ელემენტარული ნაწილაკი არის ყველაზე პატარა, განუყოფელი, უსტრუქტურო ნაწილაკი. ელემენტარული ნაწილაკი, რომელსაც არ აქვს მუხტი
შეგიძლიათ მოკლედ და ლაკონურად უპასუხოთ კითხვას: "რა არის ელექტრული მუხტი?" ეს შეიძლება ერთი შეხედვით მარტივი ჩანდეს, მაგრამ სინამდვილეში ეს ბევრად უფრო რთული აღმოჩნდება.
ვიცით რა არის ელექტრული მუხტი?
ფაქტია, რომ ცოდნის ამჟამინდელ დონეზე ჩვენ ჯერ არ შეგვიძლია „დამუხტვის“ ცნების უფრო მარტივ კომპონენტებად დაშლა. ეს არის ფუნდამენტური, ასე ვთქვათ, პირველადი კონცეფცია.
ვიცით, რომ ეს ელემენტარული ნაწილაკების გარკვეული თვისებაა, ცნობილია მუხტების ურთიერთქმედების მექანიზმი, შეგვიძლია გავზომოთ მუხტი და გამოვიყენოთ მისი თვისებები.
თუმცა ეს ყველაფერი ექსპერიმენტულად მიღებული მონაცემების შედეგია. ამ ფენომენის ბუნება ჩვენთვის ჯერ კიდევ არ არის ნათელი. აქედან გამომდინარე, ჩვენ არ შეგვიძლია ცალსახად განვსაზღვროთ რა არის ელექტრული მუხტი.
ამისათვის აუცილებელია ცნებების მთელი რიგის ამოხსნა. ახსენით მუხტების ურთიერთქმედების მექანიზმი და აღწერეთ მათი თვისებები. აქედან გამომდინარე, უფრო ადვილია იმის გაგება, თუ რას ნიშნავს განცხადება: "ამ ნაწილაკს აქვს (ატარებს) ელექტრული მუხტი".
ნაწილაკზე ელექტრული მუხტის არსებობა
თუმცა, მოგვიანებით შესაძლებელი გახდა იმის დადგენა, რომ ელემენტარული ნაწილაკების რაოდენობა გაცილებით მეტია და რომ პროტონი, ელექტრონი და ნეიტრონი არ არის სამყაროს განუყოფელი და ფუნდამენტური სამშენებლო მასალა. მათ თავად შეუძლიათ კომპონენტებად დაშლა და სხვა ტიპის ნაწილაკებად გადაქცევა.
მაშასადამე, სახელწოდება „ელემენტარული ნაწილაკი“ ამჟამად მოიცავს ატომებსა და ატომურ ბირთვებზე მცირე ზომის ნაწილაკების საკმაოდ დიდ კლასს. ამ შემთხვევაში, ნაწილაკებს შეიძლება ჰქონდეთ სხვადასხვა თვისებები და თვისებები.
თუმცა, ისეთი თვისება, როგორიცაა ელექტრული მუხტი, მოდის მხოლოდ ორ ტიპად, რომლებსაც პირობითად უწოდებენ დადებით და უარყოფითს. ნაწილაკზე მუხტის არსებობა არის მისი უნარი მოგერიოს ან მიიზიდოს სხვა ნაწილაკი, რომელიც ასევე ატარებს მუხტს. ურთიერთქმედების მიმართულება დამოკიდებულია მუხტის ტიპზე.
ისევე როგორც მუხტების მოგერიება, განსხვავებით მუხტების მოზიდვა. უფრო მეტიც, მუხტებს შორის ურთიერთქმედების ძალა ძალზე დიდია სამყაროს ყველა სხეულში გამონაკლისის გარეშე დამახასიათებელ გრავიტაციულ ძალებთან შედარებით.
წყალბადის ბირთვში, მაგალითად, უარყოფითი მუხტის მატარებელი ელექტრონი იზიდავს ბირთვს, რომელიც შედგება პროტონისაგან და დადებითი მუხტის მატარებელი ძალით 1039-ჯერ აღემატება იმ ძალას, რომლითაც იგივე ელექტრონი მიიზიდავს პროტონს გრავიტაციის გამო. ურთიერთქმედება.
ნაწილაკებს შეიძლება ჰქონდეს ან არ ჰქონდეს მუხტი, ეს დამოკიდებულია ნაწილაკების ტიპზე. თუმცა შეუძლებელია მუხტის „მოცილება“ ნაწილაკიდან, ისევე როგორც შეუძლებელია ნაწილაკს გარეთ მუხტის არსებობა.
პროტონისა და ნეიტრონის გარდა, ზოგიერთი სხვა ტიპის ელემენტარული ნაწილაკები მუხტს ატარებენ, მაგრამ მხოლოდ ამ ორ ნაწილაკს შეუძლია განუსაზღვრელი ვადით არსებობა.
Გვერდი 1
შეუძლებელია მუხტის მოკლე განმარტება, რომელიც დამაკმაყოფილებელია ყველა თვალსაზრისით. ჩვენ მიჩვეულები ვართ გასაგები ახსნა-განმარტების პოვნას ძალიან რთული წარმონაქმნებისა და პროცესებისთვის, როგორიცაა ატომი, თხევადი კრისტალები, მოლეკულების განაწილება სიჩქარით და ა.შ. მაგრამ ყველაზე საბაზისო, ფუნდამენტური ცნებები, უფრო მარტივებად განუყოფელი, დღევანდელი მეცნიერების აზრით, ყოველგვარი შინაგანი მექანიზმისგან მოკლებული, მოკლედ აღარ შეიძლება იყოს დამაკმაყოფილებელი ახსნა. მით უმეტეს, თუ საგნები უშუალოდ ჩვენი გრძნობებით არ აღიქმება. სწორედ ამ ფუნდამენტურ ცნებებს ეხება ელექტრული მუხტი.
ჯერ შევეცადოთ გავარკვიოთ არა რა არის ელექტრული მუხტი, არამედ რა იმალება ამ განცხადების მიღმა მოცემული სხეულიან ნაწილაკს აქვს ელექტრული მუხტი.
თქვენ იცით, რომ ყველა სხეული აგებულია პაწაწინა ნაწილაკებისგან, რომლებიც განუყოფელია უფრო მარტივ (რამდენადაც მეცნიერებამ იცის) ნაწილაკებად, რომლებსაც, შესაბამისად, ელემენტარულს უწოდებენ. ყველა ელემენტარულ ნაწილაკს აქვს მასა და ამის გამო ისინი იზიდავენ ერთმანეთს. უნივერსალური მიზიდულობის კანონის თანახმად, მიზიდულობის ძალა შედარებით ნელა მცირდება მათ შორის მანძილის მატებასთან ერთად: მანძილის კვადრატის უკუპროპორციულია. გარდა ამისა, ელემენტარული ნაწილაკების უმეტესობას, თუმცა არა ყველა, აქვს ერთმანეთთან ურთიერთქმედების უნარი ძალით, რომელიც ასევე მცირდება მანძილის კვადრატის შებრუნებული პროპორციით, მაგრამ ეს ძალა უზარმაზარი რაოდენობით აღემატება სიმძიმის ძალას. . ამგვარად, წყალბადის ატომში, სქემატურად ნაჩვენებია სურათზე 1, ელექტრონი იზიდავს ბირთვს (პროტონს) გრავიტაციული მიზიდულობის ძალაზე 1039-ჯერ მეტი ძალით.
თუ ნაწილაკები ერთმანეთთან ურთიერთქმედებენ ძალებით, რომლებიც ნელ-ნელა მცირდება მანძილის მატებასთან ერთად და ბევრჯერ აღემატება სიმძიმის ძალებს, მაშინ ამ ნაწილაკებს ელექტრული მუხტი აქვთ. თავად ნაწილაკებს დამუხტულს უწოდებენ. არსებობს ნაწილაკები ელექტრული მუხტის გარეშე, მაგრამ არ არსებობს ელექტრული მუხტი ნაწილაკების გარეშე.
დამუხტულ ნაწილაკებს შორის ურთიერთქმედებას ელექტრომაგნიტური ეწოდება. როდესაც ვამბობთ, რომ ელექტრონები და პროტონები ელექტრული დამუხტულია, ეს ნიშნავს, რომ მათ შეუძლიათ გარკვეული ტიპის (ელექტრომაგნიტური) ურთიერთქმედება და მეტი არაფერი. ნაწილაკებზე მუხტის ნაკლებობა ნიშნავს, რომ ის ვერ ამჩნევს ასეთ ურთიერთქმედებებს. ელექტრული მუხტი განსაზღვრავს ელექტრომაგნიტური ურთიერთქმედების ინტენსივობას, ისევე როგორც მასა განსაზღვრავს გრავიტაციული ურთიერთქმედების ინტენსივობას. ელექტრული მუხტი მეორეა (მასის შემდეგ) ყველაზე მნიშვნელოვანი მახასიათებელიელემენტარული ნაწილაკები, რაც განსაზღვრავს მათ ქცევას გარემომცველ სამყაროში.
ამგვარად
Ელექტრული მუხტიარის ფიზიკური სკალარული სიდიდე, რომელიც ახასიათებს ნაწილაკების ან სხეულების თვისებას, შევიდნენ ელექტრომაგნიტური ძალის ურთიერთქმედებაში.
ელექტრული მუხტი სიმბოლოა ასოებით q ან Q.
ისევე, როგორც მექანიკაში ხშირად გამოიყენება მატერიალური წერტილის ცნება, რაც შესაძლებელს ხდის მნიშვნელოვნად გამარტივდეს მრავალი პრობლემის გადაწყვეტა, მუხტების ურთიერთქმედების შესწავლისას ეფექტურია წერტილის მუხტის ცნება. წერტილოვანი მუხტი არის დამუხტული სხეული, რომლის ზომები მნიშვნელოვნად ნაკლებია მანძილს ამ სხეულიდან დაკვირვების წერტილამდე და სხვა დამუხტულ სხეულებამდე. კერძოდ, თუ ისინი საუბრობენ ორი წერტილის მუხტის ურთიერთქმედების შესახებ, ისინი თვლიან, რომ განხილულ ორ დამუხტულ სხეულს შორის მანძილი მნიშვნელოვნად აღემატება მათ ხაზოვან ზომებს.
ელემენტარული ნაწილაკების ელექტრული მუხტი
ელემენტარული ნაწილაკების ელექტრული მუხტი არ არის სპეციალური „მექანიზმი“ ნაწილაკში, რომელიც შეიძლება ამოღებულ იქნეს მისგან, დაიშალა მის შემადგენელ ნაწილებად და ხელახლა შეიკრიბოს. ელექტრონზე და სხვა ნაწილაკებზე ელექტრული მუხტის არსებობა მხოლოდ მათ შორის გარკვეული ურთიერთქმედების არსებობას ნიშნავს.
ბუნებაში არის ნაწილაკები საპირისპირო ნიშნების მუხტით. პროტონის მუხტს დადებითი ეწოდება, ხოლო ელექტრონის მუხტს უარყოფითი. ნაწილაკზე მუხტის დადებითი ნიშანი, რა თქმა უნდა, არ ნიშნავს, რომ მას რაიმე განსაკუთრებული უპირატესობა აქვს. ორი ნიშნის მუხტის შემოღება უბრალოდ გამოხატავს იმ ფაქტს, რომ დამუხტულ ნაწილაკებს შეუძლიათ მიზიდვაც და მოგერიებაც. თუ მუხტის ნიშნები ერთნაირია, ნაწილაკები მოგერიდებათ, ხოლო თუ მუხტის ნიშნები განსხვავებულია, ისინი იზიდავენ.
ამჟამად არ არსებობს ახსნა ორი ტიპის ელექტრული მუხტის არსებობის მიზეზების შესახებ. ნებისმიერ შემთხვევაში, დადებით და უარყოფით მუხტებს შორის ფუნდამენტური განსხვავებები არ არის ნაპოვნი. თუ ნაწილაკების ელექტრული მუხტების ნიშნები საპირისპიროდ შეიცვლებოდა, მაშინ ბუნებაში ელექტრომაგნიტური ურთიერთქმედების ბუნება არ შეიცვლებოდა.
დადებითი და უარყოფითი მუხტები ძალიან კარგად არის დაბალანსებული სამყაროში. და თუ სამყარო სასრულია, მაშინ მისი მთლიანი ელექტრული მუხტი, დიდი ალბათობით, ნულის ტოლია.
ყველაზე საყურადღებო ის არის, რომ ყველა ელემენტარული ნაწილაკების ელექტრული მუხტი სიდიდით მკაცრად ერთნაირია. არის მინიმალური მუხტი, რომელსაც ელემენტარული ეწოდება, რომელსაც აქვს ყველა დამუხტული ელემენტარული ნაწილაკი. მუხტი შეიძლება იყოს დადებითი, პროტონის მსგავსად, ან უარყოფითი, როგორც ელექტრონი, მაგრამ მუხტის მოდული ყველა შემთხვევაში ერთნაირია.
