Elementar zarralar bu atamaning aniq ma'nosida, birlamchi, keyingi ajralmaydigan zarralar, ular, taxmin bo'yicha, barcha moddalardan iborat. Zamonaviy fizikada bu atama o'zining aniq ma'nosida qo'llanilmaydi, lekin unchalik qat'iy emas - materiyaning eng kichik zarrachalarining katta guruhini ular atomlar yoki atom yadrolari bo'lmasligi sharti bilan nomlash uchun (proton bundan mustasno). Elementar zarralar materiyaning o'ziga xos kvantlari, aniqrog'i - tegishli fizik maydonlarning kvantlari.

Barcha elementar zarralarning eng muhim kvant xususiyati boshqa zarralar bilan oʻzaro taʼsirlashganda tugʻilish va yoʻq boʻlish (chiqishi va yutilishi) qobiliyatidir. Bu jihatdan ular fotonlarga butunlay o'xshashdir. Elementar zarrachalar bilan sodir bo'lgan barcha jarayonlar ularning so'rilishi va emissiyasi ketma-ketligi orqali amalga oshiriladi. Faqat shu asosda, masalan, tug'ilish jarayonini tushunish mumkin p+-ikki protonning to'qnashuvidagi mezon ( p + p ® p + n + p +) yoki elektron va pozitronning yo'q bo'lib ketish jarayoni, yo'qolgan zarralar o'rniga ikkita g-kvanta paydo bo'lganda: e + + e -® g + g. Zarrachalarning elastik sochilishi jarayonlari, masalan, e - + p® e - + p, boshlang'ich zarrachalarni yutish va yakuniy zarrachalarni ishlab chiqarish bilan ham bog'liq. Stabil bo'lmagan elementar 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. Bu jihatdan elementar zarrachalarning yemirilishi qo`zg`algan atomning asosiy holatga va fotonga parchalanishiga o`xshaydi. Elementar zarrachalarning parchalanishiga misol bo'lishi mumkin: umumiy soni ma'lum elementar zarralar (antizarralar bilan birga) 400 ga yaqinlashadi. Alohida elementar zarralarning xususiyatlarini tavsiflash uchun butun bir qator jismoniy miqdorlar, ularning qiymatlari farqlanadi. Ular orasida eng mashhurlari massa, o'rtacha umr, spin, elektr zaryadi, magnit moment.

Og'irligi va o'lchamlari. Barcha elementar zarralar juda kichik massa va o'lchamdagi ob'ektlardir. Ularning ko'pchiligi uchun massalar proton massasining kattaligi tartibida bo'lib, 1,6 10 -27 kg ga teng (faqat elektronning massasi sezilarli darajada kichik: 9,1,10 -31 kg). Proton, neytron, p-mezonning kattaliklari bo'yicha tajriba asosida aniqlangan o'lchamlari 10 -15 m. Elektron va muonning o'lchamlarini aniqlab bo'lmadi, faqat ular 10 -17 dan kichik ekanligi ma'lum. m. Elementar zarrachalarning mikroskopik massalari va o'lchamlari ularning xatti-harakatlarining kvant o'ziga xosligini aniqlaydi. Elementar zarrachalarga tegishli bo'lishi kerak bo'lgan xarakterli to'lqin uzunliklari kvant nazariyasi (), qayerda - Plank doimiysi, t - zarracha massasi, Bilan yorug'lik tezligi), kattaliklari bo'yicha ularning o'zaro ta'siri sodir bo'ladigan odatiy o'lchamlarga yaqin (masalan, p-mezon uchun). » 1,4 10 -15 m ). Bu esa, elementar zarrachalarning xatti-harakatlarida kvant qonuniyatlarining hal qiluvchi ahamiyatga ega ekanligiga olib keladi. Elementar zarrachalarning massasi Eynshteyn munosabatlariga muvofiq energiya birliklarida (MeV yoki GeV) ifodalanadi. W \u003d tc 2. Boshqacha qilib aytganda, jadvallar aslida massani ko'rsatmaydi t zarralar va ularning dam olish energiyasi W0. Bu elementar zarrachalar o'zaro konversiyalari jarayonlari uchun energiya balansi tenglamalarini tuzishda qulaydir. Ayrim zarrachalarning massalarini ko'rsatamiz:

m g= 0, men= 0,51 MeV, m p= 938,3 MeV, m n= 939,6 MeV.

Hozirgi vaqtda ma'lum bo'lgan elementar zarralarning eng og'irligi (oraliq bozon) protondan deyarli 100 marta kattaroqdir.

O'rtacha umr ko'rish vaqti elementar zarracha t zarracha barqarorligining o'lchovi bo'lib xizmat qiladi va soniyalarda ifodalanadi. Elementar zarrachalar fizikasida yarim yemirilish davri T 1/2 ishlatilmaydi va rezonanslarning barqarorligi o'lchovi sifatida energiya birliklarida ifodalangan G~ kengligi olinadi.

