Grimcat elementare në kuptimin e saktë të këtij termi, grimcat kryesore, të mëtejshme të pazbërthyeshme, nga të cilat, sipas supozimit, përbëhet e gjithë lënda. Në fizikën moderne, ky term nuk përdoret në kuptimin e tij të saktë, por më pak rreptësisht - për të emërtuar një grup të madh të grimcave më të vogla të materies, me kusht që ato të mos jenë atome ose bërthama atomike (protoni është një përjashtim). Grimcat elementare janë kuante specifike të materies, më saktë - kuante të fushave fizike përkatëse.

Vetia më e rëndësishme kuantike e të gjitha grimcave elementare është aftësia për të lindur dhe shkatërruar (emetuar dhe absorbuar) kur ndërveprojnë me grimcat e tjera. Në këtë drejtim, ato janë plotësisht analoge me fotonet. Të gjitha proceset me grimcat elementare zhvillohen përmes një sekuence veprimesh të përthithjes dhe emetimit të tyre. Vetëm mbi këtë bazë mund të kuptohet, për shembull, procesi i lindjes p+-mezon në përplasjen e dy protoneve ( p + p ® p + n + p +) ose procesi i asgjësimit të një elektroni dhe një pozitroni, kur në vend të grimcave të zhdukura shfaqen dy g-kuanta: e + + e -® g + g. Proceset e shpërndarjes elastike të grimcave, për shembull, e - + fq® e - + p, shoqërohen edhe me thithjen e grimcave fillestare dhe prodhimin e grimcave përfundimtare. Zbërthimi i grimcave elementare të paqëndrueshme 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 grimcave elementare është i ngjashëm me zbërthimin e një atomi të ngacmuar në gjendjen bazë dhe një foton. Shembuj të zbërthimit të grimcave elementare mund të jenë: numri total grimcat elementare të njohura (së bashku me antigrimcat) i afrohen 400. Për të përshkruar vetitë e grimcave elementare individuale, një seri e tërë sasive fizike, vlerat e të cilave ndryshojnë. Më të famshmit prej tyre janë masa, jetëgjatësia mesatare, rrotullimi, ngarkesë elektrike, moment magnetik.

Pesha dhe dimensionet. Të gjitha grimcat elementare janë objekte me masa dhe madhësi jashtëzakonisht të vogla. Për shumicën e tyre, masat janë të rendit të madhësisë së masës së protonit, e barabartë me 1.6 10 -27 kg (vetëm masa e elektronit është dukshëm më e vogël: 9.1.10 -31 kg). Madhësitë e një protoni, një neutroni, një p-mezon të përcaktuar nga përvoja sipas madhësisë janë 10 -15 m. Dimensionet e elektronit dhe muonit nuk mund të përcaktoheshin, dihet vetëm se ato janë më pak se 10 -17 m. Masat mikroskopike dhe madhësitë e grimcave elementare përcaktojnë specifikën kuantike të sjelljes së tyre. Gjatësi vale karakteristike që duhet t'i atribuohen grimcave elementare në teoria kuantike (), ku - Konstante Planck, t - masa e grimcave, Meështë shpejtësia e dritës), janë të përafërta sipas madhësisë me madhësitë tipike në të cilat zhvillohet ndërveprimi i tyre (për shembull, për p-mezonin » 1.4 10 -15 m ). Kjo çon në faktin se rregullsitë kuantike janë vendimtare në sjelljen e grimcave elementare. Masa e grimcave elementare shprehet në njësi energjie (MeV ose GeV) në përputhje me relacionin e Ajnshtajnit W \u003d tc 2. Me fjalë të tjera, tabelat nuk tregojnë masën t grimcat dhe energjia e tyre e pushimit W0. Kjo është e përshtatshme kur përpilohen ekuacionet e bilancit të energjisë për proceset e ndërkonvertimit të grimcave elementare. Le të tregojmë masat e disa grimcave:

m g= 0, mua= 0,51 MeV, m fq= 938.3 MeV, m n= 939,6 MeV.

Më e rënda nga grimcat elementare të njohura aktualisht (bozoni i ndërmjetëm) është pothuajse 100 herë më masiv se protoni.

Koha mesatare e jetës grimca elementare t shërben si masë e qëndrueshmërisë së grimcave dhe shprehet në sekonda. Gjysma e jetës T 1/2 në fizikën e grimcave elementare nuk përdoret dhe si masë e qëndrueshmërisë së rezonancave merret gjerësia Г~, e shprehur në njësi energjie.

Në varësi të jetëgjatësisë, grimcat elementare ndahen në e qëndrueshme, pothuajse e qëndrueshme dhe e paqëndrueshme(rezonanca). Elektroni (t>5.1031 vjet), protoni (t>1030 vjet), fotoni dhe neutrinoja janë të qëndrueshme brenda saktësisë së matjeve moderne. Grimcat kuazi-stabile përfshijnë grimcat që prishen për shkak të ndërveprimeve elektromagnetike dhe të dobëta. Jetëgjatësia e tyre >10 -20 sek. Neutroni është një grimcë pothuajse e qëndrueshme dhe vlera e fundit eksperimentale e jetëgjatësisë mesatare të tij (1986) është (898 ± 16) s. Ekzistojnë grupe grimcash me jetëgjatësi mesatare të rendit 10 -6 , 10 -8 , 10 -10 , 10 -13 s. Për grimcat më jetëshkurtër, të quajtura rezonanca, t ~ 10 -24 -10 -23 s. Për grimcat e paqëndrueshme në tabela, së bashku me jetëgjatësinë, tregohen edhe llojet e prishjeve.

