ელემენტარული ნაწილაკების ცნება. ელემენტარული ნაწილაკები და მათი ძირითადი მახასიათებლები

ელემენტარული ნაწილაკები

ფიზიკოსებმა ბირთვული პროცესების შესწავლისას აღმოაჩინეს ელემენტარული ნაწილაკების არსებობა, ამიტომ მე-20 საუკუნის შუა ხანებამდე ელემენტარული ნაწილაკების ფიზიკა იყო ბირთვული ფიზიკის ფილიალი. ამჟამად, ელემენტარული ნაწილაკების ფიზიკა და ბირთვული ფიზიკა არის ფიზიკის ახლო, მაგრამ დამოუკიდებელი ფილიალები, რომლებიც გაერთიანებულია მრავალი განხილული პრობლემის საერთო და გამოყენებული კვლევის მეთოდებით. ელემენტარული ნაწილაკების ფიზიკის მთავარი ამოცანაა ელემენტარული ნაწილაკების ბუნების, თვისებებისა და ურთიერთ გარდაქმნების შესწავლა.

იდეას, რომ სამყარო ფუნდამენტური ნაწილაკებისგან შედგება, დიდი ისტორია აქვს. პირველად, უმცირესი უხილავი ნაწილაკების არსებობის იდეა, რომლებიც ქმნიან ყველა გარემომცველ ობიექტს, გამოთქვა ბერძენმა ფილოსოფოსმა დემოკრიტემ 400 წლის წინ. მან ამ ნაწილაკებს ატომები, ანუ განუყოფელი ნაწილაკები უწოდა. მეცნიერებამ მხოლოდ ატომების ცნების გამოყენება დაიწყო XIX დასაწყისშისაუკუნეში, როდესაც ამის საფუძველზე შესაძლებელი გახდა არაერთი ქიმიური ფენომენის ახსნა. XIX საუკუნის 30-იან წლებში მ.ფარადეის მიერ შემუშავებულ ელექტროლიზის თეორიაში გაჩნდა იონის ცნება და გაზომვა გაკეთდა. ელემენტარული მუხტი. XIX საუკუნის დასასრული აღინიშნა რადიაქტიურობის ფენომენის აღმოჩენით (ა. ბეკერელი, 1896), აგრეთვე ელექტრონების (ჯ. ტომსონი, 1897) და ალფა ნაწილაკების (E. Rutherford, 1899) აღმოჩენებით. 1905 წელს ფიზიკაში გაჩნდა იდეა ელექტრომაგნიტური ველის კვანტების - ფოტონების (ა. აინშტაინი).

1911 წელს აღმოაჩინეს ატომის ბირთვი (ე. რეზერფორდი) და საბოლოოდ დადასტურდა, რომ ატომებს აქვთ რთული აგებულება. 1919 წელს რეზერფორდმა აღმოაჩინა პროტონები რიგი ელემენტების ატომური ბირთვების დაშლის პროდუქტებში. 1932 წელს ჯ. ჩადვიკმა აღმოაჩინა ნეიტრონი. გაირკვა, რომ ატომების ბირთვებს, ისევე როგორც თავად ატომებს, აქვთ რთული სტრუქტურა. წარმოიშვა ბირთვების აგებულების პროტონ-ნეიტრონის თეორია (დ. დ. ივანენკო და ვ. ჰაიზენბერგი). იმავე 1932 წელს კოსმოსურ სხივებში აღმოაჩინეს პოზიტრონი (კ. ანდერსონი). პოზიტრონი არის დადებითად დამუხტული ნაწილაკი, რომელსაც აქვს იგივე მასა და იგივე (მოდულური) მუხტი, როგორც ელექტრონი. პოზიტრონის არსებობა იწინასწარმეტყველა პ.დირაკმა 1928 წელს. ამ წლების განმავლობაში აღმოაჩინეს და შეისწავლეს პროტონებისა და ნეიტრონების ურთიერთ გარდაქმნები და გაირკვა, რომ ეს ნაწილაკები ასევე არ არიან ბუნების უცვლელი ელემენტარული "სამშენებლო ბლოკები". 1937 წელს კოსმოსურ სხივებში აღმოაჩინეს 207 ელექტრონული მასის მასის ნაწილაკები, რომლებსაც უწოდებენ მიონებს (μ-მეზონები). შემდეგ, 1947–1950 წლებში, აღმოაჩინეს პიონები (ე.ი. π მეზონები), რომლებიც, თანამედროვე კონცეფციების მიხედვით, ურთიერთქმედებენ ბირთვში არსებულ ნუკლეონებს შორის. მომდევნო წლებში ახლად აღმოჩენილი ნაწილაკების რაოდენობამ სწრაფად დაიწყო ზრდა. ამას ხელი შეუწყო კოსმოსური სხივების კვლევამ, ამაჩქარებლის ტექნოლოგიის განვითარებამ და ბირთვული რეაქციების შესწავლამ.

ამჟამად ცნობილია დაახლოებით 400 სუბბირთვული ნაწილაკი, რომლებსაც ჩვეულებრივ ელემენტარულს უწოდებენ. ამ ნაწილაკების დიდი უმრავლესობა არასტაბილურია. ერთადერთი გამონაკლისი არის ფოტონი, ელექტრონი, პროტონი და ნეიტრინო. ყველა სხვა ნაწილაკი გარკვეულ ინტერვალებში განიცდის სპონტანურ გარდაქმნას სხვა ნაწილაკებად. არასტაბილური ელემენტარული ნაწილაკები მნიშვნელოვნად განსხვავდება მათი სიცოცხლის განმავლობაში. ყველაზე ხანგრძლივი ნაწილაკი არის ნეიტრონი. ნეიტრონის სიცოცხლე დაახლოებით 15 წუთია. სხვა ნაწილაკები „ცოცხლობენ“ ბევრად უფრო ხანმოკლე დროით. მაგალითად, μ მეზონის სიცოცხლის საშუალო ხანგრძლივობაა 2,2 10–6 წმ, ხოლო ნეიტრალური π მეზონის არის 0,87 10–16 წმ. ბევრ მასიურ ნაწილაკს - ჰიპერონს - აქვს საშუალო სიცოცხლის ხანგრძლივობა 10-10 წმ.
არსებობს რამდენიმე ათეული ნაწილაკი, რომელთა სიცოცხლის ხანგრძლივობა აღემატება 10-17 წამს. მიკროკოსმოსის მასშტაბით, ეს მნიშვნელოვანი დროა. ასეთ ნაწილაკებს შედარებით სტაბილურს უწოდებენ. მოკლევადიანი ელემენტარული ნაწილაკების უმეტესობას აქვს 10–22–10–23 წმ.

ორმხრივი გარდაქმნების უნარი ყველაზე მეტია მნიშვნელოვანი ქონებაყველა ელემენტარული ნაწილაკი. ელემენტარულ ნაწილაკებს შეუძლიათ დაბადება და განადგურება (გამოსხივება და შთანთქმა). ეს ასევე ეხება სტაბილურ ნაწილაკებს, ერთადერთი განსხვავება ისაა, რომ სტაბილური ნაწილაკების გარდაქმნები არ ხდება სპონტანურად, არამედ სხვა ნაწილაკებთან ურთიერთქმედების გზით. ამის მაგალითია ელექტრონისა და პოზიტრონის განადგურება (ანუ გაქრობა), რომელსაც თან ახლავს მაღალი ენერგიის ფოტონების დაბადება. შეიძლება მოხდეს საპირისპირო პროცესიც - ელექტრონ-პოზიტრონის წყვილის დაბადება, მაგალითად, როდესაც ფოტონი საკმარისად ეჯახება დიდი ენერგიაბირთვით. პროტონს ასევე აქვს ისეთი საშიში ტყუპი, როგორიც არის ელექტრონის პოზიტრონი. მას ანტიპროტონი ჰქვია. ანტიპროტონის ელექტრული მუხტი უარყოფითია. ამჟამად ანტინაწილაკები ყველა ნაწილაკშია ნაპოვნი. ანტინაწილაკები ეწინააღმდეგებიან ნაწილაკებს, რადგან როდესაც რომელიმე ნაწილაკი ხვდება თავის ანტინაწილაკს, ხდება მათი განადგურება, ანუ ორივე ნაწილაკი ქრება, გადაიქცევა რადიაციის კვანტად ან სხვა ნაწილაკებად.

ანტინაწილაკი ნეიტრონშიც კი აღმოაჩინეს. ნეიტრონი და ანტინეიტრონი განსხვავდებიან მხოლოდ მაგნიტური მომენტისა და ე.წ ბარიონის მუხტის ნიშნებით. შესაძლებელია ანტიმატერიის ატომების არსებობა, რომელთა ბირთვები შედგება ანტინუკლეონებისგან და პოზიტრონების გარსისგან. როდესაც ანტიმატერია ანადგურებს მატერიას, დანარჩენი ენერგია გარდაიქმნება რადიაციული კვანტების ენერგიად. ეს არის უზარმაზარი ენერგია, რომელიც მნიშვნელოვნად აღემატება ბირთვული და თერმობირთვული რეაქციების დროს გამოთავისუფლებულ ენერგიას.

დღემდე ცნობილი ელემენტარული ნაწილაკების მრავალფეროვნებაში გვხვდება მეტ-ნაკლებად ჰარმონიული კლასიფიკაციის სისტემა. ცხრილში მოცემულია გარკვეული ინფორმაცია ელემენტარული ნაწილაკების თვისებების შესახებ, რომელთა სიცოცხლე 10-20 წმ-ზე მეტია. მრავალი თვისებიდან, რომლებიც ახასიათებს ელემენტარულ ნაწილაკს, ცხრილში მოცემულია მხოლოდ ნაწილაკების მასა (ელექტრონულ მასებში), ელექტრული მუხტი (ელექტრული მუხტის ერთეულებში) და კუთხური იმპულსი (ე.წ. სპინი) პლანკის მუდმივის ერთეულებში ħ = h. / 2π. ცხრილი ასევე აჩვენებს ნაწილაკების სიცოცხლის ხანგრძლივობას.

	ნაწილაკების სახელი		მასა (ელექტრონულ მასებში)	Ელექტრული მუხტი		სიცოცხლის ხანგრძლივობა (ები)
	ანტინაწილაკი
				სტაბილური
	ნეიტრინო ელექტრონი				სტაბილური
ნეიტრინო მიონი				სტაბილური
ელექტრონი						სტაბილური
		პი მეზონები
				≈ 10–10 –10–8
ეტა-ნულ-მეზონი
							სტაბილური
ლამბდა ჰიპერონი
სიგმა ჰიპერონები
Xi-ჰიპერონები
ომეგა-მინუს-ჰიპერონი

ელემენტარული ნაწილაკები გაერთიანებულია სამ ჯგუფად: ფოტონები, ლეპტონები და ჰადრონები.
ფოტონების ჯგუფში შედის ერთი ნაწილაკი - ფოტონი, რომელიც ელექტრომაგნიტური ურთიერთქმედების მატარებელია.

