Mga particle ng elementarya at ang kanilang mga pangunahing katangian. Ang elementary particle ay ang pinakamaliit, hindi mahahati, walang structure na particle
Ang karagdagang pagtagos sa kailaliman ng microworld ay nauugnay sa paglipat mula sa antas ng mga atomo hanggang sa antas ng elementarya na mga particle. Bilang unang elementarya na butil sa pagtatapos ng ika-19 na siglo. natuklasan ang elektron, at pagkatapos ay sa mga unang dekada ng ika-20 siglo. photon, proton, positron at neutron.
Pagkatapos ng Ikalawang Digmaang Pandaigdig, salamat sa paggamit ng modernong teknolohiyang pang-eksperimento, at higit sa lahat, makapangyarihang mga accelerator, kung saan ang mga kondisyon ng mataas na enerhiya at napakalaking bilis ay nilikha, ang pagkakaroon ng isang malaking bilang ng mga elementarya na particle - higit sa 300 ay itinatag. ang mga ito ay parehong natuklasan sa eksperimentong at theoretically kalkulado, kabilang ang mga resonance, quark at virtual particle.
Termino elementarya na butil orihinal na nangangahulugang ang pinakasimpleng, karagdagang hindi nabubulok na mga particle na sumasailalim sa anumang mga pormasyon ng materyal. Nang maglaon, napagtanto ng mga physicist ang buong conventionality ng terminong "elementarya" na may kaugnayan sa micro-objects. Ngayon walang duda na ang mga particle ay may isang istraktura o iba pa, ngunit, gayunpaman, ang makasaysayang itinatag na pangalan ay patuloy na umiiral.
Ang mga pangunahing katangian ng elementarya na mga particle ay mass, charge, average lifetime, spin at quantum number.
rest mass ang mga elementary particle ay tinutukoy na may kaugnayan sa natitirang masa ng isang electron. May mga elementarya na particle na walang rest mass, - mga photon. Ang natitirang mga particle sa batayan na ito ay nahahati sa lepton– mga light particle (electron at neutrino); mesons– mga medium na particle na may mass mula sa isa hanggang isang libong elektron na masa; mga baryon- mabibigat na particle na ang masa ay lumampas sa isang libong masa ng isang electron at kung saan kasama ang mga proton, neutron, hyperon at maraming resonance.
Pagsingil ng kuryente ay isa pang mahalagang katangian ng elementarya na mga particle. Ang lahat ng kilalang particle ay may positibo, negatibo o zero na singil. Ang bawat particle, maliban sa isang photon at dalawang meson, ay tumutugma sa mga antiparticle na may kabaligtaran na singil. Tinatayang noong 1963-1964. hypothesized na meron mga quark– mga particle na may fractional electric charge. Ang hypothesis na ito ay hindi pa nakumpirma sa eksperimento.
Sa oras ng buhay nahahati ang mga particle sa matatag at hindi matatag . Mayroong limang matatag na particle: isang photon, dalawang uri ng neutrino, isang electron at isang proton. Ito ay ang mga matatag na particle na naglalaro mahalagang papel sa istruktura ng mga macrobodies. Ang lahat ng iba pang mga particle ay hindi matatag, mayroon silang mga 10 -10 -10 -24 s, pagkatapos nito ay nabubulok. Ang mga elementary particle na may average na buhay na 10–23–10–22 s ay tinatawag mga resonance. Dahil sa kanilang maikling buhay, sila ay nabubulok bago sila umalis sa atom o atomic nucleus. Ang mga resonant na estado ay kinakalkula ayon sa teorya; hindi posible na ayusin ang mga ito sa mga tunay na eksperimento.
Bilang karagdagan sa singil, masa at panghabambuhay, ang mga elementarya na particle ay inilalarawan din ng mga konsepto na walang mga analogue sa klasikal na pisika: ang konsepto pabalik . Ang spin ay ang intrinsic na angular momentum ng isang particle, na hindi nauugnay sa displacement nito. Nailalarawan ang spin spin quantum number s, na maaaring kumuha ng mga halaga ng integer (±1) o half-integer (±1/2). Mga particle na may integer spin boson, na may kalahating integer - fermion. Ang electron ay nabibilang sa mga fermion. Ayon sa prinsipyo ng Pauli, ang isang atom ay hindi maaaring magkaroon ng higit sa isang elektron na may parehong hanay ng mga quantum number. n,m,l,s. Ang mga electron, na tumutugma sa mga function ng wave na may parehong bilang n, ay napakalapit sa enerhiya at bumubuo ng isang electron shell sa atom. Ang mga pagkakaiba sa numerong l ay tumutukoy sa "subshell", ang natitirang mga numero ng quantum ay tumutukoy sa pagpuno nito, tulad ng nabanggit sa itaas.
Sa paglalarawan ng elementarya na mga particle, may isa pang mahalagang ideya pakikipag-ugnayan. Tulad ng nabanggit kanina, apat na uri ng pakikipag-ugnayan sa pagitan ng mga elementarya na particle ang kilala: gravitational,mahina,electromagnetic at malakas(nuklear).
Lahat ng mga particle na may rest mass ( m 0), lumahok sa pakikipag-ugnayan ng gravitational, sisingilin - at sa electromagnetic. Nakikilahok din ang mga Lepton sa mahinang pakikipag-ugnayan. Lumalahok ang mga Hadron sa lahat ng apat na pangunahing pakikipag-ugnayan.
Ayon sa quantum field theory, lahat ng interaksyon ay isinasagawa sa pamamagitan ng palitan mga virtual na particle , iyon ay, mga particle na ang pagkakaroon ay maaari lamang hatulan nang hindi direkta, sa pamamagitan ng ilan sa kanilang mga pagpapakita sa pamamagitan ng ilang pangalawang epekto ( tunay na mga particle maaaring direktang ayusin gamit ang mga instrumento).
Lumalabas na ang lahat ng kilalang apat na uri ng pakikipag-ugnayan - gravitational, electromagnetic, malakas at mahina - ay may likas na sukat at inilalarawan sa pamamagitan ng mga symmetries ng gauge. Iyon ay, ang lahat ng mga pakikipag-ugnayan ay, kumbaga, ginawa "mula sa isang blangko". Ito ay nagbibigay inspirasyon sa pag-asa na posibleng mahanap ang "ang tanging susi sa lahat ng kilalang mga kandado" at ilarawan ang ebolusyon ng Uniberso mula sa isang estado na kinakatawan ng isang supersymmetric superfield, mula sa isang estado kung saan ang mga pagkakaiba sa pagitan ng mga uri ng pakikipag-ugnayan, sa pagitan ng lahat ng uri ng mga particle ng matter at field quanta ay hindi pa naipapakita.
Mayroong isang malaking bilang ng mga paraan upang pag-uri-uriin ang mga elementarya na particle. Kaya, halimbawa, ang mga particle ay nahahati sa mga fermion (mga particle ng Fermi) - mga particle ng bagay at boson (mga particle ng Bose) - field quanta.
Ayon sa isa pang diskarte, ang mga particle ay nahahati sa 4 na klase: photon, leptons, mesons, baryons.
Mga photon (quanta of the electromagnetic field) lumahok sa electromagnetic interactions, ngunit walang malakas, mahina, gravitational interaction.
Mga Lepton nakuha ang pangalan nito mula sa salitang Griyego leptos- liwanag. Kabilang dito ang mga particle na walang malakas na interaksyon muon (μ - , μ +), electron (e - , e +), electron neutrino (ve - , ve +) at muon neutrino (v - m , v + m). Lahat ng lepton ay may spin ½ at samakatuwid ay mga fermion. Lahat ng lepton ay may mahinang interaksyon. Ang mga may de-koryenteng singil (iyon ay, mga muon at electron) ay mayroon ding electromagnetic na pakikipag-ugnayan.
Mesons ay malakas na nakikipag-ugnayan sa mga hindi matatag na particle na hindi nagdadala ng tinatawag na baryon charge. Kabilang sa mga ito ay nabibilang R-meson, o pions (π +, π -, π 0), Upang-mesons, o kaon (K + , K - , K 0), at ito-mesons (η) . Timbang Upang-mesons ay ~970me (494 MeV para sa charge at 498 MeV para sa neutral Upang-mesons). Habang buhay Upang-Meson ay may magnitude na mga 10–8 s. Naghiwalay sila para bumuo ako-mesons at lepton o mga lepton lang. Timbang ito-meson ay katumbas ng 549 MeV (1074me), ang buhay ay humigit-kumulang 10–19 s. Ito-nabubulok ang meson sa pagbuo ng π-mesons at γ-photons. Hindi tulad ng mga lepton, ang mga meson ay hindi lamang isang mahina (at, kung sila ay sisingilin, electromagnetic), kundi pati na rin ang isang malakas na pakikipag-ugnayan, na nagpapakita ng sarili sa kanilang pakikipag-ugnayan sa isa't isa, pati na rin sa pakikipag-ugnayan sa pagitan ng mga meson at baryon. Ang spin ng lahat ng meson ay zero, kaya sila ay boson.
Klase mga baryon pinagsasama ang mga nucleon (p, n) at hindi matatag na mga particle na may mass na mas malaki kaysa sa mass ng mga nucleon, na tinatawag na hyperon. Ang lahat ng mga baryon ay may malakas na pakikipag-ugnayan at, samakatuwid, aktibong nakikipag-ugnayan sa atomic nuclei. Ang spin ng lahat ng baryon ay ½, kaya ang mga baryon ay fermion. Maliban sa proton, ang lahat ng baryon ay hindi matatag. Sa pagkabulok ng mga baryon, kasama ang iba pang mga particle, isang baryon ay kinakailangang nabuo. Ang pattern na ito ay isa sa mga manifestations batas sa pangangalaga ng baryon charge.
Bilang karagdagan sa mga particle na nakalista sa itaas, malaking numero malakas na nakikipag-ugnayan na mga particle na panandalian, na tinatawag na mga resonance . Ang mga particle na ito ay mga resonant na estado na nabuo ng dalawa o higit pang elementarya na mga particle. Ang buhay ng mga resonance ay ~ lamang 10–23–10–22 s.
Ang mga elemento ng elementarya, pati na rin ang mga kumplikadong microparticle, ay maaaring maobserbahan dahil sa mga bakas na iniiwan kapag dumaan sila sa bagay. Ang likas na katangian ng mga bakas ay ginagawang posible upang hatulan ang tanda ng singil ng particle, ang enerhiya nito, momentum, atbp. Ang mga naka-charge na particle ay nagdudulot ng ionization ng mga molekula sa kanilang daan. Ang mga neutral na particle ay hindi nag-iiwan ng mga bakas, ngunit maaari nilang ipakita ang kanilang mga sarili sa sandali ng pagkabulok sa mga sisingilin na particle o sa sandali ng banggaan sa anumang nucleus. Samakatuwid, sa kalaunan ang mga neutral na particle ay nakita din ng ionization na dulot ng mga sisingilin na particle na nabuo ng mga ito.
