Ekologická právna norma ako elementárna súčasť systému environmentálnej legislatívy. Elementárna častica Čo je to elementárna častica vpravo

Elementárne častice sú hlavnými štruktúrnymi prvkami mikrosveta. Elementárne častice môžu byť zložka(protón, neutrón) a nekompozitné(elektrón, neutríno, fotón). Dodnes bolo objavených viac ako 400 častíc a ich antičastíc. Niektoré elementárne častice majú nezvyčajné vlastnosti. Dlho sa teda verilo, že častica neutrín nemá pokojovú hmotnosť. V 30-tych rokoch. XX storočia pri štúdiu beta rozpadu sa zistilo, že distribúcia energie elektrónov emitovaných rádioaktívnymi jadrami prebieha nepretržite. Z toho vyplynulo, že buď nie je splnený zákon zachovania energie, alebo sa okrem elektrónov vyžarujú aj ťažko registrovateľné častice, podobne ako fotóny s nulovou pokojovou hmotnosťou, ktoré časť energie odnášajú. Vedci predpokladajú, že ide o neutríno. Experimentálne však bolo možné registrovať neutrína až v roku 1956 na obrovských podzemných zariadeniach. Ťažkosti pri registrácii týchto častíc spočívajú v tom, že k zachytávaniu neutrínových častíc dochádza veľmi zriedkavo kvôli ich vysokej penetračnej sile. Počas experimentov sa zistilo, že pokojová hmotnosť neutrína nie je nulová, aj keď sa od nuly líši len nepatrne. Zaujímavé vlastnosti majú aj antičastice. Majú veľa rovnakých vlastností ako ich dvojčatá (hmotnosť, rotácia, 1 životnosť atď.), ale líšia sa od nich znakmi elektrického náboja alebo inými charakteristikami.

V roku 1928 P. Dirac predpovedal existenciu antičastice elektrónu - pozitrónu, ktorú o štyri roky neskôr objavil K. Anderson v zložení kozmického žiarenia. Elektrón a pozitrón nie sú jediným párom dvojčiat, všetky elementárne častice, okrem neutrálnych, majú svoje antičastice. Keď sa častica a antičastica zrazia, dôjde k ich zničeniu (z lat. anihilatio- premena na nič) - premena elementárnych častíc a antičastíc na iné častice, ktorých počet a druh určujú zákony zachovania. Napríklad v dôsledku anihilácie elektrón-pozitrónového páru sa rodia fotóny. Počet detekovaných elementárnych častíc sa časom zvyšuje. Zároveň pokračuje hľadanie základných častíc, ktoré by mohli byť stavebnými kameňmi známych častíc. Hypotéza existencie tohto druhučastice nazývané kvarky vyjadril v roku 1964 americký fyzik M. Gell-Mann (Nobelova cena 1969).

Elementárne častice majú mnoho vlastností. Jednou z charakteristických čŕt kvarkov je, že majú zlomkové elektrické náboje. Kvarky sa môžu navzájom spájať v pároch a trojiciach. Forma kombinácie troch kvarkov baryóny(protóny a neutróny). Kvarky neboli pozorované vo voľnom stave. Kvarkový model však umožnil určiť kvantové čísla mnohých elementárnych častíc.

Elementárne častice sú klasifikované podľa nasledujúcich kritérií: hmotnosť častice, elektrický náboj, typ fyzikálnej interakcie, na ktorej sa elementárne častice podieľajú, životnosť častice, spin atď.

V závislosti od pokojovej hmotnosti častice (jej pokojovej hmotnosti, ktorá sa určuje vo vzťahu k pokojovej hmotnosti elektrónu, ktorý sa považuje za najľahší zo všetkých častíc s hmotnosťou), existujú:

♦ fotóny (grécky. fotografie- častice, ktoré nemajú pokojovú hmotnosť a pohybujú sa rýchlosťou svetla);

♦ leptóny (gr. leptos- svetlo) - častice svetla (elektrón a neutríno);

♦ mezóny (grécky. mesos- stredné) - stredné častice s hmotnosťou od jedného do tisíc elektrónových hmotností (pi-mezón, ca-mezón atď.);

♦ baryóny (grécky. barys- ťažké) - ťažké častice s hmotnosťou viac ako tisíc elektrónových hmotností (protóny, neutróny atď.).

V závislosti od elektrického náboja existujú:

♦ častice so záporným nábojom (napríklad elektróny);

♦ častice s kladným nábojom (napríklad protón, pozitróny);

♦ častice s nulovým nábojom (napríklad neutrína).