შემდეგი ჯგუფი შედგება მსუბუქი ლეპტონური ნაწილაკებისგან. ამ ჯგუფში შედის ნეიტრინოების ორი ტიპი (ელექტრონი და მიონი), ელექტრონი და μ-მეზონი. ლეპტონები ასევე შეიცავს უამრავ ნაწილაკს, რომელიც არ არის ჩამოთვლილი ცხრილში. ყველა ლეპტონს აქვს სპინი 1/2.

მესამე დიდი ჯგუფი შედგება მძიმე ნაწილაკებისგან, რომელსაც ჰადრონები ეწოდება. ეს ჯგუფი იყოფა ორ ქვეჯგუფად. მსუბუქი ნაწილაკები ქმნიან მეზონების ქვეჯგუფს. მათგან ყველაზე მსუბუქია დადებითად და უარყოფითად დამუხტული, ასევე ნეიტრალური π-მეზონები 250 ელექტრონული მასის რიგის მასებით. პიონები არის ბირთვული ველის კვანტები, ისევე როგორც ფოტონები ელექტრომაგნიტური ველის კვანტები. ამ ქვეჯგუფში ასევე შედის ოთხი K მეზონი და ერთი η0 მეზონი. ყველა მეზონს აქვს სპინი ნულის ტოლი.
მეორე ქვეჯგუფი - ბარიონები - მოიცავს უფრო მძიმე ნაწილაკებს. ის ყველაზე ვრცელია. ყველაზე მსუბუქი ბარიონები არის ნუკლეონები - პროტონები და ნეიტრონები. მათ მოსდევს ჰიპერონები ე.წ. ცხრილს ხურავს 1964 წელს აღმოჩენილი ომეგა-მინუს ჰიპერონი, ეს არის მძიმე ნაწილაკი 3273 ელექტრონული მასის მასით. ყველა ბარიონს აქვს ბრუნი 1/2.

აღმოჩენილი და ახლად აღმოჩენილი ჰადრონების სიმრავლემ მეცნიერებს უბიძგა, რომ ისინი ყველა სხვა ფუნდამენტური ნაწილაკებისგან იყო აგებული. 1964 წელს ამერიკელმა ფიზიკოსმა მ.გელ-მანმა წამოაყენა ჰიპოთეზა, რომელიც დადასტურდა შემდგომი კვლევებით, რომ ყველა მძიმე ფუნდამენტური ნაწილაკი - ჰადრონები - აგებულია უფრო ფუნდამენტური ნაწილაკებისგან, რომელსაც კვარკები ეწოდება. კვარკის ჰიპოთეზაზე დაყრდნობით, არა მხოლოდ უკვე ცნობილი ჰადრონების სტრუქტურა იქნა გაგებული, არამედ ახლის არსებობაც. გელ-მანის თეორია ვარაუდობდა სამი კვარკის და სამი ანტიკვარკის არსებობას, რომლებიც ერთმანეთთან აკავშირებდნენ სხვადასხვა კომბინაციებში. ამრიგად, თითოეული ბარიონი შედგება სამი კვარკისგან, ხოლო თითოეული ანტიბარიონი შედგება სამი ანტიკვარკისგან. მეზონები შედგება კვარკ-ანტიკვარკის წყვილებისგან.

კვარკის ჰიპოთეზის მიღებით შესაძლებელი გახდა შექმნა ჰარმონიული სისტემაელემენტარული ნაწილაკები. თუმცა, ამ ჰიპოთეტური ნაწილაკების პროგნოზირებული თვისებები საკმაოდ მოულოდნელი აღმოჩნდა. კვარკების ელექტრული მუხტი უნდა იყოს გამოხატული წილადი რიცხვები, უდრის ელემენტარული მუხტის 2/3-ს და 1/3-ს.
კვარკების მრავალრიცხოვანი ძიება თავისუფალ მდგომარეობაში, განხორციელებული მაღალი ენერგიის ამაჩქარებლებზე და კოსმოსურ სხივებში, წარუმატებელი აღმოჩნდა. მეცნიერები თვლიან, რომ თავისუფალი კვარკების დაუკვირვებადობის ერთ-ერთი მიზეზი შესაძლოა მათი ძალიან დიდი მასებია. ეს ხელს უშლის კვარკების დაბადებას იმ ენერგიებით, რომლებიც მიიღწევა თანამედროვე ამაჩქარებლებში. თუმცა, ექსპერტების უმეტესობა ახლა დარწმუნებულია, რომ კვარკები არსებობენ მძიმე ნაწილაკებში - ჰადრონებში. ლეპტონისა და ბარიონის მუხტების გარდა, ასევე ცნობილია შემდეგი:

უცნაურობა ს.კვანტურ რიცხვს s შეუძლია მიიღოს მნიშვნელობები -3, -2, -1, 0, +1, +2, +3 და განისაზღვრება ჰადრონების კვარკული შემადგენლობით. მაგალითად, ჰიპერონებს Λ, Σ აქვთ s = -l; K+, K- მეზონებს აქვთ s = +l.

ხიბლით.კვანტურ რიცხვს c შეუძლია მიიღოს მნიშვნელობები -3, -2, -1, 0, +1, +2, +3. ამჟამად აღმოაჩინეს ნაწილაკები, რომლებსაც აქვთ c = 0, +1 და -1. მაგალითად, Λ+c ბარიონს აქვს c = +1.

ქვედაბოლო ბ.კვანტურ რიცხვს b შეუძლია მიიღოს მნიშვნელობები -3, -2, -1, 0, +1, +2, +3. ამჟამად აღმოაჩინეს ნაწილაკები, რომლებსაც აქვთ b = 0, +1, -1. მაგალითად, B+ მეზონს აქვს b = +1.

ტოპის ტ.კვანტურ რიცხვს t შეუძლია მიიღოს მნიშვნელობები -3, -2, -1, 0, +1, +2, +3. ამჟამად აღმოჩენილია მხოლოდ ერთი მდგომარეობა t = +1-ით.

ისოსპინი I.ძლიერად ურთიერთქმედება ნაწილაკები შეიძლება დაიყოს ნაწილაკების ჯგუფებად, რომლებსაც აქვთ მსგავსი თვისებები ( იგივე ღირებულებასპინი, პარიტეტი, ბარიონის რიცხვი, უცნაურობა და სხვა კვანტური რიცხვები, რომლებიც შენარჩუნებულია ძლიერ ურთიერთქმედებებში) - იზოტოპური მამრავლები. იზოსპინი I-ის მნიშვნელობა განსაზღვრავს ნაწილაკების რაოდენობას, რომლებიც შედის ერთ იზოტოპურ მულტიპლეტში. n და p ქმნიან იზოტოპურ ორეულს I=1/2; Σ+ ,Σ- ,Σ0 არის I = 1 იზოტოპური ტრიპლეტის ნაწილი, Λ არის იზოტოპური სინგლი I = 0, ნაწილაკების რაოდენობა, რომელიც შედის ერთ იზოტოპურ მამრავლში 2I + 1.

G-პარიტეტიარის კვანტური რიცხვი, რომელიც შეესაბამება სიმეტრიას მუხტის კონიუგაციის ერთდროულ მოქმედებასთან და იზოსპინის მესამე კომპონენტის Iz ნიშნის ცვლილებასთან მიმართებაში. G პარიტეტი შენარჩუნებულია მხოლოდ ძლიერ ურთიერთქმედებებში.

ფუნდამენტური ურთიერთქმედება. პროცესები, რომლებშიც სხვადასხვა ელემენტარული ნაწილაკები მონაწილეობენ, მნიშვნელოვნად განსხვავდება მათი დამახასიათებელი დროებითა და ენერგიებით. თანამედროვე კონცეფციების მიხედვით, ბუნებაში არსებობს ოთხი სახის ურთიერთქმედება, რომლებიც არ შეიძლება შემცირდეს სხვებზე, მეტი მარტივი ტიპებიურთიერთქმედება: ძლიერი, ელექტრომაგნიტური, სუსტი და გრავიტაციული. ამ ტიპის ურთიერთქმედებებს ფუნდამენტური ეწოდება.

ძლიერი (ან ბირთვული) ურთიერთქმედება არის ყველაზე ინტენსიური ყველა სახის ურთიერთქმედებას შორის. ისინი იწვევენ განსაკუთრებულად ძლიერ კავშირს პროტონებსა და ნეიტრონებს შორის ატომების ბირთვებში. მხოლოდ მძიმე ნაწილაკებს - ჰადრონებს (მეზონები და ბარიონები) შეუძლიათ მონაწილეობა მიიღონ ძლიერ ურთიერთქმედებებში. ძლიერი ურთიერთქმედება ვლინდება 10-15 მ-ზე ნაკლებ მანძილებზე, ამიტომ მას მოკლე დისტანციას უწოდებენ.

ელექტრომაგნიტური ურთიერთქმედება. ნებისმიერი ელექტრულად დამუხტული ნაწილაკი, ისევე როგორც ფოტონები - ელექტრომაგნიტური ველის კვანტები, შეუძლიათ მონაწილეობა მიიღონ ამ ტიპის ურთიერთქმედებაში. ელექტრომაგნიტური ურთიერთქმედება პასუხისმგებელია, კერძოდ, ატომებისა და მოლეკულების არსებობაზე. ის განსაზღვრავს ნივთიერებების ბევრ თვისებას მყარ, თხევად და აირად მდგომარეობაში. პროტონების კულონის მოგერიება იწვევს დიდი მასის მქონე ბირთვების არასტაბილურობას. ელექტრომაგნიტური ურთიერთქმედება განსაზღვრავს ატომებისა და მატერიის მოლეკულების მიერ ფოტონების შთანთქმის და გამოსხივების პროცესებს და ბევრ სხვა პროცესს მიკრო და მაკრო სამყაროს ფიზიკაში.

