Элементарные частицы — в помощь студенту

Элементарные частицы - в помощь студентуВ физике элементарными частицами называли физические объекты в масштабах ядра атома, которые невозможно разделить на составные части. Однако, на сегодня, ученым все же удалось расщепить некоторые из них. Структуру и свойства этих мельчайших объектов изучает физика элементарных частиц.

История открытия первых частиц

О наименьших частицах, составляющих всю материю, было известно еще в древности. Однако, основоположниками так званого «атомизма» принято считать философа Древней Греции Левкиппа и его более известного ученика — Демокрита. Предполагается, что второй и ввел термин «атом». С древнегреческого «atomos» переводится как «неделимый», что определяет взгляды древних философов.

Позднее стало известно, что атом все же можно разделить на два физических объекта – ядро и электрон. Последний впоследствии и стал первой элементарной частицей, когда в 1897-м году англичанин Джозеф Томсон провел эксперимент с катодными лучами и выявил, что они представляют собой поток одинаковых частиц с одинаковыми массой и зарядом.

Параллельно с  работами Томсона, занимающийся исследованием рентгеновского излучения Анри Беккерель проводит опыты с ураном и открывает новый вид излучения.

В 1898 году французская пара физиков – Мария и Пьер Кюри изучают различные радиоактивные вещества, обнаруживая то же самое радиоактивное излучение.

Позже будет установлено, что оно состоит из альфа (2 протона и 2 нейтрона) и бета-частиц (электроны), а Беккерель и Кюри получат Нобелевскую премию.

Проводя свои исследования с такими элементами как уран, радий и полоний, Мария Склодовская-Кюри не предпринимала никаких мер безопасности, в том числе не использовала даже перчатки. Как следствие в 1934 году ее настигла лейкемия. В память о достижениях великого ученого, открытый парой Кюри элемент, полоний, был назван в честь родины Марии – Polonia, с латинского – Польша.

Элементарные частицы - в помощь студенту

Фотография с V Сольвеевского конгресса 1927 год. Попробуйте найди всех ученых из этой статьи на данном фото.

Начиная с 1905-го года, Альберт Эйнштейн посвящает свои публикации несовершенству волновой теории света, постулаты которой расходились с результатами экспериментов. Что впоследствии привело выдающегося физика к идее о «световом кванте» — порции света. Позже, в 1926-м году, он был назван как «фотон», в переводе с греческого «phos» («свет»), американским физиохимиком — Гилбертом Н. Льюисом.

В 1913 году Эрнест Резерфорд, британский физик, основываясь на результатах уже проведенных на то время экспериментов, отметил, что массы ядер многих химических элементов кратны массе ядра водорода.

Поэтому он предположил, что ядро водорода является составляющей ядер других элементов. В своем эксперименте Резерфорд облучал альфа-частицами атом азота, который в результате излучил некую частицу, названную Эрнестом как «протон», с др. греческого «протос» (первый, основной).

Позже было экспериментально подтверждено, что протон – это ядро водорода.

Очевидно, протон, не единственная составная часть ядер химических элементов. К такой мысли приводит тот факт, что два протона в ядре отталкивались бы, и атом мгновенно распадался.

Поэтому Резерфорд выдвинул гипотезу о наличии еще одной частицы, которая имеет массу, равную массе протона, но является незаряженной. Некоторые опыты ученых по взаимодействию радиоактивных и более легких элементов, привели их к открытию еще одного нового излучения.

В 1932-м году Джеймс Чедвик определил, что оно состоит из тех самых нейтральных частиц, которые назвал нейтронами.

Таким образом, были открыты наиболее известные частицы: фотон, электрон, протон и нейтрон.

Далее открытия новых субъядерных объектов становились все более частым событием, и на данный момент известно около 350 частиц, которые принято полагать «элементарными». Те из них, которые до сих пор не удалось расщепить, считаются бесструктурными и называются «фундаментальными».

Что такое спин?

Элементарные частицы - в помощь студенту

Спин электрона

Прежде чем переходить к дальнейшим инновациям в области физики, следует определиться с характеристиками всех частиц. К наиболее известным, не считая массы и электрического заряда, относится также и спин.

Данная величина называется иначе как «собственный момент импульса» и никоим образом не связана с перемещением субъядерного объекта как целого. Ученым удалось обнаружить частицы со спином 0, ½, 1, 3/2 и 2.

Чтобы представить наглядно, хоть и упрощенно, спин, как свойство объекта, рассмотрим следующий пример.

Пусть у предмета имеется спин равный 1. Тогда такой объект при повороте на 360 градусов возвратится в исходное положение. На плоскости этим предметом может быть карандаш, который после разворота на 360 градусов окажется в исходном положении. В случае с нулевым спином, при любом вращении объекта он будет выглядеть всегда одинаково, к примеру, одноцветный мячик.

Для спина ½ потребуется предмет, сохраняющий свой вид при развороте на 180 градусов. Им может быть все тот же карандаш, только симметрично наточенный с обеих сторон. Спин равный 2 потребует сохранения формы при повороте на 720 градусов, а 3/2 – 540.

Данная характеристика имеет очень большое значение для физики элементарных частиц.

Стандартная модель частиц и взаимодействий

Элементарные частицы - в помощь студенту

Стандартная модель в физике

Имея внушительный набор микрообъектов, составляющих окружающий мир, ученые решили их структурировать, так образовалась известная всем теоретическая конструкция под названием «Стандартная модель». Она описывает три взаимодействия и 61 частицу при помощи 17-ти фундаментальных, некоторые из которых были ею предсказаны задолго до открытия.

