Elementar hissəciklər və onların əsas xüsusiyyətləri. Elementar hissəcik ən kiçik, bölünməz, struktursuz hissəcikdir
Mikrodünyanın dərinliklərinə sonrakı nüfuz atomlar səviyyəsindən elementar hissəciklər səviyyəsinə keçidlə əlaqələndirilir. XIX əsrin sonlarında ilk elementar hissəcik kimi. elektron kəşf edildi, sonra isə 20-ci əsrin ilk onilliklərində. foton, proton, pozitron və neytron.
İkinci Dünya Müharibəsindən sonra müasir eksperimental texnologiyanın və hər şeydən əvvəl yüksək enerji və nəhəng sürət şəraitinin yaradıldığı güclü sürətləndiricilərin istifadəsi sayəsində çoxlu sayda - 300-dən çox elementar hissəciklərin mövcudluğu müəyyən edilmişdir. Onların arasında həm eksperimental olaraq kəşf edilmiş, həm də nəzəri hesablanmış rezonanslar, kvarklar və virtual hissəciklər var.
Müddət elementar hissəcikəvvəlcə hər hansı maddi birləşmələrin əsasında duran ən sadə, daha da parçalana bilməyən hissəcikləri nəzərdə tuturdu. Sonralar fiziklər mikroobyektlərə münasibətdə "elementar" termininin bütün şərtiliyini dərk etdilər. İndi heç bir şübhə yoxdur ki, hissəciklər bu və ya digər quruluşa malikdir, lakin buna baxmayaraq, tarixən müəyyən edilmiş ad mövcud olmaqda davam edir.
Elementar hissəciklərin əsas xüsusiyyətləri kütlə, yük, orta ömür, spin və kvant ədədləridir.
istirahət kütləsi elementar zərrəciklər elektronun sükunət kütləsinə nisbətdə müəyyən edilir.Elə elementar hissəciklər var ki, onların sükunət kütləsi yoxdur, - fotonlar. Bu əsasda qalan hissəciklər bölünür leptonlar– yüngül hissəciklər (elektron və neytrino); mezonlar– kütləsi birdən min elektron kütləsinə qədər olan orta hissəciklər; baryonlar- kütləsi bir elektronun min kütləsindən çox olan və protonları, neytronları, hiperonları və bir çox rezonansları ehtiva edən ağır hissəciklər.
Elektrik yükü elementar hissəciklərin digər mühüm xüsusiyyətidir. Bütün məlum hissəciklər müsbət, mənfi və ya sıfır yükə malikdir. Bir foton və iki mezon istisna olmaqla, hər bir hissəcik əks yüklü antihissəciklərə uyğun gəlir. Təxminən 1963-1964-cü illərdə. olduğunu fərz etdi kvarklar– kəsirli elektrik yüklü hissəciklər. Bu fərziyyə hələ eksperimental olaraq təsdiqlənməyib.
Ömür boyu hissəciklərə bölünür sabit və qeyri-sabit . Beş sabit hissəcik var: bir foton, iki növ neytrino, bir elektron və bir proton. Oynayan sabit hissəciklərdir mühüm rol makrocisimlərin strukturunda. Bütün digər hissəciklər qeyri-sabitdir, onlar təqribən 10 -10 -10 -24 s mövcud olur, bundan sonra parçalanır. Orta ömrü 10–23–10–22 s olan elementar hissəciklər adlanır. rezonanslar. Qısa ömürləri səbəbiylə onlar atom və ya atom nüvəsini tərk etməmişdən əvvəl çürüyürlər. Rezonans halları nəzəri olaraq hesablanmışdır, onları real təcrübələrdə düzəltmək mümkün deyil.
Elementar hissəciklər yük, kütlə və həyat müddətindən əlavə klassik fizikada analoqu olmayan anlayışlarla da təsvir olunur: anlayış. geri . Spin, yerdəyişməsi ilə əlaqəli olmayan hissəciyin daxili bucaq impulsudur. Spin xarakterikdir spin kvant nömrəsi s, tam (±1) və ya yarım tam (±1/2) dəyərlər qəbul edə bilər. Tam ədəd spinli hissəciklər bozonlar, yarım tam ilə - fermionlar. Elektron fermionlara aiddir. Pauli prinsipinə görə, atomda eyni kvant ədədləri dəstinə malik birdən çox elektron ola bilməz. n,m,l,s. Eyni sayda n olan dalğa funksiyalarına uyğun gələn elektronlar enerji baxımından çox yaxındırlar və atomda elektron qabığı əmələ gətirirlər. l rəqəmindəki fərqlər "alt qabığı" müəyyənləşdirir, qalan kvant ədədləri yuxarıda qeyd edildiyi kimi onun doldurulmasını müəyyənləşdirir.
Elementar hissəciklərin səciyyələndirilməsində başqa bir mühüm fikir də var qarşılıqlı təsirlər. Daha əvvəl qeyd edildiyi kimi, elementar hissəciklər arasında dörd növ qarşılıqlı təsir məlumdur: qravitasiya,zəif,elektromaqnit və güclü(nüvə).
İstirahət kütləsi olan bütün hissəciklər ( m 0), qravitasiya qarşılıqlı təsirində iştirak edir, yüklənir - və elektromaqnitdə. Leptonlar da zəif qarşılıqlı təsirlərdə iştirak edirlər. Adronlar bütün dörd əsas qarşılıqlı əlaqədə iştirak edirlər.
Kvant sahəsi nəzəriyyəsinə görə, bütün qarşılıqlı təsirlər mübadilə yolu ilə həyata keçirilir virtual hissəciklər , yəni varlığı yalnız dolayı yolla müəyyən edilə bilən hissəciklər, bəzi ikincil təsirlər vasitəsilə bəzi təzahürləri ilə ( real hissəciklər alətlərlə birbaşa sabitlənə bilər).
Məlum olub ki, bütün məlum dörd qarşılıqlı təsir növü - qravitasiya, elektromaqnit, güclü və zəif - ölçü xarakteri daşıyır və ölçü simmetriyaları ilə təsvir olunur. Yəni, bütün qarşılıqlı əlaqələr, sanki, "bir boşluqdan" düzəldilir. Bu, ümidləri ruhlandırır ki, “bütün məlum qıfılların yeganə açarını” tapmaq və Kainatın təkamülünü tək supersimmetrik supersahə ilə təmsil olunan vəziyyətdən, qarşılıqlı təsir növləri arasında fərqlərin olduğu bir vəziyyətdən təsvir etmək mümkün olacaq. hər cür maddə hissəcikləri və sahə kvantları hələ təzahür etməmişdir.
Elementar hissəcikləri təsnif etməyin çoxlu sayda yolu var. Beləliklə, məsələn, hissəciklər fermionlara (Fermi hissəcikləri) - maddə hissəciklərinə və bozonlara (Bose hissəcikləri) - sahə kvantlarına bölünür.
Başqa bir yanaşmaya görə, hissəciklər 4 sinfə bölünür: fotonlar, leptonlar, mezonlar, barionlar.
Fotonlar (elektromaqnit sahəsinin kvantları) elektromaqnit qarşılıqlı təsirlərdə iştirak edir, lakin güclü, zəif, qravitasiya qarşılıqlı təsirləri yoxdur.
Leptonlar adını yunan sözündən almışdır leptos- işıq. Bunlara güclü qarşılıqlı təsirə malik olmayan hissəciklər (μ - , μ +), elektronlar (e - , e +), elektron neytrinolar (ve - ,ve +) və muon neytrinoları (v - m ,v + m) daxildir. Bütün leptonlar ½ spinə malikdir və buna görə də fermionlardır. Bütün leptonlar zəif qarşılıqlı təsirə malikdir. Elektrik yükü olanlar (yəni müonlar və elektronlar) da elektromaqnit qarşılıqlı təsirə malikdirlər.
Mezonlar güclü qarşılıqlı təsir göstərən qeyri-sabit hissəciklərdir ki, onlar barion yükü deyilən yükü daşımırlar. Onların arasındadır R-mezonlar və ya pionlar (π +, π -, π 0), Kimə-mezonlar və ya kaonlar (K + , K - , K 0) və bu-mezonlar (η) . Çəki Kimə-mezonlar ~970me (yüklü üçün 494 MeV və neytral üçün 498 MeV) Kimə-mezonlar). Ömür boyu Kimə-mezonların böyüklüyü təxminən 10-8 s-dir. Onlar formalaşmaq üçün parçalanırlar I-mezonlar və leptonlar və ya yalnız leptonlar. Çəki bu-mezonlar 549 MeV (1074me) bərabərdir, ömrü təxminən 10-19 s-dir. Bu-mezonlar π-mezonlar və γ-fotonların əmələ gəlməsi ilə parçalanır. Leptonlardan fərqli olaraq, mezonlar təkcə zəif (əgər onlar yüklüdürsə, elektromaqnit) deyil, həm də onların bir-biri ilə qarşılıqlı təsirində, həmçinin mezonlar və barionlar arasında qarşılıqlı təsirdə özünü göstərən güclü qarşılıqlı təsirə malikdir. Bütün mezonların spini sıfırdır, ona görə də onlar bozonlardır.
Sinif baryonlar nuklonları (p, n) və nuklonların kütləsindən böyük olan qeyri-sabit hissəcikləri birləşdirir, hiperonlar adlanır. Bütün baryonlar güclü qarşılıqlı təsirə malikdirlər və buna görə də atom nüvələri ilə aktiv şəkildə qarşılıqlı əlaqədə olurlar. Bütün barionların spini ½-dir, buna görə də barionlar fermionlardır. Proton istisna olmaqla, bütün barionlar qeyri-sabitdir. Baryonların parçalanmasında digər hissəciklərlə birlikdə mütləq barion əmələ gəlir. Bu nümunə təzahürlərdən biridir baryon yükünün qorunma qanunu.
Yuxarıda sadalanan hissəciklərə əlavə olaraq, böyük rəqəm adlanan güclü qarşılıqlı qısamüddətli hissəciklər rezonanslar . Bu hissəciklər iki və ya daha çox elementar hissəciklərin yaratdığı rezonans vəziyyətləridir. Rezonansların ömrü yalnız ~dır 10–23–10–22 s.
Elementar zərrəcikləri, eləcə də mürəkkəb mikrohissəcikləri maddədən keçərkən buraxdıqları izlərə görə müşahidə etmək olar. İzlərin təbiəti zərrəciyin yükünün işarəsini, onun enerjisini, impulsunu və s. mühakimə etməyə imkan verir. Yüklənmiş hissəciklər yolda molekulların ionlaşmasına səbəb olur. Neytral hissəciklər iz buraxmır, lakin yüklü hissəciklərə parçalanma anında və ya hər hansı bir nüvə ilə toqquşma anında özlərini göstərə bilirlər. Beləliklə, nəticədə neytral hissəciklər də onların yaratdığı yüklü hissəciklərin yaratdığı ionlaşma ilə aşkar edilir.
