1-sahifa


Ijobiy zaryadlangan zarracha lion, manfiy zaryadlangan zarracha liat deb ataladi.

Juft sonli elektronga ega bo'lgan musbat zaryadlangan zarracha (kation), unda musbat zaryad(yoki uning bir qismi) bir yoki bir nechta uglerod atomlarida joylashgan. Ko'pincha karbeniy (karboniy) ioni atamasi ortiqcha musbat zaryadga ega bo'lgan uglerod atomi bo'sh / - orbitalga ega bo'lgan karbokatsiyalar uchun ishlatiladi.

Ko'pincha shahar kvartirasida yoki ofisida biz ko'pincha toza havo etishmasligini his qilamiz. Ko'pincha bu tuyg'u bizni konditsioner yoki havo tozalagichga qaramasdan ta'qib qiladi. Ma'lum bo'lishicha, tananing normal ishlashi nafaqat toza, balki salbiy ion bilan to'yingan havoni ham talab qiladi.

Buni Uchinchi Moskva tibbiyot institutida o'tkazilgan bir qator tajribalar tasdiqlaydi. Sichqonlarning ikki guruhi qafaslarga kiritildi. Ulardan biri paxta filtri yordamida tozalangan deionizatsiyalangan havo bilan ta'minlangan, ikkinchisi esa ionlar bilan to'yingan. Sichqoncha nafasini ushlab turdi, lekin havoda ion yo'qotdi, zaiflashdi va o'ldi va ularning to'qimalaridagi o'zgarishlar kislorod ochligi uchun xarakterli edi. Ionga boy havo olgan sichqonlarning ikkinchi guruhi o'zlarini juda yaxshi his qilishdi, shuning uchun tadqiqotchilar tananing normal ishlashi uchun salbiy biriktiruvchi aerozollarning ma'lum konsentratsiyasi kerak degan xulosaga kelishdi.

Ijobiy zaryadlangan zarracha lyonium, manfiy zaryadlangan zarracha liat deb ataladi.

Rasmda ko'rsatilgan musbat zaryadlangan zarracha magnit maydon bo'ylab chapdan o'ngga harakat qiladi. Elektr va magnitlanishning tabiati shundaki, elektr zaryadiga ta'sir qiluvchi kuch magnit maydon kuchiga, kattaligiga proportsionaldir. elektr zaryadi zarralar va uning harakat tezligi; bunday kuch zarrachaning harakat yo'nalishi va yo'nalishi bilan hosil bo'lgan tekislikka to'g'ri burchak ostida ta'sir qiladi. kuch chiziqlari magnit maydon; bu tekislik figuraning tekisligidan tashqarida joylashgan.

Ushbu tajribada sog'lom ob-havo uchun ionlashning afzalliklari aniq, ammo sun'iy havo ionizatsiyasi ham salbiy xususiyatlarga ega va ko'pchilik maishiy ionizatorlarning afzalliklarini shubha ostiga qo'yadi. Ba'zi reklama maqolalarida aytilganidek, o'tgan asrda havo ionlanishi aniqlanmagan. Salbiy ionlarning yutilishi haqiqatan ham tabiiy jarayondir. Bu ignabargli o'rmonda bo'rondan keyin nafas olish nima uchun juda oson va yoqimli ekanligini tushuntiradi. Xuddi shu jarayon tufayli tuz konlari juda sog'lom.

Maydonga joylashtirilgan musbat zaryadlangan zarracha (masalan, vodorod protoni) bir xil egri chiziqlar bo'ylab, lekin teskari yo'nalishda harakat qiladi.

Ijobiy zaryadlangan zarracha faqat hodisa potentsiali yo'nalishi bo'yicha tezlashishi mumkin. Shuning uchun, agar dastlabki potentsial nolga teng bo'lsa, u holda traektoriyaning istalgan nuqtasida u manfiy bo'ladi.

U uzoq vaqtdan beri qadrlangan va ko'plab kasalliklarni davolash uchun ishlatilgan. Olimlar, shuningdek, salbiy ionlarning shifobaxsh ta'sirini payqashdi va ularni elektron qurilmalar yordamida qanday yaratishni o'rganishdi. Ammo elektron ionizatorlarning shubhasiz afzalliklari bilan tanaga foyda va mumkin bo'lgan zarar aniqlandi. Bu aerozollarning kontsentratsiyasi ruxsat etilgan maksimal konsentratsiyadan oshib ketganda, shuningdek, boshqa hosil bo'lgan moddalar uchun sodir bo'lishi mumkin. Ionlash jarayoni, shuningdek, aerozolsiz ozon hosil qiladi.

Bir yoki bir nechta uglerod atomlarida musbat zaryad (yoki uning bir qismi) joylashgan elektronlar soni teng bo'lgan musbat zaryadlangan zarracha (kation).

Bir musbat zaryadlangan zarracha P musbat va M manfiy zarrachalarni o'z ichiga olgan guruhdan 10 sm masofada joylashgan.

Bunday musbat zaryadlangan zarrachaga kation deyiladi. E'tibor bering, musbat zaryadlangan kation katodga, manfiy zaryadlangan elektrodga tortiladi; manfiy zaryadlangan atom yoki molekula bo'lgan anion anodga tortiladi - musbat zaryadlangan elektrod. Kation va anion atamalarini 1834 yilda Maykl Faraday suvli tuz eritmalari orqali elektr tokini o‘tkazishni tasvirlab berganida kiritilgan. Teshilgan katod tomonidan tortilgan kationlar teshikdan o'tadi va musbat zaryadlangan zarrachalar nurlari shaklida harakat qilishda davom etadi. Tomson elektr va magnit maydonlarini yaratuvchi qurilmalar bilan jihozlangan apparatdan foydalangan holda (3.9-rasmda ko'rsatilgan apparatni biroz eslatadi) neon kationlari (Z - 10) ikki shaklda mavjudligini aniqladi: biri taxminan 20 marta massaga ega va ikkinchisi protondan taxminan 22 marta massaga ega. Ular izotoplar deb atalgan (yunoncha isos so'zidan - bir xil va topos - joy va bu elementlarning davriy tizimidagi joyni anglatadi); Umuman olganda, izotoplar massa soni bo'yicha farqlanadi, bu A belgisi bilan belgilanadi.

