Ukratko o elementarnim česticama. Elementarne čestice i njihove glavne karakteristike

Otkriveno je više od 350 elementarnih čestica. Od njih, foton, elektronski i mionski neutrino, elektron, proton i njihove antičestice su stabilne. Preostale elementarne čestice spontano se raspadaju prema eksponencijalnom zakonu s vremenskom konstantom od približno 1000 sekundi (za slobodni neutron) do zanemarljivog dijela sekunde (od 10-24 do 10-22 s za rezonancije).

Strukturu i ponašanje elementarnih čestica proučava fizika elementarnih čestica.

Sve elementarne čestice podležu principu identičnosti (sve elementarne čestice istog tipa u Univerzumu su potpuno identične po svim svojim svojstvima) i principu dualnosti talas-čestica (svaka elementarna čestica odgovara de Broljevom talasu).

Sve elementarne čestice imaju svojstvo interkonvertibilnosti, što je posljedica njihovih interakcija: jake, elektromagnetne, slabe, gravitacijske. Interakcije čestica uzrokuju transformacije čestica i njihovih zbirki u druge čestice i njihove skupove, ako takve transformacije nisu zabranjene zakonima održanja energije, količine gibanja, ugaonog momenta, električnog naboja, barionskog naboja itd.

Glavne karakteristike elementarnih čestica: masa, spin, električni naboj, životni vijek, paritet, G-paritet, magnetni moment, barionski naboj, leptonski naboj, neobičnost, izotopski spin, CP paritet, paritet naboja.

Enciklopedijski YouTube

1 / 5

✪ Elementarne čestice

✪ CERN: Standardni model fizike čestica

✪ Lekcija 473. Elementarne čestice. Positron. Neutrino

✪ Cigle svemira: Elementarne čestice koje čine svijet. Predavanje profesora Davida Tonga.

✪ Svijet elementarnih čestica (pripovijeda akademik Valery Rubakov)

Titlovi

Klasifikacija

Doživotno

Stabilne elementarne čestice su čestice koje imaju beskonačno dug životni vijek u slobodnom stanju (proton, elektron, neutrino, foton, graviton i njihove antičestice).
Nestabilne elementarne čestice su čestice koje se raspadaju na druge čestice u slobodnom stanju u konačnom vremenu (sve ostale čestice).

Po težini

Sve elementarne čestice podijeljene su u dvije klase:

Čestice bez mase su čestice sa nultom masom (foton, gluon, graviton i njihove antičestice).
Čestice s masom različitom od nule (sve ostale čestice).

Najvećim leđima

Sve elementarne čestice podijeljene su u dvije klase:

Po vrsti interakcije

Elementarne čestice se dijele u sljedeće grupe:

Složene čestice

Hadroni su čestice koje učestvuju u svim vrstama fundamentalnih interakcija. Sastoje se od kvarkova i dijele se na:
- mezoni su hadroni sa cjelobrojnim spinom, odnosno oni su bozoni;
- barioni su hadroni sa polucijelim spinom, odnosno fermioni. To posebno uključuje čestice koje čine jezgro atoma - proton i neutron.

Fundamentalne (bezstrukturne) čestice

Leptoni su fermioni koji imaju oblik tačkastih čestica (tj. ne sastoje se ni od čega) do razmjera od 10 −18 m. Ne učestvuju u jakim interakcijama. Učešće u elektromagnetnim interakcijama eksperimentalno je uočeno samo za nabijene leptone (elektrone, mione, tau leptone) i nije uočeno za neutrine. Postoji 6 poznatih vrsta leptona.
Kvarkovi su djelimično nabijene čestice koje su dio adrona. Oni nisu uočeni u slobodnom stanju (predložen je mehanizam zatvaranja da se objasni odsustvo takvih zapažanja). Poput leptona, oni su podijeljeni u 6 tipova i smatraju se bezstrukturnim, međutim, za razliku od leptona, sudjeluju u snažnim interakcijama.
Gauge bozoni su čestice kroz koje dolazi do interakcija:
- foton - čestica koja nosi elektromagnetnu interakciju;
- osam gluona - čestica koje nose snažnu interakciju;
- tri srednja vektorska bozona W + , W− i Z 0, koji tolerišu slabu interakciju;
- graviton je hipotetička čestica koja prenosi gravitacionu interakciju. Postojanje gravitona, iako još nije eksperimentalno dokazano zbog slabosti gravitacione interakcije, smatra se prilično vjerojatnim; međutim, graviton nije uključen u Standardni model elementarnih čestica.

Veličine elementarnih čestica

Unatoč velikoj raznolikosti elementarnih čestica, njihove se veličine svrstavaju u dvije grupe. Veličine adrona (i bariona i mezona) su oko 10 -15 m, što je blizu prosječne udaljenosti između kvarkova uključenih u njih. Veličine osnovnih, bezstrukturnih čestica - gauge bozona, kvarkova i leptona - unutar eksperimentalne greške su u skladu s njihovom prirodom tačke (gornja granica prečnika je oko 10 −18 m) ( vidi objašnjenje). Ako se u daljim eksperimentima ne otkriju konačne veličine ovih čestica, onda to može ukazivati na to da su veličine gauge bozona, kvarkova i leptona bliske osnovnoj dužini (za koju se vrlo vjerovatno može ispostaviti da je Planckova dužina jednaka 1,6 10 −35 m) .

Međutim, treba napomenuti da je veličina elementarne čestice prilično složen koncept koji nije uvijek u skladu s klasičnim konceptima. Prvo, princip nesigurnosti ne dozvoljava da se striktno lokalizuje fizička čestica. Paket valova, koji predstavlja česticu kao superpoziciju precizno lokaliziranih kvantnih stanja, uvijek ima konačne dimenzije i određenu prostornu strukturu, a dimenzije paketa mogu biti prilično makroskopske - na primjer, elektron u eksperimentu s interferencijom na dva proreza “osjeća” oba proreza interferometra, odvojena makroskopskom razdaljinom. Drugo, fizička čestica mijenja strukturu vakuuma oko sebe, stvarajući "krzneni kaput" od kratkoročnih virtualnih čestica - fermion-antifermion parova (vidi Polarizacija vakuuma) i bozona koji nose interakcije. Prostorne dimenzije ovog područja zavise od mjernih naboja koje čestica posjeduje i od masa međubozona (poluprečnik ljuske masivnih virtuelnih bozona je blizu njihovoj Comptonovskoj talasnoj dužini, koja je, pak, obrnuto proporcionalna njihovoj masi ). Dakle, radijus elektrona sa stanovišta neutrina (među njima je moguća samo slaba interakcija) je približno jednak Comptonovoj talasnoj dužini W-bozona, ~3 × 10 −18 m, i dimenzijama oblasti jake interakcije hadrona određene su Comptonovom talasnom dužinom najlakšeg od hadrona, pi-mezona (~10 −15 m), koji ovdje djeluje kao nosilac interakcije.

Priča

U početku je izraz "elementarna čestica" značio nešto apsolutno elementarno, prvu ciglu materije. Međutim, kada su 1950-ih i 1960-ih otkrivene stotine hadrona sličnih svojstava, postalo je jasno da hadroni barem imaju unutrašnje stupnjeve slobode, odnosno da nisu elementarni u strogom smislu riječi. Ova sumnja je kasnije potvrđena kada se ispostavilo da se hadroni sastoje od kvarkova.

Dakle, fizičari su se pomaknuli malo dublje u strukturu materije: leptoni i kvarkovi se sada smatraju najelementarnijim, tačkastim dijelovima materije. Za njih (zajedno sa gauge bozonima) termin „ fundamentalnočestice".

U teoriji struna, koja se aktivno razvija od sredine 1980-ih, pretpostavlja se da su elementarne čestice i njihove interakcije posljedice razne vrste vibracije posebno malih "žica".

Standardni model

Standardni model elementarnih čestica uključuje 12 aroma fermiona, njihovih odgovarajućih antičestica, kao i gauge bozone (fotone, gluone, W- I Z-bozoni), koji nose interakcije između čestica, i Higgsov bozon, otkriven 2012. godine, koji je odgovoran za prisustvo inercijalne mase u česticama. Međutim, standardni model se uglavnom smatra privremenom teorijom, a ne istinski fundamentalnom, jer ne uključuje gravitaciju i sadrži nekoliko desetina slobodnih parametara (mase čestica itd.), čije vrijednosti ne slijede direktno iz teoriju. Možda postoje elementarne čestice koje nisu opisane Standardnim modelom - na primjer, kao što je graviton (čestica koja nosi gravitacijske sile) ili supersimetrični partneri običnih čestica. Ukupno, model opisuje 61 česticu.

Fermioni

12 ukusa fermiona podijeljeno je u 3 porodice (generacije) od po 4 čestice. Šest od njih su kvarkovi. Ostalih šest su leptoni, od kojih su tri neutrina, a preostala tri nose jedinični negativni naboj: elektron, mion i tau lepton.

