INSON ZARRALAR

Kirish

E. h. bu atamaning aniq ma'nosida birlamchi, ajralmaydigan zarralar bo'lib, ular taxmin bo'yicha barcha moddalardan iborat. "E. h" kontseptsiyasida. zamonaviyda Fizikada moddiy olamning barcha kuzatiladigan xususiyatlarini belgilovchi ibtidoiy mavjudotlar haqidagi g‘oya o‘z ifodasini topadi, bu g‘oya tabiatshunoslik shakllanishining dastlabki bosqichlarida vujudga kelgan va uning rivojlanishida doimo muhim rol o‘ynagan.

"E. h." tushunchasi. mikroskopik bo'yicha materiya tuzilishining diskret xarakterini o'rnatish bilan chambarchas bog'liq holda shakllangan. Daraja. 19-20-asrlar oxiridagi kashfiyot. materiya xossalarining eng kichik tashuvchilari - molekulalar va atomlar va molekulalar atomlardan tuzilganligining aniqlanishi birinchi marta barcha kuzatilgan moddalarni chekli, ko'p bo'lsa-da, strukturaviy elementlarning kombinatsiyasi sifatida tasvirlashga imkon berdi. komponentlar - atomlar. Kelajakda aniqlash tarkibiy qismlar atomlar - elektronlar va yadrolar, yadrolarning murakkab tabiatini o'rnatish, ular faqat ikkita zarrachadan (nuklonlardan): protonlar va neytronlardan iborat bo'lib, moddaning xususiyatlarini tashkil etuvchi diskret elementlarning sonini sezilarli darajada kamaytirdi va materiyaning tarkibiy qismlari zanjiri diskret strukturasiz shakllanishlar bilan tugaydi, deb taxmin qilishga asos berdi - E. h. 20-asr e-magnni talqin qilish imkoniyati. maxsus zarralar to'plami sifatida maydon - fotonlar - bu yondashuvning to'g'riligiga ishonchni qo'shimcha ravishda kuchaytirdi.

Biroq, aytilgan taxmin, umuman olganda, ekstrapolyatsiyadir ma'lum faktlar va hech qanday tarzda oqlab bo'lmaydi. Yuqoridagi ta'rif ma'nosida elementar bo'lgan zarrachalar mavjudligini aniq aytish mumkin emas. Shuningdek, materiyani o'rganishning qaysidir bosqichida "...dan iborat" degan gap mazmundan xoli bo'lishi ham mumkin. Bunday holda, yuqorida keltirilgan "elementar" ta'rifidan voz kechish kerak bo'ladi. E. h.ning mavjudligi oʻziga xos postulat boʻlib, uning haqiqiyligini tekshirish fizikaning eng muhim vazifalaridan biridir.

Qoida tariqasida, "E. h" atamasi. zamonaviyda qo'llaniladi fizika o'zining aniq ma'nosida emas, balki kamroq qat'iy ravishda - materiyaning eng kichik kuzatiladigan zarralarining katta guruhini nomlash, ular atomlar yoki atom yadrolari bo'lmasligi, ya'ni ataylab kompozitsion tabiatga ega bo'lgan ob'ektlar bo'lishi sharti bilan (istisno: proton - vodorod atomining yadrosi). Tadqiqotlar shuni ko'rsatdiki, bu zarralar guruhi g'ayrioddiy darajada kengdir. Dan tashqari proton(R), neytron(n), elektron(e) va foton(g) u quyidagilarni o'z ichiga oladi: pi mezonlari(p), muonlar(m), tau leptonlar(t), neytrino uch xil ( v e, v m, v t), deb ataladi. g'alati zarralar ( K-mezonlar va giperonlar), maftunkor zarralar va yoqimli (chiroyli) zarralar (D- va B-mezonlar va mos keladigan barionlar), har xil rezonanslar, shu jumladan mezonlar yashirin jozibasi va jozibasi bilan ( ncu zarralari, upsilon zarralari) va nihoyat, boshida oching. 80-yillar oraliq vektor bozonlari (W, Z)- jami 350 dan ortiq zarrachalar, asosan beqaror. Ushbu guruhga kiritilgan zarrachalar soni ular kashf etilganda doimiy ravishda o'sib bormoqda va ular o'sishda davom etishini ishonch bilan aytish mumkin. Shubhasiz, bunday ko'p sonli zarralar materiyaning elementar tarkibiy qismlari sifatida harakat qila olmaydi va haqiqatan ham 70-yillarda. sanab o'tilgan zarralarning aksariyati (barcha mezon va barionlar) kompozit tizimlar ekanligi ko'rsatildi. Ushbu oxirgi guruhga kiritilgan zarralarni aniqroq "subyadroviy" zarralar deb atash kerak, chunki ular yadrolarga birlashtirilmagan materiya mavjudligining o'ziga xos shakllarini ifodalaydi. "E. h" nomidan foydalanish. barcha qayd etilgan zarrachalarga nisbatan asosiy. tarixi, sabablari va tadqiqot davri bilan bog'liq (30-yillarning boshlari), qachon birlik. Bu guruhning taniqli vakillari proton, neytron, elektron va el-magn zarralari edi. maydonlar - foton. Keyin, ma'lum bir huquq bilan, bu zarralar E. h roliga da'vo qilishi mumkin edi.

Yangi mikroskopik kashfiyotlar zarralar materiya tuzilishining bu oddiy rasmini asta-sekin yo'q qildi. Biroq, yangi kashf etilgan zarralar o'zlarining xossalari bo'yicha ma'lum bo'lgan dastlabki to'rtta zarrachaga bir qator jihatdan yaqin edi: yoki proton va neytronga, yoki elektronga yoki fotonga. Bunday zarralar soni unchalik ko'p bo'lmagani uchun, ularning barchasi fonda o'ynaydi, degan ishonch saqlanib qolgan. materiyaning tuzilishidagi roli va ular E. h toifasiga kiritilgan. Zarrachalar sonining ko'payishi bilan bu e'tiqoddan voz kechish kerak edi, lekin an'anaviy ravishda. nomi — E. h. ularning orqasida qoldi.

Belgilangan amaliyotga muvofiq, "E. h" atamasi. quyida moddaning barcha eng kichik zarralari uchun umumiy nom sifatida ishlatiladi. Biz da'vo qiladigan zarralar haqida gapiradigan hollarda asosiy elementlar masala, atamasi "to'g'ri elementar zarralar".

Qisqacha tarixiy ma'lumotlar

E. h.ning kashfiyoti fizika tomonidan materiya tuzilishini oʻrganishdagi umumiy muvaffaqiyatning tabiiy natijasi boʻldi. 19-asr U atomlarning spektrlarini batafsil o'rganish, elektrni o'rganish orqali tayyorlangan. suyuqlik va gazlardagi hodisalar, fotoelektrning kashf etilishi, rentgen. nurlar, tabiiy materiyaning murakkab tuzilishi mavjudligini ko'rsatadigan radioaktivlik.

Tarixiy jihatdan birinchi ochiq E. h. elektron - manfiy elementar elektr tashuvchisi boʻlgan. atomlardagi zaryad. 1897 yilda J. J. Tomson (J. J. Tomson) ishonchli tarzda ko'rsatdi. katod nurlari zaryad oqimidir. zarralar, to-rye keyinchalik elektronlar deb ataldi. 1911 yilda E. Ruterford, o'tkazib yubordi alfa zarralari tabiatdan. radioaktiv yupqa folga orqali manba dek. moddalar, qo'yadi degan xulosaga keldi. atomlardagi zaryad ixcham shakllanishlarda - yadrolarda to'plangan va 1919 yilda u zarrachalar orasidan topilgan. atom yadrolari, protonlar - birlik qo'yilgan zarralar. zaryad va massa, elektronning massasi 1840 marta. Yadro tarkibiga kiruvchi yana bir zarracha neytronni 1932 yilda J.Chedvik a-zarrachalarning berilliy bilan oʻzaro taʼsirini oʻrganayotganda kashf etgan. Neytronning massasi protonnikiga yaqin, lekin elektr zaryadiga ega emas. zaryad. Neytronning kashf etilishi atomlar va ularning yadrolarining strukturaviy elementlari bo'lgan zarrachalarni aniqlashni yakunladi.

E-magn zarrachalarining mavjudligi haqidagi xulosa. maydon - foton - M. Plank (M. Plank, 1900) ishidan kelib chiqadi. Mutlaq qora jismning radiatsiya spektrining to'g'ri tavsifini olish uchun Plank radiatsiya energiyasi alohida qismlarga bo'linganligini tan olishga majbur bo'ldi. qismlar (kvanta). Plank g'oyasini rivojlantirar ekan, A. Eynshteyn 1905 yilda el-magnni taklif qildi. nurlanish kvantlar (fotonlar) oqimidir va shu asosda fotoeffekt qonunlarini tushuntirib berdi. To'g'ridan-to'g'ri tajribalar. foton mavjudligining dalillarini R. Millikan 1912—15 yillarda fotoeffektni oʻrganishda va A. Kompton 1922 yilda g-kvantalarning elektronlar tomonidan tarqalishini oʻrganishda keltirgan (qarang. Kompton effekti).

Neytrino, ya'ni materiya bilan kuchsiz o'zaro ta'sir qiluvchi zarrachaning mavjudligi haqidagi g'oya V. Pauliga (1930) tegishli bo'lib, u bunday gipoteza energiyaning saqlanish qonuni bilan bog'liq qiyinchiliklarni bartaraf etishga imkon berishini ta'kidlagan. radio aktining beta-parchalanish jarayonlari. yadrolari. Neytrinolarning mavjudligi teskari jarayonni o'rganishda eksperimental ravishda tasdiqlandi beta parchalanishi faqat 1956 yilda [F. Reines (F. Reines) va K. Cowan (S. Cowan)].

30-yillardan ertagacha 50s E. h.ni oʻrganish tadqiqot bilan chambarchas bogʻliq edi kosmik nurlar. 1932 yilda koinotning bir qismi sifatida. nurlari K. Anderson (S. Anderson) tomonidan kashf etilgan pozitron(e +) - elektron massasi bo'lgan zarracha, lekin musbat, elektr. zaryad. Pozitron birinchi bo'lib kashf etilgan antizarracha. Pozitronning mavjudligi toʻgʻridan-toʻgʻri pozitron kashf etilishidan sal avval 1928-31 yillarda P. Dirak tomonidan ishlab chiqilgan elektronning relativistik nazariyasidan kelib chiqadi. 1936 yilda Anderson va S. Neddermeyer (S. Neddermeyer) fazoni o'rganishda topdilar. nurlar muonlari (elektr zaryadining ikkala belgisi) - massasi 200 ga yaqin elektron massasi bo'lgan zarralar, ammo aks holda xossalari bo'yicha unga juda yaqin.

1947 yilda ham kosmosda. S. Pauell (S. Pauell) guruhi tomonidan nurlar topildi p + - va p - protonlarning yadrolardagi neytronlar bilan o'zaro ta'sirida muhim rol o'ynaydigan 274 elektron massali mezonlar. Bunday zarrachalarning mavjudligini 1935 yilda X. Yukava taklif qilgan.

Con. 40-yillarning boshi 50s nomli g'ayrioddiy xususiyatlarga ega bo'lgan katta zarralar guruhining kashf etilishi bilan belgilandi. "g'alati". Bu guruhning birinchi zarralari - K + - va K - mezonlar, L-giperonlar kosmosda kashf etilgan. nurlar, g'alati zarrachalarning keyingi kashfiyoti amalga oshirildi zarracha tezlatgichlari- yuqori energiyali protonlar va elektronlarning intensiv oqimlarini yaratadigan qurilmalar. Moddalar bilan toʻqnashganda tezlashtirilgan proton va elektronlar yangi E. ni keltirib chiqaradi, keyin to-rye murakkab detektorlar yordamida roʻyxatga olinadi.

Boshidan 50s tezlatgichlar asosiyga aylandi. 90-yillarda E. h.ni o'rganish uchun vosita. Maks. tezlatgichlarda tezlashtirilgan zarrachalarning energiyalari yuzlab milliard elektron voltni (GeV) tashkil etdi va energiyani oshirish jarayoni davom etmoqda. Tezlashtirilgan zarrachalarning energiyalarini oshirish istagi shundan iboratki, bu yo'l materiya tuzilishini qisqaroq masofalarda o'rganish imkoniyatini ochadi, to'qnashuvchi zarrachalarning energiyasi qanchalik yuqori bo'lsa, shuningdek, ko'proq va ko'proq hosil qilish imkoniyatini ochadi. ko'proq og'ir zarralar. Tezlatgichlar yangi ma'lumotlarni olish tezligini sezilarli darajada oshirdi va qisqa vaqt ichida mikrodunyoning xususiyatlari haqidagi bilimlarimizni kengaytirdi va boyitdi.