Shuni ta'kidlash kerakki, bu tabiiy ravishda ham sodir bo'lishi mumkin - masalan, bo'rondan keyin aniq hid bor, lekin tabiat tomonidan ishlab chiqarilgan oz miqdordagi ozon katta maydonda tarqalib ketsa, u cheklangan joylarda to'planib, manbaga aylanishi mumkin. sog'liq uchun xavflar. Biroq, mashhur veterinar Avitsenna aytganidek - "tomchilar - dori, qoshiq - zahar", shuningdek, havodagi ozon miqdori, bu ibora teng darajada qo'llaniladi. Past ozon darajalari tozalash, dezinfektsiyalash, viruslar, bakteriyalar, tutun va hidni yo'qotish bilan tavsiflanadi.

Aerozollardagi musbat zaryadlangan zarrachalar soni manfiy zaryadlangan zarrachalar soniga teng bo'lishi mumkin, bu odatda bir hil kimyoviy tarkibga ega bo'lgan juda kichik zarralar uchun kuzatiladi. Ba'zi hollarda zarrachalar ustunlik qiladi zaryad tashuvchi bitta belgi.

Moddaning tarkibi nihoyatda sodda. Koinotdagi barcha ko'rinadigan moddalar - Yerda va kosmosda - uchta asosiy zarrachadan iborat turli xil turlari: elektronlar va ikki turdagi kvarklar.

Bu uchta zarra (shuningdek, quyida tavsiflangan boshqalar) o'zlariga ko'ra bir-birini o'ziga tortadi va qaytaradi

Shunday qilib, ionlashtiruvchi dori zaharga aylanadigan chegaralarni kesib o'tishingizga qarab foydali yoki zararli bo'ladi. Havo uchun havo ionizatorlarining ko'pchiligi monolitikdir, ya'ni. faqat manfiy ionlar hosil qiladi. So'nggi tadqiqotlar shuni ko'rsatadiki, bunday qurilmalarning afzalliklari shubha ostiga qo'yilishi mumkin, chunki bitta zarrali zarralar zaryadni asta-sekin atrofdagi bo'shliqqa o'tkazadi, bu ularning tarqalishiga to'sqinlik qiladi, shuningdek, zaryadlangan zarralar bir-biriga qarshilik ko'rsatadi.

Bunday zarralar odamga etib bormaydi, shuning uchun ijobiy ta'sir yo'q. Bundan tashqari, bino ichida yuqori daraja namlik va chang, "og'ir" aerozollar to'plana boshlaydi, bu sog'liq uchun zararli bo'lishi mumkin, masalan, nafas olish yo'llarida changni yopishtirish bilan birga.

to'lovlar , ular tabiatning asosiy kuchlari soniga ko'ra faqat to'rtta tur. Zaryadlarni mos keladigan kuchlarni kamaytirish tartibida quyidagicha joylashtirish mumkin: rangli zaryad (kvarklar orasidagi o'zaro ta'sir kuchlari); elektr zaryadi (elektr va magnit kuchlar); zaif zaryad (ba'zi radioaktiv jarayonlarda kuch); nihoyat, massa (tortishish kuchi yoki tortishish o'zaro ta'siri). Bu erda "rang" so'zining rangga hech qanday aloqasi yo'q. ko'rinadigan yorug'lik; bu shunchaki eng kuchli zaryad va eng katta kuchlarga xos xususiyatdir.davom eting , ya'ni. tizimga kiradigan zaryad zaryadga teng undan chiqadi. Agar ma'lum miqdordagi zarrachalarning o'zaro ta'siridan oldin umumiy elektr zaryadi, aytaylik, 342 birlik bo'lsa, u holda o'zaro ta'sirdan keyin, uning natijasidan qat'i nazar, u 342 birlikka teng bo'ladi. Bu boshqa zaryadlarga ham tegishli: rang (kuchli o'zaro ta'sir zaryadi), zaif va massa (massa). Zarrachalar o'zlarining zaryadlari bo'yicha farqlanadi: mohiyatiga ko'ra, ular bu zaryadlar "dir". To'lovlar, xuddi shunday, tegishli kuchga javob berish huquqining "guvohnomasi". Demak, rang kuchlari faqat rangli zarralar ta'sir qiladi, faqat elektr zaryadlangan zarralar ta'sir qiladi. elektr kuchlari va hokazo. Zarrachaning xossalari unga ta'sir qiluvchi eng katta kuch bilan belgilanadi. Faqat kvarklar barcha zaryadlarning tashuvchilari va shuning uchun ular orasida rang ustunlik qiladigan barcha kuchlarning ta'siriga bo'ysunadi. Elektronlarning rangdan tashqari barcha zaryadlari bor va ular uchun dominant kuch elektromagnit kuchdir.

Tabiatdagi eng barqarorlari, qoida tariqasida, zarrachalarning neytral birikmalari bo'lib, ularda bir belgining zarrachalarining zaryadi boshqa belgining zarrachalarining umumiy zaryadi bilan qoplanadi. Bu butun tizimning minimal energiyasiga to'g'ri keladi. (Xuddi shunday, ikkita shtrixli magnit bir chiziqqa joylashtiriladi, ulardan birining shimoliy qutbi bir tomonga qaraydi. janubiy qutb magnit maydonning minimal energiyasiga to'g'ri keladigan boshqasi.) Gravitatsiya bu qoidadan istisno: manfiy massa yo'q. Yiqilib tushadigan jasadlar yo'q.

