Atom kelimesi "bölünemez" anlamına gelir. Yunan filozofları tarafından, fikirlerine göre maddenin oluştuğu en küçük parçacıkları belirtmek için tanıtıldı.

On dokuzuncu yüzyılın fizikçileri ve kimyacıları, kendilerince bilinen en küçük parçacıklar için bu terimi benimsediler. Her ne kadar atomları uzun süredir “parçalayabilsek” ve bölünmez bölünmez olmaktan çıkmış olsa da, yine de bu terim korunmuştur. Bugünkü düşüncemize göre atom, dediğimiz en küçük parçacıklardan oluşur. temel parçacıklar. Aslında olmayan başka temel parçacıklar da vardır. ayrılmaz parça atomlar. Genellikle güçlü siklotronlar, senkrotronlar ve bu parçacıkları incelemek için özel olarak tasarlanmış diğer parçacık hızlandırıcıları kullanılarak üretilirler. Ayrıca kozmik ışınlar atmosferden geçtiğinde ortaya çıkarlar. Bu temel parçacıklar, saniyenin birkaç milyonda biri kadar sonra ve genellikle ortaya çıktıktan sonra daha da kısa bir süre içinde bozunurlar. Bozunmanın bir sonucu olarak, ya değişirler, diğer temel parçacıklara dönüşürler ya da radyasyon şeklinde enerji açığa çıkarırlar.

Temel parçacıkların incelenmesi, giderek artan sayıda kısa ömürlü temel parçacıklara odaklanır. Bu problem, özellikle fiziğin en temel yasalarıyla bağlantılı olduğu için büyük bir öneme sahip olsa da, yine de, parçacıkların incelenmesi şu anda fiziğin diğer dallarından neredeyse izole bir şekilde yürütülmektedir. Bu nedenle, yalnızca en yaygın malzemelerin kalıcı bileşenleri olan parçacıkları ve bunlara çok yakın olan bazı parçacıkları dikkate almakla yetineceğiz. On dokuzuncu yüzyılın sonunda keşfedilen temel parçacıkların ilki, daha sonra son derece yararlı bir hizmetçi haline gelen elektrondu. Radyo tüplerinde elektronların akışı bir boşlukta hareket eder; ve bu akışın ayarlanmasıyla gelen radyo sinyalleri güçlendirilir ve sese veya gürültüye dönüştürülür. Bir televizyon setinde, elektron ışını, vericinin kamerasının gördüklerini alıcı ekranında anında ve doğru bir şekilde kopyalayan bir kalem görevi görür. Her iki durumda da, elektronlar bir boşlukta hareket eder, böylece mümkünse hiçbir şey hareketlerine müdahale etmez. Bir başka yararlı özellik, gazın içinden geçerek onu parlatabilme yetenekleridir. Böylece, elektronların belirli bir basınçta gazla dolu bir cam tüpten geçmesine izin vererek, bu fenomeni geceleri aydınlatmak için kullanılan neon ışığını üretmek için kullanırız. büyük şehirler. Ve işte elektronlarla başka bir buluşma: şimşek çaktı ve havanın kalınlığını kıran sayısız elektron, yuvarlanan bir gök gürültüsü sesi yaratır.

Ancak, karasal koşullar altında nispeten hiçbir Büyük sayıönceki örneklerde gördüğümüz gibi serbestçe hareket edebilen elektronlar. Çoğu, atomlara güvenli bir şekilde bağlıdır. Bir atomun çekirdeği pozitif yüklü olduğundan, negatif yüklü elektronları kendine çekerek onları çekirdeğe nispeten yakın yörüngelerde kalmaya zorlar. Bir atom genellikle bir çekirdek ve birkaç elektrondan oluşur. Bir elektron bir atomdan ayrılırsa, genellikle hemen yerini, atom çekirdeğinin yakın çevresinden büyük bir kuvvetle çektiği başka bir elektron alır.

Bu harika elektron neye benziyor? Onu kimse görmedi ve asla görmeyecek; ve yine de özelliklerini o kadar iyi biliyoruz ki, en çeşitli durumlarda nasıl davranacağını çok ayrıntılı olarak tahmin edebiliriz. Kütlesini ("ağırlığını") ve elektrik yükünü biliyoruz. Çoğu zaman çok küçük bir sorunla karşı karşıyaymış gibi davrandığını biliyoruz. parçacık, diğer durumlarda özelliklerini ortaya çıkarır dalgalar. Son derece soyut, ama aynı zamanda çok kesin bir elektron teorisi, son biçimiyle birkaç on yıl önce İngiliz fizikçi Dirac tarafından önerildi. Bu teori bize elektronun hangi koşullar altında daha çok bir parçacık gibi olacağını ve hangi koşullar altında dalga karakterinin hakim olacağını belirleme fırsatı verir. Bu ikili doğa - parçacık ve dalga - elektronun net bir resmini vermeyi zorlaştırır; bu nedenle, bu kavramların her ikisini de hesaba katan ve yine de elektronun tam bir tanımını veren bir teori çok soyut olmalıdır. Ancak elektron gibi olağanüstü bir fenomenin tanımını bezelye ve dalga gibi dünyevi görüntülerle sınırlamak mantıksız olurdu.

Dirac'ın elektron teorisinin öncüllerinden biri, pozitif yüklü olması ve negatif yüklü olmaması dışında elektronla aynı özelliklere sahip temel bir parçacığın olması gerektiğiydi. Gerçekten de, böyle bir elektron ikizi keşfedildi ve adlandırıldı. pozitron. Kozmik ışınların bir parçasıdır ve ayrıca belirli radyoaktif maddelerin bozunmasının bir sonucu olarak ortaya çıkar. Karasal koşullar altında, bir pozitronun ömrü kısadır. Bir elektronun yakınında olur olmaz ve bu tüm maddelerde olur, elektron ve pozitron birbirini "yok eder"; pozitronun pozitif elektrik yükü nötralize eder negatif yük elektron. Görelilik kuramına göre kütle bir enerji biçimi olduğundan ve enerji "yok edilemez" olduğundan, elektron ve pozitronun birleşik kütleleri tarafından temsil edilen enerji bir şekilde depolanmalıdır. Bu görev, bu ölümcül çarpışmanın bir sonucu olarak yayılan bir foton (ışık kuantumu) veya genellikle iki foton tarafından gerçekleştirilir; enerjileri elektron ve pozitronun toplam enerjisine eşittir.

