Ökoloogiline õigusnorm kui keskkonnaseadusandluse süsteemi elementaarne osa. Elementaarosake Mis on elementaarosake õige

Elementaarosakesed on mikromaailma peamised struktuurielemendid. Elementaarosakesed võivad olla koostisosa(prooton, neutron) ja mittekomposiitne(elektron, neutriino, footon). Praeguseks on avastatud üle 400 osakese ja nende antiosakese. Mõnel elementaarosakel on ebatavalised omadused. Niisiis arvati pikka aega, et neutriinoosakesel pole puhkemassi. 30ndatel. XX sajand beeta-lagunemist uurides selgus, et radioaktiivsete tuumade poolt emiteeritud elektronide energiajaotus toimub pidevalt. Sellest järeldub, et kas energia jäävuse seadus ei täitu või eralduvad lisaks elektronidele sarnaselt null puhkemassiga footonitele raskesti registreeritavad osakesed, mis kannavad osa energiast minema. Teadlased on väitnud, et see on neutriino. Kuid katseliselt õnnestus neutriinosid registreerida alles 1956. aastal tohututel maa-alustel rajatistel. Nende osakeste registreerimise raskus seisneb selles, et neutriinoosakeste kinnipüüdmine toimub nende suure läbitungimisvõime tõttu üliharva. Katsete käigus selgus, et neutriino puhkemass ei ole null, kuigi erineb nullist vaid veidi. Antiosakestel on ka huvitavad omadused. Neil on palju samu omadusi, mis nende kaksikosakestel (mass, spin, 1 eluiga jne), kuid erinevad neist elektrilaengu märkide või muude omaduste poolest.

1928. aastal ennustas P. Dirac elektroni antiosakese – positroni – olemasolu, mille K. Anderson avastas neli aastat hiljem kosmiliste kiirte koostises. Elektron ja positron pole ainsad kaksikosakeste paar, kõigil elementaarosakestel, välja arvatud neutraalsetel, on oma antiosakesed. Kui osake ja antiosake põrkuvad, toimub nende annihilatsioon (alates lat. annihilatio- muundumine eimillekski) - elementaarosakeste ja antiosakeste muutmine teisteks osakesteks, mille arvu ja tüübi määravad säilivusseadused. Näiteks elektron-positroni paari annihilatsiooni tulemusena sünnivad footonid. Avastatud elementaarosakeste arv aja jooksul suureneb. Samal ajal jätkatakse põhiosakeste otsimist, mis võiksid olla teadaolevate osakeste ehitusplokid. Olemasolu hüpotees sedalaadi kvarkideks nimetatud osakesi väljendas 1964. aastal Ameerika füüsik M. Gell-Mann (1969. aasta Nobeli preemia).

Elementaarosakestel on palju omadusi. Üks kvarkide eripära on see, et neil on murdosa elektrilaenguid. Kvargid võivad omavahel ühendust luua paari- ja kolmikutena. Moodustub kolme kvargi kombinatsioon barüonid(prootonid ja neutronid). Vabas olekus kvarke ei täheldatud. Kvargimudel võimaldas aga määrata paljude elementaarosakeste kvantarvud.

Elementaarosakesed klassifitseeritakse järgmiste kriteeriumide järgi: osakeste mass, elektrilaeng, füüsikalise vastasmõju tüüp, milles elementaarosakesed osalevad, osakeste eluiga, spin jne.

Sõltuvalt osakese puhkemassist (selle puhkemassist, mis määratakse elektroni puhkemassi suhtes, mida peetakse kõigist massiga osakestest kõige kergemaks) on:

♦ footonid (kreeka. fotod- osakesed, millel puudub puhkemass ja mis liiguvad valguse kiirusel);

♦ leptonid (kreeka. leptos- valgus) - valgusosakesed (elektron ja neutriino);

♦ mesonid (kreeka. mesos- keskmine) - keskmised osakesed massiga ühest kuni tuhande elektroni massini (pi-meson, ca-meson jne);

♦ barüonid (kreeka. barys- rasked) - rasked osakesed massiga üle tuhande elektroni massi (prootonid, neutronid jne).

Sõltuvalt elektrilaengust on olemas:

♦ negatiivse laenguga osakesed (näiteks elektronid);

♦ positiivse laenguga osakesed (näiteks prooton, positronid);

♦ nulllaenguga osakesed (näiteks neutriinod).