Bu vaziyatdan nafaqat ionlarni, balki boshqa havo parametrlarini, shu jumladan chang va namlikni ham nazorat qilish mumkin. Yaxshi variant ham tegishli nisbatda salbiy va ijobiy ionlarni yaratadigan bipolyar ionizatorlardir. Albatta, tabiiy ionlangan havoda - dengiz yoki tuz g'orlarida nafas olish beqiyos yaxshiroqdir. Oxirgi ionlanishning ta'siri bu mineralning bir bo'lagidan tayyorlangan maxsus tuz lampalari yordamida o'zgartirilishi mumkin. Ular sog'likka hech qanday zarar etkazmasdan eng tabiiy ionlashtiruvchi ta'sirni yaratadilar.

 MATTA TURLARI Oddiy materiya elektronlar va kvarklardan hosil bo'lib, neytral rangga ega bo'lgan, keyin esa elektr zaryadiga ega bo'lgan jismlarga guruhlangan. Rang kuchi neytrallanadi, bu zarralar uchliklarga birlashtirilganda quyida batafsilroq muhokama qilinadi. (Shuning uchun optikadan olingan "rang" atamasining o'zi: uchta asosiy rang aralashganda oq rang beradi.) Shunday qilib, rang kuchi asosiy bo'lgan kvarklar uchlik hosil qiladi. Ammo kvarklar va ular bo'linadiu-kvarklar (ingliz tilidan yuqoriga - yuqori) va d-kvarklar (ingliz tilidan pastga - past), ular ham teng elektr zaryadiga ega uchun u-kvark va uchun d-kvark. Ikki u- kvark va bitta d -kvark +1 elektr zaryadini beradi va proton hosil qiladi va bittau- kvark va ikkita d -kvarklar nol elektr zaryadini beradi va neytron hosil qiladi.

Barqaror protonlar va neytronlar, ularni tashkil etuvchi kvarklar orasidagi o'zaro ta'sirning qoldiq rangli kuchlari bilan bir-biriga tortilib, rangsiz neytral atom yadrosini hosil qiladi. Ammo yadrolar musbat elektr zaryadini olib yuradi va Quyosh atrofida aylanadigan sayyoralar singari yadro atrofida aylanadigan manfiy elektronlarni jalb qilib, neytral atom hosil qiladi. O'z orbitalaridagi elektronlar yadrodan yadro radiusidan o'n minglab marta kattaroq masofada chiqariladi - bu ularni ushlab turgan elektr kuchlari yadroviy kuchlarga qaraganda ancha zaif ekanligidan dalolat beradi. Ranglarning o'zaro ta'sir kuchi tufayli atom massasining 99,945% uning yadrosida joylashgan. Og'irligi

Quyosh milliardlab yillar davomida Yerga yorug'lik va issiqlik yuboradi. Biroq, yaqinda odamlar bu energiyani qanday qabul qilish va uni elektr energiyasiga aylantirishni aniqladilar. O'shandan beri quyosh nurini elektr energiyasiga aylantirish uchun quyosh xujayralari juda qimmat kosmik qurilmalardan tortib, tuproqli zaryadlovchilarga qadar juda katta tezlikda rivojlandi. Ajoyib, lekin bu quyosh energiyasi qanday qilib elektr energiyasiga aylanadi?

Mana ishlar qanday: elektr toki tashuvchi erkin elektronlar harakati natijasida hosil bo'ladi manfiy zaryad. Elektronlar odatda proton va neytronlardan tashkil topgan atom yadrosi atrofida aylanadi. Bular atom zarralari moddiy "qurilish bloklari" dir, shuning uchun ularni hamma joyda topish mumkin. Ba'zi materiallar o'z elektronlarini boshqalardan ko'ra kuchliroq ushlab turadi, ammo etarli energiya bilan va bu elektronlar orbitadan chiqarilishi mumkin.

u- va d - kvarklar elektron massasidan taxminan 600 marta katta. Shuning uchun elektronlar yadrolarga qaraganda ancha engilroq va harakatchanroqdir. Ularning materiyadagi harakati elektr hodisalarini keltirib chiqaradi.

Yadrodagi neytronlar va protonlar soni va shunga mos ravishda orbitalardagi elektronlar soni bilan farq qiluvchi bir necha yuzlab tabiiy atomlar (shu jumladan izotoplar) mavjud. Eng oddiyi vodorod atomi bo'lib, u proton shaklidagi yadro va uning atrofida aylanadigan yagona elektrondan iborat. Tabiatdagi barcha "ko'rinadigan" moddalar atomlardan va qisman "parchalangan" atomlardan iborat bo'lib, ular ionlar deb ataladi. Ionlar bir nechta elektronni yo'qotib (yoki qo'lga kiritib) zaryadlangan zarrachalarga aylangan atomlardir. Deyarli bitta iondan tashkil topgan modda plazma deb ataladi. Markazlarda kechayotgan termoyadro reaksiyalari tufayli yonayotgan yulduzlar asosan plazmadan iborat bo‘lib, yulduzlar koinotda eng keng tarqalgan materiya shakli bo‘lgani uchun butun Olam asosan plazmadan iborat deyish mumkin. Aniqrog'i, yulduzlar asosan to'liq ionlangan gazsimon vodorod, ya'ni. alohida protonlar va elektronlarning aralashmasi va shuning uchun deyarli butun ko'rinadigan koinot undan iborat

Atomdan elektronlarni olib tashlash orqali ajoyib ish qiladigan zarrachaning energiyasi fotondir. Bu yorug'likning asosini tashkil etuvchi subatomik energiya paketidir. Quyosh fotonlari elektronlarni o'z orbitasidan tashqariga chiqarib, kremniy hujayra ichiga surish uchun etarli energiyaga ega. Kremniy deyarli barcha quyosh batareyalarida asosiy materialdir. Fotonning elektronlarni chiqarish qobiliyatiga fotoelektr effekti deyiladi.