Energiyalari milliardlab eV bo'lgan proton tezlatgichlarining ishga tushirilishi og'ir antizarralarni aniqlash imkonini berdi: antiproton (1955), antineytron(1956), antisigmagi-peron (I960). 1964 yilda giperonlar guruhidan eng og'ir zarracha W kashf qilindi (massasi taxminan ikki proton massasiga ega).

60-yillardan beri. tezlatgichlar yordamida aniqlangan katta raqam nomini olgan nihoyatda beqaror (boshqa beqaror E. h. bilan solishtirganda) zarralar. rezonanslar. Ko'pchilikning massasi protonning massasidan oshadi. [Ulardan birinchisi, p-mezon va nuklonga parchalanadigan D (1232) 1953 yildan beri ma'lum.] Rezonanslar asosiy ekanligi ma'lum bo'ldi. qismi E. h.

1974 yilda massiv (3-4 proton massasi) va bir vaqtning o'zida nisbatan barqaror psi-zarralar kashf qilindi, ularning umri rezonanslarga xos bo'lgan umrdan taxminan 10 3 baravar ko'p. Ular birinchi vakillari (D mesons, L) bo'lgan maftunkor E. h.ning yangi oilasi bilan chambarchas bog'liq bo'lib chiqdi. Bilan-barionlar) 1976 yilda kashf etilgan.

1977 yilda undan ham og'irroq (taxminan 10 proton massasi) upsilon zarralari, shuningdek, bunday katta massali zarralar uchun anomal ravishda barqaror bo'lgan psi zarralari topildi. Ular yoqimli yoki chiroyli zarralarning yana bir g'ayrioddiy oilasi mavjudligini e'lon qilishdi. Uning vakillari - B-mezonlari - 1981-83 yillarda, L b-baryonlar - 1992 yil.

1962 yilda tabiatda neytrinoning bir turi emas, balki kamida ikkitasi borligi aniqlandi: elektron. v e va muonik v m . 1975 yilda protondan deyarli 2 baravar og'irroq zarracha t-lepton kashf qilindi, lekin aks holda elektron va muonning xususiyatlarini takrorlaydi. Tez orada neytrinoning yana bir turi u bilan bog'liqligi ma'lum bo'ldi. v t.

Nihoyat, 1983 yilda proton-antiproton kollayderida (tezlashtirilgan zarrachalarning to'qnashuv nurlarini o'tkazish uchun qurilma) tajribalar jarayonida ma'lum bo'lgan eng og'ir elektron zarralar topildi: zaryadlangan oraliq bozonlar. W b (m Vt 80 GeV) va neytral oraliq bozon Z 0 (m Z = 91 GeV).

Shunday qilib, elektron kashf etilganidan keyin deyarli 100 yil ichida juda ko'p miqdordagi turli xil materiya mikrozarralari topildi. E. h.ning dunyosi ancha murakkab bo'lib chiqdi. Ko'pchilikda kutilmagan munosabatlar kashf etilgan E. h.ning xususiyatlari bo'lib chiqdi. Ularni tavsiflash uchun klassikadan olingan xususiyatlardan tashqari. fizika, masalan, elektr zaryad, massa, burchak momentum, joriy etish uchun juda ko'p yangi maxsus xususiyatlar kerak edi. xususiyatlar, xususan, g'alati, sehrlangan va yoqimli (chiroyli) E. h.ni tasvirlash uchun. g'alatilik[TO. Nishijima (K. Nishijima), M. Gell-Mann (M. Gell-Mann), 1953], jozibasi[J. Byorken (J. Byorken), Sh. Glasho (Sh. Glashov), 1964], go'zallik. Yuqoridagi xususiyatlarning nomlari allaqachon tasvirlangan xususiyatlarning g'ayrioddiy tabiatini aks ettiradi.

Ichki o'rganish Materiya va xossalarning evolyutsiyasi oʻzining dastlabki qadamlaridanoq koʻplab oʻrnatilgan tushuncha va gʻoyalarni tubdan qayta koʻrib chiqish bilan birga boʻldi. Kichkina materiyaning xatti-harakatlarini boshqaradigan qonunlar klassik qonunlardan juda farq qiladi. mexanika va ularning tavsifi uchun mutlaqo yangi nazariya zarur. konstruksiyalar. Bunday yangi nazariyalar, birinchi navbatda, xususiy (spec.) nisbiylik nazariyasi(Eynshteyn, 1905) va kvant mexanikasi(H. Bor, L. de Broyl, V. Geyzenberg, E. Shredinger, M. Tug'ilgan; 1924-27). Nisbiylik nazariyasi va kvant mexanikasi tabiat fanida haqiqiy inqilobni amalga oshirdi va mikrodunyo hodisalarini tavsiflash uchun asos yaratdi. Biroq, E. h bilan sodir bo'lgan jarayonlarni tasvirlash etarli emas edi. Bu keyingi qadamni oldi - klassikani kvantlash. maydonlar (deb atalmish. ikkinchi kvantlash) va rivojlanish kvant maydon nazariyasi. Uning rivojlanish yo'lidagi eng muhim bosqichlar: shakllantirish kvant elektrodinamiği(Dirak, 1929), kvant nazariyasi beta parchalanishi [E. Fermi (E. Fermi), 1934] - zamonaviylikning peshqadamlari. zaif o'zaro ta'sirlarning fenomenologik nazariyasi, kvant mezodinamiyasi (X. Yukava, 1935). Bu davr vorislikning vujudga kelishi bilan yakunlandi. hisoblash. kvant elektrodinamika apparati [S. Tomona-ga (S. Tomonaga), P. Feynman (R. Feynman), J. Shvinger (J. Shvinger); 1944-49], texnologiyadan foydalanishga asoslangan Keyinchalik bu usul kvant maydon nazariyasining boshqa variantlari uchun umumlashtirildi.

Kvant maydon nazariyasining keyingi rivojlanishining muhim bosqichi deb atalmish g'oyalarning rivojlanishi bilan bog'liq edi. kalibrlash maydonlari yoki Yanga - Mills dalalari(Ch. Young, P. Mills, 1954), bu xususiyatlar munosabatlarini o'rnatishga imkon berdi simmetriya maydonlar bilan o'zaro aloqalar. O'lchov maydonlarining kvant nazariyasi hozirgi vaqtda elektromagnitlarning o'zaro ta'sirini tavsiflash uchun asos bo'lib xizmat qiladi.Bu nazariya bir qator jiddiy muvaffaqiyatlarga ega, ammo u hali to'liqlikdan juda yiroq va elektromagnetizmning keng qamrovli nazariyasi rolini hali ham da'vo qila olmaydi. barcha g'oyalarni qayta qurish va bunday nazariyani qurishdan oldin mikrozarralar xususiyatlari va fazo-vaqt xususiyatlari o'rtasidagi munosabatlarni ancha chuqurroq tushunish.

Elementar zarrachalarning asosiy xossalari. O'zaro ta'sir sinflari

Barcha elektronlar juda kichik massa va o'lchamdagi ob'ektlardir. Ularning ko'pchiligi uchun m massalari proton massasining kattaligi tartibida bo'lib, 1,6·10 -24 g ga teng (faqat elektron massasi sezilarli darajada kichik: 9·10 -28 g). Tajriba asosida aniqlangan proton, neytron, p- va K-mezonlarning o'lchamlari 10-13 sm gacha bo'lgan kattaliklarga tengdir (2-rasmga qarang). Elementar zarrachaning "o'lchami"). Elektron va muonning o'lchamlarini aniqlashning iloji bo'lmadi, faqat ular 10 -16 sm dan kichik ekanligi ma'lum.Mikroskopik. E.ning massalari va oʻlchamlari ularning xatti-harakatlarining kvant oʻziga xosligi asosida yotadi. xarakterli to'lqin uzunliklari, bu kvant nazariyasida E. h.ga tegishli bo'lishi kerak (= /ts-Kompton to'lqin uzunligi), ular kattaligi bo'yicha ularning o'zaro ta'siri sodir bo'ladigan odatiy o'lchamlarga yaqin (masalan, p-mezon uchun) /ts 1,4 10 -13 sm). Bu esa E. h xatti-harakatida kvant qonuniyatlari hal qiluvchi ahamiyatga ega ekanligiga olib keladi.

Naib. Barcha elektronlarning muhim kvant xususiyati ularning boshqa zarralar bilan o'zaro ta'sirlashganda tug'ilish va yo'q bo'lish (chiqishi va so'rilishi) qobiliyatidir. Bu jihatdan ular fotonlarga butunlay o'xshashdir. E. h. o'ziga xosdir. materiya kvantlari, aniqrog'i - mos keladigan kvantlar jismoniy sohalar. E. h. bilan barcha jarayonlar ularning so'rilishi va emissiyasi ketma-ketligi bilan boradi. Faqat shu asosda, masalan, ikkita proton (p + pp + n + p +) to'qnashuvida p + -mezon hosil bo'lish jarayoni yoki elektron va pozitron jarayoni, masalan, yo'qolgan zarrachalar o'rniga ikkita g-kvant paydo bo'ladi (e + +e - g + g). Ammo, masalan, zarrachalarning elastik sochilishi jarayonlari. e - + p- > e - + p, boshlang'ichning so'rilishi bilan ham bog'liq. zarralar va chekli zarralarning tug'ilishi. Stabil bo'lmagan elektron zarrachalarning engilroq zarrachalarga parchalanishi, energiya chiqishi bilan birga, xuddi shunday qonuniyatga to'g'ri keladi va parchalanish mahsulotlari parchalanishning o'zida tug'iladigan va shu paytgacha mavjud bo'lmagan jarayondir. Shu jihatdan E. h.ning yemirilishi qoʻzgʻalgan atomning asosiyga parchalanishiga oʻxshaydi. holat va foton. Elektron zarrachalarning parchalanishiga misollar keltirish mumkin (bu erda zarracha belgisi ustidagi "tilda" belgisi va keyingisi antizarrachaga mos keladi).

Farq. Nisbatan past energiyadagi elektromagnit jarayonlar [massalar markazida (s.m.) 10 GeV gacha] sodir boʻlish intensivligida sezilarli darajada farqlanadi. Shunga koʻra, ularni hosil qiluvchi oʻzaro taʼsirlar E. h.ni fenomenologik jihatdan bir nechalarga boʻlish mumkin. sinflar: kuchli o'zaro ta'sir, elektromagnit shovqin va zaif o'zaro ta'sir.Barcha E. h. egalik qiladi, bundan tashqari, gravitatsion o'zaro ta'sir.

Kuchli oʻzaro taʼsir oʻzaro taʼsir sifatida ajralib turadi, kesim boshqa jarayonlarga nisbatan E. h. bilan boʻlgan jarayonlar uchun masʼul boʻlib, eng katta intensivlik bilan davom etadi. Bu eng kuchli bog'lanishga olib keladi E. h. Bu kuchli o'zaro ta'sir atomlar yadrolaridagi proton va neytronlarning ulanishini aniqlaydi va istisno qiladi. yer sharoitida materiyaning barqarorligi asosidagi bu shakllanishlarning kuchi.

El-magn. o'zaro ta'sir o'zaro ta'sir sifatida tavsiflanadi, uning asosi e-magn bilan bog'liqdir. maydon. Undan kelib chiqadigan jarayonlar kuchli oʻzaro taʼsir jarayonlariga qaraganda kamroq intensiv boʻlib, u orqali hosil boʻlgan E. aloqasi sezilarli darajada zaifdir. El-magn. o'zaro ta'sir, xususan, foton emissiya jarayonlari, atom elektronlarining yadrolar bilan bog'lanishi va molekulalardagi atomlarning bog'lanishi uchun javobgardir.

Muayyan turdagi oʻzaro taʼsirlarda ishtirok etishiga qarab, barcha oʻrganilgan E. zarralari, fotondan tashqari, V- va Z-bozonlar ikkita asosiyga bo'linadi. guruhlar: hadronlar va leptonlar. Adronlar, birinchi navbatda, kuchli o'zaro ta'sirda el-magnit va kuchsiz o'zaro ta'sirlar bilan bir qatorda, leptonlar esa faqat el-magnit va kuchsiz o'zaro ta'sirlarda ishtirok etishi bilan tavsiflanadi. (Ikkala guruh uchun umumiy gravitatsiyaviy oʻzaro taʼsir mavjudligi nazarda tutiladi.) Adron massalari kattaligi boʻyicha proton massasiga yaqin ( t R ) , ba'zan bir necha marta oshib ketadi. bir marta; min. p-mezon hadronlar orasidagi massaga ega: t p1 / 7 m p , . 1975-76 yillargacha ma'lum bo'lgan leptonlarning massasi kichik edi (0,1 m p) - shuning uchun ularning nomi. Biroq, so'nggi ma'lumotlar massasi taxminan bo'lgan og'ir m-leptonlar mavjudligini ko'rsatadi. ikkita proton massasi.