Hissəciklər və antihissəciklər. 1928-ci ildə ingilis fiziki P.Dirak elektron üçün relativistik kvant-mexaniki tənliyi tapmağa müvəffəq oldu və bu tənlikdən bir sıra diqqətəlayiq nəticələr yaranır. Hər şeydən əvvəl bu tənlikdən təbii yolla heç bir əlavə fərziyyə olmadan elektronun spini və daxili maqnit momentinin ədədi qiyməti alınır. Beləliklə, spinin həm kvant, həm də relativistik kəmiyyət olduğu ortaya çıxdı. Lakin bu, Dirak tənliyinin əhəmiyyətini tükəndirmir. Bu həm də elektronun antihissəciklərinin mövcudluğunu proqnozlaşdırmağa imkan verdi - pozitron. Dirac tənliyindən sərbəst elektronun ümumi enerjisi üçün təkcə müsbət deyil, həm də mənfi qiymətlər alınır. Tənliyin tədqiqi göstərir ki, verilmiş hissəcik impulsu üçün enerjilərə uyğun gələn tənliyin həlli var: .
Ən böyük mənfi enerji arasında (- m e ilə 2) və ən kiçik müsbət enerji (+ m e c 2) həyata keçirilə bilməyən enerji dəyərləri intervalı var. Bu intervalın eni 2-dir m e ilə 2. Nəticə etibarilə, enerjinin öz dəyərlərinin iki bölgəsi əldə edilir: biri ilə başlayır + m e ilə 2 və +∞-ə qədər uzanır, digəri --dən başlayır m e ilə 2 və –∞-ə qədər uzanır.
Mənfi enerjili hissəcik çox qəribə xüsusiyyətlərə malik olmalıdır. Həmişə daha aşağı enerjiyə malik (yəni mütləq dəyərdə artan mənfi enerji ilə) vəziyyətlərə keçərək, enerjini, məsələn, şüalanma şəklində buraxa bilər, üstəlik, çünki | E| heç nə ilə məhdudlaşmır, mənfi enerjili bir hissəcik sonsuz böyük miqdarda enerji saça bilər. Bənzər bir nəticəyə aşağıdakı şəkildə gəlmək olar: münasibətdən E=m e ilə 2-dən belə nəticə çıxır ki, mənfi enerjili hissəciyin kütləsi də mənfi olacaq. Yavaşlayan qüvvənin təsiri altında mənfi kütləli hissəcik yavaşlamalı, əksinə sürətlənməli, yavaşlayan qüvvənin mənbəyində sonsuz böyük iş görməlidir. Bu çətinlikləri nəzərə alsaq, belə görünür ki, mənfi enerjili dövləti absurd nəticələrə gətirib çıxaran hesab etməkdən kənarda saxlamaq lazımdır. Lakin bu, kvant mexanikasının bəzi ümumi prinsiplərinə zidd olardı. Beləliklə, Dirak fərqli bir yol seçdi. O təklif etdi ki, elektronların mənfi enerjili vəziyyətlərə keçidləri adətən müşahidə edilmir, çünki mənfi enerjili bütün mövcud səviyyələr artıq elektronlar tərəfindən işğal edilir. 
Dirakın fikrincə, vakuum mənfi enerjinin bütün səviyyələrinin elektronlar tərəfindən doldurulduğu və müsbət enerjili səviyyələrin sərbəst olduğu bir vəziyyətdir. İstisnasız olaraq qadağan olunmuş zolağın altındakı bütün səviyyələr işğal edildiyi üçün bu səviyyələrdəki elektronlar heç bir şəkildə özünü göstərmir. Mənfi səviyyələrdə yerləşən elektronlardan birinə enerji verilirsə E≥ 2m e ilə 2 , onda bu elektron müsbət enerjili vəziyyətə keçəcək və müsbət kütləli və mənfi yüklü bir hissəcik kimi adi şəkildə davranacaq. Bu ilk nəzəri olaraq proqnozlaşdırılan hissəcik pozitron adlanırdı. Pozitron bir elektronla qarşılaşdıqda, onlar məhv olurlar (yoxdurlar) - elektron müsbət səviyyədən boş mənfi səviyyəyə keçir. Bu səviyyələr arasındakı fərqə uyğun olan enerji şüalanma şəklində buraxılır. Əncirdə. 4, 1-ci ox elektron-pozitron cütünün yaradılması prosesini, 2-ci ox isə onların məhv edilməsini təsvir edir. Əslində baş verənlər yoxa çıxma yox, bəzi hissəciklərin (elektron və pozitron) digərlərinə (γ-fotonlara) çevrilməsidir.
Antihissəcikləri ilə eyni olan hissəciklər var (yəni antihissəcikləri yoxdur). Belə hissəciklər tamamilə neytral adlanır. Bunlara foton, π 0-mezon və η-mezon daxildir. Antihissəcikləri ilə eyni olan hissəciklər məhv olmaq qabiliyyətinə malik deyildir. Ancaq bu, onların ümumiyyətlə başqa hissəciklərə çevrilə bilməyəcəkləri demək deyil.
Əgər barionlara (yəni nuklonlara və hiperonlara) barion yükü (və ya barion nömrəsi) verilirsə. AT= +1, antibaryonlar – barion yükü AT= –1 və bütün digər hissəciklər üçün – barion yükü AT= 0 olarsa, barionların və antibarionların iştirakı ilə baş verən bütün proseslər üçün elektrik yükünün saxlanması proseslər üçün xarakterik olduğu kimi, yük barionlarının da saxlanması xarakterik olacaqdır. Barion yükünün qorunma qanunu ən yumşaq barion olan protonun sabitliyini müəyyən edir. Bütün hissəciklərin antihissəciklərlə (məsələn, elektronları protonlarla, protonları elektronlarla və s.) əvəz edən fiziki sistemi təsvir edən bütün kəmiyyətlərin çevrilməsi konjuqasiya yükü adlanır.
Qəribə hissəciklər.Kimə-1950-ci illərin əvvəllərində kosmik şüaların tərkibində mezonlar və hiperonlar aşkar edilmişdir. 1953-cü ildən onlar sürətləndiricilərdə istehsal olunur. Bu hissəciklərin davranışı o qədər qeyri-adi olub ki, onları qəribə adlandırıblar. Qəribə hissəciklərin qeyri-adi davranışı ondan ibarət idi ki, onlar açıq-aydın 10-23 s sıralı xarakterik bir zamanla güclü qarşılıqlı təsir nəticəsində yaranıblar və ömürləri 10-8-10-10 s təşkil edib. Sonuncu vəziyyət göstərdi ki, hissəciklər zəif qarşılıqlı təsirlər nəticəsində parçalanır. Qəribə hissəciklərin niyə bu qədər uzun ömür sürməsi tamamilə anlaşılmaz idi. Eyni hissəciklər (π-mezonlar və protonlar) λ-hiperonun həm yaranmasında, həm də parçalanmasında iştirak etdiyi üçün hər iki prosesin sürətinin (yəni ehtimalının) bu qədər fərqli olması təəccüblü görünürdü. Sonrakı araşdırmalar qəribə hissəciklərin cüt-cüt istehsal edildiyini göstərdi. Bu, güclü qarşılıqlı təsirlərin hissəciklərin parçalanmasında rol oynaya bilməyəcəyi fikrinə səbəb oldu, çünki onların təzahürü üçün iki qəribə hissəciyin olması zəruridir. Eyni səbəbdən qəribə hissəciklərin tək istehsalı mümkün deyil.
Qəribə hissəciklərin tək istehsalına qadağa qoyulmasını izah etmək üçün M.Gel-Mann və K.Nishijima yeni kvant nömrəsini təqdim etdilər, onların fərziyyələrinə görə, güclü qarşılıqlı təsirlər altında ümumi dəyəri qorunmalıdır. Bu kvant rəqəmidir Sçağırıldı hissəcik qəribəliyi. Zəif qarşılıqlı əlaqədə qəribəlik qorunmaya bilər. Buna görə də, yalnız güclü qarşılıqlı hissəciklərə - mezonlara və barionlara aid edilir.
Neytrino. Neytrino nə güclü, nə də elektromaqnit qarşılıqlı təsirlərdə iştirak etməyən yeganə hissəcikdir. Bütün hissəciklərin iştirak etdiyi qravitasiya qarşılıqlı təsirini nəzərə almasaq, neytrino yalnız zəif qarşılıqlı təsirlərdə iştirak edə bilər.
Uzun müddət neytrinoların antineytrinolardan nə ilə fərqləndiyi aydın deyildi. Birləşdirilmiş paritetin qorunma qanununun kəşfi bu suala cavab verməyə imkan verdi: onlar spiralda fərqlənirlər. Altında helislik impuls istiqamətləri arasında müəyyən əlaqə başa düşülür R və geri S hissəciklər. Spin və impuls eyni istiqamətdə olarsa, spirallıq müsbət hesab olunur. Bu halda hissəciklərin hərəkət istiqaməti ( R) və fırlanmaya uyğun gələn “fırlanma” istiqaməti sağ vint yaradır. Əks istiqamətə yönəldilmiş fırlanma və impulsla, sarmal mənfi olacaq (tərcümə hərəkəti və "fırlanma" sol vida təşkil edir). Yang, Lee, Landau və Salam tərəfindən hazırlanmış uzununa neytrinolar nəzəriyyəsinə görə, təbiətdə mövcud olan bütün neytrinolar, yaranma üsulundan asılı olmayaraq, həmişə tam uzununa qütbləşir (yəni onların spini impulsa paralel və ya antiparalel yönəldilir. R). Neytrino var mənfi(solda) helislik (istiqamətlərin nisbətinə uyğundur S və RŞəkildə göstərilmişdir. 5 (b), antineytrino - müsbət (sağda) helislik (a). Beləliklə, neytrinoları antineytrinolardan fərqləndirən spirallıqdır.
düyü. 5. Elementar hissəciklərin sarmal sxemi
Elementar hissəciklərin sistematikası. Elementar hissəciklər aləmində müşahidə olunan qanunauyğunluqları qorunma qanunları kimi formalaşdırmaq olar. Artıq kifayət qədər belə qanunlar var. Onların bəziləri dəqiq deyil, yalnız təxminidir. Hər bir qorunma qanunu sistemin müəyyən simmetriyasını ifadə edir. İmpulsun saxlanması qanunları R, bucaq impulsu L və enerji E məkan və zamanın simmetriya xassələrini əks etdirir: qorunma E zamanın homojenliyinin, konservasiyasının nəticəsidir R məkanın homojenliyinə və konservasiyasına görə L- onun izotropiyası. Paritetin qorunma qanunu sağ və sol arasındakı simmetriya ilə bağlıdır ( R-invariantlıq). Yük konyuqasiyası altında simmetriya (hissəciklərin və antihissəciklərin simmetriyası) yük paritetinin qorunmasına gətirib çıxarır ( FROM-invariantlıq). Elektrik, barion və lepton yüklərinin saxlanma qanunları xüsusi simmetriya ifadə edir. FROM-funksiyalar. Nəhayət, izotopik spinin qorunma qanunu izotopik məkanın izotropiyasını əks etdirir. Qoruma qanunlarından birinə əməl edilməməsi bu qarşılıqlı əlaqədə müvafiq simmetriya növünün pozulması deməkdir.