Aynı zamanda ters işlemin de gerçekleştiğini biliyoruz, bir Foton, belirli koşullar altında, örneğin bir atomun çekirdeğine yakın uçarak, bir elektron ve "yoktan" bir pozitron yaratabilir. Böyle bir yaratılış için, en azından bir enerjiye sahip olması gerekir. eşit enerji, elektron ve pozitronun toplam kütlesine karşılık gelir.

Bu nedenle, temel parçacıklar sonsuz veya kalıcı değildir. Hem elektronlar hem de pozitronlar gelip gidebilirler; bununla birlikte, enerji ve ortaya çıkan elektrik yükleri korunur.

Elektron dışında, diğer parçacıklardan çok daha önce bildiğimiz temel parçacık, nispeten nadir olan pozitron değil, proton hidrojen atomunun çekirdeğidir. Pozitron gibi pozitif yüklüdür, ancak kütlesi pozitron veya elektronun kütlesinden yaklaşık iki bin kat daha fazladır. Bu parçacıklar gibi, proton da bazen dalga özellikleri sergiler, ancak yalnızca istisnai özel koşullar altında. Dalga doğasının daha az belirgin olması, aslında çok daha büyük kütlesinin doğrudan bir sonucudur. Tüm maddelerin karakteristiği olan dalga doğası, elektronlar gibi istisnai olarak hafif parçacıklarla çalışmaya başlayana kadar bizim için büyük bir önem kazanmaz.

Proton çok yaygın bir parçacıktır.Hidrojen atomu, çekirdeği olan bir proton ve onun etrafında dönen bir elektrondan oluşur. Proton ayrıca diğer tüm atom çekirdeklerinin bir parçasıdır.

Teorik fizikçiler, elektron gibi protonun da bir karşıt parçacığına sahip olduğunu tahmin ettiler. Açılış negatif proton veya antiproton Proton ile aynı özelliklere sahip olan ancak negatif yüklü olan , bu öngörüyü doğruladı. Bir antiprotonun bir protonla çarpışması, onları bir elektron ve bir pozitronun çarpışması durumunda olduğu gibi "yok eder".

Başka bir temel parçacık nötron, bir proton ile hemen hemen aynı kütleye sahiptir, ancak elektriksel olarak nötrdür (olmadan elektrik şarjı genel olarak). Yüzyılımızın otuzlu yıllarında keşfi - yaklaşık olarak pozitronun keşfiyle aynı anda - için son derece önemliydi. nükleer Fizik. Nötron, tüm atom çekirdeklerinin bir parçasıdır (elbette, sadece bir serbest proton olan hidrojen atomunun sıradan çekirdeği hariç); Bir atom çekirdeği bozulduğunda, bir (veya daha fazla) nötron serbest bırakır. Patlama atom bombası uranyum veya plütonyum çekirdeklerinden salınan nötronlar nedeniyle oluşur.

Protonlar ve nötronlar birlikte oluştuğu için atom çekirdeği her ikisine de nükleon denir.Bir süre sonra serbest bir nötron bir protona ve bir elektrona dönüşür.

adı verilen başka bir parçacığa aşinayız. antinötron nötron gibi elektriksel olarak nötrdür. Bir nötronun birçok özelliğine sahiptir, ancak temel farklılıklardan biri, bir antinötronun bir antiproton ve bir elektrona bozunmasıdır. Çarpışma, nötron ve antinötron birbirini yok eder,

Foton veya hafif kuantum, son derece ilginç bir temel parçacık. Kitap okumak istediğimizde ampulü açıyoruz. Böylece, dahil edilen ampul, kitabın yanı sıra odanın diğer tüm köşelerine ışık hızında koşan çok sayıda foton üretir. Bazıları duvarlara çarparak anında ölür, diğerleri tekrar tekrar diğer nesnelerin duvarlarına çarpar ve seker, ancak göründükleri andan itibaren saniyenin milyonda birinden daha kısa bir süre sonra, birkaçı dışında hepsi ölür. pencereden kaçmayı ve uzaya kaymayı başaranlar. Foton üretmek için gereken enerji, yanan bir ampulden geçen elektronlar tarafından sağlanır; Fotonlar ölürken, bu enerjiyi bir kitaba veya başka bir nesneye vererek, onu ısıtarak veya göze vererek optik sinirlerin uyarılmasına neden olur.

Bir fotonun enerjisi ve dolayısıyla kütlesi değişmeden kalmaz: çok ağır fotonların yanı sıra çok hafif fotonlar da vardır. Sıradan ışık üreten fotonlar çok hafiftir, kütleleri bir elektronun kütlesinin sadece birkaç milyonda biridir. Diğer fotonların kütlesi bir elektronun kütlesiyle hemen hemen aynı, hatta çok daha fazla. Ağır foton örnekleri, x-ışınları ve gama ışınlarıdır.

Burada Genel kural: temel parçacık ne kadar hafifse, dalga doğası o kadar anlamlıdır. En ağır temel parçacıklar - protonlar - nispeten zayıf dalga özelliklerini ortaya çıkarır; elektronlar için biraz daha güçlüdürler; en güçlüleri fotonlarınkilerdir. Gerçekten de, ışığın dalga doğası, parçacık özelliklerinden çok daha önce keşfedildi. Maxwell'in geçen yüzyılın ikinci yarısında gösterdiğinden beri ışığın elektromanyetik dalgaların hareketinden başka bir şey olmadığını biliyoruz, ancak ışığın aynı zamanda cisimsel özelliklere de sahip olduğunu keşfedenler, yirminci yüzyılın şafağında Planck ve Einstein oldu. bazen ayrı "kuanta" biçiminde ya da başka bir deyişle bir foton akışı biçiminde yayılır. Işığın doğasına ilişkin görünüşte farklı olan bu iki kavramı zihnimizde birleştirmenin ve birleştirmenin zor olduğu inkar edilemez; ama diyebiliriz ki, tıpkı elektronun "ikili doğası" gibi, ışık gibi anlaşılması güç bir fenomene ilişkin anlayışımız da çok soyut olmalıdır. Ve sadece fikrimizi kaba terimlerle ifade etmek istediğimizde, bazen ışığı bir parçacık akışına, fotonlara veya elektromanyetik nitelikteki dalga hareketine benzetmeliyiz.