Yaroqlilik muddatiga qarab, elementar zarralar bo'linadi barqaror, yarim barqaror va beqaror(rezonanslar). Elektron (t>5,1031 yil), proton (t>1030 yil), foton va neytrino zamonaviy o'lchovlar aniqligida barqarordir. Kvazibarqaror zarralarga elektromagnit va kuchsiz oʻzaro taʼsirlar natijasida parchalanadigan zarrachalar kiradi. Ularning umri >10-20 sek. Neytron kvazbarqaror zarra boʻlib, uning oʻrtacha umrining oxirgi eksperimental qiymati (1986 yil) (898 ± 16) s. O'rtacha umr ko'rish muddati 10 -6 , 10 -8 , 10 -10 , 10 -13 s bo'lgan zarrachalar guruhlari mavjud. Rezonans deb ataladigan eng qisqa muddatli zarralar uchun t ~ 10 -24 -10 -23 s. Jadvallardagi beqaror zarralar uchun umr ko'rish muddati bilan bir qatorda parchalanish turlari ham ko'rsatilgan.

Spin- zarrachaning ichki burchak momenti, ya'ni uning dam olish ramkasidagi burchak momenti. Spinning klassik analogi yo'q, chunki elementar zarrachani aylanuvchi to'p sifatida tasavvur qilib bo'lmaydi. Odatda, spin J birliklarda ifodalanadi va faqat butun va yarim butun qiymatlarni oladi. Spinli zarracha J proyeksiya qiymatlari bilan farq qiluvchi 2J + 1 spin holatiga ega Jz,-J ga teng bo'lishi mumkin, ( -J+ 1),0, .., (J- 1), J. elektron, proton, neytron va neytrino uchun J = 1/2, foton uchun J= 1. Spinlari 0 dan (koʻp mezon) 6 gacha boʻlgan (1983-yilda Serpuxov tezlatgichida mezon rezonansi topilgan) zarrachalar maʼlum.Elementar zarrachaning spini uning eng muhim belgilaridan biridir. Spinning qiymati aniq emas

berilgan zarracha bo'ysunadigan statistik turini aniqlaydi. Butun spinli barcha zarralar bozonlar (Bose-Eynshteyn statistikasi), yarim butun spinli barcha zarralar fermionlardir (Fermi-Dirak statistikasi), ular uchun Pauli printsipi amal qiladi. Masalan, elektronlar fermionlar, fotonlar esa bozonlardir.

Elektr zaryadi elementar zarracha q - zarrachaning ishtirok etish qobiliyatini tavsiflovchi jismoniy miqdor elektromagnit o'zaro ta'sir, elementar zaryad birliklarida ifodalangan e= 1.6. 10-19 S.

Erkin holatda mavjud bo'lgan barcha zarralar uchun u butun son qiymatlarini oladi - odatda 0 va ±1, ba'zi rezonanslar uchun ±2. Elektr zaryadini kvantlashning bu qoidasi katta aniqlik bilan amalga oshiriladi.

Elementar zarrachalar mikrodunyoning asosiy strukturaviy elementlari hisoblanadi. Elementar zarralar bo'lishi mumkin tarkibiy qismi(proton, neytron) va kompozit bo'lmagan(elektron, neytrino, foton). Hozirgacha 400 dan ortiq zarrachalar va ularning antizarralari topilgan. Ba'zi elementar zarralar g'ayrioddiy xususiyatlarga ega. Shunday qilib, uzoq vaqt davomida neytrino zarrachasining tinch massasi yo'qligiga ishonishgan. 30-yillarda. 20-asr beta-emirilishni o'rganishda radioaktiv yadrolar chiqaradigan elektronlarning energiya taqsimoti doimiy ravishda sodir bo'lishi aniqlandi. Bundan kelib chiqadiki, yo energiyaning saqlanish qonuni bajarilmaydi, yoki elektronlardan tashqari, energiyaning bir qismini olib ketadigan nol tinch massali fotonlarga o'xshash, aniqlash qiyin bo'lgan zarralar chiqariladi. Olimlar bu neytrino ekanligini taxmin qilishdi. Biroq, neytrinolarni eksperimental ro'yxatga olish faqat 1956 yilda ulkan er osti inshootlarida mumkin edi. Ushbu zarrachalarni ro'yxatga olishning qiyinligi shundaki, neytrino zarrachalarini tutib olish ularning yuqori penetratsion kuchi tufayli juda kam uchraydi. Tajribalar davomida neytrinoning qolgan massasi noldan unchalik farq qilmasa ham, nolga teng emasligi aniqlandi. Antipartikullar ham qiziqarli xususiyatlarga ega. Ular o'zlarining egizak zarralari kabi ko'plab bir xil xususiyatlarga ega (massa, spin, 1 umr va boshqalar), lekin ulardan elektr zaryad belgilari yoki boshqa xususiyatlar bilan farqlanadi.

1928 yilda P. Dirak elektronning antizarrasi - pozitronning mavjudligini bashorat qildi, u 4 yildan keyin K. Anderson tomonidan kosmik nurlarning bir qismi sifatida kashf qilindi. Elektron va pozitron egizak zarralarning yagona juftligi emas, neytral zarralardan tashqari barcha elementar zarralar o'zlarining antizarralariga ega. Zarra va antizarra to'qnashganda ular yo'q qilinadi (lat. yo'q qilish- hech narsaga aylanish) - elementar zarralar va antizarrachalarning soni va turi saqlanish qonunlari bilan belgilanadigan boshqa zarrachalarga aylanishi. Masalan, elektron-pozitron juftining annigilyatsiyasi natijasida fotonlar tug'iladi. Aniqlangan elementar zarralar soni vaqt o'tishi bilan ortadi. Shu bilan birga, asosiy zarralarni qidirish davom etmoqda, ular ma'lum zarralarni qurish uchun kompozit "qurilish bloklari" bo'lishi mumkin. Kvarklar deb ataladigan bunday turdagi zarralarning mavjudligi haqidagi gipoteza 1964 yilda ilgari surilgan. Amerikalik fizik M. Gell-Man (1969 yil Nobel mukofoti).