Generacije čestica

Prva generacija	Druga generacija	Treća generacija

Elementarne čestice

Prirodno je započeti razmatranje strukture materije sa najmanjim strukturnim jedinicama čije je postojanje sada utvrđeno. Takve čestice se nazivaju elementarnim, jer su više nedjeljive (njihova struktura se ne može detektirati) i kao fundamentalne, od kojih se sastoji materija.

Klasifikacija elementarnih čestica.Čestice uključene u snažnu interakciju čine porodicu hadrona. To su barioni (proton R, neutron n), hiperoni (λ, Σ, itd.), mezoni (π-; k-), kao i veliku grupu takozvanih rezonantnih čestica (rezonancija). Barioni imaju polucijele okrete, mezoni imaju cijele spinove. Barioni se razlikuju od mezona po takozvanom barionskom naboju, pa je transformacija bariona u mezon zabranjena zakonom održanja barionskog naboja. Ovo važna imovina, što osigurava stabilnost jezgara, a time i čitavog okolnog svijeta. Zaista, ako bi se barionski nukleoni (proton i neutron) mogli pretvoriti u mezone, tada bi se atomska jezgra na kraju raspala. Hadroni nisu zaista elementarne čestice, odnosno imaju unutrašnju strukturu. Ovo delimično objašnjava nestabilnost većine hadrona.

Danas se postojanje zaista fundamentalnih čestica bez strukture koje formiraju hadrone može smatrati dokazanim. Ove čestice se nazivaju kvarkovi (Gell-Mann. Zweig, 1963). Oni još nisu eksperimentalno otkriveni, vjerovatno tokovi koji ne postoje odvojeno, odnosno u slobodnom stanju. Poznato je da je naelektrisanje kvarkova višestruko od 1/3 e, a spin je 1/2. Postoji šest tipova kvarkova, koji se razlikuju po osobini koja se zove "ukus" (gore, dole, šarm, čudan, istinit, šarm); Svaki kvark također karakterizira određeni kvantni broj - "boja" (crvena, zelena, plava). Svi barioni se sastoje od tri kvarka (proton, na primjer, dva gornja sa nabojem +2/3 e i jedan niži sa naplatom - 1/3 e). Tri kvarka su "odabrana" "bojom" tako da je proton "bijel". Mezoni se sastoje od kvarka i antikvarka.

Sve ostale čestice (osim fotona) koje ne učestvuju u jakim interakcijama nazivaju se leptoni. Porodicu leptona predstavlja šest besstrukturnih („tačkastih”) čestica: elektrona e, mion μ, tau-lepton (taon) τ i neutrini koji odgovaraju ovim česticama ( v e, v μ , v τ).

Prema principu kvark-leptonske simetrije, svaki lepton odgovara određenom kvarku (tabela 5.2).

Tabela 5.2.

Stoga se kvarkovi i leptoni danas, zajedno sa česticama koje nose interakcije, smatraju zaista elementarnim (fundamentalnim) česticama. Moderni Univerzum izgrađen je od leptona i kvarkova prve generacije, zajedno sa fotonima. Vjeruje se da su se igrale čestice druge i treće generacije važnu ulogu u ranom Univerzumu, u prvim trenucima Veliki prasak, dok između kvarkova i leptona nije bilo razlike.

Osnovne karakteristike elementarnih čestica. Jedna od najvažnijih karakteristika elementarnih čestica je stabilnost, odnosno sposobnost da budu u slobodnom stanju određeno vrijeme (životni vijek). Među eksperimentalno otkrivenim česticama, samo nekoliko je stabilnih. Proton, elektron, foton i, kako se vjeruje, neutrini svih vrsta mogu postojati u slobodnom stanju neograničeno vrijeme. Sve ostale čestice, pokušavajući da pređu u stanje sa minimalnom energijom, raspadaju se manje-više brzo, dostižući konačno stabilno stanje. Najviše kratko vrijemeživotni vek (~10 -23 s) za rezonantne čestice. Neutron postoji u slobodnom stanju ~10 3 s. U porodici leptona, mion "živi" ~10-6 s, a taon ~10-12 s.

Pretpostavlja se da u prirodi kratkotrajne elementarne čestice igraju odlučujuću ulogu u ekstremnim uvjetima, na primjer, slično početnim fazama formiranja Univerzuma.

Mase za odmor stabilne elementarne čestice imaju sljedeća značenja: proton m p ≈ 1,67 10 -27 kg, elektron m e ≈ 0,91 · 10 -30 kg. Foton i svi tipovi neutrina imaju nultu masu mirovanja.

U pravilu se mase elementarnih čestica izražavaju u energetskim jedinicama - elektron voltima. Onda m r ≈938,3×10 6 eV =938,3 MeV, m e ≈ 0,51 MeV.

Elementarne čestice imaju električni naboj +e ili -e ili su električno neutralni.

Naelektrisanje elektrona e jednako - 1,6 · 10 -19 C.

Jedna od najvažnijih karakteristika elementarnih čestica je spin. Vrijednost spina određuje tip valne funkcije (simetrična ili antisimetrična) i tip statistike (tj. zakon koji opisuje ponašanje grupe mikročestica). Čestice sa nultim ili cjelobrojnim spinom (fotoni, π-mezoni, itd.) pokoravaju se Bose-Einstein statistici i nazivaju se bozoni. Čestice sa polucijelim spinom (elektroni, protoni, neutroni) pokoravaju se Fermi-Diracovoj statistici i nazivaju se fermioni. Osnovni fermioni su leptoni i kvarkovi. Fermioni se pokoravaju Paulijevom principu, prema kojem u bilo kojem sistemu identičnih fermiona, bilo koja dva od njih ne mogu istovremeno biti u istom stanju. Kada se primjenjuje na raspodjelu elektrona u atomu, Paulijev princip glasi; da isti atom ne može imati više od jednog elektrona sa istim skupom od četiri kvantna broja n, l, m I σ .

Paulijev princip se zasniva na nerazlučivosti identičnih kvantnih čestica. Kada se dva fermiona zamijene, valna funkcija mora promijeniti svoj predznak. Međutim, ako su stanja dva fermiona (tj. njihovi skupovi kvantnih brojeva) ista, onda funkcija ψ ne bi trebala mijenjati predznak. Ova kontradikcija je formalno eliminisana tek pri ψ=0, što znači da je nemoguće (nulta verovatnoća) da čestica bude u takvom stanju.

Antičestice. Za svaku poznatu elementarnu česticu postoji takozvana antičestica. Mase, životni vijek i spinovi čestica i antičestica su isti. Ostale karakteristike, na primjer, električni naboj, magnetni moment, jednake su po veličini, ali suprotne po predznaku. Takvi parovi su, na primjer, proton R i antiproton, elektron i antielektron e+ (tj. pozitron e+). Neke čestice, kao što je foton, identične su svojim antičesticama.

Antičestice se rađaju u nuklearnim reakcijama pri prilično visokim energijama, ali u materiji njihov životni vijek je kratak. Kada se čestica i antičestica sretnu, dolazi do anihilacije. Masa i kinetička energija para čestica-antičestica se pretvara u energiju fotona ili drugih čestica. Na primjer, kada anihiliraju elektron i pozitron, oslobađaju se dva fotona:

e - + e+ → 2γ.

Zauzvrat, fotoni se mogu pretvoriti u parove elektron-pozitron. Takve reakcije jasno pokazuju odsustvo jasne granice između polja i materije, karakteristične za klasičnu sliku svijeta.

Atomska jezgra

Sljedeće u razmatranoj hijerarhiji objekata prirode je atomsko jezgro. Jezgro je vezan sistem od dva tipa hadrona - protona i neutrona, koji su u ovom slučaju kombinovani pod zajedničkim nazivom "nukleoni". Proton je jezgro najjednostavnijeg atoma - atoma vodika. Ima pozitivan naboj, numerički jednak naboju elektrona. Neutron je električno neutralan. Neutronska masa m n =1,6750·10 -27 kg. Broj protona u jezgru atoma naziva se atomski broj ( Z), a ukupan broj nukleona je maseni broj ( A). Nuklearni naboj je pozitivan i jednak Z · e. Većina atomskih jezgara predstavljena je grupama izotopa. Napunite Z u svakoj grupi izotopa je konstantan, ali je broj neutrona različit. Postoje stabilni, dugovječni i radioaktivni izotopi. Uzroci radioaktivne nestabilnosti povezani su s nedostatkom ili viškom neutrona unutar jezgra.

Veličina jezgra se konvencionalno karakterizira radijusom R jezgra. Radijus raste sa brojem nukleona u skladu sa formulom, gdje R 0 = (1,3 ..., 1,7) · 10 -15 m Gustoća "pakovanja" nukleona u jezgru je veoma visoka i iznosi ~10 44 nukleona/m 3 ili 10 17 kg/m 3 .