Adronlar maʼlum E.ning eng keng guruhi boʻlib, u barcha barionlar va mezonlarni, shuningdek, deb ataladiganlarni oʻz ichiga oladi. rezonanslar (ya'ni, qayd etilgan 350 e. h.ning ko'pchiligi). Yuqorida aytib o'tilganidek, bu zarralar murakkab tuzilishga ega va aslida elementar deb hisoblanmaydi. Leptonlar uchta zaryadlangan (e, m, m) va uchta neytral zarracha ( v e, v m, v t). foton, V + va Z 0 -bozonlar birgalikda el-zaif o'zaro ta'sirni o'tkazishni amalga oshiradigan o'lchovli bozonlarning muhim guruhini tashkil qiladi. Ushbu oxirgi ikki guruh zarralarining elementarligi hali jiddiy so'roq qilinmagan.

Elementar zarrachalarning xarakteristikalari

Har bir E. h., o'ziga xos o'zaro ta'sirlarning o'ziga xos xususiyatlari bilan bir qatorda, aniqlangan diskret qiymatlar to'plami bilan tavsiflanadi. jismoniy miqdorlar yoki xususiyatlar. Bir qator hollarda bu diskret qiymatlar butun yoki kasr sonlar va ma'lum bir umumiy ko'paytiruvchi, o'lchov birligi bilan ifodalanadi; bu raqamlar deb ataladi kvant raqamlari E. h. va o'lchov birliklarini qoldirib, faqat ularni o'rnating.

Barcha E. h - massasining umumiy xususiyatlari ( t), umr (t), aylanish ( J) va elektr. zaryadlash ( Q).

Yashash muddatiga qarab t, E. h. barqaror, kvazbarqaror va beqaror (rezonanslar) ga boʻlinadi. Barqaror, zamonaviy aniqlik doirasida. o'lchovlar elektron (m > 2 · 10 22 yil), proton (m > 5 · 10 32 yil), foton va barcha turdagi neytrinolardir. Kvazibarqaror zarralarga elektron magnit tufayli parchalanadigan zarralar kiradi. va zaif o'zaro ta'sirlar. Ularning yashash muddati erkin neytron uchun 900 s dan S 0 -giperon uchun 10 -20 s gacha. Rezonans chaqirildi. E. h., kuchli o'zaro ta'sir tufayli parchalanadi. Ularning xarakterli yashash muddati 10 -22 -10 -24 s. Jadvalda. 1 ular * bilan belgilanadi va m o'rniga qulayroq qiymat beriladi: rezonansning kengligi G=/t.

Spin E. h. J qiymatning butun yoki yarim butun son karrali. Bu birliklarda p- va K-mezonlarning spini proton, neytron va barcha leptonlar uchun 0 ga teng. J= 1/2, foton uchun, Wb-va Z-bozonlar J= 1. Katta spinli zarralar ham bor. E. h. spinining qiymati bir xil (bir xil) zarralar ansamblining harakatini yoki ularning statistikasini belgilaydi (Pauli, 1940). Yarim butun spinning zarralari bo'ysunadi Fermi - Dirac statistikasi(shuning uchun fermionlar nomi), bu tizimning to'lqin funktsiyasining bir juft zarrachalar (yoki bunday almashtirishlarning toq soni) almashinishiga nisbatan antisimmetriyasini talab qiladi va shuning uchun yarim butun sonli ikkita zarrani "taqiqlaydi". bir xil holatda bo'lish uchun aylanish ( Pauli printsipi).Bir butun spinning zarralari bo'ysunadi Baza - Eynshteyn statistikasi(shuning uchun bozonlar nomi), bu zarrachalarning almashinishiga nisbatan to'lqin funksiyasini talab qiladi va butun spinli zarrachalarning istalgan soni bir xil holatda bo'lishiga imkon beradi. Statistik E. h.ning xususiyatlari. bir xil zarralar.

N o t e. Zarrachalar chap tomonda * bilan belgilangan. (qoida tariqasida, rezonanslar), buning uchun vaqt o'rniga hayot t - kengligi G=/t. Haqiqiy neytralnye zarrachalar zarrachalar orasidagi o'rtaga joylashtiriladi va antizarralar. Bir izotopik ko'p a'zolarkirpiklar bir chiziqda joylashgan (bunday hollarda, ko'p har bir a'zosining xususiyatlari qachonqamchi, - engil vertikal ofset bilan). xiyonatparitet belgisi P antibarionlar uchun ko'rsatilmagan, tenglekin belgilarni o'zgartirish kabi S, C, b barcha antizarralarning y. Leptonlar va oraliq bozonlar uchun ichki paritet aniq (saqlangan) kvant emasraqam va shuning uchun belgilanmagan. Qavs ichidagi raqamlar oxirida jismoniy miqdorlar tayinlash berilgan raqamlarning oxirgisi bilan bog'liq bo'lgan ushbu miqdorlarning ma'nosidagi mavjud xato.

Elektr oʻrganilayotgan E. h.ning zaryadlari (tashqari) ning butun koʻpaytmalari e= 1,6 10 -19 S (4,8 10 -10 CGS), nas. elementar elektr zaryadi. Mashhur E. h.da. Q= 0, + 1, b2.

Bu miqdorlarga qoʻshimcha ravishda E. h. qoʻshimcha ravishda bir qancha kvant sonlari bilan xarakterlanadi, deb ataladi. "ichki". Leptonlar o'ziga xosdir. lepton soni (L) uch xil: elektron Le, uchun +1 ga teng e - va v e, muonik L m , m uchun +1 ga teng - va v m , va L t t uchun +1 ga teng - va v t .

Adronlar uchun L= 0 va bu ularning leptonlardan farqining yana bir ko'rinishi. O'z navbatida, bu degani adronlarning bir qismi deb ataladigan narsaga tegishli bo'lishi kerak. barion soni B (|B| = I ) . Adronlar bilan B=+ 1 barionlarning kichik guruhini tashkil qiladi (bularga proton, neytron, giperonlar; maftunkor va yoqimli barionlar; barion rezonanslari) va adronlar kiradi. B= 0 - mezonlarning kichik guruhi (p-mezonlar, K-mezonlar, maftunkor va yoqimli mezonlar, bozonik rezonanslar). Ism adronlarning kichik guruhlari yunon tilidan keladi. so'zlar baruV - og'ir va mEsoV - boshida bo'lgan o'rta. tadqiqot bosqichi E. h. aks ettirilgan taqqoslash. o'sha paytda ma'lum bo'lgan barionlar va mezonlarning massalari. So'nggi ma'lumotlar barionlar va mezonlarning massalari bir-biriga o'xshashligini ko'rsatdi. Leptonlar uchun B=0. Foton uchun Wb- va Z-bozonlar B= 0 va L= 0.

O'rganilgan barionlar va mezonlar yuqorida aytib o'tilgan to'plamlarga bo'linadi: oddiy (g'alati bo'lmagan) zarralar (proton, neytron, p-mezonlar), g'alati zarralar (giperonlar, K-mezonlar), maftunkor va yoqimli zarralar. Bu bo'linish hadronlarda maxsus kvant sonlarining mavjudligiga mos keladi: g'alatiliklar S, jozibalar C va jozibalar (go'zallik) b haqiqiy qiymatlar bilan (modul) 0, 1, 2, 3. Oddiy zarralar uchun S=C= b=0, g'alati zarralar uchun S 0, C= b= 0, maftunkor zarralar uchun S0, b= 0 va yoqimli uchun b O. Bu kvant sonlari bilan bir qatorda kvant soni ham koʻp qoʻllaniladi giperzaryad Y=B+S+C + b ega, aftidan, fundam ko'proq. ma'nosi.

Oddiy adronlarning birinchi tadqiqotlari allaqachon ular orasida massasi yaqin va kuchli o'zaro ta'sirga nisbatan juda o'xshash xususiyatlarga ega, ammo parchalanadigan zarralar oilalari mavjudligini aniqladi. elektr qiymatlari. zaryad. Proton va neytron (nuklonlar) bunday oilaning birinchi namunasi edi. Bunday oilalar keyinchalik g'alati, sehrlangan va yoqimli hadronlar orasidan topilgan. Bunday oilalarga kiruvchi zarrachalar xossalarining umumiyligi ular uchun kvant sonining bir xil qiymatining mavjudligini aks ettiradi - izotopik spin I, bu odatdagi spin kabi butun va yarim butun qiymatlarni oladi. Odatda oilalarning o'zlari chaqiriladi. izotopik multiplitlar. Multipletdagi zarrachalar soni n bilan bog'liq I nisbat n = 2I+1. Bir izotopning zarralari. multiplet bir-biridan "proyeksiya" izotopik qiymati bilan farq qiladi. orqaga I 3 va tegishli qiymatlar Q tomonidan beriladi

Hadronlarning muhim xususiyati shundaki ichki paritet P bo'shliqlarning ishlashi bilan bog'liq. inversiyalar: P qadriyatlarni oladi + 1.

Kvant sonlaridan kamida bittasining nolga teng bo'lmagan qiymatlari bo'lgan barcha elektron raqamlar uchun Q, L, B, S, C, b bir xil massa qiymatlariga ega bo'lgan antizarralar mavjud t, umr bo'yi t, spin J va adronlar uchun izotopik. orqaga I, lekin ko'rsatilgan kvant sonlarining qarama-qarshi belgilari bilan va qarama-qarshi belgisi bo'lgan barionlar uchun ext. paritet R. Antipartikullarga ega bo'lmagan zarralar deyiladi. haqiqiy neytral zarralar. Haqiqatan ham neytral adronlar o'ziga xos xususiyatlarga ega - zaryad pariteti(ya'ni, zaryad konjugatsiya operatsiyasiga nisbatan paritet) C qiymatlari bilan + bitta; bunday zarrachalarga p 0 - va h-mezonlar (C=+1), r 0 - va f-mezonlar (C=-1) va boshqalar misol boʻla oladi.

E. h.ning kvant sonlari aniq (yaʼni barcha jarayonlarda saqlanuvchi fizik miqdorlar bilan bogʻliq boʻlganlar) va noaniq (bir qator jarayonlarda tegishli fizik miqdorlar saqlanmagan)ga boʻlinadi. Spin J qat'iy saqlanish qonuni bilan bog'liq va shuning uchun aniq kvant sondir. Yana bir aniq kvant soni elektrdir. zaryad Q. Qabul qilingan o'lchovlarning aniqligi doirasida, the kvant raqamlari B va L, jiddiy nazariy mavjud bo'lmasa-da old shartlar. Bundan tashqari, kuzatilgan koinotning barion assimetriyasi maks. tabiiy ravishda barion sonining saqlanishining buzilishi deb talqin qilinishi mumkin DA(A.D. Saxarov, 1967). Shunga qaramay, protonning kuzatilgan barqarorligi yuqori darajadagi saqlash aniqligining aksidir. B va L(masalan, pe + p 0 yemirilishi yo'q). m - e - + g, m - m - + g va hokazo yemirilishlar ham kuzatilmaydi.Ammo adronlarning kvant sonlarining aksariyati noaniqdir. Izotopik Spin, kuchli o'zaro ta'sirda saqlangan bo'lsa, e-magnitda saqlanmaydi. va zaif o'zaro ta'sirlar. Kuchli va el-mag'nlarda g'aroyiblik, joziba va joziba saqlanib qolgan. o'zaro ta'sirlar, lekin zaif o'zaro ta'sirlarda saqlanmaydi. Zaif shovqin ham extni o'zgartiradi. jarayonda ishtirok etuvchi zarralar to‘plamining zaryad pariteti. Birlashtirilgan paritet ancha yuqori aniqlik bilan saqlanadi CP (CP pariteti), ammo zaif o'zaro ta'sir tufayli ma'lum jarayonlarda ham buziladi. Konservatsiya qilmaslik sabablari pl. adronlarning kvant raqamlari aniq emas va, ko'rinishidan, bu kvant sonlarining tabiati bilan ham, el-zaif o'zaro ta'sirning chuqur tuzilishi bilan ham bog'liq.

