TEMEL PARÇACIKLAR

giriiş

E. h. bu terimin tam anlamıyla, varsayıma göre tüm maddeyi oluşturan birincil, ayrıştırılamaz parçacıklardır. "E. h." kavramında Modern Fizikte, maddi dünyanın tüm gözlemlenebilir özelliklerini belirleyen ilkel varlıklar fikri, doğa biliminin oluşumunun ilk aşamalarında ortaya çıkan ve gelişiminde her zaman önemli bir rol oynayan bir fikir olan ifade bulur.

"E. h." kavramı mikroskobik maddenin yapısının ayrık doğasının kurulması ile yakın bağlantılı olarak oluşturulmuştur. seviye. 19.-20. yüzyılların başında keşif. maddenin özelliklerinin en küçük taşıyıcıları - moleküller ve atomlar - ve moleküllerin atomlardan oluştuğu gerçeğinin belirlenmesi, ilk kez, gözlemlenen tüm maddeleri, çok sayıda da olsa sonlu yapısal kombinasyonlar olarak tanımlamayı mümkün kıldı. bileşenler - atomlar. Gelecekte algılama oluşturan parçalar atomlar - elektronlar ve çekirdekler, sadece iki parçacıktan (nükleonlar) yapıldığı ortaya çıkan çekirdeğin karmaşık doğasının oluşturulması: protonlar ve nötronlar, maddenin özelliklerini oluşturan ayrı elementlerin sayısını önemli ölçüde azalttı ve maddenin kurucu parçaları zincirinin ayrık yapısız oluşumlarla sona erdiğini varsaymak için sebep verdi - E. h. 20. yüzyıl e-magn yorumlama imkanı. özel parçacıkların bir koleksiyonu olarak alan - fotonlar - ayrıca bu yaklaşımın doğruluğuna olan inancı güçlendirdi.

Bununla birlikte, genel olarak konuşursak, belirtilen varsayım bir tahmindir. bilinen gerçekler ve hiçbir şekilde haklı gösterilemez. Yukarıdaki tanım anlamında temel olan parçacıkların var olduğunu kesin olarak iddia etmek imkansızdır. Madde çalışmasının bir aşamasında "...'den oluşur" ifadesinin içerikten yoksun olması da mümkündür. Bu durumda, yukarıda verilen "temel" tanımından vazgeçilmesi gerekecektir. E. h.'nin varlığı bir tür varsayımdır ve geçerliliğinin doğrulanması fiziğin en önemli görevlerinden biridir.

Kural olarak, "E. h." terimi. modernde kullanılır fizik tam anlamıyla değil, daha az kesin olarak - atom veya atom çekirdeği olmama koşuluna bağlı olarak, maddenin gözlemlenebilir en küçük parçacıklarının büyük bir grubunu adlandırmak, yani kasıtlı olarak bileşik bir yapıya sahip nesneler (istisna proton - bir hidrojen atomunun çekirdeği). Araştırmalar, bu parçacık grubunun alışılmadık derecede geniş olduğunu göstermiştir. Dışında proton(R), nötron(n), elektron(e) ve foton(g) şunları içerir: pi mezonları(p), müonlar(m), tau leptonları(t), nötrinoüç tip ( v e, v m , v t), sözde. garip parçacıklar ( K-mezonlar ve hiperonlar), büyülenmiş parçacıklar ve güzel (güzel) parçacıklar (D- ve B-mezonları ve bunlara karşılık gelen baryonlar), çeşitli rezonanslar, içermek mezonlar gizli çekicilik ve çekicilik ile ( ncu parçacıkları, upsilon parçacıkları) ve son olarak, başlangıçta açın. 80'ler ara vektör bozonları (W, Z)- esas olarak toplamda 350'den fazla parçacık dengesiz. Keşfedildiklerinde bu gruba dahil olan parçacıkların sayısı sürekli artmaktadır ve büyümeye devam edeceği güvenle söylenebilir. Açıkçası, bu kadar çok sayıda parçacık, maddenin temel bileşenleri olarak ve hatta 70'lerde hareket edemez. listelenen parçacıkların çoğunun (tüm mezonlar ve baryonlar) kompozit sistemler olduğu gösterilmiştir. Bu son gruba dahil olan parçacıklar, çekirdekte toplanmayan maddenin varlığının belirli biçimlerini temsil ettikleri için daha doğru bir şekilde "alt-nükleer" parçacıklar olarak adlandırılmalıdır. "E. h." adının kullanımı. bahsi geçen tüm parçacıklarla ilgili olarak esas olarak vardır. tarih, nedenleri ve araştırma dönemi (30'ların başı) ile ilişkilidir. bu grubun bilinen temsilcileri proton, nötron, elektron ve parçacık el-magn idi. alanlar - foton. O zaman, belirli bir hakla, bu parçacıklar E. h.

Yeni mikroskobik keşif parçacıklar, maddenin yapısının bu basit resmini yavaş yavaş yok etti. Bununla birlikte, özelliklerinde yeni keşfedilen parçacıklar, birçok açıdan bilinen ilk dört parçacığa yakındı: ya protona ve nötrona ya da elektrona ya da fotona. Bu tür parçacıkların sayısı çok fazla olmadığı sürece, hepsinin temel rolü oynadığı inancı sürdürüldü. Maddenin yapısındaki rolü ve E. h kategorisine dahil edildiler. Parçacık sayısındaki artışla, bu inancın terk edilmesi gerekiyordu, ancak geleneksel olarak. isim "E.h." arkalarında tuttu.

Yerleşik uygulamaya göre, "E. h." terimi. aşağıda maddenin tüm en küçük parçacıkları için genel bir isim olarak kullanılacaktır. olduğunu iddia eden parçacıklardan bahsettiğimiz durumlarda birincil unsurlar madde, "doğru temel parçacıklar".

Kısa tarihsel bilgi

E. h.'nin keşfi, maddenin yapısını incelemede fizik tarafından elde edilen genel başarının doğal bir sonucuydu. 19. yüzyıl Atomların spektrumlarının ayrıntılı çalışmalarıyla, elektrik çalışmasıyla hazırlandı. sıvılarda ve gazlarda fenomenler, fotoelektrik keşfi, X-ışını. ışınlar, doğal radyoaktivite, maddenin karmaşık bir yapısının varlığını gösterir.

Tarihsel olarak, ilk açık E. h. bir elektrondu - negatif bir temel elektriğin taşıyıcısı. atomlarda şarj. 1897'de J.J. Thomson (J.J. Thomson) sözde olduğunu inandırıcı bir şekilde gösterdi. katot ışınları bir yük akışıdır. parçacıklar, to-çavdar daha sonra elektronlar olarak adlandırıldı. 1911'de E. Rutherford, atlama alfa parçacıkları doğadan. radyoaktif ince folyo ile kaynak maddeler koyacağı sonucuna varmıştır. atomlardaki yük, kompakt oluşumlarda - çekirdeklerde yoğunlaşır ve 1919'da çalınan parçacıklar arasında keşfetti atom çekirdeği, protonlar - bir birim koymak ile parçacıklar. yük ve kütle, bir elektronun kütlesinin 1840 katı. Çekirdeğin bir parçası olan başka bir parçacık olan nötron, 1932'de J. Chadwick tarafından a-parçacıklarının berilyum ile etkileşimini incelerken keşfedildi. Nötron, protonunkine yakın bir kütleye sahiptir, ancak elektrik yükü yoktur. şarj. Nötronun keşfi, atomların ve çekirdeklerinin yapısal elemanları olan parçacıkların tanımlanmasını tamamladı.

Parçacıkların varlığı hakkında sonuç e-magn. alan - foton - M. Planck'ın (M. Planck, 1900) çalışmasından kaynaklanmaktadır. Kesinlikle siyah bir cismin radyasyon spektrumunun doğru bir tanımını elde etmek için Planck, radyasyon enerjisinin ayrı ayrı bölündüğünü kabul etmek zorunda kaldı. porsiyonlar (kuanta). Planck'ın fikrini geliştiren A. Einstein, 1905'te el-magn'ı önerdi. radyasyon bir kuanta (fotonlar) akışıdır ve bu temelde fotoelektrik etkinin yasalarını açıkladı. Doğrudan deneyler. Fotonun varlığının kanıtları, 1912-15'te R. Millikan tarafından fotoelektrik etkiyi incelerken ve A. Compton tarafından 1922'de elektronlar tarafından g-kuanta saçılımını incelerken verildi (bkz. Compton etkisi).

Madde ile yalnızca zayıf bir şekilde etkileşime giren bir parçacık olan bir nötrino'nun varlığı fikri, böyle bir hipotezin enerjinin korunumu yasasıyla ilgili zorlukları ortadan kaldırmayı mümkün kıldığını belirten W. Pauli'ye (1930) aittir. bir radyo eyleminin beta bozunma süreçleri. çekirdekler. Nötrinoların varlığı, ters işlem süreci çalışmasında deneysel olarak doğrulandı. beta bozunumu sadece 1956'da [F. Reines (F. Reines) ve K. Cowan (S. Cowan)].

30'lardan erken 50'ler E. h.'nin çalışması, çalışmayla yakından bağlantılıydı. kozmik ışınlar. 1932'de kozmik evrenin bir parçası olarak. ışınları K. Anderson (S. Anderson) tarafından keşfedildi pozitron(e +) - elektron kütlesi olan, ancak pozitif, elektrik olan bir parçacık. şarj. İlk keşfedilen pozitrondur. antiparçacık. Pozitronun varlığı, pozitronun keşfinden kısa bir süre önce 1928-31'de P. Dirac tarafından geliştirilen elektronun relativist teorisinden doğrudan kaynaklanmaktadır. 1936'da Anderson ve S. Neddermeyer (S. Neddermeyer) uzay çalışmasında bulundu. ışınlar müonlar (her iki elektrik yükünün işaretinin) - kütlesi yaklaşık 200 elektron kütlesi olan, ancak bunun dışında özellikleri bakımından ona oldukça yakın olan parçacıklar.

1947'de de uzayda. S. Powell (S. Powell) grubunun ışınları keşfedildi p + - ve p - çekirdeklerde protonların nötronlarla etkileşiminde önemli bir rol oynayan 274 elektron kütlesi kütlesine sahip mezonlar. Bu tür parçacıkların varlığı, 1935'te H. Yukawa tarafından önerildi.

Kon. 40'lar-başlangıç 50'ler adı verilen olağandışı özelliklere sahip büyük bir parçacık grubunun keşfiyle işaretlendi. "garip". Bu grubun ilk parçacıkları - K + - ve K - mezonlar, L-hiperonlar - uzayda keşfedildi. ışınları, ardından garip parçacıkların keşifleri yapıldı. parçacık hızlandırıcılar- yoğun yüksek enerjili proton ve elektron akışları yaratan tesisler. Madde ile çarpışma üzerine, hızlandırılmış protonlar ve elektronlar yeni E. h.'ye yol açar, to-çavdar daha sonra karmaşık dedektörlerin yardımıyla kaydedilir.