Seal on osakesed, millel on fraktsionaalne laeng - kvargid. Võttes arvesse põhilise interaktsiooni tüüpi, milles osakesed osalevad, on nende hulgas:

♦ hadronid (kreeka. adros- suur, tugev), osalevad elektromagnetilises, tugevas ja nõrgas vastasmõjus;

♦ leptonid, mis osalevad ainult elektromagnetilises ja nõrgas vastasmõjus;

♦ osakesed on interaktsiooni kandjad (footonid on elektromagnetilise vastastikmõju kandjad; gravitonid on gravitatsioonilise vastasmõju kandjad; gluoonid on tugeva vastasmõju kandjad; vahepealsed vektorbosonid on nõrga vastasmõju kandjad).

Eluea järgi jagunevad osakesed stabiilseteks, kvaasistabiilseteks ja ebastabiilseteks. Enamik elementaarosakesi on ebastabiilsed, nende eluiga on 10–10–10–24 s. Stabiilsed osakesed ei lagune pikka aega. Need võivad eksisteerida lõpmatusest kuni 10-10 sekundini. Stabiilseteks osakesteks peetakse footonit, neutriinot, prootonit ja elektroni. Kvaasistabiilsed osakesed lagunevad elektromagnetilise ja nõrga vastasmõju tulemusena, muidu nimetatakse neid resonantsideks. Nende eluiga on 10–24–10–26 s.

loodusteaduslik aine - erinevaid vorme aine liikumised looduses: nende materiaalsed kandjad (substraadid), mis moodustavad aine järjestikuste struktuurikorralduse tasandite redeli, nende omavahelised seosed, sisemine struktuur ja teke; kogu olemise põhivormid on ruum ja aeg; nii üldist laadi kui ka spetsiifilist laadi loodusnähtuste loomulik seos.

2 Millised teadused on fundamentaalsed?

Fundamentaalteadused on loodusteadused (ehk loodusteadused kõigis selle ilmingutes) - füüsika, keemia, bioloogia, kosmoseteadused, maateadused .. fundamentaalteaduste hulka kuuluvad teadused, mille alusel rakendusteadused arenesid. Näiteks ilma matemaatikata poleks arenenud majandus, ilma füüsika ja keemiata poleks ilmunud küberneetika, ilma meditsiinita, farmaatsia.

3 Mis on teaduslik mõiste?

Mõiste on teatud viis objekti, nähtuse, protsessi mõistmiseks, tõlgendamiseks, põhiline vaatenurk objektidele, juhtidee nende süstemaatiliseks katmiseks.

4 Millised osakesed on elementaarosakesed? Elementaarosakeste klassifikatsioon.

Elementaarosake- koondnimetus, mis viitab subnukleaarses skaalas olevatele mikroobjektidele, mida ei saa jagada (või enne, kui see on tõestatud) nende koostisosadeks. Nende ehitust ja käitumist uurib elementaarosakeste füüsika. Elementaarosakeste mõiste põhineb aine diskreetse struktuuri faktil. Paljudel elementaarosakestel on keeruline sisemine struktuur, kuid neid on võimatu osadeks eraldada. Teised elementaarosakesed on struktuurita ja neid võib pidada primaarseteks põhiosakesed.

Alates 1932. aastast on avastatud üle 400 elementaarosakese.

Klassifikatsioon

Spinni suuruse järgi jagunevad kõik elementaarosakesed kahte klassi: fermionid - pooltäisarvulise spinniga osakesed (näiteks elektron, prooton, neutron, neutriino); bosonid - täisarvu spinniga osakesed (näiteks footon).

Vastavalt interaktsiooni tüüpidele jagatakse elementaarosakesed järgmistesse rühmadesse:

Liitosakesed:

hadronid on osakesed, mis osalevad igasugustes fundamentaalsetes vastasmõjudes. Need koosnevad kvarkidest ja jagunevad omakorda: mesoniteks (täisarvulise spinniga hadronid, st bosonid); barüoniteks (pooltäisarvulise spinniga hadronid, st fermionid). Nende hulka kuuluvad eelkõige osakesed, mis moodustavad tuuma aatomi, prootonineutron.

Põhilised (struktuurita) osakesed:

leptonid on fermioonid, mis on punktosakeste kujul (st nad ei koosne millestki) kuni suurusjärgus 10–18 m. Nad ei osale tugevas vastastikmõjus. Elektromagnetilistes interaktsioonides osalemist täheldati eksperimentaalselt ainult laetud leptonite (elektronid, müüonid, tau leptonid) puhul ja neutriinode puhul seda ei täheldatud. Leptoneid on 6 tüüpi.Kvargid on fraktsioneeriva laenguga osakesed, mis kuuluvad hadronite hulka. Vabas olekus ei täheldatud. Sarnaselt leptonitele jagunevad nad 6 tüüpi ja on struktuurita, kuid erinevalt leptonitest osalevad nad tugevas interaktsioonis.

mõõtbosonid on osakesed, mille vahetuse kaudu toimub vastastikmõju: footon on osake, mis kannab elektromagnetilist vastasmõju; kaheksa gluooni – tugevat vastasmõju kandvad osakesed; kolm vahevektori bosonit W + , W- ja Z 0, mis kannab nõrka vastasmõju; graviton on hüpoteetiline osake, mis kannab gravitatsioonilist vastasmõju. Gravitonite olemasolu, kuigi gravitatsioonilise vastasmõju nõrkuse tõttu pole veel eksperimentaalselt tõestatud, peetakse üsna tõenäoliseks; aga graviton ei kuulu standardmudelisse.