შეუძლებელია მუხტის ნაწილის გამოყოფა, მაგალითად, ელექტრონისაგან. ეს არის ალბათ ყველაზე გასაკვირი რამ. არცერთი თანამედროვე თეორიაარ შეუძლია ახსნას, თუ რატომ არის ყველა ნაწილაკების მუხტი ერთნაირი და არ შეუძლია გამოთვალოს მინიმალური ელექტრული მუხტის მნიშვნელობა. იგი განისაზღვრება ექსპერიმენტულად სხვადასხვა ექსპერიმენტების გამოყენებით.
1960-იან წლებში, მას შემდეგ, რაც ახლად აღმოჩენილი ელემენტარული ნაწილაკების რაოდენობამ საგანგაშო ზრდა დაიწყო, გაჩნდა ჰიპოთეზა, რომ ყველა ძლიერ ურთიერთქმედება ნაწილაკი კომპოზიტურია. უფრო ფუნდამენტურ ნაწილაკებს ეწოდა კვარკები. გასაოცარი იყო ის, რომ კვარკებს უნდა ჰქონდეთ წილადი ელექტრული მუხტი: ელემენტარული მუხტის 1/3 და 2/3. პროტონებისა და ნეიტრონების ასაშენებლად საკმარისია ორი ტიპის კვარკი. და მათი მაქსიმალური რაოდენობა, როგორც ჩანს, არ აღემატება ექვსს.
ელექტრული მუხტის საზომი ერთეული
სამყაროში თითოეული სხეული თავის დროზე ცხოვრობს, ისევე როგორც ძირითადი ელემენტარული ნაწილაკები. ელემენტარული ნაწილაკების უმეტესობის სიცოცხლე საკმაოდ მოკლეა.
ზოგი დაბადებისთანავე იშლება, რის გამოც ჩვენ მათ არასტაბილურ ნაწილაკებს ვუწოდებთ.
ისინი გადიან მოკლე დროიშლება სტაბილურებად: პროტონებად, ელექტრონებად, ნეიტრინოებად, ფოტონებებად, გრავიტონებად და მათ ანტინაწილებად.
ყველაზე მნიშვნელოვანი მიკროობიექტები ჩვენს ახლომდებარე სივრცეში - პროტონები და ელექტრონები. სამყაროს ზოგიერთი შორეული ნაწილი შეიძლება შედგებოდეს ანტიმატერიისგან; იქ ყველაზე მნიშვნელოვანი ნაწილაკები იქნება ანტიპროტონი და ანტიელექტრონი (პოზიტრონი).
საერთო ჯამში, რამდენიმე ასეული ელემენტარული ნაწილაკი აღმოაჩინეს: პროტონი (p), ნეიტრონი (n), ელექტრონი (e -), ასევე ფოტონი (g), პი-მეზონები (p), მუონები (m), ნეიტრინოები. სამი სახის(ელექტრონული v e, მუონური v m, ლეპტონით ვუ) და ა.შ. ცხადია, ისინი უფრო ახალ მიკრონაწილაკებს მოიტანენ.
ნაწილაკების გარეგნობა:
პროტონები და ელექტრონები
პროტონებისა და ელექტრონების გამოჩენა დროთა განმავლობაში თარიღდება და მათი ასაკი დაახლოებით ათი მილიარდი წელია.
მიკრო-ობიექტების კიდევ ერთი ტიპი, რომელიც მნიშვნელოვან როლს ასრულებს ახლომდებარე სივრცის სტრუქტურაში, არის ნეიტრონები, რომლებსაც აქვთ საერთო სახელი პროტონთან: ნუკლეონები. თავად ნეიტრონები არასტაბილურია; ისინი იშლება წარმოქმნიდან დაახლოებით ათი წუთის შემდეგ. ისინი შეიძლება იყოს სტაბილური მხოლოდ ატომის ბირთვში. ნეიტრონების დიდი რაოდენობა მუდმივად ჩნდება ვარსკვლავების სიღრმეში, სადაც ატომური ბირთვები იბადება პროტონებისგან.
ნეიტრინო
სამყაროში ასევე მუდმივად იბადება ნეიტრინოები, რომლებიც ელექტრონის მსგავსია, მაგრამ მუხტის გარეშე და დაბალი მასით. 1936 წელს აღმოაჩინეს ნეიტრინოს ტიპი: მიონური ნეიტრინოები, რომლებიც წარმოიქმნება პროტონების ნეიტრონად გარდაქმნის დროს, სუპერმასიური ვარსკვლავების სიღრმეში და მრავალი არასტაბილური მიკრო ობიექტის დაშლის დროს. ისინი იბადებიან ვარსკვლავთშორის სივრცეში კოსმოსური სხივების შეჯახებისას.
დიდი აფეთქების შედეგად შეიქმნა დიდი რაოდენობით ნეიტრინო და მიონური ნეიტრინო. მათი რაოდენობა სივრცეში მუდმივად იზრდება, რადგან ისინი პრაქტიკულად არ შეიწოვება რაიმე მატერიით.
ფოტონები
ფოტონების მსგავსად, ნეიტრინო და მიონური ნეიტრინო ავსებს მთელ სივრცეს. ამ ფენომენს "ნეიტრინო ზღვას" უწოდებენ.
დიდი აფეთქების დროიდან დარჩა უამრავი ფოტონი, რომლებსაც ჩვენ რელიქტს ან ნამარხს ვუწოდებთ. მთელი გარე სივრცე სავსეა მათით და მათი სიხშირე და შესაბამისად ენერგია მუდმივად მცირდება სამყაროს გაფართოებასთან ერთად.
ამჟამად, ყველა კოსმოსური სხეული, უპირველეს ყოვლისა ვარსკვლავები და ნისლეულები, მონაწილეობენ სამყაროს ფოტონის ნაწილის ფორმირებაში. ფოტონები იბადებიან ვარსკვლავების ზედაპირზე ელექტრონების ენერგიისგან.
ნაწილაკების კავშირი
IN საწყისი ეტაპისამყაროს ფორმირებისას ყველა ძირითადი ელემენტარული ნაწილაკი თავისუფალი იყო. მაშინ არ არსებობდა ატომის ბირთვები, პლანეტები, ვარსკვლავები.
ატომები და მათგან პლანეტები, ვარსკვლავები და ყველა ნივთიერება ჩამოყალიბდა მოგვიანებით, როდესაც გავიდა 300000 წელი და ცხელი მატერია გაფართოვდა. საკმარისადგაცივდა. 
მხოლოდ ნეიტრინო, მიონური ნეიტრინო და ფოტონი არ შედიოდნენ არცერთ სისტემაში: მათი ურთიერთმიზიდულობა ძალიან სუსტია. ისინი დარჩნენ თავისუფალ ნაწილაკებად.
მეტი საწყისი ეტაპისამყაროს ფორმირებისას (დაბადებიდან 300 000 წლის შემდეგ), თავისუფალი პროტონები და ელექტრონები გაერთიანდნენ წყალბადის ატომებად (ერთი პროტონი და ერთი ელექტრონი დაკავშირებულია ელექტრული ძალით).
პროტონი ითვლება მთავარ ელემენტარულ ნაწილაკადმუხტით +1 და მასით 1,672 10 −27 კგ (ელექტრონზე ოდნავ ნაკლები 2000-ჯერ მძიმე). პროტონები, რომლებიც დასრულდა მასიურ ვარსკვლავში, თანდათან გადაიქცა სამყაროს მთავარ სამშენებლო ბლოკად. თითოეულმა მათგანმა გამოუშვა დასვენების მასის ერთი პროცენტი. სუპერმასიურ ვარსკვლავებში, რომლებიც სიცოცხლის ბოლოს შეკუმშულნი არიან მცირე მოცულობებად საკუთარი მიზიდულობის შედეგად, პროტონს შეუძლია დაკარგოს დასვენების ენერგიის თითქმის მეხუთედი (და შესაბამისად მისი დასვენების მასის მეხუთედი).ცნობილია, რომ სამყაროს "სამშენებლო მიკრობლოკები" არის პროტონები და ელექტრონები.
დაბოლოს, როდესაც პროტონი და ანტიპროტონი ხვდებიან, სისტემა არ წარმოიქმნება, მაგრამ მთელი მათი დანარჩენი ენერგია გამოიყოფა ფოტონების სახით (). 
მეცნიერები ამტკიცებენ, რომ ასევე არსებობს მოჩვენებითი ელემენტარული ნაწილაკი, გრავიტონი, რომელიც ელექტრომაგნიტიზმის მსგავსი გრავიტაციული ურთიერთქმედების მატარებელია. თუმცა, გრავიტონის არსებობა მხოლოდ თეორიულად დადასტურდა.
ამრიგად, ძირითადი ელემენტარული ნაწილაკები წარმოიშვა და ახლა წარმოადგენს ჩვენს სამყაროს, მათ შორის დედამიწას: პროტონები, ელექტრონები, ნეიტრინოები, ფოტონები, გრავიტონები და მრავალი სხვა აღმოჩენილი და აღმოჩენილი მიკრო-ობიექტი.
ეს სამი ნაწილაკი (ისევე, როგორც ქვემოთ აღწერილი სხვა ნაწილაკები) ერთმანეთის მიზიდულობისა და მოგერიების მიხედვით ხდება ბრალდებები, რომელთაგან მხოლოდ ოთხი ტიპია ბუნების ფუნდამენტური ძალების რაოდენობის მიხედვით. მუხტები შეიძლება განლაგდეს შესაბამისი ძალების კლების მიხედვით შემდეგნაირად: ფერადი მუხტი (კვარკებს შორის ურთიერთქმედების ძალები); ელექტრული მუხტი (ელექტრული და მაგნიტური ძალები); სუსტი მუხტი (ძალები ზოგიერთ რადიოაქტიურ პროცესებში); და ბოლოს, მასა (გრავიტაციული ძალა, ან გრავიტაციული ურთიერთქმედება). სიტყვა „ფერი“ აქ ფერთან არაფერ შუაშია ხილული სინათლე; ეს უბრალოდ ძლიერი მუხტისა და უდიდესი ძალების მახასიათებელია.
გადასახადები შენახულები არიან, ე.ი. სისტემაში შემავალი მუხტი უდრის მუხტს, რომელიც ტოვებს მას. თუ გარკვეული რაოდენობის ნაწილაკების ჯამური ელექტრული მუხტი მათ ურთიერთქმედებამდე უდრის, ვთქვათ, 342 ერთეულს, მაშინ ურთიერთქმედების შემდეგ, მიუხედავად მისი შედეგისა, უდრის 342 ერთეულს. ეს ასევე ეხება სხვა მუხტებს: ფერი (ძლიერი ურთიერთქმედების მუხტი), სუსტი და მასა (მასა). ნაწილაკები განსხვავდებიან თავიანთი მუხტებით: არსებითად, ისინი "არის" ეს მუხტები. ბრალდებები შესაბამისი ძალის მიმართ რეაგირების უფლების „მოწმობას“ ჰგავს. ამრიგად, მხოლოდ ფერად ნაწილაკებზე მოქმედებს ფერის ძალები, მხოლოდ ელექტრულად დამუხტულ ნაწილაკებზე მოქმედებს ელექტრული ძალები და ა.შ. განისაზღვრება ნაწილაკების თვისებები უდიდესი ძალა, მოქმედებს მასზე. მხოლოდ კვარკები არიან ყველა მუხტის მატარებლები და, შესაბამისად, ექვემდებარებიან ყველა ძალის მოქმედებას, რომელთა შორის დომინანტი ფერია. ელექტრონებს აქვთ ყველა მუხტი ფერის გარდა და მათთვის დომინანტური ძალა ელექტრომაგნიტური ძალაა.
ბუნებაში ყველაზე სტაბილურია, როგორც წესი, ნაწილაკების ნეიტრალური კომბინაციები, რომლებშიც ერთი ნიშნის ნაწილაკების მუხტი კომპენსირდება მეორე ნიშნის ნაწილაკების მთლიანი მუხტით. ეს შეესაბამება მთელი სისტემის მინიმალურ ენერგიას. (ასევე, ორი ზოლიანი მაგნიტი განლაგებულია ხაზში, ერთის ჩრდილოეთ პოლუსი მეორის სამხრეთ პოლუსზეა მიმართული, რაც შეესაბამება მაგნიტური ველის მინიმალურ ენერგიას.) ამ წესიდან გამონაკლისია გრავიტაცია: უარყოფითი. მასა არ არსებობს. არ არსებობს სხეულები, რომლებიც მაღლა ეცემა.