Ijobiy va manfiy zaryadlangan zarralar orasidagi nomutanosiblik kremniy tarkibiga bor va fosfor aralashmalarini qo'shish orqali hosil bo'ladi. Kremniydagi bu nomutanosiblik elektr maydonini hosil qiladi. Fotonlar materiallarga va ularning orbitalaridan erkin elektronlarga hujum qilganda, elektr maydoni ularni quyosh xujayrasining old tomoniga suradi, bu esa manfiy zaryad hosil qiladi. Quyosh xujayrasining narigi tomonida qolgan proton musbat zaryad hosil qiladi. Ushbu ikki tomon kesh orqali ulanganda - quyosh zaryadlovchi batareyalari kabi bilvosita kontaktlarning zanglashiga olib kelishi - elektronlar bu sig'imga oqib o'tadi va elektr energiyasini saqlaydi.

 (Shuningdek qarang ATOM TUZILISHI).

Bu ko'rinadigan narsa. Ammo koinotda hali ham ko'rinmas materiya mavjud. Va kuchlarning tashuvchisi sifatida ishlaydigan zarralar mavjud. Ayrim zarralarning antizarralar va qo'zg'aluvchan holatlari mavjud. Bularning barchasi "elementar" zarralarning aniq haddan tashqari ko'pligiga olib keladi. Bu mo'l-ko'llikda haqiqiy, haqiqiy tabiatning belgisini topish mumkin elementar zarralar va ular o'rtasida harakat qiluvchi kuchlar. Eng so'nggi nazariyalarga ko'ra, zarralar asosan kengaytirilgan geometrik ob'ektlar bo'lishi mumkin - o'n o'lchovli fazoda "torlar".

Bitta quyosh xujayrasi atigi 1-2 vatt elektr energiyasi ishlab chiqarsa-da, bir modulga birlashtirilgan bir nechta yoki undan ko'p hujayralar birgalikda oddiy elektr energiyasidan zaryad qilish uchun etarli miqdorda elektr energiyasini ishlab chiqarishi mumkin. maishiy texnika avtomobillarni yoki uylarni isitishdan oldin.

Kimyoviy batareyalar orqali elektronlar oqimi hosil bo'ladi kimyoviy reaksiyalar. Mobil telefonlarimiz yoki planshetlarimizda ishlatiladigan litiy-ionli batareyalar uglerod ionlarini litiy ionlariga aylantirish orqali energiya hosil qiladi. Ikkala turdagi batareyalarda ham elektr energiyasi salbiy elektroddan musbat elektrodga oqim orqali hosil bo'ladi. Batareya zaryad olayotganda ionlar salbiy elektrodga o'tadi va batareya zaryadsizlanganda elektron oqimi o'z-o'zidan aylanadi, ya'ni. litiy ionlari manfiy elektroddan musbat elektrodga o'tadi.

Ko'rinmas dunyo. Koinotda nafaqat ko'rinadigan materiya (balki qora tuynuklar va "qorong'u materiya", masalan, yoritilganda ko'rinadigan sovuq sayyoralar) mavjud. Bundan tashqari, har soniyada barchamizga va butun koinotga kirib boradigan haqiqatan ham ko'rinmas materiya mavjud. Bu zarrachalarning bir turi - elektron neytrinolarning tez harakatlanuvchi gazidir.

Elektron neytrino elektronning sherigi, lekin elektr zaryadiga ega emas. Neytrinolar faqat kuchsiz zaryadga ega. Ularning dam olish massasi, ehtimol, nolga teng. Ammo ular tortishish maydoni bilan o'zaro ta'sir qiladilar, chunki ular kinetik energiyaga ega

E , bu samarali massaga mos keladim , Eynshteyn formulasiga muvofiqE = mc 2, qayerda c yorug'lik tezligidir.

1-jadval. ASOSIY zarrachalar
Zarracha

Tinch massasi, MeV/ Bilan 2

Elektr zaryadi

rang zaryadi

Zaif zaryad
KVARKLAR
u-kvark

Qizil, yashil, ko'k
d-kvark

Qizil, yashil, ko'k
leptonlar
Elektron neytrino
Elektron
Neytrinoning asosiy roli shundaki, u transformatsiyaga hissa qo'shadiva-kvarklar kiradi d kvarklar, natijada proton neytronga aylanadi. Neytrino yulduz termoyadro reaksiyalari uchun "karbyurator ignasi" rolini o'ynaydi, bunda to'rtta proton (vodorod yadrolari) geliy yadrosini hosil qilish uchun birlashadi. Ammo geliy yadrosi to'rt protondan emas, balki ikkita proton va ikkita neytrondan iborat bo'lganligi sababli, bunday yadro sintezi uchun ikkita bo'lishi kerak.va -kvarklar ikkiga aylandid -kvark. Transformatsiyaning intensivligi yulduzlarning qanchalik tez yonishini aniqlaydi. Va transformatsiya jarayoni zaif zaryadlar va zarralar orasidagi zaif o'zaro ta'sir kuchlari bilan belgilanadi. Qayerdava -kvark (elektr zaryadi +2/3 , zaif zaryad +1/2 ), elektron bilan o'zaro ta'sir qilish (elektr zaryadi- 1, kuchsiz zaryad –1/2 ), hosil qiladi d -kvark (elektr zaryadi-1/3, zaif zaryad -1/2 ) va elektron neytrino (elektr zaryadi 0, kuchsiz zaryad+1/2 ). Ikki kvarkning rang zaryadlari (yoki oddiygina ranglari) bu jarayonda neytrinosiz yo'qoladi. Neytrinoning vazifasi kompensatsiyalanmagan zaif zaryadni olib tashlashdir. Shuning uchun transformatsiya tezligi zaif kuchlarning qanchalik zaifligiga bog'liq. Agar ular o'zidan zaifroq bo'lganida, yulduzlar umuman yonmaydilar. Agar ular kuchliroq bo'lganida, yulduzlar allaqachon yonib ketgan bo'lar edi.