Existujú častice s frakčným nábojom - kvarky. Ak vezmeme do úvahy typ základnej interakcie, na ktorej sa častice zúčastňujú, medzi ne patria:

♦ hadróny (grécky. adros- veľké, silné), podieľajúce sa na elektromagnetických, silných a slabých interakciách;

♦ leptóny, ktoré sa zúčastňujú iba elektromagnetických a slabých interakcií;

♦ častice sú nositeľmi interakcií (fotóny sú nositeľmi elektromagnetickej interakcie; gravitóny sú nositeľmi gravitačnej interakcie; gluóny sú nositeľmi silnej interakcie; intermediárne vektorové bozóny sú nositeľmi slabej interakcie).

Podľa životnosti sa častice delia na stabilné, kvázi stabilné a nestabilné. Väčšina elementárnych častíc je nestabilná, ich životnosť je 10 -10 -10 -24 s. Stabilné častice sa dlho nerozpadnú. Môžu existovať od nekonečna do 10-10 s. Fotón, neutríno, protón a elektrón sa považujú za stabilné častice. Kvázistabilné častice sa rozpadajú v dôsledku elektromagnetických a slabých interakcií, inak sa nazývajú rezonancie. Ich životnosť je 10 -24 -10 -26 s.

prírodovedný predmet - rôzne formy pohyby hmoty v prírode: ich hmotné nosiče (substráty), tvoriace rebrík postupných úrovní štruktúrnej organizácie hmoty, ich vzájomné prepojenia, vnútorná štruktúra a genéza; základnými formami všetkého bytia sú priestor a čas; prirodzené prepojenie prírodných javov tak všeobecného, ako aj špecifického charakteru.

2 Aké vedy sú základné?

Základné vedy sú prírodné vedy (čiže vedy o prírode vo všetkých jej prejavoch) - fyzika, chémia, biológia, vedy o vesmíre, vedy o Zemi.. medzi základné vedy patria vedy, na základe ktorých sa rozvíjali aplikované. Napríklad bez matematiky by sa nerozvinula ekonómia, bez fyziky a chémie by nevznikla kybernetika, bez medicíny farmácia.

3 Čo je vedecký pojem?

Pojem je určitý spôsob chápania, interpretácie objektu, javu, procesu, hlavného pohľadu na objekty, vodiaca myšlienka pre ich systematické pokrytie.

4 Ktoré častice sú elementárne? Klasifikácia elementárnych častíc.

Elementárna častica- súhrnný pojem označujúci mikroobjekty v subjadrovom meradle, ktoré nemožno rozdeliť (alebo kým sa nepreukáže) na jednotlivé časti. Ich štruktúru a správanie študuje fyzika elementárnych častíc. Koncept elementárnych častíc je založený na skutočnosti diskrétnej štruktúry hmoty. Množstvo elementárnych častíc má zložitú vnútornú štruktúru, ale nie je možné ich rozdeliť na časti. Ostatné elementárne častice sú bez štruktúry a možno ich považovať za primárne základné častice.

Od roku 1932 bolo objavených viac ako 400 elementárnych častíc.

Klasifikácia

Podľa veľkosti spinu sú všetky elementárne častice rozdelené do dvoch tried: fermióny - častice s polovičným spinom (napríklad elektrón, protón, neutrón, neutríno); bozóny - častice s celočíselným spinom (napríklad fotón).

Podľa typov interakcií sú elementárne častice rozdelené do nasledujúcich skupín:

Zložené častice:

hadróny sú častice, ktoré sa zúčastňujú všetkých druhov základných interakcií. Pozostávajú z kvarkov a ďalej sa delia na: mezóny (hadróny s celočíselným spinom, t. j. bozóny); baryóny (hadróny s polovičným spinom, t. j. fermióny). Patria sem najmä častice, ktoré tvoria jadro atómu, protonineutrón.

Základné (bezštruktúrne) častice:

leptóny sú fermióny, ktoré majú podobu bodových častíc (teda z ničoho sa neskladajú) až do mierok rádovo 10 −18 m. Nezúčastňujú sa silných interakcií. Účasť na elektromagnetických interakciách bola experimentálne pozorovaná len pre nabité leptóny (elektróny, mióny, tau leptóny) a nebola pozorovaná pre neutrína. Existuje 6 druhov leptónov.Kvarky sú čiastočne nabité častice, ktoré sú súčasťou hadrónov. Nepozorované v slobodnom stave. Podobne ako leptóny sa delia na 6 typov a sú bezštruktúrne, na rozdiel od leptónov sa však podieľajú na silných interakciách.

kalibračné bozóny sú častice, prostredníctvom ktorých sa uskutočňujú interakcie: fotón je častica, ktorá nesie elektromagnetickú interakciu; osem gluónov - častice nesúce silnú interakciu; tri stredné vektorové bozóny W + , W- a Z 0, nesúca slabú interakciu; gravitón je hypotetická častica, ktorá nesie gravitačnú interakciu. Existencia gravitónov, aj keď ešte nebola experimentálne dokázaná pre slabosť gravitačnej interakcie, sa považuje za dosť pravdepodobnú; gravitón však nie je súčasťou štandardného modelu.