Elementar zarralar ko'p sonli xususiyatlarga ega. Kvarklarning ajralib turadigan xususiyatlaridan biri shundaki, ular kasr elektr zaryadlariga ega. Kvarklar bir-biri bilan juftlik va uchlik holda birikishi mumkin. Uch kvarkning birlashuvi hosil bo'ladi barionlar(protonlar va neytronlar). Erkin holatda kvarklar kuzatilmadi. Biroq, kvark modeli ko'plab elementar zarrachalarning kvant sonlarini aniqlash imkonini berdi.

Elementar zarralar quyidagi belgilariga ko'ra tasniflanadi: zarracha massasi, elektr zaryadi, elementar zarrachalar ishtirok etadigan fizik o'zaro ta'sir turi, zarrachaning ishlash muddati, spin va boshqalar.

Zarrachaning dam olish massasiga qarab (uning massasi bo'lgan barcha zarralar ichida eng engili hisoblanadigan elektronning tinch massasiga nisbatan aniqlanadigan tinch massasi) ular quyidagilarga ajratadilar:

♦ fotonlar (gr. fotosuratlar- tinch massaga ega bo'lmagan va yorug'lik tezligida harakatlanadigan zarralar);

♦ leptonlar (gr. leptos– yorug‘lik) – yorug‘lik zarralari (elektron va neytrino);

♦ mezonlar (gr. mezos- o'rta) - elektronning massasi bir dan mingtagacha bo'lgan o'rta zarralar (pi-mezon, ka-mezon va boshqalar);

♦ barionlar (gr. barys- og'ir) - elektronning massasi mingdan ortiq bo'lgan og'ir zarralar (protonlar, neytronlar va boshqalar).

Elektr zaryadiga qarab quyidagilar mavjud:

♦ manfiy zaryadli zarralar (masalan, elektronlar);

♦ musbat zaryadli zarralar (masalan, proton, pozitronlar);

♦ nol zaryadli zarralar (masalan, neytrinolar).

Kasr zaryadli zarralar mavjud - kvarklar. Zarrachalar ishtirok etadigan asosiy o'zaro ta'sir turini hisobga olgan holda, ular orasida:

♦ adronlar (gr. adros- katta, kuchli), elektromagnit, kuchli va zaif o'zaro ta'sirda ishtirok etish;

♦ faqat elektromagnit va kuchsiz o'zaro ta'sirlarda ishtirok etuvchi leptonlar;

♦ zarralar - o'zaro ta'sir tashuvchilar (fotonlar - elektromagnit o'zaro ta'sir tashuvchilar; gravitonlar - tortishish o'zaro ta'siri; glyuonlar - kuchli o'zaro ta'sir tashuvchilar; oraliq vektor bozonlar - zaif o'zaro ta'sir tashuvchilar).

Yaroqlilik muddatiga ko'ra zarrachalar barqaror, kvazbarqaror va beqarorlarga bo'linadi. Aksariyat elementar zarralar beqaror, ularning ishlash muddati 10 -10 -10 -24 s. Barqaror zarralar uzoq vaqt davomida parchalanmaydi. Ular cheksizlikdan 10-10 s gacha bo'lishi mumkin. Foton, neytrino, proton va elektron barqaror zarralar hisoblanadi. Kvazibarqaror zarralar elektromagnit va zaif o'zaro ta'sir natijasida parchalanadi, aks holda ular rezonans deb ataladi. Ularning umri 10 -24 -10 -26 s.

Olimlar yadroviy jarayonlarni o'rganishda kashf etdilar, shuning uchun 20-asrning o'rtalariga qadar elementar zarralar fizikasi yadro fizikasining bo'limi edi. Hozirgi vaqtda fizikaning ushbu bo'limlari bir-biriga yaqin, ammo mustaqil bo'lib, ko'rib chiqilayotgan ko'plab muammolar va qo'llaniladigan tadqiqot usullarining umumiyligi bilan birlashtirilgan. Elementar zarralar fizikasining asosiy vazifasi elementar zarrachalarning tabiati, xossalari va oʻzaro oʻzgarishlarini oʻrganishdir.

Hozirgi vaqtda 400 ga yaqin subyadroviy zarrachalar ma'lum bo'lib, ular odatda elementar deb ataladi. Bu zarralarning katta qismi beqaror . Faqatgina istisnolar - foton, elektron, proton va neytrino. Boshqa barcha zarralar ma'lum vaqt oralig'ida sodir bo'ladi o'z-o'zidan boshqa zarrachalarga aylanishi. Beqaror elementar zarralar hayot davomida bir-biridan keskin farq qiladi. Eng uzoq umr ko'radigan zarracha neytrondir. Neytronning umri taxminan 15 minut. Boshqa zarralar ancha qisqa vaqt davomida "yashaydi". Masalan, m mezonning oʻrtacha umri 2,2∙10 -6 s, neytral p mezonniki esa 0,87∙10 -16 s. Ko'pgina massiv zarralar - giperonlar - o'rtacha umr ko'rish muddati 10-10 soniya.