Rrotullimiështë momenti këndor i brendshëm i grimcës, d.m.th., momenti këndor i saj në kornizën e pushimit. Spin nuk ka analog klasik, pasi një grimcë elementare nuk mund të imagjinohet si një top rrotullues. Zakonisht, spin J shprehet në njësi dhe merr vetëm vlera të plota dhe gjysmë të plota. Grimca me rrotullim J ka 2J + 1 gjendje rrotullimi që ndryshojnë në vlerat e projeksionit Jz, e cila mund të jetë e barabartë me -J, ( -J+ 1),0, .., (J- 1), J. për një elektron, proton, neutron dhe neutrino J = 1/2, për një foton J= 1. Njihen grimca me rrotullime nga 0 (shumë mezone) deri në 6 (rezonanca e mezonit e zbuluar në përshpejtuesin Serpukhov në 1983. Rrotullimi i një grimce elementare është një nga karakteristikat më të rëndësishme të saj. Vlera e rrotullimit është e paqartë

përcakton llojin e statistikës që i bindet grimca e dhënë. Të gjitha grimcat me rrotullime me numër të plotë janë bozon (statistika Bose-Einstein), të gjitha grimcat me rrotullime gjysmë të plotë janë fermione (statistika Fermi-Dirac), për të cilat vlen parimi Pauli. Për shembull, elektronet janë fermione dhe fotonet janë bozone.

Ngarkesa elektrike grimcë elementare q - sasi fizike që karakterizon aftësinë e një grimce për të marrë pjesë ndërveprimi elektromagnetik, e shprehur në njësi të ngarkesës elementare e= 1.6. 10 -19 C.

Për të gjitha grimcat që ekzistojnë në gjendje të lirë, merr vlera të plota - zakonisht 0 dhe ±1, për disa rezonanca ±2. Ky rregull i kuantizimit të ngarkesës elektrike kryhet me saktësi të madhe.

Grimcat elementare janë elementët kryesorë strukturorë të mikrobotës. Grimcat elementare mund të jenë përbërëse(proton, neutron) dhe jo të përbëra(elektroni, neutrino, foton). Deri më sot, janë zbuluar më shumë se 400 grimca dhe antigrimcat e tyre. Disa grimca elementare kanë veti të pazakonta. Kështu, për një kohë të gjatë besohej se grimca neutrino nuk ka masë pushimi. Në vitet '30. Shekulli 20 gjatë studimit të zbërthimit beta, u zbulua se shpërndarja e energjisë e elektroneve të emetuara nga bërthamat radioaktive ndodh vazhdimisht. Nga kjo rrjedh se ose ligji i ruajtjes së energjisë nuk përmbushet, ose, përveç elektroneve, emetohen grimca të vështira për t'u zbuluar, të ngjashme me fotonet me masë pushimi zero, të cilat mbartin një pjesë të energjisë. Shkencëtarët kanë sugjeruar se kjo është një neutrino. Sidoqoftë, regjistrimi eksperimental i neutrinos ishte i mundur vetëm në 1956 në instalime të mëdha nëntokësore. Vështirësia e regjistrimit të këtyre grimcave qëndron në faktin se kapja e grimcave të neutrinos është jashtëzakonisht e rrallë për shkak të fuqisë së tyre të lartë depërtuese. Gjatë eksperimenteve, u zbulua se masa e pushimit të neutrinës nuk është e barabartë me zero, megjithëse nuk ndryshon shumë nga zero. Antigrimcat gjithashtu kanë veti interesante. Ata kanë shumë të njëjtat atribute si grimcat e tyre binjake (masa, rrotullimi, 1 jetëgjatësi, etj.), por ndryshojnë prej tyre në shenjat e ngarkesës elektrike ose karakteristika të tjera.

Në vitin 1928, P. Dirac parashikoi ekzistencën e një antigrimce të elektronit - pozitronit, i cili u zbulua katër vjet më vonë nga K. Anderson si pjesë e rrezeve kozmike. Një elektron dhe një pozitron nuk janë çifti i vetëm i grimcave binjake; të gjitha grimcat elementare, përveç atyre neutrale, kanë antigrimcat e tyre. Kur një grimcë dhe një antigrimcë përplasen, ato asgjësohen (nga lat. asgjësimi- shndërrimi në asgjë) - shndërrimi i grimcave elementare dhe antigrimcave në grimca të tjera, numri dhe lloji i të cilave përcaktohen nga ligjet e ruajtjes. Për shembull, si rezultat i asgjësimit të një çifti elektron-pozitron, lindin fotone. Numri i grimcave elementare të zbuluara rritet me kalimin e kohës. Në të njëjtën kohë, vazhdon kërkimi për grimcat themelore, të cilat mund të jenë "blloqe ndërtimi" të përbëra për ndërtimin e grimcave të njohura. Hipoteza për ekzistencën e grimcave të këtij lloji, të quajtura kuarke, u parashtrua në vitin 1964. fizikan amerikan M. Gell-Man (Çmimi Nobel 1969).