Hadróny a leptóny tvoria hmotu. Meracie bozóny sú kvantá rôznych typov žiarenia.

Okrem toho Standard Modelis nevyhnutne obsahuje Higgsov bozón, ktorý však zatiaľ nebol experimentálne objavený.

Pôvodne pojem „elementárna častica“ znamenal niečo absolútne elementárne, prvú tehlu hmoty. Keď však boli v 50. a 60. rokoch objavené stovky hadrónov s podobnými vlastnosťami, ukázalo sa, že prinajmenšom hadróny majú vnútorné stupne voľnosti, to znamená, že nie sú elementárne v pravom zmysle slova. Toto podozrenie sa ďalej potvrdilo, keď sa ukázalo, že hadróny pozostávajú z kvarkov.

Postúpili sme teda trochu ďalej do štruktúry hmoty: leptóny a kvarky sa dnes považujú za najelementárnejšie, bodové časti hmoty. Pre ne (spolu s kalibračnými bozónmi) sa používa termín „základné častice“.

Bolo objavených viac ako 350 elementárnych častíc. Z nich sú fotónové, elektrónové a miónové neutríno, elektrón, protón a ich antičastice stabilné. Zvyšok elementárnych častíc sa spontánne rozpadá podľa exponenciálneho zákona s časovou konštantou od asi 1000 sekúnd (pre voľný neutrón) po zanedbateľný zlomok sekundy (od 10-24 do 10-22 s pre rezonancie).

Štruktúru a správanie elementárnych častíc študuje fyzika elementárnych častíc.

Všetky elementárne častice sa riadia princípom identity (všetky elementárne častice rovnakého typu vo vesmíre sú úplne identické vo všetkých svojich vlastnostiach) a princípom dualizmu častica-vlna (každá elementárna častica zodpovedá de Broglieho vlne).

Všetky elementárne častice majú vlastnosť vzájomnej konvertibility, ktorá je dôsledkom ich interakcií: silná, elektromagnetická, slabá, gravitačná. Interakcie častíc spôsobujú premeny častíc a ich agregátov na iné častice a ich agregáty, ak takéto premeny nezakazujú zákony zachovania energie, hybnosti, momentu hybnosti, elektrického náboja, baryónového náboja a pod.

Hlavné charakteristiky elementárnych častíc sú: hmotnosť, spin, elektrický náboj, životnosť, parita, G-parita, magnetický moment, baryónový náboj, leptónový náboj, zvláštnosť, izotopický spin, CP-parita, parita náboja.

Collegiate YouTube

1 / 5

✪ CERN: Štandardný model časticovej fyziky

✪ Tehly vesmíru: Elementárne častice, ktoré tvoria svet. Prednáška profesora Davida Tonga.

✪ Elementárne častice

✪ Svet elementárnych častíc (hovorí akademik Valery Rubakov)

✪ Čo je to Higgsov bozón? / Fyzika elementárnych častíc

titulky

Klasifikácia

Podľa doby života

Stabilné elementárne častice sú častice, ktoré majú vo voľnom stave nekonečne dlhú životnosť (protón, elektrón, neutríno, fotón, gravitón a ich antičastice).
Nestabilné elementárne častice – častice, ktoré sa v konečnom čase rozpadajú na iné častice vo voľnom stave (všetky ostatné častice).

Podľa hmotnosti

Všetky elementárne častice sú rozdelené do dvoch tried:

Bezhmotné častice sú častice s nulovou hmotnosťou (fotón, gluón, gravitón a ich antičastice).
Častice s nenulovou hmotnosťou (všetky ostatné častice).

Najväčšia zadná časť

Všetky elementárne častice sú rozdelené do dvoch tried:

Podľa typov interakcií

Elementárne častice sú rozdelené do nasledujúcich skupín:

Zložené častice

Hadróny sú častice, ktoré sa podieľajú na všetkých druhoch základných interakcií. Pozostávajú z kvarkov a ďalej sa delia na:
- mezóny - hadróny s celočíselným spinom, to znamená, že sú to bozóny;
- baryóny sú hadróny s polovičným spinom, teda fermióny. Patria sem najmä častice, ktoré tvoria jadro atómu – protón a neutrón.