Başlangıçtan beri 50'ler hızlandırıcılar ana haline geldi. 90'larda E. h. çalışması için araç. Maks. hızlandırıcılarda hızlandırılan parçacıkların enerjileri yüz milyarlarca elektron volta (GeV) ulaştı ve artan enerji süreci devam ediyor. Hızlandırılmış parçacıkların enerjilerini artırma arzusu, bu yolun maddenin yapısını daha kısa mesafelerde inceleme olasılığını açması, çarpışan parçacıkların enerjisi ne kadar yüksek olursa ve aynı zamanda daha fazla üretme olasılığından kaynaklanmaktadır. ağır parçacıklar Hızlandırıcılar, yeni veri elde etme oranını önemli ölçüde artırdı ve kısa sürede mikro dünyanın özellikleri hakkındaki bilgimizi genişletti ve zenginleştirdi.

Milyarlarca eV enerjiye sahip proton hızlandırıcıların devreye alınması, ağır karşıt parçacıkların keşfedilmesini mümkün kıldı: antiproton (1955), antinötron(1956), antisigmagi-peron (1960). 1964'te, hiperonlar grubundan en ağır parçacık olan W keşfedildi (yaklaşık iki proton kütlesi kütlesi ile).

60'lardan beri. hızlandırıcıların yardımıyla ortaya çıktı Büyük sayı son derece kararsız (diğer kararsız E. h. ile karşılaştırıldığında) adını alan parçacıklar. rezonanslar. Çoğunun kütlesi bir protonun kütlesini aşar. [Birincisi, bir p-mezonu ve bir nükleona bozunan D (1232), 1953'ten beri biliniyor.] Rezonansların ana olduğu ortaya çıktı. E.h'nin bir parçası

1974'te, büyük (3-4 proton kütlesi) ve aynı zamanda, tipik rezonans ömründen yaklaşık 10 3 kat daha uzun bir ömre sahip, nispeten kararlı psi-parçacıkları keşfedildi. İlk temsilcileri (D mesons, L) olan yeni büyülenmiş E. h. ailesi ile yakından ilişkili oldukları ortaya çıktı. İle birlikte-baryons) 1976'da keşfedildi.

1977'de, daha da ağır (yaklaşık 10 proton kütlesi) upsilon partiküllerinin yanı sıra, bu kadar büyük kütleli partiküller için anormal şekilde stabil olan psi partikülleri keşfedildi. Başka bir olağandışı sevimli veya güzel parçacık ailesinin varlığının habercisiydiler. Temsilcileri - B-mezons - 1981-83'te keşfedildi, L b-baryonlar - 1992'de.

1962'de doğada bir tür nötrino olmadığı, en az iki tür nötrino olduğu bulundu: elektronik. v e ve müonik v m . 1975, bir protondan neredeyse 2 kat daha ağır, ancak bunun dışında bir elektron ve bir müonun özelliklerini tekrarlayan bir parçacık olan t-lepton'un keşfini getirdi. Yakında başka bir nötrino türünün onunla ilişkili olduğu anlaşıldı. v t.

Son olarak, 1983'te proton-antiproton çarpıştırıcısındaki (hızlandırılmış parçacıkların çarpışan ışınlarını gerçekleştirmek için bir cihaz) deneyler sırasında, bilinen en ağır elektron parçacıkları keşfedildi: yüklü ara bozonlar Wb (mW 80 GeV) ve nötr bir ara bozon Z 0 (mZ = 91 GeV).

Böylece elektronun keşfinden bu yana geçen yaklaşık 100 yıl içinde çok sayıda çeşitli madde mikropartikülleri keşfedildi. E. h. dünyasının oldukça karmaşık olduğu ortaya çıktı. Pek çoğunda beklenmedik ilişkilerin keşfedilen E. h'nin özellikleri olduğu ortaya çıktı. Klasikten ödünç alınan özelliklere ek olarak onları tanımlamak. elektrik gibi fizik yük, kütle, açısal momentum, tanıtılması için birçok yeni özel ürün aldı. özellikleri, özellikle garip, büyülü ve sevimli (güzel) tanımlamak için E. h. tuhaflık[İLE. Nishijima (K. Nishijima), M. Gell-Mann (M. Gell-Mann), 1953], Cazibe[J. Björken (J. Björken), Sh. Glashow (Sh. Glashow), 1964], güzellik. Yukarıdaki özelliklerin adları, tanımladıkları özelliklerin olağandışı doğasını zaten yansıtmaktadır.

iç çalışma İlk adımlarından itibaren, maddenin ve özelliklerin evrimine, yerleşik birçok kavram ve kavramın radikal bir revizyonu eşlik etti. Maddenin küçükteki davranışını yöneten yasaların, klasik yasalardan çok farklı olduğu ortaya çıktı. mekanik ve bunların tanımı için gerekli olan tamamen yeni teorik. yapılar. Bu tür yeni teoriler, her şeyden önce, özel (özel) idi. görelilik teorisi(Einstein, 1905) ve Kuantum mekaniği(H. Bohr, L. de Broglie, W. Heisenberg, E. Schrödinger, M. Born; 1924-27). Görelilik teorisi ve kuantum mekaniği, doğa biliminde gerçek bir devrime işaret etti ve mikro dünyanın fenomenlerini tanımlamanın temellerini attı. Ancak, E. h ile meydana gelen süreçleri tanımlamak yeterli değildi. Bir sonraki adımı attı - klasiğin kuantizasyonu. alanlar (sözde. ikinci niceleme) ve gelişim kuantum alan teorisi. Gelişim yolundaki en önemli aşamalar şunlardı: formülasyon kuantum elektrodinamiği(Dirac, 1929), kuantum teorisi beta bozunumu [E. Fermi (E. Fermi), 1934] - modernin öncüleri. zayıf etkileşimlerin fenomenolojik teorisi, kuantum mezodinamiği (X. Yukawa, 1935). Bu dönem bir arkaya yaratılmasıyla sona erdi. hesaplamak. kuantum elektrodinamiği aygıtı [S. Tomona-ga (S. Tomonaga), P. Feynman (R. Feynman), J. Schwinger (J. Schwinger); 1944-49], teknolojinin kullanımına dayalı Bu teknik daha sonra kuantum alan teorisinin diğer varyantlarına genelleştirildi.

Kuantum alan teorisinin sonraki gelişiminde önemli bir aşama, sözde hakkında fikirlerin geliştirilmesi ile ilişkilendirildi. kalibrasyon alanları veya Yanga - Değirmen alanları(Ch. Young, P. Mills, 1954), mülklerin ilişkisini kurmayı mümkün kıldı. simetri alanlarla etkileşimler. Ayar alanlarının kuantum teorisi şu anda elektromıknatısların etkileşimlerini tanımlamanın temelidir.Bu teorinin bir dizi ciddi başarısı vardır, ancak yine de tam olmaktan çok uzaktır ve henüz kapsamlı bir elektromanyetizma teorisinin rolünü iddia edemez. tüm fikirlerin yeniden yapılandırılması ve böyle bir teori inşa edilmeden önce mikropartiküllerin özellikleri ile uzay-zamanın özellikleri arasındaki ilişkinin çok daha derin bir şekilde anlaşılması.

Temel parçacıkların temel özellikleri. Etkileşim sınıfları

Tüm elektronlar son derece küçük kütlelere ve boyutlara sahip nesnelerdir. Çoğu için, m kütleleri, 1,6·10 -24 g'a eşit proton kütlesinin büyüklük mertebesindedir (yalnızca elektron kütlesi gözle görülür şekilde daha küçüktür: 9·10 -28 g). Deneyimden belirlenen proton, nötron, p- ve K-mezonlarının boyutları büyüklük sırasına göre 10-13 cm'ye eşittir (bkz. Bir temel parçacığın "boyutu"). Elektron ve müonun boyutlarını belirlemek mümkün değildi, sadece 10 -16 cm'den küçük oldukları biliniyor Mikroskobik. E. h.'nin kütleleri ve boyutları, davranışlarının kuantum özgüllüğünün altında yatar. karakteristik dalga boyları, kuantum teorisinde E. h.'ye atfedilmelidir (= /ts-Compton dalga boyu) etkileşimlerinin gerçekleştiği tipik boyutlara büyüklük sırasına göre yakın olan (örneğin, p-mezonu için) /ts 1.4 10 -13 cm). Bu, kuantum düzenliliklerinin E. h'nin davranışında belirleyici olduğu gerçeğine yol açar.

Naib. Tüm elektronların önemli bir kuantum özelliği, diğer parçacıklarla etkileşime girdiklerinde doğma ve yok olma (yayılma ve soğurma) yetenekleridir. Bu bakımdan fotonlara tamamen benzerler. E. h. özeldir. maddenin niceliği, daha doğrusu - karşılık gelen maddenin niceliği fiziksel alanlar. E. h. ile ilgili tüm işlemler, absorpsiyon ve emisyonlarının bir dizi eyleminden geçer. Yalnızca bu temelde, örneğin, iki protonun (p + pp + n + p +) çarpışmasında p + -mezon üretimi süreci veya bir elektron ve bir pozitron süreci, örneğin, kaybolan parçacıklar yerine iki g-kuanta belirir (e + +e - g + g). Ama aynı zamanda, örneğin parçacıkların elastik saçılma süreçleri. e - + p- > e - + p, başlangıcın emilimi ile de ilişkilidir. parçacıklar ve sonlu parçacıkların doğuşu. Kararsız elektron parçacıklarının daha hafif parçacıklara bozunmasıyla birlikte enerji salınımı aynı düzenliliğe tekabül eder ve bozunma ürünlerinin bozunma anında doğduğu ve o ana kadar var olmadığı bir süreçtir. Bu bakımdan, E. h.'nin bozunması, uyarılmış bir atomun ana atoma bozunmasına benzer. durum ve foton. Elektron parçacıklarının bozunma örnekleri işe yarayabilir (buradaki parçacık sembolünün üzerindeki "tilde" işareti ve devamında karşıtparçacığa karşılık gelir).

Fark. Göreceli olarak düşük enerjilerde [kütle merkezi sisteminde (c.m.) 10 GeV'ye kadar] elektromanyetik süreçler, oluşumlarının yoğunluğunda belirgin şekilde farklılık gösterir. Buna uygun olarak, onları E. h.'yi oluşturan etkileşimler fenomenolojik olarak birkaç bölüme ayrılabilir. sınıflar: güçlü etkileşim, elektromanyetik etkileşim ve zayıf etkileşim.Tüm E.h.'ye ek olarak, yerçekimi etkileşimi.

Güçlü etkileşim, bir etkileşim olarak öne çıkar, E. h. ile işlemlerden bir kesim sorumludur, diğer işlemlere kıyasla en büyük yoğunlukta ilerler. En güçlü bağlantıya yol açar E. h. Atomların çekirdeğindeki proton ve nötronların bağlantısını belirleyen ve bir istisna sağlayan güçlü etkileşimdir. karasal koşullar altında maddenin kararlılığının altında yatan bu oluşumların gücü.

El-magn. etkileşim, temeli e-magn ile bağlantı olan bir etkileşim olarak karakterize edilir. alan. Bunun neden olduğu süreçler, güçlü etkileşim süreçlerinden daha az yoğundur ve onun tarafından oluşturulan E. h. bağlantısı belirgin şekilde daha zayıftır. El-magn. etkileşim, özellikle foton emisyon süreçlerinden, atomik elektronların çekirdeklere bağlanmasından ve moleküllerdeki atomların bağlanmasından sorumludur.