სუსტი ურთიერთქმედება ყველაზე ნელია მიკროსამყაროში მომხდარ ყველა ურთიერთქმედებას შორის. მასში მონაწილეობა შეუძლია ნებისმიერ ელემენტარულ ნაწილაკს, გარდა ფოტონებისა. სუსტი ურთიერთქმედება პასუხისმგებელია პროცესების წარმოქმნაზე, რომლებიც მოიცავს ნეიტრინოებს ან ანტინეიტრინოებს, მაგალითად, ნეიტრონის β-დაშლას:

ისევე როგორც ნეიტრინოსგან თავისუფალი ნაწილაკების დაშლის პროცესები ხანგრძლივი სიცოცხლის ხანგრძლივობით (τ ≥ 10-10 წმ).

გრავიტაციული ურთიერთქმედება ყველა ნაწილაკს აქვს გამონაკლისის გარეშე, თუმცა, ელემენტარული ნაწილაკების მცირე მასების გამო, მათ შორის გრავიტაციული ურთიერთქმედების ძალები უმნიშვნელოა და მათი როლი მიკროსამყაროს პროცესებში უმნიშვნელოა. გრავიტაციული ძალები გადამწყვეტ როლს თამაშობენ კოსმოსური ობიექტების (ვარსკვლავები, პლანეტები და სხვ.) მათ უზარმაზარ მასებთან ურთიერთქმედებაში.

მე-20 საუკუნის 30-იან წლებში გაჩნდა ჰიპოთეზა, რომ ელემენტარული ნაწილაკების სამყაროში ურთიერთქმედება ხდება გარკვეული ველის კვანტების გაცვლის გზით. ეს ჰიპოთეზა თავდაპირველად წამოაყენეს ჩვენმა თანამემამულეებმა I. E. Tamm-მა და D. D. Ivanenko-მ. მათ ვარაუდობდნენ, რომ ფუნდამენტური ურთიერთქმედება წარმოიქმნება ნაწილაკების გაცვლის შედეგად, ისევე როგორც ატომების კოვალენტური ქიმიური ბმა წარმოიქმნება ვალენტური ელექტრონების გაცვლის შედეგად, რომლებიც გაერთიანდებიან შეუვსებელ ელექტრონულ გარსებზე.
ნაწილაკების გაცვლით განხორციელებულ ურთიერთქმედებას ფიზიკაში გაცვლითი ურთიერთქმედება ეწოდება. მაგალითად, დამუხტულ ნაწილაკებს შორის ელექტრომაგნიტური ურთიერთქმედება წარმოიქმნება ფოტონების - ელექტრომაგნიტური ველის კვანტების გაცვლის გამო.

გაცვლითი ურთიერთქმედების თეორიამ აღიარება მას შემდეგ მოიპოვა, რაც იაპონელმა ფიზიკოსმა ჰ. იუკავამ 1935 წელს თეორიულად აჩვენა, რომ ატომების ბირთვებში ნუკლეონებს შორის ძლიერი ურთიერთქმედება შეიძლება აიხსნას, თუ ვივარაუდებთ, რომ ნუკლეონები გაცვლიან ჰიპოთეტურ ნაწილაკებს, რომლებსაც მეზონები ჰქვია. იუკავამ გამოთვალა ამ ნაწილაკების მასა, რომელიც დაახლოებით 300 ელექტრონის მასის ტოლი აღმოჩნდა. ასეთი მასის ნაწილაკები შემდგომში რეალურად აღმოაჩინეს. ამ ნაწილაკებს π-მეზონები (პიონები) ეწოდება. ამჟამად ცნობილია პიონების სამი ტიპი: π+, π– და π0.

1957 წელს თეორიულად იწინასწარმეტყველეს მძიმე ნაწილაკების, ე.წ ვექტორული ბოზონების W+, W– და Z0 არსებობა, რამაც გამოიწვია სუსტი ურთიერთქმედების გაცვლის მექანიზმი. ეს ნაწილაკები აღმოაჩინეს 1983 წელს ამაჩქარებლის ექსპერიმენტებში მაღალი ენერგიის პროტონებისა და ანტიპროტონების შეჯახების სხივების გამოყენებით. ვექტორული ბოზონების აღმოჩენა ძალიან მნიშვნელოვანი მიღწევა იყო ნაწილაკების ფიზიკაში. ამ აღმოჩენამ აღნიშნა თეორიის წარმატება, რომელიც აერთიანებდა ელექტრომაგნიტურ და სუსტ ძალებს ერთ ეგრეთ წოდებულ ელექტროსუსტ ძალაში. ეს ახალი თეორია განიხილავს ელექტრომაგნიტურ ველს და სუსტი ურთიერთქმედების ველს, როგორც ერთი და იგივე ველის სხვადასხვა კომპონენტებს, რომლებშიც ვექტორული ბოზონები მონაწილეობენ ელექტრომაგნიტური ველის კვანტურთან ერთად.

თანამედროვე ფიზიკაში ამ აღმოჩენის შემდეგ, მნიშვნელოვნად გაიზარდა რწმენა იმისა, რომ ყველა სახის ურთიერთქმედება ერთმანეთთან მჭიდრო კავშირშია და, არსებითად, ცალკეული სფეროს სხვადასხვა გამოვლინებაა. თუმცა, ყველა ურთიერთქმედების გაერთიანება მხოლოდ მიმზიდველ სამეცნიერო ჰიპოთეზად რჩება.

თეორიული ფიზიკოსები მნიშვნელოვან ძალისხმევას ცდილობენ ერთიან საფუძველზე განიხილონ არა მხოლოდ ელექტრომაგნიტური და სუსტი, არამედ ძლიერი ურთიერთქმედებაც. ამ თეორიას ეწოდა დიდი გაერთიანება. მეცნიერები ვარაუდობენ, რომ გრავიტაციულ ურთიერთქმედებასაც უნდა ჰქონდეს თავისი გადამზიდავი - ჰიპოთეტური ნაწილაკი, რომელსაც გრავიტონი ჰქვია. თუმცა, ეს ნაწილაკი ჯერ არ არის აღმოჩენილი.

ახლა დადასტურებულად ითვლება, რომ ერთი ველი, რომელიც აერთიანებს ყველა სახის ურთიერთქმედებას, შეიძლება არსებობდეს მხოლოდ უკიდურესად მაღალი ნაწილაკების ენერგიით, მიუწვდომელი თანამედროვე ამაჩქარებლებით. ნაწილაკებს შეეძლოთ ჰქონდეთ ასეთი მაღალი ენერგიები მხოლოდ სამყაროს არსებობის ძალიან ადრეულ ეტაპზე, რომელიც წარმოიშვა ეგრეთ წოდებული დიდი აფეთქების შედეგად. Დიდი აფეთქება). კოსმოლოგია - სამყაროს ევოლუციის შესწავლა - ვარაუდობს, რომ დიდი აფეთქება მოხდა 18 მილიარდი წლის წინ. სამყაროს ევოლუციის სტანდარტულ მოდელში ვარაუდობენ, რომ აფეთქების შემდეგ პირველ პერიოდში ტემპერატურამ შეიძლება მიაღწიოს 1032 K-ს, ხოლო ნაწილაკების ენერგია E = kT შეიძლება მიაღწიოს 1019 გევ-ს. ამ პერიოდის განმავლობაში მატერია არსებობდა კვარკებისა და ნეიტრინოების სახით და ყველა სახის ურთიერთქმედება გაერთიანებული იყო ერთი ძალის ველში. თანდათანობით, სამყაროს გაფართოებასთან ერთად, ნაწილაკების ენერგია შემცირდა და ურთიერთქმედების ერთიანი ველიდან, ჯერ გაჩნდა გრავიტაციული ურთიერთქმედება (ნაწილაკების ენერგიებზე ≤ 1019 გევ), შემდეგ კი ძლიერი ურთიერთქმედება გამოეყო ელექტროსუსტი ურთიერთქმედებისგან (რიგის ენერგიებზე). 1014 გევ). 103 გევ რიგის ენერგიებში ოთხივე ტიპის ფუნდამენტური ურთიერთქმედება აღმოჩნდა გამოყოფილი. ამ პროცესებთან ერთად ყალიბდებოდა მატერიის უფრო რთული ფორმები - ნუკლეონები, მსუბუქი ბირთვები, იონები, ატომები და ა.შ. კოსმოლოგია თავის მოდელში ცდილობს სამყაროს ევოლუციას მისი განვითარების სხვადასხვა ეტაპზე დიდი აფეთქებიდან დღემდე. დღეს, ეყრდნობა ელემენტარული ნაწილაკების ფიზიკის კანონებს, ასევე ბირთვულ და ატომურ ფიზიკას.

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. ნაწილაკების თვისებები განისაზღვრება მასზე მოქმედი უდიდესი ძალით. 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 ველებით, ასევე სუსტი და გრავიტაციული ველებით. 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

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 - მე-19 საუკუნის ერთ-ერთი უდიდესი სამეცნიერო მიღწევა.

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.

ელემენტარული ნაწილაკები, ტერმინის ზუსტი მნიშვნელობით, არის პირველადი, შემდგომი განუყოფელი ნაწილაკები, საიდანაც უნდა შედგებოდეს მთელი მატერია.

თანამედროვე ფიზიკის ელემენტარული ნაწილაკები არ აკმაყოფილებენ ელემენტარულობის მკაცრ განმარტებას, რადგან მათი უმეტესობა, თანამედროვე კონცეფციების მიხედვით, კომპოზიტური სისტემებია. ამ სისტემების საერთო თვისებაა: რომ ისინი არ არიან ატომები ან ბირთვები (გამონაკლისი არის პროტონი). ამიტომ, მათ ზოგჯერ ქვებირთვულ ნაწილაკებსაც უწოდებენ.

ნაწილაკებს, რომლებიც აცხადებენ, რომ მატერიის პირველადი ელემენტები არიან, ზოგჯერ უწოდებენ "ნამდვილ ელემენტარულ ნაწილაკებს".

პირველი აღმოჩენილი ელემენტარული ნაწილაკი იყო ელექტრონი. გაიხსნა ინგლისელი ფიზიკოსიტომსონი 1897 წელს.

პირველი აღმოჩენილი ცისტიტი იყო პოზიტრონი - ნაწილაკი ელექტრონის მასით, მაგრამ დადებითი ელექტრული მუხტით. ეს ანტინაწილაკი კოსმოსურ სხივებში აღმოაჩინა ამერიკელმა ფიზიკოსმა ანდერსონმა 1932 წელს.

თანამედროვე ფიზიკაში ელემენტარული ნაწილაკების ჯგუფში შედის 350-ზე მეტი ნაწილაკი, ძირითადად არასტაბილური და მათი რიცხვი აგრძელებს ზრდას.

თუ ადრე ელემენტარული ნაწილაკები ჩვეულებრივ აღმოჩენილი იყო კოსმოსურ სხივებში, მაშინ 50-იანი წლების დასაწყისიდან ამაჩქარებლები ელემენტარული ნაწილაკების შესწავლის მთავარ ინსტრუმენტად იქცა.