Základné (bezštruktúrne) častice

Leptóny sú fermióny, ktoré majú formu bodových častíc (teda z ničoho sa neskladajú) až do mierok rádovo 10 −18 m. Nezúčastňujú sa silných interakcií. Účasť na elektromagnetických interakciách bola experimentálne pozorovaná len pre nabité leptóny (elektróny, mióny, tau leptóny) a nebola pozorovaná pre neutrína. Existuje 6 druhov leptónov.
Kvarky sú čiastočne nabité častice, ktoré tvoria hadróny. Neboli pozorované vo voľnom stave (na vysvetlenie absencie takýchto pozorovaní bol navrhnutý mechanizmus obmedzenia). Podobne ako leptóny sa delia na 6 typov a považujú sa za bezštruktúrne, na rozdiel od leptónov sa však podieľajú na silných interakciách.
Meracie bozóny sú častice, prostredníctvom ktorých prebiehajú interakcie:
- fotón - častica, ktorá nesie elektromagnetickú interakciu;
- osem gluónov - častíc, ktoré nesú silné interakcie;
- tri stredné vektorové bozóny W + , W- a Z 0, nesúci slabú interakciu;
- gravitón je hypotetická častica, ktorá nesie gravitačnú interakciu. Existencia gravitónov, aj keď ešte nebola experimentálne dokázaná pre slabosť gravitačnej interakcie, sa považuje za dosť pravdepodobnú; gravitón však nie je súčasťou štandardného modelu elementárnych častíc.

Veľkosť elementárnych častíc

Napriek širokej škále elementárnych častíc ich veľkosti zapadajú do dvoch skupín. Veľkosti hadrónov (baryónov aj mezónov) sú asi 10-15 m, čo je blízko k priemernej vzdialenosti medzi kvarkami, ktoré do nich vstupujú. Veľkosti fundamentálnych bezštruktúrnych častíc - kalibračných bozónov, kvarkov a leptónov - súhlasia v rámci experimentálnej chyby s ich bodovou veľkosťou (horná hranica priemeru je asi 10 −18 m) ( pozri vysvetlenie). Ak sa v ďalších experimentoch nezistia konečné veľkosti týchto častíc, potom to môže naznačovať, že veľkosti kalibračných bozónov, kvarkov a leptónov sú blízke základnej dĺžke (čo sa veľmi pravdepodobne môže ukázať ako Planckova dĺžka rovnajúca sa 1,6 × 10 -35 m) ...

Treba však poznamenať, že veľkosť elementárnej častice je pomerne zložitý pojem, ktorý nie je vždy v súlade s klasickými pojmami. Po prvé, princíp neurčitosti neumožňuje striktne lokalizovať fyzickú časticu. Vlnový balík predstavujúci časticu ako superpozíciu presne lokalizovaných kvantových stavov má vždy konečnú veľkosť a určitú priestorovú štruktúru a veľkosť balíka môže byť celkom makroskopická – napríklad elektrón v experimente s interferenciou na dvoch štrbinách „cíti“ obe štrbiny interferometra sú rozmiestnené v makroskopickej vzdialenosti ... Po druhé, fyzická častica mení štruktúru vákua okolo seba a vytvára „plášť“ virtuálnych častíc s krátkou životnosťou - párov fermión-antifermión (pozri Polarizácia vákua) a bozóny-prenášače interakcií. Priestorové rozmery tejto oblasti závisia od kalibračných nábojov, ktoré má častica, a od hmotnosti medziľahlých bozónov (polomer obalu masívnych virtuálnych bozónov je blízko ich Comptonovej vlnovej dĺžke, ktorá je naopak nepriamo úmerná ich hmotnosti. ). Polomer elektrónu z pohľadu neutrín (medzi nimi je možná len slabá interakcia) sa teda približne rovná Comptonovej vlnovej dĺžke W bozónov, ~ 3 × 10 −18 m, a veľkosti oblasti silných interakcia hadrónu je určená Comptonovou vlnovou dĺžkou najľahšieho hadrónu, pi-mezónu (~ 10 −15 m), ktorý tu pôsobí ako nosič interakcie.

Príbeh

Pôvodne pojem „elementárna častica“ znamenal niečo absolútne elementárne, prvú tehlu hmoty. Keď však boli v 50. a 60. rokoch objavené stovky hadrónov s podobnými vlastnosťami, ukázalo sa, že prinajmenšom hadróny majú vnútorné stupne voľnosti, teda nie sú elementárne v užšom zmysle slova. Toto podozrenie sa ďalej potvrdilo, keď sa ukázalo, že hadróny sa skladajú z kvarkov.