Elementar hissəciklər dünyasında aşağıdakı qayda tətbiq olunur: qorunma qanunları ilə qadağan olunmayan hər şeyə icazə verilir. Sonuncu hissəciklərin qarşılıqlı çevrilməsini tənzimləyən qadağan qaydaları rolunu oynayır. İlk növbədə enerjinin, impulsun və elektrik yükünün saxlanması qanunlarını qeyd edirik. Bu üç qanun elektronun sabitliyini izah edir. Enerjinin və impulsun qorunmasından belə nəticə çıxır ki, parçalanma məhsullarının ümumi istirahət kütləsi çürüyən hissəciyin istirahət kütləsindən az olmalıdır. Bu o deməkdir ki, elektron yalnız neytrinolara və fotonlara parçalana bilər. Lakin bu hissəciklər elektrik cəhətdən neytraldır. Beləliklə, məlum olur ki, elektronun sadəcə olaraq elektrik yükünü ötürəcək heç kim yoxdur, ona görə də sabitdir.
Kvarklar. Elementar adlanan hissəciklər o qədər çoxdur ki, onların elementar təbiətinə dair ciddi şübhələr var. Güclü qarşılıqlı təsir göstərən hissəciklərin hər biri üç müstəqil əlavə kvant nömrəsi ilə xarakterizə olunur: yük Q, hiper yüklənmə At və baryon yükü AT. Bu baxımdan, bütün hissəciklərin üç əsas hissəcikdən - bu yüklərin daşıyıcılarından qurulduğuna dair bir fərziyyə ortaya çıxdı. 1964-cü ildə Gell-Mann və ondan asılı olmayaraq isveçrəli fizik Zveyq bütün elementar hissəciklərin kvark adlanan üç hissəcikdən qurulduğu bir fərziyyə irəli sürdülər. Bu hissəciklərə fraksiya kvant nömrələri, xüsusən də +⅔-ə bərabər olan elektrik yükü verilir; –⅓; Üç kvarkın hər biri üçün müvafiq olaraq +⅓. Bu kvarklar adətən hərflərlə işarələnir U,D,S. Kvarklara əlavə olaraq antikvarklar da nəzərə alınır ( u,d,s). Bu günə qədər 12 kvark məlumdur - 6 kvark və 6 antikvark. Mezonlar kvark-antikvark cütündən, barionlar isə üç kvarkdan əmələ gəlir. Beləliklə, məsələn, bir proton və neytron üç kvarkdan ibarətdir ki, bu da protonu və ya neytronu rəngsiz edir. Buna görə, güclü qarşılıqlı əlaqənin üç ittihamı fərqlənir - qırmızı ( R), sarı ( Y) və yaşıl ( G).
Hər bir kvarka dəyəri nəzəriyyədən müəyyən edilməyən eyni maqnit momenti (µV) verilir. Bu fərziyyə əsasında aparılan hesablamalar protona maqnit momentinin μ p qiymətini verir. = μ q, neytron üçün isə μ n = – ⅔μ kv.
Beləliklə, maqnit momentlərinin nisbəti üçün μ p dəyəri / μn = –⅔, eksperimental dəyərlə əla uyğunlaşır.
Əsasən, kvarkın rəngi (elektrik yükünün işarəsi kimi) kvarkların qarşılıqlı cazibə və itələməsini təyin edən xassə fərqini ifadə etməyə başladı. Müxtəlif qarşılıqlı təsir sahələrinin kvantlarına bənzətməklə (elektromaqnit qarşılıqlı təsirlərdəki fotonlar, R-güclü qarşılıqlı təsirlərdə olan mezonlar və s.), hissəciklər-kvarklar arasında qarşılıqlı təsirin daşıyıcıları təqdim edilmişdir. Bu hissəciklər adlandırıldı qluonlar. Rəngi bir kvarkdan digərinə köçürür, nəticədə kvarklar bir yerdə tutulur. Kvark fizikasında həbs hipotezi (ingilis dilindən. həbslər- əsirlik) kvarkların, buna görə kvarkı bütövlükdən çıxarmaq mümkün deyil. O, yalnız bütünün elementi kimi mövcud ola bilər. Fizikada kvarkların həqiqi hissəciklər kimi mövcudluğu etibarlı şəkildə əsaslandırılmışdır.
Kvark ideyası çox məhsuldar oldu. Bu, nəinki artıq məlum olan hissəcikləri sistemləşdirməyə, həm də bir sıra yeni hissəcikləri proqnozlaşdırmağa imkan verdi. Elementar hissəciklər fizikasında yaranmış vəziyyət 1869-cu ildə D.İ.Mendelev tərəfindən dövri qanunun kəşfindən sonra atom fizikasında yaranmış vəziyyəti xatırladır. Bu qanunun mahiyyəti kvant mexanikasının yaradılmasından cəmi 60 il sonra aydınlaşsa da, o dövrə məlum olan kimyəvi elementləri sistemləşdirməyə imkan verdi və bundan əlavə, yeni elementlərin mövcudluğunun və onların xassələrinin proqnozlaşdırılmasına səbəb oldu. . Eyni şəkildə, fiziklər elementar hissəcikləri sistemləşdirməyi öyrəndilər və inkişaf etdirilən sistematika bir neçə halda yeni hissəciklərin mövcudluğunu proqnozlaşdırmağa və onların xassələrini qabaqcadan görməyə imkan verdi.
Deməli, indiki dövrdə kvarkları və leptonu həqiqətən elementar hesab etmək olar; onların 12-si və ya antihissəciklərlə birlikdə - 24. Bundan əlavə, dörd fundamental qarşılıqlı əlaqəni (qarşılıqlı təsir kvantları) təmin edən hissəciklər var. Bu hissəciklərdən 13-ü var: qraviton, foton, W± - və Z-hissəciklər və 8 qluon.
Elementar zərrəciklərin mövcud nəzəriyyələri silsilənin başlanğıcının nə olduğunu göstərə bilməz: atomlar, nüvələr, adronlar, kvarklar Bu silsilədə hər bir daha mürəkkəb maddi struktur ayrılmaz hissə kimi daha sadə olanı ehtiva edir. Görünür, bu sonsuza qədər davam edə bilməz. Təsvir edilən maddi strukturların zəncirinin əsaslı şəkildə fərqli təbiətli obyektlərə əsaslandığı güman edilirdi. Göstərilmişdir ki, bu cür obyektlər nöqtəli deyil, uzadılmış, lakin çox kiçik (~10 -33 sm) formasiyalar adlanır. superstrings. Təsvir edilən ideya bizim dördölçülü məkanımızda həyata keçirilə bilməz. Fizikanın bu sahəsi ümumiyyətlə son dərəcə mücərrəddir və elementar hissəciklər nəzəriyyələrinə daxil edilmiş fikirlərin sadələşdirilmiş qavranılmasına kömək edən vizual modelləri tapmaq çox çətindir. Buna baxmayaraq, bu nəzəriyyələr fiziklərə “ən elementar” mikro-obyektlərin qarşılıqlı çevrilməsini və qarşılıqlı asılılığını, onların dördölçülü məkan-zamanın xassələri ilə əlaqəsini ifadə etməyə imkan verir. Ən perspektivli sözdə M-nəzəriyyə (M - dən sirr- tapmaca, sirr). O, əməliyyat edir on iki ölçülü məkan . Nəhayət, bizim bilavasitə qavradığımız dördölçülü dünyaya keçid zamanı bütün “əlavə” ölçülər “yıxılır”. M-nəzəriyyə indiyə qədər dörd fundamental qarşılıqlı əlaqəni birinə - sözdə olana endirməyə imkan verən yeganə nəzəriyyədir. Super güc. M-nəzəriyyəsinin müxtəlif dünyaların mövcudluğuna imkan verməsi və dünyamızın meydana gəlməsini təmin edən şərtləri müəyyən etməsi də vacibdir. M-nəzəriyyə hələ kifayət qədər inkişaf etməmişdir. Final olduğuna inanılır "hər şeyin nəzəriyyəsi" XXI əsrdə M-nəzəriyyəsi əsasında qurulacaq.
Kainatda hər bir cisim öz zamanında yaşayır və əsas elementar hissəciklər də. Əksər elementar hissəciklərin ömrü olduqca qısadır.
Bəziləri doğulduqdan dərhal sonra çürüyür, buna görə də biz onları qeyri-sabit hissəciklər adlandırırıq.
Onlar bitdi qısa müddət sabit olanlara parçalanır: protonlar, elektronlar, neytrinolar, fotonlar, qravitonlar və onların antihissəcikləri.
Yaxın məkanımızdakı ən vacib mikro-obyektlər - protonlar və elektronlar. Kainatın bəzi uzaq hissələri antimaddədən ibarət ola bilər, orada ən mühüm hissəciklər antiproton və antielektron (pozitron) olacaqdır.
Ümumilikdə bir neçə yüz elementar hissəcik aşkar edilmişdir: proton (p), neytron (n), elektron (e -), həmçinin foton (g), pi-mezonlar (p), muonlar (m), neytrino üç növ(elektron v e, muon v m, leptonlu v t) və s. onlar daha çox yeni mikrohissəciklər gətirəcəklər.
Hissəciklərin görünüşü:
protonlar və elektronlar
Protonların və elektronların görünüşü təxminən on milyard il əvvələ aiddir.
Yaxın kosmosun strukturunda mühüm rol oynayan mikro obyektlərin başqa bir növü protonla ümumi adı olan neytronlardır: nuklonlar. Neytronların özləri qeyri-sabitdir, əmələ gəldikdən təxminən on dəqiqə sonra çürüyürlər. Onlar yalnız atomun nüvəsində sabit ola bilərlər. Atomların nüvələrinin protonlardan doğulduğu ulduzların dərinliklərində daima çoxlu sayda neytron yaranır.
Neytrino
Kainatda elektrona bənzəyən, lakin yükü olmayan və kiçik kütləyə malik neytrinoların doğulması da davamlı olaraq baş verir. 1936-cı ildə müxtəlif neytrinolar kəşf edildi: protonların neytronlara çevrilməsi zamanı, superkütləvi ulduzların dərinliklərində və bir çox qeyri-sabit mikro-cisimlərin parçalanması zamanı yaranan muon neytrinoları. Onlar kosmik şüalar ulduzlararası məkanda toqquşduqda doğulur.
Böyük partlayış çoxlu sayda neytrino və muon neytrinolarının meydana gəlməsi ilə nəticələndi. Kosmosda onların sayı durmadan artır, çünki onlar demək olar ki, heç bir maddə tərəfindən udulmur.
Fotonlar
Fotonlar kimi, neytrinolar və muon neytrinoları da bütün məkanı doldurur. Bu fenomen "neytrino dənizi" adlanır.