ელემენტარული ნაწილაკების მიკროსკოპული მასები და ზომები განსაზღვრავს მათი ქცევის კვანტურ სპეციფიკას: ელემენტარული ნაწილაკების ქცევაში გადამწყვეტია კვანტური კანონები.

ყველა ელემენტარული ნაწილაკების ყველაზე მნიშვნელოვანი კვანტური თვისებაა სხვა ნაწილაკებთან ურთიერთობისას დაბადებისა და განადგურების (გამოსხივების და შთანთქმის) უნარი. ელემენტარული ნაწილაკებით ყველა პროცესი მიმდინარეობს შთანთქმისა და გამოსხივების მოქმედებების თანმიმდევრობით.

ელემენტარული ნაწილაკებით სხვადასხვა პროცესები მკვეთრად განსხვავდება მათი წარმოშობის ინტენსივობით.

ელემენტარული ნაწილაკების ურთიერთქმედების განსხვავებული ინტენსივობის შესაბამისად, ისინი ფენომენოლოგიურად იყოფა რამდენიმე კლასად: ძლიერი, ელექტრომაგნიტური და სუსტი. გარდა ამისა, ყველა ელემენტარულ ნაწილაკს აქვს გრავიტაციული ურთიერთქმედება.

ელემენტარული ნაწილაკების ძლიერი ურთიერთქმედება იწვევს პროცესებს, რომლებიც მიმდინარეობს სხვა პროცესებთან შედარებით უდიდესი ინტენსივობით და იწვევს ელემენტარული ნაწილაკების უძლიერეს კავშირს. სწორედ ეს განსაზღვრავს კავშირს პროტონებსა და ნეიტრონებს შორის ატომების ბირთვებში.

ელექტრომაგნიტური ურთიერთქმედება სხვებისგან განსხვავდება ელექტრომაგნიტური ველის მონაწილეობით. ელექტრომაგნიტური ველი (კვანტურ ფიზიკაში, ფოტონი) ან გამოიყოფა, შეიწოვება ურთიერთქმედების დროს, ან გადასცემს სხეულებს შორის ურთიერთქმედებას.

ელექტრომაგნიტური ურთიერთქმედება უზრუნველყოფს ბირთვების და ელექტრონების კავშირს ატომებსა და მატერიის მოლეკულებში და ამით განსაზღვრავს (კვანტური მექანიკის კანონების საფუძველზე) ასეთი მიკროსისტემების სტაბილური მდგომარეობის შესაძლებლობას.

ელემენტარული ნაწილაკების სუსტი ურთიერთქმედება იწვევს ძალიან ნელ პროცესებს ელემენტარულ ნაწილაკებთან, მათ შორის კვაზი-სტაბილური ნაწილაკების დაშლას.

სუსტი ურთიერთქმედება გაცილებით სუსტია არა მხოლოდ ძლიერ ურთიერთქმედებაზე, არამედ ელექტრომაგნიტურ ურთიერთქმედებაზე, მაგრამ გაცილებით ძლიერია ვიდრე გრავიტაციული ურთიერთქმედება.

ელემენტარული ნაწილაკების გრავიტაციული ურთიერთქმედება ყველაზე სუსტია ცნობილთა შორის. გრავიტაციული ურთიერთქმედება ელემენტარული ნაწილაკებისთვის დამახასიათებელ დისტანციებზე წარმოქმნის უკიდურესად მცირე ეფექტებს ელემენტარული ნაწილაკების მცირე მასების გამო.

სუსტი ურთიერთქმედება გაცილებით ძლიერია ვიდრე გრავიტაციული ურთიერთქმედება, მაგრამ ში Ყოველდღიური ცხოვრებისგრავიტაციული ურთიერთქმედების როლი ბევრად უფრო შესამჩნევია, ვიდრე სუსტი ურთიერთქმედების როლი. ეს იმიტომ ხდება, რომ გრავიტაციულ ურთიერთქმედებას (ისევე როგორც ელექტრომაგნიტურ ურთიერთქმედებას) აქვს მოქმედების უსასრულოდ დიდი რადიუსი. ამიტომ, მაგალითად, დედამიწის ზედაპირზე მდებარე სხეულები ექვემდებარებიან გრავიტაციულ მიზიდულობას ყველა იმ ატომისგან, რომლებიც ქმნიან დედამიწას. სუსტ ურთიერთქმედებას აქვს მოქმედების ისეთი მცირე დიაპაზონი, რომ ჯერ არ არის გაზომილი.

თანამედროვე ფიზიკაში ფუნდამენტურ როლს ასრულებს უსასრულო თავისუფლების ხარისხის მქონე ფიზიკური სისტემების რელატივისტური კვანტური თეორია - ველის კვანტური თეორია. ეს თეორია აშენდა ერთ-ერთი ყველაზე მეტად აღსაწერად ზოგადი თვისებებიმიკროსამყარო - ელემენტარული ნაწილაკების უნივერსალური ურთიერთკონვერტირება. ამ ტიპის პროცესების აღწერისთვის საჭირო იყო კვანტური ტალღის ველზე გადასვლა. ველის კვანტური თეორია აუცილებლად რელატივისტურია, რადგან თუ სისტემა შედგება ნელა მოძრავი ნაწილაკებისგან, მაშინ მათი ენერგია შეიძლება არ იყოს საკმარისი იმისათვის, რომ შექმნან ახალი ნაწილაკები არანულოვანი დასვენების მასით. ნულოვანი დასვენების მასის მქონე ნაწილაკები (ფოტონი, შესაძლოა ნეიტრინო) ყოველთვის რელატივისტურია, ე.ი. ყოველთვის მოძრაობს სინათლის სიჩქარით.

ყველა ურთიერთქმედებასთან გამკლავების უნივერსალური გზა, რომელიც დაფუძნებულია ლიანდაგის სიმეტრიაზე, შესაძლებელს ხდის მათ გაერთიანებას.

ველის კვანტური თეორია აღმოჩნდა ყველაზე ადეკვატური აპარატი ელემენტარული ნაწილაკების ურთიერთქმედების ბუნების გასაგებად და ყველა სახის ურთიერთქმედების გაერთიანებისთვის.

კვანტური ელექტროდინამიკა არის კვანტური ველის თეორიის ის ნაწილი, რომელიც ეხება ელექტრომაგნიტური ველისა და დამუხტული ნაწილაკების (ან ელექტრონ-პოზიტრონის ველის) ურთიერთქმედებას.

ამჟამად კვანტური ელექტროდინამიკა განიხილება, როგორც სუსტი და ელექტრომაგნიტური ურთიერთქმედების ერთიანი თეორიის განუყოფელი ნაწილი.

გარკვეული ტიპის ურთიერთქმედებაში მათი მონაწილეობიდან გამომდინარე, ყველა შესწავლილი ელემენტარული ნაწილაკი, ფოტონის გარდა, იყოფა ორ ძირითად ჯგუფად - ჰადრონებად და ლეპტონებად.

ჰადრონები (ბერძნულიდან - დიდი, ძლიერი) არის ელემენტარული ნაწილაკების კლასი, რომლებიც მონაწილეობენ ძლიერ ურთიერთქმედებებში (ელექტრომაგნიტურ და სუსტებთან ერთად). ლეპტონები (ბერძნულიდან - თხელი, მსუბუქი) არის ელემენტარული ნაწილაკების კლასი, რომლებსაც არ აქვთ ძლიერი ურთიერთქმედება, მონაწილეობენ მხოლოდ ელექტრომაგნიტურ და სუსტ ურთიერთქმედებებში. (იგულისხმება გრავიტაციული ურთიერთქმედების არსებობა ყველა ელემენტარული ნაწილაკისთვის, ფოტონის ჩათვლით).

ჯერ არ არსებობს ჰადრონების სრული თეორია ან მათ შორის ძლიერი ურთიერთქმედება, მაგრამ არსებობს თეორია, რომელიც, თუმცა არც სრული და არც ზოგადად მიღებული, საშუალებას გვაძლევს ავხსნათ მათი ძირითადი თვისებები. ეს თეორია არის კვანტური ქრომოდინამიკა, რომლის მიხედვითაც ჰადრონები შედგება კვარკებისგან, ხოლო კვარკებს შორის ძალები განპირობებულია გლუონების გაცვლით. ყველა აღმოჩენილი ჰადრონები შედგება ხუთი კვარკისგან სხვადასხვა სახის("გემოვნება"). თითოეული "ამოს" კვარკი შეიძლება იყოს სამ "ფერად" მდგომარეობაში, ან ჰქონდეს სამი განსხვავებული "ფერადი მუხტი".

თუ კანონები, რომლებიც ადგენენ კავშირს ფიზიკურ სისტემას მახასიათებელ სიდიდეებს შორის, ან რომლებიც განსაზღვრავენ ამ რაოდენობების ცვლილებას დროთა განმავლობაში, არ იცვლება გარკვეული ტრანსფორმაციების პირობებში, რომლებსაც სისტემა შეიძლება დაექვემდებაროს, მაშინ ამ კანონებს აქვთ სიმეტრია (ან უცვლელობა). ) ამ გარდაქმნების მიმართ. მათემატიკურად, სიმეტრიის გარდაქმნები ქმნიან ჯგუფს.

IN თანამედროვე თეორიაელემენტარულ ნაწილაკებში წამყვანია კანონების სიმეტრიის კონცეფცია გარკვეული გარდაქმნების შესახებ. სიმეტრია განიხილება, როგორც ელემენტარული ნაწილაკების სხვადასხვა ჯგუფისა და ოჯახის არსებობის განმსაზღვრელი ფაქტორი.

ძლიერი ურთიერთქმედება სიმეტრიულია სპეციალურ „იზოტოპურ სივრცეში“ ბრუნვის მიმართ. მათემატიკური თვალსაზრისით, იზოტოპური სიმეტრია შეესაბამება უნიტარული სიმეტრიის ჯგუფის SU(2) გარდაქმნებს. იზოტოპური სიმეტრია არ არის ბუნების ზუსტი სიმეტრია, რადგან მას არღვევს ელექტრომაგნიტური ურთიერთქმედება და კვარკის მასების განსხვავებები.

იზოტოპური სიმეტრია არის ძლიერი ურთიერთქმედების უფრო ფართო მიახლოებითი სიმეტრიის ნაწილი - უნიტარული SU(3) სიმეტრია. უნიტარული სიმეტრია ბევრად უფრო დარღვეულია, ვიდრე იზოტოპური სიმეტრია. თუმცა, ვარაუდობენ, რომ ეს სიმეტრიები, რომლებიც ძალიან ძლიერად არის დარღვეული მიღწეული ენერგიების დროს, აღდგება ე.წ. „დიდი გაერთიანების“ შესაბამისი ენერგიებით.