Ammo neytrinolar haqida nima deyish mumkin? Bu zarralar boshqa moddalar bilan o'ta zaif ta'sirga ega bo'lganligi sababli ular o'zlari tug'ilgan yulduzlarni deyarli darhol tark etadilar. Barcha yulduzlar porlaydilar, neytrinolarni chiqaradilar va neytrinolar bizning tanamiz va butun Yer bo'ylab kechayu kunduz porlaydilar. Shunday qilib, ular, ehtimol, yangi o'zaro ta'sirga kirishguncha, Koinot bo'ylab kezib yurishadi.

 (Shuningdek qarang NEUTRINO ASTRONOMIYASI; YULDUZLAR). O'zaro ta'sir tashuvchilar. Masofadagi zarralar o'rtasida ta'sir qiluvchi kuchlar nima sababdan paydo bo'ladi? Zamonaviy fizika javob beradi: boshqa zarralar almashinuvi tufayli. Tasavvur qiling-a, ikkita konkida uchuvchi to'pni uloqtirmoqda. Qabul qilingan to'p bilan impulsni otish va qabul qilishda to'pga impuls berib, ikkalasi ham bir-biridan yo'nalish bo'yicha turtki oladilar. Bu itaruvchi kuchlarning paydo bo'lishini tushuntirishi mumkin. Ammo mikrodunyodagi hodisalarni ko'rib chiqadigan kvant mexanikasida hodisalarning g'ayrioddiy cho'zilishi va delokalizatsiyasiga ruxsat beriladi, bu esa imkonsiz bo'lib tuyuladi: konkida uchuvchilardan biri to'pni yo'nalishga tashlaydi.dan ikkinchisi, lekin shunga qaramay, bittasibalki bu to'pni ushlang. Tasavvur qilish qiyin emaski, agar bu mumkin bo'lsa (va elementar zarralar dunyosida ham mumkin), konkida uchuvchilar o'rtasida joziba paydo bo'ladi.

Yuqorida muhokama qilingan to'rtta "materiya zarralari" o'rtasida o'zaro ta'sir kuchlari paydo bo'ladigan zarralar o'lchovli zarralar deb ataladi. To'rtta o'zaro ta'sirning har biri - kuchli, elektromagnit, zaif va tortishish - o'ziga xos o'lchov zarralari to'plamiga ega. Kuchli o'zaro ta'sir tashuvchi zarralar glyuonlardir (ularning faqat sakkiztasi bor). Foton - tashuvchi elektromagnit o'zaro ta'sir(u bitta va biz fotonlarni yorug'lik sifatida qabul qilamiz). Zaif o'zaro ta'sirning zarralari - oraliq vektor bozonlari (1983 va 1984 yillarda kashf etilgan).

V + -, V - -bozonlar va neytralZ -bozon). Gravitatsion o'zaro ta'sirning zarracha tashuvchisi hali ham faraziy gravitondir (u bitta bo'lishi kerak). Bu barcha zarralar, cheksiz uzoq masofalarni bosib o'ta oladigan foton va gravitondan tashqari, faqat moddiy zarralar o'rtasidagi almashish jarayonida mavjud. Fotonlar Olamni yorug'lik bilan, gravitonlar esa tortishish to'lqinlari bilan to'ldiradi (hali aniq aniqlanmagan).

O'lchov zarralarini chiqarishga qodir zarracha tegishli kuch maydoni bilan o'ralgan deyiladi. Shunday qilib, fotonlarni chiqarishga qodir elektronlar elektr va bilan o'ralgan magnit maydonlar, shuningdek, zaif va tortishish maydonlari. Kvarklar ham bu maydonlarning barchasi bilan o'ralgan, balki kuchli o'zaro ta'sir maydoni bilan ham o'ralgan. Rang kuchlari sohasida rang zaryadiga ega bo'lgan zarralar rang kuchiga ta'sir qiladi. Xuddi shu narsa tabiatning boshqa kuchlariga ham tegishli. Demak, dunyo materiyadan (moddiy zarrachalar) va maydondan (o'lchov zarrachalaridan) iborat deb aytishimiz mumkin. Bu haqda quyida batafsilroq.

Antimodda. Har bir zarracha antipartikulga mos keladi, u bilan zarracha o'zaro yo'q bo'lib ketishi mumkin, ya'ni. "yo'q qilish", buning natijasida energiya chiqariladi. Biroq, "sof" energiya o'z-o'zidan mavjud emas; annigilyatsiya natijasida yangi zarralar (masalan, fotonlar) paydo bo'lib, bu energiyani olib ketadi.

Antipartikul ko'p hollarda mos keladigan zarrachaga nisbatan qarama-qarshi xususiyatlarga ega: agar zarracha kuchli, kuchsiz yoki elektromagnit maydonlar ta'sirida chapga harakat qilsa, uning antizarrasi o'ngga siljiydi. Muxtasar qilib aytganda, antizarra barcha zaryadlarning qarama-qarshi belgilariga ega ( ommaviy zaryad). Agar zarra, masalan, neytron kabi kompozit bo'lsa, uning antizarrasi qarama-qarshi zaryad belgilariga ega bo'lgan komponentlardan iborat. Shunday qilib, antielektronning elektr zaryadi +1, kuchsiz zaryadi +1/2 va pozitron deyiladi. Antineytron quyidagilardan iborat

va -elektr zaryadli antikvarklar –2/3 vad -elektr zaryadli +1/3 antikvarklar. Haqiqatan ham neytral zarralar o'zlarining antizarralaridir: fotonning antizarrasi fotondir.

