GRIÇIMET GJIMORE

Prezantimi

E. h. në kuptimin e saktë të këtij termi janë grimcat primare, të pazbërthyeshme, nga të cilat, sipas supozimit, përbëhet e gjithë lënda. Në konceptin e "E. h." në moderne Në fizikë gjen shprehje ideja e entiteteve primitive që përcaktojnë të gjitha vetitë e vëzhgueshme të botës materiale, një ide që lindi në fazat e hershme të formimit të shkencës natyrore dhe ka luajtur gjithmonë një rol të rëndësishëm në zhvillimin e saj.

Koncepti i "E. h." u formua në lidhje të ngushtë me vendosjen e natyrës diskrete të strukturës së materies në mikroskop. niveli. Zbulimi në kapërcyell të shekujve 19-20. bartësit më të vegjël të vetive të materies - molekulave dhe atomeve - dhe vërtetimi i faktit se molekulat janë ndërtuar nga atomet, për herë të parë bëri të mundur që të përshkruhen të gjitha substancat e vëzhguara si kombinime të një numri të kufizuar, megjithëse të madh, strukturore. komponentët - atomet. Zbulimi në të ardhmen pjesë përbërëse atomet - elektronet dhe bërthamat, vendosja e natyrës komplekse të vetë bërthamave, të cilat rezultuan se ishin ndërtuar nga vetëm dy grimca (nukleone): protone dhe neutrone, uli ndjeshëm numrin e elementeve diskrete që formojnë vetitë e materies, dhe dha arsye për të supozuar se zinxhiri i pjesëve përbërëse të materies përfundon me formacione diskrete pa strukturë - E. h. Shekulli 20 mundësia e interpretimit të e-magn. fushë si një koleksion i grimcave të veçanta - fotone - forcoi gjithashtu bindjen në korrektësinë e kësaj qasjeje.

Sidoqoftë, supozimi i deklaruar, në përgjithësi, është një ekstrapolim fakte të njohura dhe nuk mund të justifikohet në asnjë mënyrë. Është e pamundur të pohohet me siguri se grimcat që janë elementare në kuptimin e përkufizimit të mësipërm ekzistojnë. Është gjithashtu e mundur që thënia "përbëhet nga ..." në një fazë të studimit të materies do të jetë pa përmbajtje. Në këtë rast, përkufizimi "elementar" i dhënë më sipër do të duhet të braktiset. Ekzistenca e E.h. është një lloj postulati dhe verifikimi i vlefshmërisë së tij është një nga detyrat më të rëndësishme të fizikës.

Si rregull, termi "E. h." përdoret në moderne fizika jo në kuptimin e saj të saktë, por më pak rreptësisht - për të përmendur një grup të madh të grimcave më të vogla të vëzhgueshme të materies, me kusht që ato të mos jenë atome ose bërthama atomike, domethënë objekte të një natyre qëllimisht të përbërë (përjashtim është protoni - bërthama e një atomi hidrogjeni). Studimet kanë treguar se ky grup grimcash është jashtëzakonisht i gjerë. Përveç nga proton(R), neutron(n), elektron(e) dhe foton(g) përfshin: mesonet pi(p), muonet(m), tau lepton(t), neutrino tre lloje ( v e , v m , v t), të ashtuquajturat. grimca të çuditshme ( K-mezonet dhe hiperonet), grimcat e magjepsura dhe grimca të bukura (të bukura) (mezonet D- dhe B dhe ato përkatëse barionet), të ndryshme rezonancat, duke përfshirë mezonet me sharmin dhe hijeshinë e fshehur ( grimcat ncu, grimcat upsilon) dhe, së fundi, hapeni në fillim. 80-ta bozonet e ndërmjetme vektoriale (W, Z)- më shumë se 350 grimca në total, kryesisht e paqëndrueshme. Numri i grimcave të përfshira në këtë grup ndërsa zbulohen po rritet vazhdimisht dhe mund të pohohet me besim se do të vazhdojë të rritet. Natyrisht, një numër kaq i madh i grimcave nuk mund të veprojnë si përbërës elementar të materies, dhe në të vërtetë, në vitet '70. u tregua se shumica e grimcave të listuara (të gjitha mesonet dhe barionet) janë sisteme të përbëra. Grimcat e përfshira në këtë grup të fundit duhet të quhen më saktë grimca "nënbërthamore", pasi ato përfaqësojnë forma specifike të ekzistencës së materies që nuk grumbullohet në bërthama. Përdorimi i emrit "E. h." në raport me të gjitha grimcat e përmendura ka në kryesore. historia, shkakton dhe lidhet me periudhën e kërkimit (fillimi i viteve 30), kur uniteti. Përfaqësues të njohur të këtij grupi ishin protoni, neutroni, elektroni dhe grimca el-magn. fusha - foton. Atëherë, me një të drejtë të caktuar, këto grimca mund të pretendonin për rolin e E. h.

Zbulimi i mikroskopëve të rinj grimcat gradualisht shkatërruan këtë pamje të thjeshtë të strukturës së materies. Megjithatë, grimcat e sapo zbuluara në vetitë e tyre ishin në një sërë aspektesh afër katër grimcave të para të njohura: ose me protonin dhe neutronin, ose me elektronin ose me fotonin. Për sa kohë që numri i grimcave të tilla nuk ishte shumë i madh, ekzistonte besimi se të gjitha ato luajnë në fund. roli në strukturën e materies, dhe ato u përfshinë në kategorinë e E. h. Me një rritje të numrit të grimcave, ky besim duhej të braktisej, por tradicionalisht. emri "E. h." mbahen pas tyre.

Në përputhje me praktikën e vendosur, termi "E. h." do të përdoret më poshtë si emër i përgjithshëm për të gjitha grimcat më të vogla të materies. Në rastet kur bëhet fjalë për grimca që pretendojnë të jenë elementet parësoreçështje, termi "e vërtetë grimcat elementare".

Informacion i shkurtër historik

Zbulimi i E. h. ishte një rezultat i natyrshëm i suksesit të përgjithshëm në studimin e strukturës së materies, të arritur nga fizika në kon. Shekulli i 19 Ai u përgatit nga studime të hollësishme të spektrave të atomeve, studimi i elektricitetit. dukuritë në lëngje dhe gazra, zbulimi i fotoelektricitetit, rëntgen. rrezet, natyrale radioaktiviteti, që tregon ekzistencën e një strukture komplekse të materies.

Historikisht, E.h. i parë i hapur ishte një elektron - bartës i një elektrik elementar negativ. ngarkesë në atome. Në vitin 1897, J. J. Thomson (J. J. Thomson) tregoi bindshëm se i ashtuquajturi. rrezet katodike janë një rrjedhë ngarkese. grimcat, to-thekër më vonë u quajtën elektrone. Në 1911 E. Rutherford, duke kapërcyer grimcat alfa nga natyra. radioaktive burim përmes fletë metalike të hollë dec. substancave, doli në përfundimin se do të vinte. ngarkesa në atome është e përqendruar në formacione kompakte - bërthama, dhe në 1919 ai zbuloi midis grimcave të rrëzuara nga bërthamat atomike, protonet - grimcat me një njësi të vënë. ngarkesa dhe masa, 1840 herë masa e një elektroni. Një grimcë tjetër që është pjesë e bërthamës, neutroni, u zbulua në vitin 1932 nga J. Chadwick gjatë studimit të ndërveprimit të grimcave a me beriliumin. Neutroni ka një masë të afërt me atë të protonit, por nuk ka një ngarkesë elektrike. ngarkuar. Zbulimi i neutronit përfundoi identifikimin e grimcave, të cilat janë elementet strukturore të atomeve dhe bërthamave të tyre.

Përfundimi për ekzistencën e grimcave e-magn. fushë - foton - buron nga vepra e M. Planck (M. Planck, 1900). Për të marrë një përshkrim të saktë të spektrit të rrezatimit të një trupi absolutisht të zi, Planck u detyrua të pranonte se energjia e rrezatimit ndahet në të veçanta. porcione (kuante). Duke zhvilluar idenë e Planck-ut, A. Einstein sugjeroi në vitin 1905 që el-magn. rrezatimi është një rrjedhë kuantesh (fotone) dhe mbi këtë bazë shpjegohen ligjet e efektit fotoelektrik. Eksperimente të drejtpërdrejta. provat për ekzistencën e fotonit u dhanë nga R. Millikan në 1912-15 kur studioi efektin fotoelektrik dhe nga A. Compton në 1922 kur studioi shpërndarjen e g-kuanteve nga elektronet (shih. Efekti Compton).

Ideja e ekzistencës së një neutrine, një grimcë që ndërvepron vetëm dobët me materien, i përket W. Pauli (1930), i cili vuri në dukje se një hipotezë e tillë bën të mundur eliminimin e vështirësive me ligjin e ruajtjes së energjisë në proceset e zbërthimit beta të një akti radio. bërthamat. Ekzistenca e neutrinos u konfirmua eksperimentalisht në studimin e procesit të inversit beta prishje vetëm në vitin 1956 [F. Reines (F. Reines) dhe K. Cowan (S. Cowan)].

Nga vitet '30 deri në fillim 50-ta studimi i E. h. ishte i lidhur ngushtë me studimin rrezet kozmike. Në vitin 1932, si pjesë e kozmikut. u zbuluan rrezet nga K. Anderson (S. Anderson). pozitron(e +) - një grimcë me një masë elektronike, por me një pozitive, elektrike. ngarkuar. Pozitroni ishte i pari që u zbulua antigrimcë. Ekzistenca e pozitronit rrjedh drejtpërdrejt nga teoria relativiste e elektronit e zhvilluar nga P. Dirac në 1928-31 pak para zbulimit të pozitronit. Në vitin 1936, Anderson dhe S. Neddermeyer (S. Neddermeyer) gjetën në studimin e hapësirës. rrezet muone (të të dy shenjave të ngarkesës elektrike) - grimca me një masë prej rreth 200 masash të një elektroni, por përndryshe jashtëzakonisht afër tij për nga vetitë.

Në vitin 1947, edhe në hapësirë. rrezet nga grupi i S. Powell (S. Powell) u zbuluan p + - dhe p - mezonet me një masë prej 274 masash elektronike, të cilat luajnë një rol të rëndësishëm në bashkëveprimin e protoneve me neutronet në bërthama. Ekzistenca e grimcave të tilla u propozua nga H. Yukawa në 1935.

Kon. Vitet 40-fillimi 50-ta u shënuan nga zbulimi i një grupi të madh grimcash me veti të pazakonta, të quajtura. "e çuditshme". Grimcat e para të këtij grupi - mesonet K + - dhe K -, L-hiperonet - u zbuluan në hapësirë. rrezet, u bënë zbulime të mëvonshme të grimcave të çuditshme përshpejtuesit e grimcave- instalime që krijojnë flukse intensive të protoneve dhe elektroneve me energji të lartë. Kur përplasen me lëndën, protonet dhe elektronet e përshpejtuara krijojnë E. h. të reja, më pas to-thekra regjistrohen me ndihmën e detektorëve kompleksë.

Nga fillimi 50-ta përshpejtuesit janë bërë kryesore. mjet për studimin e E. h. Në vitet '90. Maks. energjitë e grimcave të përshpejtuara në përshpejtuesit arritën në qindra miliarda elektron volt (GeV), dhe procesi i rritjes së energjive vazhdon. Dëshira për të rritur energjitë e grimcave të përshpejtuara është për faktin se në këtë mënyrë hapet mundësia e studimit të strukturës së materies në distanca më të shkurtra, aq më e lartë është energjia e grimcave që përplasen, si dhe mundësia e prodhimit të gjithnjë e më shumë. grimca të rënda. Përshpejtuesit rritën ndjeshëm shkallën e marrjes së të dhënave të reja dhe në një kohë të shkurtër zgjeruan dhe pasuruan njohuritë tona për vetitë e mikrobotës.