Grimcat elementare kanë një numër të madh karakteristikash. Një nga tiparet dalluese të kuarkeve është se ata kanë ngarkesa elektrike të pjesshme. Kuarkët mund të kombinohen me njëri-tjetrin në çifte dhe treshe. Formohet bashkimi i tre kuarkeve barionet(protonet dhe neutronet). Kuarkët nuk u vëzhguan në gjendje të lirë. Sidoqoftë, modeli i kuarkut bëri të mundur përcaktimin e numrave kuantikë të shumë grimcave elementare.

Grimcat elementare klasifikohen sipas karakteristikave të mëposhtme: masa e grimcave, ngarkesa elektrike, lloji i bashkëveprimit fizik në të cilin marrin pjesë grimcat elementare, jetëgjatësia e grimcave, rrotullimi etj.

Në varësi të masës së qetë të grimcës (masa e saj e qetë, e cila përcaktohet në lidhje me masën e qetë të elektronit, e cila konsiderohet më e lehta nga të gjitha grimcat që kanë masë), ato dallojnë:

♦ fotone (gr. Fotografitë- grimcat që nuk kanë masë pushimi dhe lëvizin me shpejtësinë e dritës);

♦ lepton (gr. leptos– drita) – grimcat e dritës (elektroni dhe neutrino);

♦ mesone (gr. mesos- e mesme) - grimca mesatare me masë nga një deri në një mijë masa të një elektroni (pi-meson, ka-meson, etj.);

♦ barione (gr. barys- të rënda) - grimca të rënda me një masë më shumë se një mijë masa të një elektroni (protone, neutrone, etj.).

Në varësi të ngarkesës elektrike, ekzistojnë:

♦ grimca me ngarkesë negative (p.sh. elektrone);

♦ grimca me ngarkesë pozitive (p.sh. proton, pozitronet);

♦ grimca me ngarkesë zero (për shembull, neutrinot).

Ka grimca me një ngarkesë të pjesshme - kuarket. Duke marrë parasysh llojin e ndërveprimit themelor në të cilin marrin pjesë grimcat, ndër to janë:

♦ hadrone (gr. adros- i madh, i fortë), duke marrë pjesë në ndërveprim elektromagnetik, të fortë dhe të dobët;

♦ leptone që marrin pjesë vetëm në ndërveprime elektromagnetike dhe të dobëta;

♦ grimca – bartës të bashkëveprimeve (fotonet – bartës të bashkëveprimit elektromagnetik; gravitone – bartës të bashkëveprimit gravitacional; gluonet – bartës të bashkëveprimit të fortë; bozonet e ndërmjetëm vektorial – bartës të bashkëveprimit të dobët).

Sipas jetëgjatësisë, grimcat ndahen në të qëndrueshme, pothuajse të qëndrueshme dhe të paqëndrueshme. Shumica e grimcave elementare janë të paqëndrueshme, jetëgjatësia e tyre është 10 -10 -10 -24 s. Grimcat e qëndrueshme nuk prishen për një kohë të gjatë. Ato mund të ekzistojnë nga pafundësia deri në 10 -10 s. Fotoni, neutrinoja, protoni dhe elektroni konsiderohen grimca të qëndrueshme. Grimcat kuazi-stabile prishen si rezultat i bashkëveprimit elektromagnetik dhe të dobët, përndryshe quhen rezonanca. Jetëgjatësia e tyre është 10 -24 -10 -26 s.

Shkencëtarët zbuluan në studimin e proceseve bërthamore, prandaj, deri në mesin e shekullit të 20-të, fizika e grimcave elementare ishte një pjesë e fizikës bërthamore. Aktualisht, këto degë të fizikës janë të afërta, por të pavarura, të bashkuara nga e përbashkëta e shumë problemeve në shqyrtim dhe metodave të kërkimit të përdorura. Detyra kryesore e fizikës së grimcave elementare është studimi i natyrës, vetive dhe transformimeve të ndërsjella të grimcave elementare.

Aktualisht njihen rreth 400 grimca nënbërthamore, të cilat zakonisht quhen elementare. Shumica dërrmuese e këtyre grimcave janë të paqëndrueshme . Përjashtimet e vetme janë fotoni, elektroni, protoni dhe neutrinoja. Të gjitha grimcat e tjera përjetojnë në intervale të caktuara spontane shndërrimi në grimca të tjera. Grimcat elementare të paqëndrueshme ndryshojnë shumë nga njëra-tjetra në jetë. Grimca më jetëgjatë është neutroni. Jetëgjatësia e neutronit është rreth 15 minuta. Grimcat e tjera "jetojnë" për një kohë shumë më të shkurtër. Për shembull, jetëgjatësia mesatare e një μ mezoni është 2,2∙10 -6 s, dhe ajo e një mezoni π neutral është 0,87∙10 -16 s. Shumë grimca masive - hiperone - kanë një jetëgjatësi mesatare prej 10-10 s.