Böyük Partlayışdan bəri relikt və ya fosil dediyimiz çoxlu sayda foton qalıb. Onlar bütün kosmosla və onların tezliyi ilə doludur və buna görə də kainat genişləndikcə enerji daim azalır.
Hazırda Kainatın foton hissəsinin əmələ gəlməsində bütün kosmik cisimlər, ilk növbədə ulduzlar və dumanlıqlar iştirak edir. Fotonlar ulduzların səthində elektronların enerjisindən yaranır.
Hissəcik əlaqəsi
AT ilkin mərhələ kainatın yaranması zamanı bütün əsas elementar hissəciklər sərbəst idi. O zaman atomların nüvələri, planetlər, ulduzlar yox idi.
Atomlar və onlardan planetlər, ulduzlar və bütün maddələr daha sonra, 300.000 il keçdikdən sonra və isti maddə genişlənərkən əmələ gəldi. kifayətdir soyudu. 
Yalnız neytrino, muon neytrino və foton heç bir sistemə daxil olmayıb: onların qarşılıqlı cazibəsi çox zəifdir. Onlar sərbəst hissəciklər olaraq qaldılar.
Ətraflı ilkin mərhələ Kainatın meydana gəlməsi (doğuşundan 300.000 il sonra), sərbəst protonların və elektronların hidrogen atomlarına birləşməsi (bir proton və bir elektron elektrik qüvvəsi ilə birləşir).
Proton əsas elementar hissəcik hesab olunur yükü +1 və kütləsi 1,672 10 −27 kq (elektrondan 2000 dəfədən bir qədər az ağır). Kütləvi bir ulduzda görünən protonlar tədricən Kainatın əsas bina "dəmirinə" çevrildi. Onların hər biri istirahət kütləsinin bir faizini buraxdı. Ömrlərinin sonunda öz cazibə qüvvəsi nəticəsində kiçik həcmlərə kiçilən superkütləvi ulduzlarda proton öz istirahət enerjisinin demək olar ki, beşdə birini (və deməli, istirahət kütləsinin beşdə birini) itirə bilər.Məlumdur ki, Kainatın "tikinti mikroblokları" protonlar və elektronlardır.
Nəhayət, bir proton və antiproton qarşılaşdıqda, heç bir sistem yaranmır, lakin onların bütün istirahət enerjisi fotonlar şəklində buraxılır (). 
Alimlər iddia edirlər ki, elektromaqnetizmə bənzər qravitasiya qarşılıqlı təsirini daşıyan kabus kimi əsas elementar hissəcik qravitonu da var. Lakin qravitonun mövcudluğu yalnız nəzəri cəhətdən sübut edilmişdir.
Beləliklə, əsas elementar hissəciklər yarandı və indi Kainatımızı, o cümlədən Yeri təmsil edir: protonlar, elektronlar, neytrinolar, fotonlar, qravitonlar və daha çox kəşf edilmiş və kəşf edilməmiş mikro-cisimlər.
"Elektrik", "elektrik yükü", " sözləri ilə elektrik Siz dəfələrlə görüşmüsünüz və onlara öyrəşmisiniz. Ancaq suala cavab verməyə çalışın: "Elektrik yükü nədir?" - və bunun o qədər də asan olmadığını görəcəksiniz. Fakt budur ki, yük anlayışı biliklərimizin indiki inkişaf səviyyəsində heç bir sadə, elementar anlayışlara endirilə bilməyən əsas, ilkin anlayışdır.
Gəlin əvvəlcə ifadənin nə demək olduğunu aydınlaşdırmağa çalışaq: verilmiş bədən ya da hissəciyin elektrik yükü var.
Bilirsiniz ki, bütün cisimlər ən kiçik, bölünməz hissəciklərdən sadə (elmə indi məlum olduğu qədər) zərrəciklərdən ibarətdir və buna görə də elementar adlanır. Bütün elementar zərrəciklərin kütləsi var və buna görə də aralarındakı məsafə artdıqca nisbətən yavaş azalan, məsafənin kvadratına tərs mütənasib olan qüvvə ilə universal cazibə qanununa uyğun olaraq bir-birinə çəkilir. Əksər elementar hissəciklər, hamısı olmasa da, bir-biri ilə məsafənin kvadratı ilə tərs olaraq azalan bir qüvvə ilə qarşılıqlı təsir göstərmək qabiliyyətinə malikdir, lakin bu qüvvə cazibə qüvvəsindən qat-qat böyükdür. Belə ki. Şəkil 91-də sxematik şəkildə göstərilən hidrogen atomunda elektron qravitasiya cazibə qüvvəsindən 101" dəfə böyük qüvvə ilə nüvəyə (proton) çəkilir.
Əgər zərrəciklər bir-biri ilə məsafə ilə yavaş-yavaş azalan və ümumdünya cazibə qüvvələrindən dəfələrlə böyük olan qüvvələrlə qarşılıqlı təsir göstərirsə, bu hissəciklərin elektrik yükü olduğu deyilir. Hissəciklərin özləri yüklü adlanır. Elektrik yükü olmayan hissəciklər var, lakin hissəciksiz elektrik yükü yoxdur.
Yüklü hissəciklər arasındakı qarşılıqlı təsirlərə elektromaqnit deyilir. Elektrik yükü, kütlənin qravitasiya təsirlərinin intensivliyini təyin etdiyi kimi, elektromaqnit qarşılıqlı təsirlərinin intensivliyini təyin edən fiziki kəmiyyətdir.
Elementar zərrəciyin elektrik yükü zərrəcikdəki xüsusi “mexanizm” deyil ki, ondan ayrılıb onun tərkib hissələrinə parçalanıb yenidən yığıla bilsin. Elektronun və digər hissəciklərin üzərində elektrik yükünün olması yalnız varlıq deməkdir
onların arasında müəyyən güc qarşılıqlı təsirləri. Ancaq bu qarşılıqlı əlaqənin qanunlarını bilməsək, mahiyyət etibarilə, ittiham haqqında heç nə bilmirik. Qarşılıqlı əlaqə qanunları haqqında biliklər yük haqqında anlayışımıza daxil edilməlidir. Bu qanunlar sadə deyil, onları bir neçə sözlə ifadə etmək mümkün deyil. Buna görə də elektrik yükünün nə olduğuna dair kifayət qədər qənaətbəxş qısa tərif vermək mümkün deyil.
Elektrik yüklərinin iki əlaməti. Bütün cisimlərin kütləsi var və buna görə də bir-birini cəlb edir. Yüklənmiş cisimlər bir-birini həm çəkə, həm də itələyə bilər. Bu ən mühüm faktdır, VII sinif fizika kursundan sizə tanış olan, təbiətdə əks işarəli elektrik yüklü hissəciklərin olması deməkdir. Eyni yük işarəsi olan hissəciklər bir-birini itələyir, fərqli işarələrlə isə cəzb edirlər.
Bütün atom nüvələrinin tərkib hissəsi olan elementar hissəciklərin - protonların yükü müsbət, elektronların yükü isə mənfi adlanır. Müsbət və mənfi yüklər arasında heç bir daxili fərq yoxdur. Əgər hissəciklərin yüklərinin əlamətləri tərsinə çevrilsəydi, onda elektromaqnit qarşılıqlı təsirlərin təbiəti heç dəyişməzdi.
elementar yük. Elektronlara və protonlara əlavə olaraq, yüklü elementar hissəciklərin bir neçə başqa növü var. Ancaq yalnız elektronlar və protonlar sonsuza qədər mövcud ola bilər azad dövlət. Qalan yüklü hissəciklər saniyənin milyonda birindən az yaşayır. Onlar sürətli elementar hissəciklərin toqquşması zamanı doğulur və cüzi bir müddət mövcud olduqdan sonra çürüyərək digər hissəciklərə çevrilir. Bu hissəciklərlə X sinfində tanış olacaqsınız.
Neytronlar elektrik yükü olmayan hissəciklərdir. Onun kütləsi bir protonun kütləsini bir qədər üstələyir. Neytronlar protonlarla birlikdə atom nüvəsinin bir hissəsidir.
Elementar hissəciyin yükü varsa, onun dəyəri, çoxsaylı təcrübələrlə göstərildiyi kimi, ciddi şəkildə müəyyən edilir (bu təcrübələrdən biri - Millikan və İoffenin təcrübəsi - VII sinif dərsliyində təsvir edilmişdir)
Bütün yüklü elementar hissəciklərin malik olduğu elementar adlanan minimum yük var. Elementar hissəciklərin yükləri yalnız işarələrə görə fərqlənir. Yükün bir hissəsini, məsələn, elektrondan ayırmaq mümkün deyil.
719. Elektrik yükünün saxlanması qanunu
720. Elektrik yükləri olan cisimlər fərqli əlamət, …
Onlar bir-birlərinə cəlb olunurlar.
721. Qarşılıqlı yüklərlə yüklənmiş eyni metal kürəciklər q 1 =4q və q 2 = -8q bir-birinə toxundu və eyni məsafədə bir-birindən uzaqlaşdılar. Hər topun bir yükü var
q 1 \u003d -2q və q 2 \u003d -2q
723. Müsbət yüklü (+2e) damcı işıqlandırıldıqda bir elektron itirir. Düşmənin yükü bərabər oldu
724. q 1 = 4q, q 2 = - 8q və q 3 = - 2q yükləri ilə yüklənmiş eyni metal toplar təmasda olub, eyni məsafədə bir-birindən uzaqlaşdırılıb. Topların hər birinin yükü olacaq
q 1 = - 2q, q 2 = - 2q və q 3 = - 2q
725. q 1 \u003d 5q və q 2 \u003d 7q yükləri ilə yüklənmiş eyni metal toplar təmasda oldu və eyni məsafədə bir-birindən uzaqlaşdırıldı, sonra q 3 \u003d -2q yüklü ikinci və üçüncü toplar təmasda oldu. və eyni məsafəyə köçdü. Topların hər birinin yükü olacaq
q 1 = 6q, q 2 = 2q və q 3 = 2q
726. q 1 = - 5q və q 2 = 7q yükləri ilə yüklənmiş eyni metal toplar təmasda olub eyni məsafəyə bir-birindən uzaqlaşdırılıb, sonra q 3 = 5q yüklü ikinci və üçüncü toplar təmasda olub bir-birindən uzaqlaşdırılıb. eyni məsafəyə. Topların hər birinin yükü olacaq
q 1 \u003d 1q, q 2 \u003d 3q və q 3 \u003d 3q
727. Yükləri q 1 = 5q, q 2 = 7q, q 3 = -3q və q 4 = -1q olan dörd eyni metal top var. Əvvəlcə q 1 və q 2 yükləri (1 yüklər sistemi) təmasda olub eyni məsafəyə bir-birindən uzaqlaşdırıldı, sonra isə q 4 və q 3 yükləri təmasda oldu (2-ci yüklər sistemi). Sonra 1 və 2-ci sistemdən hər biri bir yük götürdülər və onları təmasda birləşdirdilər və eyni məsafədə bir-birindən ayırdılar. Bu iki topun bir yükü olacaq
728. Yükləri q 1 = -1q, q 2 = 5q, q 3 = 3q və q 4 = -7q olan dörd eyni metal top var. Əvvəlcə q 1 və q 2 yükləri (1 yük sistemi) təmasda olub eyni məsafəyə uzaqlaşdırıldı, sonra isə q 4 və q 3 yükləri təmasda oldu (2 yük sistemi). Sonra 1 və 2-ci sistemdən bir yük götürdülər və onları təmasda saxladılar və eyni məsafəyə apardılar. Bu iki topun bir yükü olacaq
729. Atomda müsbət yük var
Nüvə.