Три взаимодействия таковы:

  • Электромагнитное. Оно происходит между электрически заряженными частицами. В простом случае, известном со школы, — разноименно заряженные объекты притягиваются, а одноименно – отталкиваются. Происходит это посредством, так называемого переносчика электромагнитного взаимодействия – фотона.
  • Сильное, иначе – ядерное взаимодействие. Как ясно из названия, его действие распространяется на объекты порядка ядра атома, оно отвечает за притяжение протонов, нейтронов и прочих частиц, также состоящих из кварков. Сильное взаимодействие переносится при помощи глюонов.
  • Слабое. Действует на расстояниях в тысячу меньших размера ядра. В таком взаимодействии принимают участия лептоны и кварки, а также их античастицы. При этом в случае слабого взаимодействия они могут перевоплощаться друг в друга. Переносчиками являются бозоны W+, W− и Z0.

Элементарные частицы - в помощь студенту

Краткий обзор различных семейств элементарных и составных частиц

Так Стандартная модель сформировалась следующим образом. Она включает шесть кварков, из которых состоят все адроны (частицы, подверженные сильному взаимодействию):

  • Верхний (u);
  • Очарованный (c);
  • Истинный (t);
  • Нижний (d);
  • Странный (s);
  • Прелестный (b).

Видно, что эпитетов физикам не занимать. Другие 6 частиц – лептоны. Это фундаментальные частицы со спином  ½, которые не принимают участие в сильном взаимодействии.

  • Электрон;
  • Электронное нейтрино;
  • Мюон;
  • Мюонное нейтрино;
  • Тау-лептон;
  • Тау-нейтрино.

А третьей группой Стандартной модели являются калибровочные бозоны, которые имеют спин равный 1 и представляются переносчиками взаимодействий:

  • Глюон – сильное;
  • Фотон – электромагнитное;
  • Z-бозон — слабое;
  • W-бозон – слабое.

К ним также относится и недавно обнаруженный бозон Хиггса, частица со спином 0, которая, упрощенно говоря, наделяет все другие субъядерные объекты инертной массой.

В результате, согласно Стандартной модели, наш мир выглядит таким образом: все вещество состоит из 6 кварков, образующих адроны, и 6 лептонов; все эти частицы могут участвовать в трех взаимодействиях, переносчиками которых являются калибровочные бозоны.

Недостатки Стандартной модели

Однако, еще до открытия бозона Хиггса – последней частицы, предсказываемой Стандартной моделью, ученые вышли за ее пределы. Ярким примером тому есть т.н. «гравитационное взаимодействие», которое сегодня находится наравне с другими. Предположительно, переносчиком его есть частица со спином 2, которая не имеет массы, и которую физикам еще не удалось обнаружить — «гравитон».

Мало того, Стандартная модель описывает 61 частицу, а на сегодняшний день человечеству известно уже более 350 частиц. Это означает, что на достигнутом работа физиков-теоретиков не окончена.

Классификация частиц

Чтобы упростить себе жизнь, физики сгруппировали все частицы в зависимости от особенностей их строения и прочих характеристик. Классификация бывает по следующим признакам:

  • Время жизни.
    1. Стабильные. В их числе протон и антипротон, электрон и позитрон, фотон, а также гравитон. Существование стабильных частиц не ограничено временем, до тех пор, пока они находятся в свободном состоянии, т.е. не взаимодействуют с чем-либо.
    2. Нестабильные. Все остальные частицы спустя некоторое время распадаются на свои составные части, потому называются нестабильными. Например, мюон живет всего лишь 2,2 микросекунды, а протон — 2,9•10*29 лет, после чего может распасться на позитрон и нейтральный пион.
  • Масса.
    1. Безмассовые элементарные частицы, которых всего три: фотон, глюон и гравитон.
    2. Массивные частицы – все остальные.
  • Значение спина.
    1. Целый спин, в т.ч. нулевой, имеют частицы, которые называются бозоны.
    2. Частицы с полуцелым спином — фермионы.
  • Участие во взаимодействиях.
    1. Адроны (структурные частицы) – субъядерные объекты, что принимают участие во всех четырех типах взаимодействий. Ранее упоминалось, что они складываются с кварков. Адроны делятся на два подтипа: мезоны (целый спин, являются бозонами) и барионы (полуцелый спин — фермионы).
    2. Фундаментальные (бесструктурные частицы). К ним относятся лептоны, кварки и калибровочные бозоны (читайте ранее – «Стандартная модель..»).

Ознакомившись с классификацией всех частиц, можно, к примеру, точно определить некоторые из них. Так нейтрон является фермионом, адроном, а точнее барионом, и нуклоном, то есть имеет полуцелый спин, состоит из кварков и участвует в 4-х взаимодействиях. Нуклон же – это общее название для протонов и нейтронов.