Belirli etkileşim türlerine katılıma bağlı olarak, foton hariç, incelenen tüm E. parçacıkları, W- ve Z-bozonları, iki ana gruba ayrılır. gruplar: hadronlar ve leptonlar. Hadronlar, öncelikle, el-manyetik ve zayıf etkileşimlerle birlikte güçlü etkileşime katılmaları, leptonlar ise yalnızca el-manyetik ve zayıf etkileşimlere katılmalarıyla karakterize edilir. (Her iki grup için ortak bir yerçekimi etkileşiminin varlığı ima edilir.) Hadron kütleleri büyüklük sırasına göre proton kütlesine yakındır ( t R ) , bazen birkaç kez aşan. bir Zamanlar; dk. p-meson hadronlar arasında kütleye sahiptir: t p1 / 7 m p , . 1975-76'dan önce bilinen leptonların kütleleri küçüktü (0,1 m p) - dolayısıyla isimleri. Bununla birlikte, daha yeni veriler, yaklaşık bir kütleye sahip ağır m-leptonların varlığını göstermektedir. iki proton kütlesi.

Hadronlar bilinen en geniş E. h grubudur. Tüm baryonları ve mezonları ve ayrıca sözde olanları içerir. rezonanslar (yani, bahsedilen 350 e. h.'nin çoğu). Daha önce de belirtildiği gibi, bu parçacıklar karmaşık bir yapıya sahiptir ve aslında temel olarak kabul edilemez. Leptonlar üç yüklü (e, m, m) ve üç nötr parçacık ( v e, v m , v t). Foton, W + ve Z0 bozonları birlikte el-zayıf etkileşiminin transferini gerçekleştiren ayar bozonlarının önemli bir grubunu oluşturur. Bu son iki gruptan parçacıkların temelliği henüz ciddi bir şekilde sorgulanmadı.

Temel parçacıkların özellikleri

Her E. h., kendi doğal etkileşimlerinin özellikleriyle birlikte, belirlenen bir dizi ayrı değerle tanımlanır. fiziksel miktarlar veya özellikler. Bazı durumlarda, bu ayrık değerler, tam veya kesirli sayılar ve belirli bir ortak çarpan, bir ölçü birimi cinsinden ifade edilir; bu sayılara denir Kuantum sayıları E. h. ve ölçü birimlerini atlayarak yalnızca bunları ayarlayın.

Tüm E. h - kütlesinin genel özellikleri ( t), ömür (t), dönüş ( J) ve elektrik. şarj ( Q).

Ömrü t'ye bağlı olarak, E. h. kararlı, yarı kararlı ve kararsız (rezonanslar) olarak ayrılır. Kararlı, modern doğruluk içinde. ölçümler elektron (m > 2 · 10 22 yıl), proton (m > 5 · 10 32 yıl), foton ve her türlü nötrinodur. Yarı kararlı parçacıklar, e-mıknatıs nedeniyle bozunan parçacıkları içerir. ve zayıf etkileşimler. Ömürleri, bir serbest nötron için 900 s ile bir S 0 -hiperon için 10 -20 s arasında değişir. Rezonans aradı. E. h., güçlü etkileşim nedeniyle parçalanıyor. Karakteristik ömürleri 10-22 -10 -24 s'dir. Masada. 1 * ile işaretlenirler ve m yerine daha uygun bir değer verilir: rezonansın genişliği Г=/т.

Döndürme E. h. J değerin bir tam sayı veya yarı tam sayı katıdır. Bu birimlerde, proton, nötron ve tüm leptonlar için p- ve K-mezonlarının spini 0'a eşittir. J= 1/2, bir foton için, su-ve Z-bozonları J= 1. Büyük spinli parçacıklar da vardır. Bir E. h.'nin dönüşünün değeri, özdeş (özdeş) parçacıklar topluluğunun davranışını veya bunların istatistiklerini belirler (Pauli, 1940). Yarım tamsayılı spin parçacıkları uyar Fermi - Dirac istatistikleri(dolayısıyla fermiyonlar adı), bir çift parçacığın permütasyonuna (veya bu tür permütasyonların tek sayıda) göre sistemin dalga fonksiyonunun antisimetrisini gerektirir ve bu nedenle, iki yarı tamsayı parçacığı "yasaklar". aynı durumda olmak için döndürün ( Pauli prensibi).Bütün bir dönüşün parçacıkları itaat eder Temel - Einstein istatistikleri(dolayısıyla bozonların adı), parçacıkların permütasyonlarına göre bir dalga fonksiyonu gerektiren ve herhangi bir sayıda tamsayılı spin parçacığının aynı durumda olmasına izin verir. istatistiksel E. h.'nin özellikleri özdeş parçacıklar

Hayır Parçacıklar solda * ile işaretlenmiştir. (kural olarak, rezonanslar), bunun için zaman yerine life t genişlik Г=/t'dir. Gerçek nötrnye parçacıkları parçacıkların ortasına yerleştirilir ve antipartiküller. Bir izotopik multinin üyelerikirpikler bir satırda bulunur (bu durumlarda, çoklu grubun her bir üyesinin özellikleri ne zamankırbaç, - hafif bir dikey kayma ile). ihanetparite işareti P antibaryonlar için belirtilmemiştir, eşittirama işaretleri değiştirmek gibi S, C, b y tüm antiparçacıklar. Leptonlar ve ara bozonlar için iç parite tam (korunmuş) bir nicelik değildirnumarası ve bu nedenle işaretlenmemiştir. Parantez içindeki sayılar sonunda fiziksel özellikler atamak verilen rakamların sonuncusu ile ilgili olarak bu miktarların anlamındaki mevcut hata.

Elektrik incelenen E. h.'nin ücretleri (hariç) tamsayı katlarıdır e= 1.6 10 -19 C (4.8 10 -10 CGS), nas. temel elektrik yükü. Ünlü E. h. S= 0, + 1, b2.

Bu niceliklere ek olarak, E. h., adı verilen bir dizi kuantum numarasıyla da karakterize edilir. "dahili". Leptonlar spesifiktir. lepton sayısı (L) üç tip: elektronik Le için +1'e eşit e - ve v e, müonik L m , m için +1'e eşittir - ve v m, ve L t, t için +1'e eşittir - ve v t .

hadronlar için L= 0 ve bu, onların leptonlardan farkının bir başka tezahürüdür. Buna karşılık, hadronların bir kısmı sözde olana atfedilmelidir. baryon sayısı B (|B| = ben ) . ile hadronlar B=+ 1 baryonların bir alt grubunu oluşturur (buna proton, nötron, hiperonlar; tılsımlı ve sevimli baryonlar; baryon rezonansları dahildir) ve hadronlar bulunur. B= 0 - bir mezon alt grubu (p-mezonlar, K-mezonlar, büyülü ve sevimli mezonlar, bozonik rezonanslar). İsim hadronların alt grupları Yunancadan gelir. kelimeler baruV - ağır ve mEs®V - başlangıçta olan orta. araştırma aşaması E. h. yansıyan karşılaştırma. o zamanlar bilinen baryon ve mezonların kütleleri. Daha yeni veriler, baryon ve mezon kütlelerinin karşılaştırılabilir olduğunu göstermiştir. leptonlar için B=0. bir foton için su- ve Z-bozonları B= 0 ve L= 0.

İncelenen baryonlar ve mezonlar, daha önce bahsedilen kümelere bölünmüştür: sıradan (garip olmayan) parçacıklar (proton, nötron, p-mezonlar), tuhaf parçacıklar (hiperonlar, K-mezonlar), büyülü ve sevimli parçacıklar. Bu bölünme hadronlarda özel kuantum sayılarının varlığına karşılık gelir: tuhaflıklar S, takılar C ve takılar (güzellik) b geçerli değerlerle (modulo) 0, 1, 2, 3. Sıradan parçacıklar için S=C= b=0, garip parçacıklar için S 0, C= b= 0, büyülenmiş parçacıklar için С0, b= 0 ve güzel için b O. Bu kuantum sayılarıyla birlikte kuantum sayısı da sıklıkla kullanılır. aşırı yük Y=B+S+C + b görünüşe göre, fundamdan daha fazlasına sahip. anlam.

Sıradan hadronlarla ilgili ilk çalışmalar, aralarında kütlece yakın ve güçlü etkileşime göre çok benzer özelliklere sahip, ancak bozunma olan parçacık ailelerinin varlığını ortaya çıkardı. elektrik değerleri. şarj. Proton ve nötron (nükleonlar) böyle bir ailenin ilk örneğiydi. Bu tür aileler daha sonra tuhaf, büyülü ve sevimli hadronlar arasında keşfedildi. Bu tür ailelere dahil olan parçacıkların özelliklerinin ortaklığı, onlar için aynı kuantum sayısının varlığının bir yansımasıdır - izotopik spin I normal döndürme gibi tamsayı ve yarı tamsayı değerleri alır. Ailelerin kendilerine genellikle denir. izotopik çoklu. Bir multipletteki parçacık sayısı n ile ilişkili ben oran n = 2ben+1. Bir izotopun parçacıkları. multiplet, "projeksiyon" izotopunun değeri ile birbirinden farklıdır. geri ben 3 ve karşılık gelen değerler Q tarafından verilir

Hadronların önemli bir özelliği, iç parite P boşlukların işleyişi ile ilgilidir. ters çevirmeler: P değerleri alır + 1.

Kuantum sayılarından en az birinin sıfır olmayan değerlerine sahip tüm elektron sayıları için S, L, B, S, C, b aynı kütle değerlerine sahip antiparçacıklar var t, ömür boyu t, dönüş J ve hadronlar için izotop. geri ben, ancak belirtilen kuantum sayılarının zıt işaretleriyle ve zıt işaretli baryonlar için ext. parite R. Karşıt parçacığı olmayan parçacıklara denir. gerçek nötr parçacıklar. Gerçekten nötr hadronların özel bir - ücret paritesi(yani, yük konjugasyon işlemine göre parite) C değerleri ile + bir; bu tür parçacıkların örnekleri, p 0 - ve h-mezonlar (C=+1), r 0 - ve f-mezonlardır (C=-1), vb.

E. h.'nin kuantum sayıları kesin (yani, tüm işlemlerde korunan fiziksel niceliklerle ilişkili olanlar) ve kesin olmayan (bir dizi işlemde karşılık gelen fiziksel niceliklerin korunmadığı) olarak ikiye ayrılır. Döndürmek J katı bir korunum yasası ile ilişkilidir ve bu nedenle tam bir kuantum sayısıdır. Başka bir kesin kuantum sayısı elektriktir. şarj Q. Alınan ölçümlerin doğruluğu dahilinde, Kuantum sayıları B ve L ciddi bir teorik bilgi olmamasına rağmen önkoşullar. Ayrıca, gözlemlenen evrenin baryon asimetrisi maks. doğal olarak baryon sayısının korunumunun ihlal edildiği varsayılarak yorumlanabilir. AT(M.S. Sakharov, 1967). Bununla birlikte, protonun gözlenen kararlılığı, yüksek derecede koruma doğruluğunun bir yansımasıdır. B ve L(örneğin, pe + p 0 bozunması yoktur). m - e - + g, m - m - + g vb. bozunmaları da gözlenmez, ancak hadronların kuantum sayılarının çoğu yanlıştır. izotop güçlü etkileşimde korunan spin, e-magn'de korunmaz. ve zayıf etkileşimler. Güçlü ve el-magn'da tuhaflık, çekicilik ve çekicilik korunur. etkileşimler, ancak zayıf etkileşimlerde korunmaz. Zayıf etkileşim de dahiliyi değiştirir. ve sürece dahil olan parçacıklar kümesinin yük paritesi. Kombine parite çok daha yüksek bir doğruluk derecesi ile korunur CP (CP paritesi) Bununla birlikte, zayıf etkileşim nedeniyle bazı işlemlerde de ihlal edilmektedir. Korunmama nedenleri pl. hadronların kuantum sayıları net değildir ve görünüşe göre hem bu kuantum sayılarının doğasıyla hem de el-zayıf etkileşiminin derin yapısıyla bağlantılıdır.