Ka disa dhjetëra grimca me jetëgjatësi që i kalon 10-17 s. Për sa i përket shkallës së mikrokozmosit, kjo është një kohë domethënëse. Grimcat e tilla quhen relativisht të qëndrueshme . Shumica jetëshkurtër grimcat elementare kanë jetëgjatësi të rendit 10–22–10–23 s.

Aftësia për transformime të ndërsjella është vetia më e rëndësishme e të gjitha grimcave elementare. Ato janë të afta të lindin dhe të shkatërrohen (emetohen dhe përthithen). Kjo vlen edhe për grimcat e qëndrueshme, me të vetmin ndryshim që shndërrimet e grimcave të qëndrueshme nuk ndodhin spontanisht, por pas ndërveprimit me grimcat e tjera. Një shembull do të ishte asgjësimi (d.m.th. zhdukje ) të një elektroni dhe një pozitroni, të shoqëruar nga prodhimi i fotoneve me energji të lartë. Mund të ndodhë edhe procesi i kundërt. lindjen Çifti elektron-pozitron, për shembull, kur një foton me energji mjaft të lartë përplaset me një bërthamë. Një binjak kaq të rrezikshëm, siç është pozitroni për elektronin, ka edhe protoni. Quhet antiproton . Ngarkesa elektrike e antiprotonit është negative. Aktualisht antigrimca gjendet në të gjitha grimcat. Antigrimcat janë kundër grimcave sepse kur ndonjë grimcë takohet me antigrimcën e saj, ato asgjësohen, d.m.th., të dyja grimcat zhduken, duke u shndërruar në kuantë rrezatimi ose grimca të tjera.

Edhe neutroni ka një antigrimcë. Neutroni dhe antineutroni ndryshojnë vetëm në shenjat e momentit magnetik dhe të ashtuquajturës ngarkesë të barionit. A është e mundur që atomet të ekzistojnë? antimateries , bërthamat e të cilave përbëhen nga antinukleone dhe lëvozhgat e të cilave përbëhen nga pozitronet. Gjatë asgjësimit të antimateries me lëndën, energjia e mbetur shndërrohet në energji të kuanteve të rrezatimit. Kjo është një energji e madhe, shumë më e madhe se ajo e çliruar në reaksionet bërthamore dhe termonukleare.

Në shumëllojshmërinë e grimcave elementare të njohura deri më sot, gjendet një sistem klasifikimi pak a shumë harmonik.

Grimcat elementare kombinohen në tre grupe: fotone , leptonet dhe hadronet.

Tek grupi fotone grimca e vetme është fotoni, i cili është bartës i bashkëveprimit elektromagnetik.

Grupi tjetër përbëhet nga grimca të lehta − leptonet . Ky grup përfshin dy lloje të neutrinos (elektronike dhe muon), elektron dhe μ-mezon. Leptonet gjithashtu përfshijnë një numër grimcash që nuk janë të listuara në tabelë. Të gjithë leptonët kanë rrotullim 1/2.

Grupi i tretë i madh përbëhet nga grimca të rënda të quajtura hadronet . Ky grup ndahet në dy pjesë. Grimcat më të lehta formojnë një nëngrup mezonet . Më të lehtat prej tyre janë të ngarkuar pozitivisht dhe negativisht, si dhe π-mezonet neutrale me masa të rendit të 250 masave elektronike. Pionet janë kuante të fushës bërthamore, ashtu si fotonet janë kuante fushë elektromagnetike. Ky nëngrup përfshin gjithashtu katër mezon K dhe një mezon η 0. Të gjithë mezonet kanë spin të barabartë me zero.

Nëngrupi i dytë barionet – përfshin grimcat më të rënda. Është më e gjera. Barionet më të lehta janë nukleonet - protonet dhe neutronet. Ato pasohen nga të ashtuquajturat hiperone. Mbyll tabelën omega-minus-hiperon, i zbuluar në vitin 1964. Kjo është një grimcë e rëndë me një masë prej 3273 masash elektronike. Të gjithë barionet kanë rrotullim 1/2.

Bollëku i hadroneve të zbuluara dhe të zbuluara rishtazi i çoi shkencëtarët në idenë se të gjitha ato janë ndërtuar nga disa grimca të tjera më themelore. Në vitin 1964, fizikani amerikan M. Gell-Man parashtroi një hipotezë, të konfirmuar nga studimet e mëvonshme, se të gjitha grimcat e rënda - hadronet - janë ndërtuar nga grimcat më themelore të quajtura kuarket . Bazuar në hipotezën e kuarkut, jo vetëm që u kuptua struktura e hadroneve tashmë të njohur, por u parashikua edhe ekzistenca e të rejave. Teoria Gell-Mann supozoi ekzistencën e tre kuarkeve dhe tre antikuarkeve, të cilët kombinohen me njëri-tjetrin në kombinime të ndryshme. Kështu, çdo barion përbëhet nga tre kuarkë, dhe një antibarion përbëhet nga tre antikuarkë. Mezonët përbëhen nga çifte kuark-antikuark.