730. Oksigen atomunun nüvəsi ətrafında səkkiz elektron hərəkət edir. Bir oksigen atomunun nüvəsindəki protonların sayı
731. Elektronun elektrik yükü bərabərdir
-1,6 10 -19 C.
732. Protonun elektrik yükü
1,6 10 -19 C.
733. Litium atomunun nüvəsi 3 protondan ibarətdir. Əgər nüvənin ətrafında 3 elektron fırlanırsa, onda
Atom elektrik cəhətdən neytraldır.
734. Flüorun nüvəsində 19 hissəcik var ki, onlardan 9-u protondur. Nüvədəki neytronların sayı və neytral flüor atomunda elektronların sayı
Neytron və 9 elektron.
735.Hər hansı bir cisimdə protonların sayı daha çox nömrə elektronlar, sonra bütövlükdə bədən
müsbət yüklüdür.
736. +3e müsbət yüklü damcı şüalanma zamanı 2 elektron itirdi. Düşmənin yükü bərabər oldu
8 10 -19 Cl.
737. Atomda mənfi yük daşıyır
Shell.
738. Əgər oksigen atomu müsbət iona çevrilibsə, deməli
Bir elektron itirdi.
739. Böyük kütləyə malikdir
Mənfi hidrogen ionu.
740. Sürtünmə nəticəsində şüşə çubuqun səthindən 5 10 10 elektron ayrıldı. Çubuqda elektrik yükü
(e = -1,6 10 -19 C)
8 10 -9 Cl.
741. Sürtünmə nəticəsində ebonit çubuq 5 10 10 elektron aldı. Çubuqda elektrik yükü
(e = -1,6 10 -19 C)
-8 10 -9 Cl.
742. İki nöqtə elektrik yükünün aralarındakı məsafənin 2 dəfə azalması ilə Kulon qarşılıqlı təsirinin gücü.
4 dəfə artacaq.
743. İki nöqtə elektrik yükünün aralarındakı məsafənin 4 dəfə azalması ilə Kulon qarşılıqlı təsirinin qüvvəsi.
16 dəfə artacaq.
744. İki nöqtə elektrik yükü bir-birinə Kulon qanununa əsasən 1N qüvvə ilə təsir edir. Aralarındakı məsafə 2 dəfə artarsa, bu yüklərin Kulon qarşılıqlı təsirinin qüvvəsi bərabər olur.
745. İki nöqtə yükü bir-birinə 1N qüvvə ilə təsir edir. Əgər yüklərin hər birinin qiyməti 4 dəfə artırılarsa, Kulon qarşılıqlı təsirinin qüvvəsi bərabər olur.
746. İki nöqtə yükünün qarşılıqlı təsir qüvvəsi 25 N-dir. Əgər onlar arasındakı məsafə 5 dəfə kiçilsə, onda bu yüklərin qarşılıqlı təsir qüvvəsi bərabər olur.
747. İki nöqtə yükünün aralarındakı məsafənin 2 dəfə artması ilə Kulon qarşılıqlı təsirinin qüvvəsi.
4 dəfə azalacaq.
748. İki nöqtə elektrik yükünün aralarındakı məsafənin 4 dəfə artması ilə Kulon qarşılıqlı təsirinin qüvvəsi.
16 dəfə azalacaq.
749.Kulon qanunu düsturu
.
750. +q və +q yüklü 2 eyni metal kürə təmasda olarsa və eyni məsafəyə uzaqlaşdırılarsa, onda qarşılıqlı təsir qüvvəsinin modulu.
Dəyişməyəcək.
751. +q və -q yüklü 2 eyni metal kürə təmasda olub eyni məsafəyə uzaqlaşdırılarsa, onda qarşılıqlı təsir qüvvəsi.
0 olacaq.
752. Havada iki yük qarşılıqlı təsir göstərir. Aralarındakı məsafəni dəyişdirmədən suya (ε = 81) yerləşdirilirsə, o zaman Kulon təsirinin qüvvəsi.
81 dəfə azalacaq.
753. Havada bir-birindən 3 sm məsafədə yerləşən hər biri 10 nC olan iki yükün qarşılıqlı təsir qüvvəsi bərabərdir.
(
)
754. 1 μC və 10 nC yüklər havada məsafədə 9 mN qüvvə ilə qarşılıqlı təsir göstərir.
()
755. Bir-birindən 3 10 -8 sm məsafədə olan iki elektron itələyir ; e \u003d - 1,6 10 -19 C)
2,56 10 -9 N.
756 elektrik sahəsi
9 dəfə azaldın.
757. Bir nöqtədə sahənin gücü 300 N/C-dir. Əgər yük 1 10 -8 C-dirsə, onda nöqtəyə qədər olan məsafə
()
758. Elektrik sahəsi yaradan nöqtə yükündən məsafə 5 dəfə artarsa, onda elektrik sahəsinin intensivliyi.
25 dəfə azalacaq.
759. Nöqtəli yükün hansısa nöqtədə sahə gücü 4 N/C. Yükdən məsafə ikiqat artırsa, intensivlik bərabər olur
760. Ümumi halda elektrik sahəsinin gücü düsturunu göstərin.
761. Elektrik sahələrinin superpozisiya prinsipinin riyazi qeydi
762. Q nöqtəli elektrik yükünün intensivliyinin düsturunu göstərin
.
763. Yükün yerləşdiyi nöqtədə elektrik sahəsinin intensivliyi modulu
1 10 -10 C 10 V / m-ə bərabərdir. Yükə təsir edən qüvvədir
1 10 -9 N.
765. Radiusu 0,2 m olan metal topun səthində 4 10 -8 C yük paylanmışdırsa, onda yük sıxlığı
2,5 10 -7 C/m 2.
766. Şaquli istiqamətlənmiş vahid elektrik sahəsində kütləsi 1·10 -9 q və yükü 3,2·10-17 C olan toz zərrəsi var. Əgər toz dənəciyinin cazibə qüvvəsi elektrik sahəsinin qüvvəsi ilə tarazlanırsa, onda sahənin gücü bərabərdir.
3 10 5 N/C.
767. Tərəfi 0,4 m olan kvadratın üç təpəsində hər biri 5 10 -9 C olan eyni müsbət yüklər var. Dördüncü təpədə gərginliyi tapın
() 540 N/Cl.
768. Əgər iki yük 5 10 -9 və 6 10 -9 C-dirsə ki, 12 10 -4 N qüvvə ilə dəf etsinlər, deməli, onlar məsafədədirlər.
768
8 dəfə artacaq.
Azalır.
770. Elektron yükü ilə potensialın məhsulu ölçüyə malikdir
Enerji.
771. Elektrik sahəsinin A nöqtəsində potensial 100V, B nöqtəsində potensial 200V-dir. 5 mC yükü A nöqtəsindən B nöqtəsinə köçürərkən elektrik sahəsi qüvvələrinin gördüyü iş
-0,5 J.
772. İntensivliyi E və potensialı olan elektrik sahəsinin nöqtələrində yerləşən yükü +q və kütləsi m olan zərrəciyin sürətlənməsi var.
773. Elektron vahid elektrik sahəsində gərginlik xətti boyunca potensialı daha yüksək olan nöqtədən potensialı aşağı olan nöqtəyə doğru hərəkət edir. Eyni zamanda, onun sürəti
Artan.
774. Nüvəsində bir proton olan atom bir elektron itirir. Bu yaradır
Hidrogen ionu.
775. Vakuumda elektrik sahəsi a tərəfi olan kvadratın təpələrində yerləşdirilən dörd nöqtəli müsbət yük tərəfindən yaradılır. Meydanın mərkəzindəki potensialdır
776. Əgər nöqtə yükündən məsafə 3 dəfə azalarsa, onda sahə potensialı
3 dəfə artacaq.
777
778. q yükü bir nöqtədən hərəkət etdi elektrostatik sahə potensialı olan bir nöqtəyə. Aşağıdakı düsturlardan hansı:
1) 
2) ; 3) 
yükü daşımaq üçün iş tapa bilərsiniz.
779. Gücü 2 N/C olan vahid elektrik sahəsində 3 C yük qüvvənin sahə xətləri boyunca 0,5 m məsafədə hərəkət edir.Yükün hərəkətində elektrik sahəsi qüvvələrinin işi belədir.
780. Yan tərəfi a olan kvadratın təpələrində yerləşdirilmiş əks adların dörd nöqtə yükü ilə elektrik sahəsi yaradılır. Eyni adlı yüklər əks təpələrdədir. Meydanın mərkəzindəki potensialdır
781. Eyni üzərində yerləşən nöqtələr arasındakı potensial fərq sahə xətti bir-birindən 6 sm məsafədə, 60 V-a bərabərdir. Sahə vahiddirsə, gücü bərabərdir
782. Potensial fərqin vahidi
1 V \u003d 1 J / 1 C.
783. Yük 0,2 m qüvvə xətti boyunca intensivliyi E=2 V/m olan vahid sahədə hərəkət etsin.Bu potensiallar arasındakı fərqi tapın.
U = 0,4 V.
784.Plankın fərziyyəsinə görə, mütləq qara bədən enerji yayır
Porsiyalarda.
785. Fotonun enerjisi düsturla müəyyən edilir
1. E = pс 2. E=hv/c 3. E=h 4. E=mc 2. 5. E=hv. 6.E=hc/
1, 4, 5, 6.
786. Əgər kvantın enerjisi iki dəfə artıbsa, onda şüalanma tezliyi
2 dəfə artıb.
787. Əgər enerjisi 6 eV olan fotonlar volfram boşqabının səthinə düşürsə, onda onların vurduğu elektronların maksimum kinetik enerjisi 1,5 eV-dir. Volfram üçün fotoelektrik effektin mümkün olduğu minimum foton enerjisi:
788. Bəyanat düzgündür:
1. Fotonun sürəti işığın sürətindən böyükdür.
2. Hər hansı bir maddədə fotonun sürəti işığın sürətindən azdır.
3. Fotonun sürəti həmişə işığın sürətinə bərabərdir.
4. Fotonun sürəti işığın sürətindən böyük və ya ona bərabərdir.
5. Hər hansı bir maddədə fotonun sürəti işığın sürətindən kiçik və ya ona bərabərdir.
789. Şüalanmanın fotonları böyük impulsa malikdir
Mavi.