Zamonaviy nazariy tushunchalarga ko'ra, tabiatda mavjud bo'lgan har bir zarraning o'ziga xos antizarrasi bo'lishi kerak. Va haqiqatan ham laboratoriyada ko'plab antizarralar, jumladan pozitronlar va antineytronlar olingan. Buning oqibatlari juda muhim va elementar zarralarning butun eksperimental fizikasining asosini tashkil etadi. Nisbiylik nazariyasiga ko'ra, massa va energiya ekvivalentdir va ma'lum sharoitlarda energiya massaga aylanishi mumkin. Zaryad saqlanganligi va vakuumning zaryadi (bo'sh bo'shliq) nolga teng bo'lganligi sababli, har qanday zarralar va antizarralar juftligi (nol aniq zaryadga ega) vakuumdan, sehrgarning shlyapasidan quyonlarga o'xshab chiqib ketishi mumkin, agar energiya ularni yaratish uchun etarli bo'lsa. massa.

Shunday qilib, bugungi kunda keng tarqalgan turdagi eksperimentlarda elektronlar pozitronlar bilan to'qnashishga majbur bo'lib, nol umumiy zaryadga ega bo'lgan energiya hosil qiladi, bu har qanday zarracha-antizarracha juftligi ko'rinishida amalga oshirilishi mumkin, agar ularning zarrachalarini yaratish uchun etarli bo'lsa. massa. Xuddi shunday, boshqa har qanday zarrachalar to'qnashuvi tajribasida energiya har qanday turdagi yangi zarralar shaklida ishlab chiqarilishi mumkin, chunki ular nol aniq zaryadga ega bo'lgan juftlarni hosil qiladi. Shunday qilib, zarracha tezlatgichlari nafaqat materiyaning tuzilishini o'rganadi, balki materiyaning yangi turlarini, jumladan, bizning koinotni yaratgan Katta portlash davridan beri mavjud bo'lmagan narsalarni ham yaratadi. (Shuningdek qarang ANTIMATTER; ASTRONOMIYADA KOSMOLOGIYA; zarracha tezlatgichi). Zarrachalarning avlodlari. Tezlashtiruvchi tajribalar shuni ko'rsatdiki, moddiy zarrachalarning to'rtlik (kvarteti) yuqori massa qiymatlarida kamida ikki marta takrorlanadi. Ikkinchi avlodda elektronning o'rnini muon egallaydi (massasi elektronning massasidan taxminan 200 baravar katta, ammo boshqa barcha zaryadlarning bir xil qiymatlari bilan), elektron neytrinoning o'rni. muon (elektron elektron neytrinoga hamroh bo'lgani kabi zaif o'zaro ta'sirlarda muonga hamroh bo'ladi), joylashtiringva -kvark egallaydiBilan-kvark ( Maftun bo'ldim ), a d- kvark - s-kvark ( g'alati ). Uchinchi avlodda kvartet tau lepton, tau neytrino,t-kvark va b-kvark. t - kvark 50 ga yaqin 0 eng yengilining massasiga tengd - kvark. Eksperimental ravishda yorug'lik neytrinolarining faqat uchta turi mavjudligi aniqlangan. Shunday qilib, zarralarning to'rtinchi avlodi yo umuman yo'q, yoki tegishli neytrinolar juda og'ir. Bu kosmologik ma'lumotlarga mos keladi, unga ko'ra yorug'lik neytrinolarining to'rttadan ortiq turi bo'lishi mumkin emas.

Yuqori energiyali zarralar bilan olib borilgan tajribalarda elektron, muon, tau-lepton va ularga mos keladigan neytrinolar alohida zarrachalar vazifasini bajaradi. Ular rangli zaryadga ega emaslar va faqat zaif va elektromagnit o'zaro ta'sirlarga kirishadilar. Ular birgalikda chaqiriladi

leptonlar .

2-jadval. ASOSIY ZARRALARNING AVLODLARI
Zarracha

Tinch massasi, MeV/ Bilan 2

Elektr zaryadi

rang zaryadi

Zaif zaryad
IKKINCHI AVLOD
Bilan-kvark

Qizil, yashil yoki ko'k
s-kvark
Muon neytrino
Muon
UCHINCHI AVLOD
t-kvark

Qizil, yashil yoki ko'k
b-kvark
Tau neytrino
Tau
Kvarklar esa rang kuchlari ta'sirida yuqori energiya fizikasidagi ko'pgina tajribalarda ustunlik qiladigan kuchli o'zaro ta'sir qiluvchi zarrachalarga birlashadi. Bunday zarralar deyiladihadronlar . Ular ikkita kichik sinfni o'z ichiga oladi:barionlar (masalan, proton va neytron), ular uchta kvarkdan tashkil topgan vamezonlar kvark va antikvarkdan iborat. 1947 yilda kosmik nurlarda pion (yoki pi-mezon) deb nomlangan birinchi mezon topildi va bir muncha vaqt bu zarralarning almashinuvi - asosiy sabab yadro kuchlari. 1964 yilda Brukxaven milliy laboratoriyasida (AQSh) topilgan omega-minus adronlar va j-psy zarrasi (J / y -mezon), 1974 yilda Brukxavenda va Stenford chiziqli tezlatgichlar markazida (shuningdek, AQShda) bir vaqtning o'zida kashf etilgan. Omega-minus zarrachaning mavjudligini M. Gell-Mann o'zining "" deb nomlangan asarida bashorat qilgan.SU 3 -nazariya ”(boshqa nomi“ sakkizta yo'l ”), unda birinchi marta kvarklarning mavjudligi haqida taxmin qilingan (va bu nom ularga berilgan). O'n yil o'tgach, zarrachaning kashfiyotiJ / y mavjudligini tasdiqladiBilan -kvark va nihoyat hammani kvark modeliga ham, elektromagnit va kuchsiz kuchlarni birlashtirgan nazariyaga ham ishontirdi (pastga qarang) . Ikkinchi va uchinchi avlod zarralari birinchisinikidan kam emas. To'g'ri, ular paydo bo'lgach, soniyaning milliondan yoki milliarddan bir qismida birinchi avlodning oddiy zarralariga aylanadi: elektron, elektron neytrino va shuningdek.va- va d -kvarklar. Nega tabiatda zarrachalarning bir necha avlodlari borligi haqidagi savol haligacha sirligicha qolmoqda.