ველის თეორიის განტოლებების შიდა სიმეტრიის კლასისთვის (ანუ სიმეტრიები, რომლებიც დაკავშირებულია ელემენტარული ნაწილაკების თვისებებთან და არა სივრცე-დროის თვისებებთან), გამოიყენება საერთო სახელი - ლიანდაგის სიმეტრია.

ლიანდაგის სიმეტრია იწვევს ვექტორული ლიანდაგის ველების არსებობის აუცილებლობას, რომელთა კვანტების გაცვლა განსაზღვრავს ნაწილაკების ურთიერთქმედებას.

ლიანდაგის სიმეტრიის იდეა ყველაზე ნაყოფიერი აღმოჩნდა სუსტი და ელექტრომაგნიტური ურთიერთქმედების ერთიან თეორიაში.

ველის კვანტური თეორიის საინტერესო პრობლემაა ძლიერი ურთიერთქმედების („დიდი გაერთიანება“) ჩართვა ერთიან ლიანდაგის სქემაში.

Სხვებთან პერსპექტიული მიმართულებაგაერთიანება განიხილება supergauge სიმეტრია, ან უბრალოდ სუპერსიმეტრია.

60-იან წლებში ამერიკელმა ფიზიკოსებმა ს. ვაინბერგმა, ს. გლაშოუმ, პაკისტანელმა ფიზიკოსმა ა. სალამმა და სხვებმა შექმნეს სუსტი და ელექტრომაგნიტური ურთიერთქმედების ერთიანი თეორია, რომელიც მოგვიანებით გახდა ცნობილი, როგორც ელექტროსუსტი ურთიერთქმედების სტანდარტული თეორია. ამ თეორიაში ელექტრომაგნიტურ ურთიერთქმედების განმახორციელებელ ფოტონთან ერთად ჩნდება შუალედური ვექტორული ბოზონები – ნაწილაკები, რომლებიც ატარებენ სუსტ ურთიერთქმედებას. ეს ნაწილაკები ექსპერიმენტულად აღმოაჩინეს 1983 წელს CERN-ში.

შუალედური ვექტორული ბოზონების ექსპერიმენტული აღმოჩენა ადასტურებს ელექტროსუსტი ურთიერთქმედების სტანდარტული თეორიის ძირითადი (გაზომვის) იდეის სისწორეს.

თუმცა, თეორიის სრულად შესამოწმებლად, ასევე აუცილებელია სიმეტრიის სპონტანური რღვევის მექანიზმის ექსპერიმენტული შესწავლა. თუ ეს მექანიზმი ნამდვილად არსებობს ბუნებაში, მაშინ უნდა არსებობდეს ელემენტარული სკალარული ბოზონები - ეგრეთ წოდებული ჰიგსის ბოზონები. ელექტროსუსტი ურთიერთქმედების სტანდარტული თეორია პროგნოზირებს მინიმუმ ერთი სკალარული ბოზონის არსებობას.

ფიზიკაში ელემენტარული ნაწილაკები იყო ფიზიკური ობიექტები ატომის ბირთვის მასშტაბით, რომლებიც არ შეიძლება დაიყოს მათ შემადგენელ ნაწილებად. თუმცა, დღეს მეცნიერებმა მოახერხეს მათი ნაწილის გაყოფა. ამ პაწაწინა ობიექტების სტრუქტურასა და თვისებებს ნაწილაკების ფიზიკა სწავლობს.

უმცირესი ნაწილაკები, რომლებიც ქმნიან მთელ მატერიას, ცნობილია უძველესი დროიდან. თუმცა, ეგრეთ წოდებული "ატომიზმის" ფუძემდებლად ითვლება ძველი ბერძენი ფილოსოფოსი ლეიციპოსი და მისი უფრო ცნობილი სტუდენტი დემოკრიტე. ვარაუდობენ, რომ ამ უკანასკნელმა გამოიგონა ტერმინი "ატომი". ძველი ბერძნულიდან "ატომოსი" ითარგმნება როგორც "განუყოფელი", რომელიც განსაზღვრავს ძველი ფილოსოფოსების შეხედულებებს.

მოგვიანებით ცნობილი გახდა, რომ ატომი კვლავ შეიძლება დაიყოს ორ ფიზიკურ ობიექტად - ბირთვად და ელექტრონად. ეს უკანასკნელი შემდგომში გახდა პირველი ელემენტარული ნაწილაკი, როდესაც 1897 წელს ინგლისელმა ჯოზეფ ტომსონმა ჩაატარა ექსპერიმენტი კათოდური სხივებით და აღმოაჩინა, რომ ისინი წარმოადგენდნენ იდენტური ნაწილაკების ნაკადს იგივე მასით და მუხტით.

ტომსონის მუშაობის პარალელურად, ანრი ბეკერელი, რომელიც რენტგენის სხივებს სწავლობს, ატარებს ექსპერიმენტებს ურანთან და აღმოაჩენს რადიაციის ახალ ტიპს. 1898 წელს ფრანგმა ფიზიკოსთა წყვილმა მარი და პიერ კიურიმ შეისწავლა სხვადასხვა რადიოაქტიური ნივთიერება და აღმოაჩინეს იგივე რადიოაქტიური გამოსხივება. მოგვიანებით აღმოჩნდა, რომ იგი შედგებოდა ალფა ნაწილაკებისგან (2 პროტონი და 2 ნეიტრონი) და ბეტა ნაწილაკებისგან (ელექტრონები), ხოლო ბეკერელი და კიური მიიღებენ ნობელის პრემიას. მარი სკლოდოვსკა-კურიმ ისეთ ელემენტებზე, როგორებიცაა ურანი, რადიუმი და პოლონიუმი კვლევა ჩაატარა, უსაფრთხოების ზომები არ მიიღო, მათ შორის ხელთათმანების გამოყენებაც კი. შედეგად, 1934 წელს მას ლეიკემია დაეუფლა. დიდი მეცნიერის მიღწევების ხსოვნას, კურიის წყვილის მიერ აღმოჩენილ ელემენტს, პოლონიუმს, დაარქვეს მარიამის სამშობლო - პოლონია, ლათინურიდან - პოლონეთი.

ფოტო 1927 წლის V სოლვეის კონგრესიდან. შეეცადეთ იპოვოთ ყველა მეცნიერი ამ სტატიიდან ამ ფოტოზე.

1905 წლიდან ალბერტ აინშტაინმა თავისი პუბლიკაციები მიუძღვნა სინათლის ტალღის თეორიის არასრულყოფილებას, რომლის პოსტულატები ეწინააღმდეგებოდა ექსპერიმენტების შედეგებს. რამაც შემდგომში გამოჩენილი ფიზიკოსი მიიყვანა იდეამდე "მსუბუქი კვანტური" - სინათლის ნაწილი. მოგვიანებით, 1926 წელს, ამერიკელმა ფიზიკოსმა გილბერტ ნ. ლუისმა ბერძნულიდან თარგმნა „ფოს“ („სინათლე“) „ფოტონი“.

1913 წელს ერნესტ რეზერფორდმა, ბრიტანელმა ფიზიკოსმა, იმ დროს უკვე ჩატარებული ექსპერიმენტების შედეგებზე დაყრდნობით აღნიშნა, რომ მრავალი ბირთვის მასა ქიმიური ელემენტებიწყალბადის ბირთვის მასის ჯერადებია. ამიტომ, მან ივარაუდა, რომ წყალბადის ბირთვი სხვა ელემენტების ბირთვების კომპონენტია. თავის ექსპერიმენტში რეზერფორდმა დასხივება აზოტის ატომს ალფა ნაწილაკებით, რომელიც შედეგად ასხივებდა გარკვეულ ნაწილაკს, რომელსაც ერნესტმა უწოდა "პროტონი", სხვა ბერძნული "პროტოს" (პირველი, მთავარი). მოგვიანებით ექსპერიმენტულად დადასტურდა, რომ პროტონი არის წყალბადის ბირთვი.

ცხადია, პროტონი არ არის ქიმიური ელემენტების ბირთვების ერთადერთი კომპონენტი. ამ იდეას განაპირობებს ის ფაქტი, რომ ბირთვში ორი პროტონი ერთმანეთს მოიგერიებს და ატომი მყისიერად დაიშლება. მაშასადამე, რეზერფორდმა წამოაყენა ჰიპოთეზა სხვა ნაწილაკების არსებობაზე, რომელსაც აქვს პროტონის მასის ტოლი, მაგრამ დაუმუხტველი. მეცნიერთა ზოგიერთმა ექსპერიმენტმა რადიოაქტიური და მსუბუქი ელემენტების ურთიერთქმედების შესახებ მიიყვანა ისინი კიდევ ერთი ახალი რადიაციის აღმოჩენამდე. 1932 წელს ჯეიმს ჩადვიკმა დაადგინა, რომ ის შედგება იმ ნეიტრალური ნაწილაკებისგან, რომლებსაც მან ნეიტრონები უწოდა.

ამრიგად, აღმოაჩინეს ყველაზე ცნობილი ნაწილაკები: ფოტონი, ელექტრონი, პროტონი და ნეიტრონი.

გარდა ამისა, ახალი ქვებირთვული ობიექტების აღმოჩენა სულ უფრო ხშირი მოვლენა გახდა და ამ დროისთვის ცნობილია დაახლოებით 350 ნაწილაკი, რომლებიც ზოგადად ითვლება "ელემენტარულად". ისინი, რომლებიც ჯერ კიდევ არ არის გაყოფილი, ითვლება უსტრუქტუროდ და უწოდებენ "ძირითადი".

რა არის სპინი?

ფიზიკის სფეროში შემდგომი ინოვაციების წინ წასვლამდე, უნდა განისაზღვროს ყველა ნაწილაკების მახასიათებლები. ყველაზე ცნობილი, გარდა მასისა და ელექტრული მუხტისა, მოიცავს სპინსაც. ამ რაოდენობას სხვაგვარად უწოდებენ "შიდა კუთხურ იმპულსს" და არანაირად არ არის დაკავშირებული მთლიანი სუბბირთვული ობიექტის მოძრაობასთან. მეცნიერებმა შეძლეს აღმოეჩინათ ნაწილაკები 0, ½, 1, 3/2 და 2-ით. იმისათვის, რომ ვიზუალურად, თუმცა გამარტივებული, დატრიალება, როგორც ობიექტის თვისება, განვიხილოთ შემდეგი მაგალითი.