Интересные факты

  • Интересно, что противники атомизма Демокрита, который предсказывал существование атомов, заявляли, что любое вещество в мире делится до бесконечности. В какой-то мере они могут оказаться правыми, так как ученым уже удалось разделить атом на ядро и электрон, ядро на протон и нейтрон, а их в свою очередь на кварки.
  • Демокрит предполагал, что атомы имеют четкую геометрическую форму, и потому «острые» атомы огня – обжигают, шершавые атомы твердых тел крепко скрепляются своими выступами, а гладкие атомы воды проскальзывают при взаимодействии, иначе – текут.
  • Джозеф Томсон составил собственную модель атома, который представлялся ему как положительно заряженное тело, в которое как бы «воткнуты» электроны. Его модель получила название «пудинг с изюмом» (Plum pudding model).
  • Кварки получили свое название благодаря американскому физику Мюррею Гелл-Манну. Ученый хотел использовать слово, похожее на звук кряканья утки (kwork). Но в романе Джеймса Джойса «Поминки по Финнегану» встретил слово «quark», в строке «Три кварка для мистера Марка!», смысл которого точно не определен и возможно, что Джойс использовал его просто для рифмы. Мюррей решил назвать частицы этим словом, так как на то время было известно лишь три кварка.
  • Хотя фотоны, частицы света, являются безмассовыми, вблизи черной дыры, кажется, что они меняют свою траекторию, притягиваясь к ней при помощи гравитационного взаимодействия. На самом же деле сверхмассивное тело искривляет пространство-время, из-за чего любые частицы, в том числе и не имеющие массы, меняют свою траекторию в сторону черной дыры (см. интересные эффекты гравитации).
  • Большой адронный коллайдер именно потому «адронный», что сталкивает два направленных пучка адронов, частиц размерами порядка ядра атома, которые участвуют во всех взаимодействиях.

Источник: https://SpaceGid.com/elementarnyie-chastitsyi.html

Элементарные частицы

Элементарные частицы — мельчайшие известные частицы физической материи.

Представления об элементарных частицах отражают ту степень в познании строения материи, которая достигнута современной наукой. Элементарные частицы - в помощь студентуХарактерная особенность элементарных частиц — способность к взаимным превращениям; это не позволяет рассматривать элементарные частицы как простейшие, неизменные «кирпичики мироздания», подобные атомам Демокрита.

Число частиц, называемых в современной теории элементарными частицами, очень велико. Каждая элементарная частица (за исключением абсолютно нейтральных частиц) имеет свою античастицу. Всего вместе с античастицами на 1978 год было открыто более 350 элементарных частиц.

Из них стабильны фотон, электронное и мюонное нейтрино, электрон, протон и их античастицы; остальные элементарные частицы самопроизвольно распадаются за время от 103 с для свободного нейтрона до 10-22— 10-24с для резонансов.

Однако нельзя считать, что нестабильные элементарные частицы «состоят» из стабильных хотя бы потому, что одна и та же частица может распадаться несколькими способами на различные элементарные частицы.

Читайте также:  Способы и средства нарушения конфиденциальности информации - в помощь студенту

Классификация элементарных частиц производится по типам фундаментальных взаимодействий, в которых они участвуют, и на основе законов сохранения ряда физических величин. Отдельную «группу» составляет фотон. Частицы со спином 1/2, не участвующие в сильном взаимодействии и обладающие сохраняющейся внутренней характеристикой — лептонным зарядом, образуют группу лептонов.

Элементарные частицы, участвующие во всех фундаментальных взаимодействиях, включая сильное, называются адронами. Характерным для адронов сильным взаимодействиям свойственно максимальное число сохраняющихся величин (законов сохранения), в том числе специфического для них — барионного заряда, странности, изотопического спина, «очарования».

Адроны делятся на барионы и мезоны. По современным представлениям, адроны имеют сложную внутреннюю структуру: барионы состоят из 3 кварков, мезоны — из кварка и антикварка.

При столкновениях элементарных частиц происходят всевозможные превращения их друг в друга (включая рождение многих дополнительных частиц), не запрещаемые законами сохранения.

Последовательная теория элементарных частиц, которая предсказывала бы возможные значения масс элементарных частиц и другие их внутренние характеристики, на 1978 год еще не создана.

Источник: https://atombit.org/elementarnye-chasticy/

Элементарные частицы — Контрольная работа по дисциплине «Концепции современного ествоствознания»

После того как физики установили, что атом не является последним кирпичиком мироздания и сам он построен из более простых, элементарных частиц, идея поиска таких частиц заняла главное место в физических исследованиях.

По-прежнему мысль физиков была устремлена на то, чтобы свести все многообразие сложных свойств тел и явлений природы к простым свойствам небольшого числа первичных, основных частиц, которые впоследствии стали называть элементарными. В точном смысле слова такие частицы не должны содержать каких-либо других элементов.

Однако в обычной практике физики называют элементарными такие частицы, которые не являются атомами или частями атомных ядер, за исключением протона и нейтрона. Иногда элементарные частицы называют также субъядерными частицами.

Первая элементарная частица — электрон (е-) — была открыта еще в конце XIX в. Она представляет собой наименьшую единицу электрического заряда.

Вторая частица, названная протоном (р), входящая в состав ядра атома, была открыта Э. Резерфордом в 1919 г. при бомбардировке атомов альфа-частицами. Ее масса почти 2000 раз превосходит массу е-, но заряжена положительно.

  • Третья частица — нейтрон (n0)— была открыта в составе космического излучения и так названа потому, что она является нейтральной и не несет электрического заряда.
  • Четвертая частица, названная фотоном (γ), является квантом излучения света и была введена для объяснения фотоэффекта.
  • Все эти частицы и составили первоначальный запас элементарных частиц.

Начиная с 1930-х гг. физики, занявшись исследованием космических лучей, год за годом открывают в них новые элементарные частицы, число которых неуклонно растет. В 1932 г. был открыт позитрон (е+), первая античастица, теоретически предсказанная известным английским физиком П. Дираком, но впервые обнаруженная в космических лучах.