Kao što je već napomenuto, stabilnost jezgra objašnjava se prisustvom jakih interakcija ili nuklearnih sila privlačenja. Energija potrebna za držanje nukleona u jezgru, u skladu sa zakonom održanja energije, određena je radom koji se mora obaviti da bi se jezgro podijelilo na sastavne nukleone. Ova energija se naziva energija vezivanja jezgra. Energija veze se manifestuje kao smanjenje mase jezgra tokom njegovog formiranja u odnosu na ukupnu masu nukleona koji čine jezgro:

Vrijednost Δ m naziva se defekt mase. Energija vezivanja je definisana kao

Tipično, jezgro karakterizira specifična energija vezivanja, tj. energija po nukleonu. Na sl. Slika 5.3 prikazuje zavisnost specifične energije vezivanja od masenog broja A, karakterizirajući snagu nukleonskih veza u jezgrima različitih kemijskih elemenata. Kao što slijedi iz grafikona, najjače veze su između jezgara elemenata s masenim brojevima (28 ... 138). Kako se povećavate A energija vezivanja se smanjuje. Smanjenje snage jezgara objašnjava se činjenicom da u lakim jezgrama veze nukleona nisu zasićene, a u teškim jezgrama počinje djelovati Kulonovo odbijanje protona jedan od drugog.

Od sl. 5.3 također pokazuje da procesi formiranja stabilnijih jezgara (tj. karakteriziraju ih velike vrijednosti Δ E SW su praćeni oslobađanjem energije. Dakle, reakcija fuzije lakih jezgara sa formiranjem težih (strelica 1 na slici 5.3) i reakcija fisije teških jezgara (strelica 2 na slici 5.3) obećavaju sa energetskog stanovišta.

Ovo pitanje je detaljno obrađeno u drugom dijelu kursa.

Nuklearne reakcije. Radioaktivnost. Nuklearne reakcije su procesi koji rezultiraju stvaranjem jezgara drugih elemenata iz jezgara jednog elementa. Ovi procesi mogu nastati i kao rezultat vanjskih utjecaja (na primjer, „sudari jezgra sa drugim česticama“), i spontano, spontano (radioaktivni rast).

Nuklearne reakcije se pišu kao hemijske reakcije. Na primjer, kao rezultat reakcije fisije jezgra urana u sudaru s neutronom nastaju jezgra cezija i rubidijuma i dva neutrona:

Za izvođenje nuklearnih reakcija najčešće se koristi zračenje jezgra neutronima. Činjenica je da električni neutralni neutron ne doživljava Kulonovsko odbijanje nuklearnih protona i lako prodire u njega. Pod uticajem visokoenergetskog (>100 MeV) neutronskog zračenja dolazi do fisije svih jezgara.

Neutroni koji se oslobađaju u reakcijama raspada mogu uzrokovati fisiju drugih jezgri, što rezultira lančanom reakcijom - procesom nalik lavini, na primjer, eksplozijom atomska bomba. Neki neutroni se mogu ukloniti iz fisijskog materijala, a zatim se reakcija fisije može kontrolirati. Apsorpcija neutrona u grafitnim šipkama koristi se u nuklearnim reaktorima.

Spontani raspad jezgara uz oslobađanje različitih čestica naziva se radioaktivnost. U bilo kom radioaktivnom raspadu, masa originalnog jezgra prelazi jednu masu proizvoda rezanja, tj. energija se oslobađa. Prirodnu radioaktivnost otkrio je A. Bsquerel (1896), a umjetnu radioaktivnost supružnici Joliot-Curie (1936). Glavne vrste radioaktivnosti su alfa, beta i gama raspad.

Alfa raspad uključuje spontanu emisiju ci čestice (tj. jezgra helijuma) iz jezgra. Alfa raspad se uočava samo u teškim jezgrima sa Z ≥ 82.

U beta raspadu, jezgro emituje elektron i elektronski antineutrino (ili pozitron i elektronski neutrino):

Beta raspad je uzrokovan transformacijom nukleona uzrokovanom slabom interakcijom, na primjer, u prvoj od zabilježenih reakcija, neutron se pretvara prema shemi

Gama raspad se sastoji od emisije fotona visoke energije (γ kvanta) iz jezgra. Jezgro, kao kvantni sistem, može biti u stanjima sa različite energije. Tokom prijelaza iz pobuđenih energetskih stanja u osnovna, nepobuđena stanja, jezgra emituju γ kvante. U ovom slučaju, ni maseni broj A ni atomski broj jezgra Z ne mijenjaj.

– materijalni objekti koji se ne mogu podijeliti na sastavne dijelove. U skladu sa ovom definicijom, molekule, atomi i atomska jezgra koji se mogu podijeliti na sastavne dijelove ne mogu se klasificirati kao elementarne čestice - atom je podijeljen na jezgro i orbitalne elektrone, jezgro na nukleone. U isto vrijeme, nukleoni, koji se sastoje od manjih i osnovnih čestica - kvarkova, ne mogu se podijeliti na ove kvarkove. Stoga se nukleoni klasificiraju kao elementarne čestice. S obzirom na činjenicu da nukleon i drugi hadroni imaju složenu unutrašnju strukturu koja se sastoji od fundamentalnijih čestica - kvarkova, prikladnije je hadrone nazvati ne elementarnim česticama, već jednostavno česticama.
Čestice su manje veličine od atomskih jezgara. Dimenzije jezgara su 10 -13 − 10 -12 cm Najveće čestice (uključujući nukleone) sastoje se od kvarkova (dva ili tri) i nazivaju se hadroni. Njihove dimenzije su ≈ 10 -13 cm. Postoje i besstrukturne (na sadašnjem nivou znanja) tačkaste (< 10 -17 см) частицы, которые называют фундаментальными. Это кварки, лептоны, фотон и некоторые другие. Всего известно несколько сот частиц. Это в подавляющем большинстве адроны.

Tabela 1

Fundamentalni fermioni
Interakcije		Generacije			Napunite Q/e
Interakcije					Napunite Q/e
	leptons	ν e	ν μ	ν τ
	leptons	e	μ	τ
	kvarkovi		c	t	+2/3
	kvarkovi		s	b	-1/3

Osnovne čestice su 6 kvarkova i 6 leptona (Tabela 1), sa spinom 1/2 (ovo su fundamentalni fermioni) i nekoliko čestica sa spinom 1 (gluon, foton, W ± i Z bozoni), kao i graviton (spin 2), koji se nazivaju fundamentalni bozoni (tabela 2). Fundamentalni fermioni su podijeljeni u tri grupe (generacije), od kojih svaka sadrži 2 kvarka i 2 leptona. Sva vidljiva materija se sastoji od čestica prve generacije (kvarkovi u, d, elektron e -): nukleoni su napravljeni od kvarkova u i d, jezgra su napravljena od nukleona. Jezgra sa elektronima u orbitama formiraju atome itd.

tabela 2

Fundamental Interactions
Interakcija	Kvantno polje	Radijus, cm	Konstanta interakcije (red veličine)	Primjer manifestacije
jaka	gluon	10 -13	1	jezgro, hadroni
elektromagnetna	γ-kvant		10 -2	atom
slab	W ± , Z	10 -16	10 -6	γ raspadanje
gravitacioni	graviton	∞	10 -38	gravitacije

Uloga fundamentalnih bozona je da ostvaruju interakciju između čestica, budući da su „nosioci“ interakcija. Tokom različitih interakcija, čestice razmjenjuju fundamentalne bozone. Čestice učestvuju u četiri fundamentalne interakcije - jakoj (1), elektromagnetnoj (10 -2), slaboj (10 -6) i gravitacionoj (10 -38). Brojevi u zagradama karakterišu relativnu snagu svake interakcije u energetskom području manjem od 1 GeV. Kvarkovi (i hadroni) učestvuju u svim interakcijama. Leptoni ne učestvuju u jakoj interakciji. Nositelj jake interakcije je gluon (8 vrsta), elektromagnetne interakcije je foton, slabe interakcije su W± i Z bozoni, a gravitaciona interakcija je graviton.
Ogroman broj čestica u slobodnom stanju je nestabilan, tj. raspada. Karakteristični životni vijek čestica je 10 -24 –10 -6 sec. Životni vijek slobodnog neutrona je oko 900 sekundi. Elektron, foton, elektronski neutrino i eventualno proton (i njihove antičestice) su stabilni.
Osnova za teorijski opis čestica je kvantna teorija polja. Za opisivanje elektromagnetskih interakcija koristi se kvantna elektrodinamika (QED), slabe i elektromagnetne interakcije zajednički su opisane jedinstvenom teorijom - elektroslabi model (ESM), jaka interakcija - kvantna hromodinamika (QCD). QCD i ESM, koji zajedno opisuju jake, elektromagnetne i slabe interakcije kvarkova i leptona, čine teorijski okvir nazvan Standardni model.

Elementarne čestice, u užem smislu, su čestice koje se ne mogu smatrati sastavljenim od drugih čestica. U savremenoj fizici termin " elementarne čestice"koristi se u više u širem smislu: ovo je naziv za najmanje čestice materije, pod uslovom da nisu atomi (izuzetak je proton); ponekad iz ovog razloga elementarne čestice koje se nazivaju subnuklearnim česticama. Većina ovih čestica (poznato ih je više od 350) su kompozitni sistemi.