Fyzici tak v štruktúre hmoty postúpili o niečo ďalej: leptóny a kvarky sa dnes považujú za najelementárnejšie, bodové časti hmoty. Pre nich (spolu s kalibračnými bozónmi) termín „ zásadnýčastice“.

Teória strún, ktorá sa aktívne rozvíja približne od polovice 80. rokov 20. storočia, predpokladá, že elementárne častice a ich interakcie sú dôsledkom odlišné typy vibrácie najmä malých „strun“.

Štandardný model

Štandardný model elementárnych častíc obsahuje 12 fermionových aróm, im zodpovedajúce antičastice, ako aj kalibračné bozóny (fotóny, gluóny, W- a Z-bozóny), ktoré nesú interakcie medzi časticami, a Higgsov bozón objavený v roku 2012, ktorý je zodpovedný za prítomnosť inertnej hmoty v časticiach. Štandardný model sa však do značnej miery považuje skôr za časovú teóriu než za skutočne fundamentálnu, pretože nezahŕňa gravitáciu a obsahuje niekoľko desiatok voľných parametrov (hmotnosti častíc atď.), ktorých hodnoty priamo nevyplývajú z teória. Možno existujú elementárne častice, ktoré štandardný model nepopisuje - napríklad gravitón (častica, ktorá prenáša gravitačné sily) alebo supersymetrickí partneri bežných častíc. Celkovo model popisuje 61 častíc.

Fermióny

12 príchutí fermiónov je rozdelených do 3 rodín (generácií) po 4 časticiach. Šesť z nich sú kvarky. Zvyšných šesť sú leptóny, z ktorých tri sú neutrína a zvyšné tri nesú jednotkový záporný náboj:

Zdá sa to byť zrejmé elementárna častica- to nedeliteľné častica bez interné štruktúry. V moderná veda mlčky znamená, že elementárnemateriál častica je identickámatematický bod. Týmto vyhľadávanie sa ukončí esencia najelementárnejšej hmotnej častice. Do teraznie je nainštalovaný čo sú skutočné elementárne častice. Preto detekované „elementárne“ častice už nezodpovedajú elementárnemu atribútu.Preto je čoraz viac „elementárnych“ častíc! Bolo objavených už viac ako 350 druhov „elementárnych“ častíc a ich počet stále rastie.

Starostlivé štúdium tohto zložitého problému ukázalo, že existujúca neuspokojivá situácia s „elementárnymi“ časticami je spôsobená príčinou nachádzajúcou sa na samom začiatku jadrovej fyziky. Je to kvôli skrytej nepresnosti v definícii elementárne pojmy častice. Áno, je zrejmé, že elementárna častica by naozaj malo byť nedeliteľné, to znamená, že musí pozostávať z jednej častice. Pojem štruktúra však zahŕňa nielen prvky tvoriace objekt, ale aj ich formulár . To znamená, že elementárna častica Má nemala by existovať iba jedna štruktúra, ale tvar tejto jednej častice by mal byť stabilný.

Elementárna častica je mikrovír. Podľa zjednotenej teórie je skutočná elementárna častica stabilná štruktúra - mikrovír éteru (pozri Základný poplatok). Preto všetky ostatné, takzvané, „elementárne“ častice pri svojom vytvorení dostanú rotáciu (pozri Tajomstvá antihmoty), a je rovnaký ako e a R(pozri Neutrónová hviezda), teda s poplatkom rovným q e... Nie skutočné elementárne častice, teda nie mikrovíry, ale ich spojenia, budú existovať málo (pozri Prečo sa častice rýchlo rozpadajú), pretože rotácia prijatá z mikrovíru ich rozbije.

Presvedčivo to potvrdzujú experimenty na získavaní „elementárnych“ častíc. Takže na fotografii [3, s. 117] je vidieť, že trajektórie častíc majú tvar strmej špirály, čo naznačuje rotáciu získaného „elementárneho“ hmotného objektu. Ak tieto "častice" nemali rotáciu, potom v experimentoch by boli priame trajektórie "častíc", ale nie sú. Skutočné elementárne "častice" e, str nemať „mať rotácia ", a neexistuje bez rotácie, od existencie elementárnej častice kvôli rotácia. Toto je vlastné iba jednému (pozri Tvorba vírov) stabilný fyzický objekt - víchor ... Vrátane - víchrice v rieke, víchrice nad poľom, tornáda.