Vënia në punë e përshpejtuesve protonikë me energji prej miliarda eV bëri të mundur zbulimin e antigrimcave të rënda: antiproton (1955), antineutron(1956), antisigmagi-peron (I960). Në vitin 1964, u zbulua grimca më e rëndë nga grupi i hiperoneve, W (me një masë prej rreth dy masash të një protoni).

Që nga vitet '60. me ndihmën e përshpejtuesve të zbuluar numër i madh grimca jashtëzakonisht të paqëndrueshme (në krahasim me të tjera të paqëndrueshme E. h.), të cilat morën emrin. rezonancat. Masat e shumicës tejkalojnë masën e një protoni. [I pari prej tyre, D (1232), i cili zbërthehet në një p-mezon dhe një nukleon, është i njohur që nga viti 1953.] Doli se rezonancat janë kryesore. pjesë e E. h.

Në vitin 1974, u zbuluan grimca psi masive (3-4 masa protonike) dhe në të njëjtën kohë relativisht të qëndrueshme, me jetëgjatësi afërsisht 10 3 herë më të gjatë se jeta tipike e rezonancave. Ata rezultuan të ishin të lidhur ngushtë me familjen e re të magjepsur E. h., përfaqësuesit e parë të së cilës (D mesons, L Me-barionet) u zbuluan në vitin 1976.

Në vitin 1977, u zbuluan grimca upsilon edhe më të rënda (rreth 10 masa protonike), si dhe grimca psi, të cilat janë anormalisht të qëndrueshme për grimcat me masa kaq të mëdha. Ata paralajmëruan ekzistencën e një familjeje tjetër të pazakontë grimcash të bukura ose të bukura. Përfaqësuesit e saj - B-mesonët - u zbuluan në 1981-83, L b-barionet - në 1992.

Në vitin 1962, u zbulua se në natyrë nuk ekziston një lloj neutrine, por të paktën dy: elektronike. v e dhe muonike v m . 1975 solli zbulimin e t-leptonit, një grimcë pothuajse 2 herë më e rëndë se një proton, por që përndryshe përsërit vetitë e një elektroni dhe një muoni. Shumë shpejt u bë e qartë se një lloj tjetër neutrinoje ishte i lidhur me të. v t.

Më në fund, në vitin 1983, gjatë eksperimenteve në përplasësin proton-antiproton (një aparat për kryerjen e rrezeve përplasëse të grimcave të përshpejtuara), u zbuluan grimcat më të rënda të njohura të elektroneve: bozonet e ndërmjetme të ngarkuara. W b (m W 80 GeV) dhe një bozon të ndërmjetëm neutral Z 0 (m Z = 91 GeV).

Kështu, në gati 100 vjet që kanë kaluar nga zbulimi i elektronit, janë zbuluar një numër i madh i mikrogrimcave të ndryshme të materies. Bota e E. h. doli të ishte mjaft e ndërlikuar. E papritur në shumë relacionet rezultuan të ishin vetitë e E. h të zbuluara Për t'i përshkruar ato, përveç karakteristikave të huazuara nga klasikja. fizika, të tilla si elektrike ngarkesa, masa, momenti këndor, u deshën shumë speciale të reja për t'u prezantuar. karakteristikat, në veçanti për të përshkruar të çuditshmen, të magjepsurin dhe të bukurën (të bukurën) E. h. çuditshmëri[TE. Nishijima (K. Nishijima), M. Gell-Mann (M. Gell-Mann), 1953], sharmin[J. Bjorken (J. Bjorken), Sh. Glashow (Sh. Glashow), 1964], Bukuria. Emrat e karakteristikave të mësipërme pasqyrojnë tashmë natyrën e pazakontë të vetive që ato përshkruajnë.

Studimi i brendshëm Që në hapat e tij të parë, evolucioni i materies dhe vetive u shoqërua me një rishikim rrënjësor të shumë koncepteve dhe ideve të vendosura. Ligjet që rregullojnë sjelljen e materies në të vogla, rezultuan të jenë kaq të ndryshme nga ligjet e klasikes. mekanikë dhe që kërkohej për përshkrimin e tyre teorik krejtësisht i ri. ndërtimet. Teori të tilla të reja ishin, para së gjithash, private (spec.) teoria e relativitetit(Ajnshtajni, 1905) dhe Mekanika kuantike(H. Bohr, L. de Broglie, W. Heisenberg, E. Schrödinger, M. Born; 1924-27). Teoria e relativitetit dhe mekanika kuantike shënuan një revolucion të vërtetë në shkencën e natyrës dhe hodhën themelet për përshkrimin e fenomeneve të mikrobotës. Megjithatë, nuk ishte e mjaftueshme për të përshkruar proceset që ndodhin me E. h. Ai mori hapin tjetër - kuantizimin e klasikes. fusha (të ashtuquajturat. kuantizimi i dytë) dhe zhvillimi teoria kuantike e fushës. Fazat më të rëndësishme në rrugën e zhvillimit të tij ishin: formulimi elektrodinamika kuantike(Dirac, 1929), teoria kuantike zbërthimi beta [E. Fermi (E. Fermi), 1934] - pararendësit e modernes. teoria fenomenologjike e ndërveprimeve të dobëta, mezodinamika kuantike (X. Yukawa, 1935). Kjo periudhë përfundoi me krijimin e një trashëgimie. llogarit. aparati i elektrodinamikës kuantike [S. Tomona-ga (S. Tomonaga), P. Feynman (R. Feynman), J. Schwinger (J. Schwinger); 1944-49], bazuar në përdorimin e teknologjisë Kjo teknikë u përgjithësua më vonë në variante të tjera të teorisë kuantike të fushës.

Një fazë thelbësore në zhvillimin e mëvonshëm të teorisë kuantike të fushës u shoqërua me zhvillimin e ideve për të ashtuquajturat. fushat e kalibrimit ose Yanga - Fushat e mullinjve(Ch. Young, P. Mills, 1954), gjë që bëri të mundur vendosjen e marrëdhënieve të pronave simetri ndërveprimet me fushat. Teoria kuantike e fushave matës është aktualisht baza për përshkrimin e ndërveprimeve të elektromagnetëve. Kjo teori ka një sërë suksesesh serioze, por është ende shumë larg plotësimit dhe nuk mund të pretendojë ende rolin e një teorie gjithëpërfshirëse të elektromagnetizmit. ristrukturimi i të gjitha ideve dhe një kuptim shumë më i thellë i marrëdhënies midis vetive të mikrogrimcave dhe vetive të hapësirë-kohës përpara se të ndërtohet një teori e tillë.

Vetitë themelore të grimcave elementare. Klasat e ndërveprimit

Të gjitha elektronet janë objekte me masa dhe madhësi jashtëzakonisht të vogla. Për shumicën e tyre, masat m janë të rendit të madhësisë së masës protonike, e barabartë me 1,6·10 -24 g (vetëm masa e elektroneve është dukshëm më e vogël: 9·10 -28 g). Madhësitë e protonit, neutronit, p- dhe K-mezoneve të përcaktuara nga përvoja janë të barabarta në rendin e madhësisë me 10 -13 cm (shih Fig. "Madhësia" e një grimce elementare). Nuk ishte e mundur të përcaktoheshin përmasat e elektronit dhe muonit, dihet vetëm se ato janë më pak se 10 -16 cm.Mikroskopik. Masat dhe dimensionet e E.h. qëndrojnë në themel të specifikës kuantike të sjelljes së tyre. karakteristike gjatësi vale, e cila duhet t'i atribuohet E.h. në teorinë kuantike (= /ts-Gjatesia e vales Kompton), të cilat janë të afërta sipas madhësisë me madhësitë tipike në të cilat zhvillohet ndërveprimi i tyre (për shembull, për p-mezonin /ts 1,4 10 -13 cm). Kjo çon në faktin se rregullsitë kuantike janë vendimtare në sjelljen e E. h.

Naib. Një veti e rëndësishme kuantike e të gjithë elektroneve është aftësia e tyre për të lindur dhe shkatërruar (emetuar dhe absorbuar) kur ato ndërveprojnë me grimcat e tjera. Në këtë drejtim, ato janë plotësisht analoge me fotonet. E. h. është specifike. kuantë të materies, më saktë - kuantë të përkatësisë fushat e fizike. Të gjitha proceset me E.h. vazhdojnë përmes një sekuence aktesh të përthithjes dhe emetimit të tyre. Vetëm mbi këtë bazë mund të kuptohet, për shembull, procesi i prodhimit të p + -mezonit në përplasjen e dy protoneve (p + pp + n + p +) ose procesin e një elektroni dhe një pozitroni, kur, për shembull, dy g-kuanta shfaqen në vend të grimcave të zhdukura (e + +e - g + g). Por edhe proceset e shpërndarjes elastike të grimcave, p.sh. e - + p- > e - + p, shoqërohen edhe me përthithjen e fillimit. grimcat dhe lindja e grimcave përfundimtare. Zbërthimi i grimcave të paqëndrueshme të elektroneve në grimca më të lehta, i shoqëruar me çlirimin e energjisë, korrespondon me të njëjtën rregullsi dhe është një proces në të cilin produktet e kalbjes lindin në momentin e vetë zbërthimit dhe nuk ekzistojnë deri në atë moment. Në këtë drejtim, zbërthimi i E.h. është i ngjashëm me zbërthimin e një atomi të ngacmuar në kryesor. gjendje dhe foton. Mund të shërbejnë shembuj të zbërthimit të grimcave të elektroneve (shenja "tildë" mbi simbolin e grimcave këtu dhe në atë që vijon korrespondon me antigrimcën).

Ndryshim. Proceset elektromagnetike me energji relativisht të ulëta [deri në 10 GeV në sistemin e qendrës së masës (c.m.)] ndryshojnë dukshëm në intensitetin e shfaqjes së tyre. Në përputhje me këtë, ndërveprimet që i gjenerojnë ato E. h. mund të ndahen fenomenologjikisht në disa. klasa: ndërveprim i fortë, bashkëveprim elektromagnetik dhe ndërveprim i dobët Të gjithë E. h. posedojnë, përveç kësaj, ndërveprimi gravitacional.

Ndërveprimi i fortë spikat si ndërveprim, një prerje është përgjegjëse për proceset me E. h., duke vazhduar me intensitetin më të madh në krahasim me proceset e tjera. Ajo çon në lidhjen më të fortë E. h. Është ndërveprimi i fortë që përcakton lidhjen e protoneve dhe neutroneve në bërthamat e atomeve dhe ofron një përjashtim. forca e këtyre formacioneve, e cila qëndron në themel të qëndrueshmërisë së materies në kushte tokësore.

El-magn. ndërveprimi karakterizohet si një ndërveprim, baza e të cilit është lidhja me e-magn. fushë. Proceset e shkaktuara prej tij janë më pak intensive se proceset e ndërveprimit të fortë, dhe lidhja E.h. e krijuar prej tij është dukshëm më e dobët. El-magn. ndërveprimi, në veçanti, është përgjegjës për proceset e emetimit të fotoneve, për lidhjen e elektroneve atomike me bërthamat dhe për lidhjen e atomeve në molekula.

Në varësi të pjesëmarrjes në lloje të caktuara ndërveprimesh, të gjitha grimcat E. të studiuara, me përjashtim të fotonit, W- dhe Z-bozonet, ndahen në dy kryesore. grupet: hadronet dhe leptonet. Hadronet karakterizohen kryesisht nga fakti se ata marrin pjesë në bashkëveprim të fortë, së bashku me ndërveprimet el-magnetike dhe të dobëta, ndërsa leptonët marrin pjesë vetëm në ndërveprimet el-magnetike dhe të dobëta. (Nënkuptohet prania e një ndërveprimi gravitacional të përbashkët për të dy grupet.) Masat e hadronit janë afër masës së protonit sipas rendit të madhësisë ( t R ) , ndonjëherë duke e tejkaluar atë disa herë. një herë; min. p-mezon ka masën midis hadroneve: t p1 / 7 m p , . Masat e leptoneve të njohura para viteve 1975-76 ishin të vogla (0.1 m p) - prej nga vjen emri i tyre. Megjithatë, të dhënat më të fundit tregojnë ekzistencën e m-leptoneve të rënda me një masë prej përafërsisht. dy masa protonike.

