperimentalna vrijednost njegovog prosječnog životnog vijeka (1986) je (898 ± 16) s. Postoje grupe čestica sa prosječnim vijekom trajanja od 10 -6, 10 -8, 10 -10, 10 -13 s. Za najkraće žive čestice, zvane rezonancije, t ~ 10 -24 -10 -23 s. Za nestabilne čestice u tabelama, uz životni vijek, naznačeni su i tipovi raspada.

Spin je unutrašnji ugaoni moment čestice, tj. njen ugaoni moment u okviru mirovanja. Spin nema klasičnog analoga, jer se elementarna čestica ne može zamisliti kao rotirajuća lopta. Obično se spin J izražava u jedinicama i uzima samo cjelobrojne i polucijele vrijednosti. Čestica sa spinom J ima 2J + 1 spin stanja koja se razlikuju u vrijednostima projekcije Jz , koji može biti jednak -J, ( -J+ 1),0, .., (J- 1), J. za elektron, proton, neutron i neutrino J = 1/2, za foton J= 1. Poznate su čestice sa spinovima od 0 (mnogo mezona) do 6 (mezonska rezonanca, otkrivena na akceleratoru Serpuhov 1983.) Spin elementarne čestice je jedna od njenih najvažnijih karakteristika. Vrijednost spina je nedvosmislena

određuje tip statistike kojoj se data čestica pridržava. Sve čestice sa cjelobrojnim spinovima su bozoni (Bose-Einstein statistika), sve čestice sa polucijelim spinovima su fermioni (Fermi-Diracova statistika), za koje vrijedi Paulijev princip. Na primjer, elektroni su fermioni, a fotoni su bozoni.

Električno punjenje elementarna čestica q - fizička veličina koja karakteriše sposobnost čestice da učestvuje u njoj elektromagnetna interakcija, izraženo u jedinicama elementarnog naboja e= 1.6. 10 -19 C.

Za sve čestice koje postoje u slobodnom stanju, on uzima cjelobrojne vrijednosti - obično 0 i ±1, za neke rezonancije ±2. Ovo pravilo kvantizacije električnog naboja provodi se s velikom preciznošću.

Elementarne čestice su glavni strukturni elementi mikrosvijeta. Elementarne čestice mogu biti sastavni(proton, neutron) i nekompozitni(elektron, neutrino, foton). Do danas je otkriveno više od 400 čestica i njihovih antičestica. Neke elementarne čestice imaju neobična svojstva. Stoga se dugo vremena vjerovalo da čestica neutrina nema masu mirovanja. 30-ih godina. 20ti vijek prilikom proučavanja beta raspada, otkriveno je da se distribucija energije elektrona koje emituju radioaktivna jezgra odvija kontinuirano. Iz toga je proizašlo da ili nije ispunjen zakon održanja energije, ili se, pored elektrona, emituju čestice koje je teško detektovati, slično fotonima sa nultom masom mirovanja, koji odnose deo energije. Naučnici sugerišu da je ovo neutrino. Međutim, eksperimentalna registracija neutrina bila je moguća tek 1956. godine na ogromnim podzemnim instalacijama. Teškoća registracije ovih čestica leži u činjenici da je hvatanje čestica neutrina izuzetno rijetko zbog njihove velike prodorne moći. Tokom eksperimenata je utvrđeno da masa mirovanja neutrina nije jednaka nuli, iako se ne razlikuje mnogo od nule. Antičestice takođe imaju zanimljiva svojstva. Imaju mnoge iste karakteristike kao i njihove čestice blizanke (masa, spin, životni vijek, itd.), ali se razlikuju od njih u smislu električnog naboja ili drugih karakteristika.

Godine 1928. P. Dirac je predvidio postojanje antičestice elektrona - pozitrona, koju je četiri godine kasnije otkrio K. Anderson kao dio kosmičkih zraka. Elektron i pozitron nisu jedini par čestica blizanaca; sve elementarne čestice, osim neutralnih, imaju svoje antičestice. Kada se čestica i antičestica sudare, one se anihiliraju (od lat. annihilatio- transformacija u ništa) - transformacija elementarnih čestica i antičestica u druge čestice, čiji broj i vrsta određuju zakoni održanja. Na primjer, kao rezultat anihilacije para elektron-pozitron, nastaju fotoni. Broj detektovanih elementarnih čestica raste s vremenom. Istovremeno se nastavlja potraga za fundamentalnim česticama, koje bi mogle biti kompozitni "građevni blokovi" za izgradnju poznatih čestica. Hipoteza o postojanju čestica ove vrste, nazvanih kvarkovi, iznesena je 1964. godine. američki fizičar M. Gell-Man (Nobelova nagrada 1969).