Hayot muddati 10-17 s dan ortiq bo'lgan bir necha o'nlab zarrachalar mavjud. Mikrokosmosning miqyosi nuqtai nazaridan bu muhim vaqt. Bunday zarralar deyiladi nisbatan barqaror . Ko'pchilik qisqa umr elementar zarralarning umri 10–22–10–23 s.

O'zaro o'zgarishlar qobiliyati barcha elementar zarralarning eng muhim xususiyatidir. Ular tug'ilish va yo'q bo'lishga qodir (chiqarish va so'riladi). Bu barqaror zarrachalarga ham taalluqlidir, yagona farq shundaki, barqaror zarrachalarning o'zgarishi o'z-o'zidan emas, balki boshqa zarralar bilan o'zaro ta'sirlashganda sodir bo'ladi. Bunga misol bo'lardi yo'q qilish (ya'ni yo'qolishi ) elektron va pozitronning yuqori energiyali fotonlar ishlab chiqarilishi bilan birga. Teskari jarayon ham sodir bo'lishi mumkin. tug'ilish elektron-pozitron juftligi, masalan, etarli darajada yuqori energiyali foton yadro bilan to'qnashganda. Pozitron elektron uchun bo'lgani kabi, protonda ham shunday xavfli egizak mavjud. U deyiladi antiproton . Antiprotonning elektr zaryadi manfiy. Hozirda antizarralar barcha zarrachalarda uchraydi. Antipartikullar zarrachalarga qarama-qarshidir, chunki har qanday zarracha o'zining antizarrasi bilan uchrashganda, ular yo'q bo'lib ketadi, ya'ni ikkala zarracha ham nurlanish kvantlariga yoki boshqa zarrachalarga aylanadi.

Hatto neytron ham antizarraga ega. Neytron va antineytron faqat magnit momenti va barion zaryadi deb ataladigan belgilarda farqlanadi. Atomlar mavjud bo'lishi mumkinmi? antimodda , ularning yadrolari antinuklonlardan, qobiqlari esa pozitronlardan tashkil topgan. Antimateriyaning modda bilan annigilyatsiyasi vaqtida qolgan energiya nurlanish kvantlarining energiyasiga aylanadi. Bu yadro va termoyadro reaktsiyalarida ajralib chiqadigan energiyadan ancha katta energiya.

Bugungi kunga qadar ma'lum bo'lgan turli xil elementar zarralarda ko'proq yoki kamroq uyg'un tasniflash tizimi topilgan.

Elementar zarralar uch guruhga birlashtirilgan: fotonlar , leptonlar va hadronlar.

Guruhga fotonlar yagona zarracha elektromagnit ta'sirning tashuvchisi bo'lgan fotondir.

Keyingi guruh engil zarrachalardan iborat - leptonlar . Bu guruhga ikki turdagi neytrinolar (elektron va muon), elektron va m-mezon kiradi. Leptonlar shuningdek, jadvalda ko'rsatilmagan bir qator zarralarni o'z ichiga oladi. Barcha leptonlar 1/2 spinga ega.

Uchinchi katta guruh deb ataladigan og'ir zarralardan iborat hadronlar . Bu guruh ikki qismga bo'lingan. Yengilroq zarralar kichik guruh hosil qiladi mezonlar . Ulardan eng yengili musbat va manfiy zaryadlangan, shuningdek massalari 250 elektron massaga teng neytral p-mezonlardir. Pionlar yadro maydonining kvantlari, xuddi fotonlar ham kvantlar elektromagnit maydon. Ushbu kichik guruhga to'rtta K mezon va bitta ē 0 mezon kiradi. Barcha mezonlarning spini nolga teng.

Ikkinchi kichik guruh barionlar - og'irroq zarralarni o'z ichiga oladi. Bu eng keng qamrovli. Barionlarning eng yengili nuklonlar - proton va neytronlardir. Ulardan keyin giperonlar deb ataladi. Jadvalni yopadi omega-minus-giperon, 1964 yilda kashf etilgan. Bu 3273 elektron massasi bo'lgan og'ir zarracha. Barcha barionlar 1/2 spinga ega.

Topilgan va yangi kashf etilgan adronlarning ko'pligi olimlarni ularning barchasi boshqa fundamental zarralardan qurilgan degan fikrga olib keldi. 1964 yilda amerikalik fizik M. Gell-Man keyingi tadqiqotlar bilan tasdiqlangan farazni ilgari surdi, barcha og'ir zarralar - adronlar - deb nomlangan yanada fundamental zarrachalardan qurilgan. kvarklar . Kvark gipotezasiga asoslanib, nafaqat ma'lum bo'lgan adronlarning tuzilishi tushunilgan, balki yangilarining mavjudligi ham bashorat qilingan. Gell-Mann nazariyasi uchta kvark va uchta antikvark mavjudligini taxmin qildi, ular bir-biri bilan turli xil kombinatsiyalarda birlashadilar. Shunday qilib, har bir barion uchta kvarkdan, antibarion esa uchta antikvarkdan iborat. Mezonlar kvark-antikvark juftlaridan tashkil topgan.