Mga particle at antiparticle. Noong 1928, nagtagumpay ang English physicist na si P. Dirac sa paghahanap ng relativistic quantum-mechanical equation para sa electron, kung saan sumusunod ang isang bilang ng mga kapansin-pansing kahihinatnan. Una sa lahat, mula sa equation na ito sa natural na paraan, nang walang anumang karagdagang pagpapalagay, ang spin at ang numerical na halaga ng intrinsic magnetic moment ng electron ay nakuha. Kaya, lumabas na ang pag-ikot ay isang dami kapwa quantum at relativistic. Ngunit hindi nito nauubos ang kahalagahan ng Dirac equation. Ginawa rin nitong posible na mahulaan ang pagkakaroon ng isang antiparticle ng electron - positron. Mula sa equation ng Dirac, hindi lamang positibo kundi pati na rin ang mga negatibong halaga ay nakuha para sa kabuuang enerhiya ng isang libreng elektron. Ang mga pag-aaral ng equation ay nagpapakita na para sa isang naibigay na momentum ng particle, may mga solusyon sa equation na tumutugma sa mga energies: .
Sa pagitan ng pinakamalaking negatibong enerhiya (- m e Sa 2) at ang pinakamaliit na positibong enerhiya (+ m e c 2) mayroong isang pagitan ng mga halaga ng enerhiya na hindi maisasakatuparan. Ang lapad ng agwat na ito ay 2 m e Sa 2. Dahil dito, ang dalawang rehiyon ng mga eigenvalues ng enerhiya ay nakuha: ang isa ay nagsisimula sa + m e Sa 2 at umaabot hanggang +∞, ang isa ay nagsisimula sa - m e Sa 2 at umaabot hanggang –∞.
Ang isang particle na may negatibong enerhiya ay dapat na may kakaibang katangian. Ang pagpasa sa mga estado na may mas mababang enerhiya (iyon ay, na may negatibong enerhiya na tumataas sa ganap na halaga), maaari itong maglabas ng enerhiya, halimbawa, sa anyo ng radiation, bukod pa rito, dahil | E| ay hindi limitado ng anumang bagay, ang isang particle na may negatibong enerhiya ay maaaring mag-radiate ng isang walang katapusang malaking halaga ng enerhiya. Ang isang katulad na konklusyon ay maaaring maabot sa sumusunod na paraan: mula sa kaugnayan E=m e Sa 2 sumusunod na ang masa ng isang particle na may negatibong enerhiya ay magiging negatibo din. Sa ilalim ng pagkilos ng isang decelerating na puwersa, ang isang particle na may negatibong masa ay hindi dapat bumagal, ngunit bumilis, na gumagawa ng isang walang katapusang malaking halaga ng trabaho sa pinagmulan ng decelerating na puwersa. Sa pagtingin sa mga paghihirap na ito, tila dapat aminin ng isang tao na ang estado na may negatibong enerhiya ay dapat na hindi isama sa pagsasaalang-alang bilang humahantong sa mga walang katotohanan na mga resulta. Ito, gayunpaman, ay sasalungat sa ilang pangkalahatang prinsipyo ng quantum mechanics. Kaya ibang landas ang pinili ni Dirac. Iminungkahi niya na ang mga paglipat ng mga electron sa mga estado na may negatibong enerhiya ay karaniwang hindi sinusunod sa kadahilanang ang lahat ng magagamit na antas na may negatibong enerhiya ay inookupahan na ng mga electron. 
Ayon kay Dirac, ang vacuum ay isang estado kung saan ang lahat ng antas ng negatibong enerhiya ay pinupuno ng mga electron, at ang mga antas na may positibong enerhiya ay libre. Dahil ang lahat ng mga antas sa ibaba ng ipinagbabawal na banda nang walang pagbubukod ay inookupahan, ang mga electron sa mga antas na ito ay hindi nagpapakita ng kanilang mga sarili sa anumang paraan. Kung ang isa sa mga electron na matatagpuan sa mga negatibong antas ay binibigyan ng enerhiya E≥ 2m e Sa 2, pagkatapos ang elektron na ito ay mapupunta sa isang estado na may positibong enerhiya at kikilos sa karaniwang paraan, tulad ng isang particle na may positibong masa at negatibong singil. Ang unang teoretikal na hinulaang particle na ito ay tinatawag na positron. Kapag ang isang positron ay nakakatugon sa isang elektron, sila ay nagwawasak (naglalaho) - ang elektron ay pumasa mula sa isang positibong antas patungo sa isang bakanteng negatibo. Ang enerhiya na naaayon sa pagkakaiba sa pagitan ng mga antas na ito ay inilabas sa anyo ng radiation. Sa fig. Ang 4, ang arrow 1 ay naglalarawan sa proseso ng paglikha ng isang pares ng electron-positron, at ang arrow 2 - ang kanilang paglipol Ang terminong "pagkawala" ay hindi dapat kunin nang literal. Sa esensya, ang nangyayari ay hindi ang pagkawala, ngunit ang pagbabago ng ilang mga particle (electron at positron) sa iba (γ-photons).
May mga particle na kapareho ng kanilang mga antiparticle (iyon ay, wala silang antiparticle). Ang ganitong mga particle ay tinatawag na ganap na neutral. Kabilang dito ang photon, π 0 -meson at η-meson. Ang mga particle na kapareho ng kanilang mga antiparticle ay hindi kayang mapuksa. Gayunpaman, hindi ito nangangahulugan na hindi sila maaaring magbago sa ibang mga particle sa lahat.
Kung ang mga baryon (iyon ay, mga nucleon at hyperon) ay bibigyan ng baryon charge (o baryon number) AT= +1, antibaryon – baryon charge AT= –1, at para sa lahat ng iba pang particle – ang baryon charge AT= 0, pagkatapos ay para sa lahat ng mga proseso na nagaganap sa pakikilahok ng mga baryon at antibaryon, ang pag-iingat ng mga baryon ng singil ay magiging katangian, tulad ng pag-iingat ng electric charge ay katangian ng mga proseso. Tinutukoy ng batas ng konserbasyon ng baryon charge ang katatagan ng pinakamalambot na baryon, ang proton. Ang pagbabago ng lahat ng mga dami na naglalarawan sa isang pisikal na sistema, kung saan ang lahat ng mga particle ay pinapalitan ng mga antiparticle (halimbawa, mga electron ng mga proton, at mga proton ng mga electron, atbp.), ay tinatawag na conjugation charge.
Kakaibang mga particle.Upang Ang mga meson at hyperon ay natuklasan sa komposisyon ng mga cosmic ray noong unang bahagi ng 1950s. Mula noong 1953, ginawa ang mga ito sa mga accelerator. Ang pag-uugali ng mga particle na ito ay naging hindi pangkaraniwan na tinawag silang kakaiba. Ang hindi pangkaraniwang pag-uugali ng mga kakaibang particle ay malinaw na ipinanganak sila dahil sa malakas na pakikipag-ugnayan sa isang katangian na oras ng pagkakasunud-sunod ng 10-23 s, at ang kanilang mga buhay ay naging nasa pagkakasunud-sunod ng 10-8-10-10 s. Ang huling pangyayari ay nagpahiwatig na ang mga particle ay nabubulok bilang isang resulta ng mahina na pakikipag-ugnayan. Ito ay ganap na hindi maintindihan kung bakit ang mga kakaibang particle ay nabubuhay nang napakatagal. Dahil ang parehong mga particle (π-mesons at protons) ay kasangkot sa parehong paglikha at pagkabulok ng isang λ-hyperon, tila nakakagulat na ang rate (iyon ay, ang probabilidad) ng parehong mga proseso ay ibang-iba. Ang karagdagang pananaliksik ay nagpakita na ang mga kakaibang particle ay ginawa sa mga pares. Ito ay humantong sa ideya na ang malakas na pakikipag-ugnayan ay hindi maaaring gumanap ng isang papel sa pagkabulok ng mga particle dahil sa ang katunayan na ang pagkakaroon ng dalawang kakaibang mga particle ay kinakailangan para sa kanilang pagpapakita. Para sa parehong dahilan, ang nag-iisang produksyon ng mga kakaibang particle ay imposible.
Upang ipaliwanag ang pagbabawal sa iisang produksyon ng mga kakaibang particle, ipinakilala ni M. Gell-Mann at K. Nishijima ang isang bagong quantum number, ang kabuuang halaga nito, ayon sa kanilang palagay, ay dapat na mapanatili sa ilalim ng malakas na pakikipag-ugnayan. Ito ay isang quantum number S ay tinawag kakaibang butil. Sa mahinang pakikipag-ugnayan, maaaring hindi mapangalagaan ang kakaiba. Samakatuwid, ito ay maiugnay lamang sa malakas na nakikipag-ugnayan na mga particle - meson at baryon.
Neutrino. Ang neutrino ay ang tanging particle na hindi nakikilahok sa alinman sa malakas o electromagnetic na pakikipag-ugnayan. Hindi kasama ang pakikipag-ugnayan ng gravitational, kung saan nakikilahok ang lahat ng mga particle, ang neutrino ay maaari lamang makilahok sa mga mahihinang pakikipag-ugnayan.
Sa loob ng mahabang panahon ay nanatiling hindi malinaw kung paano naiiba ang mga neutrino sa mga antineutrino. Ang pagtuklas ng batas ng konserbasyon ng pinagsamang pagkakapantay-pantay ay naging posible upang masagot ang tanong na ito: naiiba sila sa helicity. Sa ilalim helicity ang isang tiyak na kaugnayan sa pagitan ng mga direksyon ng momentum ay nauunawaan R at likod S mga particle. Ang helicity ay itinuturing na positibo kung ang spin at momentum ay nasa parehong direksyon. Sa kasong ito, ang direksyon ng paggalaw ng butil ( R) at ang direksyon ng "pag-ikot" na tumutugma sa pag-ikot ay bumubuo ng isang kanang turnilyo. Sa magkasalungat na direksyon ng pag-ikot at momentum, ang helicity ay magiging negatibo (translational motion at "pag-ikot" ay magiging isang kaliwang turnilyo). Ayon sa teorya ng longitudinal neutrino na binuo ni Yang, Lee, Landau at Salam, lahat ng neutrino na umiiral sa kalikasan, anuman ang paraan ng paglitaw nito, ay palaging ganap na longitudinal polarized (iyon ay, ang kanilang spin ay nakadirekta parallel o antiparallel sa momentum R). May Neutrino negatibo(kaliwa) helicity (ito ay tumutugma sa ratio ng mga direksyon S at R ipinapakita sa fig. 5 (b), antineutrino - positibo (kanan) helicity (a). Kaya, ang helicity ay kung ano ang pagkakaiba sa mga neutrino mula sa mga antineutrino.
kanin. 5. Scheme ng helicity ng elementary particles
Mga sistematikong elemento ng elementarya. Ang mga pattern na naobserbahan sa mundo ng elementarya particle ay maaaring formulated bilang conservation batas. Medyo marami na ang mga ganitong batas. Ang ilan sa mga ito ay hindi eksakto, ngunit tinatayang lamang. Ang bawat batas sa konserbasyon ay nagpapahayag ng isang tiyak na simetrya ng system. Mga batas ng konserbasyon ng momentum R, angular momentum L at enerhiya E sumasalamin sa mga katangian ng simetrya ng espasyo at oras: konserbasyon E ay isang kinahinatnan ng homogeneity ng oras, ang konserbasyon R dahil sa homogeneity ng espasyo, at ang konserbasyon L- isotropy nito. Ang parity conservation law ay nauugnay sa simetrya sa pagitan ng kanan at kaliwa ( R-invariance). Symmetry under charge conjugation (symmetry of particles and antiparticles) ay humahantong sa konserbasyon ng charge parity ( MULA SA-invariance). Ang mga batas ng konserbasyon ng mga singil sa kuryente, baryon at lepton ay nagpapahayag ng isang espesyal na simetrya MULA SA-mga function. Sa wakas, ang isotopic spin conservation law ay sumasalamin sa isotropy ng isotopic space. Ang pagkabigong sumunod sa isa sa mga batas sa konserbasyon ay nangangahulugan ng isang paglabag sa pakikipag-ugnayang ito ng kaukulang uri ng simetrya.