Fenomenin cisimcik doğası ile "dalga" özellikleri arasında bir ilişki vardır. Parçacık ne kadar ağırsa, karşılık gelen dalga boyu o kadar kısadır; dalga boyu ne kadar uzun olursa, karşılık gelen parçacık o kadar hafif olur. röntgençok ağır fotonlardan oluşan, buna bağlı olarak çok kısa dalga boylarına sahiptir. Mavi ışıktan daha uzun dalga boyuna sahip olan kırmızı ışık, mavi ışık fotonlarından daha hafif fotonlardan oluşur. Var olan en uzun elektromanyetik dalgalar - radyo dalgaları - küçük fotonlardan oluşur. Bu dalgalar, parçacıkların özelliklerini en ufak bir şekilde göstermezler, dalga doğaları tamamen baskın özelliktir.

Ve son olarak, tüm küçük temel parçacıkların en küçüğü nötrino. Elektrik yükü yoktur ve kütlesi varsa sıfıra yakındır. Biraz abartarak, nötrino'nun özelliklerden yoksun olduğunu söyleyebiliriz.

Temel parçacıklar hakkındaki bilgimiz, fiziğin modern sınırıdır. Atom on dokuzuncu yüzyılda keşfedildi ve zamanın bilim adamları giderek artan sayıda atom keşfettiler. Çeşitli türler atomlar; benzer şekilde bugün daha fazla temel parçacık buluyoruz. Ve atomların temel parçacıklardan oluştuğu kanıtlanmış olsa da, analoji yoluyla onun bulunmasını bekleyemeyiz, temel bir şey parçacıklar daha da küçük parçacıklardan oluşur. Bugün karşılaştığımız problem çok farklı ve temel parçacıkları ayırabileceğimize dair en ufak bir işaret yok. Bunun yerine, tüm temel parçacıkların daha da temel bir olgunun tezahürleri olduğunun gösterileceği umulmalıdır. Ve bunu kurmak mümkün olsaydı, temel parçacıkların tüm özelliklerini anlayabilirdik; kütlelerini ve nasıl etkileştiklerini hesaplayabilir. En önemli sorunlardan biri olan bu soruna yaklaşmak için birçok girişimde bulunulmuştur. önemli konular fizik.

Bir hata bulursanız, lütfen bir metin parçasını vurgulayın ve tıklayın. Ctrl+Enter.

"Temel parçacık" kavramının net bir tanımı yoktur; genellikle yalnızca belirli bir değer kümesi belirtilir fiziksel özellikler Bu parçacıkları karakterize eden ve çok önemli bazı ayırt edici özellikleri. Temel parçacıklar Sahip olmak:

1) elektrik yükü

2) uygun açısal momentum veya dönüş

3) manyetik moment

4) kendi kütlesi - "dinlenme kütlesi"

Gelecekte, parçacıkları karakterize eden başka nicelikler bulunabilir, bu nedenle temel parçacıkların ana özelliklerinin bu listesi tam olarak kabul edilmemelidir.

Bununla birlikte, tüm temel parçacıklar (aşağıda bir listesi verilmiştir) yukarıdaki özelliklerin tam bir kümesine sahip değildir.Bazılarının yalnızca elektrik yükü ve kütlesi vardır, ancak bir dönüşü yoktur (yüklü pionlar ve kaonlar); diğer parçacıkların kütlesi, dönüşü ve manyetik momenti vardır, ancak elektrik yükü yoktur (nötron, lambda hiperon); diğerlerinin sadece kütlesi (nötr pionlar ve kaonlar) veya sadece dönüşü (fotonlar, nötrinolar) vardır. Temel parçacıklar için zorunlu olan, yukarıda listelenen özelliklerden en az birinin varlığıdır. Maddenin en önemli parçacıklarının - koşular ve elektronlar - bu özelliklerin eksiksiz bir seti ile karakterize edildiğine dikkat edin. Elektrik yükü ve dönüşün, madde parçacıklarının temel özellikleri olduğu, yani sayısal değerlerinin her koşulda sabit kaldığı vurgulanmalıdır.

PARÇACIKLAR VE ANTIPPARKÜLLER

Her temel parçacığın karşıtı vardır - "karşıt parçacık". Parçacığın ve karşı parçacığın kütlesi, dönüşü ve manyetik momenti aynıdır, ancak parçacığın elektrik yükü varsa, o zaman karşı parçacığının yükü zıt işaretlidir. Proton, pozitron ve antinötron aynı manyetik momentlere ve dönüşlere sahipken elektron, nötron ve antiproton zıt yönlere sahiptir.

Bir parçacığın antiparçacığıyla etkileşimi, diğer parçacıklarla olan etkileşiminden önemli ölçüde farklıdır. Bu fark, bir parçacığın ve onun antiparçacığının yok olma yeteneğine sahip olması, yani onların ortadan kaybolduğu ve bunun yerine başka parçacıkların ortaya çıktığı bir süreç olduğu gerçeğinde ifade edilir. Böylece, örneğin, bir elektronun ve bir pozitronun yok edilmesinin bir sonucu olarak, fotonlar, protonlar ve antiproton-pionlar vb. ortaya çıkar.

ÖMÜR

Kararlılık, temel parçacıkların zorunlu bir özelliği değildir. Sadece elektron, proton, nötrino ve bunların karşıt parçacıkları ile fotonlar kararlıdır. Parçacıkların geri kalanı, örneğin bir nötron ile olduğu gibi doğrudan veya ardışık dönüşümler zinciri yoluyla kararlı olanlara dönüştürülür; örneğin, kararsız bir negatif pion önce bir müon ve bir nötrinoya dönüşür ve sonra bir müon bir elektrona ve başka bir nötrinoya dönüşür:

Semboller, "elektronik" nötrinolar ve antinötrinolardan farklı olan "müon" nötrinoları ve antinötrinoları ifade eder.