Kvarklar va leptonlarning turli avlodlari haqida ko'pincha (bu, albatta, biroz eksantrik) zarrachalarning turli xil "lazzatlari" haqida gapiriladi. Ularni tushuntirish zarurati "lazzat" muammosi deb ataladi.

 BOZON VA FERMIONLAR, MAYDON VA MADDA Zarrachalar orasidagi asosiy farqlardan biri bozonlar va fermionlar o'rtasidagi farqdir. Barcha zarralar ushbu ikkita asosiy sinfga bo'lingan. Xuddi bozonlar bir-birining ustiga chiqishi yoki bir-birining ustiga chiqishi mumkin, lekin fermionlar kabi bo'lolmaydi. Superpozitsiya kvant mexanikasi tabiatni ajratadigan diskret energiya holatlarida sodir bo'ladi (yoki sodir bo'lmaydi). Bu holatlar, go'yo, zarrachalar joylashtirilishi mumkin bo'lgan alohida hujayralardir. Shunday qilib, bitta hujayraga siz xohlagancha bir xil bozonlarni qo'yishingiz mumkin, lekin faqat bitta fermion (Shuningdek qarang KVANT MEXANIKASI).

Misol tariqasida, atom yadrosi atrofida aylanadigan elektron uchun shunday hujayralarni yoki "holatlarni" ko'rib chiqing. Sayyoralardan farqli o'laroq quyosh sistemasi, qonunlarga muvofiq elektron kvant mexanikasi har qanday elliptik orbitada aylana olmaydi, u uchun faqat ruxsat etilgan "harakat holatlari" ning diskret to'plami mavjud. Elektrondan yadrogacha bo'lgan masofaga qarab guruhlangan bunday holatlar to'plami deyiladi

orbitallar . Birinchi orbitalda burchak momentlari har xil bo'lgan ikkita holat va shuning uchun ruxsat etilgan ikkita hujayra, yuqori orbitallarda esa sakkiz yoki undan ortiq hujayra mavjud.

Elektron fermion bo'lgani uchun har bir hujayrada faqat bitta elektron bo'lishi mumkin. Bundan juda muhim oqibatlar kelib chiqadi - butun kimyo, chunki moddalarning kimyoviy xossalari tegishli atomlar orasidagi o'zaro ta'sirlar bilan belgilanadi. Agar siz elementlarning davriy tizimidan bir atomdan ikkinchisiga o'tsangiz, yadrodagi protonlar sonini birlikka ko'paytirish tartibida (elektronlar soni ham shunga mos ravishda ortadi), u holda birinchi ikkita elektron birinchi orbitalni egallaydi. keyingi sakkizta ikkinchisida joylashgan bo'ladi va hokazo. Bu ketma-ket o'zgarish elektron tuzilma elementdan elementga atomlar va ulardagi qonuniyatlar kimyoviy xossalari

 (Shuningdek qarang Elementlarning davriy jadvali).

Agar elektronlar bozon bo'lsa, atomning barcha elektronlari minimal energiyaga mos keladigan bir xil orbitalni egallashi mumkin edi. Bunday holda, Olamdagi barcha moddalarning xususiyatlari butunlay boshqacha bo'lar edi va biz bilgan shaklda Olam imkonsiz bo'ladi.

Barcha leptonlar - elektron, muon, tau-lepton va ularga mos keladigan neytrinolar fermionlardir. Kvarklar haqida ham shunday deyish mumkin. Shunday qilib, koinotning asosiy to'ldiruvchisi bo'lgan "materiya" ni tashkil etuvchi barcha zarralar, shuningdek, ko'rinmas neytrinolar fermionlardir. Bu juda muhim: fermionlar birlasha olmaydi, shuning uchun ham xuddi shu narsa moddiy dunyodagi narsalarga tegishli.

Shu bilan birga, o'zaro ta'sir qiluvchi moddiy zarralar o'rtasida almashinadigan va kuchlar maydonini yaratadigan barcha "o'lchov zarralari" (

yuqoriga qarang ), bozonlardir, bu ham juda muhim. Shunday qilib, masalan, ko'plab fotonlar bir xil holatda bo'lishi mumkin, magnit atrofida magnit maydon yoki elektr zaryadi atrofida elektr maydoni hosil qiladi. Bu lazerga imkon beradi (Shuningdek qarang LAZER). Spin. Bozonlar va fermionlar o'rtasidagi farq elementar zarralarning yana bir xususiyati bilan bog'liq -orqaga . Qanchalik hayratlanarli tuyulmasin, lekin barcha asosiy zarralar o'z burchak momentiga ega yoki boshqacha qilib aytganda, o'z o'qi atrofida aylanadi. Burchak momenti - xarakterli aylanish harakati, shu qatorda; shu bilan birga umumiy impuls- progressiv. Har qanday o'zaro ta'sirda burchak momentum va impuls saqlanib qoladi.

Mikrokosmosda burchak momenti kvantlanadi, ya'ni. diskret qiymatlarni oladi. Tegishli birliklarda leptonlar va kvarklar spini 1/2 ga, kalibrli zarrachalar esa 1 spinga ega (hali tajribada kuzatilmagan, lekin nazariy jihatdan 2 spinga ega boʻlishi kerak boʻlgan gravitondan tashqari). Leptonlar va kvarklar fermionlar, kalibrli zarrachalar esa bozonlar bo'lganligi sababli, "fermionlik" spin 1/2 bilan, "bozonlik" esa 1 (yoki 2) spin bilan bog'liq deb taxmin qilish mumkin. Darhaqiqat, tajriba ham, nazariya ham agar zarracha yarim butun spinga ega bo'lsa, u fermion, agar u butun son bo'lsa, u bozon ekanligini tasdiqlaydi.