Kvark gipotezasini qabul qilish bilan elementar zarralarning kogerent tizimini yaratish mumkin bo'ldi. Biroq, bu faraziy zarralarning bashorat qilingan xususiyatlari juda kutilmagan bo'lib chiqdi. Kvarklarning elektr zaryadi elementar zaryadning 2/3 va 1/3 qismiga teng kasr sonlarida ifodalanishi kerak.

Model interaktiv jadval shaklida yaratilgan. Foydalanuvchi ko'rib chiqilayotgan guruhni (zarralar yoki antizarralar) va jadvallarda ko'rsatilgan ma'lumotlarni (zaryad, spin, kashfiyot yili) tanlashi mumkin.

Shu paytgacha faqat elektron e proton p neytron n va foton kabi zarrachalar barqaror yoki kvazbarqaror, ya'ni ular cheksiz yoki etarlicha uzoq vaqt mavjud bo'lgan deb hisoblangan. Biroq, tezlatgichlarda olingan elementar zarralarning katta qismi barqaror emas, ya'ni ular parchalanib, oxir-oqibat barqaror zarrachalarga aylanadi. Zarrachaning massasi yadro fizikasi Eynshteyn qonuniga asoslanib, massa va energiya o'rtasidagi munosabatlar E = mc2 bo'lgan energiya birliklarida ifodalash odatiy holdir.

Agar ushbu ish sizga mos kelmasa, sahifaning pastki qismida shunga o'xshash ishlar ro'yxati mavjud. Qidiruv tugmasidan ham foydalanishingiz mumkin

14-MA'RUZA

INSON ZARRALAR VA ULARNING XUSUSIYATLARI

Hozirgi vaqtda 400 ga yaqin elementar zarrachalar ma'lum. Hozirgacha faqat elektron kabi zarralar ko'rib chiqilgan. e, proton p, neytron n va foton, ular barqaror yoki kvazbarqaror, ya'ni ular cheksiz yoki etarlicha uzoq vaqt davomida mavjud. Biroq, tezlatgichlarda hosil bo'lgan elementar zarralarning katta qismi barqaror emas, ya'ni ular parchalanib, oxir-oqibat barqaror zarrachalarga aylanadi.

Zarrachalarni tavsiflash uchun ularni bir-biridan ajratib turuvchi bir qancha fizik miqdorlar kiritiladi: massa, o'rtacha ishlash muddati, elektr zaryadi, spin va boshqalar.

Zarracha massasi Yadro fizikasida massa va energiya o'rtasidagi munosabatlarning Eynshteyn qonuniga asoslangan energiya birliklarida ifodalash odatiy holdir. E \u003d mc 2 . O'lchov birligi elektron volt (1 eV = 1,6 10–19 J); amalda millionlab elektron volt - MeV (1 MeV = 10 6 eV) va gigaelektronvolt - GeV (1 GeV = 10 9 eV). Shunday qilib, elektronning massasi men = 0,51 MeV, proton - m p = 938,3 MeV, neytron - 939,6 MeV, foton massasi nolga teng.

O'rtacha umr ko'rish vaqti zarracha barqarorligining o'lchovidir va soniyalarda ifodalanadi.

Bizga ma'lum bo'lgan zarralar: elektron, proton va foton mutlaqo barqaror ( =  ), erkin holatdagi neytron kvazbarqaror, uning ishlash muddati ≈898 s.

Spin - zarrachaning ichki burchak momenti. Spin birliklarda ifodalanadi h / 2  va faqat butun va yarim butun qiymatlarni qabul qiladi. Shunday qilib, elektron, proton va neytron uchun spin foton uchun tengdir - Bu klassik fizikada o'xshash bo'lmagan elementar zarralarning eng muhim xususiyati.

Elektr zaryadizarrachaning elektromagnit o'zaro ta'sirlarda ishtirok etish qobiliyatini tavsiflaydi va bu qiymat bizga elektrostatikadan yaxshi ma'lum.

O'z magnit momentizarracha zarrachaning tashqi magnit maydon bilan o'zaro ta'sirini tavsiflaydi.

Ma'lum bo'lishicha, bu xususiyatlar elementar zarrachalarning xatti-harakatlarini tavsiflash uchun etarli emas va yangi xususiyatlar kiritilgan:g'alatilik, jozibasi, jozibasi, rangi, xushbo'yligiva boshqalar bilan tavsiflanadi kvant raqamlari. Albatta, yuqoridagi nomlar bu so'zlarning odatiy ma'nosi bilan hech qanday aloqasi yo'q, lekin zarrachalarning maxsus xususiyatlarini aks ettiradi.

ASOSIY O'ARO ALOQALAR

Hozirgi vaqtda fizikada fundamental o'zaro ta'sirlarning to'rt turi ajratiladi: kuchli, elektromagnit, kuchsiz va tortishish.

Kuchli shovqinlarga ( S - kuchli) birinchi navbatda yadro kuchlari, nuklonlarni yadroga birlashtiruvchi.