Masada. 1 maks. lepton ve hadron gruplarından iyi çalışılmış elektron parçacıkları ve bunların kuantum sayıları. özel grup, ayar bozonları tahsis edilir. Parçacıklar ve karşı parçacıklar ayrı ayrı verilmiştir (değişim P antibaryonlar için belirtilmemiştir). Gerçek nötr parçacıklar ilk sütunun ortasına yerleştirilir. Bir izotopun üyeleri. multiplet, bazen hafif bir kayma ile bir satırda bulunur (multipetin her bir üyesinin özelliklerinin verildiği durumlarda).

Daha önce belirtildiği gibi, lepton grubu çok küçüktür ve esas olarak parçacıkların kütleleri. küçük. Her tür nötrino kütlesi için yukarıdan oldukça katı kısıtlamalar vardır, ancak bunların gerçek değerlerinin ne olduğu görülecektir.

Ana E. h.'nin bir kısmı hadronlardan oluşur. 60-70'lerde bilinen E. saat sayısında artış. sadece bu grubun genişlemesi nedeniyle meydana geldi. Hadronlar çoğunlukla rezonanslarla temsil edilir. Rezonans kütlesinin büyümesiyle birlikte spinin büyüme eğilimine dikkat çekilir; diff üzerinde iyi izlenir. verilen mezon ve baryon grupları ben, S ve C. Garip parçacıkların sıradan parçacıklardan biraz daha büyük olduğu, tılsımlı parçacıkların tuhaf olanlardan daha büyük olduğu ve güzel parçacıkların tılsımlı parçacıklardan daha büyük olduğu da belirtilmelidir.

Temel parçacıkların sınıflandırılması. hadronların kuark modeli

Ayar bozonlarının ve leptonların sınıflandırılması herhangi bir özel soruna neden olmazsa, o zaman başlangıçta çok sayıda hadron vardır. 50'ler Baryonların ve mezonların kütlelerinin ve kuantum sayılarının dağılımında, sınıflandırmalarının temelini oluşturabilecek kalıp arayışının temeliydi. İzotopik seçimi. hadron çokluları bu yöndeki ilk adımdı. Annesi ile. bakış açısı, hadronların izotopik olarak gruplandırılması. multiplets ile ilişkili güçlü bir etkileşim simetrisinin varlığını yansıtır. grup rotasyonu, daha resmi olarak, üniter grupla SU(2) - karmaşık iki boyutlu uzayda bir grup dönüşüm [bkz. SU simetrisi ( 2 )] . Bu dönüşümlerin belirli bir şekilde işlediği varsayılmaktadır. dahili uzay - sözde. izotopik normalden başka boşluk. izotopun varlığı uzay sadece simetrinin gözlemlenebilir özelliklerinde kendini gösterir. Matematik üzerine. izotopik dil. çoklular indirgenemez grup temsilleri simetri SU (2).

Ayrışmanın varlığını belirleyen bir faktör olarak simetri kavramı. gruplar ve aileler E. h. modern. teori, hadronların ve diğer E.h'lerin sınıflandırılmasında baskındır. kuantum sayıları E. h., özel ile ilişkili belirli parçacık gruplarını birleştirmenize izin verir. özel içsel dönüşüm özgürlüğü nedeniyle ortaya çıkan simetri türleri. boşluklar. Adı buradan geliyor. "iç kuantum sayıları".

Dikkatli bir değerlendirme, tuhaf ve sıradan hadronların birlikte, izotopik olanlardan daha benzer özelliklere sahip daha geniş parçacık dernekleri oluşturduğunu gösterir. çoklular. Genellikle denir çok kirpikler. Gözlenen süper-çokluların içerdiği parçacık sayısı 8 ve 10'dur. grup SU( 2) yani üniter grup SU(3) - üç boyutlu karmaşık uzayda dönüşüm grupları [Gell-Man, Y. Neeman, 1961]; santimetre. Simetri SU(3). Karşılık gelen simetri denir üniter simetri. Grup SU(3) özellikle, gözlemlenen üst katlar ile ilişkilendirilebilen 8 ve 10 bileşenlerinin sayısı ile indirgenemez temsillere sahiptir: bir sekizli ve bir deküplet. Aynı değerlere sahip aşağıdaki parçacık grupları süpermultiplet örnekleridir. JP(yani aynı değer çiftleriyle J ve P):

Üniter simetri, izotoptan daha az kesindir. simetri. Buna göre, aradaki fark parçacık kütleleri oktet ve decupletlere dahil edilmesi oldukça önemlidir. Aynı nedenle, hadronların süperçoklulara bölünmesi, çok büyük kütleli olmayan elektron parçacıkları için nispeten kolaydır. Büyük kitlelerde, birçok fark olduğunda. benzer kütlelere sahip parçacıklar için bu bölmenin uygulanması daha zordur.

Belirli durumlara tekabül eden, sabit boyutların seçilmiş üst katlarının hadronları arasında algılama. üniter grubun temsilleri SU(3), hadronlarda özel yapısal elemanların varlığı hakkında en önemli sonucun anahtarıydı - kuarklar.

Gözlemlenen hadronların olağandışı bir yapıya sahip parçacıklardan oluştuğu hipotezi - spin 1 taşıyan kuarklar / Güçlü bir etkileşime sahip olan, ancak aynı zamanda hadron sınıfına ait olmayan 2 , G. Zweig ve bağımsız olarak Gell-Mann tarafından 1964'te öne sürüldü (bkz. kuark modelleri). Kuarklar fikri Math tarafından önerildi. üniter grupların temsillerinin yapısı. Ma-onlar. formalizm, grubun tüm temsillerini tanımlama olasılığını açar. Güneş) (ve sonuç olarak, tüm ilişkili hadron çokluları) içeren en basit (temel) grup temsilinin çarpımına dayalıdır. n bileşen. Sadece grubun özel durumu için Zweig ve Gell-Mann tarafından yapılan bu bileşenlerle ilişkili özel parçacıkların varlığını kabul etmek gerekir. SU( 3) . Bu parçacıklara kuark adı verildi.

Mezonların ve baryonların özel kuark bileşimi, mezonların, bir kural olarak, parçacık sayısı 8'e ve baryonlara - 8 ve 10'a eşit olan süper çoklulara dahil edilmesi gerçeğinden türetilmiştir. sembolik olarak bir kuark ve bir antikuarktan oluşur: M=(q) , ve baryon sembolik olarak üç kuarktan oluşur: B = (qqq). Grubun özelliklerinden dolayı SU(3) 9 mezon, 1 ve 8 partiküllü süpermultipletlere ve 27 baryon, 1, 10 ve iki kez 8 partikül içeren süpermultipletlere ayrılır; bu, oktetlerin ve dekupletlerin gözlemlenen ayrılmasını açıklar.

T. o., 60'ların deneyleriyle ortaya çıktı. Sıradan ve garip hadronlardan oluşan üst çokluların varlığı, tüm bu hadronların genellikle 3 kuarktan oluştuğu sonucuna yol açtı. ben, d, s(Tablo 2). O zamanlar bilinen tüm gerçekler bu öneriyle mükemmel bir uyum içindeydi.

Sekme. 2.-kuarkların özellikleri

* Ön deneysel değerlendirme.

Daha sonra psi-parçacıklarının ve ardından upsilon parçacıklarının, tılsımlı ve tılsımlı hadronların keşfi, üç kuarkın özelliklerini açıklamak için yeterli olmadığını ve iki tür kuarkın daha varlığını kabul etmek gerektiğini gösterdi. c ve b, yeni kuantum sayıları taşıyor: çekicilik ve güzellik. Ancak bu durum, kuark modelinin temel ilkelerini sarsmadı. Özellikle, merkez korunmuştur. hadronların yapısına ilişkin diyagramının noktası: M=(q), B = (qqq). Ayrıca psi- ve upsilon-parçacıklarının kuark yapısı varsayımına dayanarak fiziksel olarak vermek mümkündü. büyük ölçüde olağandışı özelliklerinin yorumlanması.

Tarihsel olarak, psi- ve upsilon-parçacıklarının yanı sıra, yeni tılsımlı ve sevimli hadron türlerinin keşfi, güçlü bir şekilde etkileşime giren tüm parçacıkların kuark yapısı hakkındaki fikirlerin doğrulanmasında önemli bir adımdı. moderne göre teorik modeller (aşağıya bakınız), bir tane daha var olması beklenmelidir - altıncı t- 1995 yılında keşfedilen kuark.

Hadronların ve Mat'ın yukarıdaki kuark yapısı. fundam ile ilişkili nesneler olarak kuarkların özellikleri. grup temsili Güneş), aşağıdaki kuantum kuark sayılarına yol açar (Tablo 2). Elektriğin olağandışı (kesirli) değerlerine dikkat çekilir. şarj Q, birlikte AT, çalışılan E. h.'nin hiçbirinde bulunmayan her kuark türü için indeks a ile ben (i= 1, 2, 3, 4, 5, 6) kuarkların özel bir özelliği ilişkilidir - renk, gözlemlenen hadronların sahip olmadığı. a indeksi 1, 2, 3 değerlerini alır, yani her bir kuark türü ( ben) üç çeşit ile temsil edilir q a i. Renk değiştiğinde her kuark türünün kuantum sayıları değişmez, bu nedenle Tablo. 2, herhangi bir renkteki kuarklar için geçerlidir. Daha sonra gösterildiği gibi, miktarlar q bir (her biri için i) dönüşümleri açısından a değiştirirken. özellikler, fundamın bileşenleri olarak düşünülmelidir. başka bir grubun temsilleri SU(3), renk, renkli üç boyutlu uzayda işlem [bkz. SU renk simetrisi(3)].

Rengi tanıtma ihtiyacı, baryonları oluşturan kuarklar sisteminin dalga fonksiyonunun antisimetrisi gerekliliğinden kaynaklanmaktadır. Kuarklar, spin 1/2 parçacıkları olarak Fermi-Dirac istatistiklerine uymalıdır. Bu arada, aynı spin oryantasyonuna sahip üç özdeş kuarktan oluşan baryonlar vardır: D++ (), W - (), kuarkların permütasyonlarına göre açıkça simetrik olan, eğer ikincisinin tamamlayıcısı yoksa. özgürlük derecesi. Böyle bir ekleme. serbestlik derecesi renktir. Renk verildiğinde, gerekli antisimetri kolayca geri yüklenir. Mezonların ve baryonların yapısal bileşiminin rafine işlevleri şöyle görünür:

burada e abg tamamen antisimetrik tensördür ( Levi-chi-vita sembolü)(1/ 1/ - normalleştirme faktörleri). Ne mezonların ne de baryonların renk indeksleri (renksiz) taşımadıklarını ve bazen söylendiği gibi "beyaz" parçacıklar olduklarını not etmek önemlidir.