მატერიის ტიპები
ჩვეულებრივი მატერია წარმოიქმნება ელექტრონებისა და კვარკებისგან, რომლებიც დაჯგუფებულია ობიექტებად, რომლებიც ნეიტრალური ფერისაა და შემდეგ ელექტრული მუხტით. ფერის სიმძლავრე განეიტრალება, როგორც ეს უფრო დეტალურად იქნება განხილული ქვემოთ, როდესაც ნაწილაკები გაერთიანდება სამეულებად. (აქედან გამომდინარეობს თავად ტერმინი „ფერი“, აღებული ოპტიკიდან: სამი ძირითადი ფერი შერევისას წარმოქმნის თეთრს.) ამრიგად, კვარკები, რომელთა ფერის სიძლიერე მთავარია, ქმნიან სამეულებს. მაგრამ კვარკები და ისინი იყოფა u-კვარკები (ინგლისურიდან ზევით - ზევით) და დ-კვარკებს (ინგლისურიდან ქვევით - ქვედა), ასევე აქვთ ელექტრული მუხტი ტოლი u-კვარკი და ამისთვის დ-კვარკი. ორი u-კვარკი და ერთი დ-კვარკები იძლევა ელექტრულ მუხტს +1 და ქმნიან პროტონს და ერთს u-კვარკი და ორი დ-კვარკები იძლევა ნულოვან ელექტრულ მუხტს და ქმნიან ნეიტრონს.
სტაბილური პროტონები და ნეიტრონები, რომლებიც ერთმანეთს იზიდავს მათ შემადგენელ კვარკებს შორის ურთიერთქმედების ნარჩენი ფერის ძალებით, ქმნიან ფერად ნეიტრალურ ატომურ ბირთვს. მაგრამ ბირთვები ატარებენ დადებით ელექტრულ მუხტს და იზიდავენ უარყოფით ელექტრონებს, რომლებიც ბრუნავენ ბირთვის გარშემო, როგორც პლანეტები, რომლებიც მზის გარშემო ბრუნავენ, ნეიტრალურ ატომს ქმნიან. მათ ორბიტაზე მყოფი ელექტრონები ამოღებულია ბირთვიდან ბირთვის რადიუსზე ათობით ათასი ჯერ მეტი დისტანციებზე - მტკიცებულება იმისა, რომ ელექტრული ძალები, რომლებიც მათ იკავებენ, ბირთვულზე ბევრად სუსტია. ფერთა ურთიერთქმედების ძალის წყალობით, ატომის მასის 99,945% შეიცავს მის ბირთვს. წონა u- და დ-კვარკები ელექტრონის მასაზე დაახლოებით 600-ჯერ აღემატება. ამრიგად, ელექტრონები გაცილებით მსუბუქი და მოძრავია ვიდრე ბირთვები. მათი მოძრაობა მატერიაში გამოწვეულია ელექტრული ფენომენებით.
არსებობს ატომების რამდენიმე ასეული ბუნებრივი სახეობა (იზოტოპების ჩათვლით), რომლებიც განსხვავდებიან ბირთვში ნეიტრონებისა და პროტონების რაოდენობით და, შესაბამისად, მათ ორბიტებში ელექტრონების რაოდენობით. უმარტივესი არის წყალბადის ატომი, რომელიც შედგება პროტონის სახით ბირთვისა და მის გარშემო მოძრავი ერთი ელექტრონისგან. ბუნებაში ყველა "ხილული" მატერია შედგება ატომებისა და ნაწილობრივ "დაშლილი" ატომებისგან, რომლებსაც იონები უწოდებენ. იონები არის ატომები, რომლებმაც დაკარგეს (ან მოიპოვეს) რამდენიმე ელექტრონი, გახდნენ დამუხტული ნაწილაკები. მატერიას, რომელიც თითქმის მთლიანად იონებისგან შედგება, პლაზმა ეწოდება. ცენტრებში მომხდარი თერმობირთვული რეაქციების გამო იწვის ვარსკვლავები ძირითადად პლაზმისგან შედგება და ვინაიდან ვარსკვლავები მატერიის ყველაზე გავრცელებული ფორმაა სამყაროში, შეგვიძლია ვთქვათ, რომ მთელი სამყარო ძირითადად პლაზმისგან შედგება. უფრო ზუსტად, ვარსკვლავები უპირატესად სრულად იონიზირებული წყალბადის გაზი, ე.ი. ინდივიდუალური პროტონებისა და ელექტრონების ნაზავი და, შესაბამისად, მისგან შედგება თითქმის მთელი ხილული სამყარო.
ეს ხილული მატერიაა. მაგრამ სამყაროში ასევე არის უხილავი მატერია. და არის ნაწილაკები, რომლებიც მოქმედებენ როგორც ძალის მატარებლები. არსებობს ანტინაწილაკები და ზოგიერთი ნაწილაკების აღგზნებული მდგომარეობა. ეს ყველაფერი იწვევს "ელემენტარული" ნაწილაკების აშკარად გადაჭარბებულ სიმრავლეს. ამ სიმრავლეში შეიძლება ვიპოვოთ ელემენტარული ნაწილაკების რეალური, ჭეშმარიტი ბუნებისა და მათ შორის მოქმედი ძალების მითითება. უახლესი თეორიების მიხედვით, ნაწილაკები შეიძლება იყოს არსებითად გაფართოებული გეომეტრიული ობიექტები - „სიმები“ ათგანზომილებიან სივრცეში.
უხილავი სამყარო.
სამყარო შეიცავს არა მხოლოდ ხილულ მატერიას (არამედ შავ ხვრელებს და " ბნელი მატერია", როგორიცაა ცივი პლანეტები, რომლებიც ხილული ხდებიან განათების შემთხვევაში). ასევე არის მართლაც უხილავი მატერია, რომელიც ყოველ წამს ყველა ჩვენგანს და მთელ სამყაროს სწვდება. ეს არის ერთი ტიპის ნაწილაკების სწრაფად მოძრავი გაზი - ელექტრონული ნეიტრინო.
ელექტრონული ნეიტრინო არის ელექტრონის პარტნიორი, მაგრამ არ აქვს ელექტრული მუხტი. ნეიტრინოებს ატარებენ მხოლოდ ეგრეთ წოდებული სუსტი მუხტი. მათი დანარჩენი მასა, დიდი ალბათობით, ნულია. მაგრამ ისინი ურთიერთქმედებენ გრავიტაციულ ველთან, რადგან მათ აქვთ კინეტიკური ენერგია ე, რომელიც შეესაბამება ეფექტურ მასას მაინშტაინის ფორმულის მიხედვით ე = მკ 2 სად გ- სინათლის სიჩქარე.
ნეიტრინოს მთავარი როლი არის ის, რომ ის ხელს უწყობს ტრანსფორმაციას და- კვარკები დ-კვარკები, რის შედეგადაც პროტონი გადაიქცევა ნეიტრონად. ნეიტრინოები მოქმედებენ როგორც "კარბურატორის ნემსი" ვარსკვლავური შერწყმის რეაქციებისთვის, რომელშიც ოთხი პროტონი (წყალბადის ბირთვი) გაერთიანდება და ქმნის ჰელიუმის ბირთვს. მაგრამ ვინაიდან ჰელიუმის ბირთვი შედგება არა ოთხი პროტონისაგან, არამედ ორი პროტონისა და ორი ნეიტრონისაგან, ასეთი ბირთვული შერწყმისთვის აუცილებელია ორი და- კვარკები ორად გადაიქცა დ-კვარკი. ტრანსფორმაციის ინტენსივობა განსაზღვრავს, თუ რამდენად სწრაფად დაიწვებიან ვარსკვლავები. ხოლო ტრანსფორმაციის პროცესი განისაზღვრება სუსტი მუხტებითა და ნაწილაკებს შორის ურთიერთქმედების სუსტი ძალებით. სადაც და-კვარკი (ელექტრული მუხტი +2/3, სუსტი მუხტი +1/2), ელექტრონთან ურთიერთქმედება (ელექტრული მუხტი - 1, სუსტი მუხტი -1/2), წარმოიქმნება. დ-კვარკი (ელექტრული მუხტი –1/3, სუსტი მუხტი –1/2) და ელექტრონული ნეიტრინო (ელექტრული მუხტი 0, სუსტი მუხტი +1/2). ამ პროცესში ორი კვარკის ფერის მუხტები (ან უბრალოდ ფერები) წყდება ნეიტრინოს გარეშე. ნეიტრინოს როლი არის არაკომპენსირებული სუსტი მუხტის გატანა. ამრიგად, ტრანსფორმაციის სიჩქარე დამოკიდებულია იმაზე, თუ რამდენად სუსტია სუსტი ძალები. მათზე სუსტი რომ ყოფილიყვნენ, ვარსკვლავები საერთოდ არ დაიწვებოდნენ. უფრო ძლიერები რომ ყოფილიყვნენ, ვარსკვლავები დიდი ხნის წინ დაიწვებოდნენ.
რაც შეეხება ნეიტრინოებს? იმის გამო, რომ ეს ნაწილაკები უკიდურესად სუსტად ურთიერთქმედებენ სხვა მატერიასთან, ისინი თითქმის მაშინვე ტოვებენ ვარსკვლავებს, რომლებშიც დაიბადნენ. ყველა ვარსკვლავი ანათებს, ასხივებს ნეიტრინოებს და ნეიტრინოები ანათებენ ჩვენს სხეულებსა და მთელ დედამიწას დღე და ღამე. ასე რომ, ისინი იხეტიალებენ სამყაროს გარშემო, სანამ არ შევლენ, შესაძლოა, ახალ ურთიერთქმედების STAR-ში).
ურთიერთქმედების მატარებლები.
რა იწვევს ძალებს, რომლებიც მოქმედებენ ნაწილაკებს შორის მანძილზე? თანამედროვე ფიზიკა პასუხობს: სხვა ნაწილაკების გაცვლის გამო. წარმოიდგინეთ, რომ ორი ჩქაროსნული მოციგურავე ისვრის ბურთს გარშემო. ბურთის გადაცემისას იმპულსის მიცემით და მიღებული ბურთით იმპულსის მიღებით, ორივე იღებს ბიძგს ერთმანეთისგან მოშორებით. ამით შეიძლება აიხსნას მომგერიებელი ძალების გაჩენა. მაგრამ კვანტურ მექანიკაში, რომელიც განიხილავს ფენომენებს მიკროსამყაროში, ნებადართულია მოვლენების უჩვეულო გაჭიმვა და დელოკალიზაცია, რაც იწვევს ერთი შეხედვით შეუძლებელს: ერთ-ერთი მოციგურავე ისვრის ბურთს მიმართულებით. საწყისიგანსხვავებული, მაგრამ მაინც ის Შესაძლოადაიჭირე ეს ბურთი. ძნელი წარმოსადგენია, რომ ეს რომ შესაძლებელი ყოფილიყო (და ელემენტარული ნაწილაკების სამყაროში ეს შესაძლებელია), მოციგურავეებს შორის მოზიდვა გაჩნდებოდა.
ნაწილაკებს, რომელთა ურთიერთგაცვლის გამო ზემოთ განხილულ ოთხ „მატერიის ნაწილაკს“ შორის ურთიერთქმედების ძალები, ლიანდაგური ნაწილაკები ეწოდება. ოთხივე ურთიერთქმედებადან - ძლიერი, ელექტრომაგნიტური, სუსტი და გრავიტაციული - აქვს საკუთარი საზომი ნაწილაკების ნაკრები. ძლიერი ურთიერთქმედების მატარებელი ნაწილაკები გლუონებია (მათგან მხოლოდ რვაა). ფოტონი არის ელექტრომაგნიტური ურთიერთქმედების მატარებელი (არსებობს მხოლოდ ერთი და ჩვენ ფოტონებს აღვიქვამთ როგორც სინათლეს). სუსტი ურთიერთქმედების მატარებელი ნაწილაკები შუალედური ვექტორული ბოზონებია (ისინი აღმოაჩინეს 1983 და 1984 წლებში. ვ + -, ვ- -ბოზონები და ნეიტრალური ზ-ბოზონი). გრავიტაციული ურთიერთქმედების მატარებელი ნაწილაკი ჯერ კიდევ ჰიპოთეტური გრავიტონია (მხოლოდ ერთი უნდა იყოს). ყველა ეს ნაწილაკი, გარდა ფოტონისა და გრავიტონისა, რომლებსაც შეუძლიათ უსასრულოდ დიდი მანძილის გავლა, არსებობს მხოლოდ მატერიალურ ნაწილაკებს შორის გაცვლის პროცესში. ფოტონები ავსებენ სამყაროს სინათლით, ხოლო გრავიტონები ავსებენ სამყაროს გრავიტაციული ტალღებით (ჯერ არ არის საიმედოდ გამოვლენილი).