Hadronid ja leptonid moodustavad aine. Mõõtebosonid on erinevat tüüpi kiirguse kvantid.

Lisaks sisaldab Standard Modelis tingimata Higgsi bosonit, mida aga pole veel eksperimentaalselt avastatud.

Algselt tähendas mõiste "elementaarosake" midagi absoluutselt elementaarset, mateeria esimest tellist. Kui aga 1950. ja 1960. aastatel avastati sadu sarnaste omadustega hadroneid, sai selgeks, et vähemalt hadronitel on sisemised vabadusastmed ehk need pole elementaarsed selle sõna otseses mõttes. See kahtlus sai veelgi kinnitust, kui selgus, et hadronid koosnesid kvarkidest.

Seega oleme mateeria struktuuris veidi kaugemale jõudnud: leptoneid ja kvarke peetakse praegu aine kõige elementaarsemateks, punktitaolisteks osadeks. Nende jaoks (koos mõõtmisbosonitega) kasutatakse terminit "põhiosakesed".

Avastatud on üle 350 elementaarosakese. Neist footon, elektron ja müüon neutriino, elektron, prooton ja nende antiosakesed on stabiilsed. Ülejäänud elementaarosakesed lagunevad spontaanselt vastavalt eksponentsiaalseadusele ajakonstandiga umbes 1000 sekundist (vaba neutroni puhul) sekundi tühise osani (resonantside korral 10-24 kuni 10-22 s).

Elementaarosakeste ehitust ja käitumist uurib elementaarosakeste füüsika.

Kõik elementaarosakesed alluvad identsuse printsiibile (kõik sama tüüpi elementaarosakesed Universumis on kõigis oma omadustes täiesti identsed) ja osakeste-laine dualismi põhimõttele (iga elementaarosake vastab de Broglie lainele).

Kõigil elementaarosakestel on vastastikkonverteeritavus, mis on nende vastasmõju tagajärg: tugev, elektromagnetiline, nõrk, gravitatsiooniline. Osakeste vastastikmõju põhjustab osakeste ja nende agregaatide muundumisi teisteks osakesteks ja nende agregaatideks, kui sellised muundumised ei ole keelatud energia jäävuse, impulsi, nurkimpulsi, elektrilaengu, barüonlaengu jms seadustega.

Elementaarosakeste põhiomadused on: mass, spin, elektrilaeng, eluiga, paarsus, G-paarsus, magnetmoment, barüoni laeng, leptoni laeng, kummalisus, isotoop spin, CP-paarsus, laengu paarsus.

Kolleegiline YouTube

    1 / 5

    ✪ CERN: osakeste füüsika standardmudel

    ✪ Universumi tellised: elementaarosakesed, millest maailm koosneb. Professor David Tongi loeng.

    ✪ Elementaarosakesed

    ✪ elementaarosakeste maailm (ütleb akadeemik Valeri Rubakov)

    ✪ Mis on Higgsi boson? / Elementaarosakeste füüsika

    Subtiitrid

Klassifikatsioon

Eluaja järgi

  • Stabiilsed elementaarosakesed on osakesed, mille eluiga vabas olekus on lõpmatult pikk (prooton, elektron, neutriino, footon, graviton ja nende antiosakesed).
  • Ebastabiilsed elementaarosakesed - osakesed, mis lagunevad piiratud aja jooksul vabas olekus teisteks osakesteks (kõik muud osakesed).

Massi järgi

Kõik elementaarosakesed jagunevad kahte klassi:

  • Massivabad osakesed on nullmassiga osakesed (footon, gluoon, graviton ja nende antiosakesed).
  • Nullist erineva massiga osakesed (kõik muud osakesed).

Suurim seljaosa

Kõik elementaarosakesed jagunevad kahte klassi:

Interaktsiooni tüüpide järgi

Elementaarosakesed jagunevad järgmistesse rühmadesse:

Liitosakesed

  • Hadronid on osakesed, mis osalevad igasugustes fundamentaalsetes vastasmõjudes. Need koosnevad kvarkidest ja jagunevad omakorda järgmisteks osadeks:
    • mesonid - täisarvulise spinniga hadronid, see tähendab, et nad on bosonid;
    • barüonid on pooltäisarvulise spinniga hadronid ehk fermionid. Nende hulka kuuluvad eelkõige osakesed, millest koosneb aatomituum – prooton ja neutron.