Masada. 2 sadece "etkili" kuark kütlelerini gösterir. Bunun nedeni, serbest durumdaki kuarkların, çok sayıda dikkatli aramaya rağmen gözlemlenmemiş olmalarıdır. Bu arada, kuarkların tamamen yeni, olağandışı bir yapıya sahip parçacıklar olarak başka bir özelliği ortaya çıkıyor. Bu nedenle, kuark kütleleri hakkında doğrudan veri yoktur. Kuarkların kütlelerinin yalnızca, bozunmalarından çıkarılabilecek dolaylı tahminler vardır. hadronların özelliklerinde (ikincisinin kütleleri dahil) ve ayrıca çürümede dinamik tezahürler. hadronlarla meydana gelen süreçler (çürümeler, vb.). kütle için t-quark, bir ön deney verilir. seviye.

Hadronların tüm çeşitliliği, ayrışma nedeniyle ortaya çıkar. kombinasyonlar ben-, d-, s-, s- ve b-bağlı durumları oluşturan kuarklar. Sıradan hadronlar, yalnızca ve- ve d-kuarklar [kombinasyonların olası katılımı ile mezonlar için ( s.), (İle birlikte) ve ( b)]. ile birlikte bağlı durumda varlığı, sen- ve d-kuarklar, bir s-, ile- veya b-quark, karşılık gelen hadronun garip olduğu anlamına gelir ( S= - 1), büyülenmiş (C= + 1) veya çok sevimli ( b= - 1). Bir baryon iki veya üç parçadan oluşabilir. s-kuark (sırasıyla İle birlikte- ve b-quark), yani iki ve üç kez garip (büyülü, sevimli) baryonlar mümkündür. Kombinasyonlara da izin verilir. sayılar s- ve İle birlikte-, b-kuarklar (özellikle baryonlarda), hadronların "melez" formlarına (tuhaf bir şekilde çekici, garip bir şekilde çekici) karşılık gelir. Açıkçası, daha s-, ile- veya b-kuarklar bir hadron içerir, o kadar büyükse. Hadronların temel (uyarılmamış) durumlarını karşılaştırırsak, gözlemlenen tablo tam olarak budur (Tablo 1).

Kuarkların spini 1 olduğundan / Şekil 2'de görüldüğü gibi, hadronların yukarıdaki kuark yapısı, deneye tam olarak uygun olarak, mezonlar için bir tamsayı ve baryonlar için bir yarı-tamsayı dönüşüne sahiptir. Bu durumda yörünge momentumuna karşılık gelen durumlarda ben=0, özellikle ana. durumlarda, mezon dönüşünün değerleri 0 veya 1'e eşit olmalıdır (kuark dönüşlerinin antiparalel ve paralel yönelimi için) ve baryonların dönüşü: 1 / 2 veya 3 / 2 (spin konfigürasyonları için ve ). düşünüldüğünde, iç kuark-antikuark sisteminin paritesi negatif, değerler JP mezonlar için ben= 0 eşittir 0 - ve 1 - , baryonlar için: 1/2 + ve 3 / 2 + . Verilen değerlerde en küçük kütleye sahip hadronlar için gözlenen bu değerlerdir. ben ve S, İTİBAREN, b.

Bir örnek olarak, Tabloda. 3 ve 4 mezonların kuark bileşimini göstermektedir. JP= 0 - ve baryonlar JP = 1 / 2 + (kuark renkleri üzerinde gerekli toplamın her yerde olduğu varsayılır).

Sekme. 3.- İncelenen mezonların kuark kompozisyonu İle birlikte JP=0 - ()

Sekme. 4.- İncelenen baryonların kuark bileşimi İle birlikte JP= 1/2 + ()

Not: () sembolü, simetrikleştirme anlamına gelir. değişken parçacıklar; sembol - antisimetri.

T. o., doğanın kuark modeli. ana yolun kökenini açıklar. hadron grupları ve gözlemlenen kuantum sayıları. Daha ayrıntılı bir dinamik değerlendirme, Aralık ayı içinde kitlelerin karşılıklı ilişkisine ilişkin bir dizi yararlı sonuç çıkarmamızı da sağlar. hadron aileleri.

En küçük kütlelere ve dönüşlere sahip hadronların özelliklerini doğru bir şekilde aktaran, doğanın kuark modeli. ayrıca bir şekilde toplam çok sayıda hadronu ve aralarındaki rezonansların baskınlığını açıklar. Hadronların çokluğu, onların karmaşık yapılarının bir yansımasıdır ve varoluşun parçalanma olasılığıdır. kuark sistemlerinin uyarılmış halleri. Kuark sistemlerinin tüm uyarılmış durumları, altta yatan durumlarla güçlü etkileşim nedeniyle hızlı geçişlere göre kararsızdır. Temel oluştururlar. rezonanslardan bazıları. Rezonansların küçük bir kısmı da paralel dönüşlü kuark sistemleridir (W - hariç). Ana ile ilgili spinlerin antiparalel yönelimli kuark konfigürasyonları. halleri, yarı kararlı hadronlar ve kararlı bir proton oluşturur.

Kuark sistemlerinin uyarılmaları, hem rotasyondaki bir değişiklik nedeniyle meydana gelir. kuarkların hareketi (yörünge uyarıları) ve uzaylarındaki değişiklikler nedeniyle. konum (radyal uyarılar). İlk durumda, sistemin kütlesindeki bir artışa toplam dönüşte bir değişiklik eşlik eder. J ve parite P sistem, ikinci durumda, kütle artışı değişmeden gerçekleşir JP .

Kuark modeli formüle edilirken kuarklar varsayımsal olarak kabul edildi. hadronların çok uygun bir tanımının olasılığını açan yapısal unsurlar. Sonraki yıllarda, kuarklardan hadronların içindeki gerçek madde oluşumları olarak bahsetmeyi mümkün kılan deneyler yapıldı. İlki, elektronların çok geniş açılarda nükleonlar tarafından saçılması üzerine deneylerdi. Bu deneyler (1968), klasiği andırıyor. Rutherford'un a-parçacıklarının atomlar tarafından saçılması üzerine yaptığı deneyler, nükleon içinde nokta yüklerin varlığını ortaya çıkardı. oluşumlar (bkz. Partonlar) Bu deneylerin verilerinin, nötrinoların nükleonlar (1973-75) tarafından saçılmasına ilişkin benzer verilerle karşılaştırılması, cf. elektriğin karesinin büyüklüğü bu nokta oluşumlarının yükü. Sonuç beklenen kesir değerlerine yakındı (2/3) 2 e 2 ve (1 / 3) 2 e 2. Bir elektronun ve bir pozitronun yok edilmesi sırasında, muhtemelen aşağıdaki aşamalardan geçen hadron üretim sürecinin incelenmesi:

olarak adlandırılan iki grup hadron varlığını gösterdi. jetler (bkz. hadron jeti), ortaya çıkan kuarkların her biri ile genetik olarak ilişkilendirildi ve kuarkların dönüşünü belirlemeyi mümkün kıldı. 1/2'ye eşit olduğu ortaya çıktı. Toplam sayısı Bu süreçte üretilen hadronların sayısı, ara durumda her kuark tipinin üç çeşitle temsil edildiğini, yani kuarkların üç renkli olduğunu da gösterir.

T. o., kuarkların kuantum sayıları, teorik bazda verilmiştir. düşünceler, kapsamlı bir deney aldı. doğrulama. Kuarklar, aslında yeni E. parçacıkları statüsünü kazanmıştır ve maddenin güçlü bir şekilde etkileşime giren formları için gerçek E. parçacıklarının rolü için ciddi yarışmacılardır. Bilinen kuark türlerinin sayısı azdır. uzunluklara kadar<=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.

Kuarklar, diğer tüm elektromanyetik dalgalardan farklıdır, çünkü bağlı durumda olduklarına dair açık kanıtlar olmasına rağmen, görünüşe göre serbest halde bulunmazlar. Kuarkların bu özelliği, büyük olasılıkla, özel parçacıkların değiş tokuşuyla oluşturulan etkileşimlerinin özellikleriyle ilişkilidir - gluonlar, aralarındaki çekim kuvvetlerinin mesafe ile zayıflamamasına yol açar. Sonuç olarak, kuarkları birbirinden ayırmak için sonsuz enerji gerekir ki bu açıkça imkansızdır (kuarkların hapsedilmesi veya tuzağı denen teori; aşağıya bakınız). Renk tutma) Gerçekte, kuarkları birbirinden ayırmaya çalışırken bir tamamlayıcı oluşumu meydana gelir. hadronlar (kuarkların sözde hadronizasyonu). Kuarkları serbest halde gözlemlemenin imkansızlığı, onları tamamen yeni bir tür yapısal madde birimi yapar. Örneğin, bu durumda kuarkları oluşturan parçalar sorununu gündeme getirmenin mümkün olup olmadığı ve maddenin yapısal bileşenlerinin dizisinin bu şekilde kesintiye uğrayıp uğramadığı açık değildir. Yukarıdakilerin tümü, aynı zamanda gözlemlenebilir yapı işaretlerine sahip olmayan leptonlar ve ayar bozonları ile birlikte kuarkların, gerçek E'nin rolünü iddia etmek için en büyük nedeni olan bir E. h. grubu oluşturduğu sonucuna götürür. h.

Temel parçacıklar ve kuantum alan teorisi. Standart Etkileşim Modeli

E. h.'nin moderndeki özelliklerini ve etkileşimlerini betimlemek. varlıklar teorisi. Önemli olan, her bir parçacığa atanan bir fiziksel alan kavramıdır. Alan özeldir. uzayda dağılmış maddenin şekli; uzay-zamanın tüm noktalarında verilen ve kesin bir değeri olan bir f-tion ile tanımlanır. transformatör dönüşümlerle ilgili özellikler Lorenz grubu(skaler, spinor, vektör vb.) ve "intrinsik" gruplar. simetriler (izotopik skaler, izotopik spinor, vb.). El-magn. dört boyutlu bir vektörün özelliklerine sahip bir alan A m ( x)(m= 1, 2, 3, 4) - tarihsel olarak fizikselin ilk örneği. alanlar. E. h ile ilişkili alanlar kuantum bir yapıya sahiptir, yani enerjileri ve momentumları bir dizi ayrı alandan oluşur. kısımlar - kuantum ve toplam enerji e k ve momentum pk kuantum özel oranı ile ilişkilidir. görelilik: e 2 k =p 2 k s 2 + t 2 İle birlikte dört Bu tür her bir kuantum, kütleli bir E. h'dir. t, belirli bir enerji ile e k ve momentum pk. kuantum e-magnez. alanlar fotonlardır, diğer alanların kuantaları bilinen tüm diğer E. h. Ma temalarına karşılık gelir. Kuantum alan teorisi (QFT) aygıtı, her uzay-zaman noktasında bir parçacığın doğuşunu ve yok oluşunu tanımlamayı mümkün kılar.

Dönüştür. alan özellikleri ana belirler. elektrokimyasal birimlerin kuantum sayıları Lorentz grubunun dönüşümlerine göre dönüşüm özellikleri parçacıkların dönüşünü belirler: bir skaler bir dönüşe karşılık gelir J= 0, spinör- döndürmek J= 1 / 2 , vektör - döndürme J= 1 vb. Dönüştür. "iç" dönüşümlerle ilgili alanların özellikleri. boşluklar ("yük uzayı", "izotopik uzay", "üniter uzay", "renk uzayı"), aşağıdaki gibi kuantum sayılarının varlığını belirler. L, B, Ben, S, İTİBAREN, b, kuarklar ve gluonlar için de renkler. "int" nin tanıtımı. Teorinin aygıtındaki boşluklar hala tamamen biçimsel bir tekniktir, ancak bu, fiziksel boyutun bir göstergesi olarak hizmet edebilir. E. h.'nin özelliklerine yansıyan uzay-zaman aslında dörtten fazladır - yani. tüm makroskopiklerin özelliği olan uzay-zaman boyutundan daha fazlası. fiziksel süreçler.