790. Qızdırılan cismin temperaturu azaldıqda şüalanmanın maksimal intensivliyi
©2015-2019 saytı
Bütün hüquqlar onların müəlliflərinə məxsusdur. Bu sayt müəllifliyi iddia etmir, lakin pulsuz istifadəni təmin edir.
Səhifənin yaranma tarixi: 13-02-2016
Bu üç hissəcik (eləcə də aşağıda təsvir olunan digərləri) özlərinə görə bir-birini qarşılıqlı şəkildə çəkir və dəf edir ittihamlar, təbiətin əsas qüvvələrinin sayına görə yalnız dörd növdür. Yükləri müvafiq qüvvələrin azalma ardıcıllığı ilə aşağıdakı kimi yerləşdirmək olar: rəng yükü (kvarklar arasında qarşılıqlı təsir qüvvələri); elektrik yükü (elektrik və maqnit qüvvələri); zəif yük (bəzi radioaktiv proseslərdə güc); nəhayət, kütlə (qravitasiya qüvvəsi və ya cazibə qüvvəsinin qarşılıqlı təsiri). Buradakı “rəng” sözünün rənglə heç bir əlaqəsi yoxdur. görünən işıq; bu, sadəcə olaraq, ən güclü yükün və ən böyük qüvvələrin xüsusiyyətidir.
Ödənişlər israr et, yəni. Sistemə daxil olan yük onu tərk edən yükə bərabərdir. Əgər müəyyən sayda hissəciklərin qarşılıqlı təsirindən əvvəl ümumi elektrik yükü, məsələn, 342 vahiddirsə, qarşılıqlı təsirdən sonra, nəticəsindən asılı olmayaraq, 342 vahidə bərabər olacaqdır. Bu, digər yüklərə də aiddir: rəng (güclü qarşılıqlı yük), zəif və kütlə (kütlə). Hissəciklər yüklərinə görə fərqlənirlər: mahiyyət etibarilə onlar bu yüklərdir. İttihamlar, sanki, müvafiq qüvvəyə cavab vermək hüququnun “şəhadətnaməsi”dir. Beləliklə, yalnız rəngli zərrəciklərə rəng qüvvəsi, yalnız elektrik yüklü hissəciklər elektrik qüvvələri təsir edir və s. Hissəciklərin xassələri müəyyən edilir ən böyük qüvvədir onun üzərində hərəkət edir. Yalnız kvarklar bütün yüklərin daşıyıcılarıdır və buna görə də rəngin üstünlük təşkil etdiyi bütün qüvvələrin təsirinə məruz qalırlar. Elektronların rəngdən başqa bütün yükləri var və onlar üçün dominant qüvvə elektromaqnit qüvvəsidir.
Təbiətdə ən sabit olanlar, bir qayda olaraq, bir işarənin hissəciklərinin yükünün başqa bir işarənin hissəciklərinin ümumi yükü ilə kompensasiya olunduğu hissəciklərin neytral birləşmələridir. Bu, bütün sistemin minimum enerjisinə uyğundur. (Eyni şəkildə, iki ştrixli maqnit bir xəttdədir, birinin şimal qütbü digərinin cənub qütbünə baxır ki, bu da minimum maqnit sahəsinin enerjisinə uyğundur.) Cazibə qüvvəsi bu qaydadan istisnadır: mənfi kütlə mövcud deyil. Düşəcək cəsədlər yoxdur.
MADDƏNİN NÖVLƏRİ
Adi maddə elektronlardan və kvarklardan əmələ gəlir, rəngi neytral, sonra isə elektrik yüklü cisimlərə qruplaşdırılır. Rəng qüvvəsi zərərsizləşdirilir, bu, hissəciklər üçlüyə birləşdirildikdə, aşağıda daha ətraflı müzakirə ediləcəkdir. (Buna görə də optikadan götürülmüş “rəng” termininin özü: üç əsas rəng qarışdıqda ağ rəng verir.) Beləliklə, rəng qüvvəsi əsas olan kvarklar üçlüklər əmələ gətirir. Lakin kvarklar və onlar bölünürlər u-kvarklar (ingilis dilindən yuxarı - yuxarı) və d-kvarklar (ingilis dilindən aşağı - aşağı), onların da elektrik yükü bərabərdir u-kvark və üçün d-kvark. iki u-kvark və bir d-kvark +1 elektrik yükü verir və bir proton əmələ gətirir u-kvark və iki d-kvarklar sıfır elektrik yükü verir və neytron əmələ gətirir.
Sabit protonlar və neytronlar, onları təşkil edən kvarklar arasındakı qarşılıqlı təsirin qalıq rəng qüvvələri tərəfindən bir-birinə cəlb olunaraq, rəngsiz bir atom nüvəsi meydana gətirirlər. Lakin nüvələr müsbət elektrik yükü daşıyır və Günəş ətrafında fırlanan planetlər kimi nüvənin ətrafında fırlanan mənfi elektronları cəlb edərək neytral atom əmələ gətirir. Orbitlərindəki elektronlar nüvənin radiusundan on minlərlə dəfə böyük məsafələrlə nüvədən uzaqlaşdırılır - bu, onları tutan elektrik qüvvələrinin nüvə qüvvələrindən xeyli zəif olduğunu sübut edir. Rənglərin qarşılıqlı təsir gücünə görə atomun kütləsinin 99,945%-i onun nüvəsində yerləşir. Çəki u- və d-kvarklar elektronun kütləsindən təxminən 600 dəfə böyükdür. Buna görə də elektronlar nüvələrdən daha yüngül və daha mobildir. Onların maddədə hərəkəti elektrik hadisələrinə səbəb olur.
Nüvədəki neytronların və protonların sayına və müvafiq olaraq orbitlərdəki elektronların sayına görə fərqlənən bir neçə yüz təbii atom növü (izotoplar da daxil olmaqla) var. Ən sadəsi, proton şəklində bir nüvədən və onun ətrafında fırlanan tək elektrondan ibarət olan hidrogen atomudur. Təbiətdəki bütün "görünən" maddələr atomlardan və qismən "parçalanmış" atomlardan ibarətdir ki, bunlara ion deyilir. İonlar bir neçə elektron itirərək (və ya qazanaraq) yüklü hissəciklərə çevrilmiş atomlardır. Demək olar ki, bir iondan ibarət olan maddə plazma adlanır. Mərkəzlərdə gedən termonüvə reaksiyaları nəticəsində yanan ulduzlar əsasən plazmadan ibarətdir və ulduzlar Kainatda ən çox yayılmış maddə forması olduğundan bütün Kainatın əsasən plazmadan ibarət olduğunu söyləmək olar. Daha doğrusu, ulduzlar əsasən tam ionlaşmış qaz halında olan hidrogendir, yəni. fərdi protonların və elektronların qarışığıdır və buna görə də demək olar ki, bütün görünən kainat ondan ibarətdir.
Bu görünən məsələdir. Ancaq Kainatda hələ də görünməyən maddə var. Və qüvvələr daşıyıcısı kimi çıxış edən hissəciklər var. Bəzi hissəciklərin antihissəcikləri və həyəcanlı halları var. Bütün bunlar "elementar" hissəciklərin açıq-aşkar həddindən artıq bolluğuna səbəb olur. Bu bolluqda elementar zərrəciklərin və onlar arasında hərəkət edən qüvvələrin həqiqi, həqiqi mahiyyətinin göstəricisini tapmaq olar. Ən son nəzəriyyələrə görə, hissəciklər əsasən uzadılmış həndəsi obyektlər ola bilər - on ölçülü məkanda "simlər".
Görünməz dünya.
Kainatda təkcə görünən maddə deyil (həm də qara dəliklər və " qaranlıq maddə”, məsələn, işıqlandırıldıqda görünən soyuq planetlər). Həm də hər saniyə hamımıza və bütün Kainata nüfuz edən həqiqətən görünməz bir maddə var. Bu, bir növ hissəciklərin - elektron neytrinoların sürətlə hərəkət edən qazıdır.
Elektron neytrino elektronun tərəfdaşıdır, lakin elektrik yükü yoxdur. Neytrinolar yalnız zəif sözdə yük daşıyırlar. Onların istirahət kütləsi, böyük ehtimalla, sıfırdır. Lakin onlar cazibə sahəsi ilə qarşılıqlı əlaqədədirlər, çünki onların kinetik enerjisi var E, effektiv kütləyə uyğundur m, Eynşteyn düsturuna görə E = mc 2, harada c işığın sürətidir.
Neytrinonun əsas rolu transformasiyaya töhfə verməsidir və-kvarklar d protonun neytrona çevrilməsi ilə nəticələnən kvarklar. Neytrino dörd protonun (hidrogen nüvələrinin) birləşərək helium nüvəsini meydana gətirdiyi ulduz termonüvə reaksiyaları üçün "karbüratör iynəsi" rolunu oynayır. Lakin helium nüvəsi dörd protondan deyil, iki proton və iki neytrondan ibarət olduğundan, belə nüvə sintezi üçün iki və-kvarklar ikiyə çevrildi d-kvark. Çevrilmənin intensivliyi ulduzların nə qədər sürətlə yanacağını müəyyən edir. Və çevrilmə prosesi zəif yüklər və hissəciklər arasında zəif qarşılıqlı təsir qüvvələri ilə müəyyən edilir. Harada və-kvark (elektrik yükü +2/3, zəif yük +1/2), elektronla qarşılıqlı əlaqədə (elektrik yükü - 1, zəif yük -1/2), əmələ gəlir. d-kvark (elektrik yükü -1/3, zəif yük -1/2) və elektron neytrino (elektrik yükü 0, zəif yük +1/2). İki kvarkın rəng yükləri (və ya sadəcə rəngləri) bu prosesdə neytrino olmadan ləğv edilir. Neytrinonun rolu kompensasiya olunmamış zəif yükü daşımaqdır. Buna görə də çevrilmə sürəti zəif qüvvələrin nə qədər zəif olmasından asılıdır. Onlardan zəif olsaydılar, ulduzlar heç yanmazdı. Daha güclü olsaydılar, ulduzlar çoxdan sönərdi.
Bəs neytrinolar haqqında nə demək olar? Bu zərrəciklər digər maddələrlə son dərəcə zəif qarşılıqlı əlaqədə olduqları üçün, doğulduqları ulduzları demək olar ki, dərhal tərk edirlər. Bütün ulduzlar parlayır, neytrinolar buraxır və neytrinolar gecə-gündüz bədənimizdə və bütün Yer kürəsində parlayır. Beləliklə, onlar, bəlkə də, STAR-ın yeni qarşılıqlı əlaqəsinə girənə qədər Kainatda gəzirlər).
Qarşılıqlı təsir daşıyıcıları.