Elementarne čestice imaju veliki broj karakteristika. Jedna od karakterističnih karakteristika kvarkova je da imaju delimične električne naboje. Kvarkovi se mogu kombinovati jedni s drugima u parovima i trojkama. Nastaje unija tri kvarka barioni(protoni i neutroni). Kvarkovi nisu uočeni u slobodnom stanju. Međutim, model kvarka je omogućio određivanje kvantnih brojeva mnogih elementarnih čestica.

Elementarne čestice se klasifikuju prema sledećim karakteristikama: masa čestice, električni naboj, vrsta fizičke interakcije u kojoj učestvuju elementarne čestice, životni vek čestice, spin itd.

Ovisno o masi mirovanja čestice (njenoj masi mirovanja, koja je određena u odnosu na masu mirovanja elektrona, koji se smatra najlakšom od svih čestica koje imaju masu), razlikuju se:

♦ fotoni (gr. fotografije- čestice koje nemaju masu mirovanja i kreću se brzinom svjetlosti);

♦ leptoni (gr. leptos– svjetlost) – svjetlosne čestice (elektron i neutrino);

♦ mezoni (gr. mesos- srednja) - čestice srednje mase sa masom od jedne do hiljadu masa elektrona (pi-mezon, ka-mezon, itd.);

♦ barioni (gr. barys- teške) - teške čestice s masom većom od hiljadu masa jednog elektrona (protoni, neutroni, itd.).

U zavisnosti od električnog naboja, postoje:

♦ čestice sa negativnim nabojem (na primjer, elektroni);

♦ čestice sa pozitivnim nabojem (npr. proton, pozitroni);

♦ čestice sa nultim nabojem (na primjer, neutrina).

Postoje čestice sa delimičnim nabojem - kvarkovi. Uzimajući u obzir vrstu fundamentalne interakcije u kojoj čestice učestvuju, među njima su:

♦ hadroni (gr. adros- veliki, jaki), koji učestvuju u elektromagnetnoj, jakoj i slaboj interakciji;

♦ leptoni koji učestvuju samo u elektromagnetnim i slabim interakcijama;

♦ čestice – nosioci interakcija (fotoni – nosioci elektromagnetne interakcije; gravitoni – nosioci gravitacione interakcije; gluoni – nosioci jake interakcije; srednji vektorski bozoni – nosioci slabe interakcije).

Prema životnom vijeku čestice se dijele na stabilne, kvazistabilne i nestabilne. Većina elementarnih čestica je nestabilna, njihov životni vijek je 10 -10 -10 -24 s. Stabilne čestice se ne raspadaju dugo vremena. Mogu postojati od beskonačnosti do 10 -10 s. Foton, neutrino, proton i elektron smatraju se stabilnim česticama. Kvazistabilne čestice se raspadaju kao rezultat elektromagnetne i slabe interakcije, inače se nazivaju rezonancije. Njihov životni vijek je 10 -24 -10 -26 s.

Naučnici su otkrili u proučavanju nuklearnih procesa, pa je do sredine 20. stoljeća fizika elementarnih čestica bila dio nuklearne fizike. Trenutno su ove grane fizike bliske, ali nezavisne, ujedinjene zajedništvom mnogih problema koji se razmatraju i korištenih metoda istraživanja. Osnovni zadatak fizike elementarnih čestica je proučavanje prirode, svojstava i međusobnih transformacija elementarnih čestica.