Parçacıkların kararsızlığı, "doğum" anından bozulma anına kadar varlıklarının süresi ile tahmin edilir; zaman içindeki bu noktaların her ikisi de ölçüm düzeneklerinde parçacık izleriyle işaretlenir. Belirli bir "tür" parçacığının çok sayıda gözleminin mevcudiyetinde, "ortalama ömür" ya da bozunmanın yarı periyodu hesaplanır.

ortalama ömrü (parçacık sayısının bir faktör azaldığı) ve yarı ömrü hesaplayabilirsiniz.

(bu süre boyunca bu sayı yarıya iner).

Şunu belirtmek ilginçtir:

1) nötrinolar ve fotonlar hariç tüm yüksüz parçacıklar kararsızdır (nötrinolar ve fotonlar, kendi dinlenme kütlelerine sahip olmadıkları için diğer temel parçacıklar arasında öne çıkar);

2) yüklü parçacıkların yalnızca elektron ve proton (ve bunların antiparçacıkları) kararlıdır.

İşte en önemli parçacıkların bir listesi (şu anda sayıları artmaya devam ediyor), atama ve ana işaretlerle birlikte.

özellikleri; elektrik yükü genellikle temel birimlerde verilir kütle - elektron kütlesi spin birimlerinde - birimlerde

(bkz: tarama)

PARÇACIKLARIN SINIFLANDIRILMASI

Temel parçacıkların incelenmesi, ana özelliklerin (yük, kütle, dönüş) değerlerine göre gruplandırmalarının yetersiz olduğunu göstermiştir. Bu parçacıkları temelde farklı "ailelere" bölmenin gerekli olduğu ortaya çıktı:

1) fotonlar, 2) leptonlar, 3) mezonlar, 4) baryonlar

ve belirli bir parçacığın bu ailelerden birine ait olduğunu gösterecek parçacıkların yeni özelliklerini tanıtmak. Bu özelliklere geleneksel olarak "ücretler" veya "sayılar" denir. Üç tür ücret vardır:

1) lepton-elektronik yük;

2) lepton-muon yükü

3) baryon yükü

Bu yüklere sayısal değerler verilir: ve -1 (parçacıkların artı işareti vardır, karşıt parçacıkların eksi işareti vardır; fotonlar ve mezonların yükü sıfırdır).

Temel parçacıklar aşağıdaki iki kurala uyar:

her temel parçacık yalnızca bir aileye aittir ve yukarıdaki yüklerden (sayılardan) yalnızca biri ile karakterize edilir.

Örneğin:

Bununla birlikte, belirli bir dizi farklı parçacık, bir temel parçacık ailesine ait olabilir; örneğin, baryon grubu protonu, nötronu ve çok sayıda hiperonu içerir. Temel parçacıkların ailelere bölünmesini sunuyoruz:

leptonlar "elektronik": Bunlara elektron pozitron elektron nötrino ve elektron antinötrino dahildir.

"Müon" leptonları: Bunlar, negatif ve pozitif elektrik yüklü müonlar ile müon nötrinoları ve antinötrinoları içerir.Bunlara proton, nötron, hiperonlar ve bunların tüm antiparçacıkları dahildir.

Bir elektrik yükünün varlığı veya yokluğu, listelenen ailelerden herhangi birine ait olmakla ilişkili değildir. Spini 1/2'ye eşit olan tüm parçacıkların mutlaka yukarıdaki yüklerden birine sahip olduğu not edilir. Fotonlar (birliğe eşit bir dönüşe sahip), mezonlar - pionlar ve kaonlar (dönüşü sıfıra eşit) ne lepton ne de baryon yüküne sahiptir.

Tümünde fiziksel olaylar temel parçacıkların katıldığı - bozunma süreçlerinde; doğum, yok olma ve karşılıklı dönüşümler, - ikinci kurala uyulur:

her bir yük türü için ayrı ayrı sayıların cebirsel toplamları her zaman sabit tutulur.

Bu kural, üç korunum yasasına eşdeğerdir:

Bu yasalar aynı zamanda farklı ailelere ait parçacıklar arasında karşılıklı dönüşümlerin yasak olduğu anlamına gelir.

Bazı parçacıklar için - kaonlar ve hiperonlar - ek olarak tuhaflık olarak adlandırılan ve Kaonlar tarafından belirtilen başka bir özelliğin eklenmesi gerekli olduğu ortaya çıktı. Tuhaflık ile parçacıkların görünümünün (doğumunun) gözlemlendiği işlemlerde aşağıdaki kurala uyulur:

Garipliğin korunumu yasası. Bu, bir garip parçacığın görünümüne mutlaka bir veya daha fazla garip antiparçacığın ortaya çıkışının eşlik etmesi gerektiği anlamına gelir, böylece önceki ve sonraki sayıların cebirsel toplamı

doğum süreci sabit kaldı. Ayrıca, tuhaflığın korunumu yasasının tuhaf parçacıkların bozunmasında gözlemlenmediği, yani bu yasanın yalnızca tuhaf parçacıkların üretim süreçlerinde geçerli olduğu kaydedilmiştir. Bu nedenle, garip parçacıklar için yaratma ve çürüme süreçleri geri döndürülemez. Örneğin, bir lambda hiperonu (gariplik, bir protona ve bir negatif pion'a bozunmaya eşittir:

Bu reaksiyonda, reaksiyondan sonra elde edilen proton ve pionun tuhaflıkları sıfıra eşit olduğundan, tuhaflığın korunumu yasasına uyulmaz. Bununla birlikte, ters reaksiyonda, negatif bir pion bir proton ile çarpıştığında, tek bir lambda hiperonu görünmez; reaksiyon, zıt işaretlerin tuhaflıklarına sahip iki parçacığın oluşumu ile ilerler:

Sonuç olarak, lambda-hiperon doğum reaksiyonunda, tuhaflığın korunumu yasası gözlemlenir: reaksiyondan önce ve sonra, "garip" sayıların cebirsel toplamı sıfıra eşittir. Garip sayıların toplamının sabitliğinin karşılandığı sadece bir bozunma reaksiyonu bilinmektedir - bu, nötr bir sigma hiperonunun bir lambda hiperonuna ve bir fotona bozunmasıdır:

Garip parçacıkların bir başka özelliği de, üretim süreçlerinin süresi (sırasıyla) ile ortalama varlık süreleri (yaklaşık ) arasındaki keskin farktır; diğer (garip olmayan) parçacıklar için bu zamanlar aynı sıradadır.