Fundamentaalsed (struktuurita) osakesed

  • Leptonid on kuni 10–18 m suurusjärgus punktosakeste kujulised (st nad ei koosne millestki) fermioonid, mis ei osale tugevas vastasmõjus. Elektromagnetilistes interaktsioonides osalemist täheldati eksperimentaalselt ainult laetud leptonite (elektronid, müüonid, tau leptonid) puhul ja neutriinode puhul seda ei täheldatud. Leptoneid on 6 tüüpi.
  • Kvargid on fraktsioneeriva laenguga osakesed, mis moodustavad hadroneid. Neid ei täheldatud vabas olekus (selliste vaatluste puudumise selgitamiseks pakuti välja vangistusmehhanism). Sarnaselt leptonitele jagunevad nad kuueks tüübiks ja neid peetakse struktuurituteks, kuid erinevalt leptonitest osalevad nad tugevas interaktsioonis.
  • Mõõtebosonid on osakesed, mille kaudu toimub interaktsioon:
    • footon - osake, mis kannab elektromagnetilist vastasmõju;
    • kaheksa gluooni - osakesed, mis kannavad tugevat vastasmõju;
    • kolm vahevektori bosonit W + , W- ja Z 0, nõrk interaktsioon;
    • graviton on hüpoteetiline osake, mis kannab gravitatsioonilist vastasmõju. Gravitonite olemasolu, kuigi gravitatsioonilise vastasmõju nõrkuse tõttu pole veel eksperimentaalselt tõestatud, peetakse üsna tõenäoliseks; aga graviton ei kuulu elementaarosakeste standardmudelisse.

Elementaarosakeste suurused

Vaatamata elementaarosakeste suurele mitmekesisusele, jagunevad nende suurused kahte rühma. Hadronite (nii barüonide kui ka mesonite) suurused on umbes 10-15 m, mis on ligilähedane neisse sisenevate kvarkide keskmisele kaugusele. Fundamentaalsete, struktuuritute osakeste – bosonite, kvarkide ja leptonite – suurused ühtivad katsevea piires nende punktitaolise suurusega (läbimõõdu ülempiir on umbes 10–18 m) ( vaata selgitust). Kui edasistes katsetes nende osakeste lõplikke suurusi ei leita, võib see viidata sellele, et bosonite, kvarkide ja leptonite suurused on lähedased põhipikkusele (mis võib suure tõenäosusega osutuda Plancki pikkuseks 1,6 × 10–35 m) ...

Tuleb aga märkida, et elementaarosakese suurus on üsna keeruline mõiste, mis ei ole alati kooskõlas klassikaliste mõistetega. Esiteks ei võimalda määramatuse põhimõte füüsikalist osakest rangelt lokaliseerida. Lainepakett, mis kujutab osakest täpselt lokaliseeritud kvantolekute superpositsioonina, on alati lõpliku suuruse ja teatud ruumilise struktuuriga ning paketi suurus võib olla üsna makroskoopiline – näiteks elektron katses kahe pilu juures interferentsiga “tunneb” Mõlemad interferomeetri pilud asuvad makroskoopilise vahemaa tagant ... Teiseks muudab füüsikaline osake enda ümber vaakumi struktuuri, luues lühiealiste virtuaalosakeste "katte" – fermion-antifermion paarid (vt Vaakumi polarisatsioon) ja bosonid-interaktsioonikandjad. Selle piirkonna ruumilised mõõtmed sõltuvad osakeste mõõdetavatest laengutest ja vahepealsete bosonite massidest (massiivsete virtuaalsete bosonite kesta raadius on lähedane nende Comptoni lainepikkusele, mis omakorda on pöördvõrdeline nende massiga ). Seega on elektroni raadius neutriinode vaatenurgast (nende vahel on võimalik ainult nõrk interaktsioon) ligikaudu võrdne W-bosonite Comptoni lainepikkusega ~ 3 × 10 -18 m ja tugevate piirkondade suurusega. hadroni interaktsiooni määrab kõige kergema hadroni, pi-mesoni (~ 10–15 m) Comptoni lainepikkus, mis toimib siin interaktsiooni kandjana.

Lugu

Algselt tähendas mõiste "elementaarosake" midagi absoluutselt elementaarset, mateeria esimest tellist. Kui aga 1950. ja 1960. aastatel avastati sadu sarnaste omadustega hadroneid, selgus, et vähemalt hadronitel on sisemised vabadusastmed ehk need pole elementaarsed selle sõna otseses mõttes. See kahtlus sai veelgi kinnitust, kui selgus, et hadronid koosnevad kvarkidest.