Она оказалась равной по массе электрону, но заряженной положительно. Аналогично этому такая всепроницающая легкая частица, как нейтрино (n), была предсказана видным швейцарским физиком В. Паули в 1936 г., а экспериментально открыта лишь в 1953 г. То же самое можно сказать о предвидении японским физиком X.

Юкавой существования π(пи)-мезонов, которые были открыты в 1947 г. Еще раньше были открыты мюоны (неустойчивая элементарная частица с отрицательным электрическим зарядом и спином ½). Эти частицы по массе занимают промежуточное положение между массой электрона, которую они превышают примерно в 200 раз, и массой протона.

В дальнейшем были обнаружены К+ и К-мезоны и Λ(лямбда)-гипероны, частицы, обладающие необычными свойствами, которые были названы «странными».

Если раньше большинство элементарных частиц открывали в космических лучах, то начиная с 50-х гг. XX в. основным средством их обнаружения и исследования становятся ускорители.

С их помощью было открыто многочисленное семейство нестабильных и короткоживущих, так называемых резонансных частиц, а в 1955 т. — антипротон, год спустя — антинейтрон. В 1970—1980-х гг.

обнаружено большое количество так называемых очарованных и красивых частиц, которые в 3—10 раз превосходили массу протона.

Этот краткий обзор показывает, как в последние десятилетия интенсивно развивались исследования элементарных частиц, число которых сейчас, видимо, приближается к 400.

Такое количество и разнообразие частиц служит явным свидетельством в пользу того, что они вряд ли могут считаться подлинно элементарными, не образованными из других частиц.

Во всяком случае, многообразие элементарных частиц и особенно разнообразие их свойств требуют обсуждения и классификации.

Источник: https://students-library.com/library/read/52447-elementarnye-casticy

Элементарные частицы

Согласно современным научным взглядам, глубинные структуры материального мира представлены объектами элементарного уровня. Это прежде всего элементарные частицы.

За исключением электрона, исследования которого начались еще в прошлом веке, все остальные были обнаружены в XX столетии.

Их свойства оказались весьма необычными, резко отличающимися от свойств макротел, с которыми мы сталкиваемся в повседневном опыте.

Все элементарные частицы обладают одновременно и корпускулярными, и волновыми свойствами, а закономерности их движения, изучаемые квантовой физикой, отличаются от закономерностей движения макротел, описанных в классической физике. До открытия элементарных частиц и их взаимодействий наука разграничивала  два  вида  материи — вещество  и  поле.

Еще в конце XIX — начале XX века поле определяли как непрерывную материальную среду, а вещество — как прерывное, состоящее из дискретных частиц. Однако развитие квантовой физики выявило относительность разграничительных линий между веществом и полем.

Только на макроуровне, когда можно не принимать во внимание квантовые свойства полей, их можно считать непрерывными средами. Но на микроуровне поля предстают как состоящие из квантов, которые можно рассматривать в качестве частиц, обладающих одновременно и корпускулярными, и волновыми характеристиками.

Например, электромагнитное поле можно представить как систему фотонов, а гравитационное поле — как систему гравитонов — гипотетических частиц, которые предсказывает квантовая теория (в отличие от фотонов гравитоны еще не зафиксированы экспериментально). В то же время и частицы вещества — электроны и позитроны, мезоны и др.

в целом ряде задач физика рассматривает как кванты соответствующих полей (электронно-позитронного, мезонного и т. п.).

Элементарные частицы участвуют в четырех типах взаимодействия — сильном, слабом, электромагнитном и гравитационном.

Только два последних типа взаимодействий проявляют себя на любых сколь угодно больших расстояниях, и поэтому им подчинены процессы не только микромира, но и макротел, планет, звезд и галактик (макро- и мегамир). Что же касается сильных и слабых взаимодействий, то они характерны только для процессов микромира.

Одним из самых удивительных открытий последней трети XX века было обнаружение того, что электромагнитные и слабые взаимодействия представляют собой стороны, различные проявления единой сущности — электрослабого взаимодействия.

Элементарные частицы можно классифицировать по типам взаимодействия. Адроны (тяжелые частицы — протоны, нейтроны, мезоны и др.) участвуют во всех взаимодействиях. Лептоны (от греч. leptos — легкий, например, электрон, нейтрино и др.) не участвуют в сильных, а только в электрослабых и гравитационных.

Гипотетические гравитоны выступают носителями только гравитационных сил. В сильных взаимодействиях многие адроны неразличимы, они как бы на одно лицо. Например, неотличимы друг от друга нуклоны — нейтроны и протоны, все П-мезоны выступают как одна частица.

Но когда включаются электромагнитные силы, то нуклоны расщепляются на две составляющие, а П-мезоны на три (П°, П+, П- ). Такое расщепление позволяет рассматривать частицы как проявления некоторой глубинной структуры. Поиск таких структур составляет главную цель современной физики.

На этом пути она стремится обнаружить те глубинные свойства и состояния материи, которые в конечном счете определяют эволюцию Вселенной, особенности взаимодействия и развития ее объектов.

Первым большим успехом на этом пути было открытие кварковой структуры адронов. Кварки оказались весьма экзотическими объектами не только потому, что у них дробный электрический заряд (1/3 или 2/3 от заряда электрона, принимаемого за 1).

Само взаимодействие кварков, осуществляемое благодаря обмену глюонами, таково, что увеличение расстояния между кварками внутри адронов приводит к резкому возрастанию связывающих их сил.