E. h.'nin kütlesi dönüşümle doğrudan ilişkili değildir. alan özellikleri. Bu, kökeni tam olarak anlaşılmayan ek özellikleridir.

E. h. ile meydana gelen süreçleri tanımlamak için QFT şunları kullanır: Lagrange formalizmi.AT Lagrangianlar parçacıkların etkileşimi ile ilgili alanlardan oluşturulan, parçacıkların özellikleri ve davranışlarının dinamikleri hakkında tüm bilgileri içerir. Lagrange iki Ch içerir. terimler: Serbest alanların davranışını tanımlayan Lagrange ve ilişkinin ayrışmasını yansıtan etkileşimin Lagrange. alanlar ve E'yi dönüştürme imkanı. h. Kesin formun bilgisi, prensipte, aparatın kullanılmasına izin verir saçılma matrisleri (S-matrisler), aralarında var olan etkileşimin etkisi altında meydana gelen, ilk parçacık kümesinden belirli bir sonlu parçacık kümesine geçiş olasılıklarını hesaplayın. Böylece niceliklerin olasılığını açan bir yapının kurulması. E. h. ile süreçlerin açıklamaları, merkezlerinden biridir. KTP'nin görevleri.

Yaratıklar. bu sorunu çözmede ilerleme 50-70'lerde sağlandı. Yang ve Mills'in daha önce bahsedilen çalışmalarında formüle edilmiş vektör ayar alanları fikrinin geliştirilmesine dayanmaktadır. Deneysel olarak gözlemlenen herhangi bir korunum yasasının, sistemi belirli bir simetri grubunun dönüşümlerine göre tanımlayan Lagrange'ın değişmezliği ile ilişkili olduğu iyi bilinen konumdan başlayarak ( yok teoremi), Yang ve Mills, bu değişmezliğin yerel olarak yerine getirilmesini, yani dönüşümlerin uzay-zamandaki bir noktaya keyfi bir bağımlılığı için gerçekleşmesini istedi. Etkileşimin noktadan noktaya anında iletilememesi ile fiziksel olarak bağlantılı olan bu gereksinimin yerine getirilmesinin ancak yapıya özel bir Lagrange eklenmesiyle mümkün olduğu ortaya çıktı. vektör doğasının gösterge alanları, def. simetri grubunun dönüşümleri altında dönüşüm. Ayrıca, özgür Lagrange yapılarının bu yaklaşımda yakından ilişkili olduğu ortaya çıktı: araçlarda bilgi. ölçü önceden belirlenmiş formu

İkinci durum, yerel gereksinimin olması gerçeğinden kaynaklanmaktadır. ölçü değişmezliği sadece serbest alanlar üzerinde hareket eden tüm türevlerde yerine getirilebilir Burada g- etkileşim sabiti; V a m - kalibrasyon alanları; T a - serbest alana karşılık gelen matris temsilindeki simetri grubunun jeneratörleri; r- grubun büyüklüğü.

Değiştirilmiş Lagrange'da söylenenler sayesinde, kesin olarak tanımlanmış terimler otomatik olarak ortaya çıkar. orijinal olarak dahil edilen alanların yeni tanıtılan gösterge alanlarıyla etkileşimini tanımlayan yapılar. Bu durumda, gösterge alanları, başlangıç ​​alanları arasındaki etkileşimin taşıyıcıları rolünü oynar. Elbette, Lagrange'da yeni ayar alanları ortaya çıktığından, serbest Lagrange, bunlarla ilişkili bir terimle desteklenmeli ve yukarıda açıklanan değişiklik prosedürüne tabi tutulmalıdır. Ayar değişmezliği kesinlikle gözlemlenirse, ayar alanları sıfır kütleli bozonlara karşılık gelir. Simetri bozulduğunda bozonların kütlesi sıfır değildir.

Bu yaklaşımda, etkileşen alanların dinamiklerini yansıtan bir Lagrange oluşturma görevi, esasen, ilk serbest Lagrange'ı oluşturan alanlar sisteminin doğru seçimine ve şeklini sabitlemeye indirgenir. Bununla birlikte, Lorentz grubuna göre verilen dönüşüm özellikleri için ikincisi, göreli değişmezlik gerekliliği ve yalnızca alanlarda ikinci dereceden olan yapıların meydana geldiği açık gerekliliği ile benzersiz bir şekilde belirlenir.

Bu nedenle, dinamikleri tanımlamak için ana şey, oluşturan bir birincil alanlar sistemi seçme sorunudur , yani aslında hepsi aynı merkez. fizik sorusu E. h .: "Gözlenen madde parçacıklarının tanımında hangi parçacıklar (ve buna bağlı olarak alanlar) en temel (temel) olarak kabul edilmelidir?".

Modern teori, daha önce belirtildiği gibi, bu tür parçacıklar olarak 1/2 spinli yapısız parçacıkları seçer: kuarklar ve leptonlar. Böyle bir seçim, yerel ayar değişmezliği ilkesine dayanarak, elektrik parçacığının güçlü ve elektrik-zayıf etkileşimlerini tanımlamak için çok başarılı bir şema oluşturmayı mümkün kılar. STANDART MODEL.

Model, öncelikle güçlü etkileşimin tam bir simetriye sahip olduğu varsayımından hareket eder. SU c(3), "renk" üç boyutlu uzaydaki dönüşümlere karşılık gelir. Kuarkların temel olarak dönüştürüldüğü varsayılır. grup temsili SU c(3). Lagrange kuark için yerel ayar değişmezliği gereksiniminin yerine getirilmesi, kesinlikle tanımlanmış kuarklarla (ve birbirleriyle) etkileşime giren, gluonlar olarak adlandırılan sekiz kütlesiz ayar bozonunun teorisinin yapısında ortaya çıkmasına neden olur. yolu (Fritzsch ve Göll-Man, 1972). Bu temelde geliştirilen güçlü etkileşimi tarif eden şemaya çağrıldı. kuantum renk dinamiği. Tahminlerinin doğruluğu birçok kişi tarafından onaylandı. Gluonların varlığına dair ikna edici kanıtlar da dahil olmak üzere deneyler. Kuantum renk dinamiği aygıtının hapsetme fenomeni için bir açıklama içerdiğine inanmak için ciddi nedenler de var.

Zayıf etkileşim teorisini kurarken, aynı lepton sayısına sahip lepton çiftlerinin varlığı gerçeği kullanıldı ( L e , L v , L t), ancak farklı elektrikle. şarj (e - , v e; m - , v m t - , v m) sözde grupla ilişkili simetrinin bir tezahürü olarak yorumlanabilir. zayıf izospin SU cl (2) ve çiftlerin kendilerini bu grubun spinor (ikili) temsilleri olarak kabul edin. Zayıf etkileşime katılan kuark çiftleri için de benzer bir yorum mümkündür. Bu şema çerçevesinde, bir kuarkın katılımıyla zayıf etkileşimin olduğunu not ediyoruz. b mutlaka izotopik bir ortak kuark olduğu sonucuna götürür. t, bir çift oluşturan ( t, b). Zayıf etkileşim def ile izolasyon. sarmallık(solda) buna katılan fermiyonlar ayrıca simetri varlığının bir tezahürü olarak kabul edilebilir. sen cl (1) zayıf bir aşırı yük ile ilişkili Y sl. Bu durumda, sol ve sağ fermiyonlara farklı hiper şarj değerleri atanmalıdır. Y cl ve sağ fermiyonlar izotop skaler olarak kabul edilmelidir. Kabul edilen yapıda, ilişki doğal olarak ortaya çıkar. Q = ben 3 cl + 1 / 2 Y hadronlarla daha önce tanıştığımız cl.

Bu nedenle, leptonlar ve kuarkların el-zayıf etkileşiminin dikkatli bir analizi, onların gruba karşılık gelen bir simetriye (ancak belirgin şekilde kırık) sahip olduklarını ortaya çıkarmayı mümkün kılar. SU sl (2) sen cl ( 1) . Bu simetrinin ihlalini göz ardı eder ve yerel ayar değişmezliğinin katı koşulunu kullanırsak, o zaman dört kütlesiz bozonun (iki yüklü ve iki nötr) göründüğü ve buna karşılık gelen iki etkileşim sabitinin ortaya çıktığı kuarkların ve leptonların zayıf etkileşimi teorisi ortaya çıkar. gruplar SU sl (2) ve sen sl (1). Bu teoride, yük ile etkileşime karşılık gelen Lagrange terimleri. bozonlar bilinen yapıyı doğru bir şekilde yeniden üretir yüklü akımlar, ancak zayıf süreçlerde gözlemlenen kısa menzilli eylemi sağlamaz, bu şaşırtıcı değildir, çünkü ara bozonların sıfır kütlesi uzun menzilli harekete yol açar. Sadece gerçekçi olarak bunu takip eder. Ara bozonların kütlesinin zayıf etkileşim teorileri sonlu olmalıdır. Bu aynı zamanda simetrinin bozulduğu gerçeğiyle de uyumludur. SU sl (2) sen sl (1).

Bununla birlikte, sonlu ara bozon kütlelerinin, yukarıda açıklanan şekilde inşa edilen Lagrange'a doğrudan dahil edilmesi, yerel ayar değişmezliği gerekliliği ile çeliştiği için imkansızdır. Özel skaler alanların doğasında var olduğuna dair önemli varsayımı kullanarak simetri kırılmasını tutarlı bir şekilde hesaba katmak ve sonlu kütleler teorisinde ara bozonların görünümünü elde etmek mümkün oldu F ( Higgs alanları), fermiyonik ve ayar alanlarıyla etkileşime giren ve fenomene yol açan belirli bir kendi kendine etkileşime sahip olan kendiliğinden simetri kırılması[P. Higgs (P. Higgs), 1964]. Higgs alanlarının bir çiftinin (zayıf izospin grubuna göre) en basit versiyonunda teorinin Lagrange'ına eklenmesi, tüm alan sisteminin kırık simetriye karşılık gelen yeni, daha düşük enerjili bir vakum durumuna geçişine yol açar. Eğer başlangıçta vakum ortalaması F alanından sıfıra eşitti<Ф>0 = 0, sonra yeni durumda<Ф>0 = Ф 0 0. Teoride simetri kırılması ve sonlu F 0'ın ortaya çıkması, Higgs mekanizması kaybolmayan yük kütlesine. ara bozonlar W + ve teoride görünen iki nötr bozonun karışmasının (doğrusal kombinasyon) oluşumuna. Karıştırma sonucunda kütlesiz bir e-mag oluşur. e-magn ile etkileşime giren alan. kuarkların ve leptonların akımı ve büyük bir nötr bozonun alanı Z 0 ile etkileşim nötr akım kesin olarak tanımlanmış yapı. Karıştırma parametresi (açı) ( Weinberg açısı) bu şemadaki nötr bozonların oranı, grup etkileşim sabitlerinin oranı ile verilir. sen sl(l) ve SU sl (2) : tgq W=g"/g. Aynı parametre kütlelerin bağlantısını belirler mW ve mZ (mZ = mW / cosq W) ve elektrik bağlantısı. şarj e s zayıf izospin grubu sabiti g:e = g sinq W. Yukarıda açıklanan şema tarafından tahmin edilen nötr zayıf akımların nötrino saçılımı çalışmasında 1973'te tespit ve ardından 1983'te keşif W- ve sırasıyla 80 GeV ve 91 GeV kütleli Z-bozonları, e-magn'in birleşik bir tanımının bütün kavramını parlak bir şekilde doğruladı. ve zayıf etkileşimler. Deney. sin 2 q değerinin belirlenmesi W= 0.23 sabit olduğunu gösterdi g ve elektrik şarj e yakın boyutta. Enerjilerde zayıf etkileşimin "zayıflığının" belirgin şekilde daha düşük olduğu ortaya çıktı. mW ve mZ, esasta ara bozonların büyük kütlesi nedeniyle. Aslında, zayıf Fermi etkileşiminin fenomenolojik dört-fermiyon teorisinin sabiti G F yukarıdaki şemada eşittir GF =g 2 /8m 2 W. Bunun anlamı eff. Saniye cinsinden enerjide zayıf etkileşim sabiti. c. m. ~t p eşittir GF m p 2 10 -5 ve karesi 10 -10'a yakındır, yani. yukarıda verilen değere Cm cinsinden enerjilerde, büyük veya sıralı mW, zayıf etkileşimi karakterize eden tek parametre miktardır. g 2 / 4p veya e 2 / 4p, yani zayıf ve e-mag. etkileşimler yoğunluk bakımından karşılaştırılabilir hale gelir ve birlikte düşünülmelidir.