Lepton ve baryon sayılarını veya yüklerini tanıtma ihtiyacının ve yukarıdaki korunum yasalarının varlığının, bu yüklerin farklı tipteki parçacıklar arasında olduğu kadar parçacıklar ve karşı parçacıklar arasında da niteliksel bir farkı ifade ettiğini varsaymamıza neden olduğuna dikkat edin. Parçacıklara ve karşıt parçacıklara zıt işaretli yükler atamanın gerekli olması, aralarında karşılıklı dönüşümlerin imkansızlığını gösterir.

Fizikçilerin ve filozofların dikkati artık temel parçacıklar sorununa çevrilmiştir. Temel parçacıklar nelerdir? Sovyet fizikçi V. S. Barashenkov, hangi nesnenin "temel" olarak adlandırıldığı sorulduğunda şöyle cevap verir: "Bu, diğer parçacıklardan oluşturulamayan bir parçacıktır, böylece bu durumda kütle kusuru bu parçacığın kütlesi veya kütleleri ile karşılaştırılacaktır. ihmal edilebilecek kadar küçük bileşen parçacıkları" (31.1965.9.87). Bir süre sonra, D. I. Blokhintsev ile birlikte şunları yazdılar: “Şu anda, temel parçacıklar grubu, hem gerçek hem de sanal herhangi bir olası bozunması, orijinal parçacığın kütlesi ile karşılaştırılabilir bir kütle kusuru ile meydana gelen tüm parçacıkları içerir. veya kütleleri ile parçacıkları bozunur" (74, 181).

Bize göre, temel parçacıklar, bilinen tüm süreçlerde tek bir bütün olarak ayrı ayrı etkileşime giren niteliksel olarak benzersiz madde türleridir. "İlköğretim" adının açıkça talihsiz olduğu söylenmelidir. Ünlü İtalyan fizikçi E. Fermi, "Temel" terimi daha çok bilgi düzeyimizi ifade eder" diye yazmıştı. bilmiyoruz ve hangisini nokta olarak görüyoruz” (151, 9). Ama gerçekte, en genel düşüncelere ve deneysel verilere dayanarak, herhangi bir temel parçacığın bir yapıya sahip olması gerektiği gösterilebilir. Bu ifade, temel parçacıkların katıldığı çeşitli süreçlerin analizinden kaynaklanmaktadır. Şu anda, bazı temel parçacıkların diğerlerinden çok sayıda dağılma, oluşum, dönüşüm, oluşum reaksiyonları zaten bilinmektedir. Bu deneysel veriler, temel parçacıkların bir iç yapıya sahip olduğunu iddia etmek için temel oluşturur. Temel parçacıkların yapısı, doğadaki sonsuz iç ve dış bağlantıların yansımalarından biri, maddenin hareketinin bir yansımasıdır. Mikro-nesnelerin her biri yalnızca belirli doğal fenomenlere neden olmakla kalmaz, aynı zamanda şartlandırılmıştır ve bu nedenle bir yapıya, bir yapıya sahiptir. Temel parçacıklarda bir yapının varlığı, temel parçacıkların bir veya iki değil, çok olması gerçeğiyle zaten belirtilir.

Hemen hemen tüm temel parçacıkların karşılık gelen antiparçacıklara sahip olduğuna dikkat edilmelidir. Bunlardan bazılarını listeliyoruz: elektron- 9.108 * 10 -28 g'a eşit bir kütleye ve negatif bir temel elektrik yüküne sahip kararlı bir parçacık. Elektronlar, tüm atomların ayrılmaz bir parçası olan maddenin yapısında en önemli rolü oynar.

Foton veya kuantum Elektromanyetik radyasyon keyfi frekans (A. Einstein tarafından fotoelektrik etki teorisinde tanıtılan bir kavram). Bir fotonun diğer temel parçacıklarla karşılaştırıldığında ayırt edici bir özelliği, her zaman sabit bir hızda hareket etmesidir - C = 3*10 10 cm/s (vakumda). Durgun bir kütlesi yoktur ve durağı absorpsiyondan, yani foton olarak varlığının sonundan başka bir şey değildir.

hakkında da söylenmelidir. proton- kütlesi bir elektronun kütlesinden 1836 kat daha büyük olan temel bir parçacık olan pozitif yüklü bir hidrojen çekirdeği. Tüm elementlerin çekirdeğinin ayrılmaz bir parçasıdır.

1932'de açıldı nötron- 1838 elektron kütlesi kütlesi ile elektrik yükünden yoksun bir parçacık. Nötronlar, protonlarla birlikte atom çekirdeğinin bir parçasıdır.

Aynı yıl açıldı pozitron, elektronun antiparçacığıdır. Pozitronun kütlesi elektronun kütlesine eşittir, elektrik yükü pozitiftir ve eşittir temel ücret(elektron yükü).

Elektrik yükü olmayan son derece ilginç bir temel parçacık, nötrino. Dinlenme kütlesine gelince, bu soru hala açık kalıyor: ya sıfır ya da çok küçük. SSCB Bilimler Akademisi Teorik ve Deneysel Fizik Enstitüsü'nde (ITEP) V. A. Lyubimov, E. G. Novikov, V. Z. Nozika, E. F. Tretyakova ve V. S. Kozik (283) tarafından gerçekleştirilen trityum bozunma spektrumunun ince ve ayrıntılı ölçümleri , 301), nötrinonun durgun bir kütlesi olduğunu gösterir. Nötrinoların geri kalan kütlesinin keşfine yönelik çalışmaların uzun süredir devam ettiği biliniyor. 1949'da, nötrino kütlesinin sınırı sorununun ele alındığı G. Khan ve B. Pontecorvo'nun çalışmaları yayınlandı. 1972'de K. Berquist (207, 317) 55 eV'ye yakın olan istenen limiti geliştirdi. 1973'ten beri, bu çalışma yukarıda belirtilen Sovyet fizikçileri grubu tarafından başlatıldı. Onlar tarafından ölçülen nötrino dinlenme kütlesinin çok küçük olduğu ortaya çıktı - 14 ila 16 eV arasında. Bununla birlikte, Evren koşulları altında, nötrinolarda bu kadar küçük bir durgun kütlenin bile varlığı, çok büyük sonuçlara, Evrenin yapısı ve evrimi hakkındaki fikirlerimizde bir değişikliğe yol açar.