ნაწილაკს, რომელსაც შეუძლია ლიანდაგიანი ნაწილაკების გამოსხივება, ნათქვამია, რომ გარშემორტყმულია ძალების შესაბამისი ველით. ამრიგად, ელექტრონები, რომლებსაც შეუძლიათ ფოტონების გამოსხივება, გარშემორტყმულია ელექტრული და მაგნიტური ველები, ასევე სუსტი და გრავიტაციული ველები. კვარკები ასევე გარშემორტყმულია ყველა ამ ველით, მაგრამ ასევე ძლიერი ურთიერთქმედების ველით. ფერის ძალის ველში ფერის მუხტის მქონე ნაწილაკებზე გავლენას ახდენს ფერის ძალა. იგივე ეხება ბუნების სხვა ძალებს. მაშასადამე, შეგვიძლია ვთქვათ, რომ სამყარო შედგება მატერიისა (მატერიალური ნაწილაკები) და ველისაგან (გაზომვის ნაწილაკები). მეტი ამის შესახებ ქვემოთ.
ანტიმატერია.
თითოეულ ნაწილაკს აქვს ანტინაწილაკი, რომლითაც ნაწილაკს შეუძლია ორმხრივი განადგურება, ე.ი. „განადგურება“, რის შედეგადაც ხდება ენერგიის გამოყოფა. თუმცა თავისთავად „სუფთა“ ენერგია არ არსებობს; განადგურების შედეგად ჩნდება ახალი ნაწილაკები (მაგალითად, ფოტონები), რომლებიც ატარებენ ამ ენერგიას.
უმეტეს შემთხვევაში, ანტინაწილაკს გააჩნია შესაბამისი ნაწილაკის საწინააღმდეგო თვისებები: თუ ნაწილაკი მარცხნივ მოძრაობს ძლიერი, სუსტი ან ელექტრომაგნიტური ველების გავლენით, მაშინ მისი ანტინაწილაკი გადავა მარჯვნივ. მოკლედ, ანტინაწილაკს აქვს ყველა მუხტის საწინააღმდეგო ნიშნები (მასობრივი მუხტის გარდა). თუ ნაწილაკი კომპოზიტურია, მაგალითად, ნეიტრონი, მაშინ მისი ანტინაწილაკი შედგება კომპონენტებისგან, რომლებსაც აქვთ მუხტის საწინააღმდეგო ნიშნები. ამრიგად, ანტიელექტრონს აქვს ელექტრული მუხტი +1, სუსტი მუხტი +1/2 და მას პოზიტრონი ეწოდება. ანტინეიტრონი შედგება და-ანტიკვარკები ელექტრული მუხტით –2/3 და დ-ანტიკვარკები ელექტრული მუხტით +1/3. ჭეშმარიტი ნეიტრალური ნაწილაკები საკუთარი ანტინაწილაკებია: ფოტონის ანტინაწილაკი არის ფოტონი.
თანამედროვე თეორიული კონცეფციების მიხედვით, ბუნებაში არსებულ თითოეულ ნაწილაკს უნდა ჰქონდეს თავისი ანტინაწილაკი. და მრავალი ანტინაწილაკი, მათ შორის პოზიტრონები და ანტინეიტრონები, მართლაც იქნა მიღებული ლაბორატორიაში. ამის შედეგები ძალზე მნიშვნელოვანია და ემყარება ყველა ექსპერიმენტულ ნაწილაკების ფიზიკას. ფარდობითობის თეორიის თანახმად, მასა და ენერგია ექვივალენტურია და გარკვეულ პირობებში ენერგია შეიძლება გარდაიქმნას მასად. ვინაიდან მუხტი შენარჩუნებულია და ვაკუუმის (ცარიელი ადგილი) მუხტი ნულის ტოლია, ნებისმიერი წყვილი ნაწილაკები და ანტინაწილაკები (ნულოვანი წმინდა მუხტით) შეიძლება გამოვიდეს ვაკუუმიდან, როგორც კურდღლები ჯადოქრის ქუდიდან, სანამ საკმარისი ენერგიაა. შექმენით მათი მასა.
ნაწილაკების თაობები.
ამაჩქარებლის ექსპერიმენტებმა აჩვენა, რომ მატერიალური ნაწილაკების კვარტეტი მეორდება მინიმუმ ორჯერ უფრო მაღალი მასის მნიშვნელობებით. მეორე თაობაში ელექტრონის ადგილს მიონი იკავებს (ელექტრონის მასაზე დაახლოებით 200-ჯერ მეტი მასით, მაგრამ ყველა სხვა მუხტის იგივე მნიშვნელობებით), ელექტრონული ნეიტრინოს ადგილია. მიონის მიერ აღებული (რომელიც თან ახლავს მიონს სუსტ ურთიერთქმედებებში ისევე, როგორც ელექტრონს თან ახლავს ელექტრონული ნეიტრინო), ადგილი და-კვარკი იკავებს თან-კვარკი ( მოხიბლული), ა დ-კვარკი - ს-კვარკი ( უცნაური). მესამე თაობაში კვარტეტი შედგება ტაუ ლეპტონისაგან, ტაუ ნეიტრინოსგან, ტ-კვარკი და ბ-კვარკი.
წონა ტ- კვარკი 500-ჯერ აღემატება უმსუბუქეს მასას - დ-კვარკი. ექსპერიმენტულად დადგინდა, რომ არსებობს მხოლოდ სამი სახის მსუბუქი ნეიტრინო. ამრიგად, მეოთხე თაობის ნაწილაკები ან საერთოდ არ არსებობს, ან შესაბამისი ნეიტრინოები ძალიან მძიმეა. ეს შეესაბამება კოსმოლოგიურ მონაცემებს, რომლის მიხედვითაც არაუმეტეს ოთხი ტიპის მსუბუქი ნეიტრინო შეიძლება არსებობდეს.
მაღალი ენერგიის ნაწილაკებთან ექსპერიმენტებში ელექტრონი, მუონი, ტაუ ლეპტონი და შესაბამისი ნეიტრინო იზოლირებული ნაწილაკების როლს ასრულებენ. ისინი არ ატარებენ ფერთა მუხტს და შედიან მხოლოდ სუსტ და ელექტრომაგნიტურ ურთიერთქმედებებში. ერთობლივად მათ ეძახიან ლეპტონები.
| ცხრილი 2. ფუნდამენტური ნაწილაკების თაობები | ||||
| ნაწილაკი | დასასვენებელი მასა, MeV/ თან 2 | Ელექტრული მუხტი | ფერადი მუხტი | სუსტი მუხტი |
| მეორე თაობა | ||||
| თან-კვარკი | 1500 | +2/3 | წითელი, მწვანე ან ლურჯი | +1/2 |
| ს-კვარკი | 500 | –1/3 | იგივე | –1/2 |
| მიონის ნეიტრინო | 0 | 0 | +1/2 | |
| მიონი | 106 | 0 | 0 | –1/2 |
| მესამე თაობა | ||||
| ტ-კვარკი | 30000–174000 | +2/3 | წითელი, მწვანე ან ლურჯი | +1/2 |
| ბ-კვარკი | 4700 | –1/3 | იგივე | –1/2 |
| ტაუ ნეიტრინო | 0 | 0 | +1/2 | |
| ტაუ | 1777 | –1 | 0 | –1/2 |
კვარკები, ფერის ძალების გავლენის ქვეშ, გაერთიანდებიან ძლიერ ურთიერთქმედებად ნაწილაკებად, რომლებიც დომინირებენ მაღალი ენერგიის ფიზიკის ექსპერიმენტებში. ასეთ ნაწილაკებს ე.წ ჰადრონები. ისინი მოიცავს ორ ქვეკლასს: ბარიონები(როგორიცაა პროტონი და ნეიტრონი), რომლებიც შედგება სამი კვარკისგან და მეზონები, რომელიც შედგება კვარკისა და ანტიკვარკისგან. 1947 წელს კოსმოსურ სხივებში აღმოაჩინეს პირველი მეზონი, რომელსაც პიონი (ან პი-მეზონი) უწოდეს და გარკვეული პერიოდის განმავლობაში ითვლებოდა, რომ ამ ნაწილაკების გაცვლა - მთავარი მიზეზიბირთვული ძალები. ომეგა-მინუს ჰადრონები, აღმოჩენილი 1964 წელს ბრუკჰავენის ეროვნულ ლაბორატორიაში (აშშ) და JPS ნაწილაკი ( ჯ/წ-მეზონი), აღმოჩენილი ერთდროულად ბრუკჰევენში და სტენფორდის ხაზოვანი ამაჩქარებლის ცენტრში (ასევე აშშ-ში) 1974 წელს. ომეგა მინუს ნაწილაკის არსებობა იწინასწარმეტყველა მ. გელ-მანმა თავის ე.წ. ს.უ. 3 თეორია“ (სხვა სახელწოდებაა „რვაჯერადი გზა“), რომელშიც პირველად იქნა შემოთავაზებული კვარკების არსებობის შესაძლებლობა (და ეს სახელი მათ მიენიჭათ). ათი წლის შემდეგ, ნაწილაკების აღმოჩენა ჯ/წარსებობა დაადასტურა თან- კვარკი და ბოლოს ყველას დაეჯერებინა კვარკის მოდელიც და თეორია, რომელიც აერთიანებდა ელექტრომაგნიტურ და სუსტ ძალებს ( იხილეთ ქვემოთ).
მეორე და მესამე თაობის ნაწილაკები არანაკლებ რეალურია ვიდრე პირველი. მართალია, წარმოქმნის შემდეგ, წამის მემილიონედებში ან მილიარდებში ისინი იშლება პირველი თაობის ჩვეულებრივ ნაწილაკებად: ელექტრონი, ელექტრონული ნეიტრინო და ასევე. და- და დ- კვარკები. კითხვა იმის შესახებ, თუ რატომ არის ბუნებაში ნაწილაკების რამდენიმე თაობა, ჯერ კიდევ საიდუმლო რჩება.
კვარკებისა და ლეპტონების სხვადასხვა თაობაზე ხშირად საუბრობენ (რაც, რა თქმა უნდა, გარკვეულწილად ექსცენტრიულია), როგორც ნაწილაკების განსხვავებულ „გემოვნებაზე“. მათი ახსნის აუცილებლობას ეწოდება "გემოვნების" პრობლემა.
ბოზონები და ფერმიონები, ველი და მატერია
ნაწილაკებს შორის ერთ-ერთი ფუნდამენტური განსხვავება არის განსხვავება ბოზონებსა და ფერმიონებს შორის. ყველა ნაწილაკი იყოფა ამ ორ ძირითად კლასად. იდენტურ ბოზონებს შეუძლიათ გადახურვა ან გადახურვა, მაგრამ იდენტური ფერმიონები არ შეიძლება. სუპერპოზიცია ხდება (ან არ ხდება) დისკრეტულ ენერგეტიკულ მდგომარეობებში, რომლებშიც კვანტური მექანიკა ყოფს ბუნებას. ეს მდგომარეობები ჰგავს ცალკეულ უჯრედებს, რომლებშიც შესაძლებელია ნაწილაკების მოთავსება. ასე რომ, თქვენ შეგიძლიათ მოათავსოთ იმდენი იდენტური ბოზონი, რამდენიც გსურთ ერთ უჯრედში, მაგრამ მხოლოდ ერთ ფერმიონში.
მაგალითად, განიხილეთ ასეთი უჯრედები, ან „მდგომარეობები“, ელექტრონისთვის, რომელიც ბრუნავს ატომის ბირთვზე. პლანეტებისგან განსხვავებით მზის სისტემაელექტრონი, კვანტური მექანიკის კანონების მიხედვით, არ შეუძლია ცირკულაციას რაიმე ელიფსურ ორბიტაზე, რადგან მას მხოლოდ ნებადართული „მოძრაობის მდგომარეობების“ დისკრეტული სერია აქვს. ასეთი მდგომარეობების სიმრავლეები, რომლებიც დაჯგუფებულია ელექტრონიდან ბირთვამდე მანძილის მიხედვით, ეწოდება ორბიტალები. პირველ ორბიტალში არის ორი მდგომარეობა სხვადასხვა კუთხური იმპულსით და, შესაბამისად, ორი დაშვებული უჯრედი, ხოლო მაღალ ორბიტალებში არის რვა ან მეტი უჯრედი.