Elementarne čestice učestvuju u elektromagnetnim, slabim, jakim i gravitacionim interakcijama. Zbog male mase elementarne čestice njihova gravitaciona interakcija se obično ne uzima u obzir. Sve elementarne čestice podijeljeni u tri glavne grupe. Prvi čine takozvani bozoni - nosioci elektroslabe interakcije. Ovo uključuje foton ili kvant elektromagnetnog zračenja. Masa mirovanja fotona je nula, dakle brzina širenja elektromagnetnih talasa in (uključujući svjetlosne valove) predstavlja maksimalnu brzinu širenja fizičkog udara i jedna je od osnovnih fizičkih konstanti; prihvaćeno je da With= (299792458±1,2) m/s.

Druga grupa elementarne čestice- leptoni koji učestvuju u elektromagnetnim i slabim interakcijama. Poznato je 6 leptona: , elektronski neutrino, mion, mionski neutrino, teški τ-lepton i odgovarajući neutrino. Elektron (simbol e) se smatra materijalnim nosiocem najmanje mase u prirodi m e jednako 9,1×10 -28 g (u energetskim jedinicama ≈0,511 MeV) i najmanji negativni električni naboj e= 1,6×10 -19 Cl. Mioni (simbol μ -) su čestice s masom od oko 207 elektronskih masa (105,7 MeV) i električnim nabojem jednakim naboju elektrona; teški τ lepton ima masu od oko 1,8 GeV. Tri tipa neutrina koji odgovaraju ovim česticama su elektroni (simbol ν e), mion (simbol ν μ) i τ-neutrino (simbol ν τ) su lagane (moguće bezmasene) električno neutralne čestice.

Svaki od leptona odgovara leptonu, koji ima iste vrijednosti mase, spina i druge karakteristike, ali se razlikuje po predznaku električnog naboja. Postoje (simbol e +) - antičestica u odnosu na , pozitivno nabijena (simbol μ +) i tri vrste antineutrina (simboli ) kojima je dodijeljen suprotan predznak posebnog kvantnog broja zvanog leptonski naboj (vidi dolje).

Treća grupa elementarnih čestica su hadroni; oni učestvuju u jakim, slabim i elektromagnetnim interakcijama. Hadroni su "teške" čestice čija je masa znatno veća od mase elektrona. Ovo je najveća grupa elementarne čestice. Hadroni se dele na barione - čestice sa spinom ½ć, mezone - čestice sa celobrojnim spinom (0 ili 1); kao i takozvane rezonancije – kratkotrajna pobuđena stanja adrona. Barioni uključuju proton (simbol p) - jezgro atoma vodika čija je masa ~ 1836 puta veća m e i jednak 1,672648×10 -24 g (≈938,3 MeV), i pozitivan električni naboj jednak naboju neutrona (simbol n) - električki neutralna čestica čija masa malo prelazi masu protona. Sve je izgrađeno od protona i neutrona; jaka interakcija je ta koja određuje međusobnu povezanost ovih čestica. U jakoj interakciji, proton i neutron imaju ista svojstva i smatraju se kao dva kvantna stanja jedne čestice - nukleona sa izotopskim spinom ½ć (vidi dole). Barioni takođe uključuju hiperone - elementarne čestice sa masom većom od nukleona: Λ-hiperon ima masu od 1116 MeV, Σ-hiperon - 1190 MeV, Θ-hiperon - 1320 MeV, Ω-hiperon - 1670 MeV. Mezoni imaju mase posredne između masa protona i elektrona (π-mezon, K-mezon). Postoje neutralni i nabijeni mezoni (sa pozitivnim i negativnim elementarnim električnim nabojem). Prema svojim statističkim svojstvima, svi mezoni se klasifikuju kao bozoni.

Osnovna svojstva elementarnih čestica

Svaki elementarna čestica opisan skupom diskretnih vrijednosti fizičke veličine(kvantni brojevi). Opće karakteristike svima elementarne čestice- masa, životni vijek, okretanje, električni naboj.

U zavisnosti od životnog veka elementarne čestice dijele se na stabilne, kvazistabilne i nestabilne (rezonancije). Stabilni (u okviru tačnosti savremenih mjerenja) su: elektron (životni vijek veći od 5 × 10 21 godina), proton (više od 10 31 godina), foton i neutrino. Kvazistabilne čestice uključuju čestice koje se raspadaju zbog elektromagnetnih i slabih interakcija; njihov životni vijek je više od 10-20 s. Rezonancije opadaju zbog jake interakcije, njihov karakteristični životni vijek je 10 -22 - 10 -24 s.

Unutrašnje karakteristike (kvantni brojevi) elementarne čestice su lepton (simbol L) i barion (simbol IN)naplate; ovi brojevi se smatraju strogo očuvanim veličinama za sve vrste fundamentalnih interakcija. Za leptone i njihove antičestice L imaju suprotne predznake; za barione IN= 1, za odgovarajuće antičestice IN=-1.

Hadrone karakterizira prisustvo posebnih kvantnih brojeva: „čudnost“, „šarm“, „ljepota“. Obični (ne-čudni) hadroni - proton, neutron, π-mezoni. Unutar različitih grupa hadrona postoje porodice čestica koje su slične po masi i sa sličnim svojstvima u pogledu jake interakcije, ali sa različitim vrijednostima električnog naboja; najjednostavniji primjer- proton i neutron. Opšti kvantni broj za takve elementarne čestice- takozvani izotopski spin, koji, kao i obični spin, uzima cjelobrojne i polucijele vrijednosti. Posebne karakteristike hadrona uključuju i unutrašnji paritet, koji uzima vrijednosti od ±1.

Važna nekretnina elementarne čestice- njihovu sposobnost da prolaze kroz međusobne transformacije kao rezultat elektromagnetnih ili drugih interakcija. Jedna od vrsta međusobnih transformacija je takozvano rađanje para, odnosno formiranje čestice i antičestice u isto vrijeme (u opšti slučaj- formiranje parova elementarne čestice sa suprotnim leptonskim ili barionskim nabojima). Mogući procesi rađanja elektron-pozitronskih parova e - e +, mionskih parova μ + μ - novih teških čestica u sudarima leptona, formiranje iz kvarkova cc- I bb-države (vidi dolje). Druga vrsta interkonverzije elementarne čestice- anihilacija para prilikom sudara čestica sa formiranjem konačnog broja fotona (γ-kvanta). Obično se 2 fotona proizvode kada je ukupan spin čestica u sudaru nula, a 3 fotona se proizvode kada je ukupan spin jednak 1 (manifestacija zakona očuvanja pariteta naelektrisanja).

Pod određenim uslovima, posebno pri maloj brzini sudarajućih čestica, moguće je formiranje vezanog sistema - pozitronijum e - e + i mionijum μ + e - . To su nestabilni sistemi, koji se često nazivaju vodoničnim. Njihov životni vijek u tvari uvelike ovisi o svojstvima tvari, što omogućava korištenje atoma sličnih vodiku za proučavanje strukture kondenzirane tvari i kinetike brzog hemijske reakcije(vidi Mezonska hemija, Nuklearna hemija).

Kvarkov model hadrona

Detaljno ispitivanje kvantnih brojeva hadrona u svrhu njihove klasifikacije dovelo je do zaključka da čudni hadroni i obični hadroni zajedno formiraju asocijacije čestica sličnih svojstava, koje se nazivaju unitarni multipleti. Broj čestica uključenih u njih je 8 (oktet) i 10 (dekuplet). Čestice koje čine unitarni multiplet imaju isti unutrašnji paritet, ali se razlikuju po vrijednostima električnog naboja (čestice izotopskog multipleta) i neobičnosti. Svojstva simetrije vezuju se za unitarne grupe, njihovo otkriće je bila osnova za zaključak o postojanju posebnih strukturnih jedinica od kojih se grade hadroni - kvarkova. Vjeruje se da su hadroni kombinacija 3 fundamentalne čestice sa spinom ½: n-kvarkovi, d-kvarkovi i s-kvarkovi. Dakle, mezoni se sastoje od kvarka i antikvarka, a barioni se sastoje od 3 kvarka.

Pretpostavka da se hadroni sastoje od 3 kvarka napravljena je 1964. godine (J. Zweig i, nezavisno, M. Gell-Mann). Nakon toga, još dva kvarka su uključena u model strukture hadrona (posebno kako bi se izbjegli sukobi s Paulijevim principom) - "šarm" ( With) i prelijepo" ( b), a uveo je i posebne karakteristike kvarkova - “okus” i “boja”. Kvarkovi, koji djeluju kao komponente adrona, nisu uočeni u slobodnom stanju. Sva raznolikost adrona je posljedica razne kombinacije n-, d-, s-, With- I b-kvarkovi koji formiraju povezana stanja. Obični hadroni (proton, neutron, π-mezoni) odgovaraju povezanim stanjima konstruisanim iz n- I d-kvarkovi. Prisustvo u hadronu zajedno sa n- I d-kvarkovi od jednog s-, With- ili b-kvark znači da je odgovarajući hadron "čudan", "očaran" ili "lijep".