Məsafədə hissəciklər arasında hərəkət edən qüvvələrin səbəbi nədir? Müasir fizika cavab verir: digər hissəciklərin mübadiləsinə görə. Təsəvvür edin ki, iki konkisürən topu ətrafa atırlar. Topu atarkən və alınan topla impuls alanda topa sürət verməklə, hər ikisi bir-birindən istiqamətə təkan alır. Bu, itələyici qüvvələrin meydana gəlməsini izah edə bilər. Lakin mikrodünyadakı hadisələri nəzərdən keçirən kvant mexanikasında hadisələrin qeyri-adi uzanmasına və delokalizasiyasına icazə verilir, bu, qeyri-mümkün kimi görünür: skeyterlərdən biri topu istiqamətə atır. -dan digəri, amma yenə də biri ola bilər bu topu tut. Təsəvvür etmək çətin deyil ki, əgər bu mümkün olsaydı (və elementar hissəciklər dünyasında bu mümkündür), konki sürənlər arasında cazibə olardı.
Yuxarıda müzakirə edilən dörd “maddənin zərrəcikləri” arasında qarşılıqlı təsir qüvvələrinin mübadiləsi nəticəsində yaranan hissəciklərə ölçü hissəcikləri deyilir. Dörd qarşılıqlı təsirin hər biri - güclü, elektromaqnit, zəif və qravitasiya - öz ölçü hissəcikləri dəstinə malikdir. Güclü qarşılıqlı təsir daşıyıcı hissəciklər qluonlardır (onlardan cəmi səkkiz var). Foton elektromaqnit qarşılıqlı təsirin daşıyıcısıdır (o birdir və biz fotonları işıq kimi qəbul edirik). Zəif qarşılıqlı təsirin daşıyıcısı olan hissəciklər ara vektor bozonlarıdır (1983 və 1984-cü illərdə kəşf edilmişdir. W + -, W- -bozonlar və neytral Z-bozon). Qravitasiya qarşılıqlı təsirinin hissəcik daşıyıcısı hələ də hipotetik qravitondur (bir olmalıdır). Sonsuz uzun məsafələr qət edə bilən foton və qravitondan başqa bütün bu hissəciklər yalnız maddi hissəciklər arasında mübadilə prosesində mövcuddur. Fotonlar Kainatı işıqla, qravitonlar isə qravitasiya dalğaları ilə doldurur (hələ əminliklə aşkar olunmayıb).
Ölçmə hissəcikləri buraxa bilən hissəciyin müvafiq qüvvə sahəsi ilə əhatə olunduğu deyilir. Beləliklə, fotonlar buraxa bilən elektronlar elektrik və maqnit sahələri, eləcə də zəif və qravitasiya sahələri. Kvarklar da bütün bu sahələrlə, həm də güclü qarşılıqlı təsir sahəsi ilə əhatə olunmuşdur. Rəng qüvvələri sahəsində rəng yükü olan hissəciklər rəng qüvvəsindən təsirlənir. Eyni şey təbiətin digər qüvvələrinə də aiddir. Buna görə də deyə bilərik ki, dünya maddə (maddi hissəciklər) və sahədən (ölçülü hissəciklər) ibarətdir. Aşağıda bu barədə ətraflı.
Antimaddə.
Hər bir hissəcik bir antihissəciklə uyğun gəlir, onunla hissəcik qarşılıqlı olaraq məhv ola bilər, yəni. "məhv etmək", bunun nəticəsində enerji ayrılır. “Saf” enerji isə özlüyündə mövcud deyil; məhv edilməsi nəticəsində bu enerjini daşıyan yeni hissəciklər (məsələn, fotonlar) meydana çıxır.
Əksər hallarda bir antihissəcik müvafiq hissəciklə müqayisədə əks xüsusiyyətlərə malikdir: əgər hissəcik güclü, zəif və ya elektromaqnit sahələrinin təsiri altında sola doğru hərəkət edərsə, onda onun antihissəciyi sağa doğru hərəkət edəcəkdir. Bir sözlə, antihissəcik bütün yüklərin əks əlamətlərinə malikdir (kütləvi yükdən başqa). Bir hissəcik, məsələn, neytron kimi, kompozitdirsə, onun antihissəcikləri əks yük əlamətləri olan komponentlərdən ibarətdir. Beləliklə, antielektronun elektrik yükü +1, zəif yükü +1/2 olur və ona pozitron deyilir. Antineytrondan ibarətdir və-elektrik yüklü antikvarklar –2/3 və d-elektrik yüklü antikvarklar +1/3. Həqiqətən neytral hissəciklər öz antihissəcikləridir: fotonun antihissəcikləri fotondur.
Müasir nəzəri anlayışlara görə, təbiətdə mövcud olan hər bir zərrəciyin öz antihissəcikləri olmalıdır. Və bir çox antihissəciklər, o cümlədən pozitronlar və antineytronlar həqiqətən laboratoriyada əldə edilmişdir. Bunun nəticələri müstəsna əhəmiyyət kəsb edir və elementar hissəciklərin bütün eksperimental fizikasının əsasını təşkil edir. Nisbilik nəzəriyyəsinə görə, kütlə və enerji ekvivalentdir və müəyyən şərtlər altında enerji kütləyə çevrilə bilər. Yük saxlandığından və vakuumun yükü (boş yer) sıfır olduğundan, enerji onların enerjisini yaratmaq üçün kifayət etdiyi müddətcə, sehrbazın papağındakı dovşanlar kimi, hər hansı bir cüt hissəcik və antihissəcik (sıfır xalis yüklə) vakuumdan çıxa bilər. kütlə.
Hissəciklərin nəsilləri.
Sürətləndirici təcrübələr göstərdi ki, maddi hissəciklərin dördlü (dördlüyü) daha yüksək kütlə dəyərlərində ən azı iki dəfə təkrarlanır. İkinci nəsildə elektronun yerini muon tutur (kütləsi elektronun kütləsindən təxminən 200 dəfə böyükdür, lakin bütün digər yüklərin eyni qiymətləri ilə), elektron neytrino yeridir. muon (elektronun elektron neytrino ilə birlikdə olduğu kimi zəif qarşılıqlı təsirlərdə muonu müşayiət edir), yerləşdirin və-kvark tutur ilə-kvark ( məftun etdi), a d-kvark - s-kvark ( qəribə). Üçüncü nəsildə kvartet tau lepton, tau neytrino, t-kvark və b-kvark.
Çəki t-kvark ən yüngülün kütləsindən təxminən 500 dəfə böyükdür - d-kvark. Eksperimental olaraq müəyyən edilmişdir ki, yüngül neytrinoların yalnız üç növü vardır. Beləliklə, dördüncü nəsil hissəciklər ya ümumiyyətlə yoxdur, ya da uyğun neytrinolar çox ağırdır. Bu, kosmoloji məlumatlara uyğundur, ona görə dörd növdən çox yüngül neytrino ola bilməz.
Yüksək enerjili hissəciklərlə aparılan təcrübələrdə elektron, muon, tau-lepton və müvafiq neytrinolar ayrı hissəciklər kimi çıxış edirlər. Onlar rəng yükü daşımırlar və yalnız zəif və elektromaqnit qarşılıqlı təsirlərə girirlər. Kollektiv olaraq çağırılırlar leptonlar.
| Cədvəl 2. ƏSAS HİSSƏLƏRİN NƏSİLLƏRİ | ||||
| hissəcik | İstirahət kütləsi, MeV/ ilə 2 | Elektrik yükü | rəng yükü | Zəif şarj |
| İKİNCİ NƏSİL | ||||
| ilə-kvark | 1500 | +2/3 | Qırmızı, yaşıl və ya mavi | +1/2 |
| s-kvark | 500 | –1/3 | Eyni | –1/2 |
| Muon neytrino | 0 | 0 | +1/2 | |
| Muon | 106 | 0 | 0 | –1/2 |
| ÜÇÜNCÜ NƏSİL | ||||
| t-kvark | 30000–174000 | +2/3 | Qırmızı, yaşıl və ya mavi | +1/2 |
| b-kvark | 4700 | –1/3 | Eyni | –1/2 |
| Tau neytrino | 0 | 0 | +1/2 | |
| Tau | 1777 | –1 | 0 | –1/2 |
Kvarklar isə rəng qüvvələrinin təsiri altında birləşərək yüksək enerji fizikasında təcrübələrin əksəriyyətində üstünlük təşkil edən güclü qarşılıqlı təsir göstərən hissəciklərə çevrilirlər. Belə hissəciklər deyilir hadronlar. Onlara iki alt sinif daxildir: baryonlarüç kvarkdan ibarət olan (məsələn, proton və neytron) və mezonlar kvark və antikvarkdan ibarətdir. 1947-ci ildə kosmik şüalarda pion (və ya pi-mezon) adlanan ilk mezon kəşf edildi və bir müddət bu hissəciklərin mübadiləsinin - Əsas səbəb nüvə qüvvələri. 1964-cü ildə Brukhaven Milli Laboratoriyasında (ABŞ) kəşf edilmiş omeqa-minus adronları və j-psy hissəciyi ( J/y-mezon), 1974-cü ildə Brookhavendə və Stenford Xətti Sürətləndiricilər Mərkəzində (həmçinin ABŞ-da) eyni vaxtda kəşf edilmişdir. Omeqa-minus hissəciyinin mövcudluğu M. Gell-Mann tərəfindən özünün "" adlı əsərində proqnozlaşdırılmışdır. SU 3-nəzəriyyə” (digər adı “səkkiz qatlı yol”dur), burada kvarkların mövcudluğu ehtimalının ilk dəfə irəli sürüldüyü (və bu ad onlara verilmişdir). On ildən sonra hissəciyin kəşfi J/y mövcudluğunu təsdiqlədi ilə-kvark və nəhayət hər kəsi həm kvark modelinə, həm də elektromaqnit və zəif qüvvələri birləşdirən nəzəriyyəyə inandırdı ( aşağıya baxın).
İkinci və üçüncü nəsillərin zərrəcikləri birinci nəsillərdən heç də az real deyil. Doğrudur, onlar yarandıqdan sonra saniyənin milyonda və ya milyardda birində birinci nəslin adi hissəciklərinə çevrilirlər: elektron, elektron neytrino və həmçinin. və- və d-kvarklar. Təbiətdə nə üçün bir neçə nəsil hissəciklər olduğu sualı hələ də sirr olaraq qalır.
Kvarkların və leptonların müxtəlif nəsillərindən tez-tez (əlbəttə ki, bir qədər ekssentrikdir) hissəciklərin müxtəlif "ləzzətləri" kimi danışılır. Onları izah etmək ehtiyacı "ləzzət" problemi adlanır.
BAZONLAR VƏ FERMİONLAR, SAHƏ VƏ MADDƏ
Hissəciklər arasındakı əsas fərqlərdən biri bozonlar və fermionlar arasındakı fərqdir. Bütün hissəciklər bu iki əsas sinfə bölünür. Bozonlar kimi üst-üstə düşə və ya üst-üstə düşə bilər, lakin fermionlar kimi ola bilməz. Superpozisiya kvant mexanikasının təbiəti böldüyü diskret enerji vəziyyətlərində baş verir (və ya baş vermir). Bu vəziyyətlər, sanki, hissəciklərin yerləşdirilə biləcəyi ayrı hüceyrələrdir. Beləliklə, bir hüceyrədə istənilən sayda eyni bozon, ancaq bir fermion yerləşdirə bilərsiniz.