Поэтому в отличие от ранее известных элементарных частиц (протонов, нейтронов, электронов и др.) кварки пока не обнаружены в свободном состоянии. Они оказываются как бы запертыми внутри адронов.

Но в эксперименте их можно прозондировать: при столкновении частиц больших энергий внутри адронов обнаруживается несколько своеобразных центров, на которых происходит рассеяние частиц и которые физика отождествляет с кварками.

Кварки и лептоны выступают в качестве базисных объектов в системе элементарных частиц. Они являются главным строительным материалом для вещества нашего мира, поскольку ядра атомов существуют благодаря взаимодействию кварков, а формирование электронных оболочек вокруг ядра приводит к образованию атомов.

Единой теории элементарных частиц физика пока не создала, на пути к ней сделаны лишь первые, но существенные шаги.

Выявление общих глубинных структур частиц, участвующих в сильных взаимодействиях, и установление единства слабого и электромагнитного взаимодействий стимулировали разработку идеи объединения сильных, электрослабых и гравитационных взаимодействий в рамках единой теории.

Иными словами, речь уже идет об исследовании субэлементарного уровня организации материи, о выяснении единой природы всех элементарных частиц. По-видимому, именно в закономерностях этого уровня вскрыты основные тайны нашей Вселенной, предопределившие особенности ее эволюции.

Вообще для современной науки характерно, что чем глубже она проникает в микромир, тем больше возможностей открывается для понимания крупномасштабной структуры Вселенной. Последняя не является вечной и неизменной, а представляет собой результат развития материи, своеобразную реализацию тех потенциальных возможностей, которые были заложены в глубинах микромира.

Элементарный уровень организации материи включает наряду с элементарными частицами еще и такой необычный физический объект, как вакуум. Физический вакуум — не пустота, а особое состояние материи. В вакуум погружены все частицы и все физические тела.

В нем постоянно происходят сложные процессы, связанные с непрерывным появлением и исчезновением так называемых «виртуальных частиц».

Виртуальные частицы — это своеобразные потенции соответствующих типов элементарных частиц, их «вакуумные корни», частицы, готовые к рождению, но не рождающиеся, возникающие и исчезающие в очень короткие промежутки времени.

При определенных условиях они могут вырваться из вакуума, превращаясь в «нормальные» элементарные частицы, которые живут относительно независимо от породившей их среды и могут взаимодействовать с ней.

Первые шаги по пути исследования субэлементарного уровня материи привели к принципиально новым идеям о качественном многообразии вакуума. Выяснилось, что физический вакуум способен скачком перестраивать свою структуру.

Такие переходы из одного состояния к другому, связанные с резким изменением характеристик системы, в физике называют фазовыми (известным их примером служат переходы воды в пар и лед).

Физический вакуум тоже оказался способным к фазовым скачкам.

Эти новые идеи современной физики микромира послужили опорой необычных представлений о развитии нашей астрономической Вселенной, о ее возникновении путем взрыва, связанного с массовым рождением элементарных частиц в результате одного из фазовых переходов вакуума.

Взаимодействие объектов субэлементарного уровня и возникающих на их основе элементарных частиц служит фундаментом для образования более сложных материальных систем.

Из элементарных частиц строятся атомы, которые являются качественно специфическим видом материи.

Элементарные частицы, ядра атомов, ионы (атомы, потерявшие часть электронов на электронных оболочках) могут образовать особое состояние материи, подобие газа, которое называется плазмой.

Огромные плазменные тела, стянутые электромагнитными гравитационными полями, образуют звезды, представляющие особый уровень организации материи.

В их недрах протекают ядерные реакции, в ходе которых одни частицы превращаются в другие, и за счет этого звезды постоянно излучают энергию.

Звезды выступают как своеобразная кузница атомов. Благодаря протекающим в них превращениям элементарных частиц образуются ядра атомов, а на периферии и в окрестностях звезд, при понижении температуры, а также в результате выбросов вещества из звезд при их взрывах, возникают атомы.

В результате взаимодействия атомов формируется следующий уровень организации материи — молекулы. За молекулами следует уровень макротел (жидких, твердых, газообразных).

Особый тип макротел, который можно считать специфическим видом материи, образуют планеты — тела со сложной внутренней структурой, имеющие ядро, литосферу, а в ряде случаев атмосферу и гидросферу. Звезды и планеты составляют планетные системы.

Источник: https://filosofka.ru/matter/jelementarnye-chasticy/

Лекции по основам кинематики элементарных процессов

Е.А. Строковский

  1. Книги и статьи общего характера
  2. Литература к отдельным темам
Читайте также:  Возникновение права собственности на землю - в помощь студенту
… и предал я сердце мое тому, чтобы исследовать и испытать мудростью все, что делается под небом: это тяжелое занятие дал Бог сынам человеческим, чтобы они упражнялись в нем.

Екклезиаст

    Анализ кинематики реакций с участием элементарных частиц и ядер — основа основ в физике элементарных частиц. С него начинается обсуждение почти любого вопроса; без него фактически невозможно не только получить физический результат эксперимента, но даже ясно сформулировать предмет обсуждения.

Вопросы релятивистской кинематики нечасто становятся исключительной темой монографий, но весьма часто рассеяны в оригинальных статьях.     Говоря о кинематике в мире элементарных частиц и ядер, можно понимать ее в узком смысле, как анализ следствий строгих законов сохранения энергии-импульса и лоренцевой инвариантности. Полученные при этом результаты являются точными.