Sa mundo ng elementarya na mga particle, nalalapat ang sumusunod na panuntunan: lahat ay pinapayagan na hindi ipinagbabawal ng mga batas sa pangangalaga. Ang huli ay gumaganap ng papel na ginagampanan ng mga panuntunan sa pagbabawal na kumokontrol sa mga interconversion ng mga particle. Una sa lahat, tandaan natin ang mga batas ng konserbasyon ng enerhiya, momentum, at singil ng kuryente. Ipinapaliwanag ng tatlong batas na ito ang katatagan ng elektron. Ito ay sumusunod mula sa konserbasyon ng enerhiya at momentum na ang kabuuang rest mass ng mga produkto ng nabubulok ay dapat na mas mababa kaysa sa natitirang mass ng nabubulok na particle. Nangangahulugan ito na ang electron ay maaari lamang mabulok sa mga neutrino at photon. Ngunit ang mga particle na ito ay neutral sa kuryente. Kaya lumalabas na ang elektron ay walang sinumang maglilipat ng singil sa kuryente nito, kaya ito ay matatag.
Quark. Napakaraming mga particle na tinatawag na elementarya na may malubhang pagdududa tungkol sa kanilang elementarya. Ang bawat isa sa malakas na nakikipag-ugnayan na mga particle ay nailalarawan sa pamamagitan ng tatlong independiyenteng additive quantum number: ang singil Q, hypercharge Sa at singil sa baryon AT. Kaugnay nito, lumitaw ang isang hypothesis na ang lahat ng mga particle ay binuo mula sa tatlong pangunahing mga particle - mga carrier ng mga singil na ito. Noong 1964, si Gell-Mann at, nang nakapag-iisa sa kanya, ang Swiss physicist na si Zweig ay naglagay ng hypothesis ayon sa kung saan ang lahat ng elementarya na particle ay binuo mula sa tatlong particle na tinatawag na quark. Ang mga particle na ito ay itinalaga ng mga fractional quantum number, sa partikular, isang electric charge na katumbas ng +⅔; –⅓; +⅓ ayon sa pagkakabanggit para sa bawat isa sa tatlong quark. Ang mga quark na ito ay karaniwang tinutukoy ng mga titik U,D,S. Bilang karagdagan sa mga quark, ang mga antiquark ay isinasaalang-alang ( u,d,s). Sa ngayon, 12 quark ang kilala - 6 na quark at 6 na antiquark. Ang mga meson ay nabuo mula sa isang pares ng quark-antiquark, at ang mga baryon ay nabuo mula sa tatlong quark. Kaya, halimbawa, ang isang proton at isang neutron ay binubuo ng tatlong quark, na ginagawang walang kulay ang proton o neutron. Alinsunod dito, tatlong singil ng malakas na pakikipag-ugnayan ay nakikilala - pula ( R), dilaw ( Y) at berde ( G).
Ang bawat quark ay itinalaga ng parehong magnetic moment (µV), ang halaga nito ay hindi tinutukoy mula sa teorya. Ang mga kalkulasyon na ginawa batay sa pagpapalagay na ito ay nagbibigay sa proton ng halaga ng magnetic moment μ p = μ q, at para sa neutron μ n = – ⅔μ sq.
Kaya, para sa ratio ng magnetic moments, ang halaga μ p / μn = –⅔, sa mahusay na pagsang-ayon sa pang-eksperimentong halaga.
Karaniwan, ang kulay ng quark (tulad ng tanda ng electric charge) ay nagsimulang ipahayag ang pagkakaiba sa ari-arian na tumutukoy sa magkaparehong atraksyon at pagtanggi ng mga quark. Sa pamamagitan ng pagkakatulad sa dami ng mga larangan ng iba't ibang mga pakikipag-ugnayan (mga photon sa mga pakikipag-ugnayan ng electromagnetic, R-mesons in strong interactions, etc.), particles-carriers of interaction between quarks were introduced. Ang mga particle na ito ay pinangalanan mga gluon. Naglilipat sila ng kulay mula sa isang quark patungo sa isa pa, na nagreresulta sa pagkakadikit ng mga quark. Sa quark physics, ang confinement hypothesis ay nabuo (mula sa English. mga pagkakulong- pagkabihag) ng mga quark, ayon sa kung saan imposibleng ibawas ang isang quark mula sa isang buo. Maaari lamang itong umiral bilang isang elemento ng kabuuan. Ang pagkakaroon ng mga quark bilang tunay na mga particle sa pisika ay mapagkakatiwalaang napatunayan.
Ang ideya ng mga quark ay naging napakabunga. Ginawa nitong posible hindi lamang ang pag-systematize ng mga kilalang particle, kundi pati na rin upang mahulaan ang isang bilang ng mga bago. Ang sitwasyong nabuo sa elementarya na particle physics ay nakapagpapaalaala sa sitwasyon na nilikha sa atomic physics pagkatapos ng pagtuklas noong 1869 ni D. I. Mendelev ng periodic law. Bagaman ang kakanyahan ng batas na ito ay nilinaw lamang mga 60 taon pagkatapos ng paglikha ng quantum mechanics, ginawa nitong posible na i-systematize ang mga elemento ng kemikal na kilala noong panahong iyon at, bilang karagdagan, ay humantong sa hula ng pagkakaroon ng mga bagong elemento at ang kanilang mga katangian. . Sa eksaktong parehong paraan, natutunan ng mga physicist na i-systematize ang elementarya na mga particle, at ang mga nabuong sistematiko sa ilang mga kaso ay naging posible upang mahulaan ang pagkakaroon ng mga bagong particle at mahulaan ang kanilang mga katangian.
Kaya, sa kasalukuyang panahon, ang mga quark at lepton ay maituturing na tunay na elementarya; mayroong 12 sa kanila, o kasama ng mga antiparticle - 24. Bilang karagdagan, mayroong mga particle na nagbibigay ng apat na pangunahing pakikipag-ugnayan (interaction quanta). Mayroong 13 sa mga particle na ito: graviton, photon, W± - at Z-mga particle at 8 gluon.
Ang umiiral na mga teorya ng elementarya na mga particle ay hindi maaaring magpahiwatig kung ano ang simula ng serye: atoms, nuclei, hadrons, quarks Sa seryeng ito, ang bawat mas kumplikadong istruktura ng materyal ay may kasamang mas simple bilang mahalagang bahagi. Tila, hindi ito maaaring magpatuloy nang walang katiyakan. Ipinapalagay na ang inilarawan na kadena ng mga materyal na istruktura ay batay sa mga bagay na may kakaibang kalikasan. Ipinakita na ang mga naturang bagay ay maaaring hindi punto, ngunit pinalawak, kahit na napakaliit (~10 -33 cm) na mga pormasyon, na tinatawag na mga superstring. Ang inilarawan na ideya ay hindi maisasakatuparan sa aming apat na dimensyon na espasyo. Ang lugar na ito ng pisika sa pangkalahatan ay sobrang abstract, at napakahirap na makahanap ng mga visual na modelo na makakatulong sa isang pinasimple na pang-unawa sa mga ideya na naka-embed sa mga teorya ng elementarya na mga particle. Gayunpaman, pinapayagan ng mga teoryang ito ang mga physicist na ipahayag ang interconversion at interdependence ng "pinaka elementarya" na mga micro-object, ang kanilang koneksyon sa mga katangian ng four-dimensional space-time. Ang pinaka-promising ay ang tinatawag na M-teorya (M - mula sa misteryo- isang bugtong, isang misteryo). Siya ay nag-oopera labindalawang-dimensional na espasyo . Sa huli, sa panahon ng paglipat sa four-dimensional na mundo na direktang nakikita natin, ang lahat ng "dagdag" na dimensyon ay "bumabagsak". Sa ngayon, ang teoryang M ay ang tanging teorya na ginagawang posible na bawasan ang apat na pangunahing pakikipag-ugnayan sa isa - ang tinatawag na Superpower. Mahalaga rin na ang M-theory ay nagbibigay-daan sa pagkakaroon ng iba't ibang mundo at nagtatatag ng mga kondisyon na nagtitiyak sa paglitaw ng ating mundo. Ang M-teorya ay hindi pa sapat na nabuo. Ito ay pinaniniwalaan na ang pangwakas "teorya ng lahat" sa batayan ng M-teorya ay itatayo sa XXI siglo.
Sa Uniberso ang bawat katawan ay nabubuhay sa sarili nitong panahon at ang mga pangunahing elemento ng elementarya din. Ang buhay ng karamihan sa mga elementarya na particle ay medyo maikli.
Ang ilan ay nabubulok kaagad pagkatapos silang ipanganak, kaya naman tinatawag natin silang hindi matatag na mga particle.
Tapos na sila maikling panahon pagkabulok sa mga matatag: proton, electron, neutrino, photon, graviton at ang kanilang mga antiparticle.
Ang pinakamahalagang micro-object sa aming malapit na espasyo - mga proton at electron. Ang ilan sa malalayong bahagi ng Uniberso ay maaaring binubuo ng antimatter, ang pinakamahalagang particle doon ay isang antiproton at isang antielectron (positron).
Sa kabuuan, ilang daang elementarya na particle ang natuklasan: proton (p), neutron (n), electron (e -), pati na rin ang photon (g), pi-meson (p), muons (m), neutrino tatlong uri(electronic v e , muon v m , na may lepton v t), atbp. malinaw na magdadala sila ng mas maraming bagong microparticle.
Hitsura ng mga particle:
mga proton at electron
Ang hitsura ng mga proton at electron ay nagsimula noong humigit-kumulang sampung bilyong taon.
Ang isa pang uri ng mga micro-object na may malaking papel sa istruktura ng malapit na espasyo ay ang mga neutron, na may karaniwang pangalan sa isang proton: mga nucleon. Ang mga neutron mismo ay hindi matatag, nabubulok sila mga sampung minuto pagkatapos na mabuo. Maaari lamang silang maging matatag sa nucleus ng isang atom. Ang isang malaking bilang ng mga neutron ay patuloy na bumangon sa kalaliman ng mga bituin, kung saan ang nuclei ng mga atom ay ipinanganak mula sa mga proton.
Neutrino
Sa Uniberso, ang pagsilang ng mga neutrino ay patuloy ding nagaganap, na katulad ng isang elektron, ngunit walang bayad at may maliit na masa. Noong 1936, natuklasan ang iba't ibang mga neutrino: muon neutrino, na lumitaw sa panahon ng pagbabago ng mga proton sa mga neutron, sa kalaliman ng mga supermassive na bituin at sa panahon ng pagkabulok ng maraming hindi matatag na micro-object. Ipinanganak sila kapag ang mga cosmic ray ay nagbanggaan sa interstellar space.
Ang big bang ay nagresulta sa paglitaw ng isang malaking bilang ng mga neutrino at muon neutrino. Ang kanilang bilang sa espasyo ay patuloy na tumataas, dahil hindi sila hinihigop ng halos anumang bagay.
Mga photon
Tulad ng mga photon, neutrino at muon neutrino ang pumupuno sa buong espasyo. Ang phenomenon na ito ay tinatawag na "neutrino sea".
Mula noong Big Bang, napakaraming photon ang natitira, na tinatawag nating relict o fossil. Ang mga ito ay puno ng lahat ng kalawakan, at ang kanilang dalas, at samakatuwid ang enerhiya ay patuloy na bumababa, habang ang uniberso ay lumalawak.