Jadvalda. 1 maksimal ko'rsatadi. leptonlar va adronlar guruhidan yaxshi o'rganilgan elektron zarralar va ularning kvant sonlari. Maxsus holatda guruhli, kalibrli bozonlar ajratilgan. Zarrachalar va antizarralar alohida berilgan (o'zgartirish P antibarionlar uchun ko'rsatilmagan). Haqiqiy neytral zarralar birinchi ustunning markaziga joylashtiriladi. Bir izotopning a'zolari. multiplet bir qatorda joylashgan, ba'zan bir oz siljish bilan (multipletning har bir a'zosining xususiyatlari berilgan hollarda).

Yuqorida aytib o'tilganidek, leptonlar guruhi juda kichik va asosiy zarrachalar massasi. kichik. Neytrinolarning barcha turlari uchun yuqoridan qat'iy cheklovlar mavjud, ammo ularning haqiqiy qiymatlari qanday bo'lishini ko'rish kerak.

Asosiy E.ning bir qismi adronlardan tashkil topgan. 60—70-yillarda maʼlum boʻlgan E. soatlarining koʻpayishi. faqat ushbu guruhning kengayishi tufayli yuzaga keldi. Adronlar asosan rezonanslar bilan ifodalanadi. Rezonanslar massasining o'sishi bilan spinning o'sishi tendentsiyasiga e'tibor qaratiladi; diffda yaxshi kuzatilgan. berilgan mezonlar va barionlar guruhlari I, S va C. Shuni ham ta'kidlash kerakki, g'alati zarralar oddiy zarralarga qaraganda bir oz ko'proq, maftunkor zarralar g'alati zarralarga qaraganda ko'proq va yoqimli zarralar maftunkor zarralardan ko'ra ko'proq massaga ega.

Elementar zarrachalarning tasnifi. Hadronlarning kvark modeli

Agar o'lchovli bozonlar va leptonlarning tasnifi hech qanday maxsus muammolarni keltirib chiqarmasa, unda juda ko'p miqdordagi adronlar allaqachon boshida. 50s barionlar va mezonlarning massalari va kvant sonlarini taqsimlashda ularni tasniflash asosini tashkil eta oladigan qonuniyatlarni izlash uchun asos bo'ldi. Izotopni tanlash. hadron multiplets bu yo'nalishdagi birinchi qadam edi. Onam bilan. nuqtai nazaridan, adronlarning izotopik guruhlanishi. multiplets bilan bog'liq kuchli o'zaro simmetriya mavjudligini aks ettiradi guruh aylanishi, ko'proq rasmiy ravishda, unitar guruh bilan SU(2) - murakkab ikki o'lchovli fazodagi o'zgarishlar guruhi [qarang. SU simmetriyasi ( 2 )] . Ushbu transformatsiyalar qandaydir o'ziga xos tarzda ishlaydi deb taxmin qilinadi. ichki bo'sh joy - deb ataladi. izotopik odatdagidan boshqa bo'sh joy. Izotopning mavjudligi fazo faqat simmetriyaning kuzatiladigan xossalarida namoyon bo'ladi. Matematika bo'yicha. izotopik til. Multipletlar qaytarilmas guruh vakillari simmetriya SU (2).

Simmetriya tushunchasi dekompsiyaning mavjudligini belgilovchi omil sifatida. guruhlar va oilalar E. h. zamonaviyda. nazariyasi, adronlar va boshqa E. h.larni tasniflashda ustunlik qiladi. kvant raqamlari E. h., maxsus bilan bog'liq bo'lgan zarrachalarning ma'lum guruhlarini birlashtirishga imkon beradi. maxsus ichki o'zgarishlar erkinligi tufayli yuzaga keladigan simmetriya turlari. bo'shliqlar. Bu nom kelib chiqqan joy. "ichki kvant raqamlari".

Ehtiyotkorlik bilan ko'rib chiqish shuni ko'rsatadiki, g'alati va oddiy adronlar birgalikda izotopiklarga qaraganda o'xshash xususiyatlarga ega bo'lgan zarralarning kengroq assotsiatsiyasini hosil qiladi. multiplikatorlar. Ular odatda chaqiriladi super ko'p kirpiklar. Kuzatilgan superko'pliklarga kiritilgan zarrachalar soni 8 va 10. Simmetriya nuqtai nazaridan super ko'pliklarning paydo bo'lishi kuchli o'zaro ta'sirda simmetriya guruhi mavjudligining namoyon bo'lishi sifatida talqin qilinadi. guruh SU( 2) , ya'ni unitar guruh SU(3) - uch o'lchovli kompleks fazoda transformatsiya guruhlari [Gell-Man, Y. Neeman, 1961]; sm. Simmetriya SU(3). Tegishli simmetriya deyiladi unitar simmetriya. Guruh SU(3) , xususan, 8 va 10 komponentlar soni bilan kamaytirilmaydigan ko'rinishlarga ega bo'lib, ular kuzatilgan supermultipletlar bilan bog'lanishi mumkin: oktet va dekuplet. Bir xil qiymatga ega bo'lgan quyidagi zarralar guruhlari super ko'pliklarga misol bo'la oladi JP(ya'ni bir xil qiymatlar juftligi bilan J va P):

Unitar simmetriya izotopikga qaraganda kamroq aniq. simmetriya. Shunga ko'ra, farq zarracha massalari oktet va dekupletlarga kiritilganligi ancha ahamiyatlidir. Xuddi shu sababga ko'ra, hadronlarni super ko'p bo'laklarga bo'lish juda katta bo'lmagan elektron zarralar uchun nisbatan oson. Katta massalarda, ko'p farqlar mavjud bo'lganda. o'xshash massaga ega bo'lgan zarralar, bu bo'linishni amalga oshirish qiyinroq.

Muayyan holatlarga mos keladigan o'zgarmas o'lchamlarning tanlangan super ko'p qatlamlarini hadronlar orasida aniqlash. unitar guruh vakillari SU(3), hadronlarda maxsus strukturaviy elementlarning mavjudligi haqidagi eng muhim xulosaning kaliti edi - kvarklar.

Kuzatilgan adronlar g'ayrioddiy tabiatli zarralar - spin 1 ga ega bo'lgan kvarklardan qurilgan degan gipoteza. / 2, kuchli o'zaro ta'sirga ega, lekin shu bilan birga, adronlar sinfiga kirmaydi, G. Tsvayg tomonidan va mustaqil ravishda 1964 yilda Gell-Mann tomonidan ilgari surilgan (qarang. kvark modellari). Kvarklar g'oyasini matematika taklif qilgan. unitar guruhlar vakillarining tuzilishi. Ularga. formalizm guruhning barcha vakillarini tavsiflash imkoniyatini ochib beradi SU(n o'z ichiga olgan eng oddiy (fundam.) guruh ko'rinishini ko'paytirishga asoslangan ) (va, demak, barcha bog'langan hadron multipletlari) n komponent. Faqatgina ushbu komponentlar bilan bog'liq bo'lgan maxsus zarralar mavjudligini tan olish kerak, bu guruhning alohida ishi uchun Tsvayg va Gell-Mann tomonidan amalga oshirilgan. SU( 3) . Bu zarralar kvarklar deb ataldi.

Mezonlar va barionlarning o'ziga xos kvark tarkibi mezonlar, qoida tariqasida, zarrachalar soni 8 ga, barionlar esa 8 va 10 ga teng bo'lgan supermultipletlarga kiritilganligidan kelib chiqqan. ramziy ma'noda kvark va antikvarkdan iborat: M=(q) , va baryon uchta kvarkdan iborat, ramziy ma'noda: B = (qqq). Guruhning xususiyatlariga ko'ra SU(3) 9 mezon 1 va 8 zarrachadan iborat supermultipletlarga, 27 barion esa 1, 10 va ikki marta 8 zarrachadan iborat supermultipletlarga boʻlinadi, bu esa oktet va dekupletlarning kuzatilgan ajralishini tushuntiradi.

T. o., 60-yillardagi tajribalar bilan aniqlangan. oddiy va g'alati adronlardan tashkil topgan supermultipletlarning mavjudligi bu barcha adronlar odatda 3 ta kvarkdan qurilgan degan xulosaga olib keldi. i, d, s(2-jadval). O'sha paytda ma'lum bo'lgan barcha faktlar bu taklifga to'liq mos edi.

Tab. 2.-Kvarklarning xarakteristikalari

* Dastlabki eksperimental baholash.

Keyinchalik psi-zarralar, so'ngra upsilon zarralari, maftunkor va maftunkor adronlarning aniqlanishi ularning xususiyatlarini tushuntirish uchun uchta kvark etarli emasligini va yana ikkita turdagi kvarklarning mavjudligini tan olish kerakligini ko'rsatdi. c va b, yangi kvant raqamlarini ko'tarib: jozibasi va go'zalligi. Biroq, bu holat kvark modelining asosiy qoidalarini silkitmadi. Xususan, markaz saqlanib qolgan. uning hadronlar tuzilishi diagrammasining nuqtasi: M=(q), B = (qqq). Bundan tashqari, psi- va upsilon-zarralarning kvark tuzilishi haqidagi faraz asosida fizikani berish mumkin edi. ularning asosan noodatiy xususiyatlarini talqin qilish.

Tarixiy jihatdan, psi- va upsilon-zarrachalarning, shuningdek, maftunkor va yoqimli adronlarning yangi turlarining kashf etilishi barcha kuchli o'zaro ta'sir qiluvchi zarralarning kvark tuzilishi haqidagi g'oyalarni tasdiqlashda muhim qadam bo'ldi. Zamonaviyga ko'ra nazariy modellar (pastga qarang), yana bitta - oltinchi borligini kutish kerak t-kvark, u 1995 yilda kashf etilgan.

Adronlar va Matning yuqoridagi kvark tuzilishi. Fundam bilan bog'langan ob'ektlar sifatida kvarklarning xossalari. guruh vakili SU(n), kvarklarning quyidagi kvant sonlariga olib keladi (2-jadval). Elektrning noodatiy (kasr) qiymatlariga e'tibor qaratiladi. zaryad Q, va yana DA, ular o'rganilgan E. h.ning hech birida topilmaydi. Har bir kvark turi uchun a indeksi bilan. qi (i= 1, 2, 3, 4, 5, 6) kvarklarning maxsus xarakteristikasi bog'liq - rang, bu kuzatilgan adronlarda yo'q. a indeksi 1, 2, 3 qiymatlarini oladi, ya'ni har bir kvark turi ( qi) uchta nav bilan ifodalanadi q a i. Kvarkning har bir turining kvant raqamlari rang o'zgarganda o'zgarmaydi, shuning uchun Jadval. 2 har qanday rangdagi kvarklarga tegishli. Keyinchalik ko'rsatilgandek, miqdorlar q a (har biri uchun i) a ni o'zgartirishlari jihatidan o'zgartirganda. xususiyatlari fundamning tarkibiy qismlari sifatida ko'rib chiqilishi kerak. boshqa guruh vakillari SU(3), rang, rangli uch o'lchamli makonda ishlaydigan [qarang. SU rang simmetriyasi(3)].

Rangni kiritish zarurati barionlarni hosil qiluvchi kvarklar tizimining to'lqin funktsiyasining antisimmetriya talabidan kelib chiqadi. Kvarklar spinning 1/2 zarralari sifatida Fermi-Dirak statistikasiga bo'ysunishi kerak. Shu bilan birga, spin yo'nalishi bir xil bo'lgan uchta bir xil kvarklardan tashkil topgan barionlar mavjud: D ++ (), W - (), agar ikkinchisida to'ldiruvchi bo'lmasa, ular kvarklarning almashinuviga nisbatan aniq simmetrikdir. erkinlik darajasi. Bunday qo'shimcha. erkinlik darajasi rangdir. Rangni hisobga olgan holda, kerakli antisimmetriya osongina tiklanadi. Mezon va barionlarning strukturaviy tarkibining aniqlangan funktsiyalari quyidagicha ko'rinadi:

Bu erda e abg to'liq antisimmetrik tensor ( Levi-chi-vita belgisi)(1/ 1/ - normalizatsiya omillari). Shuni ta'kidlash kerakki, na mezonlar, na barionlar rang ko'rsatkichlarini (rangsiz) olib yurmaydi va ba'zida aytilgandek, "oq" zarralardir.

Jadvalda. 2 faqat "samarali" kvark massalarini ko'rsatadi. Buning sababi shundaki, erkin holatdagi kvarklar, ular uchun ko'plab ehtiyotkorlik bilan izlanishlarga qaramay, kuzatilmagan. Aytgancha, bu butunlay yangi, g'ayrioddiy tabiatning zarralari sifatida kvarklarning yana bir xususiyatini ochib beradi. Shuning uchun kvark massalari haqida to'g'ridan-to'g'ri ma'lumotlar yo'q. Kvarklarning massalari haqida faqat bilvosita hisob-kitoblar mavjud bo'lib, ularni ularning parchalanishidan olish mumkin. hadronlarning xususiyatlarida (shu jumladan, ikkinchisining massalarida), shuningdek, dekompiyada dinamik namoyon bo'ladi. adronlar bilan sodir bo'ladigan jarayonlar (parchalanishlar va boshqalar). Massa uchun t-kvark, dastlabki tajriba beriladi. daraja.