Birleştirilmiş bir e-magn tanımının oluşturulması. ve zayıf etkileşimler, ölçü alanları teorisinde önemli bir başarıdır, önemi açısından Maxwell'in con. 19. yüzyıl birleşik e-magn teorisi. fenomenler. Miktar. El-zayıf etkileşimi teorisinin tahminleri, %1 doğrulukla gerçekleştirilen tüm ölçümlerde doğrulanmıştır. Önemli bir fiziksel bu yapının bir sonucu, doğada yeni tipte bir parçacığın varlığına ilişkin sonuçtur - nötr Higgs bozonu. Başlangıçta 90'lar böyle bir parçacık bulunamadı. Yapılan aramalar, kütlesinin 60 GeV'yi aştığını göstermiştir. Ancak teori, Higgs bozonunun kütlesi için doğru bir tahminde bulunmaz. Sadece kütlesinin değerinin 1 TeV'yi geçmediği iddia edilebilir. Bu parçacığın kütlesinin tahmini değerleri 300-400 GeV aralığındadır.

Bu nedenle, "standart model" fon kadınları olarak seçilir. parçacıklar üç çift kuark ( ve, d)(İle birlikte, s) (t, b) ve üç çift lepton ( v e, e -)(v m ,m -) ( v t, t -), genellikle kitlelerine göre aşağıdaki gibi ailelere (veya nesillere) göre gruplandırılır:

ve etkileşimlerinin simetriyi karşıladığını varsayar. SU sl (3) SU sl (2) sen sl(l). Sonuç olarak, etkileşimin taşıyıcılarının ayar bozonları olduğu bir teori elde edilir: gluonlar, foton, su ve Z. Ve "standart model", E.ch. ile ilgili bilinen tüm gerçeklerin açıklamasıyla çok başarılı bir şekilde başa çıksa da, yine de, büyük olasılıkla, daha mükemmel ve kapsamlı bir E teorisinin inşasında bir ara aşamadır. ch. "Standart modelin" yapısında hala oldukça fazla keyfi, ampirik olarak belirlenmiş parametre vardır (kuark ve lepton kütlelerinin değerleri, etkileşim sabitlerinin değerleri, karıştırma açıları vb.). Modeldeki fermiyon nesil sayısı da belirlenmemiştir. Şimdiye kadar, deney güvenle, yalnızca doğada birkaç kez kütleli ağır nötrinolar yoksa, nesil sayısının üçü geçmediğini iddia ediyor. onlarca GeV.

Etkileşimlerin simetri özellikleri açısından, kapsamlı E.ch. simetri gruplarının doğrudan bir ürünü yerine, bir simetri grubu görünecektir G buna karşılık gelen bir etkileşim sabiti ile. Bu durumda "standart modelin" simetri grupları, kendisiyle ilişkili simetri bozulduğunda büyük bir grubun indirgenmesinin ürünleri olarak yorumlanabilir. Bu şekilde, prensipte, etkileşimlerin Büyük Birleşmesi olasılığı ortaya çıkabilir. Enerji eff ile değişim özelliği, böyle bir birlik için resmi bir temel olarak hizmet edebilir. ayar alanlarının etkileşim sabitleri gi 2/4p = bir i (i=1, 2, 3), teorinin daha yüksek mertebeleri hesaba katıldığında ortaya çıkar (çalışma sabitleri olarak adlandırılır). Bu durumda, a 1 sabiti grupla ilişkilendirilir. U(I); 2 - bir grupla SU( 2); a 3 - bir grupla SU( 3) . Bahsedilen çok yavaş (logaritmik) değişimler şu ifade ile anlatılmaktadır.

eff değerlerinin bağlanması. sabitler a Ben) ve bir i(m) iki farklı enerji değerinde: M ve M( M > m). Bu değişikliklerin doğası ayrıştırma için farklıdır. simetri grupları (ve dolayısıyla farklı etkileşimler) ve katsayılarla verilir ben hem simetri gruplarının yapısı hem de etkileşime katılan parçacıklar hakkında bilgi içeren . Çünkü b 1 , b 2 ve b 3 farklıdır, değerlerinde gözle görülür farklılıklar olmasına rağmen, i-1 (m) araştırılan enerjilerde m, çok yüksek enerjilerde M her üç değer bir i -1 (M) çakışacak, yani Etkileşimlerin Büyük Birleşmesi gerçekleşecek. Ancak dikkatli bir analiz, standart model çerçevesinde, bilinen değerleri kullanarak bir i-1 (m), a'nın üç değerini de eşleştirin i -1 (M) bazı büyükler için M imkansız, yani teorinin Büyük Birleşme ile olan varyantı bu modelde gerçekleştirilemez. Aynı zamanda, standart model dışındaki şemalarda, ana bileşenin değiştirilmiş bir bileşimi ile bulundu. (fon.) alanlar veya parçacıklar, Büyük birleşme gerçekleşebilir. Ana bileşimindeki değişiklikler parçacıklar katsayı değerlerinde değişikliklere yol açar " ben" ve böylece bir eşleştirme imkanı sağlar i (M) büyük için M.

Ana maddenin değiştirilmiş bir kompozisyonunu seçerken yol gösterici fikir. parçacık teorisi, E. h dünyasında olası varoluş fikriydi. süpersimetri, bu tanımı belirler. teoride görünen tamsayılı ve yarı tamsayılı spin parçacıkları arasındaki ilişkiler. Örneğin, süpersimetri gereksinimlerini karşılamak için. standart model durumunda, her parçacığa spini 1/2 kaydırılmış bir parçacık atanmalıdır - Ayrıca, tam süpersimetri durumunda, tüm bu parçacıkların aynı kütleye sahip olması gerekir. Bu nedenle, 1/2 spinli kuarklar ve leptonlar, spini sıfır olan süpersimetrik ortakları (süpereşler) ile ilişkilendirilmeli, spin 1'e sahip tüm ayar bozonları, spini 1/2 olan süpereşleri ile ilişkilendirilmeli ve spin sıfıra sahip Higgs bozonu, 1 / 2 spinli bir süper partnerle ilişkilendirilebilir. Kuarkların, leptonların ve ayar bozonlarının süpereşleri, incelenen enerji bölgesinde açıkça gözlemlenmediğinden, süpersimetri varsa, fark edilir şekilde kırılmalı ve süpereşlerin kütleleri, bilinen fermiyonların ve bozonların kütlelerini önemli ölçüde aşan değerlere sahip olmalıdır. .

Süpersimetri gereksiniminin tutarlı bir ifadesi, standart model parçacıkların bileşiminde önceden listelenen değişikliklere ek olarak, Higgs bozonlarının sayısının beşe çıktığı (ikisi de MCCM) minimal süpersimetrik modelde bulunur. yüklü ve üçü nötr parçacıklardır). Buna göre, 1 / 2 spinli Higgs bozonlarının beş süpereşleri modelde görünür - MCCM - Süpersimetri durumunda Standart Modelin en basit genellemesi. Anlam M, bunun için tesadüf bir i (M)(Grand Unification), MCCM'de yaklaşık olarak 10 16 GeV'ye eşittir.

Süpersimetrinin varlığının hipotezi, dahası, bir dizi içsel değerini çözen ayar alanları teorisinin gelişimi için umut verici olasılıklardan biriyle ilişkilidir. içinde görünen parametrelerin kararlılığı ile ilgili problemler. Daha önce de belirtildiği gibi süpersimetri, elektromanyetik dalgalar teorisinde etkileşimlerin büyük bir birleşiminin çekici olasılığını korumayı mümkün kılar. Süpersimetrinin varlığı gerçeğinin kesin bir teyidi, bilinen parçacıkların süpereşlerinin keşfi olacaktır. Kütlelerinin yüzlerce GeV ile 1 TeV arasında değiştiği tahmin edilmektedir. Bu tür kütlelerin parçacıkları, yeni nesil proton çarpıştırıcılarında çalışmak için mevcut olacak.

Süpersimetrinin varlığının hipotezinin doğrulanması ve süpersimetrik parçacıkların araştırılması, şüphesiz yakın gelecekte şüphesiz en büyük öncelik verilecek elektrokimyasal fizikteki en önemli problemlerden biridir.

Temel Parçacıklar Teorisinin Bazı Genel Sorunları

Parçacık fiziğinin en son gelişimi, maddenin tüm mikro bileşenlerinden, özel bir rol oynayan ve (90'ların başında) gerçekten E. h. Fundams ona aittir. . fermiyonlar spin 1 / 2 - üç nesli oluşturan leptonlar ve kuarklar ve güçlü ve e-zayıf etkileşimlerin taşıyıcıları olan spin 1'in (gluonlar, fotonlar ve ara bozonlar) bozonlarını ölçer. Büyük olasılıkla, bu gruba spin 2'ye sahip bir parçacık eklenmelidir, graviton yerçekimi taşıyıcısı olarak. tüm parçacıkları bağlayan etkileşim. Özel bir grup, henüz keşfedilmemiş olan Higgs bozonları olan spin 0 parçacıklarından oluşur.

Yine de birçok soru cevapsız kalıyor. Bu nedenle, fiziksel olup olmadığı belirsizliğini koruyor. temel fermiyonların nesil sayısını sabitleyen bir kriter. Kuarkların ve leptonların ilkinde renk varlığıyla ilişkili özelliklerindeki farkın ne kadar temel olduğu veya bu farkın sadece çalışılan enerji bölgesine özgü olup olmadığı açık değildir. Bu soruyla ilgili fiziksel soru Büyük Birleşme'nin doğası, formalizminde kuarklar ve leptonlar benzer özelliklere sahip nesneler olarak kabul edildiğinden.