Trenutno je poznato oko 400 subnuklearnih čestica koje se obično nazivaju elementarnim. Velika većina ovih čestica su nestabilni . Jedini izuzeci su foton, elektron, proton i neutrino. Sve ostale čestice doživljavaju u određenim intervalima spontano transformacija u druge čestice. Nestabilne elementarne čestice jako se razlikuju jedna od druge u životnom vijeku. Najdugovječnija čestica je neutron. Životni vijek neutrona je oko 15 min. Ostale čestice "žive" mnogo kraće. Na primjer, prosječni životni vijek μ mezona je 2,2∙10 -6 s, a neutralnog π mezona 0,87∙10 -16 s. Mnoge masivne čestice - hiperoni - imaju prosječni životni vijek reda 10-10 s.

Postoji nekoliko desetina čestica čiji životni vijek prelazi 10-17 s. U smislu razmjera mikrokosmosa, ovo je značajno vrijeme. Takve čestice se nazivaju relativno stabilan . Većina kratko trajao elementarne čestice imaju životni vijek reda 10–22–10–23 s.

Sposobnost za međusobne transformacije je najvažnije svojstvo svih elementarnih čestica. Oni su sposobni da se rađaju i uništavaju (emituju i apsorbuju). Ovo važi i za stabilne čestice, sa jedinom razlikom što se transformacije stabilnih čestica ne dešavaju spontano, već u interakciji sa drugim česticama. Primjer bi bio uništenje (tj. nestanak ) elektrona i pozitrona, praćeno proizvodnjom fotona visoke energije. Može se desiti i obrnuti proces. rođenje par elektron-pozitron, na primjer, kada se foton dovoljno velike energije sudari s jezgrom. Tako opasnog blizanca, kakav je pozitron za elektron, ima i proton. To se zove antiproton . Električni naboj antiprotona je negativan. Trenutno antičestice nalazi u svim česticama. Antičestice su suprotne česticama jer kada se bilo koja čestica susretne sa svojom antičesticom, one se anihiliraju, odnosno obje čestice nestaju, pretvarajući se u kvante zračenja ili druge čestice.

Čak i neutron ima antičesticu. Neutron i antineutron se razlikuju samo po predznacima magnetnog momenta i takozvanog barionskog naboja. Da li je moguće da atomi postoje? antimaterija , čije jezgre se sastoje od antinukleona, a ljuske od pozitrona. Tokom anihilacije antimaterije materijom, energija mirovanja se pretvara u energiju kvanta zračenja. To je ogromna energija, mnogo veća od one koja se oslobađa u nuklearnim i termonuklearnim reakcijama.

U nizu do sada poznatih elementarnih čestica, nalazi se manje-više harmoničan sistem klasifikacije.

Elementarne čestice su kombinovane u tri grupe: fotoni , leptons i hadrona.

Za grupu fotoni jedina čestica je foton, koji je nosilac elektromagnetne interakcije.

Sljedeću grupu čine svjetlosne čestice − leptons . Ova grupa uključuje dva tipa neutrina (elektronski i mionski), elektron i μ-mezon. Leptoni takođe uključuju brojne čestice koje nisu navedene u tabeli. Svi leptoni imaju spin 1/2.

Treću veliku grupu čine teške čestice tzv hadrona . Ova grupa je podeljena na dva dela. Lakše čestice čine podgrupu mezoni . Najlakši od njih su pozitivno i negativno nabijeni, kao i neutralni π-mezoni s masama reda 250 masa elektrona. Pioni su kvanti nuklearnog polja, baš kao što su fotoni kvanti elektromagnetno polje. Ova podgrupa takođe uključuje četiri K mezona i jedan η 0 mezon. Svi mezoni imaju spin jednak nuli.

Druga podgrupa barioni – uključuje teže čestice. Najobimniji je. Najlakši od bariona su nukleoni - protoni i neutroni. Slijede ih takozvani hiperoni. Zatvara tabelu omega-minus-hiperon, otkriven 1964. Ovo je teška čestica sa masom od 3273 mase elektrona. Svi barioni imaju spin 1/2.

Obilje otkrivenih i novootkrivenih hadrona dovelo je naučnike do ideje da su svi izgrađeni od nekih drugih fundamentalnijih čestica. Godine 1964. američki fizičar M. Gell-Man iznio je hipotezu, potvrđenu kasnijim studijama, da su sve teške čestice - hadroni - izgrađene od fundamentalnijih čestica tzv. kvarkovi . Na osnovu hipoteze kvarka, ne samo da je shvaćena struktura već poznatih hadrona, već je i predviđeno postojanje novih. Gell-Mann teorija pretpostavlja postojanje tri kvarka i tri antikvarka, koji se međusobno kombinuju u različitim kombinacijama. Dakle, svaki barion se sastoji od tri kvarka, a antibarion se sastoji od tri antikvarka. Mezoni se sastoje od parova kvark-antikvark.