Sıcak Evrenin modern modelinden devam edersek, şimdi içinde bir santimetre küpte ~ 500 kalıntı nötrino var. Kütlelerini dikkate alarak yapılan hesaplama, Evrenin tüm kütlesinin %90-99'unun nötrino kütlesi olduğunu gösterir. Akademisyen Ya.B. Zel'dovich'in yazdığı gibi, bu bir nötrino Evreninde yaşadığımız anlamına gelir. Nötrinoların kütlesi Evrenin yaşını etkiler (küçülüyor), ağır nötrinolar genişlemesini durduracak ve ~ 20-30*109 yıl içinde sıkıştırmanın bir sonucu olarak Evrenin görkemli bir çöküşü meydana gelecek. Nötrinolar için bir durgun kütlenin varlığı, zaten bilinen temel parçacıkların yeni özelliklerini keşfetmeyi mümkün kılar. Örneğin çok hafif nötrino, bir süper ağır parçacıklar dünyasının varlığının bir göstergesi olarak hizmet edebilir 1 . Teorik olarak tahmin edilen nötrino ömrü (10 29 yıl), Evrenin yaşından (10 10 yıl) yaklaşık 19 büyüklük katı daha uzundur. Nötrinolarda sonlu bir kütlenin keşfi (yukarıdaki veriler doğrulanırsa) bunlardan biri olacaktır. büyük keşifler modern fizikte.

1 (Bu fiziksel öngörü, karşıtların birliği diyalektik-materyalist ilkesiyle uyumludur.)

Elektrik yükü, durgun kütlesi, manyetik momenti olmayan nötrinolar, diğer parçacıklarla son derece zayıf etkileşir ve çok nüfuz eder. Nötrino, mecazi anlamda, hareket yönüne göre dönüşün yönü olan "spiralitesinde" antineutrinodan farklıdır.

Güneş enerjisinin bir kısmının, ne zaman yayılan antinötrinolar şeklinde uzaya taşındığına dikkat edilmelidir. nükleer reaksiyonlar güneşin derinliklerinde.

Temel parçacıklar teorisini geliştiren Sovyet fizikçileri ve hepsinden öte M. A. Markov ve B. M. Pontecorvo, doğada iki tür nötrino bulunduğunu öngördüler. Şu anda, üç tip nötrino zaten bilinmektedir: v e , v μ , v τ ve bunlara karşılık gelen antinötrinolar.

Kozmik ışınlar üzerine yapılan çalışmalar (birincil kozmik ışınlar esas olarak protonlardan ve a-parçacıklarından oluşur) ve ayrıca güçlü hızlandırıcılar üzerinde yapılan deneyler, bir dizi yeni parçacığın keşfedilmesine yol açtı; aralarında bir elektronun kütlesi ile bir protonun kütlesi arasında bir ara kütleye sahip parçacıklar - mezonlar. 1937'de 206.7 elektron kütlesi kütleye sahip, 2.22 * 10 -6 s ömre sahip μ ± mezonlar keşfedildi.Ayrıca, π +, π-, π 0 mezonları ve K-mezonları şimdi büyük bir grup olarak biliniyor. denilen temel parçacıkların hiperonlar kütlesi bir protonun kütlesini aşan . Yani, örneğin, Ξ - eksi hiperon (kademeli hiperon) ~2586 elektron kütlesi kütlesine sahiptir. AT son yıllar birleştirilmiş birkaç kısa ömürlü parçacık keşfetti yaygın isim sebepler 1 .

1 (Parçacıkların sınıflandırılmasından bahsedeceğimiz bu bölümün bir sonraki paragrafında onların listesine devam edeceğiz.)

Tüm atomların olduğunu bilmek kimyasal elementler doğada meydana gelen, elektronlar, protonlar, nötronlar ve sanal n-mezonlardan "oluşur", diğer parçacıkların atomların veya çekirdeklerinin yapısında bir rol oynamadığı, ancak yalnızca çeşitli reaksiyonlar sırasında ortaya çıktığı sonucuna varılabilir. kozmik ışınlar veya laboratuvar koşulları. Ancak durum böyle değil. Belirtilen parçacık türlerinin yanı sıra, atomlarda fiilen bulunan birçok parçacık daha vardır ve parçacıkların etkileşimini sağlayan alanlar da vardır.

Gerçekten de elektron, esas olarak elektrostatik kuvvetler nedeniyle çekirdeğe çekilir (manyetik ve elektromanyetik kuvvetler önemsiz bir rol oynar). Bu alanın kuantumları, elektronların daha yüksek bir seviyeden geçişi sırasında fotonlar şeklinde atomlar tarafından yayınlanır. enerji seviyesi daha düşük olana veya bir atomun diğer atomlarla çarpışmasında.

Elektromanyetik alan ayrıca çekirdeklerde örtük, yayılmayan bir durumda bulunur ve protonların elektrostatik itilmesine ve protonların ve nötronların manyetik etkileşimine (her iki nükleon tipinin de manyetik momentleri olduğu için) ve ayrıca diğer küçük ek kuvvetlere neden olur. . Bu uzun zamandır bilinmektedir ve yakın zamana kadar sadece çeşitli kuantum, bazı durumlarda çok ince ve hesaplanması zor ve gözlemlenmesi zor düzeltmeler kurulmuştur.

Elektromanyetik alana ek olarak, atomların çekirdeklerinde, çekirdeklerdeki protonları ve nötronları sınırlayan ve ne yerçekimi ne de manyetik olmayan nükleer kuvvetlerle ilişkili özel alanlar da vardır.