Elektromagnit o'zaro ta'sirda(E - elektromagnit ) faqat elektr zaryadlangan zarralar va fotonlar ishtirok etadi. Uning namoyon bo'lishidan biri atomlarning mavjudligini belgilovchi Kulon kuchlaridir. Bu moddaning makroskopik xususiyatlarining (ishqalanish kuchlari, elastik kuchlar va boshqalar) katta qismi uchun javob beradigan elektromagnit o'zaro ta'sirdir.

zaif o'zaro ta'sirlar ( W-hafta) beta-transformatsiyalarda namoyon bo'ladi atom yadrolari. Ko'pgina elementar zarralarning beqarorligiga olib keladi va fotonlardan tashqari barcha zarralar uchun xosdir.

Gravitatsion o'zaro ta'sir ( G - tortishish) kuchlar shaklida namoyon bo`ladi tortishish kuchi va barcha organlar uchun umumiydir. Gravitatsion o'zaro ta'sir juda zaif va mikrokosmosda muhim rol o'ynamaydi.

Fundamental o'zaro ta'sirlar bir qator xususiyatlarda farqlanadi, ular orasida birinchi navbatda o'zaro ta'sirning intensivligi (a) va ularning ta'sir qilish radiusini ta'kidlash kerak. R . Odatda, turli o'zaro ta'sirlarni solishtirish uchun ularning intensivligi nisbati ko'rib chiqiladi, bu taxminan taxminiy ma'noda o'zaro ta'sir energiyalarining nisbati sifatida aniqlanadi. Shartli ravishda kuchli o'zaro ta'sirning intensivligini birlik sifatida qabul qilish (a S = 1), boshqa o'zaro ta'sirlar uchun intensivlikning taxminiy qiymatlari: a E ≈ 10 –2 , a W ≈ 10 –10 , a G ≈ 10 –38 . Shunday qilib, mikrokosmosdagi eng qizg'in o'zaro ta'sir kuchli o'zaro ta'sir, eng kam intensivligi zaif, gravitatsiyaviy o'zaro ta'sir esa ahamiyatsiz.

O'zaro ta'sir radiusi R bu o'zaro ta'sir energiyasining zarralar orasidagi masofaga bog'liqligi bilan aniqlanadi. Kulon qonuni va universal tortishish qonuniga ko'ra, elektromagnit va tortishish kuchlari zarralar orasidagi masofaning kvadratiga teskari proportsionaldir, ya'ni bu kuchlar asta-sekin kamayadi. Shuning uchun ularning harakat radiusi cheksizlikka teng deb qabul qilinadi: R E = ∞ va R G = ∞. Kuchli va kuchsiz oʻzaro taʼsirlar energiyasi eksponensial qonun boʻyicha masofa bilan juda tez kamayadi va ular faqat kichik masofalarga taʼsir qiladi. Eksperimental tarzda aniqlanganidek, ularning diapazonlari R S ≈ 10-15 m va R W ≈ 10-18 m, ya'ni ular yadrolarning kattaligiga mos keladi va atom yadrosi ichida ishlaydi.

INSON ZARRALARNING TASNIFI

1. Zarrachalar va antizarralar. Barcha elementar zarralarni, birinchi navbatda, ikki sinfga bo'lish mumkin: zarralar va antizarralar. Har bir zarrachaning o'ziga xos antizarrasi bo'lib, ular quyidagi xossalari bilan tavsiflanadi: zarracha va antizarraning massasi, umri va spini bir xil, lekin boshqa xossalari, masalan, zaryad va magnit momenti belgisi qarama-qarshidir. Antipartikullar zarrachalar bilan bir xil belgilar bilan belgilanadi. Ularga faqat tepaga "tilde" deb ataladigan ~ belgisi qo'shiladi. Zarrachalar va antipartikullarga elektron va pozitron (musbat zaryadlangan elektron), proton misol bo'la oladi. p va antiproton Zarrachalar va antizarrachalarning muhim xususiyati shundaki, ular uchrashganda fotonlar yoki boshqa zarrachalar paydo bo'lishi bilan zarrachalarning yo'q qilinishi (yo'q qilinishi) sodir bo'ladi. Bu birinchi holatda materiya yo'q bo'lib ketadi degani emas; aslida bir turdagi materiyaning (zarraning) boshqasiga o'tishi mavjud ( elektromagnit nurlanish). Laboratoriya sharoitida antiproton va pozitrondan antiatom ham olingan. Yuqorida aytilganlarning barchasi, bizning oddiy materiyamizdan uzoqda, koinotning biron bir joyida "anti-dunyolar" mavjud bo'lishi mumkin degan fikrga olib keladi (bunday dunyo va anti-dunyoning uchrashuvi yo'q bo'lib ketishi tufayli ulkan kuchning portlashiga olib keladi. ). Barcha ma'lum elementar zarralar, jumladan, antizarralar uchta sinfga bo'linadi (1-rasm): adronlar, leptonlar va o'zaro ta'sirlarni o'tkazish uchun mas'ul bo'lgan zarralar.