Tu to môžete vidieť jeden zo základných podstatou pravej elementárnej častice je éter. Jeho existencia je podložená autorom v Jednotnej teórii (pozri neexistuje vákuum), existujú však experimenty uznávané vedeckým svetom, ktoré dokazujú, že neexistuje žiadny éter. Toto sú experimenty A. Michelsona-E. Morleyho. V nasledujúcom článku sa pozrieme na túto skúsenosť. . Zároveň sa pokúsime vysvetliť jej výsledky z hľadiska Jednotnej teórie prírody. Ak zjednotená teória narazí na túto skúsenosť, potom táto skúsenosť vyvráti nielen éter, ale aj Jednotnú teóriu.

Vo fyzike sa elementárne častice nazývajú fyzikálne objekty v mierke atómového jadra, ktoré nemožno rozdeliť na jednotlivé časti. Niektoré z nich sa však vedcom pre dnešok predsa len podarilo rozdeliť. Štruktúru a vlastnosti týchto najmenších objektov študuje fyzika elementárnych častíc.

Najmenšie častice, ktoré tvoria všetku hmotu, boli známe už v staroveku. Za zakladateľov takzvaného „atomizmu“ sa však považujú filozofi Staroveké Grécko Leucippus a jeho slávnejší žiak Demokritos. Predpokladá sa, že druhý zaviedol pojem „atóm“. Zo starogréčtiny sa „atomos“ prekladá ako „nedeliteľný“, čo určuje názory starovekých filozofov.

Neskôr sa zistilo, že atóm možno stále rozdeliť na dva fyzické objekty - jadro a elektrón. Tá sa neskôr stala prvou elementárnou časticou, keď v roku 1897 Angličan Joseph Thomson uskutočnil experiment s katódovými lúčmi a odhalil, že ide o prúd identických častíc s rovnakou hmotnosťou a nábojom.

Súbežne s prácou Thomsona, röntgenový výskumník, Henri Becquerel, vykonáva experimenty s uránom a objavuje nový druhžiarenia. V roku 1898 francúzsky pár fyzikov - Marie a Pierre Curie študuje rôzne rádioaktívne látky detekciou rovnakého rádioaktívneho žiarenia. Neskôr sa zistí, že pozostáva z alfa (2 protóny a 2 neutróny) a beta častíc (elektrónov) a Becquerel a Curie dostanú Nobelová cena... Maria Sklodowska-Curie, ktorá vykonávala svoj výskum s prvkami ako urán, rádium a polónium, neprijala žiadne bezpečnostné opatrenia, dokonca ani nenosila rukavice. V dôsledku toho ju v roku 1934 prekonala leukémia. Na pamiatku úspechov veľkého vedca bol prvok, polónium, objavený dvojicou Curieovcov, pomenovaný po materskej krajine Márie - Polonia, z latinčiny - Poľsko.

Fotografia z kongresu V Solvay 1927. Skúste na tejto fotografii nájsť všetkých vedcov z tohto článku.

Počnúc rokom 1905 Albert Einstein venoval svoje publikácie nedokonalosti vlnovej teórie svetla, ktorej postuláty boli v rozpore s výsledkami experimentov. Čo následne priviedlo vynikajúceho fyzika k myšlienke „svetelného kvanta“ - časti svetla. Neskôr, v roku 1926, bol pomenovaný ako "fotón", preložený z gréckeho "phos" ("svetlo"), americkým fyziochemom - Gilbertom N. Lewisom.

V roku 1913 Ernest Rutherford, britský fyzik, na základe výsledkov už vtedy uskutočnených experimentov poznamenal, že hmotnosti jadier mnohých chemických prvkov sú násobkami hmotnosti jadra vodíka. Preto navrhol, že vodíkové jadro je zložkou jadier iných prvkov. Rutherford vo svojom experimente ožiaril atóm dusíka alfa časticami, ktoré v dôsledku toho emitovali určitú časticu, Ernestom pomenovanú „protón“, z iného gréckeho „protos“ (prvého, hlavného). Neskôr sa experimentálne potvrdilo, že protón je jadrom vodíka.

Je zrejmé, že protón nie je jediný komponent jadrá chemických prvkov. Je to spôsobené tým, že dva protóny v jadre by sa odpudzovali a atóm by sa okamžite rozpadol. Preto Rutherford predložil hypotézu o prítomnosti ďalšej častice, ktorá má hmotnosť rovnajúcu sa hmotnosti protónu, ale nie je nabitá. Niektoré experimenty vedcov o interakcii rádioaktívnych a ľahších prvkov ich priviedli k objavu ďalšieho nového žiarenia. V roku 1932 James Chadwick zistil, že sa skladá z veľmi neutrálnych častíc, ktoré nazval neutróny.