დაე, ობიექტს ჰქონდეს 1-ის ტოლი სპინი. მაშინ ასეთი ობიექტი 360 გრადუსით ბრუნვისას დაუბრუნდება საწყის მდგომარეობას. თვითმფრინავში ეს ობიექტი შეიძლება იყოს ფანქარი, რომელიც 360 გრადუსიანი შემობრუნების შემდეგ თავდაპირველ მდგომარეობაში აღმოჩნდება. ნულოვანი ტრიალის შემთხვევაში, როგორიც არ უნდა ბრუნავს ობიექტი, ის ყოველთვის ერთნაირად გამოიყურება, მაგალითად, ერთი ფერის ბურთი.

½ დატრიალებისთვის დაგჭირდებათ ობიექტი, რომელიც ინარჩუნებს თავის გარეგნობას 180 გრადუსით შემობრუნებისას. ეს შეიძლება იყოს იგივე ფანქარი, მხოლოდ ორივე მხრიდან სიმეტრიულად სიმკვეთრე. 2-იანი დატრიალება მოითხოვს ფორმის შენარჩუნებას 720 გრადუსით შებრუნებისას, ხოლო 3/2-ის დატრიალებას დასჭირდება 540.

ეს მახასიათებელი ძალიან მნიშვნელოვანია ნაწილაკების ფიზიკისთვის.

ნაწილაკებისა და ურთიერთქმედებების სტანდარტული მოდელი

მიკრო-ობიექტების შთამბეჭდავი ნაკრები, რომლებიც ქმნიან სამყარო, მეცნიერებმა გადაწყვიტეს მათი სტრუქტურირება და ასე ჩამოყალიბდა ცნობილი თეორიული სტრუქტურა სახელწოდებით "სტანდარტული მოდელი". იგი აღწერს სამ ურთიერთქმედებას და 61 ნაწილაკს 17 ფუნდამენტური ნაწილაკების გამოყენებით, რომელთაგან ზოგიერთი მან აღმოჩენამდე დიდი ხნით ადრე იწინასწარმეტყველა.

სამი ურთიერთქმედება არის:

• ელექტრომაგნიტური. ეს ხდება ელექტრულად დამუხტულ ნაწილაკებს შორის. IN მარტივი შემთხვევასკოლიდან ცნობილი, - დამუხტული საგნებისაგან განსხვავებით იზიდავს, ხოლო მსგავსი დამუხტული საგნები მოგერიებენ. ეს ხდება ეგრეთ წოდებული ელექტრომაგნიტური ურთიერთქმედების მატარებლის - ფოტონის მეშვეობით.
• ძლიერი, სხვაგვარად ცნობილია როგორც ბირთვული ურთიერთქმედება. როგორც სახელი გულისხმობს, მისი მოქმედება ვრცელდება ატომური ბირთვის რიგის ობიექტებზე; ის პასუხისმგებელია პროტონების, ნეიტრონების და სხვა ნაწილაკების მოზიდვაზე, რომლებიც ასევე შედგება კვარკებისგან. ძლიერი ურთიერთქმედება ხორციელდება გლუონებით.
• სუსტი. ეფექტურია ბირთვის ზომაზე ათასით მცირე მანძილზე. ლეპტონები და კვარკები, ისევე როგორც მათი ანტინაწილაკები, მონაწილეობენ ამ ურთიერთქმედებაში. უფრო მეტიც, სუსტი ურთიერთქმედების შემთხვევაში მათ შეუძლიათ ერთმანეთში გარდაქმნა. მატარებლები არიან W+, W− და Z0 ბოზონები.

ასე რომ, სტანდარტული მოდელი ჩამოყალიბდა შემდეგნაირად. იგი მოიცავს ექვს კვარკს, საიდანაც შედგება ყველა ჰადრონი (ნაწილაკები, რომლებიც ექვემდებარება ძლიერ ურთიერთქმედებას):

• ზედა (u);
• მოჯადოებული (გ);
• true(t);
• ქვედა (დ);
• უცნაური(ები);
• საყვარელი (ბ).

აშკარაა, რომ ფიზიკოსებს უამრავი ეპითეტი აქვთ. დანარჩენი 6 ნაწილაკი ლეპტონია. ეს არის ფუნდამენტური ნაწილაკები ½ სპინით, რომლებიც არ მონაწილეობენ ძლიერ ურთიერთქმედებაში.

• ელექტრონი;
• ელექტრონული ნეიტრინო;
• მუონი;
• მიონის ნეიტრინო;
• ტაუ ლეპტონი;
• ტაუ ნეიტრინო.

ხოლო სტანდარტული მოდელის მესამე ჯგუფი არის ლიანდაგი ბოზონები, რომლებსაც აქვთ 1-ის ტოლი სპინი და წარმოდგენილია როგორც ურთიერთქმედების მატარებლები:

• გლუონი - ძლიერი;
• ფოტონი – ელექტრომაგნიტური;
• Z-ბოზონი - სუსტი;
• W ბოზონი სუსტია.

მათ შორის ასევე არის ახლახან აღმოჩენილი spin-0 ნაწილაკი, რომელიც, მარტივად რომ ვთქვათ, აწვდის ინერტულ მასას ყველა სხვა სუბბირთვულ ობიექტს.

შედეგად, სტანდარტული მოდელის მიხედვით, ჩვენი სამყარო ასე გამოიყურება: მთელი მატერია შედგება 6 კვარკისგან, რომლებიც ქმნიან ჰადრონებს და 6 ლეპტონს; ყველა ამ ნაწილაკს შეუძლია მონაწილეობა მიიღოს სამ ურთიერთქმედებაში, რომელთა მატარებლები არიან ლიანდაგური ბოზონები.

სტანდარტული მოდელის ნაკლოვანებები

თუმცა, ჰიგსის ბოზონის აღმოჩენამდეც კი, სტანდარტული მოდელის მიერ ნაწინასწარმეტყველები ბოლო ნაწილაკი, მეცნიერები მის საზღვრებს სცდებოდნენ. თვალსაჩინო მაგალითიარსებობს ე.წ „გრავიტაციული ურთიერთქმედება“, რომელიც დღეს სხვებთან შედარებით. სავარაუდოდ, მისი გადამზიდავი არის ნაწილაკი სპინი 2-ით, რომელსაც არ აქვს მასა და რომლის აღმოჩენაც ფიზიკოსებმა ჯერ ვერ შეძლეს - „გრავიტონი“.

უფრო მეტიც, სტანდარტული მოდელი აღწერს 61 ნაწილაკს და დღეს კაცობრიობისთვის უკვე ცნობილია 350-ზე მეტი ნაწილაკი. ეს ნიშნავს, რომ თეორიული ფიზიკოსების მუშაობა არ დასრულებულა.

ნაწილაკების კლასიფიკაცია

მათი ცხოვრების გასაადვილებლად, ფიზიკოსებმა დააჯგუფეს ყველა ნაწილაკი მათი სტრუქტურული მახასიათებლებისა და სხვა მახასიათებლების მიხედვით. კლასიფიკაცია ეფუძნება შემდეგ კრიტერიუმებს:

• Სიცოცხლის განმავლობაში.
  1. სტაბილური. მათ შორისაა პროტონი და ანტიპროტონი, ელექტრონი და პოზიტრონი, ფოტონი და გრავიტონი. სტაბილური ნაწილაკების არსებობა არ არის შეზღუდული დროით, რამდენადაც ისინი თავისუფალ მდგომარეობაში არიან, ე.ი. არ იმოქმედო არაფერთან.
  2. არასტაბილური. ყველა სხვა ნაწილაკი გარკვეული დროის შემდეგ იშლება მათ შემადგენელ ნაწილებად, რის გამოც მათ არასტაბილურს უწოდებენ. მაგალითად, მუონი ცხოვრობს მხოლოდ 2,2 მიკროწამში, ხოლო პროტონი - 2,9 10 * 29 წელი, რის შემდეგაც მას შეუძლია დაიშალა პოზიტრონად და ნეიტრალურ პიონად.
• წონა.
  1. უმასური ელემენტარული ნაწილაკები, რომელთაგან მხოლოდ სამია: ფოტონი, გლუონი და გრავიტონი.
  2. მასიური ნაწილაკები არის ყველაფერი დანარჩენი.
• ტრიალის მნიშვნელობა.
  1. მთლიანი ტრიალი, მათ შორის. ნულოვანი, აქვს ნაწილაკები, რომლებსაც ბოზონები ჰქვია.
  2. ნახევარმთლიანი სპინის მქონე ნაწილაკები ფერმიონებია.
• ურთიერთქმედებებში მონაწილეობა.
  1. ჰადრონები (სტრუქტურული ნაწილაკები) არის სუბბირთვული ობიექტები, რომლებიც მონაწილეობენ ოთხივე ტიპის ურთიერთქმედებაში. ადრე აღინიშნა, რომ ისინი კვარკებისგან შედგება. ჰადრონები იყოფა ორ ქვეტიპად: მეზონებად (მთლიანი სპინი, ბოზონები) და ბარიონები (ნახევრად მთელი რიცხვი სპინი, ფერმიონები).
  2. ფუნდამენტური (უსტრუქტურო ნაწილაკები). მათ შორისაა ლეპტონები, კვარკები და ლიანდაგური ბოზონები (წაიკითხეთ ადრე - „სტანდარტული მოდელი...“).

გაეცანით ყველა ნაწილაკების კლასიფიკაციას, შეგიძლიათ, მაგალითად, ზუსტად განსაზღვროთ ზოგიერთი მათგანი. ასე რომ, ნეიტრონი არის ფერმიონი, ჰადრონი, უფრო სწორად, ბარიონი და ნუკლეონი, ანუ აქვს ნახევრად მთელი რიცხვი სპინი, შედგება კვარკებისგან და მონაწილეობს 4 ურთიერთქმედებაში. ნუკლეონი არის პროტონებისა და ნეიტრონების საერთო სახელი.