ვინაიდან ელექტრონი ფერმიონია, თითოეული უჯრედი შეიძლება შეიცავდეს მხოლოდ ერთ ელექტრონს. აქედან გამომდინარეობს ძალიან მნიშვნელოვანი შედეგები - მთელი ქიმია, ვინაიდან ნივთიერებების ქიმიური თვისებები განისაზღვრება შესაბამის ატომებს შორის ურთიერთქმედებით. თუ წახვალ პერიოდული ცხრილიელემენტები ერთი ატომიდან მეორეზე ბირთვში პროტონების რაოდენობის ერთით გაზრდის თანმიმდევრობით (ელექტრონების რაოდენობაც შესაბამისად გაიზრდება), შემდეგ პირველი ორი ელექტრონი დაიკავებს პირველ ორბიტალს, შემდეგი რვა განთავსდება მეორე და ა.შ. ატომების ელექტრონული სტრუქტურის ეს თანმიმდევრული ცვლილება ელემენტიდან ელემენტამდე განსაზღვრავს მათ შაბლონებს ქიმიური თვისებები.
თუ ელექტრონები ბოზონები იყვნენ, მაშინ ატომის ყველა ელექტრონს შეუძლია დაიკავოს იგივე ორბიტალი, რომელიც შეესაბამება მინიმალურ ენერგიას. ამ შემთხვევაში, სამყაროში არსებული ყველა მატერიის თვისებები სრულიად განსხვავებული იქნებოდა და სამყარო იმ ფორმით, რომელშიც ჩვენ ვიცით, შეუძლებელი იქნებოდა.
ყველა ლეპტონი - ელექტრონი, მიონი, ტაუ ლეპტონი და მათი შესაბამისი ნეიტრინოები - ფერმიონებია. იგივე შეიძლება ითქვას კვარკებზეც. ამრიგად, ყველა ნაწილაკი, რომელიც ქმნის "მატერიას", სამყაროს მთავარ შემავსებელს, ისევე როგორც უხილავი ნეიტრინოებს, არის ფერმიონები. ეს საკმაოდ მნიშვნელოვანია: ფერმიონებს არ შეუძლიათ გაერთიანება, ამიტომ იგივე ეხება მატერიალურ სამყაროში არსებულ ობიექტებს.
ამავდროულად, ყველა „გამზომი ნაწილაკი“, რომლებიც ურთიერთქმედებენ მატერიალურ ნაწილაკებს შორის და რომლებიც ქმნიან ძალების ველს ( იხილეთ ზემოთ), არის ბოზონები, რაც ასევე ძალიან მნიშვნელოვანია. ასე რომ, მაგალითად, ბევრი ფოტონი შეიძლება იყოს ერთსა და იმავე მდგომარეობაში, ქმნიან მაგნიტურ ველს მაგნიტის გარშემო ან ელექტრული ველის ელექტრული მუხტის გარშემო. ამის წყალობით შესაძლებელია ლაზერიც.
Დატრიალება.
ბოზონებსა და ფერმიონებს შორის განსხვავება დაკავშირებულია ელემენტარული ნაწილაკების კიდევ ერთ მახასიათებელთან - დატრიალება. გასაკვირია, რომ ყველა ფუნდამენტურ ნაწილაკს აქვს საკუთარი კუთხოვანი იმპულსი ან, უფრო მარტივად რომ ვთქვათ, ბრუნავს საკუთარი ღერძის გარშემო. იმპულსის კუთხე არის ბრუნვის მოძრაობის მახასიათებელი, ისევე როგორც მთარგმნელობითი მოძრაობის მთლიანი იმპულსი. ნებისმიერი ურთიერთქმედებისას კუთხური იმპულსი და იმპულსი შენარჩუნებულია.
მიკროსამყაროში კუთხური იმპულსი კვანტიზებულია, ე.ი. იღებს დისკრეტულ მნიშვნელობებს. გაზომვის შესაფერის ერთეულებში ლეპტონებსა და კვარკებს აქვთ სპინი 1/2, ხოლო ლიანდაგის ნაწილაკებს – 1 (გარდა გრავიტონისა, რომელიც ჯერ ექსპერიმენტულად არ არის დაფიქსირებული, მაგრამ თეორიულად უნდა ჰქონდეს სპინი 2). ვინაიდან ლეპტონები და კვარკები ფერმიონებია, ხოლო ლიანდაგიანი ნაწილაკები ბოზონები, შეგვიძლია ვივარაუდოთ, რომ „ფერმიონულობა“ ასოცირდება სპინ 1/2-თან, ხოლო „ბოზონურობა“ ასოცირდება სპინ 1-თან (ან 2-თან). მართლაც, როგორც ექსპერიმენტი, ასევე თეორია ადასტურებს, რომ თუ ნაწილაკს აქვს ნახევრად მთელი რიცხვი სპინი, მაშინ ის ფერმიონია, ხოლო თუ მას აქვს მთელი რიცხვი, მაშინ ეს არის ბოზონი.
ლიანდაგის თეორიები და გეომეტრია
ყველა შემთხვევაში, ძალები წარმოიქმნება ფერმიონებს შორის ბოზონების გაცვლის გამო. ამრიგად, ორ კვარკს (კვარკი - ფერმიონებს) შორის ურთიერთქმედების ფერის ძალა წარმოიქმნება გლუონების გაცვლის გამო. მსგავსი გაცვლა მუდმივად ხდება პროტონებში, ნეიტრონებში და ატომის ბირთვებში. ანალოგიურად, ელექტრონებსა და კვარკებს შორის გაცვლილი ფოტონები ქმნიან ელექტრულ მიმზიდველ ძალებს, რომლებიც ატარებენ ელექტრონებს ატომში, ხოლო შუალედური ვექტორული ბოზონები, რომლებიც გაცვლიან ლეპტონებსა და კვარკებს შორის, ქმნიან სუსტ ძალებს, რომლებიც პასუხისმგებელნი არიან პროტონების ნეიტრონად გადაქცევაზე ვარსკვლავების თერმობირთვულ რეაქციებში.
თეორია ამ გაცვლის უკან არის ელეგანტური, მარტივი და ალბათ სწორი. მას ეძახიან ლიანდაგის თეორია. მაგრამ ამჟამად არსებობს მხოლოდ ძლიერი, სუსტი და ელექტრომაგნიტური ურთიერთქმედების დამოუკიდებელი ლიანდაგის თეორიები და გრავიტაციის მსგავსი, თუმცა გარკვეულწილად განსხვავებული ლიანდაგის თეორია. ერთ-ერთი უმნიშვნელოვანესი ფიზიკური პრობლემა არის ამ ინდივიდუალური თეორიების დაქვეითება ერთსა და იმავდროულად მარტივი თეორია, რომელშიც ისინი ყველა გახდებოდნენ სხვადასხვა ასპექტებიერთი რეალობა - როგორც ბროლის კიდეები.
| ცხრილი 3. ზოგიერთი ჰადრონები | ||||
| ნაწილაკი | სიმბოლო | კვარკის კომპოზიცია * | დასასვენებელი მასა, MeV/ თან 2 | Ელექტრული მუხტი |
| ბარიონები | ||||
| პროტონი | გვ | უუდ | 938 | +1 |
| ნეიტრონი | ნ | უდი | 940 | 0 |
| ომეგას მინუსი | W - | სსს | 1672 | –1 |
| მეზონები | ||||
| პი-პლუს | გვ + | u | 140 | +1 |
| პი მინუს | გვ – | დუ | 140 | –1 |
| ფი | ვ | სє | 1020 | 0 |
| JP | ჯ/წ | cў | 3100 | 0 |
| უფსილონი | Ў | ბ | 9460 | 0 |
| * კვარკის შემადგენლობა: u- ზედა; დ- ქვედა; ს- უცნაური; გ- მოჯადოებული; ბ- Ლამაზი. ანტიკვარიატი მითითებულია ასოს ზემოთ ხაზით. | ||||
ლიანდაგის თეორიებიდან ყველაზე მარტივი და უძველესია ელექტრომაგნიტური ურთიერთქმედების ლიანდაგის თეორია. მასში ელექტრონის მუხტი შედარებულია (კალიბრირებულია) მისგან დაშორებული სხვა ელექტრონის მუხტთან. როგორ შეგიძლიათ შეადაროთ გადასახადები? თქვენ შეგიძლიათ, მაგალითად, მიიტანოთ მეორე ელექტრონი პირველთან და შეადაროთ მათი ურთიერთქმედების ძალები. მაგრამ არ იცვლება ელექტრონის მუხტი სივრცის სხვა წერტილში გადაადგილებისას? Ერთადერთი გზაამოწმებს - გაგზავნეთ სიგნალი ახლო ელექტრონიდან შორეულზე და ნახეთ, როგორ რეაგირებს იგი. სიგნალი არის საზომი ნაწილაკი - ფოტონი. შორეულ ნაწილაკებზე მუხტის შესამოწმებლად საჭიროა ფოტონი.
მათემატიკურად, ეს თეორია ძალიან ზუსტი და ლამაზია. ზემოთ აღწერილი „გაზომვის პრინციპიდან“ მიედინება მთელი კვანტური ელექტროდინამიკა (ელექტრომაგნიტიზმის კვანტური თეორია), ისევე როგორც მაქსველის ელექტრომაგნიტური ველის თეორია - ერთ-ერთი უდიდესი. სამეცნიერო მიღწევებიმე-19 საუკუნე
რატომ არის ასეთი მარტივი პრინციპი ასეთი ნაყოფიერი? როგორც ჩანს, ის გამოხატავს რაიმე სახის კორელაციას სხვადასხვა ნაწილებისამყარო, რომელიც იძლევა გაზომვების გაკეთების საშუალებას სამყაროში. მათემატიკური თვალსაზრისით, ველი გეომეტრიულად არის ინტერპრეტირებული, როგორც ზოგიერთი წარმოსახვითი „შიდა“ სივრცის გამრუდება. მუხტის საზომი არის მთლიანი „შიდა მრუდის“ გაზომვა ნაწილაკების გარშემო. ძლიერი და სუსტი ურთიერთქმედების ლიანდაგის თეორიები განსხვავდება ელექტრომაგნიტური ლიანდაგის თეორიისგან მხოლოდ შესაბამისი მუხტის შიდა გეომეტრიული „სტრუქტურით“. კითხვაზე, თუ სად არის ზუსტად ეს შიდა სივრცე, პასუხს ეძებს მრავალგანზომილებიანი ერთიანი ველის თეორიებით, რომლებიც აქ არ არის განხილული.
| ცხრილი 4. ფუნდამენტური ურთიერთქმედება | |||||
| ურთიერთქმედება | შედარებითი ინტენსივობა 10-13 სმ მანძილზე | მოქმედების რადიუსი | ურთიერთქმედების მატარებელი | გადამზიდავი დასასვენებელი მასა, MeV/ თან 2 | დაატრიალეთ გადამზიდავი |
| ძლიერი | 1 | გლუონი | 0 | 1 | |
| ელექტრო- მაგნიტური |
0,01 | Ґ | ფოტონი | 0 | 1 |
| სუსტი | 10 –13 | ვ + | 80400 | 1 | |
| ვ – | 80400 | 1 | |||
| ზ 0 | 91190 | 1 | |||
| გრავიტა - ნაციონალური |
10 –38 | Ґ | გრავიტონი | 0 | 2 |
ნაწილაკების ფიზიკა ჯერ არ დასრულებულა. ჯერ კიდევ შორს არის ნათელი, არის თუ არა არსებული მონაცემები საკმარისი ნაწილაკების და ძალების ბუნების, აგრეთვე სივრცისა და დროის ჭეშმარიტი ბუნებისა და განზომილების სრულად გასაგებად. ამისთვის გვჭირდება ექსპერიმენტები 10 15 გევ ენერგიებით, თუ საკმარისი იქნება აზროვნების ძალისხმევა? პასუხი ჯერ არ არის. მაგრამ დარწმუნებით შეგვიძლია ვთქვათ, რომ საბოლოო სურათი იქნება მარტივი, ელეგანტური და ლამაზი. შესაძლებელია, რომ არ იყოს ამდენი ფუნდამენტური იდეა: ლიანდაგის პრინციპი, უფრო მაღალი განზომილებების სივრცეები, კოლაფსი და გაფართოება და, უპირველეს ყოვლისა, გეომეტრია.
მიკროსამყაროს სიღრმეში შემდგომი შეღწევა დაკავშირებულია ატომების დონიდან ელემენტარული ნაწილაკების დონეზე გადასვლასთან. როგორც პირველი ელემენტარული ნაწილაკი XIX საუკუნის ბოლოს. ელექტრონი აღმოაჩინეს, შემდეგ კი მე-20 საუკუნის პირველ ათწლეულებში. - ფოტონი, პროტონი, პოზიტრონი და ნეიტრონი.