Tak boli objavené najznámejšie častice: fotón, elektrón, protón a neutrón.

Ďalej sa objavy nových subjadrových objektov stávali čoraz častejšou udalosťou a pri tento moment známych asi 350 častíc, ktoré sa zvyčajne považujú za „elementárne“. Tie z nich, ktoré ešte neboli rozdelené, sa považujú za bezštruktúrne a nazývajú sa „základné“.

čo je točenie?

Predtým, ako pristúpime k ďalším inováciám v oblasti fyziky, je potrebné určiť charakteristiky všetkých častíc. K najznámejším okrem hmoty a elektrického náboja patrí aj spin. Táto hodnota sa inak nazýva „správny moment hybnosti“ a nijako nesúvisí s pohybom subjadrového objektu ako celku. Vedcom sa podarilo nájsť častice so spinmi 0, ½, 1, 3/2 a 2. Na vizualizáciu, aj keď zjednodušene, spin ako vlastnosť objektu, zvážte nasledujúci príklad.

Nech má predmet rotáciu rovnú 1. Potom sa takýto predmet pri otočení o 360 stupňov vráti do pôvodnej polohy. V rovine môže byť týmto predmetom ceruzka, ktorá po otočení o 360 stupňov bude in východisková pozícia... V prípade nulovej rotácie bude akékoľvek otočenie objektu vyzerať vždy rovnako, napríklad jednofarebná guľa.

Pre ½ chrbta potrebujete predmet, ktorý si zachová svoj vzhľad aj pri otočení o 180 stupňov. Môže to byť rovnaká ceruzka, len symetricky naostrená na oboch stranách. Otočenie 2 bude vyžadovať otočenie 720 stupňov a 3/2 otočenie bude vyžadovať 540.

Táto charakteristika je veľmi dôležitá pre fyziku elementárnych častíc.

Štandardný model častíc a interakcií

Mať pôsobivý súbor mikroobjektov, ktoré tvoria svet, sa vedci rozhodli ich štruktúrovať, a tak vznikla známa teoretická konštrukcia s názvom „Štandardný model“. Opisuje tri interakcie a 61 častíc pomocou 17 základných, z ktorých niektoré predpovedala dávno pred objavom.

Tieto tri interakcie sú:

Elektromagnetické. Vyskytuje sa medzi elektricky nabitými časticami. V jednoduchom prípade známom zo školy dochádza k priťahovaniu opačne nabitých predmetov a odpudzovaniu predmetov s rovnakým názvom. Deje sa tak prostredníctvom takzvaného nosiča elektromagnetickej interakcie – fotónu.
Silná, inak - jadrová interakcia. Ako už názov napovedá, jeho pôsobenie sa rozširuje na objekty rádu atómového jadra, je zodpovedné za priťahovanie protónov, neutrónov a iných častíc, ktoré tiež pozostávajú z kvarkov. Silné interakcie sú prenášané gluónmi.
slabý. Pôsobí na vzdialenosti o tisíc menej, než je veľkosť jadra. Táto interakcia zahŕňa leptóny a kvarky, ako aj ich antičastice. Navyše, v prípade slabej interakcie sa môžu reinkarnovať jeden do druhého. Nosičmi sú bozóny W +, W− a Z0.

Štandardný model bol teda vytvorený nasledujúcim spôsobom. Zahŕňa šesť kvarkov, ktoré tvoria všetky hadróny (častice podliehajúce silným interakciám):

Hore (u);
Očarený (c);
Pravda (t);
Nižšie (d);
Strange (s);
Rozkošný (b).

Je vidieť, že fyzici sa nezaoberajú epitetami. Zvyšných 6 častíc sú leptóny. Sú to základné spinové ½ častice, ktoré sa nezúčastňujú silných interakcií.

elektrón;
elektronické neutríno;
mion;
miónové neutríno;
tau leptón;
Tau neutríno.

A treťou skupinou štandardného modelu sú kalibračné bozóny, ktoré majú spin rovný 1 a sú reprezentované ako nosiče interakcií:

Gluón je silný;
Fotón - elektromagnetický;
Z-bozón - slabý;
W-bozón - slabý.

Patrí k nim aj nedávno objavená častica spin 0, ktorá, zjednodušene povedané, dodáva všetkým ostatným subjadrovým objektom inertnú hmotu.

Výsledkom je, že podľa Štandardného modelu náš svet vyzerá takto: všetka hmota pozostáva zo 6 kvarkov, ktoré tvoria hadróny a 6 leptónov; všetky tieto častice sa môžu zúčastniť troch interakcií, ktoré sú prenášané kalibračnými bozónmi.