Kvarkov model strukture hadrona potvrđen je kao rezultat eksperimenata provedenih kasnih 60-ih - ranih 70-ih. XX vijek Kvarkovi su se zapravo počeli smatrati novim elementarne čestice- istinito elementarne čestice za hadronski oblik materije. Neuočljivost slobodnih kvarkova je, očigledno, fundamentalne prirode i daje razloga za pretpostavku da su oni ti elementarne čestice, koji zatvaraju lanac strukturnih komponenti supstance. Postoje teorijski i eksperimentalni argumenti u prilog činjenici da sile koje djeluju između kvarkova ne slabe s rastojanjem, tj. potrebna je vječnost da se kvarkovi odvoje jedan od drugog odlična energija ili, drugim riječima, pojava kvarkova u slobodnom stanju je nemoguća. To ih čini potpuno novom vrstom strukturnih jedinica materije. Moguće je da kvarkovi djeluju kao posljednji stupanj fragmentacije materije.

Kratki istorijski podaci

Prvo otvoreno elementarna čestica postojao je elektron - nosilac negativnog električnog naboja u atomima (J.J. Thomson, 1897). Godine 1919. E. Rutherford je otkrio protone među česticama izbačenim iz atomskih jezgara. Neutrone je 1932. otkrio J. Chadwick. A. Einstein je 1905. godine postulirao da je elektromagnetno zračenje tok pojedinačnih kvanta (fotona) i na osnovu toga objasnio zakone fotoelektričnog efekta. Postojanje kao posebno elementarna čestica prvi je predložio W. Pauli (1930); elektronski

Elementarna čestica

Elementarna čestica(engleski: Elementary particle) - najmanji nedjeljivi objekt u mikrokosmosu (na atomskoj, nuklearnoj i subnuklearnoj skali). Atomi i atomska jezgra barionske materije (i antimaterije) sastoje se od elementarnih čestica, a neutrina materija, koju astronomi proglašavaju „tamnom materijom“, sastoji se od elektronskih neutrina (izbačenih u gigantskim količinama od strane zvijezda). Eksperimentalno je utvrđeno da elementarne čestice istovremeno imaju korpuskularna i valna svojstva (korpuskularno-valna dualnost), kao i prisustvo elektromagnetnih polja u elementarnim česticama.

1. Istorija
2 Klasifikacija elementarnih čestica

1. Istorija

Sa otkrićem elementarnih čestica, fizika se počela pitati o njihovom broju i strukturi. Dok je otkriveno oko 10 elementarnih čestica, svaka elementarna čestica se smatrala zaista elementarnom, a činjeni su pokušaji da se objasni struktura elementarnih čestica na osnovu elektromagnetno polje. Ali izgradite odmah teorija polja elementarnih čestica Nije išlo.

Paralelno se radilo na fizici na stvaranju kvantna teorija polja, koji je došao do izražaja. Osnova kvantne teorije je tvrdnja da su interakcije diskretne prirode i da se prenose pomoću nosača – kvanta. Ali u stvarnosti, u prirodi su otkriveni samo foton i druge elementarne čestice. Stoga su same elementarne čestice odabrane kao nosioci interakcija elementarnih čestica koje ne postoje u prirodi, te im je pripisana mogućnost privremenog postojanja u virtuelnom stanju kršeći zakon održanja energije. Počelo je doba manipulacije zakonima prirode.

Model kvarka predložen 1964. (kasnije Standardni model elementarnih čestica) navodi da elementarne čestice (koje učestvuju u hipotetičkoj jakoj interakciji) imaju složenu strukturu i da se sastoje od hipotetičkih kvarkova. Unitarna simetrija je razvijena kao matematička osnova za hipotezu kvarka. Ali fiktivni kvarkovi nisu otkriveni (u prirodi ne postoji frakcioni električni naboj koji je po veličini jednak naboju hipotetičkih kvarkova), ni pri jednoj energiji, a onda je Standardni model morao da izmisli mehanizam koji sprečava pojavu kvarkova u slobodnom formu. U tu svrhu, hipotetički gluoni (hipotetički nosioci hipotetičke snažne interakcije hipotetičkih kvarkova, također ne postoje u prirodi - jer za njih nije bilo mjesta u spektru elementarnih čestica) su obdareni jedinstvena svojstva(zatvaranje) - sposobnost stvaranja sličnih prilikom kretanja (ni jedna elementarna čestica nema takvu sposobnost). Jasno je da je zakon održanja energije – fundamentalni zakon prirode – ponovo zanemaren.

Unatoč očiglednom uspjehu Standardnog modela elementarnih čestica, radite dalje teorija polja elementarnih čestica nije prestala. Napredak u ovom pravcu počeo je sredinom 70-ih godina prošlog veka, kada je pokušano da se kombinuje klasika sa delom kvantne mehanike koji joj nije u suprotnosti (bilo je potrebno žrtvovati virtuelne čestice koje krše zakon održanja energija). Dakle, kao rezultat unosa kvantnih brojeva, bilo je moguće dobiti ispravan spektar osnovnih stanja elementarnih čestica (uključujući fotone, leptone bez tau-leptona, mezone, barione, vektorske mezone). Postalo je jasno da je ovaj pravac obećavajući. Dalji rad, podržan razvojem kompjuterska tehnologija i pojava kompjutera koji su omogućili izračunavanje interakcija magnetnih polja doveli su do značajnog napretka u teoriji polja elementarnih čestica.

Teorija polja elementarnih čestica, koja djeluje u okviru NAUKE, zasniva se na osnovama koje je dokazala FIZIKA:

Klasična elektrodinamika,
Kvantna mehanika (bez virtuelnih čestica),
Zakoni održanja su fundamentalni zakoni fizike.

Ovo je fundamentalna razlika između naučnog pristupa koji koristi teorija polja elementarnih čestica - prava teorija mora djelovati striktno unutar zakona prirode: ovo je NAUKA. Morali smo odbaciti, zbog nedostatka dokaza, neke kvantne brojeve postulirane kvantnom teorijom i standardnim modelom i navodne zakone održanja povezane s njima, a koje su njihove pristalice nedokazano pripisivale zakonima fizike.

Sada teorija polja elementarnih čestica opisuje čitav spektar elementarnih čestica, u kojima prirodno nije bilo mjesta za one fantastične: kvarkovi, gluoni, gravitoni, gravitini, neutralini, partoni, preoni,... Osim toga, teorija polja je objasnila odakle dolazi električni naboj elementarnih čestica i zašto je kvantiziran, magnetska polja elementarnih čestica i šta su zapravo nuklearne sile. Ali najvažnije je da su svi zakoni prirode "ponovo" na snazi, uključujući i takav fundamentalni zakon prirode, koji kvantna teorija ne voli - zakon održanja energije.

Hajde da sumiramo ono što je rečeno:
1. Kvantna teorija, zajedno sa Standardnim modelom, navodi da se svaka elementarna čestica koja učestvuje u hipotetičkoj jakoj interakciji (koju oni nazivaju hadron) sastoji od kvarkova - ali kvarkovi (kao ni gluoni) nisu otkriveni u akceleratorima ili u prirodi na sve energije, a razmena virtuelnih čestica je u suprotnosti sa zakonima prirode.

2. Teorija polja kaže da se elementarne čestice (sa kvantnim brojem L>0, čije postojanje za elementarne čestice utvrđuje teorija polja) sastoje od rotirajućeg polarizovanog naizmeničnog elektromagnetnog polja sa konstantnom komponentom. Takve elementarne čestice moraju imati:

konstantno električno polje,
konstantno magnetno polje,
talasno naizmenično elektromagnetno polje.

Prisustvo ovih polja u elementarnim česticama sa masom mirovanja različitom od nule, kao i gravitacionog polja (koje stvaraju elektromagnetna polja elementarnih čestica), je eksperimentalno potvrđeno od strane fizike za jedan broj elementarnih čestica.

Na svakom koraku susrećemo se sa elektromagnetnim poljima, konstantnim i promenljivim. Broj elementarnih čestica je beskonačan i svaka elementarna čestica (sa kvantnim brojem L>0) ima beskonačan broj uzbuđena stanja. Zbog prisutnosti naizmjeničnog elektromagnetnog polja, elementarne čestice imaju valna svojstva. Ovako teorija polja elementarnih čestica vidi mikrokosmos.

Elementarna čestica sa kvantnim brojem L>0 u teoriji polja

Struktura protona u teoriji polja ( presjek) (E-konstantno električno polje, H-konstantno magnetno polje, naizmjenično elektromagnetno polje označeno je žutom bojom).

Kao što vidimo, teorija polja pokriva sve elementarne čestice i objašnjava njihovu strukturu na osnovu polja koja stvarno postoje u prirodi.

2 Klasifikacija elementarnih čestica

2.1 Klasifikacija elementarnih čestica u kvantnoj teoriji

WITH sa stanovišta kvantne teorije sve elementarne čestice podijeljene su u dvije klase:

fermioni- elementarne čestice sa polucijelim spinom;
bozoni- elementarne čestice sa cjelobrojnim spinom.