Hadronet janë grupi më i gjerë i njohur E. h. Ai përfshin të gjithë barionet dhe mesonet, si dhe të ashtuquajturat. rezonanca (d.m.th., shumica e 350 e. h. të përmendur). Siç u përmend tashmë, këto grimca kanë një strukturë komplekse dhe në fakt nuk mund të konsiderohen si elementare. Leptonet përfaqësohen nga tre grimca të ngarkuara (e, m, m) dhe tre grimca neutrale ( v e , v m , v t). foton, W + dhe Z 0 -bozonet së bashku formojnë një grup të rëndësishëm bozonësh matës që kryejnë transferimin e bashkëveprimit el-dobët. Elementariteti i grimcave nga këto dy grupet e fundit ende nuk është vënë në pikëpyetje seriozisht.

Karakteristikat e grimcave elementare

Çdo E.h., së bashku me specifikat e ndërveprimeve të tij të qenësishme, përshkruhet nga një grup vlerash diskrete të përcaktuara. fizike sasitë ose karakteristikat. Në një numër rastesh, këto vlera diskrete shprehen në terma të numrave të plotë ose të pjesshëm dhe një shumëzuesi të caktuar të përbashkët, një njësi matëse; këta numra referohen si numrat kuantikë E. h. dhe vendosni vetëm ato, duke lënë jashtë njësitë matëse.

Karakteristikat e përgjithshme të të gjithë masës E.h ( t), jetëgjatësia (t), rrotullimi ( J) dhe elektrike. ngarkoj ( P).

Në varësi të jetëgjatësisë t, E.h. ndahen në të qëndrueshme, pothuajse të qëndrueshme dhe të paqëndrueshme (rezonanca). E qëndrueshme, brenda saktësisë moderne. matjet janë elektroni (m > 2 · 10 22 vjet), protoni (m > 5 · 10 32 vjet), fotoni dhe të gjitha llojet e neutrinos. Grimcat kuazi-stabile përfshijnë grimcat që prishen për shkak të e-magnetit. dhe ndërveprime të dobëta. Jetëgjatësia e tyre varion nga 900 s për një neutron të lirë deri në 10 -20 s për një hiperon S 0. Rezonanca thirri. E. h., duke u shpërbërë për shkak të ndërveprimit të fortë. Jetëgjatësia e tyre karakteristike është 10 -22 -10 -24 s. Në tabelë. 1 shënohen me * dhe në vend të m jepet një vlerë më e përshtatshme: gjerësia e rezonancës Г=/т.

Spin E. h. Jështë një shumëfish numër i plotë ose gjysmë i plotë i vlerës. Në këto njësi, spin-i i p- dhe K-mezoneve është i barabartë me 0, për protonin, neutronin dhe të gjithë leptonet J= 1/2, për një foton, Wb-dhe Z-bozonet J= 1. Ka edhe grimca me një rrotullim të madh. Vlera e rrotullimit të një E.h. përcakton sjelljen e një grupi grimcash identike (identike) ose statistikat e tyre (Pauli, 1940). Grimcat e rrotullimit gjysmë të plotë binden Statistikat Fermi - Dirac(prandaj emri fermione), i cili kërkon antisimetrinë e funksionit valor të sistemit në lidhje me ndërrimin e një çifti grimcash (ose një numër tek të tillë permutacionesh) dhe, për rrjedhojë, "ndalon" dy grimca me gjysmë numër të plotë. rrotullohu për të qenë në të njëjtën gjendje ( Parimi Pauli).Grimcat e një rrotullimi të tërë binden Baza - Statistikat e Ajnshtajnit(prandaj emri bosons), i cili kërkon një funksion valor në lidhje me permutacionet e grimcave dhe lejon që çdo numër grimcash me spin të plotë të jetë në të njëjtën gjendje. Statistikore Vetitë e E. h. grimca identike.

N o t e. Grimcat janë shënuar me * në të majtë. (si rregull, rezonanca), për të cilat në vend të kohës jeta t është gjerësia Г=/t. Neutral i vërtetëgrimcat nye vendosen në mes ndërmjet grimcave dhe antigrimca. Anëtarët e një shumë izotopikeqerpikët janë të vendosur në një vijë (në ato raste, kur karakteristikat e secilit anëtar të shumëskamxhik, - me një zhvendosje të lehtë vertikale). tradhëtishenjë barazie P për antibarionet nuk tregohet, e barabartë mepor si ndryshimi i shenjave S, C, b y të të gjitha antigrimcave. Për leptonet dhe bozonet e ndërmjetme, e brendshme barazia nuk është një kuanto e saktë (e ruajtur).numër dhe për këtë arsye nuk është shënuar. Numrat në kllapa në fund të sasive fizike caktoj gabimi ekzistues në kuptimin e këtyre sasive, në lidhje me shifrat e fundit të dhëna.

Elektrike ngarkesat e E. h të studiuar (përveç) janë shumëfisha të plotë të e= 1,6 10 -19 C (4,8 10 -10 CGS), nas. ngarkesë elektrike elementare. Në të famshmen E. h. Q= 0, + 1, b2.

Përveç këtyre sasive, E. h. karakterizohen gjithashtu nga një numër numrash kuantikë, të quajtur. "të brendshme". Leptonet janë specifike. numri i leptonit (L) tre lloje: elektronike Le, e barabartë me +1 për e - dhe v e, muonike L m , e barabartë me +1 për m - dhe v m, dhe L t e barabartë me +1 për t - dhe v t .

Për hadronet L= 0, dhe ky është një tjetër manifestim i ndryshimit të tyre nga leptonët. Nga ana tjetër, kjo do të thotë një pjesë e hadroneve duhet t'i atribuohet të ashtuquajturit. numri i barionit B (|B| = I ) . Hadronet me B=+ 1 formojnë një nëngrup barionesh (ky përfshin protonin, neutronin, hiperonet; barionet e magjepsur dhe të bukur; rezonancat e barioneve) dhe hadronet me B= 0 - një nëngrup mezonesh (p-mezone, K-mesone, mesone të bukura dhe të bukura, rezonanca bosonike). Emri nëngrupet e hadroneve vijnë nga greqishtja. fjalët baruV - e rëndë dhe mEsоV - e mesme, që është në fillim. faza e kërkimit E. h. pasqyruar krahaso. masat e barioneve dhe mezoneve te njohura ne ate kohe. Të dhënat më të fundit kanë treguar se masat e barioneve dhe mezoneve janë të krahasueshme. Për leptonët B=0. Për një foton Wb- dhe Z-bozonet B= 0 dhe L= 0.

Barionet dhe mezonet e studiuara ndahen në grupet e përmendura tashmë: grimca të zakonshme (jo të çuditshme) (proton, neutron, p-mezone), grimca të çuditshme (hiperone, K-mesonë), grimca magjepsëse dhe të bukura. Kjo ndarje korrespondon me praninë e numrave kuantikë të veçantë në hadrone: çuditë S, charms C dhe charms (bukuri) b me vlera të vlefshme (modulo) 0, 1, 2, 3. Për grimcat e zakonshme S=C= b=0, për grimcat e çuditshme S 0, C= b= 0, për grimcat e magjepsura С0, b= 0, dhe për bukuroshe b O. Së bashku me këta numra kuantikë, shpesh përdoret edhe numri kuantik hiperngarkesa Y=B+S+C + b duke pasur, me sa duket, më shumë se fundam. kuptimi.

Tashmë studimet e para të hadroneve të zakonshëm zbuluan praninë midis tyre të familjeve të grimcave të afërta në masë dhe me veti shumë të ngjashme në lidhje me ndërveprimin e fortë, por me dekompozim. vlerat elektrike. ngarkuar. Protoni dhe neutroni (nukleonet) ishin shembulli i parë i një familjeje të tillë. Familje të tilla u zbuluan më vonë mes hadroneve të çuditshëm, të magjepsur dhe të bukur. E përbashkëta e vetive të grimcave të përfshira në familje të tilla është një pasqyrim i ekzistencës së së njëjtës vlerë të numrit kuantik për to - spin izotopik I, i cili, si rrotullimi i zakonshëm, merr vlera të plota dhe gjysmë të plota. Zakonisht thirren vetë familjet. multiples izotopike. Numri i grimcave në një shumëfish n lidhur me I raport n = 2I+1. Grimcat e një izotopi. multiplet ndryshojnë nga njëri-tjetri për nga vlera e izotopit "projeksion". mbrapa I 3, dhe vlerat përkatëse P jepen nga

Një karakteristikë e rëndësishme e hadroneve është barazia e brendshme P lidhur me funksionimin e hapësirave. përmbysjet: P merr vlera + 1.

Për të gjithë numrat e elektroneve me vlera jozero të të paktën njërit prej numrave kuantikë Q, L, B, S, C, b ka antigrimca me vlera të njëjta të masës t, jetëgjatësia t, rrotullim J dhe për hadronet izotopike. mbrapa I, por me shenja të kundërta të numrave kuantikë të treguar, dhe për barionet me shenjë të kundërt, ext. barazi R. Grimcat që nuk kanë antigrimca quhen. grimcat e vërteta neutrale. Hadronet vërtet neutrale kanë një të veçantë - barazia e tarifës(d.m.th., barazi në lidhje me operacionin e konjugimit të ngarkesës) C me vlerat + një; Shembuj të grimcave të tilla janë p 0 - dhe h-mezon (C=+1), r 0 - dhe f-mezon (C=-1), etj.

Numrat kuantikë të E. h. ndahen në të sakta (d.m.th., ato që lidhen me sasitë fizike që ruhen në të gjitha proceset) dhe të pasakta (për të cilat sasitë fizike përkatëse nuk ruhen në një numër procesesh). Rrotullimi J lidhet me një ligj të rreptë ruajtjeje dhe për këtë arsye është një numër i saktë kuantik. Një numër tjetër kuantik i saktë është elektrik. ngarkuar P. Brenda saktësisë së matjeve të marra, numrat kuantikë B dhe L, edhe pse nuk ka teori serioze parakushtet. Për më tepër, të vëzhguara asimetria e barionit të universit maksimumi natyrshëm mund të interpretohet duke supozuar një shkelje të ruajtjes së numrit të barionit AT(A.D. Sakharov, 1967). Sidoqoftë, qëndrueshmëria e vëzhguar e protonit është një reflektim i shkallës së lartë të saktësisë së ruajtjes. B dhe L(nuk ka prishje pe + p 0, për shembull). Nuk vërehen gjithashtu zbërthimet m - e - + g, m - m - + g, etj. Megjithatë, shumica e numrave kuantikë të hadroneve janë të pasakta. Izotopike spin-i, duke u ruajtur në ndërveprimin e fortë, nuk ruhet në e-magn. dhe ndërveprime të dobëta. Çudia, sharmi dhe sharmi ruhen në të fortë dhe el-magn. ndërveprime, por nuk ruhen në ndërveprime të dobëta. Ndërveprimi i dobët gjithashtu ndryshon ext. dhe barazinë e ngarkesës së grupit të grimcave të përfshira në proces. Barazia e kombinuar ruhet me një shkallë shumë më të madhe saktësie CP (barazi CP), megjithatë, ai gjithashtu cenohet në procese të caktuara për shkak të ndërveprimit të dobët. Arsyet e mosruajtjes pl. numrat kuantikë të hadroneve nuk janë të qarta dhe, me sa duket, janë të lidhura si me natyrën e këtyre numrave kuantikë, ashtu edhe me strukturën e thellë të ndërveprimit el-dobët.