Çeşitli "ext" varlığının olup olmadığını anlamak önemlidir. kuark ve leptonların kuantum sayıları ( B, L, Ben, S, C, b vb.) alıştığımız dört boyutlu makroskopik geometriden daha fazla sayıda boyuta karşılık gelen, mikro dünyanın daha karmaşık bir geometrisine. boş zaman. Bu soruyla yakından ilgili olan, maksimumun ne olduğudur. simetri grubu G E. h'nin etkileşimlerini karşılayan ve simetri gruplarının gömülü olduğu, çalışılan enerji bölgesinde kendilerini gösteren . Bu sorunun cevabı, E. h. etkileşiminin sınırlayıcı taşıyıcı sayısını belirlemeye ve özelliklerini netleştirmeye yardımcı olacaktır. Maks. Grup G aslında belirli bir çok boyutlu uzayın simetri özelliklerini yansıtır. Bu fikir çemberi teoride belirli bir yansıma buldu. süper sicimler, dörtten fazla boyutlu (genellikle 10 boyutlu bir alanda) boşluklardaki sıradan dizelerin analoglarıdır. Süper sicim teorisi, E. h.'yi, süper sicimlerin ayrışmaya karşılık gelen belirli uyarımlarının tezahürleri olarak yorumlar. sırtlar. Ekstra (dörtten fazla) boyutların sözde nedeniyle gözlemlerde kendilerini göstermediğine inanılmaktadır. sıkıştırma, yani ~10 -33 cm karakteristik boyutları olan kapalı alt uzayların oluşumu. bu alt uzayların varlığının tezahürü, gözlemlenen "dış"lardır. Elektrokimyasal kristallerin kuantum sayıları Süper sicim kavramıyla ilişkili elektriksel süper sicimlerin özelliklerini yorumlama yaklaşımının doğruluğunu teyit eden hiçbir veri henüz yoktur.

Yukarıdakilerden görülebileceği gibi, ideal olarak, tam bir elektron parçacıkları teorisi, yalnızca temel olarak seçilen belirli bir parçacık kümesinin etkileşimlerini doğru bir şekilde tanımlamamalı, aynı zamanda bu parçacıkların sayısını, kuantumlarını belirleyen faktörlerin bir açıklamasını da içermelidir. sayılar, etkileşim sabitleri, kütlelerinin değerleri vb. En çok seçilme nedenleri. geniş simetri grubu G ve aynı zamanda daha düşük enerjilere doğru hareket ederken simetri kırılmasına neden olan mekanizmaların doğası. Bu bağlamda, Higgs bozonlarının E.Ch. fiziğindeki rolünün açıklığa kavuşturulması büyük önem taşımaktadır. Modeller, to-çavdar modern sunuyor. E. h. teorisi, hala listelenen tüm kriterleri karşılamaktan uzaktır.

EC etkileşimlerinin tanımı, daha önce belirtildiği gibi, ayar alanı teorileri ile bağlantılıdır. Bu teorilerin gelişmiş bir matı vardır. aparat, to-ry, E.ch ile süreçlerin hesaplamalarını yapmanızı sağlar. kuantum elektrodinamiğindekiyle aynı düzeyde titizlik. Bununla birlikte, ayar alanı teorilerinin aygıtında, modern ifade, bir varlık var. kuantum elektrodinamiği ile ortak bir kusur - hesaplama sürecinde, içinde anlamsız sonsuz büyük ifadeler ortaya çıkıyor. Özel yardımı ile gözlemlenen nicelikleri yeniden tanımlama yöntemi (kütleler ve etkileşim sabitleri) - - Sonsuzlukları sonlardan çıkarmak mümkündür. hesaplama sonuçları. Bununla birlikte, yeniden normalleştirme prosedürü, teorinin düzeneğinde var olan ve bir miktar doğruluk düzeyinde teorinin tahminleri ile ölçümler arasındaki uyuşma derecesini etkileyebilecek olan zorluğun tamamen resmi bir atlatılmasıdır.

Hesaplamalarda sonsuzlukların ortaya çıkması, etkileşimlerin Lagrange'lerinde farklı parçacıkların alanlarının bir noktaya atıfta bulunulmasından kaynaklanmaktadır. x yani parçacıkların noktasal olduğu ve dört boyutlu uzay-zamanın en küçük mesafelere kadar düz kaldığı varsayılır. Aslında, bu varsayımlar, görünüşe göre, birkaçı için yanlıştır. sebepler:

a) gerçekten E. h, sonlu bir kütlenin taşıyıcıları olarak, maddenin sonsuz yoğunluğundan kaçınmak istiyorsak, çok küçük de olsa sonlu boyutlar atfetmek en doğaldır;

b) küçük mesafelerde uzay-zamanın özellikleri, büyük olasılıkla, makroskopikinden kökten farklıdır. özellikler (genellikle olarak adlandırılan belirli bir karakteristik mesafeden başlayarak) temel uzunluk);

c) en küçük mesafelerde (~ 10 -33 cm) geome bir değişiklik etkiler. kuantum yerçekiminin etkisiyle uzay-zamanın özellikleri. etkiler (metrik dalgalanmalar; bkz. yerçekimi kuantum teorisi).

Belki de bu nedenler yakından ilişkilidir. Yani yerçekiminin muhasebesidir. etkiler maks. doğal olarak gerçek E.ch. boyutlarına yol açar. yaklaşık 10 -33 cm ve fonlar. uzunluk aslında sözde ile çakışabilir. Planck uzunluğu l Pl \u003d 10 -33 cm, nerede x-Yerçekimi sabit (M. Markov, 1966). Bu nedenlerin herhangi biri, teoride bir değişikliğe ve sonsuzlukların ortadan kaldırılmasına yol açmalıdır, ancak bu değişikliğin pratik uygulaması çok zor olabilir.

Yerçekiminin etkilerini tutarlı bir şekilde hesaba katmanın ilginç olasılıklarından biri, süpersimetri fikirlerinin yerçekimine genişletilmesiyle ilgilidir. etkileşim (teori süper yerçekimi, özellikle genişletilmiş süper yerçekimi). Yerçekiminin ortak muhasebesi. ve diğer etkileşim türleri, teorideki farklı ifadelerin sayısında gözle görülür bir azalmaya yol açar, ancak süper yerçekiminin hesaplamalardaki sapmaların tamamen ortadan kaldırılmasına yol açıp açmadığı kesin olarak kanıtlanmamıştır.

Bu nedenle, Büyük Birleşme fikirlerinin mantıksal sonucu, büyük olasılıkla, E. h.'nin etkileşimlerini de yerçekimi olarak düşünmek için genel şemaya dahil edilecektir. etkileşimler, en küçük mesafelerde temel olabilecekleri hesaba katarak. Naib, her tür etkileşimin eşzamanlı olarak ele alınmasına dayanmaktadır. E. h.'nin gelecekteki bir teorisinin yaratılmasını beklemesi muhtemeldir.

Aydınlatılmış.: Temel parçacıklar ve telafi alanları. Oturdu. st., çev. İngilizce'den, M., 1964; Kokkede Ya., Kuarklar Teorisi, çev. İngilizceden, M.. 1971; Markov M.A., Maddenin doğası üzerine, M., 1976; Gle-show Sh., Renk ve aromalı kuarklar, çev. İngilizceden UFN, 1976, v. 119, c. 4, s. 715; Bernstein, J., Spontan simetri kırılması, ayar teorileri, Higgs mekanizması, vs., içinde: Ayar Alanlarının Kuantum Teorisi. Oturdu. st., çev. English, M., 1977'den (News of Fundamental Physics, v. 8); Bogolyubov H.H., Shirkov D.V., Kuantum alanları, 2. baskı, M., 1993; Okun L.B., Leptons and Quarks, 2. baskı, M., 1990.

- bileşen parçalara bölünemeyen maddi nesneler. Bu tanıma göre, kurucu parçalara bölünebilen moleküller, atomlar ve atom çekirdeği, temel parçacıklara atfedilemez - bir atom bir çekirdeğe ve yörünge elektronları, bir çekirdeğe - nükleonlara bölünür. Aynı zamanda, daha küçük ve daha temel parçacıklardan - kuarklardan oluşan nükleonlar bu kuarklara bölünemez. Bu nedenle, nükleonlar temel parçacıklar olarak sınıflandırılır. Nükleon ve diğer hadronların daha temel parçacıklardan - kuarklardan oluşan karmaşık bir iç yapıya sahip olduğu gerçeği göz önüne alındığında, hadronları temel parçacıklar değil, sadece parçacıklar olarak adlandırmak daha uygundur.
Parçacıklar atom çekirdeğinden daha küçüktür. Çekirdeklerin boyutları 10 -13 − 10 -12 cm'dir.En büyük parçacıklar (nükleonlar dahil) kuarklardan (iki veya üç) oluşur ve hadronlar olarak adlandırılır. Boyutları ≈ 10 -13 cm'dir.Ayrıca yapısız (mevcut bilgi düzeyinde) nokta benzeri (< 10 -17 см) частицы, которые называют фундаментальными. Это кварки, лептоны, фотон и некоторые другие. Всего известно несколько сот частиц. Это в подавляющем большинстве адроны.

tablo 1

Temel parçacıklar, 1/2 spinli (bunlar temel fermiyonlardır) ve spin 1'li (gluon, foton, W ± ve Z bozonları) çeşitli parçacıklara sahip 6 kuark ve 6 leptondur (Tablo 1) ve graviton ( spin 2), temel bozonlar olarak adlandırılır (Tablo 2). Temel fermiyonlar, her biri 2 kuark ve 2 lepton içeren üç gruba (nesil) ayrılır. Tüm gözlemlenebilir maddeler birinci neslin parçacıklarından oluşur (u, d, elektron e - kuarkları): nükleonlar u ve d kuarklarından, çekirdekler nükleonlardan oluşur. Yörüngelerinde elektron bulunan çekirdekler atomları oluşturur, vb.

Tablo 2

Temel bozonların rolü, etkileşimlerin “taşıyıcıları” olarak parçacıklar arasındaki etkileşimi gerçekleştirmeleridir. Çeşitli etkileşimler sürecinde, parçacıklar temel bozonları değiştirir. Parçacıklar dört temel etkileşime katılır - güçlü (1), elektromanyetik (10 -2), zayıf (10 -6) ve yerçekimi (10 -38). Parantez içindeki sayılar, 1 GeV'nin altındaki enerji aralığındaki her etkileşimin göreli gücünü karakterize eder. Kuarklar (ve hadronlar) tüm etkileşimlere katılır. Leptonlar güçlü etkileşime katılmazlar. Güçlü etkileşimin taşıyıcısı gluon (8 tip), elektromanyetik olanı foton, zayıf olanı W ± ve Z bozonları ve yerçekimi olan ise gravitondur.
Serbest haldeki parçacıkların büyük çoğunluğu kararsızdır; kırılır. Parçacıkların karakteristik ömürleri 10 -24 –10 -6 saniyedir. Serbest bir nötronun ömrü yaklaşık 900 saniyedir. Elektron, foton, elektron nötrino ve muhtemelen proton (ve onların antiparçacıkları) kararlıdır.
Parçacıkların teorik tanımının temeli kuantum alan teorisidir. Elektromanyetik etkileşimleri tanımlamak için kuantum elektrodinamiği (QED) kullanılır, zayıf ve elektromanyetik etkileşimler birleşik bir teori - elektrozayıf model (ESM) ve güçlü etkileşim - kuantum kromodinamiği (QCD) ile birlikte tanımlanır. Birlikte kuarkların ve leptonların güçlü, elektromanyetik ve zayıf etkileşimlerini tanımlayan QCD ve ESM, Standart Model adı verilen teorik bir çerçeve oluşturur.