Sa kasalukuyan, ang lahat ng cosmic body, pangunahin ang mga bituin at nebulae, ay kasangkot sa pagbuo ng photon na bahagi ng Uniberso. Ang mga photon ay ipinanganak sa ibabaw ng mga bituin mula sa enerhiya ng mga electron.
Koneksyon ng particle
AT paunang yugto pagbuo ng uniberso, ang lahat ng mga pangunahing elemento ng elementarya ay libre. Pagkatapos ay walang nuclei ng mga atomo, walang mga planeta, walang mga bituin.
Ang mga atomo, at mula sa kanila ang mga planeta, bituin at lahat ng mga sangkap, ay nabuo nang maglaon, nang lumipas ang 300,000 taon at mainit na bagay, nang lumawak sa sapat lumamig. 
Tanging ang neutrino, muon neutrino at photon ay hindi pumasok sa anumang sistema: ang kanilang kapwa pagkahumaling ay masyadong mahina. Nanatili silang mga libreng particle.
Higit pa sa paunang yugto ang pagbuo ng Uniberso (300,000 taon pagkatapos ng kapanganakan nito), mga libreng proton at mga electron na pinagsama sa mga atomo ng hydrogen (isang proton at isang elektron na konektado ng isang puwersang elektrikal).
Ang proton ay itinuturing na pangunahing particle ng elementarya na may singil na +1 at mass na 1.672 10 −27 kg (medyo mas mababa sa 2000 beses na mas mabigat kaysa sa isang electron). Ang mga proton na natagpuan ang kanilang mga sarili sa isang napakalaking bituin ay unti-unting naging pangunahing gusali na "bakal" ng Uniberso. Bawat isa sa kanila ay naglabas ng isang porsyento ng kanilang rest mass. Sa mga napakalaking bituin, na lumiliit sa maliliit na volume bilang resulta ng kanilang sariling gravity sa pagtatapos ng kanilang buhay, ang isang proton ay maaaring mawalan ng halos ikalimang bahagi ng enerhiya ng pahinga nito (at samakatuwid ang ikalimang bahagi ng mass ng pahinga nito).Ito ay kilala na ang "building microblocks" ng Uniberso ay mga proton at electron.
Sa wakas, kapag ang isang proton at isang antiproton ay nagtagpo, walang sistema ang lumitaw, ngunit ang lahat ng kanilang natitirang enerhiya ay inilabas sa anyo ng mga photon (). 
Sinasabi ng mga siyentipiko na mayroon ding makamulto na basic elementary particle graviton na nagdadala ng gravitational interaction na katulad ng electromagnetism. Gayunpaman, ang pagkakaroon ng isang graviton ay napatunayan lamang sa teorya.
Kaya, ang mga pangunahing elementong particle ay lumitaw at ngayon ay kumakatawan sa ating Uniberso, kabilang ang Earth: mga proton, electron, neutrino, photon, graviton at marami pang natuklasan at hindi natuklasang mga micro-object.
Sa mga salitang "kuryente", "singil sa kuryente", " kuryente Maraming beses na kayong nagkita at nasanay sa kanila. Ngunit subukang sagutin ang tanong na: "Ano ang electric charge?" - at makikita mo na hindi ganoon kadali. Ang katotohanan ay ang konsepto ng pagsingil ay isang pangunahing, pangunahing konsepto na hindi maaaring bawasan sa kasalukuyang antas ng pag-unlad ng ating kaalaman sa anumang mas simple, elementarya na mga konsepto.
Subukan muna nating linawin kung ano ang ibig sabihin ng isang pahayag: ibinigay na katawan o ang particle ay may electric charge.
Alam mo na ang lahat ng mga katawan ay binuo mula sa pinakamaliit, hindi mahahati sa mas simple (hanggang sa kaalaman ngayon sa agham) na mga particle, na kung gayon ay tinatawag na elementarya. Ang lahat ng elementarya na mga particle ay may masa at dahil dito ay naaakit sa isa't isa ayon sa batas ng unibersal na grabitasyon na may puwersa na medyo mabagal na bumababa habang ang distansya sa pagitan ng mga ito ay tumataas, na inversely proporsyonal sa parisukat ng distansya. Karamihan sa mga elementarya na particle, bagama't hindi lahat, ay may kakayahang makipag-ugnayan sa isa't isa sa isang puwersa na bumababa din nang pabaliktad sa parisukat ng distansya, ngunit ang puwersang ito ay isang malaking bilang ng beses na mas malaki kaysa sa puwersa ng grabidad. Kaya. sa hydrogen atom, na ipinapakita sa eskematiko sa Figure 91, ang electron ay naaakit sa nucleus (proton) na may puwersa na 101" beses na mas malaki kaysa sa puwersa ng gravitational attraction.
Kung ang mga particle ay nakikipag-ugnayan sa isa't isa sa mga puwersa na dahan-dahang bumababa sa distansya at maraming beses na mas malaki kaysa sa mga puwersa ng unibersal na grabitasyon, kung gayon ang mga particle na ito ay sinasabing may electric charge. Ang mga particle mismo ay tinatawag na sisingilin. May mga particle na walang electric charge, ngunit walang electric charge na walang particle.
Ang mga pakikipag-ugnayan sa pagitan ng mga sisingilin na particle ay tinatawag na electromagnetic. Ang electric charge ay isang pisikal na dami na tumutukoy sa intensity ng electromagnetic interaction, tulad ng mass na tumutukoy sa intensity ng gravitational interaction.
Ang electric charge ng elementary particle ay hindi isang espesyal na "mekanismo" sa particle, na maaaring alisin mula dito, mabulok sa mga bahagi nito at muling buuin. Ang pagkakaroon ng isang electric charge sa isang electron at iba pang mga particle ay nangangahulugan lamang ng pagkakaroon
ilang puwersang pakikipag-ugnayan sa pagitan nila. Ngunit kami, sa esensya, ay walang alam tungkol sa singil, kung hindi namin alam ang mga batas ng mga pakikipag-ugnayang ito. Ang kaalaman sa mga batas ng pakikipag-ugnayan ay dapat isama sa ating pag-unawa sa singil. Ang mga batas na ito ay hindi simple, imposibleng sabihin ang mga ito sa ilang salita. Ito ang dahilan kung bakit imposibleng magbigay ng sapat na kasiya-siyang maigsi na kahulugan ng kung ano ang isang electric charge.
Dalawang palatandaan ng mga singil sa kuryente. Ang lahat ng mga katawan ay may masa at samakatuwid ay umaakit sa isa't isa. Ang mga naka-charge na katawan ay maaaring makaakit at nagtataboy sa isa't isa. Ito ang pinakamahalagang katotohanan, pamilyar sa iyo mula sa kursong pisika ng klase VII, ay nangangahulugan na sa kalikasan mayroong mga particle na may mga singil sa kuryente ng magkasalungat na mga palatandaan. Ang mga particle na may parehong tanda ng singil ay nagtataboy sa isa't isa, at may iba't ibang mga palatandaan na nakakaakit sila.
Ang singil ng elementarya na mga particle - mga proton, na bahagi ng lahat ng atomic nuclei, ay tinatawag na positibo, at ang singil ng mga electron ay tinatawag na negatibo. Walang mga intrinsic na pagkakaiba sa pagitan ng mga positibo at negatibong singil. Kung ang mga palatandaan ng mga singil ng butil ay nabaligtad, kung gayon ang likas na katangian ng mga pakikipag-ugnayan ng electromagnetic ay hindi magbabago.
elementong singil. Bilang karagdagan sa mga electron at proton, mayroong ilang iba pang mga uri ng sisingilin na elementarya na mga particle. Ngunit ang mga electron at proton lamang ang maaaring umiral nang walang katiyakan Malayang bansa. Ang natitirang bahagi ng mga sisingilin na particle ay nabubuhay nang mas mababa sa ika-milyong bahagi ng isang segundo. Ang mga ito ay ipinanganak sa panahon ng banggaan ng mabilis na mga particle ng elementarya at, na umiral sa hindi gaanong panahon, nabubulok, nagiging iba pang mga particle. Makikilala mo ang mga particle na ito sa X class.
Ang mga neutron ay mga particle na walang electric charge. Ang masa nito ay bahagyang lumampas sa masa ng isang proton. Ang mga neutron, kasama ang mga proton, ay bahagi ng atomic nucleus.
Kung ang isang elementarya ay may singil, kung gayon ang halaga nito, tulad ng ipinapakita ng maraming mga eksperimento, ay mahigpit na tinukoy (isa sa mga eksperimentong ito - ang karanasan ng Millikan at Ioffe - ay inilarawan sa isang aklat-aralin para sa grade VII)
Mayroong isang minimum na singil, na tinatawag na elementarya, na taglay ng lahat ng naka-charge na elementarya. Ang mga singil ng elementarya na mga particle ay naiiba lamang sa mga palatandaan. Imposibleng paghiwalayin ang bahagi ng singil, halimbawa, mula sa isang elektron.
719. Batas ng konserbasyon ng electric charge
720. Mga katawan na may mga singil sa kuryente magkaibang tanda, …
Naaakit sila sa isa't isa.
721. Magkaparehong mga bolang metal na sinisingil ng magkasalungat na singil q 1 =4q at q 2 = -8q na dinala at naghiwalay sa parehong distansya. Ang bawat bola ay may bayad
q 1 \u003d -2q at q 2 \u003d -2q
723. Ang isang patak na may positibong singil (+2e) ay nawawalan ng isang electron kapag naiilaw. Ang singil ng pagbagsak ay naging katumbas ng
724. Magkaparehong mga bolang metal na sinisingil ng mga singil q 1 = 4q, q 2 = - 8q at q 3 = - 2q na dinala at naghiwalay sa parehong distansya. Ang bawat isa sa mga bola ay magkakaroon ng bayad
q 1 = - 2q, q 2 = - 2q at q 3 = - 2q
725. Ang magkaparehong mga bolang metal na sinisingil ng mga singil q 1 \u003d 5q at q 2 \u003d 7q ay dinala sa contact at inilipat sa parehong distansya, at pagkatapos ay ang pangalawa at pangatlong bola na may bayad q 3 \u003d -2q ay dinala sa contact at humiwalay sa parehong distansya. Ang bawat isa sa mga bola ay magkakaroon ng bayad
q 1 = 6q, q 2 = 2q at q 3 = 2q
726. Ang magkaparehong mga bolang metal na sinisingil ng mga singil q 1 = - 5q at q 2 = 7q ay dinala at pinaghiwalay sa parehong distansya, at pagkatapos ay ang pangalawa at pangatlong bola na may charge q 3 = 5q ay dinala at pinaghiwalay. sa parehong distansya. Ang bawat isa sa mga bola ay magkakaroon ng bayad
q 1 \u003d 1q, q 2 \u003d 3q at q 3 \u003d 3q
727. Mayroong apat na magkaparehong bolang metal na may mga singil q 1 = 5q, q 2 = 7q, q 3 = -3q at q 4 = -1q. Una, ang mga singil q 1 at q 2 (1 sistema ng mga singil) ay dinala sa pakikipag-ugnay at inilipat sa parehong distansya, at pagkatapos ay ang mga singil na q 4 at q 3 ay dinala sa pakikipag-ugnay (ang ika-2 sistema ng mga pagsingil). Pagkatapos ay kumuha sila ng isang singil bawat isa mula sa system 1 at 2 at pinagsama ang mga ito sa pakikipag-ugnay at inilipat sila sa parehong distansya. Ang dalawang bolang ito ay magkakaroon ng bayad
728. Mayroong apat na magkaparehong bolang metal na may mga singil q 1 = -1q, q 2 = 5q, q 3 = 3q at q 4 = -7q. Una, ang mga singil q 1 at q 2 (1 sistema ng mga singil) ay dinala sa pakikipag-ugnay at inilipat sa parehong distansya, at pagkatapos ay ang mga singil na q 4 at q 3 ay dinala sa pakikipag-ugnay (2 sistema ng mga singil). Pagkatapos ay kumuha sila ng isang charge mula sa system 1 at 2 at dinala sila sa contact at inilipat sila sa parehong distansya. Ang dalawang bolang ito ay magkakaroon ng bayad
729. Sa isang atom, mayroong isang positibong singil
Nucleus.