Në tabelë. 1 tregon maksimum. grimcat e elektroneve të studiuara mirë nga grupet e leptoneve dhe hadroneve dhe numrat kuantikë të tyre. Në speciale grupi, ndahen bozonet matës. Grimcat dhe antigrimcat jepen veçmas (ndryshim P nuk indikohet për antibarionet). Grimcat e vërteta neutrale vendosen në qendër të kolonës së parë. Anëtarët e një izotopi. multiplet janë të vendosura në një rresht, ndonjëherë me një zhvendosje të lehtë (në ato raste kur jepen karakteristikat e secilit anëtar të multipletit).

Siç u përmend tashmë, grupi i leptoneve është shumë i vogël, dhe masat e grimcave janë kryesisht. i vogël. Për masat e të gjitha llojeve të neutrinos, ka kufizime mjaft strikte nga lart, por cilat janë vlerat e tyre të vërteta mbetet për t'u parë.

Kryesor një pjesë e E. h përbëhet nga hadrone. Një rritje në numrin e orëve të njohura E. në vitet 60-70. ndodhi vetëm për shkak të zgjerimit të këtij grupi. Hadronet përfaqësohen kryesisht nga rezonanca. Tërhiqet vëmendja ndaj tendencës që rrotullimi të rritet me rritjen e masës së rezonancave; është gjurmuar mirë në dif. grupet e mezoneve dhe barioneve me dhënë I, S dhe C. Duhet të theksohet gjithashtu se grimcat e çuditshme janë disi më masive se grimcat e zakonshme, grimcat magjepsëse janë më masive se ato të çuditshme dhe grimcat e bukura janë më masive se ato të magjepsura.

Klasifikimi i grimcave elementare. Modeli kuark i hadroneve

Nëse klasifikimi i bozoneve matës dhe leptoneve nuk shkakton ndonjë problem të veçantë, atëherë një numër i madh hadronesh tashmë në fillim. 50-ta ishte baza për kërkimin e modeleve në shpërndarjen e masave dhe numrave kuantikë të barioneve dhe mezoneve, të cilat mund të formonin bazën e klasifikimit të tyre. Përzgjedhja e izotopit. shumëfishat e hadronit ishte hapi i parë në këtë drejtim. Me nënën. këndvështrimi, grupimi i hadroneve në izotop. multiples pasqyron praninë e një simetrie të fortë ndërveprimi të lidhur me rrotullimi i grupit, më formalisht, me grupin unitar SU(2) - një grup transformimesh në një hapësirë ​​komplekse dy-dimensionale [shih. Simetria SU ( 2 )] . Supozohet se këto transformime funksionojnë në një mënyrë specifike. e brendshme hapësirë ​​- e ashtuquajtura. izotopike hapësirë ​​të ndryshme nga normalja. Ekzistenca e izotopit hapësira manifestohet vetëm në vetitë e vëzhgueshme të simetrisë. Në matematikë. gjuhë izotopike. multiplet janë të pakalueshëm përfaqësime në grup simetri SU (2).

Koncepti i simetrisë si një faktor që përcakton ekzistencën e dekomp. grupet dhe familjet E. h. në moderne. teoria, është dominante në klasifikimin e hadroneve dhe të tjera E. h. Supozohet se ext. numrat kuantikë E. h., duke ju lejuar të kombinoni grupe të caktuara grimcash, të lidhura me të veçanta. llojet e simetrisë që lindin për shkak të lirisë së shndërrimeve në të brendshme të veçanta. hapësirat. Nga vjen emri. "numrat kuantikë të brendshëm".

Shqyrtimi i kujdesshëm tregon se hadronet e çuditshme dhe të zakonshme së bashku formojnë lidhje më të gjera të grimcave me veti të ngjashme sesa ato izotopike. shumëfishta. Zakonisht quhen supermulti-qerpikët. Numri i grimcave të përfshira në super-shumëfishat e vëzhguara është 8 dhe 10. Nga pikëpamja e simetrisë, shfaqja e super-shumëfishave interpretohet si një manifestim i ekzistencës së një grupi simetrike në bashkëveprimin e fortë që është më i gjerë se grupi SU( 2) , përkatësisht grupi unitar SU(3) - grupet e transformimit në hapësirën komplekse tredimensionale [Gell-Man, Y. Neeman, 1961]; cm. Simetria SU (3). Simetria përkatëse quhet simetri unitare. Grupi SU(3) ka, në veçanti, paraqitje të pakalueshme me numrin e përbërësve 8 dhe 10, të cilët mund të shoqërohen me supershumëfishat e vëzhguar: një oktet dhe një dekuplet. Shembuj supershumëshe janë grupet e mëposhtme të grimcave me të njëjtat vlera JP(d.m.th. me të njëjtat çifte vlerash J dhe P):

Simetria unitare është më pak e saktë se izotopike. simetri. Prandaj, dallimi në masat e grimcave përfshirja në oktete dhe dekuplete është mjaft domethënëse. Për të njëjtën arsye, ndarja e hadroneve në supermultiplete është relativisht e lehtë për t'u kryer për grimcat elektronike me masa jo shumë të mëdha. Në masa të mëdha, kur ka shumë dallime. grimca me masa të ngjashme, kjo ndarje është më e vështirë për t'u zbatuar.

Zbulimi midis hadroneve të super-shuma të përzgjedhura të dimensioneve fikse, që korrespondojnë me raste të caktuara. përfaqësimet e grupit unitar SU(3), ishte çelësi i përfundimit më të rëndësishëm në lidhje me ekzistencën e elementeve të veçanta strukturore në hadrone - kuarket.

Hipoteza se hadronet e vëzhguara janë ndërtuar nga grimca të një natyre të pazakontë - kuarke që mbajnë rrotullim 1 / 2, që zotëronte një ndërveprim të fortë, por në të njëjtën kohë, duke mos i përkitur klasës së hadroneve, u parashtrua nga G. Zweig dhe në mënyrë të pavarur nga Gell-Mann në 1964 (shih. modelet e kuarkut). Ideja e kuarkeve u sugjerua nga Math. struktura e perfaqesimeve te grupeve unitare. Ma-ata. formalizmi hap mundësinë e përshkrimit të të gjitha paraqitjeve të grupit SU(n) (dhe, rrjedhimisht, të gjitha shumëfishat e hadronit të lidhur) bazuar në shumëzimin e paraqitjes më të thjeshtë të grupit (fundam.) që përmban n komponent. Është e nevojshme vetëm të pranohet ekzistenca e grimcave të veçanta të lidhura me këto përbërës, gjë që u bë nga Zweig dhe Gell-Mann për rastin e veçantë të grupit. SU( 3) . Këto grimca quheshin kuarkë.

Përbërja specifike e kuarkut e mesoneve dhe barioneve rrjedh nga fakti se mezonet, si rregull, përfshihen në supermultiplete me numër të grimcave të barabartë me 8, dhe barionet - 8 dhe 10. Ky model riprodhohet lehtësisht nëse supozojmë se mezonet janë të përbëra nga një kuark dhe një antikuark, simbolikisht: M=(q) , dhe barioni përbëhet nga tre kuarkë, simbolikisht: B = (qqq). Për shkak të vetive të grupit SU(3) 9 mezone zbërthehen në supershumë prej 1 dhe 8 grimcash, dhe 27 barione në supermultiplete që përmbajnë 1, 10 dhe dy herë 8 grimca, gjë që shpjegon ndarjen e vëzhguar të okteteve dhe dekupletave.

T. o., i zbuluar nga eksperimentet e viteve '60. ekzistenca e supershumëzave të përbëra nga hadrone të zakonshme dhe të çuditshme çoi në përfundimin se të gjithë këta hadrone janë ndërtuar nga 3 kuarke, të shënuar zakonisht i, d, s(Tabela 2). I gjithë grupi i fakteve të njohura në atë kohë ishte në përputhje të përsosur me këtë propozim.

Tab. 2.-Karakteristikat e kuarkeve

* Vlerësimi paraprak eksperimental.

Zbulimi i mëvonshëm i grimcave psi, dhe më pas grimcave upsilon, hadroneve të magjepsur dhe të magjepsur tregoi se tre kuarke nuk janë të mjaftueshëm për të shpjeguar vetitë e tyre dhe është e nevojshme të pranohet ekzistenca e dy llojeve të tjera të kuarkeve. c dhe b, duke mbajtur numra të rinj kuantikë: sharmi dhe bukuri. Sidoqoftë, kjo rrethanë nuk tronditi parimet themelore të modelit të kuarkut. Në veçanti, qendra u ruajt. pika e diagramit të saj të strukturës së hadroneve: M=(q), B = (qqq). Për më tepër, ishte e mundur të jepej fizikisht në bazë të supozimit të strukturës së kuarkut të grimcave psi dhe upsilon. interpretimi i vetive të tyre kryesisht të pazakonta.

Historikisht, zbulimi i grimcave psi dhe upsilon, si dhe llojeve të reja të hadroneve magjepsëse dhe të bukura, ishte një hap i rëndësishëm në konfirmimin e ideve rreth strukturës së kuarkut të të gjitha grimcave që ndërveprojnë fuqishëm. Sipas modernes teorike modele (shih më poshtë), duhet pritur ekzistenca e një më shumë - e gjashti t-kuark, i cili u zbulua në vitin 1995.

Struktura e mësipërme e kuarkut të hadroneve dhe Mat. vetitë e kuarkeve si objekte të lidhura me fundamin. përfaqësimi në grup SU(n), çojnë në numrat kuantikë të kuarkëve të mëposhtëm (Tabela 2). Tërhiqet vëmendja ndaj vlerave të pazakonta (të pjesshme) të elektricitetit. ngarkuar P, si dhe AT, të cilat nuk gjenden në asnjë prej E. h të studiuar me indeks a për çdo lloj kuarku qi (i= 1, 2, 3, 4, 5, 6) lidhet një karakteristikë e veçantë e kuarkeve - ngjyrë, që nuk e kanë hadronet e vëzhguara. Indeksi a merr vlerat 1, 2, 3, pra çdo lloj kuarku ( qi) përfaqësohet nga tre varietete q a i. Numrat kuantikë të secilit lloj kuarku nuk ndryshojnë kur ndryshon ngjyra, kështu që Tabela. 2 vlen për kuarkët e çdo ngjyre. Siç tregohet më vonë, sasitë q a (për secilin i) kur ndryshon a për sa i përket shndërrimeve të tyre. pronat duhet të konsiderohen si përbërës të fundam. përfaqësimet e një grupi tjetër SU(3), ngjyra, që vepron në një hapësirë ​​tre-dimensionale me ngjyra [shih. Simetria e ngjyrave SU(3)].

Nevoja për të futur ngjyrën rrjedh nga kërkesa e antisimetrisë së funksionit valor të sistemit të kuarkeve që formojnë barionet. Kuarkët, si grimca rrotulluese 1/2, duhet t'i binden statistikave të Fermi-Dirakut. Ndërkohë, ka barione të përbëra nga tre kuarkë identikë me të njëjtin orientim rrotullimi: D ++ (), W - (), të cilët janë qartësisht simetrikë në lidhje me permutacionet e kuarkeve, nëse këta të fundit nuk kanë një komplement. shkalla e lirisë. Një shtesë e tillë. shkalla e lirisë është ngjyra. Duke pasur parasysh ngjyrën, antisimetria e kërkuar rikthehet lehtësisht. Funksionet e rafinuara të përbërjes strukturore të mesoneve dhe barioneve duken kështu:

ku e abg është tensori plotësisht antisimetrik ( Simboli Levi-chi-vita)(1/ 1/ - faktorët e normalizimit). Është e rëndësishme të theksohet se as mesonet dhe as barionet nuk mbajnë indekse ngjyrash (pa ngjyrë) dhe janë, siç thuhet ndonjëherë, grimca "të bardha".