    Закон сохранения углового момента также является строгим, а элементарные частицы и ядра, как правило, обладают внутренним угловым моментом (спином). Результаты, получаемые как следствия закона сохранения углового момента, также являются точными и не зависят от моделей.

Поэтому вполне допустимо понимать кинематику элементарных частиц в широком смысле, как дисциплину, рассматривающую следствия строго выполняющихся законов, основанных на точных симметриях нашего мира. Однако, как правило, вопросы, связанные со спином, в этом курсе не рассматриваются. Иными словами, считается, что состояние частиц полностью характеризуется только их 4-импульсом и массой.

Вместе с тем, в ряде случаев, например, при обсуждении трехчастичных распадов частиц, все же придется вспоминать о других квантовых числах, определяющих состояния частиц, и исходить из расширенного понимания кинематики.

    Поскольку этот курс адресован студентам старших курсов университетов, подразумевается, что основные представления специальной теории относительности и физики элементарных частиц читателю известны.

В частности, ему должны быть хорошо знакомы такие понятия, как четырехмерное пространство событий, 4-вектор энергии-импульса частицы, преобразования Лоренца а также понятие о релятивистских инвариантах.

Предполагается также знакомство с основами квантовой механики и представлениями о координатном и импульсном пространствах.

Такие вопросы философского характера, как смысл понятия физического пространства, в котором происходят физические события, смысл понятий времени и пространственных координат, равно как и способов арифметизации пространства (определения пространственных и временной координат физических событий) здесь не обсуждаются, так как они не относятся к предмету кинематики ни в узком, ни в широком смысле.

* * *

Рекомендуемые книги и статьи по кинематике и физике элементарных частиц

    Книги А.М.Балдина, В.И.Гольданского, В.М.Максименко и И.Л.Розенталя [1], Г.И.Копылова [2], Е.Бюклинга и К.Каянти [3]. В.И.Гольданского, Ю.П.Никитина и И.Л.Розенталя [4] давно уже стали настольными справочниками любого физика, работающего в физике элементарных частиц и релятивистской ядерной физике.

В них рассмотрены разные аспекты релятивистской кинематики элементарных процессов, и все четыре книги, имея много общего, взаимно дополняют друг друга. В этом ряду выделяется прекрасная книга Г.И.Копылова своим живым и поэтичным стилем изложения и в частности — яркой характеристикой предмета кинематики.

    Книга П.К.Рашевского [5] полезна начинающим физикам во многих отношениях: как для углубления понимания специальной теории относительности, так и в качестве введения в общую теорию относительности.

Может показаться, что она не имеет прямого отношения в собственно кинематике, но это — только на первый взгляд.

    Статья Л.Б.

Окуня [6], где обсуждается физический смысл понятия массы частицы, очень важна для понимания принципиальной разницы между понятием энергии (компоненты 4-вектора энергии-импульса) и инвариантной величиной, связанной с этим 4-вектором: его скалярного произведения на самого себя, которое имеет смысл квадрата его «длины» в четырехмерном пространстве и обозначается как m2. К сожалению, в последние десятилетия для величины m вошел в обиход совершенно неправильный и физически бессмысленный термин «инвариантная масса». Этот термин подразумевает, что кроме «инвариантной массы» есть и не инвариантная масса. Но ведь такого понятия нет!

    Статья Р.Фейнмана [7] дана в списке общей литературы потому, что в ней очень ясно изложены основы партонной картины взаимодействия частиц.

* * *

    В курсе лекций по основам кинематики элементарных процессов для студентов, специализирующихся в области физики элементарных частиц и ядерной физики, представляется уместным дать некоторые рекомендации по литературе, вводящей в эту область физики. Соответствующий список дан в хронологическом порядке.

    Знакомство с книгами [8] — [12] весьма полезно, хоть они во многих аспектах уже довольно старомодны (особенно, когда речь идет об обсуждении моделей элементарных процессов или о численных значениях фундаментальных или феноменологических постоянных).

Вместе с тем, в них достаточно детально обсуждается ряд важных вопросов, которые в современных книгах обычно пропускаются как общеизвестные, хотя начинающим физикам знакомство с ними необходимо для понимания происхождения и физического смысла многих современных терминов или моделей.

    Книги [16] — [25] дают хорошее введение и общее представление о современной физике элементарных частиц и используемой в ней терминологии. Книги [9], [10], [13], [15] вводят читателя в круг понятий, идей и аппарата современной теории физики частиц, имея разный уровень сложности.

Различные аспекты современной физики элементарных частиц, классифицированные по типу взаимодействий, обсуждаются также в книгах [14]- [19].     Материал пособия сгруппирован по тематическому принципу.

Принятое разделение на части, соответствующие одной паре лекций, достаточно условно: объем отдельной части не обязательно соответствует по времени четырем академическим часам, если в них не выделено время на разбор задач по теме курса.

    Первая, вводная, часть по своему содержанию ближе всего к очерку состояния физики частиц и ядерной физики в конце первой декады 21-го столетия с акцентом на область промежуточных энергий. Ее основное предназначение — дать студенту-старшекурснику минимальное представление о том круге идей и проблем, с которым ему, возможно, предстоит встретиться при вступлении в самостоятельную научную жизнь и в каком контексте ему (возможно) придется применять свои знания релятивистской кинематики.

    Вполне очевидно, что тематика этой части наиболее субъективна и отражает научные интересы автора в первую очередь.