730. Walong electron ang gumagalaw sa paligid ng nucleus ng oxygen atom. Ang bilang ng mga proton sa nucleus ng oxygen atom ay
731. Ang electric charge ng isang electron ay katumbas ng
-1.6 10 -19 C.
732. Ang electric charge ng isang proton ay
1.6 10 -19 C.
733. Ang nucleus ng lithium atom ay naglalaman ng 3 proton. Kung ang 3 electron ay umiikot sa nucleus, kung gayon
Ang atom ay neutral sa kuryente.
734. Mayroong 19 na particle sa nucleus ng fluorine, kung saan 9 ang mga proton. Ang bilang ng mga neutron sa nucleus at ang bilang ng mga electron sa isang neutral na fluorine atom
Mga neutron at 9 na electron.
735.Kung sa alinmang katawan ang bilang ng mga proton mas maraming numero mga electron, pagkatapos ay ang katawan sa kabuuan
positibong sisingilin.
736. Isang patak na may positibong singil na +3e ang nawalan ng 2 electron sa panahon ng pag-iilaw. Ang singil ng pagbagsak ay naging katumbas ng
8 10 -19 Cl.
737. Isang negatibong singil sa isang atom ang nagdadala
Shell.
738. Kung ang oxygen atom ay naging positibong ion, kung gayon ito
Nawalan ng electron.
739. May malaking masa
Negatibong hydrogen ion.
740. Bilang resulta ng friction, 5 10 10 electron ang tinanggal mula sa ibabaw ng glass rod. Electric charge sa isang stick
(e = -1.6 10 -19 C)
8 10 -9 Cl.
741. Bilang resulta ng friction, ang isang ebonite stick ay nakatanggap ng 5 10 10 electron. Electric charge sa isang stick
(e = -1.6 10 -19 C)
-8 10 -9 Cl.
742. Ang lakas ng pakikipag-ugnayan ng Coulomb ng dalawang puntong electric charge na may pagbaba sa distansya sa pagitan ng mga ito ng 2 beses
Tataas ng 4 na beses.
743. Ang puwersa ng pakikipag-ugnayan ng Coulomb ng dalawang puntong electric charge na may pagbaba sa distansya sa pagitan ng mga ito ng 4 na beses
Tataas ng 16 beses.
744. Dalawang puntong electric charge ang kumikilos sa isa't isa ayon sa batas ng Coulomb na may puwersang 1N. Kung ang distansya sa pagitan ng mga ito ay nadagdagan ng 2 beses, kung gayon ang puwersa ng pakikipag-ugnayan ng Coulomb ng mga singil na ito ay magiging katumbas ng
745. Dalawang puntong singil ang kumikilos sa isa't isa na may puwersang 1N. Kung ang halaga ng bawat isa sa mga singil ay nadagdagan ng 4 na beses, kung gayon ang puwersa ng pakikipag-ugnayan ng Coulomb ay magiging katumbas ng
746. Ang puwersa ng pakikipag-ugnayan ng dalawang puntong singil ay 25 N. Kung ang distansya sa pagitan ng mga ito ay nabawasan ng isang kadahilanan na 5, kung gayon ang puwersa ng pakikipag-ugnayan ng mga singil na ito ay magiging katumbas ng
747. Ang puwersa ng pakikipag-ugnayan ng Coulomb ng dalawang puntong singil na may pagtaas sa distansya sa pagitan ng mga ito ng 2 beses
Ito ay bababa ng 4 na beses.
748. Ang puwersa ng pakikipag-ugnayan ng Coulomb ng dalawang puntong electric charge na may pagtaas sa distansya sa pagitan ng mga ito ng 4 na beses
Ito ay bababa ng 16 na beses.
749.Ang pormula ng batas ni Coulomb
.
750. Kung ang 2 magkaparehong bolang metal na may mga singil +q at +q ay pinagdikit at pinaghiwalay sa parehong distansya, kung gayon ang modulus ng puwersa ng pakikipag-ugnayan
Hindi magbabago.
751. Kung ang 2 magkaparehong bolang metal na may mga singil +q at -q ay pinagdikit at pinaghiwalay sa parehong distansya, kung gayon ang puwersa ng pakikipag-ugnayan
Magiging 0.
752. Dalawang singil ang nakikipag-ugnayan sa hangin. Kung sila ay inilagay sa tubig (ε = 81), nang hindi binabago ang distansya sa pagitan nila, kung gayon ang puwersa ng pakikipag-ugnayan ng Coulomb
Ito ay bababa ng 81 beses.
753. Ang puwersa ng pakikipag-ugnayan ng dalawang singil na 10 nC bawat isa, na matatagpuan sa hangin sa layo na 3 cm mula sa bawat isa, ay katumbas ng
(
)
754. Ang mga singil na 1 μC at 10 nC ay nakikipag-ugnayan sa hangin na may puwersang 9 mN sa layo
()
755. Dalawang electron sa layo na 3 10 -8 cm mula sa bawat isa ay nagtataboy ; e \u003d - 1.6 10 -19 C)
2.56 10 -9 N.
756 electric field
Bawasan ng 9 na beses.
757. Ang lakas ng field sa isang punto ay 300 N/C. Kung ang singil ay 1 10 -8 C, kung gayon ang distansya sa punto
()
758. Kung ang distansya mula sa isang point charge na lumilikha ng electric field ay tumaas ng 5 beses, kung gayon ang intensity ng electric field
Ito ay bababa ng 25 beses.
759. Field strength ng isang point charge sa ilang punto 4 N/C. Kung ang distansya mula sa singil ay nadoble, ang intensity ay magiging katumbas ng
760. Ipahiwatig ang formula para sa lakas ng electric field sa pangkalahatang kaso.
761. Mathematical notation ng prinsipyo ng superposition ng mga electric field
762. Ipahiwatig ang formula para sa intensity ng isang point electric charge Q
.
763. Electric field intensity module sa punto kung saan matatagpuan ang charge
1 10 -10 C ay katumbas ng 10 V / m. Ang puwersang kumikilos sa singil ay
1 10 -9 N.
765. Kung sa ibabaw ng isang metal na bola na may radius na 0.2 m, ang isang singil na 4 10 -8 C ay ipinamamahagi, kung gayon ang density ng singil
2.5 10 -7 C/m 2 .
766. Sa isang vertically directed unipormeng electric field mayroong isang maliit na butil ng alikabok na may mass na 1·10 -9 g at may singil na 3.2·10-17 C. Kung ang puwersa ng gravity ng isang butil ng alikabok ay balanse ng puwersa ng electric field, kung gayon ang lakas ng field ay katumbas ng
3 10 5 N/C.
767. Sa tatlong vertices ng isang parisukat na may gilid na 0.4 m mayroong magkaparehong positibong singil na 5 10 -9 C bawat isa. Hanapin ang tensyon sa ikaapat na vertex
() 540 N/Cl.
768. Kung ang dalawang singil ay 5 10 -9 at 6 10 -9 C, upang sila ay maitaboy nang may puwersang 12 10 -4 N, kung gayon sila ay nasa malayo
768
Tataas ng 8 beses.
Bumababa.
770. Ang produkto ng singil ng elektron at ang potensyal ay may sukat
Enerhiya.
771. Ang potensyal sa punto A ng electric field ay 100V, ang potensyal sa punto B ay 200V. Ang gawaing ginawa ng mga puwersa ng electric field kapag naglilipat ng singil na 5 mC mula sa punto A patungo sa punto B ay
-0.5 J.
772. Ang particle na may charge +q at mass m, na matatagpuan sa mga punto ng electric field na may intensity E at potential, ay may acceleration
773. Ang isang electron ay gumagalaw sa isang pare-parehong electric field kasama ang isang linya ng pag-igting mula sa isang punto na may mas mataas na potensyal patungo sa isang punto na may mas mababang potensyal. At the same time, ang bilis niya
Tumataas.
774. Ang isang atom na may isang proton sa nucleus ay nawawalan ng isang elektron. Lumilikha ito
Hydrogen ion.
775. Ang isang electric field sa isang vacuum ay nilikha sa pamamagitan ng apat na puntos na positibong singil na inilagay sa mga vertices ng isang parisukat na may gilid a. Ang potensyal sa gitna ng parisukat ay
776. Kung ang distansya mula sa isang point charge ay bumaba ng 3 beses, kung gayon ang field potential
Tataas ng 3 beses.
777
778. Ang singil q ay inilipat mula sa isang punto electrostatic field sa puntong may potensyal. Alin sa mga sumusunod na formula:
1) 
2) ; 3) 
makakahanap ka ng trabaho para ilipat ang bayad.
779. Sa isang pare-parehong electric field na may lakas na 2 N / C, ang isang singil na 3 C ay gumagalaw kasama ang mga linya ng puwersa ng field sa layo na 0.5 m. Ang gawain ng mga puwersa ng electric field sa paglipat ng singil ay
780. Ang isang electric field ay nilikha sa pamamagitan ng apat na punto na singil ng magkasalungat na pangalan na inilagay sa mga vertices ng isang parisukat na may gilid a. Ang mga singil na may parehong pangalan ay nasa tapat ng mga vertex. Ang potensyal sa gitna ng parisukat ay
781. Potensyal na pagkakaiba sa pagitan ng mga puntong nakahiga sa pareho linya ng field sa layo na 6 cm mula sa bawat isa, ay katumbas ng 60 V. Kung ang patlang ay pare-pareho, kung gayon ang lakas nito ay katumbas ng
782. Yunit ng potensyal na pagkakaiba
1 V \u003d 1 J / 1 C.
783. Hayaang gumalaw ang singil sa isang pare-parehong field na may intensity E=2 V/m kasama ang linya ng puwersa na 0.2 m. Hanapin ang pagkakaiba sa pagitan ng mga potensyal na ito.
U = 0.4 V.
784.Ayon sa hypothesis ni Planck, ganap itim na katawan nagpapalabas ng enerhiya
Sa mga bahagi.
785. Ang enerhiya ng photon ay tinutukoy ng formula
1. E = pс 2. E=hv/c 3. E=h 4. E=mc 2 . 5. E=hv. 6.E=hc/
1, 4, 5, 6.
786. Kung ang enerhiya ng isang quantum ay nadoble, kung gayon ang dalas ng radiation
nadagdagan ng 2 beses.