მეორე მსოფლიო ომის შემდეგ, თანამედროვე ექსპერიმენტული ტექნოლოგიების და უპირველეს ყოვლისა მძლავრი ამაჩქარებლების გამოყენების წყალობით, რომლებშიც იქმნება მაღალი ენერგიების და უზარმაზარი სიჩქარის პირობები, დადგინდა დიდი რაოდენობით ელემენტარული ნაწილაკების არსებობა - 300-ზე მეტი. მათ შორის არსებობს როგორც ექსპერიმენტულად აღმოჩენილი, ასევე თეორიულად გამოთვლილი, მათ შორის რეზონანსები, კვარკები და ვირტუალური ნაწილაკები.
ვადა ელემენტარული ნაწილაკითავდაპირველად ნიშნავდა უმარტივეს, შემდგომ განუყოფელ ნაწილაკებს, რომლებიც საფუძვლად უდევს ნებისმიერ მატერიალურ ფორმირებას. მოგვიანებით, ფიზიკოსებმა გააცნობიერეს ტერმინი „ელემენტარული“ მთლიანი კონვენცია მიკრო ობიექტებთან მიმართებაში. ახლა ეჭვგარეშეა, რომ ნაწილაკებს აქვთ ესა თუ ის სტრუქტურა, მაგრამ, მიუხედავად ამისა, ისტორიულად ჩამოყალიბებული სახელი აგრძელებს არსებობას.
ელემენტარული ნაწილაკების ძირითადი მახასიათებლებია მასა, მუხტი, სიცოცხლის საშუალო ხანგრძლივობა, სპინი და კვანტური რიცხვები.
დასასვენებელი მასა ელემენტარული ნაწილაკები განისაზღვრება ელექტრონის დასვენებულ მასასთან მიმართებაში.არსებობს ელემენტარული ნაწილაკები, რომლებსაც არ აქვთ დასვენების მასა - ფოტონები. დარჩენილი ნაწილაკები ამ კრიტერიუმის მიხედვით იყოფა ლეპტონებიმსუბუქი ნაწილაკები (ელექტრონი და ნეიტრინო); მეზონები- საშუალო ზომის ნაწილაკები, რომელთა მასა მერყეობს ერთიდან ათასამდე ელექტრონის მასამდე; ბარიონებიმძიმე ნაწილაკები, რომელთა მასა აღემატება ათას ელექტრონულ მასას და მოიცავს პროტონებს, ნეიტრონებს, ჰიპერონებს და ბევრ რეზონანსს.
Ელექტრული მუხტი ელემენტარული ნაწილაკების კიდევ ერთი მნიშვნელოვანი მახასიათებელია. ყველა ცნობილ ნაწილაკს აქვს დადებითი, უარყოფითი ან ნულოვანი მუხტი. თითოეული ნაწილაკი, გარდა ფოტონისა და ორი მეზონისა, შეესაბამება საპირისპირო მუხტის მქონე ანტინაწილაკებს. დაახლოებით 1963-1964 წწ წამოაყენეს ჰიპოთეზა არსებობის შესახებ კვარკები- ნაწილაკები წილადი ელექტრული მუხტით. ეს ჰიპოთეზა ექსპერიმენტულად ჯერ არ არის დადასტურებული.
სიცოცხლის მანძილზე ნაწილაკები იყოფა სტაბილური და არასტაბილური . არსებობს ხუთი სტაბილური ნაწილაკი: ფოტონი, ორი ტიპის ნეიტრინო, ელექტრონი და პროტონი. ეს არის სტაბილური ნაწილაკები, რომლებიც თამაშობენ სასიცოცხლო როლიმაკროსხეულების სტრუქტურაში. ყველა სხვა ნაწილაკი არასტაბილურია, ისინი არსებობენ დაახლოებით 10-10-10-24 წმ, რის შემდეგაც იშლება. ელემენტარულ ნაწილაკებს, რომელთა სიცოცხლის საშუალო ხანგრძლივობაა 10–23–10–22 წმ, ეწოდება რეზონანსები. ხანმოკლე სიცოცხლის გამო, ისინი იშლება ატომის ან ატომის ბირთვის დატოვებამდე. რეზონანსული მდგომარეობები გამოითვლებოდა თეორიულად; მათი აღმოჩენა შეუძლებელია რეალურ ექსპერიმენტებში.
გარდა მუხტის, მასისა და სიცოცხლის ხანგრძლივობისა, ელემენტარული ნაწილაკები ასევე აღწერილია ცნებებით, რომლებსაც ანალოგი არ აქვთ კლასიკურ ფიზიკაში: კონცეფცია უკან . სპინი არის ნაწილაკების შინაგანი კუთხოვანი იმპულსი, რომელიც არ არის დაკავშირებული მის მოძრაობასთან. სპინი ხასიათდება სპინური კვანტური რიცხვი ს, რომელსაც შეუძლია მიიღოს მთელი (±1) ან ნახევარმთლიანი (±1/2) მნიშვნელობები. ნაწილაკები მთელი სპინით - ბოზონებინახევრად მთელი რიცხვით - ფერმიონები. ელექტრონები კლასიფიცირდება როგორც ფერმიონები. პაულის პრინციპის მიხედვით, ატომს არ შეიძლება ჰქონდეს ერთზე მეტი ელექტრონი კვანტური რიცხვების იგივე სიმრავლით ნ,მ,ლ,ს. ელექტრონები, რომლებიც შეესაბამება ტალღურ ფუნქციებს იგივე რიცხვით n, ენერგიით ძალიან ახლოს არიან და ატომში ქმნიან ელექტრონულ გარსს. l რიცხვში განსხვავებები განსაზღვრავს "ქვეშერს", დარჩენილი კვანტური რიცხვები განსაზღვრავს მის შევსებას, როგორც ზემოთ აღინიშნა.
ელემენტარული ნაწილაკების მახასიათებლებში არის კიდევ ერთი მნიშვნელოვანი იდეა ურთიერთქმედება. როგორც უკვე აღვნიშნეთ, ცნობილია ელემენტარულ ნაწილაკებს შორის ურთიერთქმედების ოთხი ტიპი: გრავიტაციული,სუსტი,ელექტრომაგნიტურიდა ძლიერი(ბირთვული).
დასვენების მასის მქონე ყველა ნაწილაკი ( მ 0), მონაწილეობენ გრავიტაციულ ურთიერთქმედებაში და დამუხტულები ასევე მონაწილეობენ ელექტრომაგნიტურ ურთიერთქმედებაში. ლეპტონები ასევე მონაწილეობენ სუსტ ურთიერთქმედებებში. ადრონები მონაწილეობენ ოთხივე ფუნდამენტურ ურთიერთქმედებაში.
ველის კვანტური თეორიის მიხედვით, ყველა ურთიერთქმედება ხდება გაცვლის გამო ვირტუალური ნაწილაკები ანუ ნაწილაკები, რომელთა არსებობა მხოლოდ ირიბად შეიძლება შეფასდეს, მათი ზოგიერთი მანიფესტაციის მიხედვით, ზოგიერთი მეორადი ეფექტის მეშვეობით ( რეალური ნაწილაკები შეიძლება პირდაპირ ჩაიწეროს ინსტრუმენტების გამოყენებით).
გამოდის, რომ ოთხივე ცნობილი ტიპის ურთიერთქმედებები - გრავიტაციული, ელექტრომაგნიტური, ძლიერი და სუსტი - აქვს ლიანდაგის ბუნება და აღწერილია ლიანდაგის სიმეტრიებით. ანუ, ყველა ურთიერთქმედება, როგორც ეს იყო, შესრულებულია "იგივე ცარიელიდან". ეს გვაძლევს იმედს, რომ შესაძლებელი იქნება ვიპოვოთ „ერთადერთი გასაღები ყველა ცნობილი საკეტისთვის“ და აღვწეროთ სამყაროს ევოლუცია იმ მდგომარეობიდან, რომელიც წარმოდგენილია ერთი სუპერსიმეტრიული სუპერველით, იმ მდგომარეობიდან, რომელშიც განსხვავებაა ურთიერთქმედების ტიპებს შორის, მატერიის ყველა სახის ნაწილაკსა და ველის კვანტებს შორის ჯერ არ გამოჩენილა.
ელემენტარული ნაწილაკების კლასიფიკაციის უამრავი გზა არსებობს. მაგალითად, ნაწილაკები იყოფა ფერმიონებად (ფერმის ნაწილაკები) - მატერიის ნაწილაკები და ბოზონებად (ბოზის ნაწილაკები) - ველის კვანტებად.
სხვა მიდგომის მიხედვით, ნაწილაკები იყოფა 4 კლასად: ფოტონები, ლეპტონები, მეზონები, ბარიონები.
ფოტონები (ელექტრომაგნიტური ველის კვანტები) მონაწილეობენ ელექტრომაგნიტურ ურთიერთქმედებებში, მაგრამ არ აქვთ ძლიერი, სუსტი ან გრავიტაციული ურთიერთქმედება.
ლეპტონები სახელი მიიღო ბერძნული სიტყვიდან ლეპტოსი- ადვილი. მათ შორისაა ნაწილაკები, რომლებსაც არ აქვთ ძლიერი ურთიერთქმედება: მიონები (μ – , μ +), ელექტრონები (е – , у +), ელექტრონული ნეიტრინოები (v e – ,v e +) და მუონური ნეიტრინოები (v – m, v + m). ყველა ლეპტონს აქვს სპინი ½ და შესაბამისად ფერმიონებია. ყველა ლეპტონს აქვს სუსტი ურთიერთქმედება. მათ, რომლებსაც აქვთ ელექტრული მუხტი (ანუ მიონები და ელექტრონები), ასევე აქვთ ელექტრომაგნიტური ძალა.
მეზონები - ძლიერ ურთიერთქმედების არასტაბილური ნაწილაკები, რომლებიც არ ატარებენ ე.წ. ბარიონის მუხტს. მათ შორის არის რ-მეზონები, ან პიონები (π +, π –, π 0), TO-მეზონები, ანუ კაონები (K +, K –, K 0) და ეს-მეზონები (η) . წონა TO-მეზონები არის ~ 970me (494 MeV დამუხტვისთვის და 498 MeV ნეიტრალისთვის TO-მეზონები). Სიცოცხლის განმავლობაში TO-მეზონებს აქვთ 10-8 წამის რიგის სიდიდე. ისინი იშლება და წარმოიქმნება მე-მეზონები და ლეპტონები ან მხოლოდ ლეპტონები. წონა ეს-მეზონები არის 549 მევ (1074 მევ), სიცოცხლის ხანგრძლივობა დაახლოებით 10–19 წმ. ეს-მეზონები იშლება და წარმოქმნიან π-მეზონებს და γ-ფოტონებს. ლეპტონებისგან განსხვავებით, მეზონებს აქვთ არა მხოლოდ სუსტი (და, თუ დამუხტულია, ელექტრომაგნიტური) ურთიერთქმედება, არამედ ძლიერი ურთიერთქმედებაც, რაც ვლინდება ერთმანეთთან ურთიერთქმედებისას, აგრეთვე მეზონებსა და ბარიონებს შორის ურთიერთქმედებისას. ყველა მეზონს აქვს ნულოვანი სპინი, ამიტომ ისინი ბოზონები არიან.
Კლასი ბარიონები აერთიანებს ნუკლეონებს (p,n) და არასტაბილურ ნაწილაკებს, რომელთა მასა აღემატება ნუკლეონების მასას, რომელსაც ჰიპერონებს უწოდებენ. ყველა ბარიონს აქვს ძლიერი ურთიერთქმედება და, შესაბამისად, აქტიურად ურთიერთქმედებს ატომის ბირთვებთან. ყველა ბარიონის სპინი არის ½, ამიტომ ბარიონები ფერმიონებია. პროტონის გარდა, ყველა ბარიონი არასტაბილურია. ბარიონების დაშლის დროს, სხვა ნაწილაკებთან ერთად, აუცილებლად წარმოიქმნება ბარიონი. ეს ნიმუში ერთ-ერთი გამოვლინებაა ბარიონის მუხტის შენარჩუნების კანონი.
გარდა ზემოთ ჩამოთვლილი ნაწილაკებისა, აღმოვაჩინეთ დიდი რიცხვიძლიერად ურთიერთქმედების ხანმოკლე ნაწილაკები, რომლებიც ე.წ რეზონანსები . ეს ნაწილაკები არის რეზონანსული მდგომარეობები, რომლებიც წარმოიქმნება ორი ან მეტი ელემენტარული ნაწილაკისგან. რეზონანსის სიცოცხლე მხოლოდ ~ 10 –23 –10 –22 წმ.