Hadronlarning butun xilma-xilligi parchalanish tufayli paydo bo'ladi. kombinatsiyalar i-, d-, s-, s- va b-bog'langan holatlar hosil qiluvchi kvarklar. Oddiy adronlar faqat dan tuzilgan bog'langan holatlarga mos keladi va- va d-kvarklar [kombinatsiyalar ishtirok etishi mumkin bo'lgan mezonlar uchun ( s.), (bilan) va ( b)]. Bilan birga bog'langan holatda mavjudligi u- va d-kvarklar, bitta s-, bilan- yoki b-kvark mos keladigan adronning g'alati ekanligini anglatadi ( S= - 1), sehrlangan (C= + 1) yoki yoqimli ( b= - 1). Baryon ikki yoki uchtadan iborat bo'lishi mumkin s-kvark (mos ravishda Bilan- va b-kvark), ya'ni ikki va uch marta g'alati (maftunkor, yoqimli) baryonlar mumkin. Kombinatsiyalarga ham ruxsat beriladi. raqamlar s- va Bilan-, b-kvarklar (ayniqsa, barionlarda), adronlarning "gibrid" shakllariga mos keladi (g'alati maftunkor, g'alati maftunkor). Shubhasiz, ko'proq s-, bilan- yoki b-kvarklarda adron bo'lsa, u shunchalik massiv bo'ladi. Agar biz adronlarning yerdagi (qo'zg'atilmagan) holatini solishtirsak, aynan shunday rasm kuzatiladi (1-jadval).

Chunki kvarklarning spini 1 ga teng / 2 ga ko'ra, adronlarning yuqoridagi kvark tuzilishi tajribaga to'liq mos ravishda, natijada mezonlar uchun butun son spinga va barionlar uchun yarim butun spinga ega. Bunday holda, orbital impulsga mos keladigan holatlarda l=0, xususan, asosiyda. mezon spinining qiymatlari 0 yoki 1 (kvark spinlarining antiparallel va parallel yo'nalishi uchun) va barionlarning spini: 1 bo'lishi kerak. / 2 yoki 3/2 (aylantirish konfiguratsiyasi uchun va ). Ichki ekanligini hisobga olsak kvark-antikvark tizimining pariteti manfiy, qiymatlari JP mezonlar uchun l= 0 0 - va 1 - ga teng, barionlar uchun: 1/2 + va 3/2 +. Aynan shu qiymatlar berilgan qiymatlarda eng kichik massaga ega bo'lgan adronlar uchun kuzatiladi I va S, FROM, b.

Misol sifatida, Jadvalda. 3 va 4 mezonlarning kvark tarkibini ko'rsatadi JP= 0 - va barionlar J P = 1 / 2 + (kvark ranglari bo'yicha kerakli yig'indi hamma joyda qabul qilinadi).

Tab. 3.- O'rganilayotgan mezonlarning kvark tarkibi Bilan JP=0 - ()

Tab. 4.- O'rganilayotgan barionlarning kvark tarkibi Bilan JP= 1/2 + ()

Eslatma.() belgisi ga nisbatan simmetriyani bildiradi o'zgaruvchan zarralar; belgisi - antisimmetriya.

T. o., tabiatning kvark modeli. yo'l asosiyning kelib chiqishini tushuntiradi. adronlar guruhlari va ularning kuzatilgan kvant sonlari. Batafsilroq dinamik ko'rib chiqish, shuningdek, dek. hadronlar oilasi.

Eng kichik massa va spinli adronlarning o'ziga xos xususiyatlarini, tabiatning kvark modelini to'g'ri etkazish. adronlarning umumiy soni va ular orasidagi rezonanslarning ustunligini ham ma'lum ma'noda tushuntiradi. Hadronlarning ko'pligi ularning murakkab tuzilishini va mavjud bo'lish imkoniyatini aks ettiradi. kvark sistemalarning qo'zg'aluvchan holatlari. Kvark tizimlarning barcha qo'zg'aluvchan holatlari asosiy holatlarga kuchli o'zaro ta'sir tufayli tez o'tishlarga nisbatan beqarordir. Ular asosni tashkil qiladi. ba'zi rezonanslar. Rezonanslarning kichik bir qismi ham parallel spinli kvark tizimlardir (W - dan tashqari). Asosiy bilan bog'liq bo'lgan spinlarning antiparallel yo'nalishi bilan kvark konfiguratsiyasi. holatlar, kvazbarqaror adronlar va barqaror proton hosil qiladi.

Kvark tizimlarining qo'zg'alishlari aylanishning o'zgarishi tufayli ham sodir bo'ladi. kvarklarning harakati (orbital qo'zg'alishlar) va ularning bo'shliqlarining o'zgarishi tufayli. joylashuvi (radial qo'zg'alishlar). Birinchi holda, tizim massasining ortishi umumiy aylanishning o'zgarishi bilan birga keladi J va paritet P tizim, ikkinchi holda, massaning o'sishi o'zgarmasdan sodir bo'ladi JP .

Kvark modelini shakllantirishda kvarklar gipotetik deb hisoblangan. hadronlarni juda qulay tavsiflash imkoniyatini ochadigan strukturaviy elementlar. Keyingi yillarda kvarklar haqida adronlar ichidagi haqiqiy moddiy shakllanishlar sifatida gapirishga imkon beradigan tajribalar o'tkazildi. Birinchisi, elektronlarni nuklonlar tomonidan juda katta burchak ostida sochish bo'yicha tajribalar edi. Ushbu tajribalar (1968), klassikani eslatadi. Rezerfordning a-zarralarni atomlar tomonidan sochilishi boʻyicha oʻtkazgan tajribalari nuklon ichida nuqtaviy zaryadlar mavjudligini aniqladi. shakllanishlar (qarang Partons.Bu tajribalar maʼlumotlarini neytrinolarning nuklonlar tomonidan sochilishi haqidagi shunga oʻxshash maʼlumotlar bilan solishtirish (1973-75) toʻgʻrisida xulosa chiqarish imkonini berdi. elektr kvadratining o'lchami bu nuqta hosilalarining zaryadi. Natija kutilgan kasr qiymatlariga yaqin edi (2/3) 2 e 2 va (1/3) 2 e 2. Elektron va pozitronni yo'q qilish paytida adron hosil bo'lish jarayonini o'rganish, ehtimol, quyidagi bosqichlardan o'tadi:

deb ataluvchi ikki guruh adronlar mavjudligini ko'rsatdi. jetlar (qarang Adron reaktivi), genetik jihatdan hosil bo'lgan kvarklarning har biri bilan bog'langan va kvarklarning spinini aniqlash imkonini bergan. 1/2 ga teng bo'lib chiqdi. Umumiy soni Bu jarayonda hosil bo'lgan adronlar soni ham shuni ko'rsatadiki, oraliq holatda kvarkning har bir turi uchta nav bilan ifodalanadi, ya'ni kvarklar uch ranglidir.

T. o., kvarklarning kvant sonlari, nazariy asosda berilgan. mulohazalar, keng qamrovli tajriba oldi. tasdiqlash. Kvarklar aslida yangi E. zarralari maqomini oldi va materiyaning kuchli oʻzaro taʼsir qiluvchi shakllari uchun haqiqiy E. zarralari roli uchun jiddiy daʼvogarlardir. Kvarklarning ma'lum turlari soni kam. Uzunlikgacha<=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.

Kvarklarning boshqa barcha elektromagnit to'lqinlardan farqi shundaki, ular erkin holatda mavjud emas, garchi ularning bog'langan holatda mavjudligi haqida aniq dalillar mavjud. Kvarklarning bu xususiyati, ehtimol, maxsus zarralar almashinuvi natijasida hosil bo'lgan ularning o'zaro ta'sirining o'ziga xos xususiyatlari bilan bog'liq - glyuonlar, ular orasidagi tortishish kuchlari masofa bilan zaiflashmasligiga olib keladi. Natijada, kvarklarni bir-biridan ajratish uchun cheksiz energiya talab qilinadi, buning iloji yo'qligi aniq (kvarklarni ushlab turish yoki ushlab turish nazariyasi; pastga qarang). Rangni saqlash).Haqiqatda kvarklarni bir-biridan ajratishga harakat qilganda to'ldiruvchi hosil bo'ladi. adronlar (kvarklarning adronizatsiyasi deb ataladi). Kvarklarni erkin holatda kuzatishning mumkin emasligi ularni materiyaning strukturaviy birliklarining mutlaqo yangi turiga aylantiradi. Masalan, bu holda kvarklarning tarkibiy qismlari haqidagi savolni qo'yish mumkinmi va shu bilan materiyaning strukturaviy tarkibiy qismlarining ketma-ketligi uziladimi, aniq emas. Yuqorida aytilganlarning barchasi kvarklar leptonlar va oʻlchovli bozonlar bilan bir qatorda tuzilish belgilariga ham ega boʻlmagan E. guruhini tashkil qiladi, degan xulosaga keladi, bu esa haqiqiy E. rolini daʼvo qilish uchun eng katta asosga ega. h.

Elementar zarralar va kvant maydon nazariyasi. Standart shovqin modeli

Hozirgi zamonda E. h.ning xossalari va oʻzaro taʼsirini tavsiflash. mavjudotlar nazariyasi. Muhimi, har bir zarrachaga berilgan jismoniy maydon tushunchasi. Maydon o'ziga xosdir. materiyaning kosmosda tarqalgan shakli; u fazo-vaqtning barcha nuqtalarida berilgan va aniqlikka ega bo'lgan f-tion bilan tavsiflanadi. transformator transformatsiyalarga nisbatan xossalari Lorenz guruhi(skalar, spinor, vektor va boshqalar) va "ichki" guruhlar. simmetriyalar (izotop skaler, izotopik spinor va boshqalar). El-magn. to'rt o'lchovli vektorning xususiyatlariga ega bo'lgan maydon A m ( x)(m= 1, 2, 3, 4) - tarixan fizikaning birinchi namunasi. dalalar. E. h. bilan bogʻlangan maydonlar kvant xarakteriga ega, yaʼni ularning energiyasi va impulsi alohida maydonlar toʻplamidan tashkil topgan. qismlar - kvantlar va umumiy energiya e k va impuls p k kvantlar maxsus nisbat bilan bog'liq. nisbiylik: e 2 k =p 2 k s 2 + t 2 Bilan to'rtta. Har bir bunday kvant massali E. h.dir t, berilgan energiya bilan e k va impuls p k. kvant elektron magnit. maydonlar fotonlar, boshqa maydonlarning kvantlari boshqa barcha ma'lum E. h. Ma-mavzularga mos keladi. Kvant maydon nazariyasi (QFT) apparati har bir fazo-vaqt nuqtasida zarrachaning tug'ilishi va yo'q qilinishini tasvirlash imkonini beradi.

O'zgartirish. maydon xossalari asosiyni aniqlaydi. elektrokimyoviy birliklarning kvant sonlari.Lorents guruhining o'zgarishlariga nisbatan transformatsiya xossalari zarrachalarning spinini aniqlaydi: skaler spinga to'g'ri keladi. J= 0, spinor- aylanish J= 1 / 2 , vektor - aylanish J= 1 va boshqalar. O'zgartirish. "ichki" transformatsiyalarga nisbatan maydonlarning xususiyatlari. fazolar («zaryad fazosi», «izotop fazo», «unitar fazo», «rang fazosi») kabi kvant sonlarining mavjudligini aniqlaydi. L, B, I, S, FROM, b, a kvarklar va glyuonlar uchun ham ranglar. "int" so'zining kiritilishi. nazariya apparatidagi bo'shliqlar hali ham sof rasmiy texnika bo'lib qolmoqda, ammo bu jismoniy o'lchovning belgisi bo'lib xizmat qilishi mumkin. E. h.ning xossalarida aks ettirilgan fazo-vaqt aslida toʻrtdan ortiq - yaʼni. barcha makroskopiklarga xos bo'lgan fazo-vaqt o'lchamidan ko'proq. jismoniy jarayonlar.

E. h.ning massasi transformatsiyaga bevosita bogʻliq emas. maydon xususiyatlari. Bu ularning qo'shimcha xarakteristikasi bo'lib, uning kelib chiqishi to'liq tushunilmagan.