787. Kung ang mga photon na may enerhiya na 6 eV ay nahulog sa ibabaw ng isang tungsten plate, kung gayon ang pinakamataas na kinetic energy ng mga electron na na-knockout ng mga ito ay 1.5 eV. Ang pinakamababang enerhiya ng photon kung saan posible ang photoelectric effect para sa tungsten ay:
788. Tama ang pahayag:
1. Ang bilis ng isang photon ay mas malaki kaysa sa bilis ng liwanag.
2. Ang bilis ng isang photon sa anumang sangkap ay mas mababa kaysa sa bilis ng liwanag.
3. Ang bilis ng isang photon ay palaging katumbas ng bilis ng liwanag.
4. Ang bilis ng isang photon ay mas malaki kaysa o katumbas ng bilis ng liwanag.
5. Ang bilis ng isang photon sa anumang sangkap ay mas mababa sa o katumbas ng bilis ng liwanag.
789. Ang mga photon ng radiation ay may malaking momentum
Bughaw.
790. Kapag bumaba ang temperatura ng isang pinainit na katawan, ang pinakamataas na intensity ng radiation
©2015-2019 site
Lahat ng karapatan ay pag-aari ng kanilang mga may-akda. Hindi inaangkin ng site na ito ang pagiging may-akda, ngunit nagbibigay ng libreng paggamit.
Petsa ng paggawa ng page: 2016-02-13
Ang tatlong particle na ito (pati na rin ang iba pang inilarawan sa ibaba) ay kapwa umaakit at nagtataboy sa isa't isa ayon sa kanilang singil, na apat na uri lamang ayon sa bilang ng mga pangunahing puwersa ng kalikasan. Maaaring isaayos ang mga singil sa pagkakasunud-sunod ng pagbaba ng kaukulang pwersa gaya ng sumusunod: color charge (mga puwersa ng interaksyon sa pagitan ng mga quark); electric charge (electric at magnetic forces); mahinang singil (lakas sa ilang radioactive na proseso); panghuli, masa (gravitational force, o gravitational interaction). Ang salitang "kulay" dito ay walang kinalaman sa kulay. nakikitang liwanag; ito ay isang katangian lamang ng pinakamalakas na singil at pinakadakilang pwersa.
Singil magpumilit, ibig sabihin. Ang singil na pumapasok sa system ay katumbas ng singil na umalis dito. Kung ang kabuuang singil ng kuryente ng isang tiyak na bilang ng mga particle bago ang kanilang pakikipag-ugnayan ay, sabihin nating, 342 mga yunit, pagkatapos pagkatapos ng pakikipag-ugnayan, anuman ang resulta nito, ito ay magiging katumbas ng 342 na mga yunit. Nalalapat din ito sa iba pang mga singil: kulay (malakas na singil sa pakikipag-ugnayan), mahina at masa (mass). Ang mga particle ay naiiba sa kanilang mga singil: sa esensya, sila ay "mga" mga singil na ito. Ang mga singil ay, kumbaga, isang "sertipiko" ng karapatang tumugon sa kaukulang puwersa. Kaya, ang mga may kulay na particle lamang ang apektado ng mga puwersa ng kulay, ang mga particle na may kuryente lamang ang apektado ng mga puwersa ng kuryente, at iba pa. Ang mga katangian ng particle ay tinukoy ang pinakamalaking puwersa kumikilos dito. Ang mga quark lamang ang mga tagadala ng lahat ng mga singil at, samakatuwid, ay napapailalim sa pagkilos ng lahat ng pwersa, kung saan ang kulay ay nangingibabaw. Ang mga electron ay may lahat ng singil maliban sa kulay, at ang nangingibabaw na puwersa para sa kanila ay ang electromagnetic force.
Ang pinaka-matatag sa kalikasan ay, bilang panuntunan, mga neutral na kumbinasyon ng mga particle kung saan ang singil ng mga particle ng isang sign ay binabayaran ng kabuuang singil ng mga particle ng isa pang sign. Ito ay tumutugma sa pinakamababang enerhiya ng buong sistema. (Katulad nito, dalawang bar magnet ang nasa isang linya, na ang north pole ng isa ay nakaharap sa south pole ng isa, na tumutugma sa minimum na magnetic field energy.) Ang gravity ay isang exception sa panuntunang ito: ang negatibong masa ay hindi umiiral. Walang mga katawan na babagsak.
MGA URI NG BAGAY
Ang ordinaryong bagay ay nabuo mula sa mga electron at quark, na pinagsama sa mga bagay na neutral ang kulay, at pagkatapos ay sa electric charge. Ang puwersa ng kulay ay neutralisado, na tatalakayin nang mas detalyado sa ibaba, kapag ang mga particle ay pinagsama sa triplets. (Kaya ang terminong "kulay" mismo, na kinuha mula sa optika: ang tatlong pangunahing kulay, kapag pinaghalo, ay nagbibigay ng puti.) Kaya, ang mga quark, kung saan ang kapangyarihan ng kulay ang pangunahing isa, ay bumubuo ng mga triplet. Ngunit ang mga quark, at sila ay nahahati sa u-quarks (mula sa English up - upper) at d-quarks (mula sa English pababa - lower), mayroon din silang electric charge na katumbas ng u-quark at para sa d-quark. Dalawa u-quark at isa d-quark ay nagbibigay ng isang electric charge +1 at bumuo ng isang proton, at isa u-quark at dalawa d-Ang mga quark ay nagbibigay ng zero electric charge at bumubuo ng isang neutron.
Ang mga matatag na proton at neutron, na naaakit sa isa't isa ng natitirang mga puwersa ng kulay ng pakikipag-ugnayan sa pagitan ng kanilang mga constituent quark, ay bumubuo ng isang kulay-neutral na atomic nucleus. Ngunit ang nuclei ay nagdadala ng isang positibong singil sa kuryente at, sa pamamagitan ng pag-akit ng mga negatibong electron na umiikot sa nucleus tulad ng mga planeta na umiikot sa Araw, ay may posibilidad na bumuo ng isang neutral na atom. Ang mga electron sa kanilang mga orbit ay inalis mula sa nucleus sa mga distansyang libu-libong beses na mas malaki kaysa sa radius ng nucleus - ebidensya na ang mga puwersang elektrikal na humahawak sa kanila ay mas mahina kaysa sa mga nuklear. Dahil sa kapangyarihan ng pakikipag-ugnayan ng kulay, 99.945% ng masa ng isang atom ay nakapaloob sa nucleus nito. Timbang u- at d-Ang mga quark ay humigit-kumulang 600 beses ang masa ng isang elektron. Samakatuwid, ang mga electron ay mas magaan at mas mobile kaysa sa nuclei. Ang kanilang paggalaw sa bagay ay nagdudulot ng mga electrical phenomena.
Mayroong ilang daang likas na uri ng mga atom (kabilang ang mga isotopes) na naiiba sa bilang ng mga neutron at proton sa nucleus at, nang naaayon, sa bilang ng mga electron sa mga orbit. Ang pinakasimpleng ay ang hydrogen atom, na binubuo ng isang nucleus sa anyo ng isang proton at isang solong electron na umiikot sa paligid nito. Ang lahat ng "nakikita" na bagay sa kalikasan ay binubuo ng mga atomo at bahagyang "na-disassemble" na mga atomo, na tinatawag na mga ion. Ang mga ion ay mga atomo na, na nawala (o nakakuha) ng ilang electron, ay naging mga particle na may charge. Ang bagay, na binubuo ng halos isang ion, ay tinatawag na plasma. Ang mga bituin na nasusunog dahil sa mga thermonuclear na reaksyon na nagaganap sa mga sentro ay pangunahing binubuo ng plasma, at dahil ang mga bituin ang pinakakaraniwang anyo ng bagay sa uniberso, masasabing ang buong uniberso ay pangunahing binubuo ng plasma. Mas tiyak, ang mga bituin ay nakararami sa ganap na ionized na gas na hydrogen, i.e. isang halo ng mga indibidwal na proton at mga electron, at samakatuwid halos ang buong nakikitang uniberso ay binubuo nito.
Ito ay nakikitang bagay. Ngunit mayroon pa ring hindi nakikitang bagay sa Uniberso. At may mga particle na nagsisilbing carrier ng pwersa. May mga antiparticle at nasasabik na estado ng ilang mga particle. Ang lahat ng ito ay humahantong sa isang malinaw na labis na kasaganaan ng "elementarya" na mga particle. Sa kasaganaan na ito, mahahanap ng isa ang isang indikasyon ng tunay, totoong kalikasan ng elementarya na mga particle at ang mga puwersang kumikilos sa pagitan nila. Ayon sa pinakahuling mga teorya, ang mga particle ay karaniwang maaaring pinalawak na mga geometric na bagay - "mga string" sa sampung-dimensional na espasyo.
Di-nakikitang mundo.
Sa Uniberso mayroong hindi lamang nakikitang bagay (kundi mayroon ding mga itim na butas at " madilim na bagay”, gaya ng malamig na mga planeta na nakikita kapag naiilaw). Mayroon ding isang tunay na hindi nakikitang bagay na tumatagos sa ating lahat at sa buong Uniberso bawat segundo. Ito ay isang mabilis na gumagalaw na gas ng isang uri ng mga particle - mga electron neutrino.
Ang electron neutrino ay ang partner ng electron, ngunit walang electric charge. Ang mga neutrino ay nagdadala lamang ng tinatawag na mahinang singil. Ang kanilang rest mass ay, sa lahat ng posibilidad, zero. Ngunit nakikipag-ugnayan sila sa gravitational field, dahil mayroon silang kinetic energy E, na tumutugma sa mabisang masa m, ayon sa Einstein formula E = mc 2, kung saan c ay ang bilis ng liwanag.
Ang pangunahing papel ng neutrino ay ang pag-aambag nito sa pagbabago at-quarks in d quark, na nagreresulta sa pagbabago ng isang proton sa isang neutron. Ang neutrino ay gumaganap ng papel na "karburetor na karayom" para sa mga stellar thermonuclear reactions, kung saan apat na proton (hydrogen nuclei) ang nagsasama-sama upang bumuo ng isang helium nucleus. Ngunit dahil ang helium nucleus ay hindi binubuo ng apat na proton, ngunit ng dalawang proton at dalawang neutron, para sa naturang nuclear fusion kinakailangan na dalawa at-naging dalawa ang quark d-quark. Tinutukoy ng intensity ng transformation kung gaano kabilis masusunog ang mga bituin. At ang proseso ng pagbabagong-anyo ay tinutukoy ng mahinang mga singil at pwersa ng mahinang pakikipag-ugnayan sa pagitan ng mga particle. Kung saan at-quark (electric charge +2/3, mahinang singil +1/2), nakikipag-ugnayan sa isang electron (electric charge - 1, mahinang charge -1/2), bumubuo d-quark (electric charge -1/3, mahinang charge -1/2) at electron neutrino (electric charge 0, mahinang charge +1/2). Ang mga singil sa kulay (o simpleng mga kulay) ng dalawang quark ay nakansela sa prosesong ito nang walang neutrino. Ang papel na ginagampanan ng neutrino ay upang dalhin ang hindi nabayarang mahinang singil. Samakatuwid, ang rate ng pagbabago ay nakasalalay sa kung gaano kahina ang mga mahihinang pwersa. Kung sila ay mas mahina kaysa sa kanila, kung gayon ang mga bituin ay hindi masusunog. Kung sila ay mas malakas, kung gayon ang mga bituin ay matagal nang nasusunog.
Ngunit ano ang tungkol sa mga neutrino? Dahil ang mga particle na ito ay lubhang mahinang nakikipag-ugnayan sa ibang bagay, halos agad-agad silang umalis sa mga bituin kung saan sila ipinanganak. Ang lahat ng mga bituin ay nagniningning, naglalabas ng mga neutrino, at ang mga neutrino ay kumikinang sa ating mga katawan at sa buong Daigdig araw at gabi. Kaya't gumala sila sa Uniberso, hanggang sa pumasok sila, marahil, sa isang bagong pakikipag-ugnayan ng STAR) .