Kvantna teorija uvodi sljedeće (sa njene tačke gledišta postojeće) fundamentalne interakcije:

Istovremeno, pored jake interakcije i slabe interakcije, kvantna teorija uvodi posebnu elektromagnetsku interakciju, umesto elektromagnetskih interakcija koje stvarno postoje u prirodi (odbacujući interakcije magnetnih polja elementarnih čestica, koje se nisu uklapale u kvantna teorija).

Po vrstama uvedenih fundamentalnih interakcija Kvantna teorija dijeli elementarne čestice u sljedeće grupe:

hadrona- elementarne čestice koje učestvuju u svim vrstama fundamentalnih interakcija (postuliranih kvantnom teorijom), kako stvarno postojeće u prirodi tako i fiktivne;
leptons- fermioni koji učestvuju u elektromagnetskoj i hipotetičkoj slaboj interakciji (kvantna teorija);
mjerni bozoni- foton, srednji vektorski bozoni i navodni nosioci interakcija (unutar pretpostavki kvantne teorije).

Ovdje su naznačeni navodna kvantna teorija i Standardni model, koji se ne nalaze u prirodi: kvarkovi, gluoni, graviton, Higgsov bozon (pod maskom navodno pronađenog Higsovog bozona, izbacuju nam novootkrivenu elementarnu česticu: vektorski mezon) , ali mezoni i barioni nisu naznačeni, pošto kvantna teorija ne smatra ove elementarne čestice zaista elementarnim. Osim toga, kvantna teorija je neke vektorske mezone svrstala u elementarne čestice jer smatra da su oni nosioci slabe interakcije (postulirano kvantnom teorijom) - to su W- i Z-bozoni. Kvantna teorija ne smatra preostale vektorske mezone elementarnim česticama.

2.2 Klasifikacija elementarnih čestica u teoriji polja elementarnih čestica

Sa stanovišta teorije polja elementarnih čestica sve elementarne čestice su podijeljene u grupe prema kvantnom broju L koji leži u osnovi spina, a spektar elementarnih čestica je istovremeno određen kvantnom mehanikom i klasičnom elektrodinamikom. Iz beskrajnog skupa moguće vrijednosti spin je samo nula (L=1) jer je u ovoj grupi mezona nemoguće razlikovati neutralnu česticu od odgovarajuće antičestice.

Sve elementarne čestice mogu se podijeliti u sljedeće glavne grupe:

foton
leptons
mezoni
barioni
vektorski mezoni

Štaviše, broj bariona i vektorskih mezona u osnovnom stanju u prirodi je beskonačan. Ova klasifikacija razlaže elementarne čestice prema kvantnom broju L.

Fragment spektra osnovnih stanja elementarnih čestica

Elementarne čestice: fragment spektra osnovnih i pobuđenih stanja (prema teoriji polja)

Hipotetičke slabe interakcije nije u prirodi, a stepen učešća elementarnih čestica u nuklearnim silama određen je kvantnim brojem L (vidi strukturu elementarnih čestica) i energijom koncentrisanom u konstantnom magnetskom polju. Kako se kvantni broj L povećava, povećava se i procenat energije koncentrisane u konstantnom magnetnom polju elementarnih čestica, kao i vrednost mase mirovanja – dakle, stepen učešća čestice u „jakim“ interakcijama (i, ako tačno: u nuklearnim silama) takođe raste. Dakle, od četiri (pretpostavljena kvantnom teorijom) tipa fundamentalnih interakcija u prirodi, samo dvije zapravo postoje - elektromagnetna I gravitacioni, kao i njihova odgovarajuća polja.

U isto vrijeme, elektromagnetske interakcije se razlikuju od elektromagnetske interakcije koju uzima u obzir kvantna teorija, budući da elektromagnetne interakcije uzimaju u obzir interakcije ne samo električnih već i magnetskih polja.

3 Sistematizacija elementarnih čestica

Postoji samo jedna sistematizacija elementarnih čestica i njihovih pobuđenih stanja, koja sledi iz teorije polja elementarnih čestica.

4 Masa elementarnih čestica

U skladu sa klasičnom elektrodinamikom i Einsteinovom formulom, kao i teorijom polja elementarnih čestica, Masa mirovanja elementarne čestice definirana je kao ekvivalent energije njenih elektromagnetnih polja:

gdje je definitivni integral uzet za cjelokupno intrinzično elektromagnetno polje elementarne čestice, E je jačina električnog polja, H je jačina magnetnog polja. Ovdje se uzimaju u obzir sve komponente vlastitog elektromagnetnog polja: konstantno električno polje, konstantno magnetsko polje, naizmjenično elektromagnetno polje. Ovo je u skladu s fundamentalnim interakcijama koje stvarno postoje u prirodi. Nijedan fantastični Higgsov bozon ne stvara i ne može stvoriti masu mirovanja elementarnih čestica i njihovo gravitacijsko polje, jer, prema teoriji gravitacije elementarnih čestica, gravitacijska polja elementarnih čestica i inercijsku masu elementarnih čestica stvaraju njihova elektromagnetna polja. .

Stavljanjem elementarne čestice u vanjsko električno ili magnetsko polje (na primjer, proton ili neutron u atomsko jezgro), mijenjamo energetsku vrijednost elektromagnetnih polja elementarne čestice, a time i vrijednost njene mase, kao zbog čega će se njegov prosječni vijek trajanja promijeniti. Dakle: masa mirovanja elementarne čestice, njen prosječni životni vijek (uključujući kanale raspada) zavise od elektromagnetnih polja u kojima se čestica nalazi, a ne samo od veličine njene brzine kretanja (kako slijedi iz STR).

5 Radijus elementarne čestice (određen teorijom polja elementarnih čestica)

Teorija polja elementarnih čestica uvodi definiciju polumjera polja elementarne čestice (r 0~), kao prosječne udaljenosti od centra elementarne čestice (s kvantnim brojem L>0), na kojoj se rotira naizmjenično elektromagnetno polje :

gdje:
L je glavni kvantni broj elementarne čestice;
ħ - Plankova konstanta;
m 0~ - masa sadržana u naizmjeničnom elektromagnetnom polju elementarne čestice;
c je brzina svjetlosti.

Struktura protona u teoriji polja (presjek) (E-konstantno električno polje, H-konstantno magnetsko polje, naizmjenično elektromagnetno polje označeno je žutom bojom).

Struktura elektrona u teoriji polja (presjek)

Struktura neutrona u teoriji polja (presjek)
Kao što se vidi iz prikazanih slika, električna polja elementarne čestice - dipol.

Na slikama elektron izgleda manji od protona, ali u stvarnosti je polumjer polja elektrona 600 puta veći od protona (i neutrona), stoga elektron ne može pasti na atomsko jezgro - linearne dimenzije elektrona premašuju linearne dimenzije bilo kojeg atomsko jezgro(čak i one najteže). Elektron nije prisutan unutar neutrona, već ga stvara elektromagnetsko polje tokom raspada neutrona, prirodno zajedno sa elektronskim antineutrinom, koji ima još veću veličinu (od elektrona).

Samo dio mase mirovanja elementarne čestice koncentriran je u m 0~:

M 0 - masa mirovanja elementarne čestice.
m 0= - masa sadržana u konstantnom električnom i konstantnom magnetskom polju elementarne čestice.

Radijus područja prostora koji zauzima elementarna čestica definira se kao:

Poluprečnik prstenastog područja koji zauzima naizmjenično elektromagnetno polje elementarne čestice dodat je vrijednosti r 0~. Treba imati na umu da se dio vrijednosti mase mirovanja koncentrirane u konstantnim (električnim i magnetskim) poljima elementarne čestice nalazi izvan ovog područja, u skladu sa zakonima elektrodinamike.

6 Pobuđena stanja elementarnih čestica

Prema teoriji polja elementarnih čestica, elementarne čestice sa kvantnim brojem L>0 takođe mogu biti u pobuđenom stanju, koje se od glavnog razlikuje prisustvom dodatnog rotacionog momenta (V). Fizika je već eksperimentalno otkrila mnoga takva stanja u elementarnim česticama. Primjeri su prikazani na slikama:

mionska podgrupa

pi mezon podgrupa

protonska podgrupa

7 Elementarne čestice i teorija gravitacije elementarnih čestica

Teorija gravitacije elementarnih čestica, koja se pojavila 2015. godine, utvrdila je prisustvo elektromagnetnog oblika gravitacije u prirodi. Istovremeno, potrebno je jasno razumjeti: u prirodi ne postoji gravitacijsko polje materije, već gravitacijska polja elementarnih čestica koje čine materiju. Ovo je superpozicija vektorskih polja, a ona se dodaju prema pravilima vektorskog sabiranja.

Budući da gravitacijska polja tvari stvaraju elektromagnetna polja elementarnih čestica od kojih se ova tvar sastoji, postavilo se pitanje o prirodi inercijalnih svojstava tvari.

U jednačini 137 teorije gravitacije elementarnih čestica ustanovljeno je da je kinetička energija elektromagnetnog polja elementarne čestice jednaka kinetičkoj energiji njene inercijalne mase.

Slijedi: električna i magnetska komponenta elektromagnetnog polja elementarne čestice stvaraju inercijska svojstva materije polja koja čini supstancu Univerzuma.