Me pranimin e hipotezës së kuarkut, u bë e mundur të krijohej një sistem koherent i grimcave elementare. Sidoqoftë, vetitë e parashikuara të këtyre grimcave hipotetike doli të ishin mjaft të papritura. Ngarkesa elektrike e kuarkeve duhet të shprehet në numra thyesorë të barabartë me 2/3 dhe 1/3 e ngarkesës elementare.

Modeli është bërë në formën e një tabele interaktive. Përdoruesi mund të zgjedhë grupin në shqyrtim (grimca ose antigrimca) dhe të dhënat e shfaqura në tabela (ngarkesa, rrotullimi, viti i zbulimit).

Deri më tani, vetëm grimcat si elektroni e proton p neutron n dhe foton konsideroheshin të qëndrueshme ose pothuajse të qëndrueshme, domethënë ato ekzistojnë ose për një kohë të pacaktuar ose për një kohë mjaft të gjatë. Sidoqoftë, shumica dërrmuese e grimcave elementare të marra në përshpejtuesit nuk janë të qëndrueshme, domethënë, ato prishen, duke u kthyer përfundimisht në grimca të qëndrueshme. Masa e grimcës në fizika bërthamoreËshtë zakon të shprehet në njësi energjie, të cilat bazohen në ligjin e Ajnshtajnit të marrëdhënies midis masës dhe energjisë E = mc2.

Nëse kjo punë nuk ju përshtatet, ekziston një listë me vepra të ngjashme në fund të faqes. Ju gjithashtu mund të përdorni butonin e kërkimit

LEKTURA #14

GRIÇIMET E KOSOVËS DHE VETITË E TYRE

Aktualisht njihen rreth 400 grimca elementare. Deri më tani, janë marrë në konsideratë vetëm grimca të tilla si elektroni. e , proton p , neutron n dhe foton, të cilët janë të qëndrueshëm ose pothuajse të qëndrueshëm, domethënë ekzistojnë ose pafundësisht ose për një kohë mjaft të gjatë. Sidoqoftë, shumica dërrmuese e grimcave elementare të prodhuara në përshpejtues nuk janë të qëndrueshme, domethënë ato prishen, duke u kthyer përfundimisht në grimca të qëndrueshme.

Për të përshkruar grimcat, paraqiten një sërë sasish fizike që i dallojnë ato: masa, jetëgjatësia mesatare, ngarkesa elektrike, rrotullimi dhe një sërë të tjerash.

Masa e grimcave në fizikën bërthamore, është zakon të shprehet në njësi energjie, të cilat bazohen në ligjin e Ajnshtajnit të marrëdhënies midis masës dhe energjisë E \u003d mc 2 . Njësia matëse është elektron volt (1 eV = 1.6 10–19 J); në praktikë, miliona elektron volt - MeV (1 MeV = 10 6 eV) dhe gigaelektronvolt - GeV (1 GeV = 10 9 eV). Pra masa e një elektroni mua = 0,51 MeV, proton - m fq = 938,3 MeV, neutron - 939,6 MeV, masa e fotonit është zero.

Koha mesatare e jetës është një masë e qëndrueshmërisë së grimcave dhe shprehet në sekonda.

Grimcat e njohura për ne: elektroni, protoni dhe fotoni janë absolutisht të qëndrueshme ( =  ), neutroni në gjendje të lirë është pothuajse i qëndrueshëm, jetëgjatësia e tij është ≈898 s.

Rrotullimi - momenti këndor i brendshëm i grimcës. Spin shprehet në njësi h / 2  dhe pranon vetëm vlera të plota dhe gjysmë të plota. Pra, për një elektron, një proton dhe një neutron, rrotullimi është i barabartë me një foton - Kjo është karakteristika më e rëndësishme e grimcave elementare, e cila nuk ka analoge në fizikën klasike.

Ngarkesa elektrikekarakterizon aftësinë e një grimce për të marrë pjesë në ndërveprimet elektromagnetike, dhe kjo vlerë është e njohur për ne nga elektrostatika.

Momenti i vet magnetikgrimca karakterizon bashkëveprimin e grimcës me një fushë magnetike të jashtme.

Doli se këto karakteristika nuk janë të mjaftueshme për të përshkruar sjelljen e grimcave elementare dhe u prezantuan vetitë e reja:çuditshmëri, hijeshi, hijeshi, ngjyra, aromëdhe të tjera që karakterizohen nga e tyre numrat kuantikë. Natyrisht, emrat e mësipërm nuk kanë asnjë lidhje me kuptimin e zakonshëm të këtyre fjalëve, por pasqyrojnë vetitë e veçanta të grimcave.