Mga carrier ng pakikipag-ugnayan.
Ano ang sanhi ng mga puwersa na kumikilos sa pagitan ng mga particle sa malayo? Mga sagot sa modernong pisika: dahil sa pagpapalitan ng iba pang mga particle. Isipin ang dalawang skater na naghahagis ng bola sa paligid. Ang pagbibigay ng momentum ng bola kapag naghahagis at tumatanggap ng momentum kasama ang natanggap na bola, parehong nakakakuha ng push sa direksyon mula sa isa't isa. Ito ay maaaring ipaliwanag ang paglitaw ng mga salungat na pwersa. Ngunit sa quantum mechanics, na isinasaalang-alang ang mga phenomena sa microworld, ang hindi pangkaraniwang pag-uunat at delokalisasi ng mga kaganapan ay pinapayagan, na humahantong, tila, sa imposible: ang isa sa mga skater ay itinapon ang bola sa direksyon. mula sa ang isa, ngunit ang isa gayunman siguro saluhin ang bolang ito. Hindi mahirap isipin na kung ito ay posible (at sa mundo ng elementarya na mga particle posible), magkakaroon ng atraksyon sa pagitan ng mga skater.
Ang mga partikulo, dahil sa pagpapalitan ng kung aling mga puwersa ng pakikipag-ugnayan ay lumitaw sa pagitan ng apat na "mga partikulo ng bagay" na tinalakay sa itaas, ay tinatawag na mga partikulo ng gauge. Ang bawat isa sa apat na pakikipag-ugnayan - malakas, electromagnetic, mahina at gravitational - ay may sariling hanay ng mga particle ng gauge. Ang malakas na mga particle ng carrier ng pakikipag-ugnayan ay mga gluon (mayroon lamang walo sa kanila). Ang photon ay isang carrier ng electromagnetic interaction (ito ay isa, at nakikita natin ang mga photon bilang liwanag). Ang mga particle-carrier ng mahinang interaksyon ay mga intermediate vector boson (noong 1983 at 1984 ay natuklasan W + -, W- -boson at neutral Z-boson). Ang particle-carrier ng gravitational interaction ay hypothetical graviton pa rin (ito ay dapat isa). Ang lahat ng mga particle na ito, maliban sa photon at graviton, na maaaring maglakbay nang walang katapusan na malalayong distansya, ay umiiral lamang sa proseso ng pagpapalitan sa pagitan ng mga materyal na particle. Pinupuno ng mga photon ang Uniberso ng liwanag, at mga graviton - na may mga gravitational wave (hindi pa natukoy nang may katiyakan).
Ang isang particle na may kakayahang maglabas ng mga particle ng gauge ay sinasabing napapalibutan ng isang naaangkop na field ng puwersa. Kaya, ang mga electron na may kakayahang maglabas ng mga photon ay napapalibutan ng mga elektrikal at mga magnetic field, pati na rin ang mahina at gravitational field. Ang mga quark ay napapalibutan din ng lahat ng mga larangang ito, ngunit din ng larangan ng malakas na pakikipag-ugnayan. Ang mga particle na may kulay na singil sa larangan ng mga puwersa ng kulay ay apektado ng puwersa ng kulay. Ang parehong naaangkop sa iba pang mga puwersa ng kalikasan. Samakatuwid, masasabi natin na ang mundo ay binubuo ng matter (materyal particles) at field (gauge particles). Higit pa tungkol dito sa ibaba.
Antimatter.
Ang bawat butil ay tumutugma sa isang antiparticle, kung saan ang butil ay maaaring magkahiwalay, i.e. "lipulin", bilang isang resulta kung saan ang enerhiya ay inilabas. Gayunpaman, ang "dalisay" na enerhiya ay hindi umiiral; bilang resulta ng paglipol, lumilitaw ang mga bagong particle (halimbawa, mga photon), na dinadala ang enerhiya na ito.
Ang isang antiparticle sa karamihan ng mga kaso ay may kabaligtaran na mga katangian na may paggalang sa kaukulang particle: kung ang isang particle ay gumagalaw sa kaliwa sa ilalim ng pagkilos ng malakas, mahina o electromagnetic na mga patlang, kung gayon ang antiparticle nito ay lilipat sa kanan. Sa madaling salita, ang antiparticle ay may kabaligtaran na mga palatandaan ng lahat ng singil (maliban sa mass charge). Kung ang isang particle ay composite, tulad ng, halimbawa, isang neutron, kung gayon ang antiparticle nito ay binubuo ng mga bahagi na may kabaligtaran na mga palatandaan ng singil. Kaya, ang isang antielectron ay may electric charge na +1, isang mahinang charge ng +1/2 at tinatawag na positron. Ang antineutron ay binubuo ng at-mga antiquark na may electric charge –2/3 at d-mga antiquark na may electric charge +1/3. Ang tunay na neutral na mga particle ay ang kanilang sariling mga antiparticle: ang antiparticle ng photon ay ang photon.
Ayon sa mga modernong teoretikal na konsepto, ang bawat particle na umiiral sa kalikasan ay dapat magkaroon ng sarili nitong antiparticle. At maraming antiparticle, kabilang ang mga positron at antineutron, ay talagang nakuha sa laboratoryo. Ang mga kahihinatnan nito ay pambihirang mahalaga at pinagbabatayan ang buong pang-eksperimentong pisika ng elementarya na mga particle. Ayon sa teorya ng relativity, ang masa at enerhiya ay katumbas, at sa ilalim ng ilang mga kundisyon, ang enerhiya ay maaaring ma-convert sa masa. Dahil ang singil ay natipid at ang singil ng vacuum (walang laman na espasyo) ay zero, anumang pares ng mga particle at antiparticle (na may zero net charge) ay maaaring lumabas mula sa vacuum, tulad ng mga kuneho mula sa sumbrero ng mago, hangga't ang enerhiya ay sapat upang lumikha ng kanilang misa.
Mga henerasyon ng mga particle.
Ipinakita ng mga eksperimento sa accelerator na ang quadruple (quartet) ng mga particle ng materyal ay inuulit nang hindi bababa sa dalawang beses sa mas mataas na mga halaga ng masa. Sa ikalawang henerasyon, ang lugar ng electron ay inookupahan ng muon (na may mass na humigit-kumulang 200 beses na mas malaki kaysa sa masa ng electron, ngunit may parehong mga halaga ng lahat ng iba pang mga singil), ang lugar ng electron neutrino ay ang muon (na sumasama sa muon sa mahinang pakikipag-ugnayan sa parehong paraan tulad ng electron na sumasama sa electron neutrino), ilagay at-sinasakop ng quark Sa-quark ( ginayuma), a d-quark - s-quark ( kakaiba). Sa ikatlong henerasyon, ang quartet ay binubuo ng tau lepton, tau neutrino, t-quark at b-quark.
Timbang t-Ang quark ay humigit-kumulang 500 beses ang mass ng pinakamagaan - d-quark. Ito ay eksperimento na itinatag na mayroon lamang tatlong uri ng mga light neutrino. Kaya, ang ika-apat na henerasyon ng mga particle ay alinman sa hindi umiiral, o ang kaukulang neutrino ay napakabigat. Ito ay pare-pareho sa cosmological data, ayon sa kung saan maaaring mayroong hindi hihigit sa apat na uri ng light neutrino.
Sa mga eksperimento na may mga particle na may mataas na enerhiya, ang electron, muon, tau-lepton at ang kaukulang neutrino ay kumikilos bilang magkahiwalay na mga particle. Hindi sila nagdadala ng singil sa kulay at pumapasok lamang sa mahina at electromagnetic na pakikipag-ugnayan. Sama-sama silang tinatawag lepton.
| Talahanayan 2. MGA HENERASYON NG MGA PUNDAMENTAL NA PARTIKULO | ||||
| Particle | Rest mass, MeV/ Sa 2 | Pagsingil ng kuryente | singil sa kulay | Mahina ang singil |
| PANGALAWANG HENERASYON | ||||
| Sa-quark | 1500 | +2/3 | Pula, berde o asul | +1/2 |
| s-quark | 500 | –1/3 | Pareho | –1/2 |
| Muon neutrino | 0 | 0 | +1/2 | |
| Muon | 106 | 0 | 0 | –1/2 |
| IKATLONG HENERASYON | ||||
| t-quark | 30000–174000 | +2/3 | Pula, berde o asul | +1/2 |
| b-quark | 4700 | –1/3 | Pareho | –1/2 |
| Tau neutrino | 0 | 0 | +1/2 | |
| Tau | 1777 | –1 | 0 | –1/2 |
Ang mga quark, sa kabilang banda, sa ilalim ng impluwensya ng mga puwersa ng kulay, ay nagsasama-sama sa malakas na pakikipag-ugnayan ng mga particle na nangingibabaw sa karamihan ng mga eksperimento sa high-energy physics. Ang ganitong mga particle ay tinatawag hadrons. Kasama nila ang dalawang subclass: mga baryon(hal. proton at neutron), na binubuo ng tatlong quark, at mesons na binubuo ng isang quark at isang antiquark. Noong 1947, ang unang meson, na tinatawag na pion (o pi-meson), ay natuklasan sa mga cosmic ray, at sa loob ng ilang panahon ay pinaniniwalaan na ang pagpapalitan ng mga particle na ito - pangunahing dahilan pwersang nukleyar. Ang omega-minus hadrons, natuklasan noong 1964 sa Brookhaven National Laboratory (USA), at ang j-psy particle ( J/y-meson), na natuklasan nang sabay-sabay sa Brookhaven at sa Stanford Center for Linear Accelerators (din sa USA) noong 1974. Ang pagkakaroon ng omega-minus particle ay hinulaan ni M. Gell-Mann sa kanyang tinatawag na " SU 3-teorya" (isa pang pangalan ay ang "walong-tiklop na paraan"), kung saan ang posibilidad ng pagkakaroon ng mga quark ay unang iminungkahi (at ang pangalang ito ay ibinigay sa kanila). Pagkaraan ng isang dekada, ang pagtuklas ng butil J/y nakumpirma ang pagkakaroon Sa-quark at sa wakas ay pinaniwalaan ang lahat sa parehong modelo ng quark at ang teorya na pinagsama ang electromagnetic at mahinang pwersa ( tingnan sa ibaba).
Ang mga partikulo ng ikalawa at ikatlong henerasyon ay hindi gaanong totoo kaysa sa una. Totoo, nang bumangon, nabubulok sila sa milyon-milyong bahagi ng isang segundo sa mga ordinaryong particle ng unang henerasyon: isang electron, isang electron neutrino, at gayundin. at- at d-mga quark. Ang tanong kung bakit mayroong ilang henerasyon ng mga particle sa kalikasan ay isang misteryo pa rin.
Ang iba't ibang henerasyon ng mga quark at lepton ay madalas na binabanggit (na, siyempre, medyo sira-sira) bilang iba't ibang "lasa" ng mga particle. Ang pangangailangang ipaliwanag ang mga ito ay tinatawag na "lasa" na problema.