Tako je teorija gravitacije elementarnih čestica dokazala da gravitaciona polja materije i inercijalna svojstva materije stvaraju elektromagnetna polja elementarnih čestica od kojih se ova materija sastoji. - FIZIKA 21. veka opovrgla je matematičku BAJKU o “Higsovom bozonu”.

Elementarne čestice koje čine materiju Univerzuma su oblik materije elektromagnetnog polja i ovaj oblik materije ne zahteva nikakav fantastičan „Higsov bozon“ zajedno sa njegovim fantastičnim interakcijama koje su izmislili Standardni model i kvantna teorija. Naravno da možete to nadoknaditi nova uniforma stvar, ali ovo će biti nova matematička PRIČA.

8 Malo o Standardnom modelu elementarnih čestica

Godine 1964. Gellmann i Zweig su nezavisno predložili hipotezu o postojanju kvarkova, od kojih se, po njihovom mišljenju, sastoje hadroni. Bilo je moguće ispravno opisati spektar tada poznatih elementarnih čestica, ali su izumljeni kvarkovi morali biti obdareni delimičnim električnim nabojem koji ne postoji u prirodi. Leptoni se uopšte nisu uklapali u ovaj kvarkov model, koji je kasnije prerastao u Standardni model elementarnih čestica – stoga su prepoznati kao istinski elementarne čestice, u rangu sa izmišljenim kvarkovima. Da bi se objasnila povezanost kvarkova u hadronima (barionima, mezonima), pretpostavljeno je postojanje u prirodi jake interakcije i njenih nosilaca, gluona. Gluoni, kao što se očekivalo u kvantnoj teoriji, bili su obdareni jediničnim spinom, identitetom čestice i antičestice i nultom masom mirovanja, poput fotona. U stvarnosti, u prirodi ne postoji jaka interakcija hipotetičkih kvarkova, ali nuklearne sile nukleona - a to su RAZLIČITI pojmovi.

Prošlo je 50 godina. Izmišljeni kvarkovi nikada nisu pronađeni u prirodi i za nas je izmišljena nova matematička bajka pod nazivom "Zatvor". Čovek koji razmišlja lako može u tome da vidi direktnu sprdnju osnovnom zakonu prirode – zakonu održanja energije. Ali to će učiniti osoba koja razmišlja, a pripovjedači su dobili izgovor koji im je odgovarao zašto u prirodi nema slobodnih kvarkova.

Uvedeni gluoni također NISU nađeni u prirodi. Činjenica je da samo vektorski mezon (i još jedno od pobuđenih stanja mezona) mogu imati jedinični spin u prirodi, ali svaki vektorski mezon ima antičesticu. - Dakle, vektorski mezoni nikako nisu pogodni kao kandidati za „gluone“, a ne može im se pripisati uloga nosilaca fiktivne snažne interakcije. Ostalo je prvih devet pobuđenih stanja mezona, ali 2 od njih su u suprotnosti sa samim Standardnim modelom elementarnih čestica i Standardni model ne priznaje njihovo postojanje u prirodi, a ostala je fizika dobro proučila i to neće biti moguće da ih predstavi kao fantastične gluone. Ima li još zadnja opcija: izdati kao gluon vezano stanje para leptona (muona ili tau-leptona) - ali čak i to se može izračunati tokom raspada.

Dakle, u prirodi nema gluona, kao što nema kvarkova i fiktivne snažne interakcije u prirodi. Mislite da pristalice Standardnog modela elementarnih čestica to ne razumiju – još uvijek razumiju, ali mučno je priznati zabludu onoga što su radili decenijama. Zato vidimo sve više novih matematičkih pseudonaučnih bajki, od kojih je jedna „teorija struna“.

9 Elementarne čestice i "teorija struna"

Početkom 1970-ih pojavio se novi pravac u kvantnoj teoriji: "teorija struna", koja proučava dinamiku interakcije ne tačkastih čestica, već jednodimenzionalnih proširenih objekata (kvantnih struna). Pokušano je spojiti ideje kvantne mehanike i teorije relativnosti na osnovu primata kvantne teorije. Očekivalo se da će se na njenoj osnovi izgraditi teorija kvantne gravitacije.

Nekoliko citata sa Wikipedije: Teorija struna zasniva se na hipotezi da sve elementarne čestice i njihove fundamentalne interakcije nastaju kao rezultat oscilacija i interakcija ultramikroskopskih kvantnih struna na skalama reda Planckove dužine od 10 -35 m. Ovaj pristup, s jedne strane, izbjegava takve poteškoće kvantne teorije polja, kao što je renormalizacija, a s druge strane dovodi do dubljeg pogleda na strukturu materije i prostor-vremena.

Uprkos matematičkoj strogosti i integritetu teorije, opcije za eksperimentalnu potvrdu teorije struna još nisu pronađene. Nastala da opiše fiziku hadrona, ali ne baš prikladna za to, teorija se našla u svojevrsnom eksperimentalnom vakuumu za opisivanje svih interakcija.

Jedan od glavnih problema kada se pokušava opisati postupak redukcije teorije struna sa dimenzije 26 ili 10 na fiziku niske energije u dimenziji 4 je velike količine mogućnosti kompaktifikacije dodatnih dimenzija na Calabi-Yau mnogostrukosti i orbifolde, koji su vjerovatno posebni granični slučajevi Calabi-Yau prostora. Veliki broj mogućih rješenja od kasnih 1970-ih i ranih 1980-ih stvorio je problem poznat kao "problem pejzaža", pri čemu, neki naučnici postavljaju pitanje da li teorija struna zaslužuje naučni status.

A sada neka pojašnjenja:

Elektromagnetna polja elementarnih čestica ne nastaju kao rezultat vibracija ultramikroskopskih kvantnih struna, a njihove interakcije nisu proizvod interakcije ovih struna.
Glavna poteškoća kvantne „teorije“ leži u odsustvu u prirodi nosilaca, interakcija koje je ona izmislila i virtuelnih čestica ignorišući osnovni zakon prirode - zakon održanja energije. Što se tiče renormalizacije, sama njena neophodnost ukazuje na pogrešnost takve „teorije“. Uzeli su i prepisali rezultat zakona prirode - i to je predstavljeno kao nauka.
U prirodi nema adronske fizike, jer u prirodi nema hadrona. U prirodi NEMA kvarkova sa gluonima, već jednostavno postoje elementarne čestice, a postoje samo dvije fundamentalne interakcije.
Prostor sa dimenzijom 26 ili 10 - zašto ne 25 ili 11. Manipulišući dimenzijom prostora, možete izgraditi onoliko "teorija" koliko želite, ali FANTASTIČNIH. A uvođenje višedimenzionalnih objekata u teorije struna svakako je iz svijeta matematičkih BAJKA.
Fizika takođe ima pitanja o teorijama relativnosti: specijalna teorija relativnosti (SRT) ne radi unutar elementarnih čestica, a gravitaciono polje za opšta teorija Relativnost (GTR) ne stvara ništa osim fantastičnih “crnih rupa” koje je “stvorilo” ovo isto polje i na taj način je u suprotnosti s principom kauzalnosti. - Elementarne čestice stvaraju superpoziciju vektorskih gravitacionih polja, a ne neko apstraktno matematičko gravitaciono polje za opštu relativnost.
Pa, nema potrebe graditi kvantnu “teoriju gravitacije” – razvijena je NAUČNA TEORIJA GRAVITNOSTI ELEMENTARNIH ČESTICA, od kojih se sastoji materija Univerzuma. I u prirodi NEMA gravitona.
Tahioni predviđeni „teorijama“ niza – čestice koje se kreću brzinom većom od brzine svetlosti u vakuumu i protivrečne principu kauzalnosti – postoje samo u takvim „teorijama“, pa čak i u mašti njihovih autora i pristalica.
Multidimenzionalnost Univerzuma predviđena „teorijama“ niza je u suprotnosti sa eksperimentalnim podacima. Fizika je utvrdila postojanje tri prostorne dimenzije, a Albert Ajnštajn im je dodao u specijalnoj teoriji relativnosti (koja ne funkcioniše svuda) četvrtu imaginarnu dimenziju – vreme. Sve ostale dimenzije Univerzuma su proizvod mašte nekih „teoretičara“ koji svoje želje stavljaju iznad zakona prirode.

Zagovornici teorije struna, upoređujući je sa Standardnim modelom elementarnih čestica i zalažući se za teoriju struna, tvrde da standardni model ima 19 slobodnih parametara koji odgovaraju eksperimentalnim podacima, dok teorija struna ne.

Nešto im nedostaje. Kada se standardni model elementarnih čestica još zvao model kvarka, trebala su mu samo 3 kvarka. Ali kako se razvijao, Standardni model je trebao povećati broj kvarkova na 6 (dolje, gore, čudno, šarmantno, ljupko, istinito), a svakom hipotetičkom kvarku su također date tri boje (r, g, b) - dobijamo 6 × 3 =18 hipotetičkih čestica. Također im je bilo potrebno dodati 8 gluona. – Model je narastao da odgovara novim eksperimentalnim podacima. Ali pokazalo se da uvođenje boja u vilinske kvarkove nije dovoljno, a neki su već počeli govoriti o složenoj strukturi kvarkova. Drugi zagovornici Standardnog modela tvrde da su kvarkovi oblik materije polja.