• საინტერესოა, რომ დემოკრიტეს ატომიზმის მოწინააღმდეგეები, რომლებმაც იწინასწარმეტყველეს ატომების არსებობა, განაცხადეს, რომ სამყაროში ნებისმიერი ნივთიერება იყოფა განუსაზღვრელი ვადით. გარკვეულწილად, ისინი შეიძლება აღმოჩნდნენ მართლები, რადგან მეცნიერებმა უკვე შეძლეს ატომის დაყოფა ბირთვად და ელექტრონად, ბირთვი პროტონად და ნეიტრონად და ესენი, თავის მხრივ, კვარკებად.
• დემოკრიტუსმა ივარაუდა, რომ ატომებს აქვთ მკაფიო გეომეტრიული ფორმა და, შესაბამისად, ცეცხლის "მკვეთრი" ატომები იწვის, უხეში ატომები. მყარიისინი მყარად იჭერენ ერთმანეთს თავიანთი ამობურცვებით და გლუვი წყლის ატომები ურთიერთქმედების დროს სრიალებს, წინააღმდეგ შემთხვევაში ისინი მიედინება.
• ჯოზეფ ტომსონმა შეადგინა ატომის საკუთარი მოდელი, რომელიც მან დაინახა, როგორც დადებითად დამუხტული სხეული, რომელშიც ელექტრონები თითქოს „ჩაჭედილი“ იყვნენ. მის მოდელს ეწოდა "ქლიავის პუდინგის მოდელი".
• კვარკებმა თავიანთი სახელი მიიღეს ამერიკელი ფიზიკოსის მიურეი გელ-მანის წყალობით. მეცნიერს სურდა გამოეყენებინა იხვის კვაკის (kwork) ხმის მსგავსი სიტყვა. მაგრამ ჯეიმს ჯოისის რომანში Finnegans Wake ის შეხვდა სიტყვას „კვარკი“ სტრიქონში „სამი კვარკი მისტერ მარკისთვის!“, რომლის მნიშვნელობა ზუსტად არ არის განსაზღვრული და შესაძლებელია ჯოისმა ის უბრალოდ რითმისთვის გამოიყენა. მიურეიმ გადაწყვიტა ნაწილაკებს ეს სიტყვა დაერქვა, რადგან იმ დროს მხოლოდ სამი კვარკი იყო ცნობილი.
• მიუხედავად იმისა, რომ ფოტონები, სინათლის ნაწილაკები, უმასურები არიან, შავი ხვრელის მახლობლად ისინი, როგორც ჩანს, ცვლიან ტრაექტორიას, რადგან მიიზიდავენ მას გრავიტაციული ძალებით. ფაქტობრივად, სუპერმასიური სხეული ახვევს სივრცე-დროს, რის გამოც ნებისმიერი ნაწილაკი, მათ შორის მასის გარეშე, ცვლის ტრაექტორიას შავი ხვრელისკენ (იხ.).
• დიდი ადრონული კოლაიდერი არის „ჰადრონული“ ზუსტად იმიტომ, რომ ეჯახება ჰადრონების ორ მიმართულ სხივს, ნაწილაკებს, რომელთა ზომებია ატომური ბირთვის რიგის მიხედვით, რომლებიც მონაწილეობენ ყველა ურთიერთქმედებაში.

ELEMENTARY PARTICLES, ვიწრო გაგებით, არის ნაწილაკები, რომლებიც არ შეიძლება ჩაითვალოს სხვა ნაწილაკებისგან შედგებულად. თანამედროვეში ფიზიკაში ტერმინი „ელემენტარული ნაწილაკები“ უფრო ფართო გაგებით გამოიყენება: ე.წ. მატერიის უმცირესი ნაწილაკები, იმ პირობით, რომ ისინი არ არიან და (გამონაკლისი არის); ზოგჯერ ამ მიზეზით ელემენტარულ ნაწილაკებს ქვებირთვულ ნაწილაკებს უწოდებენ. ამ ნაწილაკების უმეტესობა (მათგან 350-ზე მეტი ცნობილია) კომპოზიტური სისტემებია.
ე ელემენტარული ნაწილაკები მონაწილეობენ ელექტრომაგნიტურ, სუსტ, ძლიერ და გრავიტაციულ ურთიერთქმედებებში. ელემენტარული ნაწილაკების მცირე მასების გამო, მათი გრავიტაციული ურთიერთქმედება. ჩვეულებრივ არ არის გათვალისწინებული. ყველა ელემენტარული ნაწილაკი იყოფა სამ მთავარ ნაწილად. ჯგუფები. პირველი შედგება ე.წ. ბოზონები ელექტროსუსტი ურთიერთქმედების მატარებლები არიან. ეს მოიცავს ფოტონს, ანუ კვანტს ელექტრომაგნიტური რადიაცია. ფოტონის დანარჩენი მასა არის ნული, ამიტომ ელექტრომაგნიტური ტალღების (მათ შორის სინათლის ტალღების) გავრცელების სიჩქარე წარმოადგენს ფიზიკური გავრცელების მაქსიმალურ სიჩქარეს. გავლენა და ერთ-ერთი ფონდია. ფიზიკური მუდმივი; მიღებულია, რომ c = (299792458 1.2) მ/წმ.
ელემენტარული ნაწილაკების მეორე ჯგუფი არის ლეპტონები, რომლებიც მონაწილეობენ ელექტრომაგნიტურ და სუსტ ურთიერთქმედებებში. ცნობილია 6 ლეპტონი: , ელექტრონი, მიონი, მძიმე ლეპტონი და შესაბამისი. (სიმბოლო ე) ითვლება ყველაზე პატარა მასის მასალად ბუნებაში m c, უდრის 9,1 x 10 -28 გ (ენერგეტიკულ ერთეულებში 0,511 მევ) და უმცირეს უარყოფითად. ელექტრო მუხტი e = 1,6 x 10 -19 C. (სიმბოლო) - ნაწილაკები მასით დაახლ. 207 მასა (105,7 მევ) და ელექტრო. მუხტის ტოლი მუხტი; მძიმე ლეპტონს აქვს მასა დაახლოებით. 1.8 გევ. ამ ნაწილაკების შესაბამისი სამი ტიპია ელექტრონი (სიმბოლო v c), მიონი (სიმბოლო) და ნეიტრინო (სიმბოლო) - მსუბუქი (შესაძლოა მასის გარეშე) ელექტრული ნეიტრალური ნაწილაკები.
ყველა ლეპტონს აქვს (-), ანუ სტატისტიკურად. წმ. თქვენ ხართ ფერმიონები (იხ.).
თითოეულ ლეპტონს შეესაბამება , რომელსაც აქვს იგივე მასის მნიშვნელობები და სხვა მახასიათებლები, მაგრამ განსხვავდება ელექტრული ნიშნით. დააკისროს. არსებობს (სიმბოლო e +) - დადებითად დამუხტულთან (სიმბოლო) და სამი ტიპის ანტინეიტრინოსთან (სიმბოლო) მიმართებაში, რომლებსაც მიეკუთვნება სპეციალური კვანტური რიცხვის საპირისპირო ნიშანი, ე.წ. ლეპტონის მუხტი (იხ. ქვემოთ).
ელემენტარული ნაწილაკების მესამე ჯგუფი არის ჰადრონები, ისინი მონაწილეობენ ძლიერ, სუსტ და ელექტრომაგნიტურ ურთიერთქმედებებში. ადრონები არის "მძიმე" ნაწილაკები, რომელთა მასა მნიშვნელოვნად აღემატება . ეს არის ყველაზე ელემენტარული ნაწილაკების დიდი ჯგუფი. ჰადრონები იყოფა ბარიონებად - ნაწილაკები მეზონებით - ნაწილაკები მთელი რიცხვით (O ან 1); ასევე ე.წ რეზონანსები ხანმოკლე ჰადრონებია. ბარიონებს მიეკუთვნება (სიმბოლო p) - ბირთვი, რომლის მასა ~ 1836-ჯერ აღემატება m s-ს და უდრის 1,672648 x 10 -24 გ (938,3 მევ) და დ. ელექტრო მუხტი მუხტის ტოლი და ასევე (სიმბოლო n) - ელექტრულად ნეიტრალური ნაწილაკი, რომლის მასა ოდნავ აღემატება მასას. და ყველაფერი აგებულია, კერძოდ, ძლიერი ურთიერთქმედება. განსაზღვრავს ამ ნაწილაკების ერთმანეთთან კავშირს. ძლიერ ურთიერთქმედებაში და აქვთ იგივე თვისებები და განიხილება როგორც ორი ერთი ნაწილაკი - იზოტოპური ნუკლეონი. (იხილეთ ქვემოთ). ბარიონებში ასევე შედის ჰიპერონები - ელემენტარული ნაწილაკები, რომელთა მასა აღემატება ნუკლეონს: ჰიპერონის მასა 1116 მევ, ჰიპერონის მასა 1190 მევ, ჰიპერონის მასა 1320 მევ, ხოლო ჰიპერონის მასა 1670 მევ. MeV. მეზონებს აქვთ შუალედური მასები მასებს შორის და (-მეზონი, კ-მეზონი). არსებობს ნეიტრალური და დამუხტული მეზონები (დადებითი და უარყოფითი ელემენტარული ელექტრული მუხტით). ყველა მეზონს აქვს თავისი მახასიათებლები. შენ ბოზონებს ეკუთვნი წმ.