E. h. bilan sodir bo'ladigan jarayonlarni tavsiflash uchun QFT dan foydalanadi Lagranj rasmiyatchiligi.DA Lagrangiyaliklar, zarrachalarning o'zaro ta'sirida ishtirok etadigan maydonlardan qurilgan, zarrachalarning xususiyatlari va ularning harakat dinamikasi haqidagi barcha ma'lumotlarni o'z ichiga oladi. Lagrangian ikkita Chni o'z ichiga oladi. atamalar: Lagrangian, erkin maydonlarning xatti-harakatini tavsiflovchi va o'zaro ta'sirning Lagranjian, munosabatlarning parchalanishini aks ettiradi. maydonlar va E. h. konvertatsiya qilish imkoniyati. Aniq shaklni bilish, asosan, apparatdan foydalanishga imkon beradi. sochuvchi matritsalar (S-matritsalar), ular orasidagi mavjud o'zaro ta'sir ta'sirida yuzaga keladigan zarralarning dastlabki to'plamidan ma'lum cheklangan zarralar to'plamiga o'tish ehtimolini hisoblang. Shunday qilib, miqdorlar imkoniyatini ochadigan tuzilmani o'rnatish. jarayonlarning E. h. bilan tavsiflari, markazlaridan biri hisoblanadi. KTP vazifalari.

Maxluqot. bu muammoni hal qilishda muvaffaqiyatga 50-70-yillarda erishildi. Yang va Millsning yuqorida aytib o'tilgan ishlarida tuzilgan vektor o'lchagich maydonlari g'oyasini ishlab chiqishga asoslangan. Ma'lum bo'lgan pozitsiyadan boshlab, eksperimental ravishda kuzatilgan har qanday saqlanish qonuni tizimni ma'lum bir simmetriya guruhining o'zgarishiga nisbatan tavsiflovchi Lagrangianning o'zgarmasligi bilan bog'liq ( Noeter teoremasi), Yang va Mills bu o'zgarmaslikni mahalliy darajada qondirishni, ya'ni o'zgarishlarning fazo-vaqt nuqtasiga o'zboshimchalik bilan bog'liqligi uchun sodir bo'lishini talab qildilar. Ma'lum bo'lishicha, o'zaro ta'sirni bir nuqtadan nuqtaga bir zumda uzatish mumkin emasligi bilan jismonan bog'liq bo'lgan ushbu talabni bajarish faqat tuzilishga maxsus Lagrangianni kiritish bilan mumkin. vektor tabiatining o'lchov maydonlari, def. simmetriya guruhining transformatsiyalari ostida transformatsiya. Bundan tashqari, erkin Lagrangianning tuzilmalari ushbu yondashuvda chambarchas bog'liq bo'lib chiqdi: vositalardagi bilim. o'lchov shakli oldindan belgilab qo'yilgan

Oxirgi holat mahalliy talab bilan bog'liq o'lchov o'zgarmasligi dagi bo'sh maydonlarga ta'sir etuvchi barcha hosilalarda almashtirilsagina qanoatlantirilishi mumkin Bu yerda g- o'zaro ta'sir konstantasi; V a m - kalibrlash maydonlari; T a - erkin maydonga mos keladigan matritsa tasviridagi simmetriya guruhining generatorlari; r- guruhning kattaligi.

O'zgartirilgan Lagrangianda aytilganlarga ko'ra, qat'iy belgilangan atamalar avtomatik ravishda paydo bo'ladi. dastlab kiritilgan maydonlarning yangi kiritilgan o'lchov maydonlari bilan o'zaro ta'sirini tavsiflovchi tuzilmalar. Bunday holda, o'lchov maydonlari dastlabki maydonlar orasidagi o'zaro ta'sirning tashuvchisi rolini o'ynaydi. Albatta, Lagranjda yangi o'lchov maydonlari paydo bo'lganligi sababli, erkin Lagrangian ular bilan bog'liq bo'lgan atama bilan to'ldirilishi va yuqorida tavsiflangan o'zgartirish protsedurasiga duchor bo'lishi kerak. Agar o'lchov o'zgarmasligiga qat'iy rioya qilinsa, o'lchov maydonlari nol massali bozonlarga to'g'ri keladi. Simmetriya buzilganda bozonlarning massasi nolga teng bo'ladi.

Bunday yondashuvda o'zaro ta'sir qiluvchi maydonlar dinamikasini aks ettiruvchi lagranjni qurish vazifasi mohiyatan boshlang'ich erkin lagranjni tashkil etuvchi maydonlar tizimini to'g'ri tanlash va uning shaklini mahkamlashgacha qisqartiriladi. Biroq, ikkinchisi, Lorentz guruhiga nisbatan berilgan transformatsiya xususiyatlari uchun relativistik o'zgarmaslik talabi va faqat maydonlarda kvadratik bo'lgan tuzilmalar paydo bo'lishining aniq talabi bilan noyob tarzda aniqlanadi.

Shunday qilib, dinamikani tavsiflash uchun asosiy narsa - bu birlamchi maydonlarni tashkil etuvchi tizimni tanlash masalasi , ya'ni aslida hammasi bir xil markaz. fizika savoli E. h.: "Materaning kuzatilgan zarralarini tavsiflashda qaysi zarralar (va shunga mos ravishda maydonlar) eng fundamental (elementar) deb hisoblanishi kerak?".

Zamonaviy nazariya, yuqorida aytib o'tilganidek, 1/2 spinli strukturasiz zarralar: kvarklar va leptonlar. Bunday tanlov mahalliy o'lchovning o'zgarmasligi printsipiga tayangan holda, elektrning kuchli va elektr-zaif o'zaro ta'sirini tavsiflash uchun juda muvaffaqiyatli sxemani yaratishga imkon beradi. STANDART MODEL.

Model birinchi navbatda kuchli o'zaro ta'sir aniq simmetriyaga ega degan taxmindan kelib chiqadi. SUc(3), "rangli" uch o'lchamli fazodagi o'zgarishlarga mos keladi. Kvarklar asoslar nuqtai nazaridan o'zgargan deb taxmin qilinadi. guruh vakili SUc(3). Lagranjian kvarki uchun mahalliy o'lchov o'zgarmasligi talabining bajarilishi qat'iy belgilangan kvarklar bilan (va bir-biri bilan) o'zaro ta'sir qiluvchi glyuonlar deb ataladigan sakkizta massasiz o'lchovli bozonlar nazariyasining paydo bo'lishiga olib keladi. yo'l (Fritzsch va Göll-Man, 1972). Shu asosda ishlab chiqilgan kuchli o'zaro ta'sirni tavsiflash sxemasi chaqirildi. kvant xromodinamikasi. Uning bashoratlarining to'g'riligini ko'pchilik tasdiqladi. tajribalar, shu jumladan glyuonlar mavjudligining ishonchli dalillari. Kvant xromodinamikasi apparati qamoqqa olish hodisasi uchun tushuntirishni o'z ichiga oladi, deb ishonish uchun jiddiy sabablar ham mavjud.

Zaif o'zaro ta'sir nazariyasini yaratishda lepton soni bir xil bo'lgan juft leptonlarning mavjudligi faktidan foydalanilgan ( L e, L v, L t), lekin har xil elektr bilan. zaryadlash (e - , v e; m - , v m t - , v m) deb ataladigan guruh bilan bog'liq simmetriyaning namoyon bo'lishi sifatida talqin qilinishi mumkin. zaif izospin SU cl (2) va juftlarni o'zlarini ushbu guruhning spinor (doublet) vakillari deb hisoblang. Xuddi shunday talqin zaif o'zaro ta'sirda ishtirok etuvchi kvark juftlari uchun ham mumkin. Biz shuni ta'kidlaymizki, ushbu sxema doirasida kvark ishtirokidagi zaif o'zaro ta'sir b uning izotopik sherik kvarki bor degan xulosaga kelishi shart t, juftlikni tashkil etuvchi ( t, b). Zaif o'zaro ta'sir bilan izolyatsiya. turg'unlik(chapda) unda ishtirok etuvchi fermionlar qo'shimcha ravishda simmetriya mavjudligining namoyon bo'lishi sifatida ko'rib chiqilishi mumkin. U cl (1) zaif giper zaryad bilan bog'liq Y sl. Bunday holda, chap va o'ng fermionlarga turli xil giperzaryad qiymatlari berilishi kerak Y cl va o'ng fermionlar izotopik skalyarlar sifatida ko'rib chiqilishi kerak. Qabul qilingan qurilishda munosabatlar tabiiy ravishda paydo bo'ladi Q = I 3 cl + 1/2 Y cl, biz allaqachon adronlar bilan uchrashganmiz.

Shunday qilib, leptonlar va kvarklarning zaif o'zaro ta'sirini sinchkovlik bilan tahlil qilish ularning guruhga mos keladigan simmetriyaga (sezilarli, ammo buzilgan) ega ekanligini aniqlashga imkon beradi. SU sl (2) U cl ( 1) . Agar biz ushbu simmetriyaning buzilishini e'tiborsiz qoldirsak va mahalliy o'lchov o'zgarmasligining qat'iy shartidan foydalansak, u holda kvark va leptonlarning zaif o'zaro ta'siri nazariyasi paydo bo'ladi, unda to'rtta massasiz bozon (ikkita zaryadlangan va ikkita neytral) va ikkita o'zaro ta'sir konstantasi paydo bo'ladi. guruhlar SU sl (2) va U sl (1). Bu nazariyada zaryad bilan o'zaro ta'sirga mos keladigan Lagranjning shartlari. bozonlar ma'lum strukturani to'g'ri takrorlaydi zaryadlangan oqimlar, lekin zaif jarayonlarda kuzatilgan qisqa muddatli ta'sirni ta'minlamang, bu ajablanarli emas, chunki oraliq bozonlarning nol massasi uzoq masofali ta'sirga olib keladi. Bu faqat realistik nuqtai nazardan kelib chiqadi. oraliq bozonlar massasining zaif o'zaro ta'siri nazariyalari chekli bo'lishi kerak. Bu ham simmetriya buzilganligiga mos keladi SU sl (2) U sl (1).

Biroq, yuqorida tavsiflangan usulda tuzilgan Lagranjga oraliq bozonlarning cheklangan massalarini to'g'ridan-to'g'ri kiritish mumkin emas, chunki u mahalliy o'lchov o'zgarmasligi talabiga zid keladi. Tabiatda maxsus skalyar maydonlarning mavjudligi haqidagi muhim farazdan foydalanib, simmetriyaning uzilishini izchil hisobga olish va chekli massalar nazariyasida oraliq bozonlarning paydo bo'lishiga erishish mumkin edi. Xiggs maydonlari), fermionik va o'lchov maydonlari bilan o'zaro ta'sir qilish va bu hodisaga olib keladigan o'ziga xos o'ziga xos ta'sirga ega o'z-o'zidan simmetriya buzilishi[P. Xiggs (P.Xiggs), 1964]. Xiggs maydonlarining bitta dubletini (zaif izospin guruhiga ko'ra) eng oddiy versiyada nazariyaning Lagrangianiga kiritish butun maydonlar tizimining buzilgan simmetriyaga mos keladigan yangi, quyi energiya vakuum holatiga o'tishiga olib keladi. Agar dastlab vakuum o'rtacha maydonidan F nolga teng edi<Ф>0 = 0, keyin yangi holatda<Ф>0 = F 0 0. Simmetriyaning buzilishi va cheklangan F 0 ning nazariyada paydo bo'lishi quyidagilarga olib keladi. Higgs mexanizmi zaryadning yo'qolmaydigan massasiga. oraliq bozonlar V + va nazariyada paydo bo'lgan ikkita neytral bozonning aralashishi (chiziqli birikma) paydo bo'lishiga. Aralashtirish natijasida massasiz e-mag paydo bo'ladi. e-magn bilan o'zaro ta'sir qiladigan maydon. kvarklar va leptonlar oqimi va massiv neytral bozon maydoni Z 0 bilan o'zaro aloqada neytral oqim qat'iy belgilangan tuzilma. Aralash parametri (burchak) ( Vaynberg burchagi) bu sxemadagi neytral bozonlarning guruh o'zaro ta'sir konstantalari nisbati bilan berilgan U sl(l) va SU sl (2) : tgq W=g"/g. Xuddi shu parametr massalarning ulanishini aniqlaydi m V va m Z (m Z = m Vt / cosq V) va elektr aloqasi. zaryad e s zaif izospin guruhi konstantasi g:e = g sinq V. 1973 yilda yuqorida tavsiflangan sxema bo'yicha bashorat qilingan neytral kuchsiz oqimlarning neytrinolarning tarqalishini o'rganishda aniqlash va 1983 yilda keyingi kashfiyot V- va mos ravishda 80 GeV va 91 GeV massali Z-bozonlari e-magnitning yagona tavsifining butun kontseptsiyasini yorqin tarzda tasdiqladi. va zaif o'zaro ta'sirlar. Tajriba. sin 2 q qiymatini aniqlash W= 0,23 doimiy ekanligini ko'rsatdi g va elektr zaryad e hajmiga yaqin. Aniq bo'ldiki, kuchsiz o'zaro ta'sirning "zaifligi" energiyadan sezilarli darajada past m V va mZ, asosan oraliq bozonlarning katta massasi tufayli. Darhaqiqat, kuchsiz Fermi o'zaro ta'sirining fenomenologik to'rt fermion nazariyasining konstantasi G F yuqoridagi sxemada teng G F =g 2 /8m 2 V. Bu shuni anglatadiki, eff. kuchsiz o'zaro ta'sir konstantasi sek. c. m. ~t p ga teng G F m p 2 10 -5, va uning kvadrati 10 -10 ga yaqin, ya'ni. yuqorida ko'rsatilgan qiymatga. Katta yoki tartibli energiyalarda sm m V, zaif o'zaro ta'sirni tavsiflovchi yagona parametr - bu miqdor g 2 / 4p yoki e 2 / 4p, ya'ni. zaif va e-mag. o'zaro ta'sirlar intensivligi bo'yicha solishtirish mumkin bo'ladi va birgalikda ko'rib chiqilishi kerak.