Në tabelë. 2 tregon vetëm masat "efektive" të kuarkut. Kjo për faktin se kuarkët në gjendje të lirë, megjithë kërkimet e shumta të kujdesshme për ta, nuk janë vërejtur. Kjo, meqë ra fjala, zbulon një veçori tjetër të kuarkut si grimca të një natyre krejtësisht të re, të pazakontë. Prandaj, nuk ka të dhëna të drejtpërdrejta për masat e kuarkut. Ekzistojnë vetëm vlerësime indirekte të masave të kuarkeve, të cilat mund të nxirren nga zbërthimi i tyre. manifestimet dinamike në karakteristikat e hadroneve (përfshirë masat e këtyre të fundit), si dhe në dekomp. proceset që ndodhin me hadronet (prishjet, etj.). Për masë t-kuark jepet një eksperiment paraprak. gradë.

E gjithë shumëllojshmëria e hadroneve lind për shkak të dekompozimit. kombinime i-, d-, s-, s- dhe b-kuarke që formojnë gjendje të lidhura. Hadronet e zakonshëm korrespondojnë me gjendjet e lidhura të ndërtuara vetëm nga dhe- dhe d- kuarke [për mesonet me pjesëmarrjen e mundshme të kombinimeve ( s.), (Me) dhe ( b)]. Prania në gjendjen e lidhur, së bashku me u- dhe d- kuarkë, një s-, me- ose b-kuark do të thotë që hadroni përkatës është i çuditshëm ( S= - 1), i magjepsur (C= + 1) ose i adhurueshëm ( b= - 1). Një barion mund të përbëhet nga dy ose tre s-kuark (përkatësisht Me- dhe b-kuark), d.m.th., dy dhe tre herë barionë të çuditshëm (të magjepsur, të bukur) janë të mundshëm. Lejohen edhe kombinime. numrat s- dhe Me-, b-kuarke (sidomos në barione), të cilat korrespondojnë me forma "hibride" të hadroneve (çuditërisht simpatik, çuditërisht simpatik). Natyrisht, aq më shumë s-, me- ose b-Kuarku përmban një hadron, aq më masiv është ai. Nëse krahasojmë gjendjet bazë (të pangacmuara) të hadroneve, kjo është pikërisht fotografia që vërehet (Tabela 1).

Meqenëse rrotullimi i kuarkeve është 1 / 2, struktura e mësipërme e kuarkut të hadroneve ka si pasojë një rrotullim me numër të plotë për mezonet dhe një rrotullim gjysmë të plotë për barionet, në përputhje të plotë me eksperimentin. Në këtë rast, në gjendjet që korrespondojnë me momentin orbital l=0, veçanërisht në pjesën kryesore. shprehet, vlerat e rrotullimit të mezonit duhet të jenë 0 ose 1 (për orientimin antiparalel dhe paralel të rrotullimeve të kuarkut), dhe rrotullimi i barioneve: 1 / 2 ose 3/2 (për konfigurimin e rrotullimit dhe ). Duke pasur parasysh se e brendshme barazia e sistemit kuark-antikuark është negative, vlerat JP për mesonet në l= 0 janë të barabarta me 0 - dhe 1 -, për barionet: 1/2 + dhe 3/2 +. Janë këto vlera që vërehen për hadronet që kanë masën më të vogël në vlerat e dhëna I dhe S, NGA, b.

Sa për ilustrim, në tabelë. 3 dhe 4 tregojnë përbërjen e kuarkut të mezoneve me JP= 0 - dhe barionet J P = 1 / 2 + (Përmbledhja e nevojshme mbi ngjyrat e kuarkut supozohet kudo).

Tab. 3.- Përbërja kuarke e mezoneve të studiuara Me JP=0 - ()

Tab. 4.- Përbërja kuarke e barioneve të studiuara Me JP= 1/2 + ()

Shënim. Simboli () do të thotë simetrizim në lidhje me grimca të ndryshueshme; simbol - antisimetrizim.

T. o., modeli i kuarkut të natyrës. mënyra shpjegon origjinën e kryesore. grupet e hadroneve dhe numrat kuantikë të vëzhguar të tyre. Një shqyrtim dinamik më i detajuar na lejon gjithashtu të nxjerrim një sërë përfundimesh të dobishme në lidhje me ndërlidhjen e masave brenda dhjetorit. familjet e hadroneve.

Duke përcjellë saktë specifikat e hadroneve me masat dhe rrotullimet më të vogla, modeli i kuarkut të natyrës. shpjegon në një farë mënyre numrin total të madh të hadroneve dhe mbizotërimin e rezonancave midis tyre. Shumësia e hadroneve është një pasqyrim i strukturës së tyre komplekse dhe mundësisë së ekzistencës së dekompozuar. gjendjet e ngacmuara të sistemeve të kuarkut. Të gjitha gjendjet e ngacmuara të sistemeve të kuarkut janë të paqëndrueshme në lidhje me tranzicionet e shpejta për shkak të ndërveprimit të fortë me gjendjet themelore. Ato formojnë bazën. disa nga rezonancat. Një pjesë e vogël e rezonancave janë gjithashtu sisteme kuarke me rrotullime paralele (me përjashtim të W -). Konfigurimet e kuarkut me orientim antiparalel të rrotullimeve të lidhura me kryesoren. gjendjet, formojnë hadrone thuajse të qëndrueshme dhe një proton të qëndrueshëm.

Ngacmimet e sistemeve të kuarkut ndodhin si për shkak të një ndryshimi në rrotullim. lëvizja e kuarkeve (ngacmimet orbitale), dhe për shkak të ndryshimeve në hapësirat e tyre. vendndodhja (ngacmimet radiale). Në rastin e parë, një rritje në masën e sistemit shoqërohet me një ndryshim në rrotullimin total J dhe barazi P sistemi, në rastin e dytë, rritja e masës ndodh pa ndryshuar JP .

Gjatë formulimit të modelit të kuarkut, kuarkët u konsideruan si hipotetikë. elemente strukturore që hapin mundësinë e një përshkrimi shumë të përshtatshëm të hadroneve. Në vitet që pasuan, u kryen eksperimente të cilat bënë të mundur që të flitej për kuarkët si formacione reale materiale brenda hadroneve. E para ishin eksperimentet mbi shpërndarjen e elektroneve nga nukleonet në kënde shumë të mëdha. Këto eksperimente (1968), të kujtojnë klasiken. Eksperimentet e Radhërfordit mbi shpërndarjen e grimcave a nga atomet zbuluan praninë e ngarkesave pika brenda nukleonit. formacionet (shih Partonët Krahasimi i të dhënave të këtyre eksperimenteve me të dhëna të ngjashme mbi shpërndarjen e neutrineve nga nukleonet (1973-75) bëri të mundur nxjerrjen e një përfundimi rreth kf. madhësia e katrorit të elektrike ngarkesa e këtyre formacioneve pikë. Rezultati ishte afër vlerave të pritshme të pjesshme (2/3) 2 e 2 dhe (1/3) 2 e 2. Studimi i procesit të prodhimit të hadronit gjatë asgjësimit të një elektroni dhe një pozitroni, i cili me sa duket kalon nëpër fazat e mëposhtme:

tregoi praninë e dy grupeve të hadroneve, të ashtuquajturat. avionët (shih Avion hadron), i lidhur gjenetikisht me secilin nga kuarkët që rezultojnë, dhe bëri të mundur përcaktimin e rrotullimit të kuarkut. Doli të ishte e barabartë me 1/2. Numri total i hadroneve të prodhuara në këtë proces tregon gjithashtu se në gjendjen e ndërmjetme çdo lloj kuarku përfaqësohet nga tre varietete, d.m.th., kuarkët janë trengjyrësh.

T. o., numrat kuantikë të kuarkeve, të dhëna në bazë të teorisë. konsiderata, mori një eksperiment gjithëpërfshirës. konfirmimin. Kuarkët në fakt kanë fituar statusin e grimcave të reja E. dhe janë pretendentë seriozë për rolin e grimcave të vërteta E. për format e materies që ndërveprojnë fort. Numri i llojeve të njohura të kuarkeve është i vogël. Deri në gjatësi<=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.

Kuarkët ndryshojnë nga të gjitha valët e tjera elektromagnetike në atë që ata me sa duket nuk ekzistojnë në një gjendje të lirë, megjithëse ka prova të qarta për ekzistencën e tyre në një gjendje të lidhur. Kjo veçori e kuarkeve ka shumë të ngjarë të lidhet me specifikat e ndërveprimit të tyre, të krijuar nga shkëmbimi i grimcave të veçanta - gluonet, duke çuar në faktin se forcat e tërheqjes midis tyre nuk dobësohen me distancën. Si pasojë, kërkohet energji e pafundme për të ndarë kuarket nga njëri-tjetri, gjë që është padyshim e pamundur (teoria e të ashtuquajturit mbyllje ose kapje e kuarkeve; shih më poshtë). Ruajtja e ngjyrave Në realitet, kur përpiqemi të ndajmë kuarket nga njëri-tjetri, ndodh formimi i një komplementi. hadronet (i ashtuquajturi hadronizimi i kuarkeve). Pamundësia e vëzhgimit të kuarkeve në gjendje të lirë i bën ata një lloj krejtësisht të ri të njësive strukturore të materies. Nuk është e qartë, për shembull, nëse është e mundur në këtë rast të shtrohet pyetja e pjesëve përbërëse të kuarkut dhe nëse në këtë mënyrë ndërpritet sekuenca e përbërësve strukturorë të materies. Të gjitha sa më sipër çojnë në përfundimin se kuarkët, së bashku me leptonët dhe bozonët matës, të cilët gjithashtu nuk kanë shenja të dukshme të strukturës, formojnë një grup E. h., i cili ka arsyen më të madhe për të pretenduar rolin e E-së së vërtetë. h.

Grimcat elementare dhe teoria kuantike e fushës. Modeli standard i ndërveprimit

Për të përshkruar vetitë dhe ndërveprimet e E.h. në moderne. teoria e qenieve. Ajo që ka rëndësi është koncepti i një fushe fizike, e cila i caktohet secilës grimcë. Fusha është specifike. forma e materies e shpërndarë në hapësirë; ai përshkruhet nga një f-tion, i dhënë në të gjitha pikat e hapësirë-kohës dhe që ka një të caktuar. transformator vetitë në lidhje me transformimet Grupi Lorenz(skalar, spinor, vektor, etj.) dhe grupe "të brendshme". simetritë (skalar izotopik, spinor izotopik etj.). El-magn. një fushë që ka vetitë e një vektori katërdimensional A m ( x)(m= 1, 2, 3, 4) - historikisht shembulli i parë i fizikës. fusha. Fushat e lidhura me E.h. janë të një natyre kuantike, d.m.th., energjia dhe momenti i tyre përbëhen nga një grup fushash të veçanta. porcionet - kuantet, dhe energjia totale e k dhe vrulli p k kuantike janë të lidhura me raportin e të veçantave. relativiteti: e 2 k =p 2 k s 2 + t 2 Me katër. Çdo kuant i tillë është një E. h. me një masë t, me një energji të dhënë e k dhe vrulli p k. kuanta e-magn. fushat janë fotone, kuantet e fushave të tjera korrespondojnë me të gjitha temat e tjera të njohura E. h. Ma. Aparati i teorisë kuantike të fushës (QFT) bën të mundur përshkrimin e lindjes dhe asgjësimit të një grimce në çdo pikë hapësirë-kohore.

Transformoni. vetitë e fushës përcaktojnë kryesore. numrat kuantikë të njësive elektrokimike Vetitë e transformimit në lidhje me transformimet e grupit të Lorencit përcaktojnë rrotullimin e grimcave: një skalar korrespondon me një rrotullim J= 0, spinor- rrotullim J= 1 / 2 , vektor - rrotullim J= 1 etj. Transformoni. vetitë e fushave në lidhje me transformimet "të brendshme". hapësirat ("hapësira e ngarkesës", "hapësira izotopike", "hapësirë ​​unitare", "hapësirë ​​ngjyra") përcaktojnë ekzistencën e numrave kuantikë si L, B, I, S, NGA, b, një për kuarkët dhe gluonet gjithashtu ngjyrat. Futja e "int." hapësirat në aparatin e teorisë është ende një teknikë thjesht formale, e cila megjithatë mund të shërbejë si një tregues se dimensioni i fizik. hapësirë-kohë, e cila pasqyrohet në vetitë e E. h., në fakt është më shumë se katër - d.m.th. më shumë se dimensioni i hapësirë-kohës, karakteristik për të gjitha makroskopike. fizike proceset.