Seega on füüsikud mateeria struktuuris veidi kaugemale jõudnud: leptoneid ja kvarke peetakse praegu aine kõige elementaarsemateks, punktitaolisteks osadeks. Nende jaoks (koos gabariidibosonitega) on mõiste " põhiline osakesed".

Stringiteooria, mida on aktiivselt arendatud alates umbes 1980. aastate keskpaigast, eeldab, et elementaarosakesed ja nende vastastikmõjud on erinevad tüübid eriti väikeste "nööride" vibratsioonid.

Standardmudel

Elementaarosakeste standardmudel sisaldab 12 fermiooni maitseainet, neile vastavaid antiosakesi, aga ka mõõtbosone (footonid, gluoonid, W- ja Z-bosonid), mis kannavad osakeste vahelist vastasmõju, ja 2012. aastal avastatud Higgsi boson, mis vastutab osakestes inertse massi olemasolu eest. Standardmudelit peetakse aga suures osas pigem ajateooriaks kui tõeliselt fundamentaalseks, kuna see ei sisalda gravitatsiooni ja sisaldab mitukümmend vaba parameetrit (osakeste massid jne), mille väärtused ei tulene otseselt teooria. Võib-olla leidub elementaarosakesi, mida standardmudel ei kirjelda – näiteks graviton (gravitatsioonijõude kandev osake) või tavaliste osakeste supersümmeetrilised partnerid. Kokku kirjeldab mudel 61 osakest.

Fermions

12 fermiooni maitset on jagatud 3 perekonda (põlvkonda), millest igaühes on 4 osakest. Neist kuus on kvargid. Ülejäänud kuus on leptonid, millest kolm on neutriinod ja ülejäänud kolm kannavad ühikulist negatiivset laengut:

Tundub ilmne, et elementaarosake- see jagamatu osakest ilma sisemine struktuurid. V kaasaegne teadus vaikimisi tähendab, et elementaarmaterjalist osake on identnematemaatilised punkt. Selle järgi otsing lõpeb kõige elementaarsema aineosakese olemus. Kuni praeguseniei ole installitud mis on tõelised elementaarosakesed. Seetõttu ei vasta tuvastatud "elementaarosakesed" enam elementaaratribuudile.Seetõttu on "elementaarosakesi" järjest rohkem! Üle 350 tüüpi "elementaarosakesi" on juba avastatud ja nende arv kasvab jätkuvalt.

Selle keerulise probleemi hoolikas uurimine on näidanud, et olemasolev ebarahuldav olukord "elementaarosakestega" on tingitud põhjusest, mis asub tuumafüüsika alguses. Selle põhjuseks on definitsiooni varjatud ebatäpsus elementaarsed mõisted osakesed. Jah, on ilmne, et elementaarosake peaks tõesti olema jagamatu, see tähendab, et see peab koosnema ühest osakesest. Struktuuri mõiste hõlmab aga mitte ainult objekti moodustavad elemendid, vaid ka nende vormi . See tähendab, et elementaarosake Sellel on ei peaks olema ainult üks struktuur, vaid selle ühe osakese kuju peaks olema stabiilne.

Elementaarosake on mikropööris.Ühtse teooria kohaselt on tõeline elementaarosake stabiilne struktuur - eetri mikropööris (vt Elementaarne tasu). Seetõttu hakkavad kõik muud, niinimetatud "elementaarosakesed" nende moodustumisel pöörlema ​​(vt Antiaine saladused) ja on sama, mis e ja R(vaata Neutrontäht), see tähendab laenguga, mis on võrdne q e... Mitte tõelisi elementaarosakesi, st mitte mikropööriseid, vaid nende ühendusi on vähe (vt Miks osakesed kiiresti lagunevad), kuna mikropöörisest saadud pöörlemine lõhub need.

Seda kinnitavad veenvalt "elementaarosakeste" saamise katsed. Nii et fotol [3, lk. 117] on näha, et osakeste trajektoorid on järsu spiraali kujuga, mis näitab saadud "elementaar" materiaalse objekti pöörlemist. Kui neil "osakestel" poleks pöörlemist, siis katsetes oleks "osakeste" sirged trajektoorid, kuid seda pole. Tõelised elementaarosakesed e, lk ära "omama pöörlemine", a ei eksisteeri ilma pöörlemiseta, alates elementaarosakese olemasolust tõttu pöörlemine. See on omane ainult ühele (vt Keeriste moodustumine) stabiilne füüsiline objekt - keeristorm ... Sealhulgas - keeristorm jões, keeristorm põllu kohal, tornaado.