О сборниках задач по физике элементарных частиц и ядерной физике

    Удивительно, но оказывается, что современного специализированного отдельного задачника по основам релятивистской кинематики практически нет, хотя во всех рекомендованных книгах по кинематике есть задачи и упражнения практически ко всем их главам.

То же самое можно сказать и по отношению к сборникам задач по физике ядра и частиц, хотя все же есть несколько интересных задачников довольно почтенного возраста [26]-[27].     Представляется уместным дать в отдельном разделе подборку не слишком сложных задач и упражнений именно по материалу курса. Они составляют его неотъемлемую часть и сгруппированы в соответствии с темами лекций.

Все же для серьезных упражнений и тренировки весьма полезно не ограничиваться только ими, а использовать еще и материал из книг [1, 2, 3, 4].

* * *

Соглашения о единицах измерений и обозначениях

    Здесь приняты обычные для физики элементарных частиц соглашения о том, что энергии частиц измеряются в ГэВ, импульсы — в ГэВ/с, массы — в ГэВ/с2, углы — в радианах.

Скорости частиц измеряются в единицах скорости света (то есть, скорость света в пустоте принята за 1).     Как правило, все неинвариантные величины, взятые в системе центра масс, отмечаются звездочкой *.

Обозначения трехмерных векторов даются жирным шрифтом, обозначения четырехмерных векторов обычно даны заглавными буквами в курсивном шрифте.

Рекомендуемые книги по кинематике элементарных частиц

  [1] А.М.Балдин, В.И.Гольданский, В.М.Максименко, И.Л.Розенталь, «Кинематика ядерных реакций», изд. 2, Атомиздат, М., 1968.   [2] Г.И.Копылов, «Основы кинематики резонансов», «Наука», М., 1970.   [3] Е.Бюклинг, К.Каянти, «Кинематика элементарных частиц», пер. с англ. под ред. Г.И.Копылова, «Мир», М., 1975.

  [4] В.И.Гольданский, Ю.П.Никитин, И.Л.Розенталь, » Кинематические методы в физике высоких энергий», М., «Наука», гл. ред. ф.-м. литературы, М. 1987.   [5] П.К.Рашевский, «Риманова геометрия и тензорный анализ», изд. 3-е, «Наука», главн. ред. физико-математической литературы, М., 1967.   [6] L.B.

Okun, hep-ph/0602037

  [7] Основные идеи партонной картины взаимодействия адронов высоких энергий были сформулированы в сжатом виде (1969 г.) в знаменитой статье » Very high energy collisions of hadrons», R.P.Feynman, Phys. Rev. Lett. (1969) v.23 p.1415.

Рекомендуемые книги по физике частиц

  [8] Г. Челлен, «Физика элементарных частиц», пер. с англ. Г.В. Ефимова, под ред. P.M. Рындина, «Наука», Главн. ред. физико-математической литературы, М. 1966.   [9] Л.Д.Ландау и Е.М.Лифшиц, «Теория поля». Серия: Л.Д.Ландау и Е.М.Лифшиц, «Теоретическая физика», том П. «Наука», Главн. ред. физико-математической литературы, М. 1967.   [10] В.Б.

Берестецкий, Е.М.Лифшиц, Л.П.Питаевский, «Релятивистская квантовая теория», часть I. Серия: Л.Д.Ландау и Е.М.Лифшиц, «Теоретическая физика», том IV. «Наука», Главн. ред. физико-математической литературы, М. 1968.   [11] С.Газиорович, «Физика элементарных частиц», пер. с англ. А.Д.Суханова, М., «Наука», Главн. ред. физико-математической литературы, М. 1969.

  [12] Р. Блин-Стойл, «Фундаментальные взаимодействия и атомное ядро», пер. с англ. под ред. И.С.Шапиро, «Мир», М., 1976.   [13] Дж.Д.Бьеркен, С.Д.Дрелл, «Релятивистская квантовая теория», т.1 и 2, пер. с англ. Б.О.Кербикова (т.1), И.М.Народецкого (т.2) под ред. В.Б.Берестецкого, М.. «Наука», Главн. ред. физико-математической литературы, 1978.   [14] Ф.

Клоуз, «Кварки и партоны», пер. с англ. П.Б.Вигмана под ред. Н.Н.Николаева, М., «Мир», 1982.   [15] Х.Пилькун, «Физика релятивистских частиц», пер. с англ. И.И.Иванчика под ред. И.М.Дремина, М., «Мир», 1983.   [16] Л.Б. Окунь, «Физика элементарных частиц», М., «Наука», Главн. ред. физико-математической литературы, 1984.   [17] Ф.Хелзен, А.

Мартин, «Кварки и лептоны», пер. с англ. А.П.Каряки, Г.В.Григоряна, Н.Л.Тер-Исаакяна под ред. А.Ц.Аматуни, М., «Мир», 1987.   [18] Ф.Комминс, Ф.Буксбаум, «Слабые взаимодействия лептонов и кварков», пер. с англ. А.В.Беркова, М., Энергоатомиздат, 1987.   [19] Т.Эриксон, В.Вайзе, «Пионы и ядра», пер. с англ. В.М.Колыбасова, К.В.Протасова под ред. И.С.Шапиро, М.

, «Наука», Главн. ред. физико-математической литературы, 1991.   [20] Д.Перкинс, «Введение в физику высоких энергий», изд. 3-е, пер. с англ. А.В.Беркова под ред. Б.А.Долгошеина, М., Энер-гоатомиздат, 1991; существует также дополненное и переработанное 4-е издание этой книги.   [21] И.М.Тернов, «Введение в физику спина релятивистских частиц», МГУ, 1997.