Nevýhody štandardného modelu

Avšak ešte pred objavom Higgsovho bozónu, poslednej častice predpovedanej Štandardným modelom, vedci prekročili jeho hranice. Vzorový príklad to je tzv „Gravitačná interakcia“, ktorá sa dnes vyrovná ostatným. Jeho nosičom je pravdepodobne častica so spinom 2, ktorá nemá žiadnu hmotnosť a ktorú fyzici zatiaľ nedokázali odhaliť – „gravitón“.

Navyše, Štandardný model popisuje 61 častíc a dnes už ľudstvo pozná viac ako 350 častíc. To znamená, že práca teoretických fyzikov sa ešte neskončila.

Klasifikácia častíc

Aby si fyzici uľahčili život, zoskupili všetky častice v závislosti od vlastností ich štruktúry a iných charakteristík. Klasifikácia je založená na nasledujúcich kritériách:

Život.
1. Stabilný. Patria sem protón a antiprotón, elektrón a pozitrón, fotón a tiež gravitón. Existencia stabilných častíc nie je časovo obmedzená, pokiaľ sú vo voľnom stave, t.j. s ničím neinteragujte.
2. Nestabilný. Všetky ostatné častice sa po určitom čase rozpadajú na svoje súčasti, preto sa nazývajú nestabilné. Napríklad mión žije iba 2,2 mikrosekúnd a protón - 2,9 10 * 29 rokov, po ktorých sa môže rozpadnúť na pozitrón a neutrálny pión.
Hmotnosť.
1. Bezhmotné elementárne častice, z ktorých sú len tri: fotón, gluón a gravitón.
2. Masívne častice sú všetky ostatné.
Hodnota točenia.
1. Celé točenie, vrát. nula, majú častice nazývané bozóny.
2. Častice s polovičným spinom sú fermióny.
Účasť na interakciách.
1. Hadróny (štrukturálne častice) sú subjadrové objekty, ktoré sa zúčastňujú všetkých štyroch typov interakcií. Už bolo spomenuté, že sa skladajú z kvarkov. Hadróny sa delia na dva podtypy: mezóny (celý spin, sú bozóny) a baryóny (poločíselné spiny sú fermióny).
2. Fundamentálne (bezštruktúrne častice). Patria sem leptóny, kvarky a kalibračné bozóny (čítajte skôr - "Štandardný model ..").

Po oboznámení sa s klasifikáciou všetkých častíc môžete napríklad niektoré z nich presne určiť. Takže neutrón je fermión, hadrón alebo skôr baryón a nukleón, to znamená, že má polovičný spin, pozostáva z kvarkov a zúčastňuje sa 4 interakcií. Nukleón je spoločný názov pre protóny a neutróny.

Je zaujímavé, že oponenti atomizmu Demokrita, ktorý predpovedal existenciu atómov, tvrdil, že akákoľvek látka na svete je nekonečne deliteľná. Do istej miery sa môžu ukázať ako správne, keďže vedcom sa už podarilo rozdeliť atóm na jadro a elektrón, jadro na protón a neutrón a oni zasa na kvarky.
Demokritos predpokladal, že atómy majú jasný geometrický tvar, a preto horia „ostré“ atómy ohňa, drsné atómy pevných látok držia pevne pohromade svojimi výbežkami a hladké atómy vody sa pri interakcii šmýkajú, inak prúdia.
Joseph Thomson zostavil vlastný model atómu, ktorý sa mu zdal ako kladne nabité teleso, do ktorého boli akoby „zapichnuté“ elektróny. Jeho model sa volá Plum pudding model.
Kvarky dostali svoje meno od amerického fyzika Murraya Gell-Manna. Vedec chcel použiť slovo podobné zvuku kvákania kačice (kwork). Ale v románe Finnegans Wake od Jamesa Joycea som sa stretol so slovom "quark", v riadku "Tri kvarky pre pána Marka!" Murray sa rozhodol pomenovať častice týmto slovom, keďže v tom čase boli známe len tri kvarky.
Hoci fotóny, častice svetla, sú bez hmoty, v blízkosti čiernej diery, zdá sa, že menia svoju trajektóriu, pretože sú k nej priťahované gravitačnou interakciou. V skutočnosti supermasívne teleso ohýba časopriestor, vďaka čomu akékoľvek častice, vrátane tých bez hmotnosti, menia svoju trajektóriu smerom k čiernej diere (pozri).
Veľký hadrónový urýchľovač je presne „hadrónový“, pretože naráža na dva smerované lúče hadrónov, častíc s rozmermi rádovo atómového jadra, ktoré sa zúčastňujú všetkých interakcií.