Sa prihvatanjem hipoteze kvarka, bilo je moguće stvoriti koherentan sistem elementarnih čestica. Međutim, ispostavilo se da su predviđena svojstva ovih hipotetičkih čestica prilično neočekivana. Električni naboj kvarkova mora biti izražen u razlomcima jednakim 2/3 i 1/3 elementarnog naboja.

Model je izrađen u obliku interaktivnog stola. Korisnik može izabrati grupu koja se razmatra (čestice ili antičestice) i podatke prikazane u tabelama (naboj, obrt, godina otkrića).

Do sada su se smatrale samo čestice kao što su elektron e proton p neutron n i foton koje su stabilne ili kvazistabilne, odnosno postoje ili neograničeno ili dovoljno dugo. Međutim, velika većina elementarnih čestica dobijenih na akceleratorima nije stabilna, odnosno raspada se, na kraju se pretvarajući u stabilne čestice. Masa čestice u nuklearna fizika Uobičajeno je da se izražava u energetskim jedinicama, koje se zasnivaju na Einsteinovom zakonu o odnosu mase i energije E = mc2.

Ako vam ovaj rad ne odgovara, na dnu stranice nalazi se lista sličnih radova. Možete koristiti i dugme za pretragu

PREDAVANJE #14

ELEMENTARNE ČESTICE I NJIHOVA SVOJSTVA

Trenutno je poznato oko 400 elementarnih čestica. Do sada su razmatrane samo takve čestice kao što je elektron. e , proton p , neutron n i fotona, koji su stabilni ili kvazistabilni, odnosno postoje ili neograničeno ili dovoljno dugo. Međutim, velika većina elementarnih čestica proizvedenih u akceleratorima nije stabilna, odnosno raspada se, pretvarajući se na kraju u stabilne čestice.

Da bi se opisali čestice, uveden je niz fizičkih veličina koje ih razlikuju: masa, prosječni vijek trajanja, električni naboj, spin i niz drugih.

Masa čestica u nuklearnoj fizici je uobičajeno izražavati u energetskim jedinicama, koje su zasnovane na Einsteinovom zakonu o odnosu mase i energije E \u003d mc 2 . Mjerna jedinica je elektron volt (1 eV = 1,6 10–19 J); u praksi, milioni elektron volti - MeV (1 MeV = 10 6 eV) i gigaelektronvolt - GeV (1 GeV = 10 9 eV). Dakle, masa elektrona ja = 0,51 MeV, proton - m str = 938,3 MeV, neutron - 939,6 MeV, masa fotona je nula.

Prosječno životno vrijeme je mjera stabilnosti čestica i izražava se u sekundama.

Nama poznate čestice: elektron, proton i foton su apsolutno stabilne ( =  ), neutron u slobodnom stanju je kvazistabilan, životni vijek mu je ≈898 s.

Spin - unutrašnji ugaoni moment čestice. Spin se izražava u jedinicama h / 2  i prihvata samo cjelobrojne i polucijele vrijednosti. Dakle, za elektron, proton i neutron, spin je jednak za foton - Ovo je najvažnija karakteristika elementarnih čestica, koja nema analoga u klasičnoj fizici.

Električno punjenjekarakterizira sposobnost čestice da učestvuje u elektromagnetnim interakcijama, a ta vrijednost nam je dobro poznata iz elektrostatike.

Vlastiti magnetni momentčestica karakterizira interakciju čestice s vanjskim magnetskim poljem.

Pokazalo se da ove karakteristike nisu dovoljne za opis ponašanja elementarnih čestica i uvedena su nova svojstva:neobičnost, šarm, šarm, boja, mirisi drugi koji se odlikuju svojim kvantni brojevi. Naravno, gornji nazivi nemaju nikakve veze sa uobičajenim značenjem ovih riječi, već odražavaju posebna svojstva čestica.