E-magnning yagona tavsifini qurish. va zaif o'zaro ta'sirlar o'lchov maydonlari nazariyasidagi muhim yutuq bo'lib, ahamiyati bo'yicha Maksvell tomonidan ishlab chiqilgan kon. 19-asr elektron magnitning yagona nazariyasi. hodisalar. Miqdori. El-zaif o'zaro ta'sir nazariyasi bashoratlari 1% aniqlik bilan o'tkazilgan barcha o'lchovlarda oqlandi. Muhim jismoniy Ushbu qurilishning natijasi tabiatda yangi turdagi - neytral zarraning mavjudligi to'g'risidagi xulosadir. Xiggs bozoni. Boshida 90-yillar bunday zarracha topilmagan. O'tkazilgan qidiruvlar uning massasi 60 GeV dan oshganligini ko'rsatdi. Biroq, nazariya Xiggs bozonining massasi to'g'risida aniq bashorat bermaydi. Faqat uning massasining qiymati 1 TeV dan oshmasligini aytish mumkin. Ushbu zarracha massasining taxminiy qiymatlari 300-400 GeV oralig'ida.

Shunday qilib, "standart model" fond-dames sifatida tanlanadi. zarralar uch juft kvark ( va, d)(Bilan, s) (t, b) va uch juft leptonlar ( v e, e -)(v m, m -) ( v t, t -), odatda massasiga ko'ra oilalarga (yoki avlodlarga) quyidagicha guruhlanadi:

va ularning o‘zaro ta’siri simmetriyani qanoatlantirishini postulat qiladi SU sl (3) SU sl (2) U sl(l). Natijada, o'zaro ta'sirning tashuvchilari o'lchovli bozonlar bo'lgan nazariya olinadi: glyuonlar, fotonlar, Wb va Z. Garchi "standart model" E.ch. bilan bog'liq barcha ma'lum faktlarning tavsifini juda muvaffaqiyatli bajarsa-da, shunga qaramay, bu E.ning yanada mukammal va keng qamrovli nazariyasini qurishning oraliq bosqichidir. ch. "Standart model" tuzilishida hali ham juda ko'p ixtiyoriy, empirik aniqlangan parametrlar mavjud (kvarklar va leptonlarning massalari, o'zaro ta'sir konstantalarining qiymatlari, aralashtirish burchaklari va boshqalar). Modeldagi fermion avlodlar soni ham aniqlanmagan. Tajriba shuni ko'rsatadiki, agar tabiatda bir necha marta og'ir neytrinolar bo'lmasa, avlodlar soni uchdan oshmaydi. o'nlab GeV.

O'zaro ta'sirlarning simmetriya xususiyatlari nuqtai nazaridan, E.chning keng qamrovli nazariyasida shunday bo'lishini kutish tabiiyroq bo'ladi. simmetriya guruhlarining to'g'ridan-to'g'ri ko'paytmasi o'rniga bitta simmetriya guruhi paydo bo'ladi G unga mos keladigan bitta o'zaro ta'sir konstantasi bilan. Bu holda "standart model" ning simmetriya guruhlari, u bilan bog'liq simmetriya buzilganda, katta guruhning qisqarishi mahsuloti sifatida talqin qilinishi mumkin. Shu tarzda, printsipial jihatdan, o'zaro ta'sirlarning Buyuk birlashuvi ehtimoli paydo bo'lishi mumkin. Energiya effekti bilan o'zgarish xususiyati bunday birlashma uchun rasmiy asos bo'lib xizmat qilishi mumkin. o'lchov maydonlarining o'zaro ta'sir konstantalari gi 2/4p = a i (i=1, 2, 3), bu nazariyaning yuqori darajalari hisobga olinganda paydo bo'ladi (ishlaydigan doimiylar deb ataladi). Bunday holda, a 1 doimiysi guruh bilan bog'lanadi U(I); a 2 - guruh bilan SU( 2); a 3 - guruh bilan SU( 3) . Ko'rsatilgan juda sekin (logarifmik) o'zgarishlar ifoda bilan tavsiflanadi

eff qiymatlarini bog'lash. konstantalar a men (M) va a i(m) ikki xil energiya qiymatida: M va m( M > m). Bu o'zgarishlarning tabiati dekompsiya uchun boshqacha. simmetriya guruhlari (va, demak, turli o'zaro ta'sirlar) va koeffitsientlar bilan beriladi. b i, bu simmetriya guruhlari tuzilishi haqida ham, o'zaro ta'sirda ishtirok etuvchi zarralar haqida ham ma'lumotlarni o'z ichiga oladi. Chunki b 1 , b 2 va b 3 farq qiladi, a qiymatlaridagi sezilarli farqlarga qaramay, mumkin i-1 (m) o'rganilayotgan energiyalarda m, juda yuqori energiyalarda M barcha uchta qiymat a i -1 (M) mos keladi, ya'ni o'zaro ta'sirlarning Buyuk birlashuvi amalga oshiriladi. Ehtiyotkorlik bilan tahlil qilish shuni ko'rsatdiki, standart model doirasida a ning ma'lum qiymatlaridan foydalangan holda i-1 (m), a ning barcha uchta qiymatiga mos keladi i -1 (M) ba'zi kattalar uchun M imkonsiz, ya'ni. Grand Unification bilan nazariyaning varianti ushbu modelda amalga oshirilmaydi. Shu bilan birga, asosiyning o'zgartirilgan tarkibi bilan standart modeldan boshqa sxemalarda mavjudligi aniqlandi (fond.) dalalar yoki zarralar, Grand birlashuv sodir bo'lishi mumkin. Asosiy tarkibidagi o'zgarishlar zarralar koeffitsientlar qiymatlarining o'zgarishiga olib keladi " b i" va shu tariqa a.ga mos kelish imkoniyatini beradi i (M) katta uchun M.

Asosiyning o'zgartirilgan kompozitsiyasini tanlashda asosiy g'oya. zarralar nazariyasi E. h. dunyosida mumkin bo'lgan mavjudlik g'oyasi edi. supersimmetriya, bu ta'rifni belgilaydi. nazariyada paydo bo'ladigan butun va yarim butun spinli zarralar orasidagi munosabatlar. Masalan, supersimmetriya talablariga javob berish uchun. standart modelda har bir zarrachaga spini 1/2 ga siljigan zarracha belgilanishi kerak - Bundan tashqari, aniq supersimetriya holatida bu zarralarning barchasi bir xil massaga ega bo'lishi kerak. Shunday qilib, spin 1/2 bo'lgan kvarklar va leptonlar o'zlarining supersimmetrik sheriklari (superpartnerlari) spin nolga ega bo'lishi kerak, spin 1 bo'lgan barcha o'lchovli bozonlar spini 1/2 bo'lgan superpartnerlari bilan, spin nolga ega Xiggs bozonlari bilan bog'lanishi kerak. Spin 1/2 bilan super hamkor bilan bog'lanish. O'rganilayotgan energiya mintaqasida kvarklar, leptonlar va o'lchovli bozonlarning super sheriklari aniq kuzatilmaganligi sababli, agar u mavjud bo'lsa, supersimmetriya sezilarli darajada buzilishi kerak va superpartnerlar massasi ma'lum bo'lgan fermionlar va bozonlarning massasidan sezilarli darajada oshib ketadigan qiymatlarga ega bo'lishi kerak. .

Supersimmetriya talabining izchil ifodasi minimal supersimmetrik modelda (MCCM) mavjud bo'lib, unda standart model zarralari tarkibidagi yuqorida sanab o'tilgan o'zgarishlarga qo'shimcha ravishda, Xiggs bozonlari soni beshtaga ko'tariladi (ulardan ikkitasi). zaryadlangan va uchtasi neytral zarralar). Shunga ko'ra, 1/2 spinli Xiggs bozonlarining beshta super hamkori modelda paydo bo'ladi - MCCM - Supersimmetriya holatiga Standart Modelning eng oddiy umumlashtirilishi. Ma'nosi M, buning uchun tasodif a i (M)(Grand Unification), MCCMda taxminan 10 16 GeV ga teng.

Supersimmetriyaning mavjudligi haqidagi gipoteza o'lchov maydonlari nazariyasini rivojlantirishning istiqbolli imkoniyatlaridan biri bilan bog'liq bo'lib, u bundan tashqari, uning bir qator ichki qiymatlarini hal qiladi. unda paydo bo'ladigan parametrlarning barqarorligi bilan bog'liq muammolar. Supersimmetriya, ta'kidlanganidek, elektromagnit to'lqinlar nazariyasida o'zaro ta'sirlarning katta birlashuvining jozibador imkoniyatini saqlab qolishga imkon beradi. Supersimmetriya mavjudligi haqiqatining hal qiluvchi tasdig'i ma'lum bo'lgan zarrachalarning super sheriklarining kashf etilishi bo'ladi. Ularning massalari yuzlab GeV dan 1 TeV gacha bo'lishi taxmin qilinadi. Bunday massalarning zarralari proton kollayderlarining keyingi avlodida o'rganish uchun mavjud bo'ladi.

Supersimmetriyaning mavjudligi haqidagi gipotezani tekshirish va supersimmetrik zarrachalarni izlash, shubhasiz, elektromagnit to'lqinlar fizikasining eng muhim muammolaridan biri bo'lib, yaqin kelajakda, shubhasiz, birinchi o'ringa qo'yiladi.

Elementar zarralar nazariyasining ba'zi umumiy masalalari

Zarrachalar fizikasining so'nggi rivojlanishi materiyaning barcha mikrokomponentlaridan alohida rol o'ynaydigan va haqiqiy E. h. deb nomlanishiga eng katta sababga ega bo'lgan (90-yillarning boshlarida) zarralar guruhini aniq ajratib oldi. . fermionlar aylanadi 1 / 2 - uch avlodni tashkil etuvchi leptonlar va kvarklar va kuchli va e-zaif o'zaro ta'sirlarning tashuvchisi bo'lgan spin 1 gauge bozonlari (glyuonlar, fotonlar va oraliq bozonlar). Ehtimol, bu guruhga spin 2 bo'lgan zarracha qo'shilishi kerak, graviton tortishish kuchi tashuvchisi sifatida. barcha zarralarni bog'laydigan o'zaro ta'sir. Spin 0 zarralari, Xiggs bozonlari, ammo ular hali kashf etilmagan maxsus guruhdan iborat.

Shunga qaramay, ko'plab savollar javobsiz qolmoqda. Shunday qilib, jismoniy bor-yo'qligi noma'lum bo'lib qolmoqda elementar fermionlarning avlodlar sonini belgilovchi mezon. Kvark va leptonlarning xossalaridagi farqning birinchisida rang mavjudligi bilan bog'liqligi qanchalik fundamental ekanligi yoki bu farq faqat o'rganilayotgan energiya mintaqasiga xosmi, aniq emas. Bu savol bilan bog'liq jismoniy savol Buyuk birlashmaning tabiati, chunki uning formalizmida kvarklar va leptonlar o'xshash xususiyatlarga ega ob'ektlar sifatida qaraladi.