Muazzam bir yoğunluğa sahip olan nükleer kuvvetlerin alanı belirli bir yapıya sahiptir. Kütlesi olan parçacıklardan kaynaklanır. Bu öncelikle bulundu teorik çalışmalar V. Heisenberg, I. Tamm, D. Ivanenko ve Japon fizikçi G. Yukawa. Atomu yaymanın, yani nükleer alanı nükleonlardan koparmanın çok zor olduğu ortaya çıktı; Bu bağın "güçlü", parçacıklar arasında bilinenlerin en büyüğü olması boşuna değildir. Protonların veya nötronların çarpışmalarında atom çekirdekleri tarafından yayılan nükleer alanın kuantası, elektronlar ve nükleonlar arasındaki kütle bakımından ortalama parçacıklar olduğu ortaya çıktı. Teorik tahminlerle yakın bir uyum içinde, bir tamsayıya, daha doğrusu kaybolan spin S = 0'a sahiptirler. Bu parçacıklara π- deniyordu. mezonlar, veya " şakayık". Varlıkları teorik olarak tahmin edildi.

Nasıl ki protonlar ve elektronlar arasındaki elektrik alanı onların yükleri tarafından sağlanıyorsa, çekirdek içindeki pionların alanı da nükleer kuvvetleri sağlar. Nükleonlar arasındaki nükleer kuvvetler, bir nükleonun sanal bir pion yayması ve diğerinin onu emmesi nedeniyle ortaya çıkar. Nükleonların ve pionların etkileşimi teorisi ve buna karşılık gelen deneyler büyük ilerleme kaydetti ve şimdi pionların saçılmasının ve bunların üretiminin birçok yönünü anlıyoruz. Nükleer teori, esas olarak n-meson kuvvetleri, nükleonlar arasındaki etkileşimin birçok önemli yönünü, özellikle kısa menzilli, yükten bağımsız, merkezi olmayan doğasını ve spin bağımlılığının biçimini açıklayabildi.

Böylece, çekirdekle birlikte atomların bileşimini oluşturduk: elektronlar, protonlar, nötronlar artı elektromanyetik ve mezon alanı (π-meson). Görünüşe göre maddenin bileşiminin incelenmesi artık tamamlanmış sayılabilir. Bununla birlikte, son yıllarda bir dizi yeni temel parçacık keşfedilmiştir. İlk olarak, nötronların ve pionların kararsız parçacıklar olduğu ortaya çıktı: kendiliğinden bozunurlar ve maddelerin yapısında doğrudan rol oynamayan yeni parçacıklara yol açarlar. Yüklü n-mezonlar, ortalama olarak, 2 * 10 -8 s sonra bir nötrinoya veya sırasıyla bir antineutrino artı mezon tipinde (μ-meson veya "muon" olarak adlandırılan yeni bir parçacığa bozunmadan sonra) :

nötr müonlar bilinmemektedir. Nötr pion, yaklaşık 10-16 s'lik bir süreden sonra son derece hızlı bir şekilde iki γ-fotonuna bozunur:

Ortalama olarak yaklaşık 12 dakika yaşayan bir serbest nötron mutlaka bir protona, bir elektrona ve bir nötrinoya (daha doğrusu bir antineutrino) bozunur:


Çürümek nükleer nötronlar tüm çekirdeğin kararlılığına bağlıdır: bu durumda üretilen elektronlara beta parçacıkları (β) denir.

İkincisi, zaten bilinen yüksek enerjili parçacıkların (π, ρ, n, μ, vb.) Çarpışmasında, çeşitli yeni parçacıklar, özellikle nükleonların (protonlar ve nötronlar) kütlesini aşan süper ağır hiperonlar ve yeni K-mezonlar, şakayıklardan daha ağırdır. Bu durumda, sıradan parçacıkların "ayna" görüntüleri olan çeşitli "karşıt parçacıklar" veya yük konjuge parçacıklar da üretilir. Örneğin, 1 milyon elektron volttan fazla enerjiye sahip fotonların geçişi sırasında çekirdeğin yakınında bir çift görünebilir: bir elektron + bir pozitron.

Her temel parçacığın çeşitli özellikleri vardır ve bu, maddenin tükenmezliği konusundaki Marksist-Leninist konumu doğrular. Doğanın sonsuz bilgisi sürecinde bilim tarafından keşfedilen her tür madde, maddi nesnelerin kendi yapılarına ve aralarındaki sonsuz sayıda bağlantıya bağlı olan çok çeşitli özelliklere sahiptir.

Marksist-Leninist felsefe, her fenomenin, her cismin bu fenomen ve nesnelerde tezahür eden kendi özüne sahip olduğuna dikkat çeker. Temel bir parçacık veya daha doğrusu bir mikro nesnenin kendi özü vardır. Ama bu öz büyük ölçüde keşfedilmemiş, bilinmiyor, "kendinde bir şey"dir. Bir mikro nesnede özün varlığı, yapının, karmaşık iç bağlantıların, yani bu mikro nesneyi oluşturan ve çeşitli özelliklerinde kendini gösteren maddenin elementleri arasındaki bağlantıların ve etkileşimlerin varlığına tanıklık eder.

Diyalektik materyalizm, doğadaki tüm nesnelerin ve fenomenlerin karşılıklı bağlantı ve koşulluluk içinde olduğunu gösterir. Herhangi bir fenomen, yalnızca çevreleyen dünyayla bağlantılı olarak doğru bir şekilde anlaşılabilir. Bu nedenle, mikro nesnelerin özelliklerinin incelenmesinde, dış ilişkilerin incelenmesi, belirli bir mikro nesnenin diğer cisimler ve alanlarla etkileşimleri önemli bir rol oynar.

Dolayısıyla, bir mikro-nesnenin yapısını iç bağlantılar belirliyorsa, yapısı da dış bağlantılarda kendini gösterir.

Bağlantıların dış ve iç olarak bölünmesi görecelidir. Ancak öte yandan, bağlantıların iç ve dış olarak bölünmesi çok önemlidir, çünkü bu belirli nesneyi belirleyen nesnenin niteliksel özelliklerini vurgulamanıza izin verir.

Bağlantıları iç ve dış olarak ayırmamızı sağlayan nedir? Bu bölünmenin kriteri nerede? ST Melyukhin, "iç ve dış ayrımının çok göreceli olduğuna ve esas olarak bedenlerin mekansal konfigürasyonu tarafından belirlendiğine" inanıyor (94, 202).