Slična sudbina čeka i "teoriju" žica. Njegove pristalice isprva pričaju matematičke priče, predstavljajući ih kao najveće dostignuće nauke, a većina čovečanstva u to glupo veruje. Nova matematička kvantna bajka, koja je predstavlja posljednju riječ fizike, već se predaje studentima koji naivno vjeruju da dobijaju “istinsko znanje”. Za novu bajku ljudi će dobiti “naučne” titule i Nobelove nagrade za “fiziku”, kao što je već bio slučaj sa matematičkom bajkom o “Higsovom bozonu”. Nova kvantna bajka će se razvijati, rasti, a parametri će biti potrebni da se uklope u nove eksperimentalne podatke. A kada i ova matematička bajka dospe u ćorsokak i BANKROT, oni će sastaviti novu bajku. Ali sve što se dogodilo bila je zamjena stare bankrotirane kvantne matematičke bajke, koja više ne može kontrolirati ljudske umove, novom sličnom bajkom. – Jedna CHIMERA je zamijenjena drugom CHIMERA. Čovečanstvo je dobilo „nauku“ koju zaslužuje. Ali FIZIKA NIJE POTREBA za ovim književnim stvaralaštvom.

Svaki student koji je studirao geometriju i mehaniku zna da je broj dimenzija prostora tri. Einstein im je dodao vrijeme kao četvrtu imaginarnu dimenziju u okviru specijalne teorije relativnosti. Prostor oko nas NEMA drugih dimenzija. Što se tiče prostora opšte teorije relativnosti, on postoji samo u virtuelnom svetu ove teorije, kao što se virtuelni prostor specijalne teorije relativnosti može koristiti tamo gde ova teorija RADI.

Odrasli sa “naučnim” diplomama otkrivaju da prostor ima 3-9 puta više dimenzija nego što zapravo ima, vjerovatno potpuno zaboravivši ono što su im učili u školi. Ispada da za prirodu prostor ima jednu dimenziju, ali za pristalice teorije struna ima drugu, mnogo veću. Oni su kao bogovi, da mogu stvoriti vlastiti prostor za svoje „teorijske“ konstrukcije. Pa, ako NISU bogovi, onda su jednostavno PRIPOVEČAči iz nauke, koji spašavaju kvantnu pseudo-teoriju od neizbježnog bankrota. Želja da svim silama ostanemo u „nauci“ je razumljiva, ali možda bi bilo poštenije i razumnije da se oprostimo od ove zbirke matematičkih PRIČA, i pošaljemo je u arhiv istorije razvoja fizike, kao prošla ZAGREŠKA, i sjednite za svoj stol sa učenicima i ponovo naučite Novu FIZIKU, što je vrlo odvratno. Sjetite se bajke o golom kralju i kako je završila za kralja - podsjeća li vas moderna stvarnost na nešto?

Da rezimiramo: for pametnim rečima a superkompleksna matematika “teorije struna” krije pseudonaučnu matematičku BAJKU, izgrađenu na lažnim temeljima.

10 Elementarna čestica - razno

Zagovornici kvantne teorije uvjereni su da eksperimenti raspršenja pokazuju tragove kvarkova u protonu. - Ali ovo je jedno od mogućih objašnjenja.

Uzmimo broj hipotetičkih kvarkova u hadronu i podijelimo ga sa dva - dobićemo glavni kvantni broj ( L) elementarne čestice u teoriji polja. I ovo nije samo slučajnost. Stvar je u sljedećem: budući da se naizmjenično elektromagnetno polje rotira unutar elementarnih čestica, u njima će postojati stojni valovi (ovo je opisano u teorijama valova). I u stajaćim talasima postoje oblasti sa maksimalnim intenzitetom (antinodi), ali postoje i tačke u kojima je intenzitet uvek nula (čvorovi). Ako promatramo stajaći val s gledišta masene gustoće, onda se on može matematički podijeliti na nekoliko jednakih dijelova (jednakih broju antičvorova) - a to se ispostavilo da je jednako broju hipotetičkih kvarkova u hadronima.

Ovo dovodi do drugog objašnjenja za eksperimente: U eksperimentima raspršivanja stojni talasi naizmeničnog elektromagnetnog polja se posmatraju unutar elementarnih čestica. To objašnjava nemogućnost podjele u zasebne dijelove - elektromagnetno polje je kontinuirano i ne raspada se u fragmente, već se transformira prema zakonima prirode.

11 Nova fizika: Elementarne čestice - sažetak

Nisam razmatrao sve teorije i teorijske konstrukcije koje se tiču elementarnih čestica. Ostalo neispitano:

neke naučne teorije (valna teorija strukture elementarnih čestica), koje se najbolje mogu vidjeti na web stranicama autora,
teorijske konstrukcije koje ne odgovaraju prirodi kvantne teorije (teorija superstruna, M-teorija, itd.) koje su svojim matematičkim PRIČAMA dovele fiziku u kvantnu slijepu ulicu,
pseudonaučne lutke koje imitiraju nauku (kao što je Teorija beskonačnog ugniježđenja materije), skrivajući lošu fiziku iza apstraktnih ideja, pametnih riječi i često složene matematike.

“Naučna” plodnost nekih autora matematičkih bajki i lutki je vrlo visoka, te troše vrijeme na njihovu analizu. književno stvaralaštvo, predstavljen kao naučni - BESMISLENI. I generalno govoreći, objavljivanje u publikaciji koja zarađuje od nauke nije dokaz da se radi o NAUČNOM DELU. Oni koji imaju novca za to objavljuju - kapitalizam na djelu.

Teorija polja elementarnih čestica nema suštinskih razlika sa talasnim teorijama elementarnih čestica, jer se može smatrati daljim razvojem pravca talasa u fizici. Da je u jednom trenutku smjer valova imao snage da se odupre uspostavljanju monopola na istinu od strane kvantne teorije i Standardnog modela elementarnih čestica - Sada bi u udžbenicima fizike pisalo nešto sasvim drugo.

U 20. veku velike su nade polagane u „kvantnu teoriju“ i „Standardni model elementarnih čestica“, potonji je proglašen gotovo najvišim dostignućem nauke, što je konačno otkriveno svim elementarnim česticama pronađenim u Standardnom modelu. . No, kako se ispostavilo, priroda je drugačije strukturirana nego što tvrde ove zbirke matematičkih bajki. Kvarkovi i gluoni nikada nisu pronađeni ni u prirodi, ni u akceleratorima, ni na bilo kojoj energiji - i bez ovih građevnih blokova Standardni model elementarnih čestica je samo BAJKA. Također, u prirodi nisu pronađeni nosioci interakcija koje postulira kvantna teorija, a broj fundamentalnih interakcija se pokazao mnogo manjim - zakopavajući kvantnu „teoriju“. Pa, i bajka o virtuelnim česticama, izmišljena da popuni odsustvo u prirodi fantastičnih nosilaca fantastičnih interakcija kvantne „teorije“, sada je takođe propala. Zakon održanja energije, koji se toliko ne sviđa kvantnoj "teoriji" i njenom "standardnom" modelu elementarnih čestica, djelovao je u prirodi prije pojave ovih zbirki matematičkih bajki, a nastavlja da djeluje i nakon njihovog neminovnog propadanja.

Stigao je 21. vijek i fizika se promijenila. Sada Teorija polja elementarnih čestica opisuje mikrokosmos na osnovu polja koja stvarno postoje u prirodi, ostajući u okviru zakona koji funkcionišu u prirodi – kako bi to trebalo da bude u nauci. To je postalo jedno od najvećih otkrića Nova fizika 21. veka i najveće otkriće teorijske fizike s početka 21. stoljeća, uspješno je okončan dio posla na stvaranju teorije polja, koji je trajao više od 100 godina, što je dovelo do izgradnje Naučne slike mikrosvijeta. Kako se ispostavilo, Mikrosvet je svet dipolnih elektromagnetnih polja u čije postojanje fizika 20. veka nije ni slutila. Ovome je dodata i teorija gravitacije elementarnih čestica, koja je utvrdila elektromagnetsku prirodu gravitacije i zakopala gomilu matematičkih bajki 20. veka („teorije“ gravitacije, „supergravitacije“, priča o „Higsovim bozon”), uključujući priču o “Crnim rupama”. Istraživanje elektronskih neutrina pokazalo je:

osnovni prirodnog izvora energija potresa, vulkanska aktivnost, tektonska aktivnost, geotermalna aktivnost, toplotni tok koji izlazi iz utrobe Zemlje,
prirodni izvori takozvanog "reliktnog zračenja",
još jedan prirodni mehanizam crvenog pomaka,
zakopao matematičku priču o Velikom prasku.

Još nas čeka puno uzbudljivih i zanimljivih stvari, ali nemojte to tražiti na svjetskoj Wikipediji.

Vladimir Gorunovich