MGA BOSON AT FERMION, LARANGAN AT SUBSTANCE
Ang isa sa mga pangunahing pagkakaiba sa pagitan ng mga particle ay ang pagkakaiba sa pagitan ng boson at fermion. Ang lahat ng mga particle ay nahahati sa dalawang pangunahing klase. Tulad ng mga boson ay maaaring mag-overlap o mag-overlap, ngunit tulad ng mga fermion ay hindi. Nagaganap ang superposisyon (o hindi nagaganap) sa mga discrete energy states kung saan hinahati ng quantum mechanics ang kalikasan. Ang mga estadong ito ay, kumbaga, magkahiwalay na mga selula kung saan maaaring ilagay ang mga particle. Kaya, sa isang cell maaari kang maglagay ng anumang bilang ng magkaparehong boson, ngunit isang fermion lamang.
Bilang halimbawa, isaalang-alang ang mga naturang cell, o "estado", para sa isang electron na umiikot sa nucleus ng isang atom. Hindi tulad ng mga planeta solar system, ang isang electron, ayon sa mga batas ng quantum mechanics, ay hindi makakaikot sa anumang elliptical orbit, dahil mayroon lamang itong discrete number ng pinapayagang "states of motion". Ang mga hanay ng naturang mga estado, na pinagsama-sama ayon sa distansya mula sa elektron hanggang sa nucleus, ay tinatawag mga orbital. Sa unang orbital, mayroong dalawang estado na may magkaibang angular momenta at, samakatuwid, dalawang pinapayagang mga cell, at sa mas matataas na orbital, walo o higit pang mga cell.
Dahil ang isang electron ay isang fermion, ang bawat cell ay maaaring maglaman lamang ng isang electron. Mula dito sundin ang napakahalagang mga kahihinatnan - ang kabuuan ng kimika, dahil ang mga kemikal na katangian ng mga sangkap ay tinutukoy ng mga pakikipag-ugnayan sa pagitan ng kaukulang mga atomo. Kung sasama ka panaka-nakang sistema mga elemento mula sa isang atom patungo sa isa pa upang madagdagan ng isa ang bilang ng mga proton sa nucleus (ang bilang ng mga electron ay tataas din nang naaayon), pagkatapos ay ang unang dalawang electron ay sasakupin ang unang orbital, ang susunod na walo ay matatagpuan sa pangalawa. , at iba pa. Ang sunud-sunod na pagbabago sa elektronikong istraktura ng mga atom mula sa elemento hanggang sa elemento ay tumutukoy sa mga regularidad sa kanilang mga katangian ng kemikal.
Kung ang mga electron ay boson, kung gayon ang lahat ng mga electron ng isang atom ay maaaring sakupin ang parehong orbital na naaayon sa pinakamababang enerhiya. Sa kasong ito, ang mga katangian ng lahat ng bagay sa Uniberso ay magiging ganap na naiiba, at sa anyo kung saan alam natin ito, ang Uniberso ay magiging imposible.
Ang lahat ng lepton - electron, muon, tau-lepton at ang kanilang katumbas na neutrino - ay mga fermion. Ganoon din ang masasabi tungkol sa mga quark. Kaya, ang lahat ng mga particle na bumubuo ng "matter", ang pangunahing tagapuno ng Uniberso, pati na rin ang mga hindi nakikitang neutrino, ay mga fermion. Napakahalaga nito: hindi maaaring pagsamahin ang mga fermion, kaya ang parehong naaangkop sa mga bagay sa materyal na mundo.
Kasabay nito, ang lahat ng "mga particle ng gauge" ay nagpapalitan sa pagitan ng mga partikulo ng materyal na nakikipag-ugnayan at lumikha ng isang larangan ng puwersa ( tingnan sa itaas), ay mga boson, na napakahalaga rin. Kaya, halimbawa, maraming mga photon ang maaaring nasa parehong estado, na bumubuo ng isang magnetic field sa paligid ng isang magnet o isang electric field sa paligid ng isang electric charge. Dahil dito, posible rin ang isang laser.
Iikot.
Ang pagkakaiba sa pagitan ng boson at fermion ay konektado sa isa pang katangian ng elementarya na mga particle - pabalik. Mukhang nakakagulat, ngunit lahat ng mga pangunahing particle ay may sariling angular momentum o, sa madaling salita, umiikot sa kanilang sariling axis. Ang angular momentum ay isang katangian ng rotational motion, tulad ng kabuuang momentum ng translational motion. Sa anumang pakikipag-ugnayan, ang angular na momentum at momentum ay pinananatili.
Sa microcosm, ang angular momentum ay quantize, i.e. tumatagal ng mga discrete value. Sa angkop na mga yunit, ang mga lepton at quark ay may spin na katumbas ng 1/2, at ang gauge particle ay may spin na katumbas ng 1 (maliban sa graviton, na hindi pa naoobserbahan sa eksperimentong paraan, ngunit sa teorya ay dapat magkaroon ng spin na katumbas ng 2). Dahil ang mga lepton at quark ay mga fermion, at ang mga partikulo ng gauge ay mga boson, maaaring ipagpalagay na ang "fermionicity" ay nauugnay sa spin 1/2, at ang "bosonicity" ay nauugnay sa spin 1 (o 2). Sa katunayan, ang parehong eksperimento at teorya ay nagpapatunay na kung ang isang particle ay may half-integer spin, kung gayon ito ay isang fermion, at kung ito ay integer, kung gayon ito ay isang boson.
MGA TEORYA AT GEOMETRY NG GAUGE
Sa lahat ng mga kaso, ang mga puwersa ay lumitaw dahil sa pagpapalitan ng mga boson sa pagitan ng mga fermion. Kaya, ang puwersa ng kulay ng pakikipag-ugnayan sa pagitan ng dalawang quark (quark - fermion) ay lumitaw dahil sa pagpapalitan ng mga gluon. Ang ganitong palitan ay patuloy na nagaganap sa mga proton, neutron at atomic nuclei. Sa parehong paraan, ang mga photon na ipinagpapalit sa pagitan ng mga electron at quark ay lumilikha ng mga elektrikal na kaakit-akit na pwersa na humahawak ng mga electron sa isang atom, at ang mga intermediate na vector boson na ipinagpapalit sa pagitan ng mga lepton at quark ay lumilikha ng mahinang puwersa ng interaksyon na responsable para sa pag-convert ng mga proton sa mga neutron sa panahon ng mga reaksiyong thermonuclear sa mga bituin.
Ang teorya ng naturang palitan ay elegante, simple, at malamang na tama. Ito ay tinatawag na gauge theory. Ngunit sa kasalukuyan ay mayroon lamang independiyenteng mga teorya ng gauge ng malakas, mahina at electromagnetic na pakikipag-ugnayan at isang gauge theory ng gravity na katulad sa kanila, bagaman sa ilang mga paraan ay naiiba. Ang isa sa pinakamahalagang pisikal na problema ay ang pagbabawas ng mga hiwalay na teoryang ito sa isang solong at sa parehong oras simpleng teorya kung saan magiging lahat sila iba't ibang aspeto iisang katotohanan - tulad ng mga facet ng isang kristal.
| Talahanayan 3. ILANG HADRONS | ||||
| Particle | Simbolo | Komposisyon ng quark * | rest mass, MeV/ Sa 2 | Pagsingil ng kuryente |
| MGA BARYON | ||||
| Proton | p | uud | 938 | +1 |
| Neutron | n | udd | 940 | 0 |
| Omega minus | W- | sss | 1672 | –1 |
| MGA MESON | ||||
| Pi plus | p + | u | 140 | +1 |
| Pi-minus | p – | du | 140 | –1 |
| fi | f | sє | 1020 | 0 |
| JPS | J/y | cў | 3100 | 0 |
| Upsilon | Ў | b | 9460 | 0 |
| * Komposisyon ng quark: u- itaas; d- mas mababa; s- kakaiba; c- enchanted b- maganda. Ang linya sa itaas ng titik ay tumutukoy sa mga antiquark. | ||||
Ang pinakasimple at pinakaluma sa mga teorya ng gauge ay ang gauge theory ng electromagnetic interaction. Sa loob nito, ang singil ng isang elektron ay inihambing (naka-calibrate) sa singil ng isa pang elektron na malayo dito. Paano maihahambing ang mga singil? Maaari mong, halimbawa, dalhin ang pangalawang elektron na mas malapit sa una at ihambing ang kanilang mga puwersa ng pakikipag-ugnayan. Ngunit hindi ba nagbabago ang singil ng isang elektron kapag lumipat ito sa ibang punto sa kalawakan? Ang tanging paraan mga tseke - magpadala ng signal mula sa malapit na elektron patungo sa malayo at tingnan kung paano ito tumutugon. Ang signal ay isang gauge particle - isang photon. Upang masuri ang singil sa malalayong mga particle, kinakailangan ang isang photon.
Sa matematika, ang teoryang ito ay nakikilala sa pamamagitan ng matinding katumpakan at kagandahan. Mula sa "prinsipyo ng gauge" na inilarawan sa itaas, ang lahat ng quantum electrodynamics (ang quantum theory ng electromagnetism) ay sumusunod, pati na rin ang teorya ni Maxwell ng electromagnetic field - isa sa pinakadakilang mga tagumpay na pang-agham ika-19 na siglo
Bakit mabunga ang gayong simpleng prinsipyo? Tila, nagpapahayag ito ng ilang ugnayan iba't ibang parte Universe, na nagpapahintulot sa mga sukat sa Uniberso. Sa mga termino sa matematika, ang patlang ay binibigyang kahulugan sa geometriko bilang ang kurbada ng ilang naiisip na "panloob" na espasyo. Ang pagsukat ng singil ay ang pagsukat ng kabuuang "internal curvature" sa paligid ng particle. Ang mga teorya ng gauge ng malakas at mahina na pakikipag-ugnayan ay naiiba sa electromagnetic gauge theory lamang sa panloob na geometric na "istraktura" ng kaukulang singil. Ang tanong kung saan eksaktong matatagpuan ang panloob na espasyo na ito ay sinasagot ng mga multidimensional na pinag-isang teorya ng larangan, na hindi isinasaalang-alang dito.
| Talahanayan 4. MGA PUNDAMENTAL NA INTERAKSYON | |||||
| Pakikipag-ugnayan | Relatibong intensity sa layo na 10-13 cm | Radius ng pagkilos | carrier ng pakikipag-ugnayan | Mass ng pahinga ng carrier, MeV/ Sa 2 | Pag-ikot ng carrier |
| malakas | 1 | Gluon | 0 | 1 | |
| Electro- magnetic |
0,01 | Ґ | Photon | 0 | 1 |
| Mahina | 10 –13 | W + | 80400 | 1 | |
| W – | 80400 | 1 | |||
| Z 0 | 91190 | 1 | |||
| Grabidad- makatwiran |
10 –38 | Ґ | graviton | 0 | 2 |
Ang pisika ng elementarya na mga particle ay hindi pa nakumpleto. Malayo pa rin sa malinaw kung sapat ba ang magagamit na data upang lubos na maunawaan ang kalikasan ng mga particle at pwersa, gayundin ang tunay na kalikasan at sukat ng espasyo at oras. Kailangan ba natin ng mga eksperimento na may mga enerhiya na 10 15 GeV para dito, o sapat na ba ang pagsisikap ng pag-iisip? Wala pang sagot. Ngunit maaari nating sabihin nang may kumpiyansa na ang huling larawan ay magiging simple, elegante at maganda. Posible na hindi magkakaroon ng napakaraming pangunahing ideya: ang prinsipyo ng gauge, mga espasyo ng mas matataas na sukat, pagbagsak at pagpapalawak, at, higit sa lahat, geometry.