FUNDAMENTALNE INTERAKCIJE

Trenutno se u fizici razlikuju četiri tipa fundamentalnih interakcija: jaka, elektromagnetna, slaba i gravitaciona.

Za jake interakcije ( S - jaka) su prvenstveno nuklearne snage, ujedinjujući nukleone u jezgro.

U elektromagnetnoj interakciji(E - elektromagnetna ) uključene su samo električno nabijene čestice i fotoni. Jedna od njegovih manifestacija su Kulonove sile koje određuju postojanje atoma. Elektromagnetska interakcija je odgovorna za veliku većinu makroskopskih svojstava materije (sile trenja, elastične sile, itd.)

Slabe interakcije ( W-sedmica) manifestuje se u beta transformacijama atomska jezgra. To dovodi do nestabilnosti mnogih elementarnih čestica i tipično je za sve čestice, osim za fotone.

Gravitaciona interakcija ( G - gravitacioni) manifestuje se u obliku sila gravitacije i zajednički za sva tela. Gravitaciona interakcija je vrlo slaba i ne igra značajnu ulogu u mikrokosmosu.

Fundamentalne interakcije razlikuju se po nizu svojstava, među kojima prije svega treba istaknuti intenzitet (α) interakcije i radijus njihovog djelovanja. R . Obično se radi poređenja različitih interakcija uzima u obzir omjer njihovih intenziteta, koji se u gruboj aproksimaciji definira kao omjer energija interakcije. Pretpostavljajući uslovno intenzitet jake interakcije kao jedinstvo (α S = 1), približne vrijednosti intenziteta za ostale interakcije su: α E ≈ 10 –2 , α W ≈ 10 –10 , α G ≈ 10 –38 . Dakle, najintenzivnija interakcija u mikrokosmosu je jaka interakcija, najmanje intenzivna je slaba, dok je gravitaciona interakcija zanemarljiva.

Radijus interakcije R određena je ovisnošću energije ove interakcije o udaljenosti između čestica. Prema Coulombovom zakonu i univerzalnoj gravitaciji, elektromagnetske i gravitacijske sile su obrnuto proporcionalne kvadratu udaljenosti između čestica, odnosno te sile se sporo smanjuju. Stoga se pretpostavlja da je radijus njihovog djelovanja jednak beskonačnosti: R E = ∞ i R G = ∞. Energija jakih i slabih interakcija opada s rastojanjem vrlo brzo prema eksponencijalnom zakonu, a djeluju samo na malim udaljenostima. Kako je eksperimentalno utvrđeno, njihovi rasponi R S ≈ 10–15 m i R W ≈ 10–18 m, to jest, oni su srazmjerni veličini jezgara i djeluju unutar atomskog jezgra.

KLASIFIKACIJA ELEMENTARNIH ČESTICA

1. Čestice i antičestice. Sve elementarne čestice, prije svega, mogu se podijeliti u dvije klase: čestice i antičestice. Svaka čestica ima svoju antičesticu, a karakterišu ih sledeća svojstva: masa, životni vek i spin čestice i antičestice su isti, ali su druga svojstva, kao što su naboj i magnetni moment, suprotna po predznaku. Antičestice su označene istim simbolima kao i čestice. Njima se samo simbol ~, nazvan "tilda", dodaje na vrh. Primjeri čestica i antičestica su elektron i pozitron (pozitivno nabijeni elektron), proton str i antiproton Važno svojstvo čestica i antičestica je da kada se sretnu, dolazi do anihilacije (destrukcije) čestica sa pojavom fotona ili drugih čestica. To ne znači da je u prvom slučaju materija poništena; u stvari, postoji prijelaz jedne vrste materije (čestice) u drugu ( elektromagnetno zračenje). U laboratorijskim uslovima, antiatom je takođe dobijen iz antiprotona i pozitrona. Sve navedeno dovodi do ideje da negdje u Univerzumu, daleko od naše obične materije, mogu postojati “anti-svjetovi” (susret takvog svijeta i anti-svijeta doveo bi do eksplozije kolosalne moći zbog uništenja ). Sve poznate elementarne čestice, uključujući i antičestice, podijeljene su u tri klase (slika 1): hadroni, leptoni i čestice odgovorne za prijenos interakcija.