Guruch. bitta

2. Adronlar kuchli (yadroviy) oʻzaro taʼsirlarda ishtirok etuvchi elementar zarralardir. Ular elementar zarralarning eng katta sinfini tashkil qiladi: ularning soni 300 dan ortiq.Grekcha “hadros” soʻzi massiv, kuchli degan maʼnoni anglatadi. Ruscha so'z“yadro” ham shu so‘zdan kelib chiqqan. Adronlar og'ir zarralar bo'lib, ularni protonning qarindoshlari deb atash mumkin. Adronlar ikki sinfga bo'linadi: barionlar - va ga teng spinga ega bo'lgan zarralar mezonlar Spin bilan protonlar va neytronlar eng engil barionlardir, boshqa barionlar (giperonlar) massasi bo'yicha ulardan ustundir. Mezonlar - massasi elektron massasi va proton massasi o'rtasida oraliq bo'lgan zarralar.

3. Kvarklar . 60-yillarning o'rtalarida barcha adronlar asosiy zarrachalardan qurilgan degan gipoteza ilgari surildi. kvarklar . Hozirgi vaqtda kvarklarning olti turi borligiga ishonishadi, ularning xususiyatlari jadvalda keltirilgan. 1. Shuningdek, oltita antikvarklar mavjud. Barcha kvarklar teng spinga ega Qiziqarli xususiyat kvarklar - ular kasr elektr zaryadiga ega.

Turli xil kvarklarning kombinatsiyasidan foydalanib, har qanday ma'lum hadronni olishingiz mumkin. Masalan, proton ikkitadan iborat u -kvarklar va bitta d -kvark (sxematik ravishda, jadvaldagi kvark belgilaridan foydalangan holda: uud). Darhaqiqat, proton zaryadi: (2/3 + 2/3 - 1/3) e = +e . (Shuni esdan chiqarmaslik kerakki, zarrachaning boshqa barcha xususiyatlari ham xuddi shunday tekshiriladi: spin, magnit moment va boshqalar). Neytron ikkitadan iborat d -kvarklar va bitta u-kvark (ddu ). Boshqa barionlar va mezonlarning tuzilishini tushuntirish uchun og'irroq kvarklar ishtirok etadi.

41.1-jadval

Kvarklar nazariyasi paydo bo'lishi bilan fiziklar ularni tajriba yo'li bilan topishga harakat qilishdi. Biroq kasr zaryadli zarrachalarni topishga urinishlar muvaffaqiyatsiz tugadi. Hozirda bunga ishoniladiErkin kvarklar oddiygina mavjud emas.va shuning uchun eksperimental ravishda topib bo'lmaydi.

4. Leptonlar. Leptonlar - kuchli (yadroviy) o'zaro ta'sirlarda qatnashmaydigan, lekin elektromagnit va kuchsiz o'zaro ta'sirlarda ishtirok etadigan zarralar. Yunoncha "leptos" kichik, "kana" esa kichik tanga degan ma'noni anglatadi. Agar adronlar protonning "qarindoshlari" bo'lsa, leptonlar elektronning "qarindoshlari" bo'lib, elektronning o'zi leptonlar sinfiga kiradi. Elektron kabi, boshqalarleptonlar haqiqatan ham elementar zarralardir,chunki hech qanday lepton ichki tuzilishga ega emas. Leptonlar tarkibiga elektron, muon, -lepton va neytrino.

Muon asosiy xossalari elektronning xossalariga mos keladigan zarrachadir. Uni og'ir elektron deb atash mumkin, chunki massasi 106 MeV (elektronda 0,51 MeV). Elektrondan farqli o'laroq, muon barqaror emas, uning umri 10 ga teng-6 s (atom miqyosida juda katta). Fiziklar sun'iy ravishda yadro atrofida muon aylanadigan atomni olishga muvaffaq bo'lishdi ( -mezoatom). Bu holda mezonlar elektronlar bilan bir xil qonunlarga bo'ysunadi. -mezoatom ichiga kirishi mumkin kimyoviy reaksiyalar va mezomolekulalarni hosil qiladi. Ammo shuni ta'kidlash kerakki, muonning koinotdagi roli tushunarsizdir: usiz materiyaning tuzilishini tushuntirish mumkin.

Neytrino . Tadqiqotlar natijasida neytrino (kichik neytron) topildi - parchalanish. Ma'lum bo'lishicha, soat -emirilish, elektronga qo'shimcha ravishda, yadrodan zaryadga ega bo'lmagan boshqa zarrachalar ham uchib chiqadi, ular buni neytrino deb atashadi va shunday qilib belgilaydilar, erkin neytron kvazbarqaror zarra bo'lib, oxir-oqibat protonga aylanadi. , elektron va neytrino, bu sxema bo'yicha elektron neytrino (aniqrog'i - antineytrino) deb ataladi: Keyingi tadqiqotlar shuni ko'rsatdiki, muon neytrinolari ham bor.  , muonlarning, shuningdek, tau neytrinolarning parchalanishi paytida hosil bo'ladi. Neytrinolarning asosiy xususiyatlari:

a) neytrino zaryadga ega emas, u neytral zarradir;

b) neytrinoning qolgan massasi nolga teng yoki ahamiyatsiz;

c) neytrino faqat zaif o'zaro ta'sirda ishtirok etadi, bu ayniqsa o'zini namoyon qiladi - parchalanish.