Turli xil "eks" ning mavjudligini tushunish muhimdir. kvark va leptonlarning kvant soni ( B, L, I, S, C, b va hokazo) mikrodunyoning murakkabroq geometriyasiga, biz o'rganib qolgan to'rt o'lchovli makroskopik geometriyadan ko'ra ko'proq o'lchamlarga mos keladi. fazo-vaqt. Bu savol bilan chambarchas bog'liq - bu maksimal nima. simmetriya guruhi G, E. h.ning o'zaro ta'sirini qondiradigan va o'rganilayotgan energiya mintaqasida o'zini namoyon qiladigan simmetriya guruhlari kiritilgan. Bu savolga javob E. h.ning oʻzaro taʼsirini tashuvchilarning chegaralangan sonini aniqlashga va ularning xossalarini oydinlashtirishga yordam beradi. Bu maksimal bo'lishi mumkin. Guruh G aslida ma'lum bir ko'p o'lchovli makonning simmetriya xususiyatlarini aks ettiradi. Bu g'oyalar doirasi nazariyada o'ziga xos aksini topdi superstrings, ular to'rtdan ortiq o'lchamli bo'shliqlarda (odatda 10 o'lchovli bo'shliqda) oddiy satrlarning analoglari. Superstring nazariyasi E. h.ni dekompsiyaga mos keladigan supertorlarning o'ziga xos qo'zg'alishlarining namoyon bo'lishi sifatida izohlaydi. orqa tomonlar. Qo'shimcha (to'rtdan ortiq) o'lchovlar kuzatuvlarda o'zini namoyon qilmaydi, deb ishoniladi. ixchamlashtirish, ya'ni ~10 -33 sm xarakterli o'lchamlarga ega bo'lgan yopiq pastki bo'shliqlarni shakllantirish Ext. Ushbu kichik bo'shliqlar mavjudligining namoyon bo'lishi kuzatilgan "eks" dir. Elektrokimyoviy kristallarning kvant raqamlari. Superstrings tushunchasi bilan bog'liq bo'lgan elektr o'ta simlarning xossalarini talqin qilishga yondashuvning to'g'riligini tasdiqlovchi ma'lumotlar hozircha mavjud emas.

Yuqoridagilardan ko'rinib turibdiki, ideal holda, elektron zarrachalarning to'liq nazariyasi asosiy sifatida tanlangan ma'lum zarralar to'plamining o'zaro ta'sirini to'g'ri ta'riflabgina qolmay, balki ushbu zarrachalarning sonini, ularning kvantini qanday omillar aniqlashini tushuntirishni ham o'z ichiga olishi kerak. raqamlar, o'zaro ta'sir konstantalari, ularning massalari qiymatlari va boshqalar. Eng ko'p tanlash sabablari. keng simmetriya guruhi G va shu bilan birga, biz quyi energiyalarga o'tayotganda simmetriyaning buzilishiga olib keladigan mexanizmlarning tabiati. Shu munosabat bilan Xiggs bozonlarining E.Ch fizikasidagi rolini oydinlashtirish katta ahamiyatga ega. Modellar, to-javdar zamonaviy taklif etadi. E. h. nazariyasi hali ham sanab o'tilgan barcha mezonlarni qondirishdan uzoqdir.

EK o'zaro ta'sirlarining tavsifi, yuqorida aytib o'tilganidek, o'lchov maydoni nazariyalari bilan bog'liq. Bu nazariyalar rivojlangan matga ega. apparatlar, to-ry E.ch bilan jarayonlarning hisob-kitoblarini amalga oshirish imkonini beradi. kvant elektrodinamikadagi kabi qattiqlik darajasida. Biroq, o'lchovli maydon nazariyalari apparatida, uning zamonaviyligida so'z, bir borliq bor. kvant elektrodinamikasiga xos bo'lgan kamchilik - hisob-kitoblar jarayonida unda ma'nosiz cheksiz katta ifodalar paydo bo'ladi. Maxsus yordami bilan kuzatilgan miqdorlarni qayta aniqlash usuli (massalar va o'zaro ta'sir konstantalari) - - yakunlardan cheksizliklarni yo'q qilish mumkin. hisoblash natijalari. Biroq, renormalizatsiya protsedurasi nazariya apparatida mavjud bo'lgan qiyinchilikni rasmiy ravishda chetlab o'tishdir, bu aniqlik darajasida nazariyaning bashoratlari va o'lchovlari o'rtasidagi kelishuv darajasiga ta'sir qilishi mumkin.

Hisob-kitoblarda cheksizliklarning paydo bo'lishi o'zaro ta'sirlarning Lagranjlarida turli zarrachalar maydonlarining bir nuqtaga yo'naltirilganligi bilan bog'liq. x, ya'ni, zarralar nuqtasimon bo'lib, to'rt o'lchovli fazo-vaqt eng kichik masofalargacha tekis bo'lib qoladi deb taxmin qilinadi. Aslida, bu taxminlar, aftidan, bir necha kishi uchun noto'g'ri. sabablari:

a) haqiqatan ham E. h., cheklangan massa tashuvchilari sifatida, agar biz materiyaning cheksiz zichligidan qochmoqchi bo'lsak, juda kichik bo'lsa-da, lekin cheklangan o'lchamlarni belgilash tabiiydir;

b) fazo-vaqtning kichik masofalardagi xususiyatlari, ehtimol, uning makroskopik xususiyatlaridan tubdan farq qiladi. xususiyatlar (odatda deyiladi ma'lum bir xarakterli masofadan boshlab asosiy uzunlik);

c) eng kichik masofalarda (~ 10 -33 sm) geoma o'zgarishi ta'sir qiladi. kvant tortishish kuchi ta'sirida fazo-vaqtning xossalari. effektlar (metrikaning o'zgarishi; qarang tortishishning kvant nazariyasi).

Ehtimol, bu sabablar chambarchas bog'liqdir. Demak, bu tortishishning hisobi. effektlar maks. tabiiyki, haqiqiy E.ch. oʻlchamlariga olib keladi. taxminan 10 -33 sm, va mablag'lar. uzunligi aslida deb atalmish bilan mos kelishi mumkin. Plank uzunligi l Pl \u003d 10 -33 sm, bu erda x- tortishish kuchi doimiy (M. Markov, 1966). Ushbu sabablarning har biri nazariyani o'zgartirishga va cheksizliklarni yo'q qilishga olib kelishi kerak, garchi bu modifikatsiyani amaliy amalga oshirish juda qiyin bo'lishi mumkin.

Gravitatsiya ta'sirini izchil hisobga olishning qiziqarli imkoniyatlaridan biri supersimmetriya g'oyalarini tortishish kuchiga kengaytirish bilan bog'liq. o'zaro ta'sir (nazariya supergravitatsiya, ayniqsa kengaytirilgan supergravitatsiya). Og'irlikni birgalikda hisobga olish. va boshqa turdagi o'zaro ta'sirlar nazariyada divergent ifodalar sonining sezilarli kamayishiga olib keladi, ammo o'ta tortishish hisob-kitoblardagi farqlarni to'liq bartaraf etishga olib keladimi yoki yo'qmi, qat'iy isbotlanmagan.

Shunday qilib, Buyuk birlashish g'oyalarining mantiqiy xulosasi, ehtimol, E. h.ning o'zaro ta'sirini ko'rib chiqishning umumiy sxemasiga gravitatsiyaviy ta'sir ko'rsatishning kiritilishi bo'ladi. eng kichik masofalarda asosiy bo'lib chiqishi mumkinligini hisobga olgan holda o'zaro ta'sirlar. Naib o'zaro ta'sirlarning barcha turlarini bir vaqtning o'zida ko'rib chiqish asosida. E. h ning kelajakdagi nazariyasi yaratilishini kutish mumkin.

Lit.: Elementar zarralar va kompensatsion maydonlar. Shanba. st., trans. ingliz tilidan, M., 1964; Kokkede Ya., Kvarklar nazariyasi, trans. ingliz tilidan, M.. 1971; Markov M. A., Moddaning tabiati haqida, M., 1976; Gle-shou Sh., Rang va lazzat bilan kvarklar, trans. Ingliz tilidan UFN, 1976, v. 119, c. 4, p. 715; Bernshteyn, J., Spontan simmetriya buzilishi, o'lchov nazariyalari, Xiggs mexanizmi va boshqalar. Shanba. st., trans. ingliz tilidan, M., 1977 (Fundamental Physics yangiliklari, v. 8); Bogolyubov H. X., Shirkov D. V., Kvant maydonlari, 2-nashr, M., 1993; Okun L. B., Leptonlar va Kvarklar, 2-nashr, M., 1990 yil.

- tarkibiy qismlarga bo'linmaydigan moddiy ob'ektlar. Ushbu ta'rifga muvofiq, elementar zarralar tarkibiga tarkibiy qismlarga bo'linadigan molekulalar, atomlar va atom yadrolarini o'z ichiga olmaydi - atom yadroga va orbital elektronlarga, yadro - nuklonlarga bo'linadi. Shu bilan birga, kichikroq va asosiy zarrachalar - kvarklardan tashkil topgan nuklonlarni bu kvarklarga bo'lish mumkin emas. Shuning uchun nuklonlar elementar zarralar sifatida tasniflanadi. Nuklon va boshqa adronlar ancha fundamental zarralar - kvarklardan tashkil topgan murakkab ichki tuzilishga ega ekanligini hisobga olsak, adronlarni elementar zarrachalar emas, balki oddiy zarrachalar deb atash maqsadga muvofiqdir.
Zarrachalar atom yadrolaridan kichikroqdir. Yadrolarning o'lchamlari 10 -13 − 10 -12 sm.Yirik zarrachalar (shu jumladan nuklonlar) kvarklardan (ikki yoki uchta) iborat bo'lib, ular adronlar deyiladi. Ularning o'lchamlari ≈ 10 -13 sm.Shuningdek, strukturasiz (hozirgi bilim darajasida) nuqtasimon (< 10 -17 см) частицы, которые называют фундаментальными. Это кварки, лептоны, фотон и некоторые другие. Всего известно несколько сот частиц. Это в подавляющем большинстве адроны.

1-jadval

Asosiy zarralar - 6 kvark va 6 lepton (1-jadval), ularning spini 1/2 (bu asosiy fermionlar) va spini 1 bo'lgan bir nechta zarralar (glyuon, foton, W ± va Z bozonlari), shuningdek graviton ( spin 2), fundamental bozonlar deb ataladi (2-jadval). Fundamental fermionlar har birida 2 ta kvark va 2 ta lepton boʻlgan uchta guruhga (avlodlarga) boʻlinadi. Barcha kuzatiladigan moddalar birinchi avlod zarralaridan iborat (kvarklar u, d, elektron e -): nuklonlar u va d kvarklardan, yadrolar nuklonlardan iborat. Orbitalarida elektronlar joylashgan yadrolar atomlarni hosil qiladi va hokazo.

jadval 2

Asosiy bozonlarning roli shundaki, ular o'zaro ta'sirlarning "tashuvchisi" bo'lgan zarralar orasidagi o'zaro ta'sirni amalga oshiradilar. Turli o'zaro ta'sirlar jarayonida zarralar asosiy bozonlarni almashtiradilar. Zarrachalar to'rtta asosiy o'zaro ta'sirda ishtirok etadilar - kuchli (1), elektromagnit (10 -2), zaif (10 -6) va tortishish (10 -38). Qavslar ichidagi raqamlar 1 GeV dan past bo'lgan energiya diapazonidagi har bir o'zaro ta'sirning nisbiy kuchini tavsiflaydi. Kvarklar (va adronlar) barcha o'zaro ta'sirlarda ishtirok etadilar. Leptonlar kuchli o'zaro ta'sirda qatnashmaydi. Kuchli o'zaro ta'sirning tashuvchisi glyuon (8 xil), elektromagnit - foton, zaif - W ± va Z bozonlari, tortishish - graviton.
Erkin holatdagi zarrachalarning katta qismi beqaror; ajraladi. Zarrachalarning xarakterli ishlash muddati 10 -24 –10 -6 sek. Erkin neytronning umri taxminan 900 sek. Elektron, foton, elektron neytrino va ehtimol proton (va ularning antizarralari) barqarordir.
Zarrachalarni nazariy tavsiflashning asosini kvant maydon nazariyasi tashkil etadi. Elektromagnit o'zaro ta'sirlarni tavsiflash uchun kvant elektrodinamika (QED) qo'llaniladi, kuchsiz va elektromagnit o'zaro ta'sirlar birlashtirilgan nazariya - elektrozaif model (ESM) va kuchli o'zaro ta'sir - kvant xromodinamikasi (QCD) bilan birgalikda tavsiflanadi. Kvarklar va leptonlarning kuchli, elektromagnit va kuchsiz o'zaro ta'sirini birgalikda tavsiflovchi QCD va ESM standart model deb nomlangan nazariy asosni tashkil qiladi.