NDËRVEPRIMET THEMELORE

Aktualisht, në fizikë dallohen katër lloje të ndërveprimeve themelore: të forta, elektromagnetike, të dobëta dhe gravitacionale.

Për ndërveprime të forta ( S - i fortë) janë kryesisht forcat bërthamore, duke bashkuar nukleonet në një bërthamë.

Në bashkëveprimin elektromagnetik(E - elektromagnetike ) përfshihen vetëm grimcat e ngarkuara elektrike dhe fotonet. Një nga manifestimet e tij janë forcat e Kulonit që përcaktojnë ekzistencën e atomeve. Është ndërveprimi elektromagnetik që është përgjegjës për shumicën dërrmuese të vetive makroskopike të materies (forcat e fërkimit, forcat elastike, etj.)

Ndërveprime të dobëta ( W-java) manifestohet në transformimet beta bërthamat atomike. Ajo çon në paqëndrueshmëri të shumë grimcave elementare dhe është tipike për të gjitha grimcat, përveç fotoneve.

Ndërveprimi gravitacional ( G - gravitacionale) manifestohet në formën e forcave gravitetit dhe e përbashkët për të gjithë organet. Ndërveprimi gravitacional është shumë i dobët dhe nuk luan një rol të rëndësishëm në mikrokozmos.

Ndërveprimet themelore ndryshojnë në një numër karakteristikash, ndër të cilat, para së gjithash, duhet të theksohet intensiteti (α) i ndërveprimit dhe rrezja e veprimit të tyre. R . Zakonisht, për të krahasuar ndërveprime të ndryshme, merret parasysh raporti i intensiteteve të tyre, i cili, në një përafrim të përafërt, përcaktohet si raporti i energjive të ndërveprimit. Duke supozuar me kusht intensitetin e ndërveprimit të fortë si unitet (α S = 1), vlerat e përafërta të intensiteteve për ndërveprime të tjera janë: α E ≈ 10 –2 , α W ≈ 10 –10 , α G ≈ 10 –38 . Kështu, ndërveprimi më intensiv në mikrokozmos është ndërveprimi i fortë, më pak intensivi është ai i dobët, ndërsa ndërveprimi gravitacional është i papërfillshëm.

Rrezja e ndërveprimit R përcaktohet nga varësia e energjisë së këtij bashkëveprimi nga largësia ndërmjet grimcave. Sipas ligjit të Kulombit dhe gravitacionit universal, forcat elektromagnetike dhe gravitacionale janë në përpjesëtim të kundërt me katrorin e distancës midis grimcave, domethënë këto forca zvogëlohen ngadalë. Prandaj, rrezja e veprimit të tyre supozohet të jetë e barabartë me pafundësinë: R E = ∞ dhe R G = ∞. Energjia e ndërveprimeve të forta dhe të dobëta zvogëlohet me distancën shumë shpejt sipas një ligji eksponencial dhe ato ndikojnë vetëm në distanca të vogla. Siç përcaktohet eksperimentalisht, diapazoni i tyre R S ≈ 10-15 m dhe R W ≈ 10-18 m, domethënë, ato janë në përpjesëtim me madhësinë e bërthamave dhe veprojnë brenda bërthamës atomike.

KLASIFIKIMI I GRIÇIMEVE TË KOSOVËS

1. Grimcat dhe antigrimcat. Të gjitha grimcat elementare, para së gjithash, mund të ndahen në dy klasa: grimca dhe antigrimca. Çdo grimcë ka antigrimcën e vet dhe ato karakterizohen nga vetitë e mëposhtme: masa, jetëgjatësia dhe rrotullimi i grimcave dhe antigrimcave janë të njëjta, por vetitë e tjera, si ngarkesa dhe momenti magnetik, janë të kundërta në shenjë. Antigrimcat shënohen me të njëjtat simbole si grimcat. Atyre, vetëm simboli ~, i quajtur "tilde", u shtohet në krye. Shembuj të grimcave dhe antigrimcave janë elektroni dhe pozitroni (elektroni i ngarkuar pozitivisht), protoni fq dhe antiproton Një veti e rëndësishme e grimcave dhe antigrimcave është se kur ato takohen, ndodh asgjësimi (shkatërrimi) i grimcave me shfaqjen ose të fotoneve ose të grimcave të tjera. Kjo nuk do të thotë se në rastin e parë materia asgjësohet; në fakt, ka një kalim të një lloji të lëndës (grimcës) në një tjetër ( rrezatimi elektromagnetik). Në kushte laboratorike, një antiatom u mor gjithashtu nga një antiproton dhe një pozitron. Të gjitha sa më sipër çojnë në idenë se diku në Univers, larg materies sonë të zakonshme, mund të ekzistojnë "anti-botë" (takimi i një bote të tillë dhe një anti-bote do të çonte në një shpërthim të fuqisë kolosale për shkak të asgjësimit ). Të gjitha grimcat elementare të njohura, duke përfshirë antigrimcat, ndahen në tre klasa (Fig. 1): hadrone, leptone dhe grimca përgjegjëse për transferimin e ndërveprimeve.