ელემენტარული ნაწილაკების ძირითადი თვისებები.თითოეული ელემენტარული ნაწილაკი აღწერილია დისკრეტული ფიზიკური მნიშვნელობების სიმრავლით. რაოდენობები (კვანტური რიცხვები). ყველა ელემენტარული ნაწილაკების ზოგადი მახასიათებლები - მასა, სიცოცხლის ხანგრძლივობა, ელექტროენერგია. დააკისროს.
მათი სიცოცხლის ხანგრძლივობიდან გამომდინარე, ელემენტარული ნაწილაკები იყოფა სტაბილურად, კვაზი-სტაბილურად და არასტაბილურებად (რეზონანსებად). სტაბილური (თანამედროვე გაზომვების სიზუსტის ფარგლებში) არის: (სიცოცხლის ვადა 5 -10 21 წელზე მეტი), (10 31 წელზე მეტი), ფოტონი და . კვაზი-სტაბილური ნაწილაკები მოიცავს ნაწილაკებს, რომლებიც იშლება ელექტრომაგნიტური და სუსტი ურთიერთქმედების გამო; მათი სიცოცხლის ხანგრძლივობა 10-20 წმ-ზე მეტია. რეზონანსები იშლება ძლიერი ურთიერთქმედების გამო, მათი დამახასიათებელი სიცოცხლის ხანგრძლივობაა 10 -22 -10 -24 წმ.
ელემენტარული ნაწილაკების შინაგანი მახასიათებლები (კვანტური რიცხვები) არის ლეპტონის (სიმბოლო L) და ბარიონის (სიმბოლო B) მუხტები; ეს რიცხვები მიჩნეულია მკაცრად დაცულ რაოდენობად ყველა სახის ფონდისთვის. ურთიერთქმედება ლეპტონიკებს და მათ L-ს აქვთ საპირისპირო ნიშნები; ბარიონებისთვის B = 1, შესაბამისი პირებისთვის B = -1.
ჰადრონებს ახასიათებთ სპეციალური კვანტური რიცხვების არსებობა: "უცნაურობა", "ხიბლი", "სილამაზე". ჩვეულებრივი (არაუცნაური) ჰადრონებია ,-მეზონები. შიგნით სხვადასხვა ჯგუფებიჰადრონები, არის ნაწილაკების ოჯახები, რომლებიც მსგავსია მასით და მსგავსი თვისებებით ძლიერი ურთიერთქმედებით, მაგრამ განსხვავებებით. ელექტრული ღირებულებები დატენვა; უმარტივესი მაგალითი- პროტონი და. ასეთი ელემენტარული ნაწილაკებისთვის ჯამური კვანტური რიცხვია ე.წ. იზოტოპური , რომელიც, როგორც რეგულარული, იღებს მთელ და ნახევარმთლიან მნიშვნელობებს. ჰადრონების განსაკუთრებული მახასიათებლები ასევე მოიცავს შიდა პარიტეტს, რომელიც იღებს მნიშვნელობებს 1.
ელემენტარული ნაწილაკების მნიშვნელოვანი თვისებაა ელექტრომაგნიტური ან სხვა ურთიერთქმედების შედეგად ურთიერთ გარდაქმნების უნარი. ურთიერთგარდაქმნების ერთ-ერთი სახეობაა ე.წ. დაბადება, ანუ ნაწილაკის ერთდროულად წარმოქმნა და (ზოგად შემთხვევაში - ელემენტარული ნაწილაკების წარმოქმნა საპირისპირო ლეპტონური ან ბარიონის მუხტით). შესაძლო პროცესები მოიცავს ელექტრონ-პოზიტრონის e-e + დაბადებას, ლეპტონების შეჯახებისას მიონის ახალი მძიმე ნაწილაკების და კვარკებისგან cc- და bb-მდგომარეობების წარმოქმნას (იხ. ქვემოთ). ელემენტარული ნაწილაკების ურთიერთგადაქცევის სხვა სახეობაა ანიჰილაცია ნაწილაკების შეჯახების დროს სასრული რაოდენობის ფოტონების (კვანტების) წარმოქმნით. როგორც წესი, 2 ფოტონი წარმოიქმნება, როდესაც შეჯახებული ნაწილაკების ჯამი ნულის ტოლია და 3 ფოტონი წარმოიქმნება, როდესაც ჯამი უდრის 1-ს (მუხტის პარიტეტის შენარჩუნების კანონის გამოვლინება).
გარკვეულ პირობებში, კერძოდ ნაწილაკების შეჯახების დაბალი სიჩქარით, დაწყვილებული სისტემის ფორმირებას - e - e + და ამ არასტაბილურ სისტემებს ხშირად უწოდებენ. , მათი სოფელში ცხოვრება დიდწილად დამოკიდებულია სვ-ვ-ვა, რაც შესაძლებელს ხდის კონდენსატორის გამოყენებას სტრუქტურის შესასწავლად. სწრაფი ქიმიკატების ნივთიერებები და კინეტიკა. რაიონები (იხ.,).

ჰადრონების კვარკული მოდელი.ჰადრონების კვანტური რიცხვების დეტალურმა გამოკვლევამ საშუალება მოგვცა დავასკვნათ, რომ უცნაური ჰადრონები და ჩვეულებრივი ჰადრონები ერთად ქმნიან ახლო თვისებების მქონე ნაწილაკების ასოციაციებს, რომლებსაც უნიტარულ მამრავლებს უწოდებენ. მათში შემავალი ნაწილაკების რაოდენობაა 8 (ოქტეტი) და 10 (დეკუპლეტი). ნაწილაკებს, რომლებიც ერთიანი მრავლობითის ნაწილია, აქვთ იგივე შინაგანი პარიტეტი, მაგრამ განსხვავდება ელექტრული მნიშვნელობებით. მუხტი (იზოტოპური მულტიპლეტის ნაწილაკები) და უცნაურობა. უნიტარულ ჯგუფებთან დაკავშირებული თვისებები, მათი აღმოჩენა იყო საფუძველი დასკვნისთვის სპეციალური სტრუქტურული ერთეულების არსებობის შესახებ, საიდანაც აგებულია ჰადრონები და კვარკები. ითვლება, რომ ჰადრონები 3 ფუნდამენტის კომბინაციაა. ნაწილაკები 1/2-ით: უ-კვარკები, დ-კვარკები და ს-კვარკები. ამრიგად, მეზონები შედგება კვარკისა და ანტიკვარკისგან, ბარიონები შედგება 3 კვარკისგან.
ვარაუდი, რომ ჰადრონები შედგება 3 კვარკისგან, გაკეთდა 1964 წელს (ჯ. ცვაიგი და დამოუკიდებლად, მ. გელ-მანი). შემდგომში, ჰადრონების სტრუქტურის მოდელში შეიტანეს კიდევ ორი ​​კვარკი (კერძოდ, წინააღმდეგობების თავიდან ასაცილებლად) - "მოხიბლული" (c) და "ლამაზი" (b), ასევე შემოიღეს კვარკების განსაკუთრებული მახასიათებლები - "გემოვნება" და "ფერი". კვარკები, რომლებიც მოქმედებენ ჰადრონების კომპონენტებად, თავისუფალ მდგომარეობაში არ დაფიქსირებულა. ჰადრონების მთელი მრავალფეროვნება განპირობებულია სხვადასხვა ფაქტორებით. და-, d-, s-, c- და b-კვარკების კომბინაციები, რომლებიც ქმნიან დაკავშირებულ მდგომარეობას. ჩვეულებრივი ჰადრონები (, -მეზონები) შეესაბამება დაკავშირებულ მდგომარეობებს, რომლებიც აგებულია up- და d- კვარკებისგან. ჰადრონში, up და d კვარკებთან ერთად, ერთი s-, c- ან b-კვარკის არსებობა ნიშნავს, რომ შესაბამისი ჰადრონია "უცნაური", "მოხიბლული" ან "ლამაზი".
ბოლოს ჩატარებული ექსპერიმენტების შედეგად დადასტურდა ჰადრონების სტრუქტურის კვარკული მოდელი. 60-იანი წლები - ადრეული
70-იანი წლები მე -20 საუკუნე კვარკებმა რეალურად დაიწყეს განხილვა, როგორც ახალი ელემენტარული ნაწილაკები - ჭეშმარიტად ელემენტარული ნაწილაკები მატერიის ჰადრონული ფორმისთვის. თავისუფალი კვარკების დაუკვირვებადობა, როგორც ჩანს, ფუნდამენტური ხასიათისაა და ვარაუდობს, რომ ეს არის ის ელემენტარული ნაწილაკები, რომლებიც ხურავს სხეულის სტრუქტურული კომპონენტების ჯაჭვს. არსებობს თეორიული და ექსპერიმენტი. არგუმენტები იმის სასარგებლოდ, რომ კვარკებს შორის მოქმედი ძალები არ სუსტდება მანძილით, ანუ კვარკების ერთმანეთისგან განცალკევებისთვის საჭიროა უსასრულოდ დიდი რაოდენობით ენერგია ან სხვა სიტყვებით რომ ვთქვათ, კვარკების თავისუფალ მდგომარეობაში გაჩენა შეუძლებელია. . ეს მათ კუნძულზე სრულიად ახალი ტიპის სტრუქტურულ ერთეულებად აქცევს. შესაძლებელია, რომ კვარკები მოქმედებენ მატერიის ბოლო საფეხურად.

მოკლე ისტორიული ინფორმაცია.პირველი აღმოჩენილი ელემენტარული ნაწილაკი იყო - ნეგ. ელექტრო დამუხტვა ორივე ელექტრულ ნიშანში. მუხტი (კ. ანდერსონი და ს. ნედერმაიერი, 1936) და კ-მეზონები (ს. პაუელის ჯგუფი, 1947; ასეთი ნაწილაკების არსებობა 1935 წელს ივარაუდა ჰ. იუკავამ). კონ. 40-იანი წლები - ადრეული 50-იანი წლები აღმოაჩინეს "უცნაური" ნაწილაკები. ამ ჯგუფის პირველი ნაწილაკები - K + - და K - -მეზონები, A-ჰიპერონები - ასევე დაფიქსირდა სივრცეში. სხივები
Თავიდანვე 50-იანი წლები ამაჩქარებლები გახდა მთავარი ელემენტარული ნაწილაკების კვლევის ინსტრუმენტი. აღმოაჩინეს ანტიპროტონი (1955), ანტინეიტრონი (1956), ანტიჰიპერონი (1960) და 1964 წელს ყველაზე მძიმე.ვ -ჰიპერონი. 1960-იან წლებში ამაჩქარებლებზე აღმოაჩინეს უკიდურესად არასტაბილური რეზონანსების დიდი რაოდენობა. 1962 წელს აღმოჩნდა, რომ არსებობს ორი განსხვავებული: ელექტრონი და მიონი. 1974 წელს აღმოაჩინეს მასიური (3-4 პროტონის მასა) და ამავე დროს შედარებით სტაბილური (ჩვეულებრივ რეზონანსებთან შედარებით) ნაწილაკები, რომლებიც მჭიდროდ იყო დაკავშირებული ელემენტარული ნაწილაკების ახალ ოჯახთან - "მოხიბლული", მათი პირველი წარმომადგენლები. აღმოაჩინეს 1976 წელს 1975 წელს აღმოაჩინეს მძიმე ანალოგი და ლეპტონი, 1977 წელს - ნაწილაკები ათი პროტონის მასის მასით, 1981 წელს - "ლამაზი" ნაწილაკები. 1983 წელს აღმოაჩინეს ყველაზე მძიმე ელემენტარული ნაწილაკები - ბოზონები (მასა 80 გევ) და Z° (91 გევ).
ამრიგად, აღმოჩენიდან წლების განმავლობაში, იდენტიფიცირებულია სხვადასხვა მიკრონაწილაკების უზარმაზარი რაოდენობა. ელემენტარული ნაწილაკების სამყარო რთული აღმოჩნდა და მათი თვისებები მრავალი თვალსაზრისით მოულოდნელი იყო.

ლიტ.: კოკედე ია., კვარკების თეორია, [მთარგმნ. ინგლისურიდან], მ., 1971; Markov M. A., მატერიის ბუნების შესახებ, M., 1976; Okun L.B., ლეპტონები და კვარკები, მე-2 გამოცემა, მ., 1990 წ.