 O‘LCHISH NAZARIYASI VA GEOMETRIYA Barcha holatlarda kuchlar fermionlar orasidagi bozonlarning almashinuvi tufayli yuzaga keladi. Shunday qilib, ikkita kvark (kvarklar - fermionlar) o'rtasidagi o'zaro ta'sirning rang kuchi glyuonlarning almashinuvi tufayli yuzaga keladi. Shunga o'xshash almashinuv doimiy ravishda protonlarda, neytronlarda va atom yadrolari. Xuddi shu tarzda, elektronlar va kvarklar o'rtasida almashinadigan fotonlar atomda elektronlarni ushlab turuvchi elektr jozibador kuchlarni hosil qiladi va leptonlar va kvarklar o'rtasida almashinadigan oraliq vektor bozonlari yulduzlardagi termoyadroviy reaktsiyalarda protonlarning neytronlarga aylanishi uchun javobgar bo'lgan zaif o'zaro ta'sir kuchlarini yaratadi.

Bunday almashinuv nazariyasi oqlangan, sodda va, ehtimol, to'g'ri. U deyiladi

o'lchov nazariyasi . Ammo hozirgi vaqtda faqat kuchli, kuchsiz va elektromagnit o'zaro ta'sirlarning mustaqil o'lchov nazariyalari va ularga o'xshash tortishishning o'lchov nazariyasi mavjud, garchi u qaysidir ma'noda farq qiladi. Eng muhim jismoniy muammolardan biri bu alohida nazariyalarni yagona va ayni paytda oddiy nazariyaga qisqartirishdir, bunda ularning barchasi bitta haqiqatning turli tomonlariga aylanadi - kristallning qirralari kabi.

3-jadval. BA'ZI HADRONALAR

Kvark tarkibi *

dam olish massasi, MeV/ Bilan 2

Elektr zaryadi
BARYONS
Proton
Neytron
Omega minus
JPS

J/y
Upsilon

* Kvark tarkibi:u- yuqori; d- pastroq; s- g'alati; c- sehrlangan b- chiroyli. Maktub ustidagi chiziq antikvarklarni bildiradi.
O'lchov nazariyalarining eng oddiy va eng qadimgisi elektromagnit o'zaro ta'sirning o'lchov nazariyasidir. Unda elektronning zaryadi undan uzoqda joylashgan boshqa elektronning zaryadi bilan solishtiriladi (kalibrlanadi). To'lovlarni qanday taqqoslash mumkin? Siz, masalan, ikkinchi elektronni birinchisiga yaqinlashtirishingiz va ularning o'zaro ta'sir kuchlarini solishtirishingiz mumkin. Ammo elektron fazoning boshqa nuqtasiga o‘tganda uning zaryadi o‘zgarmaydimi? Tekshirishning yagona yo'li - yaqin elektrondan uzoqqa signal yuborish va u qanday reaksiyaga kirishishini ko'rish. Signal o'lchov zarrasi - fotondir. Uzoq zarrachalardagi zaryadni tekshirish uchun foton kerak.

Matematik jihatdan bu nazariya o'ta aniqlik va go'zallik bilan ajralib turadi. Kvant elektrodinamikasining barchasi yuqorida tavsiflangan "o'lchov printsipi" dan kelib chiqadi ( kvant nazariyasi elektromagnetizm), shuningdek nazariya elektromagnit maydon Maksvell eng buyuklaridan biridir ilmiy yutuqlar 19-asr

Nega bunday oddiy tamoyil shunchalik samarali? Ko'rinishidan, u koinotning turli qismlarining ma'lum bir korrelyatsiyasini ifodalaydi, bu koinotda o'lchovlarni amalga oshirishga imkon beradi. Matematik nuqtai nazardan, maydon geometrik jihatdan qandaydir tasavvur qilinadigan "ichki" makonning egri chizig'i sifatida talqin qilinadi. Zaryadni o'lchash zarracha atrofidagi umumiy "ichki egrilik" ni o'lchashdir. Kuchli va kuchsiz oʻzaro taʼsirlarning oʻlchov nazariyalari elektromagnit oʻlchov nazariyasidan faqat tegishli zaryadning ichki geometrik “tuzilmasi”da farqlanadi. Ushbu ichki makon aynan qayerda joylashganligi haqidagi savolga bu erda ko'rib chiqilmaydigan ko'p o'lchovli birlashtirilgan maydon nazariyalari javob beradi.

4-jadval. ASOSIY O'ARO ALOQALAR
O'zaro ta'sir

Masofadagi nisbiy intensivlik 10-13 sm

Harakat radiusi

O'zaro ta'sir tashuvchisi

Tashuvchining dam olish massasi, MeV/ Bilan 2

Tashuvchining aylanishi
Kuchli

< 10 –13 см

Elektro -
magnit
Zaif

< 10 –16 см

Gravitatsiya -
oqilona

graviton
Elementar zarrachalar fizikasi hali tugallanmagan. Mavjud ma'lumotlar zarralar va kuchlarning tabiatini, shuningdek, fazo va vaqtning haqiqiy tabiati va o'lchamlarini to'liq tushunish uchun etarlimi yoki yo'qmi, hali aniq emas. Bizga energiya bilan tajribalar kerakmi 10 15 GeV yoki fikrlash kuchi etarlimi? Hozircha javob yo'q. Lekin biz ishonch bilan aytishimiz mumkinki, yakuniy rasm oddiy, oqlangan va chiroyli bo'ladi. Ehtimol, juda ko'p fundamental g'oyalar bo'lmasligi mumkin: o'lchov printsipi, yuqori o'lchamdagi bo'shliqlar, qulash va kengayish, va birinchi navbatda, geometriya.ADABIYOT Nambu E. Kvarklar: zarrachalar fizikasining oldingi saflarida . M., 1984 yil
Moddaning asosiy tuzilishi . M., 1984 yil
Okun L.B. abg ... Z (zarralar fizikasiga elementar kirish ). M., 1985 yil