Masa e E. h. nuk lidhet drejtpërdrejt me transformimin. vetitë e fushës. Kjo është karakteristika e tyre shtesë, origjina e së cilës nuk është kuptuar plotësisht.

Për të përshkruar proceset që ndodhin me E.h., QFT përdor Formalizmi Lagranzhian.AT Lagranzhianët, e ndërtuar nga fushat e përfshira në bashkëveprimin e grimcave, përmban të gjithë informacionin në lidhje me vetitë e grimcave dhe dinamikën e sjelljes së tyre. Lagranzhi përfshin dy Ch. termat: Lagranzhian, që përshkruan sjelljen e fushave të lira, dhe Lagranzhian i ndërveprimit, që pasqyron marrëdhënien decomp. fushat dhe mundësia e konvertimit të E. h. Njohja e formës së saktë lejon, në parim, përdorimin e aparatit matricat e shpërndarjes (S-matricat), llogaritni probabilitetet e kalimeve nga grupi fillestar i grimcave në një grup të caktuar të fundëm grimcash, që ndodhin nën ndikimin e ndërveprimit që ekziston midis tyre. Kështu, ngritja e një strukture që hap mundësinë e sasive. përshkrimet e proceseve me E. h., është një nga qendra. detyrat e KTP-së.

Krijesat. përparimi në zgjidhjen e këtij problemi u arrit në vitet 50-70. bazuar në zhvillimin e idesë së fushave të matësve vektorial të formuluar në veprën e përmendur tashmë të Yang dhe Mills. Nisur nga pozicioni i njohur se çdo ligj ruajtjeje i vëzhguar eksperimentalisht shoqërohet me pandryshueshmërinë e Lagranzhit që përshkruan sistemin në lidhje me transformimet e një grupi të caktuar simetrie ( Asnjë teoremë), Yang dhe Mills kërkuan që kjo pandryshueshmëri të plotësohej në nivel lokal, d.m.th., të ndodhte për një varësi arbitrare të transformimeve nga një pikë në hapësirë-kohë. Doli se përmbushja e kësaj kërkese, e cila lidhet fizikisht me faktin se ndërveprimi nuk mund të transmetohet menjëherë nga pika në pikë, është e mundur vetëm me futjen e një Lagranzhi të veçantë në strukturë. fushat matës të natyrës vektoriale, përkufizim. duke u shndërruar nën shndërrime të grupit të simetrisë. Për më tepër, strukturat e Lagranzhit të lirë doli të ishin të lidhura ngushtë në këtë qasje: njohuri në mjete. masa e paracaktoi formën

Kjo rrethanë e fundit është për faktin se kërkesa e lokale invarianca e matësit mund të plotësohet vetëm nëse në të gjitha derivatet që veprojnë në fushat e lira në , zëvendësimi Këtu g- konstanta e ndërveprimit; V a m - fushat e kalibrimit; T a - gjeneratorët e grupit të simetrisë në paraqitjen e matricës që korrespondon me fushën e lirë; r- madhësia e grupit.

Në bazë të asaj që është thënë në Lagranzhianin e modifikuar, lindin automatikisht terma të përcaktuar rreptësisht. strukturat që përshkruajnë ndërveprimin e fushave të përfshira fillimisht me fushat e matësit të sapo futur. Në këtë rast, fushat e matësit luajnë rolin e bartësve të ndërveprimit midis fushave fillestare. Natyrisht, meqenëse fusha të reja matës janë shfaqur në Lagranzhian, Lagranzhi i lirë duhet të plotësohet me një term të lidhur me to dhe t'i nënshtrohet procedurës së modifikimit të përshkruar më sipër. Nëse pandryshueshmëria e matësit respektohet rreptësisht, fushat e matësit korrespondojnë me bozonet me masë zero. Kur prishet simetria, masa e bozoneve është jozero.

Në këtë qasje, detyra për të ndërtuar një Lagranzhian që pasqyron dinamikën e fushave ndërvepruese reduktohet në thelb në përzgjedhjen e saktë të sistemit të fushave që përbëjnë Lagranzhin fillestar të lirë dhe fiksimin e formës së tij. Kjo e fundit, megjithatë, për vetitë e dhëna të transformimit në lidhje me grupin Lorentz, përcaktohet në mënyrë unike nga kërkesa e pandryshueshmërisë relativiste dhe kërkesa e dukshme që të ndodhin vetëm strukturat që janë kuadratike në fusha.

Kështu, gjëja kryesore për përshkrimin e dinamikës është çështja e zgjedhjes së një sistemi të fushave parësore që formojnë, d.m.th., në fakt, të gjithë të njëjtën qendër. Pyetja e fizikës E. h.: "Cilat grimca (dhe, në përputhje me rrethanat, fusha) duhet të konsiderohen më themelore (elementare) në përshkrimin e grimcave të vëzhguara të materies?".

Moderne teoria, siç u përmend tashmë, veçon si grimca të tilla grimcat pa strukturë me spin 1/2: kuarkët dhe leptonet. Një zgjedhje e tillë bën të mundur, duke u mbështetur në parimin e pandryshueshmërisë së matësit lokal, të ndërtohet një skemë shumë e suksesshme për përshkrimin e ndërveprimeve të forta dhe elektrike të dobëta të një grimce elektrike, e cila ka marrë emrin. MODELI STANDARD.

Modeli rrjedh kryesisht nga supozimi se ndërveprimi i fortë ka një simetri të saktë SUc(3), që korrespondon me transformimet në hapësirën tre-dimensionale "ngjyra". Supozohet se kuarkët janë transformuar në aspektin themelor. përfaqësimi në grup SUc(3). Plotësimi i kërkesës së pandryshueshmërisë së matësit lokal për kuarkun Lagranzhian çon në shfaqjen në strukturën e teorisë së tetë bozoneve matës pa masë, të quajtur gluone, që ndërveprojnë me kuarkët (dhe me njëri-tjetrin) të përcaktuar rreptësisht. mënyrë (Fritzsch dhe Göll-Man, 1972). U quajt skema për përshkrimin e ndërveprimit të fortë të zhvilluar mbi këtë bazë. kromodinamika kuantike. Korrektësia e parashikimeve të saj është konfirmuar nga shumë njerëz. eksperimente, duke përfshirë dëshmi bindëse të ekzistencës së gluoneve. Ka gjithashtu arsye serioze për të besuar se aparati i kromodinamikës kuantike përmban një shpjegim për fenomenin e izolimit.

Në ndërtimin e teorisë së bashkëveprimit të dobët, u përdor fakti se ekzistenca e çifteve leptonësh me të njëjtin numër lepton ( L e, L v, L t), por me elektrike të ndryshme. tarifë (e - , v e; m - , v m t - , v m) mund të interpretohet si një manifestim i simetrisë që lidhet me grupin e të ashtuquajturve. isospin e dobët SU cl (2), dhe konsiderojini vetë çiftet si paraqitje spinore (dyshe) të këtij grupi. Një interpretim i ngjashëm është i mundur për çiftet e kuarkeve që marrin pjesë në bashkëveprimin e dobët. Vëmë re se, në kuadër të kësaj skeme, ndërveprimi i dobët me pjesëmarrjen e një kuarku b domosdo të çon në përfundimin se ka një kuark partner izotop t, që përbën një çift ( t, b). Izolimi nga ndërveprimi i dobët def. heliciteti(majtas) fermionet që marrin pjesë në të mund të konsiderohen gjithashtu si një manifestim i ekzistencës së simetrisë U cl (1) i shoqëruar me një hiperngarkesë të dobët Y sl. Në këtë rast, fermionëve të majtë dhe të djathtë duhet t'u caktohen vlera të ndryshme të hiperkarikimit Y cl, dhe fermionet e djathta duhet të konsiderohen si skalarë izotopikë. Në konstruksionin e miratuar, lidhja lind natyrshëm P = I 3 cl + 1/2 Y cl, të cilën e kemi takuar tashmë me hadrone.

Kështu, një analizë e kujdesshme e ndërveprimit el-dobët të leptonëve dhe kuarkeve bën të mundur të zbulohet se ata kanë një simetri (megjithatë, dukshëm të thyer) që korrespondon me grupin. SU sl (2) U cl ( 1) . Nëse shpërfillim shkeljen e kësaj simetrie dhe përdorim kushtin e rreptë të pandryshueshmërisë së matësit lokal, atëherë lind një teori e bashkëveprimit të dobët të kuarkut dhe leptonit, në të cilin shfaqen katër bozone pa masë (dy të ngarkuar dhe dy neutralë) dhe dy konstante ndërveprimi që korrespondojnë me grupet SU sl (2) dhe U sl (1). Në këtë teori, termat e Lagranzhit korrespondojnë me ndërveprimin me ngarkesën. bozonët riprodhojnë saktë strukturën e njohur rryma të ngarkuara, por nuk japin veprimin me rreze të shkurtër të vërejtur në procese të dobëta, gjë që nuk është për t'u habitur, pasi masa zero e bozoneve të ndërmjetme çon në veprim me rreze të gjatë. Nga kjo rrjedh vetëm në mënyrë realiste. teoritë e bashkëveprimit të dobët të masës së bozoneve të ndërmjetme duhet të jenë të fundme. Kjo është edhe në përputhje me faktin se simetria është prishur SU sl (2) U sl (1).

Megjithatë, një futje e drejtpërdrejtë e masave të fundme të bozoneve të ndërmjetme në Lagranzhin e ndërtuar në mënyrën e përshkruar më sipër është e pamundur, pasi bie në kundërshtim me kërkesën e pandryshueshmërisë së matësit lokal. Ishte e mundur të merrej parasysh thyerja e simetrisë në një mënyrë të qëndrueshme dhe të arrihej shfaqja e bozoneve të ndërmjetme në teorinë e masave të fundme duke përdorur supozimin e rëndësishëm për ekzistencën në natyrë të fushave speciale skalare F ( Fushat e Higgs), duke ndërvepruar me fushat fermionike dhe matës dhe duke pasur një vetë-ndërveprim specifik që çon në fenomenin thyerja spontane e simetrisë[P. Higgs (P. Higgs), 1964]. Futja e një dyshe (sipas grupit të dobët isospin) të fushave Higgs në teorinë Lagrangian në versionin më të thjeshtë çon në kalimin e të gjithë sistemit të fushave në një gjendje të re vakum me energji më të ulët që korrespondon me simetrinë e thyer. Nëse fillimisht mesatarja e vakumit nga fusha F ishte e barabartë me zero<Ф>0 = 0, pastaj në gjendjen e re<Ф>0 = Ф 0 0. Thyerja e simetrisë dhe shfaqja e F 0 fundore në teori çon në Mekanizmi Higgs ndaj masës së ngarkesës që nuk zhduket. bozonet e ndërmjetme W + dhe tek ndodhja e përzierjes (kombinimi linear) i dy bozoneve neutrale që shfaqen në teori. Si rezultat i përzierjes, ekziston një e-mag pa masë. Fusha që ndërvepron me e-magn. rryma e kuarkeve dhe leptoneve, dhe fusha e një bozon masiv neutral Z 0 duke bashkëvepruar me rrymë neutrale strukturë e përcaktuar rreptësisht. Parametri i përzierjes (këndi) ( Këndi i Weinberg) i bozoneve neutrale në këtë skemë jepet nga raporti i konstantave të bashkëveprimit në grup U sl(l) dhe SU sl (2) : tgq W=g"/g. I njëjti parametër përcakton lidhjen e masave mW dhe m Z (m Z = m W / cosq W) dhe lidhjen elektrike. ngarkuar e s konstante e grupit të dobët të isospinit g: e = g sinq W. Zbulimi në 1973 në studimin e shpërndarjes së neutrinos të rrymave të dobëta neutrale të parashikuara nga skema e përshkruar më sipër dhe zbulimi pasues në 1983 W- dhe Z-bozonet me masa prej 80 GeV dhe 91 GeV, respektivisht, konfirmuan shkëlqyeshëm të gjithë konceptin e një përshkrimi të unifikuar të e-magn. dhe ndërveprime të dobëta. Eksperimentoni. përcaktimi i vlerës së sin 2 q W= 0.23 tregoi se konstantja g dhe elektrike ngarkuar e afër përmasave. U bë e qartë se "dobësia" e ndërveprimit të dobët në energjitë dukshëm më të ulëta se mW dhe mZ, në pjesën kryesore për shkak të masës së madhe të bozoneve të ndërmjetme. Në të vërtetë, konstanta e teorisë fenomenologjike me katër fermione të ndërveprimit të dobët Fermi G F në skemën e mësipërme është e barabartë me G F =g 2 /8m 2 W. Kjo do të thotë se eff. konstante e dobët e ndërveprimit në energji në sek. c. m. ~t fështë e barabartë me G F m f 2 10 -5, dhe katrori i tij është afër 10 -10, d.m.th. në vlerën e dhënë më sipër. Me energji në c.m., të mëdha ose të rendit mW, i vetmi parametër që karakterizon ndërveprimin e dobët është sasia g 2 / 4p ose e 2 / 4p, d.m.th. i dobët dhe e-mag. ndërveprimet bëhen të krahasueshme në intensitet dhe duhet të konsiderohen së bashku.