Siin näete seda üks põhilisi tõelise elementaarosakese olemus on eeter. Selle olemasolu põhjendab autor ühtses teoorias (vt vaakumit pole olemas), samas on teadusmaailma poolt tunnustatud katseid, mis tõestavad, et eetrit pole. Need on A. Michelson-E. Morley katsed. Järgmises artiklis vaatleme seda kogemust. . Samal ajal püüame selgitada selle tulemusi ühtse loodusteooria vaatenurgast. Kui ühtne teooria selle kogemuse otsa komistab, siis see kogemus lükkab ümber mitte ainult eetri, vaid ka ühtse teooria.

Füüsikas nimetatakse elementaarosakesi füüsikalisteks objektideks aatomituuma skaalal, mida ei saa jagada nende komponentideks. Kuid tänaseks õnnestus teadlastel osa neist siiski jagada. Nende väikseimate objektide ehitust ja omadusi uurib elementaarosakeste füüsika.

Väikseimad osakesed, millest kogu aine koosneb, olid teada antiikajal. Filosoofiks peetakse aga niinimetatud "atomismi" rajajaid Vana-Kreeka Leucippus ja tema kuulsam õpilane Demokritos. Eeldatakse, et teine ​​võttis kasutusele mõiste "aatom". Vanakreeka keelest on "atomos" tõlgitud kui "jagamatu", mis määrab iidsete filosoofide vaated.

Hiljem sai teatavaks, et aatomit saab siiski jagada kaheks füüsikaliseks objektiks – tuumaks ja elektroniks. Viimasest sai hiljem esimene elementaarosake, kui 1897. aastal viis inglane Joseph Thomson läbi katoodkiirtega katse ja paljastas, et tegemist on ühesuguste sama massi ja laenguga osakeste vooga.

Paralleelselt Thomsoni tööga viib röntgeniuurija Henri Becquerel läbi katseid uraaniga ja avastab uut tüüpi kiirgust. 1898. aastal uuris prantsuse füüsikutepaar Marie ja Pierre Curie erinevaid radioaktiivsed ained tuvastades sama radioaktiivse kiirguse. Hiljem selgub, et see koosneb alfa- (2 prootonit ja 2 neutronit) ja beetaosakestest (elektronid) ning Becquerel ja Curie saavad Nobeli preemia... Uurides selliseid elemente nagu uraan, raadium ja poloonium, ei võtnud Maria Sklodowska-Curie mingeid ohutusmeetmeid, sealhulgas ei kandnud isegi kindaid. Selle tulemusena tabas teda 1934. aastal leukeemia. Suure teadlase saavutuste mälestuseks sai Curie paari avastatud element poloonium Maarja emamaa - Polonia, ladina keelest - Poola järgi.

Foto V Solvay kongressist 1927. Proovige sellelt fotolt leida kõik selle artikli teadlased.

Alates 1905. aastast pühendas Albert Einstein oma publikatsioonid valguse laineteooria ebatäiuslikkusele, mille postulaadid olid vastuolus katsete tulemustega. Mis hiljem viis silmapaistva füüsiku "valguse kvanti" - valguse osa - ideeni. Hiljem, 1926. aastal, nimetas seda Ameerika füsiokeemik Gilbert N. Lewis kreekakeelsest sõnast "phos" ("valgus") "footoniks".

1913. aastal märkis Briti füüsik Ernest Rutherford tollal juba tehtud katsete tulemuste põhjal, et paljude keemiliste elementide tuumade massid on vesiniku tuuma massi mitmekordsed. Seetõttu tegi ta ettepaneku, et vesiniku tuum on teiste elementide tuumade koostisosa. Oma katses kiiritas Rutherford alfaosakestega lämmastikuaatomit, mis selle tulemusena kiirgas teisest kreekakeelsest "protost" (esimesest, peamisest) teatud osakest, mida Ernest nimetas "prootoniks". Hiljem kinnitati eksperimentaalselt, et prooton on vesiniku tuum.

Ilmselgelt pole prooton ainuke komponent keemiliste elementide tuumad. See on tingitud asjaolust, et kaks prootonit tuumas tõrjuksid ja aatom laguneks koheselt. Seetõttu esitas Rutherford hüpoteesi teise osakese olemasolu kohta, mille mass on võrdne prootoni massiga, kuid mis on laenguta. Mõned teadlaste katsed radioaktiivsete ja kergemate elementide koostoime kohta viisid nad uue kiirguse avastamiseni. Aastal 1932 tegi James Chadwick kindlaks, et see koosneb väga neutraalsetest osakestest, mida ta nimetas neutroniteks.

Nii avastati kõige kuulsamad osakesed: footon, elektron, prooton ja neutron.