Rice. jedan

2. Hadroni su elementarne čestice koje učestvuju u jakim (nuklearnim) interakcijama. One čine najveću klasu elementarnih čestica: ima ih preko 300. Grčka riječ "hadros" znači masivan, jak. Ruska reč"jezgro" takođe dolazi od ove reči. Hadroni su teške čestice i mogu se nazvati srodnicima protona. Hadroni se dijele u dvije klase: barioni - čestice koje imaju spin jednak i mezoni - sa spinom Protoni i neutroni su najlakši barioni, ostali barioni (hiperoni) ih nadmašuju po masi. Mezoni su čestice čija je masa posredna između mase elektrona i mase protona.

3. Kvarkovi . Sredinom 60-ih iznesena je hipoteza da su svi hadroni izgrađeni od fundamentalnijih čestica tzv. kvarkovi . Trenutno se vjeruje da postoji šest tipova kvarkova, čije su karakteristike date u tabeli. 1. Postoji i šest antikvarkova. Svi kvarkovi imaju spin jednak Zanimljiva karakteristika kvarkovi je da imaju delimični električni naboj.

Koristeći kombinacije različitih kvarkova, možete dobiti bilo koji poznati hadron. Na primjer, proton se sastoji od dva u -kvarkovi i jedan d -kvark (šematski, koristeći notaciju za kvarkove iz tabele: uud ). Zaista, naelektrisanje protona: (2/3 + 2/3 - 1/3) e = + e . (Ne treba zaboraviti da se na sličan način provjeravaju sve ostale karakteristike čestice: spin, magnetni moment i dr.). Neutron se sastoji od dva d -kvarkovi i jedan u-kvark (ddu ). Da bi se objasnila struktura drugih bariona i mezona, uključeni su teži kvarkovi.

Tabela 41.1

Sa pojavom teorije kvarkova, fizičari su pokušali da ih pronađu eksperimentalno. Međutim, svi pokušaji da se pronađu čestice sa delimičnim nabojem bili su neuspešni. Trenutno se vjeruje daSlobodni kvarkovi jednostavno ne postoje.i stoga se ne može naći eksperimentalno.

4. Leptoni. Leptoni su čestice koje ne učestvuju u jakim (nuklearnim) interakcijama, ali učestvuju u elektromagnetnim i slabim interakcijama. Na grčkom, "leptos" znači mali, a "mite" je mali novčić. Ako su hadroni "rođaci" protona, onda su leptoni "rođaci" elektrona, a sam elektron pripada klasi leptona. Kao elektron, drugileptoni su zaista elementarne čestice,jer nijedan lepton nema unutrašnju strukturu. Leptoni uključuju elektron, mion, -lepton i neutrino.

Muon je čestica čija se osnovna svojstva poklapaju sa svojstvima elektrona. Može se nazvati teškim elektronom, jer je masa 106 MeV (elektron ima 0,51 MeV). Za razliku od elektrona, mion nije stabilan, njegov životni vijek je 10-6 s (prilično velika na atomskoj skali). Fizičari su uspjeli umjetno dobiti atom u kojem se mion okreće oko jezgra ( -mezoatom). Mezoni se u ovom slučaju pokoravaju istim zakonima kao i elektroni. -mezoatom može ući hemijske reakcije i formiraju mezomolekule. Međutim, treba napomenuti da je uloga miona u svemiru neshvatljiva: strukturu materije je moguće objasniti i bez njega.

Neutrino . Neutrino (mali neutron) otkriven je kao rezultat istraživanja -raspadanje. Ispostavilo se da u -raspad, osim elektrona, iz jezgra izleti još neka čestica koja nema naboj, koju su nazvali neutrino i označili sa Dakle, slobodni neutron, kao kvazistabilna čestica, na kraju se raspada u proton , elektron i neutrino, koji se prema shemi naziva elektronski neutrino (tačnije - antineutrino): Dalja istraživanja su pokazala da postoje i mionski neutrini  , nastalih tokom raspada miona, kao i tau neutrina. Glavna svojstva neutrina:

a) neutrino nema naboj, neutralna je čestica;

b) masa mirovanja neutrina je nula ili zanemarljiva;

c) neutrino učestvuje samo u slaboj interakciji, što se posebno manifestuje u - propadanje.