Ndërtimi i një përshkrimi të unifikuar të e-magn. dhe ndërveprimet e dobëta është një arritje e rëndësishme në teorinë e fushave matës, e krahasueshme për nga rëndësia me zhvillimin nga Maxwell në kon. Shekulli i 19 teoria e unifikuar e e-magn. dukuritë. Sasi. Parashikimet e teorisë së ndërveprimit el-dobët u justifikuan në të gjitha matjet e kryera me një saktësi prej 1%. Një fizik i rëndësishëm pasojë e këtij konstruksioni është konkluzioni për ekzistencën në natyrë të një grimce të tipit të ri - neutral Bozon Higgs. Ne fillim 90-ta asnjë grimcë e tillë nuk është gjetur. Kërkimet e kryera kanë treguar se masa e tij i kalon 60 GeV. Megjithatë, teoria nuk jep një parashikim të saktë për masën e bozonit Higgs. Mund të pohohet vetëm se vlera e masës së tij nuk kalon 1 TeV. Vlerat e vlerësuara të masës së kësaj grimce shtrihen në intervalin 300-400 GeV.

Pra, "modeli standard" zgjedh si fond-dames. grimcat tre palë kuarke ( dhe, d)(Me, s) (t, b) dhe tre palë leptone ( v e, e -)(v m , m -) ( v t, t -), zakonisht grupohen sipas masave të tyre në familje (ose breza) si më poshtë:

dhe postulon se ndërveprimet e tyre plotësojnë simetrinë SU sl (3) SU sl (2) U sl(l). Si pasojë, merret një teori në të cilën bartës të bashkëveprimit janë bozonet matës: gluonet, fotoni, Wb dhe Z. Dhe megjithëse "modeli standard" përballon me shumë sukses përshkrimin e të gjitha fakteve të njohura që lidhen me E.ch., megjithatë, ka shumë të ngjarë, është një fazë e ndërmjetme në ndërtimin e një teorie më të përsosur dhe gjithëpërfshirëse të E. ch. Në strukturën e "modelit standard" ka ende mjaft parametra arbitrare, të përcaktuar empirikisht (vlerat e masave të kuarkeve dhe leptoneve, vlerat e konstantave të ndërveprimit, këndet e përzierjes, etj.). Numri i gjeneratave të fermioneve në model gjithashtu nuk është përcaktuar. Deri më tani, eksperimenti pohon me besim vetëm se numri i gjeneratave nuk i kalon tre, nëse nuk ka neutrino të rënda me masa disa herë në natyrë. dhjetra GeV.

Nga pikëpamja e vetive të simetrisë së ndërveprimeve, do të ishte më e natyrshme të pritej që në teorinë gjithëpërfshirëse të E.ch. në vend të prodhimit të drejtpërdrejtë të grupeve të simetrisë, do të shfaqet një grup simetrie G me një konstante ndërveprimi që i korrespondon asaj. Grupet e simetrisë së "modelit standard" në këtë rast mund të interpretohen si produkte të reduktimit të një grupi të madh kur simetria e lidhur me të prishet. Në këtë mënyrë, në parim, mund të lindte mundësia e një Unifikimi të Madh të ndërveprimeve. Vetia e ndryshimit me efektin e energjisë mund të shërbejë si bazë formale për një bashkim të tillë. konstantet e ndërveprimit të fushave matës gi 2/4p = a i (i=1, 2, 3), e cila lind kur merren parasysh rendet më të larta të teorisë (të ashtuquajturat konstante të drejtimit). Në këtë rast, konstanta a 1 shoqërohet me grupin U(I); a 2 - me një grup SU( 2); a 3 - me një grup SU( 3) . Ndryshimet e përmendura shumë të ngadalta (logaritmike) përshkruhen me shprehjen

duke lidhur vlerat e eff. konstante a une jam) dhe a i(m) në dy vlera të ndryshme të energjisë: M dhe m( M > m). Natyra e këtyre ndryshimeve është e ndryshme për decomp. grupet e simetrisë (dhe, rrjedhimisht, ndërveprimet e ndryshme) dhe jepet nga koeficientët b i, të cilat përfshijnë informacione si për strukturën e grupeve të simetrisë ashtu edhe për grimcat që marrin pjesë në bashkëveprim. Sepse b 1 , b 2 dhe b 3 janë të ndryshme, është e mundur që, pavarësisht ndryshimeve të dukshme në vlerat e a i-1 (m) në energjitë e hulumtuara m, në energji shumë të larta M të tre vlerat a i -1 (M) do të përkojë, d.m.th., do të realizohet Unifikimi i Madh i Ndërveprimeve. Megjithatë, analiza e kujdesshme tregoi se brenda kornizës së modelit standard, duke përdorur vlerat e njohura të a i-1 (m), përputhen me të tre vlerat e a i -1 (M) për disa të mëdha M e pamundur, d.m.th. varianti i teorisë me Unifikimin e Madh nuk është i realizueshëm në këtë model. Në të njëjtën kohë, u konstatua se në skema të ndryshme nga modeli standard, me një përbërje të modifikuar të kryesore (fond.) fusha ose grimca, bashkimi i madh mund të bëhet. Ndryshimet në përbërjen e kryesore grimcat çojnë në ndryshime në vlerat e koeficientëve " b i"dhe kështu të sigurojë mundësinë e përputhjes a i (M) për të mëdha M.

Ideja udhëzuese kur zgjidhni një përbërje të modifikuar të kryesore. teoria e grimcave ishte ideja e ekzistencës së mundshme në botën e E.h. supersimetri, i cili përcakton përkufizimin. marrëdhëniet midis grimcave të rrotullimit me numër të plotë dhe gjysmë të plotë që shfaqen në teori. Për të përmbushur kërkesat e supersimetrisë, p.sh. në rastin e modelit standard, çdo grimce duhet t'i caktohet një grimcë me një rrotullim të zhvendosur me 1/2 - Për më tepër, në rastin e supersimetrisë së saktë, të gjitha këto grimca duhet të kenë të njëjtën masë. Kështu, kuarkët dhe leptonet e spinit 1/2 duhet të lidhen me partnerët e tyre supersimetrik (superpartnerët) me spin zero, të gjithë bozonet matës me spin 1 duhet të lidhen me superpartnerët e tyre me spin 1/2 dhe bozoni Higgs me spin zero duhet të shoqërohet me një superpartner me rrotullim 1/2. Meqenëse superpartnerët e kuarkeve, leptoneve dhe bozoneve matës nuk vërehen padyshim në rajonin energjetik të studiuar, supersimetria, nëse ekziston, duhet të thyhet dukshëm, dhe masat e superpartnerëve duhet të kenë vlera që tejkalojnë ndjeshëm masat e fermioneve dhe bozoneve të njohura. .

Një shprehje konsistente e kërkesës së supersimetrisë gjendet në modelin minimal supersimetrik (MCCM), në të cilin, përveç ndryshimeve të listuara tashmë në përbërjen e grimcave të modelit standard, numri i bozoneve Higgs rritet në pesë (dy prej tyre janë të ngarkuara dhe tre janë grimca neutrale). Prandaj, pesë superpartnerët e bozoneve Higgs me rrotullim 1/2 shfaqen në modelin - MCCM - përgjithësimi më i thjeshtë i Modelit Standard në rastin e supersimetrisë. Kuptimi M, për të cilën rastësia a i (M)(Unifikimi i madh), në MCCM është afërsisht i barabartë me 10 16 GeV.

Hipoteza e ekzistencës së supersimetrisë shoqërohet me një nga mundësitë premtuese për zhvillimin e teorisë së fushave matës, e cila, për më tepër, zgjidh një sërë vlerash të saj të brendshme. problemet që lidhen me qëndrueshmërinë e parametrave që shfaqen në të. Supersimetria, siç është vërejtur, bën të mundur që në teorinë e valëve elektromagnetike të ruhet mundësia tërheqëse e një unifikimi të madh të ndërveprimeve. Një konfirmim vendimtar i faktit të ekzistencës së supersimetrisë do të ishte zbulimi i superpartnerëve të grimcave të njohura. Masat e tyre vlerësohet të variojnë nga qindra GeV në 1 TeV. Grimcat e masave të tilla do të jenë të disponueshme për studim në gjeneratën e ardhshme të përplasësve protonikë.

Verifikimi i hipotezës së ekzistencës së supersimetrisë dhe kërkimi i grimcave supersimetrike është padyshim një nga problemet më të rëndësishme në fizikën elektrokimike, të cilës padyshim do t'i jepet përparësia kryesore në të ardhmen e afërt.

Disa probleme të përgjithshme të teorisë së grimcave elementare

Zhvillimi më i fundit i fizikës së grimcave ka veçuar qartë nga të gjithë mikrokomponentët e materies një grup grimcash që luajnë një rol të veçantë dhe kanë arsyen më të madhe (në fillim të viteve '90) për t'u quajtur me të vërtetë E. h. Fundams i përkasin asaj. . fermionet rrotullohen 1 / 2 - leptonet dhe kuarkët, të cilët përbëjnë tre breza, dhe bozonet matës të spinit 1 (gluonet, fotonet dhe bozonet e ndërmjetme), të cilët janë bartës të ndërveprimeve të forta dhe e-të dobëta. Me shumë mundësi, një grimcë me rrotullim 2 duhet t'i shtohet këtij grupi, graviton si bartës i gravitetit. ndërveprim që lidh të gjitha grimcat. Një grup i veçantë përbëhet nga grimcat e spin 0, bozonet Higgs, të cilat, megjithatë, ende nuk janë zbuluar.

Megjithatë, shumë pyetje mbeten pa përgjigje. Kështu, mbetet e paqartë nëse ka një fizik një kriter që fikson numrin e gjeneratave të fermioneve elementare. Nuk është e qartë se sa thelbësore është ndryshimi në vetitë e kuarkeve dhe leptoneve të lidhur me praninë e ngjyrës në të parën, ose nëse ky ndryshim është specifik vetëm për rajonin energjetik të studiuar. E lidhur me këtë pyetje është edhe çështja fizike natyra e Unifikimit të Madh, pasi në formalizmin e tij kuarkët dhe leptonët konsiderohen si objekte me veti të ngjashme.