Nümunə olaraq, atomun nüvəsi ətrafında fırlanan elektron üçün belə hüceyrələri və ya "halları" nəzərdən keçirək. Planetlərdən fərqli olaraq günəş sistemi, elektron, kvant mexanikasının qanunlarına görə, heç bir elliptik orbitdə dövr edə bilməz, çünki onun üçün yalnız diskret sayda icazə verilən "hərəkət halları" var. Elektrondan nüvəyə qədər olan məsafəyə görə qruplaşdırılan belə vəziyyətlərin çoxluğu deyilir orbitallar. Birinci orbitalda fərqli bucaq momenti olan iki vəziyyət və buna görə də icazə verilən iki hüceyrə, daha yüksək orbitallarda isə səkkiz və ya daha çox hüceyrə var.
Elektron fermion olduğundan, hər hüceyrədə yalnız bir elektron ola bilər. Bundan çox vacib nəticələr çıxır - bütün kimya, çünki maddələrin kimyəvi xassələri müvafiq atomlar arasındakı qarşılıqlı təsirlərlə müəyyən edilir. Birlikdə getsən dövri sistem Nüvədəki protonların sayını bir dəfə artırmaq üçün elementləri bir atomdan digərinə keçirin (elektronların sayı da müvafiq olaraq artacaq), onda ilk iki elektron birinci orbitalı tutacaq, sonrakı səkkiz ikinci elektronda yerləşəcək. , və sair. Atomların elektron strukturunun elementdən elementə ardıcıl dəyişməsi onların qanunauyğunluqlarını müəyyən edir kimyəvi xassələri.
Əgər elektronlar bozon olsaydı, atomun bütün elektronları minimum enerjiyə uyğun gələn eyni orbitalı tuta bilərdi. Bu halda Kainatdakı bütün maddələrin xassələri tamamilə fərqli olardı və bizim bildiyimiz formada Kainat qeyri-mümkün olardı.
Bütün leptonlar - elektron, muon, tau-lepton və onlara uyğun gələn neytrinolar fermionlardır. Eyni şeyi kvarklar haqqında da demək olar. Beləliklə, Kainatın əsas doldurucusu olan “materiyanı” əmələ gətirən bütün hissəciklər, eləcə də görünməz neytrinolar fermionlardır. Bu çox əhəmiyyətlidir: fermionlar birləşdirilə bilməz, buna görə də eyni şey maddi dünyadakı obyektlərə də aiddir.
Eyni zamanda, qarşılıqlı təsir edən maddi hissəciklər arasında mübadilə edilən və qüvvələr sahəsi yaradan bütün "ölçü hissəcikləri" ( yuxarıya baxın), bozonlardır ki, bu da çox vacibdir. Beləliklə, məsələn, bir çox foton eyni vəziyyətdə ola bilər, bir maqnit ətrafında bir maqnit sahəsi və ya elektrik yükünün ətrafında elektrik sahəsi meydana gətirir. Bunun sayəsində lazer də mümkündür.
Spin.
Bozonlar və fermionlar arasındakı fərq elementar hissəciklərin başqa bir xüsusiyyəti ilə bağlıdır - geri. Nə qədər təəccüblü görünsə də, lakin bütün əsas hissəciklərin öz bucaq impulsu var və ya başqa sözlə, öz oxu ətrafında fırlanır. Bucaq momentumu fırlanma hərəkətinin xarakterik xüsusiyyətidir, eynilə ümumi impuls tərcümə hərəkəti kimi. İstənilən qarşılıqlı təsirdə bucaq momentumu və impuls saxlanılır.
Mikrokosmosda bucaq impulsu kvantlaşdırılır, yəni. diskret dəyərlər qəbul edir. Uyğun vahidlərdə leptonlar və kvarkların spini 1/2, kalibrli hissəciklərin spini isə 1-dir (təcrübi olaraq hələ müşahidə olunmayan, lakin nəzəri olaraq 2 spinə malik olan qravitondan başqa). Leptonlar və kvarklar fermionlar, ölçü hissəcikləri isə bozonlar olduğundan güman etmək olar ki, “fermiionluq” spin 1/2 ilə, “bozoniklik” isə spin 1 (və ya 2) ilə əlaqələndirilir. Həqiqətən də, həm təcrübə, həm də nəzəriyyə təsdiq edir ki, əgər hissəcik yarımtam spinə malikdirsə, o, fermion, tam ədəddirsə, bozondur.
Ölçmə NƏZƏRİYYƏLƏRİ VƏ HƏNDƏSİ
Bütün hallarda qüvvələr fermionlar arasında bozonların mübadiləsi nəticəsində yaranır. Beləliklə, iki kvark (kvarklar - fermionlar) arasında qarşılıqlı təsirin rəng qüvvəsi qluonların mübadiləsi hesabına yaranır. Belə bir mübadilə daim protonlarda, neytronlarda və atom nüvələrində baş verir. Eyni şəkildə, elektronlar və kvarklar arasında mübadilə edilən fotonlar atomda elektronları saxlayan elektrik cəlbedici qüvvələr yaradır, leptonlar və kvarklar arasında mübadilə edilən ara vektor bozonları isə ulduzlarda birləşmə reaksiyalarında protonların neytronlara çevrilməsindən məsul olan zəif qarşılıqlı təsir qüvvələri yaradır.
Belə bir mübadilə nəzəriyyəsi zərif, sadə və yəqin ki, düzgündür. Bu adlanır ölçü nəzəriyyəsi. Lakin hazırda yalnız güclü, zəif və elektromaqnit qarşılıqlı təsirlərin müstəqil ölçü nəzəriyyələri və müəyyən mənada fərqli olsa da, onlara bənzər cazibə qüvvəsi nəzəriyyəsi mövcuddur. Ən mühüm fiziki problemlərdən biri də bu ayrı-ayrı nəzəriyyələrin tək və eyni zamanda endirilməsidir sadə nəzəriyyə onların hamısı olacaqdı müxtəlif aspektləri tək reallıq - kristalın üzləri kimi.
| Cədvəl 3. BƏZİ HADRONSLAR | ||||
| hissəcik | Simvol | Kvark tərkibi * | istirahət kütləsi, MeV/ ilə 2 | Elektrik yükü |
| BARYONLAR | ||||
| Proton | səh | uud | 938 | +1 |
| Neytron | n | udd | 940 | 0 |
| Omega mənfi | W- | sss | 1672 | –1 |
| MEZONLAR | ||||
| Pi plus | səh + | u | 140 | +1 |
| Pi-minus | səh – | du | 140 | –1 |
| fi | f | sє | 1020 | 0 |
| JPS | J/y | cў | 3100 | 0 |
| Upsilon | Ў | b | 9460 | 0 |
| * Kvark tərkibi: u- yuxarı; d- aşağı; s- qəribə; c- sehrlənmiş b- gözəl. Məktubun üstündəki xətt antikvarkları bildirir. | ||||
Ölçmə nəzəriyyələrinin ən sadə və ən qədimi elektromaqnit qarşılıqlı təsirinin ölçü nəzəriyyəsidir. Orada bir elektronun yükü ondan uzaqda olan başqa bir elektronun yükü ilə müqayisə edilir (kalibrlənir). Ödənişləri necə müqayisə etmək olar? Məsələn, ikinci elektronu birinciyə yaxınlaşdıra və onların qarşılıqlı təsir qüvvələrini müqayisə edə bilərsiniz. Bəs elektron kosmosda başqa bir nöqtəyə keçəndə onun yükü dəyişmirmi? Yeganə yol yoxlayır - yaxın elektrondan uzaq birinə siqnal göndərin və onun necə reaksiya verdiyinə baxın. Siqnal bir ölçü hissəciyidir - foton. Uzaq hissəciklərin yükünü yoxlamaq üçün bir fotona ehtiyac var.
Riyazi olaraq bu nəzəriyyə son dərəcə dəqiqliyi və gözəlliyi ilə seçilir. Yuxarıda təsvir olunan "ölçü prinsipindən" bütün kvant elektrodinamika (elektromaqnitizmin kvant nəzəriyyəsi), eləcə də Maksvellin elektromaqnit sahəsi nəzəriyyəsi - ən böyüklərdən biridir. elmi nailiyyətlər 19-cu əsr
Niyə belə sadə prinsip bu qədər məhsuldardır? Görünür, bu, müəyyən korrelyasiya ifadə edir müxtəlif hissələr Kainat, Kainatda ölçmələrə imkan verir. Riyazi dillə desək, sahə həndəsi olaraq hansısa təsəvvür edilən “daxili” məkanın əyriliyi kimi şərh olunur. Yükün ölçülməsi hissəcik ətrafındakı ümumi "daxili əyriliyin" ölçülməsidir. Güclü və zəif qarşılıqlı təsirlərin ölçü nəzəriyyələri elektromaqnit ölçmə nəzəriyyəsindən yalnız müvafiq yükün daxili həndəsi “strukturunda” fərqlənir. Bu daxili məkanın dəqiq harada yerləşməsi sualına burada nəzərə alınmayan çoxölçülü vahid sahə nəzəriyyələri cavab verir.
| Cədvəl 4. ƏSAS QARŞILIQLAR | |||||
| Qarşılıqlı əlaqə | 10-13 sm məsafədə nisbi intensivlik | Fəaliyyət radiusu | Qarşılıqlı əlaqə daşıyıcısı | Daşıyıcının istirahət kütləsi, MeV/ ilə 2 | Daşıyıcı spin |
| Güclü | 1 | Gluon | 0 | 1 | |
| Elektro- maqnit |
0,01 | Ґ | Foton | 0 | 1 |
| Zəif | 10 –13 | W + | 80400 | 1 | |
| W – | 80400 | 1 | |||
| Z 0 | 91190 | 1 | |||
| Ağırlıq- rasional |
10 –38 | Ґ | qraviton | 0 | 2 |
Elementar hissəciklərin fizikası hələ tamamlanmayıb. Mövcud məlumatların hissəciklərin və qüvvələrin təbiətini, eləcə də məkan və zamanın həqiqi mahiyyətini və ölçülərini tam başa düşmək üçün kifayət edib-etməməsi hələ də aydın deyil. Bunun üçün 10 15 GeV enerjili təcrübələrə ehtiyacımız varmı, yoxsa düşüncə zəhməti kifayət edəcək? Hələ cavab yoxdur. Ancaq əminliklə deyə bilərik ki, son şəkil sadə, zərif və gözəl olacaq. Ola bilsin ki, o qədər də fundamental ideyalar olmayacaq: ölçü prinsipi, daha yüksək ölçülü fəzalar, çökmə və genişlənmə və hər şeydən əvvəl həndəsə.