Oriz. një

2. Hadronet janë grimca elementare që marrin pjesë në ndërveprime të forta (bërthamore). Ato përbëjnë klasën më të madhe të grimcave elementare: janë mbi 300. Fjala greke "hadros" do të thotë masive, e fortë. Fjalë ruse“Bërthama” vjen edhe nga kjo fjalë. Hadronet janë grimca të rënda dhe mund të quhen të afërm të protonit. Hadronet ndahen në dy klasa: barionet - grimcat që kanë një rrotullim të barabartë me dhe mezonet - me spin Protonet dhe neutronet janë barionet më të lehta, barionet e tjerë (hiperonet) i kalojnë në masë. Mezonet janë grimca masa e të cilave është e ndërmjetme midis masës së një elektroni dhe masës së një protoni.

3. Kuarkët . Në mesin e viteve '60, u parashtrua një hipotezë se të gjithë hadronët janë ndërtuar nga grimca më themelore, të quajtura kuarket . Aktualisht, besohet se ekzistojnë gjashtë lloje kuarkesh, karakteristikat e të cilave janë dhënë në Tabelën. 1. Ka edhe gjashtë antikuarkë. Të gjithë kuarkët kanë një rrotullim të barabartë me Një veçori interesante kuarkët është se ata kanë një ngarkesë elektrike të pjesshme.

Duke përdorur kombinime të kuarkëve të ndryshëm, mund të merrni çdo hadron të njohur. Për shembull, një proton përbëhet nga dy u -kuarkë dhe një d -kuark (në mënyrë skematike, duke përdorur shënimin për kuarkët nga tabela: uud). Në të vërtetë, ngarkesa e protonit: (2/3 + 2/3 - 1/3) e = +e . (Nuk duhet harruar se të gjitha karakteristikat e tjera të një grimce kontrollohen në mënyrë të ngjashme: rrotullimi, momenti magnetik dhe të tjera). Neutroni përbëhet nga dy d -kuarkë dhe një u-kuark (ddu ). Për të shpjeguar strukturën e barioneve dhe mesoneve të tjerë, përfshihen kuarkë më të rëndë.

Tabela 41.1

Me ardhjen e teorisë së kuarkeve, fizikanët u përpoqën t'i gjenin ato në mënyrë eksperimentale. Megjithatë, të gjitha përpjekjet për të gjetur grimca me një ngarkesë të pjesshme ishin të pasuksesshme. Aktualisht besohet seKuarkët e lirë thjesht nuk ekzistojnë.dhe për këtë arsye nuk mund të gjendet në mënyrë eksperimentale.

4. Leptonet. Leptonet janë grimca që nuk marrin pjesë në ndërveprime të forta (bërthamore), por marrin pjesë në ndërveprime elektromagnetike dhe të dobëta. Në greqisht, "leptos" do të thotë i vogël, dhe "mite" është një monedhë e vogël. Nëse hadronet janë "të afërm" të protonit, atëherë leptonët janë "të afërm" të elektronit, dhe vetë elektroni i përket klasës së leptoneve. Si një elektron, të tjerëtleptonet janë me të vërtetë grimca elementare,sepse asnjë lepton nuk ka strukturë të brendshme. Leptonet përfshijnë elektronin, muonin, -lepton dhe neutrino.

Muon është një grimcë, vetitë themelore të së cilës përkojnë me vetitë e një elektroni. Mund të quhet elektron i rëndë, pasi masa është 106 MeV (një elektron ka 0.51 MeV). Ndryshe nga elektroni, muoni nuk është i qëndrueshëm, jetëgjatësia e tij është 10-6 s (mjaft i madh në shkallë atomike). Fizikantët arritën të marrin artificialisht një atom në të cilin një muon rrotullohet rreth bërthamës ( -mesoatom). Mezonët në këtë rast u binden ligjeve të njëjta si elektronet. -mesoatom mund të hyjë në reaksionet kimike dhe formojnë mezomolekula. Sidoqoftë, duhet të theksohet se roli i muonit në univers është i pakuptueshëm: është e mundur të shpjegohet struktura e materies pa të.

Neutrino . Neutrinoja (neutron i vogël) u zbulua si rezultat i hulumtimit -prishje. Doli se në -zbërthimi, përveç elektronit, nga bërthama fluturon edhe ndonjë grimcë tjetër që nuk ka ngarkesë, të cilën e quajtën neutrino dhe e shënuan me Pra, neutroni i lirë, duke qenë një grimcë pothuajse e qëndrueshme, përfundimisht zbërthehet në një proton. , një elektron dhe një neutrino, e cila quhet neutrino elektronike ( më saktë - antineutrino) sipas skemës: Studimet e mëtejshme kanë treguar se ka edhe neutrino muon  , i formuar gjatë zbërthimit të muoneve, si dhe neutrinos tau. Karakteristikat kryesore të neutrinos:

a) një neutrino nuk ka ngarkesë, është një grimcë neutrale;

b) masa e pushimit të neutrinës është zero ose e papërfillshme;

c) neutrinoja merr pjesë vetëm në ndërveprim të dobët, i cili manifestohet veçanërisht në - kalbje.