ელემენტარული ნაწილაკები, ისევე როგორც რთული მიკრონაწილაკები, შეიძლება შეინიშნოს იმ კვალის წყალობით, რომელსაც ისინი ტოვებენ მატერიაში გავლისას. კვალის ბუნება გვაძლევს საშუალებას ვიმსჯელოთ ნაწილაკების მუხტის ნიშანზე, მის ენერგიაზე, იმპულსზე და ა.შ. დამუხტული ნაწილაკები თავიანთ გზაზე მოლეკულების იონიზაციას იწვევენ. ნეიტრალური ნაწილაკები არ ტოვებენ კვალს, მაგრამ მათ შეუძლიათ გამოავლინონ თავი დამუხტულ ნაწილაკებად დაშლის მომენტში ან რაიმე ბირთვთან შეჯახების მომენტში. შესაბამისად, ნეიტრალური ნაწილაკები საბოლოოდ ასევე აღმოჩენილია მათ მიერ წარმოქმნილი დამუხტული ნაწილაკებით გამოწვეული იონიზაციის შედეგად.
ნაწილაკები და ანტინაწილაკები. 1928 წელს ინგლისელმა ფიზიკოსმა პ.დირაკმა მოახერხა ელექტრონის რელატივისტური კვანტური მექანიკური განტოლების პოვნა, საიდანაც არაერთი გასაოცარი შედეგი მოჰყვება. უპირველეს ყოვლისა, ამ განტოლებიდან მიღებულია ელექტრონის საკუთარი მაგნიტური მომენტის სპინი და რიცხვითი მნიშვნელობა, ყოველგვარი დამატებითი ვარაუდების გარეშე. ამრიგად, აღმოჩნდა, რომ სპინი არის როგორც კვანტური, ასევე რელატივისტური სიდიდე. მაგრამ ეს არ ამოწურავს დირაკის განტოლების მნიშვნელობას. მან ასევე შესაძლებელი გახადა ელექტრონის ანტინაწილაკის არსებობის წინასწარმეტყველება - პოზიტრონი. დირაკის განტოლებიდან მიიღება არა მხოლოდ დადებითი, არამედ უარყოფითი მნიშვნელობები თავისუფალი ელექტრონის მთლიანი ენერგიისთვის. განტოლების შესწავლამ აჩვენა, რომ მოცემული ნაწილაკების იმპულსისთვის არსებობს ენერგიის შესაბამისი განტოლების ამონახსნები: .
ყველაზე დიდ უარყოფით ენერგიას შორის (- მე თან 2) და ყველაზე ნაკლებად დადებითი ენერგია (+ მე გ 2) არის ენერგეტიკული მნიშვნელობების ინტერვალი, რომლის რეალიზება შეუძლებელია. ამ ინტერვალის სიგანე არის 2 მე თან 2. შესაბამისად, მიიღება ენერგიის საკუთრივ მნიშვნელობების ორი რეგიონი: ერთი იწყება + მე თან 2 და ვრცელდება +∞-მდე, მეორე იწყება – მე თან 2 და ვრცელდება –∞-მდე.
უარყოფითი ენერგიის მქონე ნაწილაკს უნდა ჰქონდეს ძალიან უცნაური თვისებები. უფრო და უფრო ნაკლები ენერგიის მქონე მდგომარეობებში გადასვლა (ანუ უარყოფითი ენერგიის სიდიდის გაზრდით), მას შეუძლია გამოუშვას ენერგია, ვთქვათ, რადიაციის სახით და, ვინაიდან | ე| შეუზღუდავად, უარყოფითი ენერგიის მქონე ნაწილაკს შეუძლია ასხივოს უსასრულოდ დიდი რაოდენობით ენერგია. მსგავსი დასკვნის გამოტანა შესაძლებელია შემდეგი გზით: მიმართებიდან ე=მე თან 2 აქედან გამომდინარეობს, რომ უარყოფითი ენერგიის მქონე ნაწილაკსაც ექნება უარყოფითი მასა. დამუხრუჭების ძალის გავლენის ქვეშ, უარყოფითი მასის მქონე ნაწილაკი არ უნდა შეანელოს, არამედ აჩქარდეს, შეასრულოს უსასრულოდ დიდი სამუშაო სამუხრუჭე ძალის წყაროზე. ამ სირთულეებიდან გამომდინარე, როგორც ჩანს, საჭირო იქნება იმის აღიარება, რომ ნეგატიური ენერგიის მქონე სახელმწიფო უნდა გამოირიცხოს აბსურდულ შედეგებამდე მიმყვანად. თუმცა, ეს ეწინააღმდეგება კვანტური მექანიკის ზოგიერთ ზოგად პრინციპს. ამიტომ დირაკმა სხვა გზა აირჩია. მან შესთავაზა, რომ ელექტრონების გადასვლები ნეგატიური ენერგიით მდგომარეობებზე, როგორც წესი, არ შეინიშნება იმ მიზეზით, რომ უარყოფითი ენერგიის მქონე ყველა დონე უკვე დაკავებულია ელექტრონებით. 
დირაკის თანახმად, ვაკუუმი არის მდგომარეობა, რომელშიც უარყოფითი ენერგიის ყველა დონე დაკავებულია ელექტრონებით, ხოლო დადებითი ენერგიის მქონე დონეები თავისუფალია. ვინაიდან აკრძალული ზოლის ქვემოთ მდებარე ყველა დონე დაკავებულია გამონაკლისის გარეშე, ამ დონეზე ელექტრონები არანაირად არ ავლენენ თავს. თუ უარყოფით დონეზე მდებარე ერთ-ერთ ელექტრონს ეძლევა ენერგია ე≥ 2მე თან 2, მაშინ ეს ელექტრონი გადავა მდგომარეობაში დადებითი ენერგიით და იქცევა ჩვეულ რეჟიმში, როგორც ნაწილაკი დადებითი მასით და უარყოფითი მუხტით. ამ პირველ თეორიულად პროგნოზირებულ ნაწილაკს პოზიტრონი ეწოდა. როდესაც პოზიტრონი ხვდება ელექტრონს, ისინი ანადგურებენ (ქრებიან) - ელექტრონი გადადის დადებითი დონიდან ვაკანტურ უარყოფითზე. ენერგია, რომელიც შეესაბამება ამ დონეებს შორის სხვაობას, გამოიყოფა რადიაციის სახით. ნახ. 4, ისარი 1 ასახავს ელექტრონ-პოზიტრონის წყვილის შექმნის პროცესს, ხოლო ისარი 2 - მათი განადგურება. ტერმინი „განადგურება“ არ უნდა იქნას მიღებული პირდაპირი მნიშვნელობით. არსებითად, რაც ხდება არ არის გაქრობა, არამედ ზოგიერთი ნაწილაკების (ელექტრონისა და პოზიტრონის) ტრანსფორმაცია სხვებად (γ-ფოტონებად).
არის ნაწილაკები, რომლებიც თავიანთი ანტინაწილაკების იდენტურია (ანუ მათ არ აქვთ ანტინაწილაკები). ასეთ ნაწილაკებს აბსოლუტურად ნეიტრალური ეწოდება. მათ შორისაა ფოტონი, π 0 მეზონი და η მეზონი. მათი ანტინაწილაკების იდენტური ნაწილაკები არ არიან განადგურების უნარი. თუმცა ეს არ ნიშნავს იმას, რომ ისინი საერთოდ ვერ გარდაიქმნება სხვა ნაწილაკებად.
თუ ბარიონებს (ანუ ნუკლეონებსა და ჰიპერონებს) ენიჭებათ ბარიონის მუხტი (ან ბარიონის რიცხვი) IN= +1, ანტიბარიონები – ბარიონის მუხტი IN= –1 და ყველა სხვა ნაწილაკს აქვს ბარიონის მუხტი IN= 0, მაშინ ყველა პროცესი, რომელიც ხდება ბარიონებისა და ანტიბარიონების მონაწილეობით, ხასიათდება მუხტის ბარიონების კონსერვაციით, ისევე როგორც პროცესებს ახასიათებს ელექტრული მუხტის კონსერვაცია. ბარიონის მუხტის შენარჩუნების კანონი განსაზღვრავს ყველაზე რბილი ბარიონის, პროტონის სტაბილურობას. ყველა სიდიდის ტრანსფორმაციას, რომელიც აღწერს ფიზიკურ სისტემას, რომელშიც ყველა ნაწილაკი იცვლება ანტინაწილაკებით (მაგალითად, ელექტრონები პროტონებით და პროტონები ელექტრონებით და ა.შ.), ეწოდება კონიუგაციის მუხტი.
უცნაური ნაწილაკები.TO-მეზონები და ჰიპერონები კოსმოსური სხივების შემადგენლობაში აღმოაჩინეს XX საუკუნის 50-იანი წლების დასაწყისში. 1953 წლიდან ისინი იწარმოება ამაჩქარებლებზე. ამ ნაწილაკების ქცევა იმდენად უჩვეულო აღმოჩნდა, რომ მათ უცნაური უწოდეს. უცნაური ნაწილაკების უჩვეულო ქცევა იყო ის, რომ ისინი აშკარად დაიბადნენ 10-23 წმ დამახასიათებელ დროთან ძლიერი ურთიერთქმედების გამო და მათი სიცოცხლის ხანგრძლივობა 10-8-10-10 წმ-ის რიგით აღმოჩნდა. ეს უკანასკნელი გარემოება მიუთითებდა, რომ ნაწილაკების დაშლა ხდება სუსტი ურთიერთქმედების შედეგად. სრულიად გაუგებარი იყო, რატომ ცოცხლობდნენ უცნაური ნაწილაკები ამდენ ხანს. ვინაიდან ერთი და იგივე ნაწილაკები (π-მეზონები და პროტონები) მონაწილეობენ λ-ჰიპერონის შექმნასა და დაშლაში, გასაკვირი იყო, რომ ორივე პროცესის სიჩქარე (ანუ ალბათობა) ასე განსხვავებული იყო. შემდგომმა კვლევამ აჩვენა, რომ უცნაური ნაწილაკები წყვილებად იბადებიან. ამან გამოიწვია იდეა, რომ ძლიერი ურთიერთქმედება ვერ თამაშობს როლს ნაწილაკების დაშლაში, იმის გამო, რომ ორი უცნაური ნაწილაკის არსებობა აუცილებელია მათი გამოვლინებისთვის. ამავე მიზეზით, უცნაური ნაწილაკების ერთჯერადი შექმნა შეუძლებელი აღმოჩნდება.
უცნაური ნაწილაკების ერთჯერადი წარმოების აკრძალვის ასახსნელად, მ.გელ-მანმა და კ.ნიშიჯიმამ შემოიღეს ახალი კვანტური რიცხვი, რომლის მთლიანი მნიშვნელობა, მათი ვარაუდით, უნდა იყოს დაცული ძლიერი ურთიერთქმედების პირობებში. ეს არის კვანტური რიცხვი სდასახელდა ნაწილაკების უცნაურობა. სუსტი ურთიერთქმედებისას უცნაურობა შეიძლება არ იყოს დაცული. მაშასადამე, მას მიეკუთვნება მხოლოდ ძლიერ ურთიერთქმედება ნაწილაკები - მეზონები და ბარიონები.
ნეიტრინო.ნეიტრინო ერთადერთი ნაწილაკია, რომელიც არ მონაწილეობს არც ძლიერ და არც ელექტრომაგნიტურ ურთიერთქმედებებში. გრავიტაციული ურთიერთქმედების გამოკლებით, რომელშიც ყველა ნაწილაკი მონაწილეობს, ნეიტრინოებს შეუძლიათ მონაწილეობა მიიღონ მხოლოდ სუსტ ურთიერთქმედებებში.
დიდი ხნის განმავლობაში გაურკვეველი რჩებოდა, თუ რით განსხვავდება ნეიტრინო ანტინეიტრინოსგან. კომბინირებული პარიტეტის შენარჩუნების კანონის აღმოჩენამ შესაძლებელი გახადა ამ კითხვაზე პასუხის გაცემა: ისინი განსხვავდებიან სპირალურობით. ქვეშ ხვეულობისგასაგებია გარკვეული კავშირი იმპულსის მიმართულებებს შორის რდა უკან სნაწილაკები. სპირალურობა დადებითად ითვლება, თუ ტრიალი და იმპულსი ერთი მიმართულებითაა. ამ შემთხვევაში, ნაწილაკების მოძრაობის მიმართულება ( რ) და ბრუნვის შესაბამისი „ბრუნვის“ მიმართულება ქმნის მარჯვენა ხრახნს. როდესაც ტრიალი და იმპულსი საპირისპიროა მიმართული, სპირალი იქნება უარყოფითი (მთარგმნელობითი მოძრაობა და „როტაცია“ ქმნის მარცხენა ხრახნს). იანგის, ლი, ლანდაუსა და სალამის მიერ შემუშავებული გრძივი ნეიტრინოების თეორიის მიხედვით, ბუნებაში არსებული ყველა ნეიტრინო, მიუხედავად მათი წარმოშობის მეთოდისა, ყოველთვის მთლიანად გრძივი პოლარიზებულია (ანუ მათი სპინი მიმართულია იმპულსის პარალელურად ან ანტიპარალელურად. რ). ნეიტრინოს აქვს უარყოფითი(მარცხნივ) სპირალურობა (შეესაბამება მიმართულებების თანაფარდობას სდა რ, ნაჩვენებია ნახ. 5 (ბ), ანტინეიტრინო – დადებითი (მარჯვენა) სპირალურობა (ა). ამრიგად, სპირალურობა არის ის, რაც განასხვავებს ნეიტრინოებს ანტინეიტრინოებისგან.