Bu xususiyatlar neytrinoni "ko'rinmas" qiladi, uni ro'yxatga olish qiyin bo'lgan zarracha, chunki u amalda hech narsa bilan o'zaro ta'sir qilmaydi. Shuning uchun, neytrino ular uni ko'rishga harakat qiladigan uskunadan erkin o'tadi. Neytrinlarning proton va neytronlar bilan o'zaro ta'siri 10 12 elektromagnit kuchdan bir necha marta kuchsizroq. Globus neytrinolarining butun qalinligi o'zaro ta'sirga olib kelmasdan o'tishi mumkin. Shuning uchun neytrinolarni uzoq vaqt davomida “qo‘lga olish” mumkin emas edi. Biroq, neytrinolar aniqlangan.

O'zaro ta'sir tashuvchilar. Oldin ko'rib chiqilgan zarralar orasidagi o'zaro ta'sir uchun mas'ul bo'lgan va har qanday modda hosil bo'ladigan uchinchi turdagi elementar zarralarga murojaat qilaylik. Keling, bunday zarralarni ko'rib chiqaylik. O'zaro ta'sirlarning tashuvchilari fotonlar, glyuonlar va gravitonlardir (1-rasm).

Fotonlar (g) elektromagnit oʻzaro taʼsir tashuvchilar boʻlib, ularning dam olish massasi nolga teng, zaryadi yoʻq. Ikki zaryadlangan zarrachaning o'zaro ta'siri ular orasidagi fotonlarning almashinuvi tufayli sodir bo'ladi. E'tibor bering, elektromagnit o'zaro ta'sirda kvarklar, barcha adronlar, zaryadlangan leptonlar, shuningdek zaif o'zaro ta'sir uchun mas'ul bo'lgan zarralar ishtirok etadi.

Glyuonlar [ elim - elim] (g ) kuchli o'zaro ta'sirlarning tashuvchilari. Ularning massasi yo'q va elektr neytraldir. Bular kvarklarning o'zaro ta'sirini amalga oshiradigan zarralardir.

O'rta bozonlar(W , Z ) - zaif o'zaro ta'sirlarning tashuvchilari. Ular elektr zaryadiga ega q = ± e ) va katta massaga ega: m Vt ≈ 81 GeV, m Z ≈ 93 GeV. Oraliq bozonlar nazariy jihatdan bashorat qilingan va tez orada kashf etilgan va barcha bashorat qilingan xususiyatlar eksperimental xususiyatlar bilan mos kelgan. Oraliq bozonlar ham kvarklar, ham leptonlar tomonidan chiqarilishi va so'rilishi mumkin, shuning uchun fotonlar va gravitonlar tashqari barcha zarralar zaif o'zaro ta'sirda ishtirok etadilar.

Gravitonlar (G ) - gravitatsion o'zaro ta'sirning tashuvchilari. Gravitonlar hali gravitatsion to'lqinlar kabi eksperimental ravishda aniqlanmagan. Gravitonning taxminiy xossalari tinch massaga ega bo'lmagan, spinli neytral zarralardir.

INSON ZARRALARNING DAVRIY TIZIMI

Zamonaviy nazariyaga ko'ra, 17 ta elementar zarrachalar mavjud bo'lib, ular ma'lum bo'lgan barcha turdagi moddalarni va zarralar o'rtasida ta'sir qiluvchi barcha kuchlarning tashuvchisini tashkil qiladi. Moddiy elementar zarralar (materiyani tashkil etuvchi moddalar) o'ziga xos "davriy tizim" - kvarklar va leptonlar jadvali sifatida ifodalanishi mumkin (2-jadval).

jadval 2

Ushbu model 6 turdagi kvark va 6 leptonni o'z ichiga oladi. Bu 12 ta zarrachalar o'zlariga ko'ra ustunlarga bo'lingan elementar to'lovlar. Qatorlar asosiy moddiy zarrachalarning uchta oilasiga mos keladi.

Asosiysi, atomni yaratish uchun zarur bo'lgan zarralarni o'z ichiga olgan birinchi qator: u- va d Kvarklar nuklonlarni hosil qiladi. Nuklonlar, o'z navbatida, atom yadrosini tashkil qiladi. Manfiy zaryadlangan elektronlar atomlarni hosil qilish uchun yadroga tortiladi. Nihoyat, atomlar molekulalarni hosil qiladi. Qolgan to'rtinchi zarracha elektron neytrino materiya bilan bog'liq emas. Neytrino asosiy rol o'ynaydi -protonlar va neytronlar bir-biriga aylanishi mumkin bo'lgan yadroning parchalanishi. Shunday qilib, kvarklar va leptonlarning birinchi oilasi biz bilgan dunyoning mavjudligi uchun zarurdir.

Jadvalning ikkinchi va uchinchi qatorlari kosmosdan keladigan va tezlatgichlarda yaratilgan zarralarning xususiyatlarini tushuntirish uchun zarurdir. Ikkinchi va uchinchi qatordagi zarrachalar materiya tuzilishida qanday rol o'ynashi haqidagi savol ochiqligicha qolmoqda. Biroq, bu elementar zarralar yordamida Olamda mavjud bo'lgan bizga ma'lum bo'lgan barcha zarralar tushuntiriladi.

Shunday qilib, zamonaviy nazariya shuni ko'rsatadiki, fizika rivojlanishining ushbu bosqichida Olam yaratilgan materiyaning mavjudligini tushuntirish uchun ishlatilishi mumkin bo'lgan 17 ta elementar zarrachalar mavjud.