Buradan şu sonuca varıyor: "Nispeten keskin uzamsal sınırlara sahip makroskopik nesneler için, çoğu durumda bağların iç ve dış olarak bölünmesi özel zorluklar yaratmaz. Ancak, bu bölmeyi mikro nesneler için gerçekleştirmek bazen çok zordur. Gerçek şu ki, temel parçacıklara keskin geometrik sınırlar atfedilemez, çünkü onlar bir tür mikroskobik top değildirler, ama aynı zamanda dalga özellikleri(94, 202). Böyle bir bölünmenin bir nesnede niteliksel bir kesinlik bulunmasının bir sonucu olarak mümkün olduğunu düşünüyoruz. Dış cisimlerle herhangi bir etkileşimde hem iç hem de dış bağlantılar ortaya çıkıyor. Ancak bazı durumlarda içsel bağlantılar ortaya çıkıyor. bağlantılar, diğerlerinde - dışsal olarak belirleyici bir rol oynar.Kuşkusuz, uzamsal konfigürasyon bunda belirli bir rol oynar.Fakat bunun böyle kategorik bir karaktere sahip olduğuna inanmak için hiçbir neden yoktur.Örneğin, bir atom durumunda, biz bağların böylesine göreli bir şekilde iç ve dış olarak bölünmesini sağlayabilir.Temel parçacıklar söz konusu olduğunda, bunu yapmak şu anda gerçekten zordur, çünkü hala çok az çalışılmışlardır, ancak bir olasılık vardır. böyle bir alt bölüm yapılabilir temel parçacıklar teorisinin oluşturulması.

Bu nedenle, "temel parçacıklar" terimi, bir yandan belirli bir bilgi düzeyimizi yansıtırken, diğer yandan da belirli bir nesnel içeriğe sahiptir. V. I. Lenin şunları yazdı: “Mantıksal kavramlar, soyut formlarında “soyut” kaldıkları sürece özneldir, ancak aynı zamanda kendi içlerinde şeyleri ifade ederler. Doğa hem somut hem soyut, hem fenomen hem öz hem de an İnsan kavramları soyutluklarında, izolasyonlarında özneldir, ancak genel olarak süreç içinde, sonuç olarak, eğilimde, kaynakta nesneldir” (2, 29, 190). Nesnel içerik "temel parçacık" kavramına nasıl yansır? "Temel parçacık" kavramının, çoğu özellikleri gelecekte bilim tarafından ortaya çıkarılacak olan ilgili madde türlerinin niteliksel bölünmezliğini yansıttığı gerçeğinde yatmaktadır.

Mikroparçacıkların (temel parçacıklar) sahip olduğu bazı özellikleri göz önünde bulundurun.

Mikro nesnelerin en önemli özelliklerinden biri, sahip oldukları kitleler.

Durgun kütleye sahip mikro nesnelerin herhangi bir hızda (sıfırdan vakumda neredeyse ışık hızına kadar) hareket edebileceğine, durgun kütlesi olmayan parçacıkların ise her zaman ışık hızında hareket ettiğine dikkat edelim. Görünüşe göre, mikro dünyanın daha fazla incelenmesi, hangi etkileşimlerin ve hangi madde türleri arasında mikro nesnelerin bu tür tuhaf özelliklerini gösterdiğini açıklamayı mümkün kılacaktır.

Kütlenin esas olarak iç bağlantılar tarafından belirlendiği ve konunun niteliksel kesinliğinin özelliklerinden biri olduğu söylenebilir.

Mikropartiküllerin bir diğer önemli özelliği, elektrik şarjı ile parçacıkların bağlantısını karakterize eden elektromanyetik alan. Farklı parçacıklarda aynı mutlak yükün varlığına ve bazı parçacıklarda elektrik yükünün yokluğuna neyin neden olduğu hala belirsizdir. Ancak bunun, henüz keşfedilmemiş derin bir içsel düzenliliğin, parçacıkların yapısındaki bazı ortak noktaların bir tezahürünün bir tezahürü olduğu oldukça açıktır.

Spin, mikropartiküllerin bir diğer önemli özelliğidir.

Parçacık dönüşü, temel parçacıkların yalnızca kendilerine özgü olan özel bir temel özelliğidir. Bir parçacığın kendi "dönüşü" olarak spinden ancak makrokozmostaki dönüşe benzeterek bahsedebiliriz. Temel bir parçacığın dönüşü artırılamaz veya azaltılamaz. Spin, h birimiyle ölçülür. Proton, nötron ve elektron spini S = 1 / 2'dir ve fotonun dönüşü 1'dir. parçacıkların sayısı, iki tür istatistiğin ( Bose - Einstein ve Fermi - Dirac) varlığıyla gösterilir, yani bilinen tüm temel parçacıklar için hem genel hem de özeli yansıtan düzenlilikler. Yarı tamsayılı spinli parçacıklar, Fermi-Dirac istatistiklerine uyarlar ve denir. fermiyonlar, ve tamsayılı spinli parçacıklar Bose-Einstein istatistiklerine uyar ve denir bozonlar. Birden fazla fermiyonun aynı durumda olamayacağı bilinmektedir, yani fermiyonlar "bireyci" gibi davranır; bu kural bozonlar için geçerli değildir ve "kolektivistler" gibi davranırlar. Temel parçacıkların davranışındaki bu özelliklerin içsel doğası, bu özelliklerin simetri ve asimetri özellikleriyle bağlantısı zaten kurulmuş olmasına rağmen, hala kurulmaktan uzaktır.

Spin, bir elektronun veya başka bir temel parçacığın hareketindeki iç serbestlik derecesinin bir tezahürü olarak kabul edilir, bu nedenle dört serbestlik derecesi ile karakterize edilir: uzaysal yer değiştirmeyi ifade eden üç harici ve dördüncü dahili spin. Bir spinin varlığı, mikropartiküllerde karmaşık bir yapının ve belirli bir tür iç bağın varlığını da gösterir.

Temel parçacıkların bir diğer önemli özelliği, manyetik moment. Hem yüklü hem de nötr parçacıklara sahiptir. Yüklü parçacıkların manyetik momentinin bir kısmının uzaysal yer değiştirmelerinden kaynaklandığı varsayılmaktadır. Bu nedenle, proton ve nötronların etrafındaki mezon bulutlarının akımlarının manyetik momentlerini belirlediğine inanılmaktadır.