ბრინჯი. 5.ელემენტარული ნაწილაკების სპირალურობის სქემა
ელემენტარული ნაწილაკების სისტემატიკა.ელემენტარული ნაწილაკების სამყაროში დაფიქსირებული ნიმუშები შეიძლება ჩამოყალიბდეს კონსერვაციის კანონების სახით. უკვე საკმაოდ ბევრი ასეთი კანონია დაგროვილი. ზოგიერთი მათგანი აღმოჩნდება არა ზუსტი, მაგრამ მხოლოდ სავარაუდო. თითოეული კონსერვაციის კანონი გამოხატავს სისტემის გარკვეულ სიმეტრიას. იმპულსის შენარჩუნების კანონები რ, იმპულსის მომენტი ლდა ენერგია ეასახავს სივრცისა და დროის სიმეტრიის თვისებებს: კონსერვაციას ედროის ერთგვაროვნების, შენარჩუნების შედეგია რსივრცის ერთგვაროვნებისა და შენარჩუნების გამო ლ- მისი იზოტროპია. პარიტეტის შენარჩუნების კანონი ასოცირდება სიმეტრიასთან მარჯვენასა და მარცხენას შორის ( რ- უცვლელობა). სიმეტრია მუხტის კონიუგაციის მიმართ (ნაწილაკებისა და ანტინაწილაკების სიმეტრია) იწვევს მუხტის თანასწორობის შენარჩუნებას ( თან- უცვლელობა). ელექტრული, ბარიონის და ლეპტონის მუხტების შენარჩუნების კანონები გამოხატავს განსაკუთრებულ სიმეტრიას თან- ფუნქციები. და ბოლოს, იზოტოპური სპინის კონსერვაციის კანონი ასახავს იზოტოპური სივრცის იზოტროპიას. კონსერვაციის ერთ-ერთი კანონის შეუსრულებლობა ნიშნავს ამ ურთიერთქმედებისას შესაბამისი ტიპის სიმეტრიის დარღვევას.
ელემენტარული ნაწილაკების სამყაროში მოქმედებს შემდეგი წესი: ყველაფერი, რაც არ არის აკრძალული კონსერვაციის კანონებით, დასაშვებია. ეს უკანასკნელნი თამაშობენ გამორიცხვის წესების როლს, რომლებიც არეგულირებენ ნაწილაკების ურთიერთკონვერტაციას. პირველ რიგში, მოდით აღვნიშნოთ ენერგიის, იმპულსის და ელექტრული მუხტის შენარჩუნების კანონები. ეს სამი კანონი ხსნის ელექტრონის სტაბილურობას. ენერგიისა და იმპულსის შენარჩუნებიდან გამომდინარეობს, რომ დაშლის პროდუქტების მთლიანი დანარჩენი მასა უნდა იყოს დაშლილი ნაწილაკების დანარჩენ მასაზე ნაკლები. ეს ნიშნავს, რომ ელექტრონს მხოლოდ ნეიტრინოებად და ფოტონებად დაშლა შეუძლია. მაგრამ ეს ნაწილაკები ელექტრონულად ნეიტრალურია. ასე რომ, გამოდის, რომ ელექტრონს უბრალოდ არავინ ჰყავს, რომელზედაც გადაიტანოს თავისი ელექტრული მუხტი, ამიტომ ის სტაბილურია.
კვარკები.იმდენი ნაწილაკი გახდა ელემენტარული, რომ სერიოზული ეჭვი გაჩნდა მათ ელემენტარულ ბუნებასთან დაკავშირებით. თითოეულ ძლიერ ურთიერთქმედება ნაწილაკს ახასიათებს სამი დამოუკიდებელი დანამატი კვანტური რიცხვი: მუხტი ქ, ჰიპერმუხტი უდა ბარიონის მუხტი IN. ამასთან დაკავშირებით გაჩნდა ჰიპოთეზა, რომ ყველა ნაწილაკი აგებულია სამი ფუნდამენტური ნაწილაკისგან - ამ მუხტების მატარებლებისაგან. 1964 წელს გელ-მანმა და მისგან დამოუკიდებლად შვეიცარიელმა ფიზიკოსმა ცვაიგმა წამოაყენეს ჰიპოთეზა, რომლის მიხედვითაც ყველა ელემენტარული ნაწილაკი აგებულია სამი ნაწილაკისგან, რომელსაც კვარკები ეწოდება. ამ ნაწილაკებს ენიჭებათ წილადი კვანტური რიცხვები, კერძოდ, ელექტრული მუხტი +⅔-ის ტოლი; –⅓; +⅓ შესაბამისად სამი კვარკიდან თითოეულისთვის. ეს კვარკები ჩვეულებრივ ასოებით აღინიშნება უ,დ,ს. კვარკების გარდა, განიხილება ანტიკვარკები ( u,დ, ს). დღეისათვის ცნობილია 12 კვარკი - 6 კვარკი და 6 ანტიკვარკი. მეზონები წარმოიქმნება კვარკ-ანტიკვარკის წყვილისგან, ხოლო ბარიონები სამი კვარკისგან. მაგალითად, პროტონი და ნეიტრონი შედგება სამი კვარკისგან, რაც პროტონს ან ნეიტრონს უფერულს ხდის. შესაბამისად, გამოირჩევა ძლიერი ურთიერთქმედების სამი მუხტი - წითელი ( რ), ყვითელი ( ი) და მწვანე ( გ).
თითოეულ კვარკს ენიჭება ერთი და იგივე მაგნიტური მომენტი (μV), რომლის მნიშვნელობა არ არის განსაზღვრული თეორიიდან. ამ დაშვების საფუძველზე გაკეთებული გამოთვლები იძლევა მაგნიტური მომენტის μ p მნიშვნელობას პროტონისთვის = μ kv და ნეიტრონისთვის μ n = – ⅔μ კვ.
ამრიგად, მაგნიტური მომენტების თანაფარდობისთვის მიიღება μ p მნიშვნელობა / μn = –⅔, შესანიშნავად შეესაბამება ექსპერიმენტულ მნიშვნელობას.
ძირითადად, კვარკის ფერმა (ელექტრული მუხტის ნიშნის მსგავსად) დაიწყო იმ თვისების განსხვავების გამოხატვა, რომელიც განსაზღვრავს კვარკების ურთიერთმიზიდულობას და მოგერიებას. სხვადასხვა ურთიერთქმედების ველების კვანტებთან ანალოგიით (ფოტონები ელექტრომაგნიტურ ურთიერთქმედებებში, რ-მეზონები ძლიერ ურთიერთქმედებებში და ა.შ.) შემოიტანეს ნაწილაკები, რომლებიც ატარებდნენ კვარკებს შორის ურთიერთქმედებას. ამ ნაწილაკებს ე.წ გლუონები. ისინი გადასცემენ ფერს ერთი კვარკიდან მეორეზე, რაც იწვევს კვარკების ერთმანეთთან შეკავებას. კვარკების ფიზიკაში ჩამოყალიბდა ჩაკეტვის ჰიპოთეზა (ინგლისურიდან. შეზღუდვები– დაჭერა) კვარკების, რომლის მიხედვითაც შეუძლებელია კვარკის მთლიანს გამოკლება. ის შეიძლება არსებობდეს მხოლოდ როგორც მთლიანის ელემენტი. კვარკების, როგორც რეალური ნაწილაკების არსებობა ფიზიკაში საიმედოდ დასაბუთებულია.
კვარკების იდეა ძალიან ნაყოფიერი აღმოჩნდა. მან შესაძლებელი გახადა არა მხოლოდ უკვე ცნობილი ნაწილაკების სისტემატიზაცია, არამედ ახლის მთელი სერიის წინასწარმეტყველება. სიტუაცია, რომელიც შეიქმნა ელემენტარული ნაწილაკების ფიზიკაში, მოგვაგონებს ატომურ ფიზიკაში შექმნილ სიტუაციას 1869 წელს დ.ი.მენდელევის მიერ პერიოდული კანონის აღმოჩენის შემდეგ. მიუხედავად იმისა, რომ ამ კანონის არსი გაირკვა კვანტური მექანიკის შექმნიდან მხოლოდ 60 წლის შემდეგ, მან შესაძლებელი გახადა იმ დროისთვის ცნობილი ქიმიური ელემენტების სისტემატიზაცია და, გარდა ამისა, განაპირობა ახალი ელემენტების არსებობისა და მათი თვისებების პროგნოზირება. . ანალოგიურად, ფიზიკოსებმა ისწავლეს ელემენტარული ნაწილაკების სისტემატიზაცია და განვითარებულმა ტაქსონომიამ, იშვიათ შემთხვევებში, შესაძლებელი გახადა ახალი ნაწილაკების არსებობის წინასწარმეტყველება და მათი თვისებების წინასწარ განსაზღვრა.
ასე რომ, ამჟამად კვარკები და ლეპტონები შეიძლება ჩაითვალოს ჭეშმარიტად ელემენტარულად; არის 12 მათგანი, ან ანტიჩატიტებთან ერთად - 24. გარდა ამისა, არსებობს ნაწილაკები, რომლებიც უზრუნველყოფენ ოთხ ფუნდამენტურ ურთიერთქმედებას (ურთიერთქმედების კვანტები). ამ ნაწილაკებიდან 13 არსებობს: გრავიტონი, ფოტონი, ვ± - და ზ-ნაწილაკები და 8 გლუონი.
ელემენტარული ნაწილაკების არსებული თეორიები ვერ მიუთითებენ რა არის სერიის დასაწყისი: ატომები, ბირთვები, ჰადრონები, კვარკები. ამ სერიაში, ყოველი უფრო რთული მატერიალური სტრუქტურა მოიცავს უფრო მარტივს, როგორც კომპონენტს. როგორც ჩანს, ეს უსასრულოდ არ შეიძლება გაგრძელდეს. ითვლებოდა, რომ მატერიალური სტრუქტურების აღწერილი ჯაჭვი დაფუძნებულია ფუნდამენტურად განსხვავებული ბუნების ობიექტებზე. ნაჩვენებია, რომ ასეთი ობიექტები შეიძლება არ იყოს წერტილოვანი, მაგრამ გაფართოებული, თუმცა უკიდურესად მცირე (~10-33 სმ) წარმონაქმნები, ე.წ. სუპერსიმები.აღწერილი იდეა არ არის რეალიზებული ჩვენს ოთხგანზომილებიან სივრცეში. ფიზიკის ეს სფერო ზოგადად უკიდურესად აბსტრაქტულია და ძალიან რთულია ვიზუალური მოდელების პოვნა, რომლებიც ხელს უწყობენ ელემენტარული ნაწილაკების თეორიებში თანდაყოლილი იდეების აღქმის გამარტივებას. მიუხედავად ამისა, ეს თეორიები საშუალებას აძლევს ფიზიკოსებს გამოხატონ "ყველაზე ელემენტარული" მიკრო ობიექტების ურთიერთდამოკიდებულება და ურთიერთდამოკიდებულება, მათი კავშირი ოთხგანზომილებიანი სივრცე-დროის თვისებებთან. ყველაზე პერსპექტიული არის ე.წ M-თეორია (მ – დან საიდუმლო- გამოცანა, საიდუმლო). ის ოპერაციას აკეთებს თორმეტი განზომილებიანი სივრცე . საბოლოო ჯამში, ოთხგანზომილებიან სამყაროზე გადასვლისას, რომელსაც ჩვენ უშუალოდ აღვიქვამთ, ყველა „დამატებითი“ განზომილება „ინგრევა“. M-თეორია ჯერჯერობით ერთადერთი თეორიაა, რომელიც შესაძლებელს ხდის ოთხი ფუნდამენტური ურთიერთქმედების ერთზე შემცირებას - ე.წ. სუპერძალა.ასევე მნიშვნელოვანია, რომ M-თეორია იძლევა სხვადასხვა სამყაროების არსებობის საშუალებას და ადგენს პირობებს, რომლებიც უზრუნველყოფენ ჩვენი სამყაროს გაჩენას. M-თეორია ჯერ არ არის საკმარისად განვითარებული. ითვლება, რომ ფინალი "ყველაფრის თეორია" M-თეორიაზე დაფუძნებული 21-ე საუკუნეში აშენდება.