Ova svojstva čine neutrino "nevidljivim", česticu koju je teško registrovati, jer praktično ne stupa u interakciju ni sa čim. Stoga neutrino slobodno prolazi kroz opremu kojom pokušavaju da ga vide. Interakcija neutrina sa protonima i neutronima u 10 12 puta slabije od elektromagnetne sile. Cijela debljina kugle neutrina može proći bez izazivanja interakcija. Stoga se neutrini nisu mogli "uhvatiti" dugo vremena. Međutim, otkriveni su neutrini.

Nosioci interakcije. Okrenimo se trećoj vrsti elementarnih čestica, koje su odgovorne za interakciju između prethodno razmatranih čestica i od kojih se formira bilo koja tvar. Razmotrimo takve čestice. Nosioci interakcija su fotoni, gluoni i gravitoni (slika 1).

Fotoni (γ) su nosioci elektromagnetnih interakcija, njihova masa mirovanja je nula i nemaju naboj. Interakcija dvije nabijene čestice nastaje zbog razmjene fotona između njih. Imajte na umu da u elektromagnetskoj interakciji učestvuju kvarkovi, svi hadroni, nabijeni leptoni, kao i čestice odgovorne za slabu interakciju.

Gluoni [ljepak - ljepilo] (g ) su nosioci jakih interakcija. Nemaju masu i električno su neutralni. To su čestice pomoću kojih se vrši interakcija kvarkova.

Srednji bozoni(W, Z) — nosioci slabih interakcija. Imaju električni naboj q = ± e ) i imaju velike mase: m W ≈ 81 GeV, m Z ≈ 93 GeV. Međubozoni su bili teoretski predviđeni i ubrzo otkriveni, a sva predviđena svojstva poklopila su se s eksperimentalnim. Međubozone mogu emitovati i apsorbovati i kvarkovi i leptoni, pa stoga sve čestice osim fotona i gravitona učestvuju u slaboj interakciji.

Gravitoni (G) — nosioci gravitacione interakcije. Gravitoni još nisu eksperimentalno otkriveni na isti način kao gravitacijski valovi. Navodna svojstva gravitona su neutralne čestice koje nemaju masu mirovanja, sa spinom

PERIODIČNI SISTEM ELEMENTARNIH ČESTICA

Prema modernoj teoriji, postoji 17 elementarnih čestica koje čine sve poznate vrste materije i nosioci svih sila koje djeluju između čestica. Materijalne elementarne čestice (one koje sačinjavaju materiju) mogu se predstaviti kao neka vrsta „periodičnih sistema“ – tabele kvarkova i leptona (tabela 2).

tabela 2

Ovaj model uključuje 6 varijanti kvarkova i 6 leptona. Ovih 12 čestica podijeljeno je u kolone prema njihovoj elementarnih naboja. Redovi odgovaraju trima porodicama glavnih materijalnih čestica.

Glavni je prvi red, koji sadrži čestice potrebne za stvaranje atoma: u- i d Kvarkovi formiraju nukleone. Nukleoni, zauzvrat, formiraju jezgro atoma. Negativno nabijeni elektroni privlače se u jezgro i formiraju atome. Konačno, atomi formiraju molekule. Preostala četvrta čestica, elektronski neutrino, nije povezana s materijom. Neutrino igra glavnu ulogu u -raspad jezgra, kada se protoni i neutroni mogu pretvoriti jedni u druge. Dakle, prva porodica kvarkova i leptona neophodna je za postojanje svijeta kakvog ga poznajemo.

Drugi i treći red tabele su neophodni da bi se objasnila svojstva čestica koje dolaze iz svemira i nastaju na akceleratorima. Ostaje otvoreno pitanje kakvu ulogu imaju čestice u drugom i trećem redu u strukturi materije. Međutim, uz pomoć ovih elementarnih čestica objašnjavaju se sve nama poznate čestice koje postoje u Univerzumu.

Dakle, moderna teorija sugerira da u ovoj fazi razvoja fizike postoji 17 elementarnih čestica koje se mogu koristiti za objašnjenje postojanja materije od koje je stvoren Univerzum.