Këto veti e bëjnë neutrinën "të padukshme", një grimcë që është e vështirë të regjistrohet, pasi praktikisht nuk ndërvepron me asgjë. Prandaj, neutrinoja kalon lirshëm nëpër pajisjet me të cilat ata përpiqen ta shohin atë. Ndërveprimi i neutrinos me protonet dhe neutronet në 10 12 herë më e dobët se forca elektromagnetike. E gjithë trashësia e neutrinos së globit mund të kalojë pa shkaktuar ndërveprime. Prandaj, neutrinot nuk mund të "kapen" për një kohë të gjatë. Megjithatë, neutrinot janë zbuluar.

Transportuesit e ndërveprimit. Le të kthehemi te lloji i tretë i grimcave elementare, të cilat janë përgjegjëse për ndërveprimin midis grimcave të konsideruara më parë dhe nga të cilat formohet çdo substancë. Le të shqyrtojmë grimca të tilla. Bartësit e ndërveprimeve janë fotonet, gluonet dhe gravitonet (Fig. 1).

Fotonet (γ) janë bartës të ndërveprimeve elektromagnetike, masa e tyre e pushimit është zero dhe nuk kanë ngarkesë. Ndërveprimi i dy grimcave të ngarkuara ndodh për shkak të shkëmbimit të fotoneve ndërmjet tyre. Vini re se kuarkët, të gjithë hadronet, leptonët e ngarkuar, si dhe grimcat përgjegjëse për ndërveprimin e dobët marrin pjesë në bashkëveprimin elektromagnetik.

Gluons [ zam - ngjitës] (g ) janë bartës të ndërveprimeve të forta. Ata nuk kanë masë dhe janë elektrikisht neutralë. Këto janë grimcat me të cilat kryhet bashkëveprimi i kuarkeve.

Bozonet e ndërmjetme(W, Z) - bartës të ndërveprimeve të dobëta. Ata kanë një ngarkesë elektrike q = ± e ) dhe kanë masa të mëdha: m W ≈ 81 GeV, m Z ≈ 93 GeV. Bozonet e ndërmjetme u parashikuan teorikisht dhe u zbuluan shpejt, dhe të gjitha vetitë e parashikuara përkonin me ato eksperimentale. Bozonet e ndërmjetme mund të emetohen dhe absorbohen si nga kuarkët ashtu edhe nga leptonet, dhe për këtë arsye të gjitha grimcat përveç fotoneve dhe gravitoneve marrin pjesë në bashkëveprimin e dobët.

Gravitone (G) - bartës të bashkëveprimit gravitacional. Gravitonët ende nuk janë zbuluar eksperimentalisht në të njëjtën mënyrë si valët gravitacionale. Vetitë e supozuara të gravitonit janë grimca neutrale që nuk kanë një masë pushimi, me një rrotullim

SISTEMI PERIODIK I GRIÇIMEVE TË KOSOVËS

Sipas teorisë moderne, ekzistojnë 17 grimca elementare që formojnë të gjitha llojet e njohura të materies dhe bartës të të gjitha forcave që veprojnë midis grimcave. Grimcat elementare materiale (ato që përbëjnë materien) mund të përfaqësohen si një lloj "sistemi periodik" - një tabelë kuarkesh dhe leptonesh (Tabela 2).

tabela 2

Ky model përfshin 6 lloje kuarkesh dhe 6 leptone. Këto 12 grimca ndahen në kolona sipas tyre tarifat elementare. Rreshtat korrespondojnë me tre familjet e grimcave kryesore materiale.

Kryesorja është rreshti i parë, i cili përmban grimcat e nevojshme për të krijuar një atom: u- dhe d Kuarkët formojnë nukleone. Nukleonet, nga ana tjetër, formojnë bërthamën e një atomi. Elektronet e ngarkuara negativisht tërhiqen në bërthamë për të formuar atome. Së fundi, atomet formojnë molekula. Grimca e katërt e mbetur, neutrinoja elektronike, nuk është e lidhur me materien. Neutrinoja luan një rol të madh në -shpërbërja e bërthamës, kur protonet dhe neutronet mund të kthehen në njëri-tjetrin. Kështu, familja e parë e kuarkeve dhe leptoneve është e nevojshme për ekzistencën e botës siç e njohim ne.

Rreshtat e dytë dhe të tretë të tabelës janë të nevojshme për të shpjeguar vetitë e grimcave që vijnë nga hapësira dhe krijohen në përshpejtuesit. Pyetja se çfarë roli luajnë grimcat në rreshtin e dytë dhe të tretë në strukturën e materies mbetet e hapur. Megjithatë, me ndihmën e këtyre grimcave elementare, shpjegohen të gjitha grimcat e njohura për ne që ekzistojnë në Univers.

Kështu, teoria moderne sugjeron se në këtë fazë të zhvillimit të fizikës, ekzistojnë 17 grimca elementare që mund të përdoren për të shpjeguar ekzistencën e materies nga e cila është krijuar Universi.