Veelgi enam, uute subtuumaobjektide avastamine muutus üha sagedasemaks sündmuseks ja kl Sel hetkel teada umbes 350 osakest, mida tavaliselt peetakse "elementaarseks". Neid, mida pole veel jagatud, peetakse struktuurituks ja neid nimetatakse "fundamentaalseteks".

Mis on spin?

Enne füüsika valdkonna edasiste uuenduste juurde asumist on vaja kindlaks määrata kõigi osakeste omadused. Tuntuim sisaldab peale massi- ja elektrilaengu ka spinni. Seda väärtust nimetatakse muul viisil "õige nurkimpulssiks" ja see ei ole mingil viisil seotud alamtuumaobjekti kui terviku liikumisega. Teadlastel õnnestus leida osakesi spinniga 0, ½, 1, 3/2 ja 2. Et kujutada, ehkki lihtsustatult, spinni kui objekti omadust, vaatleme järgmist näidet.

Olgu objekti spinn võrdne 1-ga. Siis naaseb selline objekt 360 kraadi pööramisel oma algasendisse. Lennukis võib selleks objektiks olla pliiats, mis pärast 360 kraadi pööramist sisse jääb lähtepositsioon... Nullpöörlemise korral näeb igasugune objekti pöörlemine alati ühesugune välja, näiteks ühevärviline pall.

½ selja jaoks on vaja eset, mis säilitab oma välimuse, kui seda 180 kraadi pöörata. See võib olla sama pliiats, ainult mõlemalt poolt sümmeetriliselt teritatud. 2 pöörlemiseks on vaja 720 kraadi ja 3/2 pöörlemiseks 540 kraadi.

See omadus on elementaarosakeste füüsika jaoks väga oluline.

Osakeste ja vastastikmõjude standardmudel

Muljetavaldav komplekt mikroobjekte, mis moodustavad maailm, otsustasid teadlased need struktureerida, nii et loodi tuntud teoreetiline konstruktsioon, mida nimetatakse "Standardmudeliks". Ta kirjeldab kolme interaktsiooni ja 61 osakest, kasutades 17 põhiosa, millest mõnda ennustas ta juba ammu enne avastust.

Kolm interaktsiooni on järgmised:

  • Elektromagnetiline. See toimub elektriliselt laetud osakeste vahel. Koolist tuntud lihtsal juhul tõmmatakse vastaslaenguga objekte ligi, samanimelisi esemeid tõrjutakse. See toimub nn elektromagnetilise interaktsiooni kandja - footoni kaudu.
  • Tugev, muidu - tuuma vastastikmõju. Nagu nimigi viitab, laieneb selle tegevus aatomituuma järgu objektidele, see vastutab prootonite, neutronite ja muude, samuti kvarkidest koosnevate osakeste ligitõmbamise eest. Tugevad vastasmõjud kannavad üle gluoonid.
  • Nõrk. Toimib tuuma suurusest tuhande võrra väiksematel kaugustel. See interaktsioon hõlmab leptoneid ja kvarke, aga ka nende antiosakesi. Veelgi enam, nõrga interaktsiooni korral võivad nad teineteisesse reinkarneeruda. Kandjad on bosonid W +, W− ja Z0.

Seega moodustati standardmudel järgmisel viisil. See sisaldab kuut kvarki, mis moodustavad kõik hadronid (tugevale vastasmõjule alluvad osakesed):

  • Ülemine (u);
  • Võlutud (c);
  • Tõene (t);
  • Madalam (d);
  • Kummaline (s);
  • Armas (b).

On näha, et füüsikud ei ole hõivatud epiteetidega. Ülejäänud 6 osakest on leptonid. Need on põhilised spin ½ osakesed, mis ei osale tugevas interaktsioonis.

  • elektron;
  • elektrooniline neutriino;
  • Muon;
  • müonneutriino;
  • Tau lepton;
  • Tau neutriino.

Ja standardmudeli kolmas rühm on gabariidibosonid, mille spinn on 1 ja mida kujutatakse interaktsioonide kandjatena:

  • Gluoon on tugev;
  • Footon - elektromagnetiline;
  • Z-boson - nõrk;
  • W-boson – nõrk.

Nende hulka kuulub ka hiljuti avastatud spin 0 osake, mis lihtsamalt öeldes varustab kõik teised subtuumaobjektid inertse massiga.

Selle tulemusena näeb meie maailm välja Standardmudeli järgi selline: kogu aine koosneb 6 kvargist, mis moodustavad hadroneid ja 6 leptonit; kõik need osakesed võivad osaleda kolmes interaktsioonis, mida kannavad mõõtmisbosonid.

Standardmudeli puudused

Kuid juba enne Higgsi bosoni, viimase standardmudeli ennustatud osakese avastamist, olid teadlased sellest kaugemale jõudnud. Eeskuju see on nn "Gravitatsiooniline interaktsioon", mis tänapäeval on teistega samaväärne. Arvatavasti on selle kandjaks spin 2-ga osake, millel puudub mass ja mida füüsikutel pole veel õnnestunud tuvastada – "graviton".