Është e rëndësishme për të kuptuar nëse ekzistenca e ndryshme "ext." numrat kuantikë të kuarkeve dhe leptoneve ( B, L, I, S, C, b etj.) në një gjeometri më komplekse të mikrobotës, që korrespondon me një numër më të madh dimensionesh sesa gjeometria makroskopike katërdimensionale me të cilën jemi mësuar. hapësirë-kohë. E lidhur ngushtë me këtë pyetje është ajo që është maksimumi. grupi i simetrisë G, të cilat kënaqin ndërveprimet e E. h. dhe në të cilat janë të ngulitura grupet e simetrisë, të cilat manifestohen në rajonin energjetik të studiuar. Përgjigja për këtë pyetje do të ndihmonte për të përcaktuar numrin kufizues të bartësve të ndërveprimit të E.h. dhe për të sqaruar vetitë e tyre. Është e mundur që maksimumi. Grupi G në fakt pasqyron vetitë e simetrisë së një hapësire të caktuar shumëdimensionale. Ky rreth idesh gjeti një pasqyrim të caktuar në teori superstrings, të cilat janë analoge të vargjeve të zakonshme në hapësira me më shumë se katër dimensione (zakonisht në një hapësirë ​​prej 10 dimensionesh). Teoria e superstringut interpreton E.h. si manifestime të ngacmimeve specifike të superstrings, që korrespondojnë me dekomp. shpina. Besohet se dimensionet shtesë (mbi katër) nuk zbulohen në vëzhgimet për shkak të të ashtuquajturit. ngjeshja, d.m.th., formimi i nënhapësirave të mbyllura me përmasa karakteristike ~10 -33 cm. manifestim i ekzistencës së këtyre nënhapësirave janë "ext" i vëzhguar. Numrat kuantikë të kristaleve elektrokimike Nuk ka ende të dhëna që konfirmojnë korrektësinë e qasjes për interpretimin e vetive të superstrings elektrike të lidhura me konceptin e superstrings.

Siç mund të shihet nga sa më sipër, në mënyrë ideale, një teori e plotë e grimcave të elektroneve jo vetëm që duhet të përshkruajë saktë ndërveprimet e një grupi të caktuar grimcash të zgjedhura si themelore, por gjithashtu të përmbajë një shpjegim se cilët faktorë përcaktojnë numrin e këtyre grimcave, kuantiken e tyre. numrat, konstantat e ndërveprimit, vlerat e masave të tyre, etj. Arsyet për zgjedhjen e më së shumti. grup me simetri të gjerë G dhe, në të njëjtën kohë, natyra e mekanizmave që shkaktojnë thyerjen e simetrisë ndërsa kalojmë drejt energjive më të ulëta. Në këtë drejtim, sqarimi i rolit të bozoneve Higgs në fizikën E.Ch është i një rëndësie të madhe. Modele, to-rye ofron moderne. teoria e E.h., janë ende larg plotësimit të të gjitha kritereve të listuara.

Përshkrimi i ndërveprimeve të EC, siç është përmendur tashmë, është i lidhur me teoritë e fushës së matësve. Këto teori kanë një mat të zhvilluar. aparati, to-ry ju lejon të bëni llogaritjet e proceseve me E.ch. në të njëjtin nivel rigoroziteti si në elektrodinamikën kuantike. Megjithatë, në aparatin e teorive të fushës matës, në modernen e tij formulimi, ka një qenie. një e metë e zakonshme me elektrodinamikën kuantike - në procesin e llogaritjeve, në të shfaqen shprehje të pakuptimta pafundësisht të mëdha. Me ndihmën e specialeve metoda e ripërcaktimit të sasive të vëzhguara (masat dhe konstantet e ndërveprimit) - - është e mundur të eliminohen pafundësitë nga mbaresat. rezultatet e llogaritjes. Megjithatë, procedura e rinormalizimit është një shmangie thjesht formale e vështirësisë që ekziston në aparatin e teorisë, e cila në një nivel të saktësisë mund të ndikojë në shkallën e marrëveshjes midis parashikimeve të teorisë dhe matjeve.

Shfaqja e pafundësive në llogaritje është për faktin se në Lagranzhët e ndërveprimeve fushat e grimcave të ndryshme referohen në një pikë. x, d.m.th., supozohet se grimcat janë të ngjashme me pikë, dhe hapësirë-koha katërdimensionale mbetet e sheshtë deri në distancat më të vogla. Në fakt, këto supozime, me sa duket, janë të pasakta për disa. arsye:

a) me të vërtetë E. h., si bartës të një mase të fundme, është më e natyrshme të atribuojmë dimensione, megjithëse shumë të vogla, por të fundme, nëse duam të shmangim dendësinë e pafundme të materies;

b) vetitë e hapësirë-kohës në distanca të vogla, ka shumë të ngjarë, janë rrënjësisht të ndryshme nga makroskopike e saj. vetitë (duke filluar nga një distancë e caktuar karakteristike, e cila zakonisht quhet gjatësia themelore);

c) në distancat më të vogla (~ 10 -33 cm) ndikon një ndryshim në gjeomën. vetitë e hapësirë-kohës për shkak të ndikimit të gravitetit kuantik. efektet (luhatjet e metrikës; shih teoria kuantike e gravitetit).

Ndoshta këto arsye janë të lidhura ngushtë. Pra, është llogaritja e gravitetit. efektet max. natyrshëm çon në madhësi të vërteta E.ch. rreth 10 -33 cm, dhe fondet. gjatësia në fakt mund të përkojë me të ashtuquajturat. Gjatësia e plankut l Pl \u003d 10 -33 cm, ku x- graviteti konstante (M. Markov, 1966). Secila nga këto arsye duhet të çojë në një modifikim të teorisë dhe eliminimin e pafundësive, megjithëse zbatimi praktik i këtij modifikimi mund të jetë shumë i vështirë.

Një nga mundësitë interesante të marrjes në konsideratë të vazhdueshme të efekteve të gravitetit lidhet me shtrirjen e ideve të supersimetrisë në gravitet. ndërveprim (teori supergraviteti, veçanërisht supergraviteti i zgjatur). Kontabiliteti i përbashkët i gravitetit. dhe llojet e tjera të ndërveprimeve çojnë në një reduktim të dukshëm të numrit të shprehjeve divergjente në teori, por nëse supergraviteti çon në eliminimin e plotë të divergjencave në llogaritje nuk është vërtetuar rigorozisht.

Kështu, përfundimi logjik i ideve të Bashkimit të Madh, ka shumë të ngjarë, do të jetë përfshirja në skemën e përgjithshme për shqyrtimin e ndërveprimeve të E. h. gjithashtu gravitacionale. ndërveprimet, duke marrë parasysh të cilat mund të rezultojnë të jenë themelore në distancat më të vogla. Është në bazë të shqyrtimit të njëkohshëm të të gjitha llojeve të ndërveprimeve që Naib. ka të ngjarë të presin krijimin e një teorie të ardhshme të E. h.

Lit.: Grimcat elementare dhe fushat kompensuese. Shtu. rr., përkth. nga anglishtja, M., 1964; Kokkede Ya., Teoria e kuarkeve, përkth. nga anglishtja, M.. 1971; Markov M. A., Mbi natyrën e materies, M., 1976; Gle-show Sh., Kuarkë me ngjyrë dhe shije, përkth. nga anglishtja UFN, 1976, v. 119, c. 4, fq. 715; Bernstein, J., Thyerja spontane e simetrisë, teoritë e matësve, mekanizmi i Higgs, etj., në: Teoria Kuantike e Fushave Matëse. Shtu. rr., përkth. nga anglishtja, M., 1977 (News of Fundamental Physics, v. 8); Bogolyubov H. H., Shirkov D. V., Fushat kuantike, botimi i dytë, M., 1993; Okun L. B., Leptons dhe Quarks, botimi i dytë, M., 1990.

- objekte materiale që nuk mund të ndahen në pjesë përbërëse. Në përputhje me këtë përkufizim, molekulat, atomet dhe bërthamat atomike që mund të ndahen në pjesë përbërëse nuk mund t'i atribuohen grimcave elementare - një atom ndahet në një bërthamë dhe elektrone orbitale, një bërthamë - në nukleone. Në të njëjtën kohë, nukleonet, të përbërë nga grimca më të vogla dhe themelore - kuarke, nuk mund të ndahen në këto kuarke. Prandaj, nukleonet klasifikohen si grimca elementare. Duke pasur parasysh faktin se nukleoni dhe hadronet e tjerë kanë një strukturë të brendshme komplekse, të përbërë nga grimca më themelore - kuarke, është më e përshtatshme që hadronet të quhen jo grimca elementare, por thjesht grimca.
Grimcat janë më të vogla se bërthamat atomike. Madhësitë e bërthamave janë 10 -13 − 10 -12 cm Grimcat më të mëdha (duke përfshirë nukleonet) përbëhen nga kuarke (dy ose tre) dhe quhen hadrone. Dimensionet e tyre janë ≈ 10 -13 cm. Ka edhe pa strukturë (në nivelin aktual të njohurive) të ngjashme me pika (< 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

Grimcat themelore janë 6 kuarkë dhe 6 lepton (Tabela 1), të cilat kanë spin 1/2 (këto janë fermione themelore) dhe disa grimca me spin 1 (gluon, foton, bozonet W ± dhe Z), si dhe gravitonin ( spin 2), të quajtur bozone themelore (Tabela 2). Fermionet themelore ndahen në tre grupe (gjenerata), secila prej të cilave ka 2 kuarkë dhe 2 lepton. E gjithë lënda e vëzhgueshme përbëhet nga grimca të gjeneratës së parë (kuarke u, d, elektron e -): nukleonet përbëhen nga u dhe d kuarkë, bërthamat përbëhen nga nukleone. Bërthamat me elektrone në orbitat e tyre formojnë atome, e kështu me radhë.

tabela 2

Roli i bozoneve themelore është që ata të kuptojnë bashkëveprimin midis grimcave, duke qenë "bartës" të ndërveprimeve. Në procesin e ndërveprimeve të ndryshme, grimcat shkëmbejnë bozonet themelore. Grimcat marrin pjesë në katër ndërveprime themelore - të forta (1), elektromagnetike (10 -2), të dobëta (10 -6) dhe gravitacionale (10 -38). Numrat në kllapa karakterizojnë forcën relative të secilit ndërveprim në diapazonin e energjisë nën 1 GeV. Kuarkët (dhe hadronet) marrin pjesë në të gjitha ndërveprimet. Leptonet nuk marrin pjesë në ndërveprim të fortë. Bartës i bashkëveprimit të fortë është gluoni (8 lloje), ai elektromagnetik është fotoni, i dobëti është bozonet W ± dhe Z dhe ai gravitacional është gravitoni.
Shumica dërrmuese e grimcave në gjendje të lirë janë të paqëndrueshme; Ndahet. Jetëgjatësia karakteristike e grimcave është 10 -24 -10 -6 sek. Jetëgjatësia e një neutroni të lirë është rreth 900 sek. Elektroni, fotoni, neutrinoja e elektronit dhe ndoshta protoni (dhe antigrimcat e tyre) janë të qëndrueshme.
Baza e përshkrimit teorik të grimcave është teoria kuantike e fushës. Për të përshkruar ndërveprimet elektromagnetike, përdoret elektrodinamika kuantike (QED), ndërveprimet e dobëta dhe elektromagnetike përshkruhen së bashku nga një teori e unifikuar - modeli elektromagnetik (ESM), dhe ndërveprimi i fortë - nga kromodinamika kuantike (QCD). QCD dhe ESM, të cilat së bashku përshkruajnë ndërveprimet e forta, elektromagnetike dhe të dobëta të kuarkeve dhe leptoneve, formojnë një kornizë teorike të quajtur Modeli Standard.