Veelgi enam, standardmudel kirjeldab 61 osakest ja tänapäeval teab inimkond juba rohkem kui 350 osakest. See tähendab, et teoreetiliste füüsikute töö pole veel lõppenud.

Osakeste klassifikatsioon

Enda elu hõlbustamiseks on füüsikud rühmitanud kõik osakesed sõltuvalt nende struktuuri omadustest ja muudest omadustest. Klassifikatsioon põhineb järgmistel kriteeriumidel:

  • Eluaeg.
    1. Stabiilne. Nende hulka kuuluvad prooton ja antiprooton, elektron ja positroon, footon ja ka graviton. Stabiilsete osakeste olemasolu ei ole ajaliselt piiratud, kuni nad on vabas olekus, s.t. ära suhtle millegagi.
    2. Ebastabiilne. Kõik muud osakesed lagunevad mõne aja pärast oma koostisosadeks, mistõttu neid nimetatakse ebastabiilseteks. Näiteks müüon elab vaid 2,2 mikrosekundit ja prooton - 2,9 10 * 29 aastat, pärast mida võib see laguneda positroniks ja neutraalseks piooniks.
  • Kaal.
    1. Massita elementaarosakesed, mida on ainult kolm: footon, gluoon ja graviton.
    2. Massiivsed osakesed on kõik teised.
  • Spinni väärtus.
    1. Terve spin, sh. null, sisaldab osakesi, mida nimetatakse bosoniteks.
    2. Pooltäisarvulise spinniga osakesed on fermioonid.
  • Osalemine interaktsioonides.
    1. Hadronid (struktuursed osakesed) on alamtuumaobjektid, mis osalevad kõigis neljas interaktsioonitüübis. Varem mainiti, et need koosnevad kvarkidest. Hadronid jagunevad kaheks alatüübiks: mesonid (terve spin, on bosonid) ja barüonid (pooltäisarvulised spin on fermioonid).
    2. Fundamentaalne (struktuurita osakesed). Nende hulka kuuluvad leptonid, kvargid ja gabariidibosonid (loe varem – "Standardmudel ..").

Olles tutvunud kõigi osakeste klassifikatsiooniga, saate näiteks mõnda neist täpselt määrata. Nii et neutron on fermion, hadron või õigemini barüon ja nukleon, see tähendab, et tal on pooltäisarvuline spin, koosneb kvarkidest ja osaleb 4 interaktsioonis. Nucleon on üldnimetus prootonite ja neutronite jaoks.

  • Huvitav on see, et Demokritose atomismi vastased, kes ennustasid aatomite olemasolu, väitsid, et mis tahes aine maailmas on lõpmatult jagatav. Mingil määral võivad nad õigeks osutuda, kuna teadlased on juba suutnud jagada aatomi tuumaks ja elektroniks, tuuma prootoniteks ja neutroniteks ning need omakorda kvarkideks.
  • Demokritos eeldas, et aatomitel on selge geomeetriline kuju ja seetõttu põlevad "teravad" tuleaatomid, tahkete ainete krobelised aatomid hoiavad kindlalt koos oma eenditega ning siledad veeaatomid libisevad vastastikku toimides, vastasel juhul voolavad.
  • Joseph Thomson koostas oma mudeli aatomist, mis tundus talle positiivselt laetud kehana, millesse elektronid olid justkui "kinni jäänud". Tema mudelit nimetatakse ploomipudingi mudeliks.
  • Kvargid said oma nime Ameerika füüsiku Murray Gell-Manni järgi. Teadlane tahtis kasutada sõna, mis sarnaneb pardi vutistamise heliga (kwork). Kuid James Joyce’i romaanis Finnegans Wake sattusin sõna "kvark" reale "Three quarks for Mr. Mark!" Murray otsustas osakesi selle sõna järgi nimetada, kuna sel ajal oli teada vaid kolm kvarki.
  • Kuigi footonid, valguse osakesed, on massita, on musta augu lähedal, näivad nad muutvat oma trajektoori, kuna neid tõmbab gravitatsiooniline vastastikmõju. Tegelikult ülimassiivne keha painutab aegruumi, mille tõttu mis tahes osakesed, sealhulgas massita osakesed, muudavad oma trajektoori musta augu suunas (vt.).
  • Large Hadron Collider on täpselt "hadroniline", kuna see põrkab kokku kaks suunatud hadronikiirt, aatomituuma suurust osakest, mis osalevad kõigis interaktsioonides.

Jaga sõpradega:
Sarnased väljaanded