  [22] А.Любимов, Д.Киш, «Введение в экспериментальную физику частиц», изд. 2-е, М., Физматлит, 2001.   [23] М.Е.Пескин, Д.В.Шредер, «Введение в квантовую теорию поля», пер. с англ. А.В.Беркова под ред. А.А.Белавина, Научно-изд. центр » Регулярная и хаотическая динамика», Ижевск, 2001 г.   [24] С.Вайнберг, «Квантовая теория поля», т.1 и 2, пер. с англ.

; под ред. В.Ч.Жуковского, М., «Физматлит», 2003-2004.

  [25] И.М. Капитонов, «Введение в физику ядра и частиц», изд. 3-е, М.: КомКнига, 2006.

Рекомендуемые сборники задач

  [26] А.Камал, «Задачи по физике элементарных частиц», пер. с англ. К.П.Павлова, А.Д.Суханова под ред. Ю.М.Широкова, «Наука», Гл. ред. физ.-мат. литературы, М., 1968.   [27] Л.Г.Гречко и др., «Сборник задач по теоретической физике», «Высшая школа», М., 1972.

  [28] Дж.Кронин, Д.Гринберг, В.Телегди, «Сборник задач по физике с решениями», пер. с англ. Г.В.Даниляна под ред. П.А.Крупчицкого, изд. 2-е, «Атомиздат», М., 1975.

Источник: http://nuclphys.sinp.msu.ru/kinematics/index.html

Как изучают элементарные частицы

Ставя физические опыты, ученые фактически задают природе вопросы. Если опыт поставлен грамотно, если все технические тонкости учтены и если результат его правильно интерпретирован — ученые получают ответ природы, новое знание о физическом мире.

Физики задают природе вопросы и об устройстве микромира. Для общения с природой на эту тему был найден удобный язык, этакая «азбука Морзе» для разговоров о микромире.

«Буквами» этого языка служат разнообразные элементарные частицы и их характеристики, «словами» — комбинации элементарных частиц, которые рождаются в каком-то столкновении на коллайдере и затем регистрируются в детекторе.

А последовательность из большого числа одинаковых столкновений с самыми разными результатами — это целые «фразы», которыми природа рассказывает нам о каком-то своем свойстве.

Задача физика-экспериментатора — правильно распознать все буквы и слова, найти в этом потоке информации от природы фразы и правильно понять их смысл.

Читайте также:  Влияние человека на окружающую среду - в помощь студенту

Этапы изучения элементарных частиц

То же самое можно выразить и менее поэтическим языком. Физикам требуется:

  • зарегистрировать частицы, рождающиеся в столкновениях, и аккуратно измерить их характеристики;
  • понять, как частицы комбинируются друг с другом: какая вместе с какой рождается, какая на какую распадается, какая с какой взаимодействует;
  • повторить такое столкновение много раз, набрать большой объем данных и, анализируя его статистическими методами, извлечь закономерности;
  • проверить, согласуются ли эти закономерности друг с другом и с теоретическими предсказаниями.

Все эти этапы вместе и составляют задачу изучения элементарных частиц. Перечислим некоторые тонкости этих этапов.

Регистрация событий

Элементарные частицы, родившись в столкновении внутри коллайдера, разлетаются прочь с околосветовой скоростью.

Если на пути частицы поставить какой-нибудь простой датчик, то он, может быть, зарегистрирует пролет частицы, но не расскажет ни о ее сорте, ни о ее заряде, энергии, массе, времени жизни и прочих характеристиках.

Всю эту информацию приходится «выцарапывать» с помощью сложных многослойных детекторов элементарных частиц.

Многослойность нужна потому, что каждый слой оптимизирован для измерения какой-то одной характеристики. Внутренние части детектора очень точно измеряют траектории частиц и почти не мешают их движению.

Следующие слои, напротив, стараются полностью поглотить интенсивно взаимодействующие частицы, чтобы измерить их энергию.

А на самой периферии детектора установлены датчики, которые отслеживают плохо взаимодействующие частицы (в основном, мюоны).

(Подробнее о принципах детектирования элементарных частиц)

В каждом слое используются свои инженерные решения, которые зачастую были придуманы специально для этого детектора. Так что современный детектор вовсе не собирается из каких-то стандартных готовых блоков, а изобретается почти с нуля.

Поэтому все детекторы, установленные на Большом адронном коллайдере, непохожи друг на друга и имеют свои изюминки.

При этом многие из них специально оптимизированы для какого-то определенного класса «вопросов природе», и лишь два самых крупных детектора — CMS и ATLAS — являются многоцелевыми.

(Подробнее о детекторах на LHC)

Сразу после того, как столкновение зарегистрировано, оно моментально — за доли микросекунды! — оценивается на предмет его «научной интересности». Это решение принимается электроникой, установленной рядом с детектором; эта совокупность электроники называется триггером.

Если в том «снимке события», который запечатлел детектор, прослеживаются намеки на частицы большой энергии или прочие интересные объекты, триггер разрешает полностью оцифровать событие и пропускает его дальше.

Оно затем поступает в вычислительные центры и записывается для будущего анализа.

Анализ статистики

Анализ событий начинается не сразу, а после того, как накопится заметное число событий. В рамках крупной коллаборации выделяется несколько десятков небольших групп, каждая из которых в течение месяцев или даже лет работает над определенным типом анализа. Это может быть поиск хиггсовского бозона, измерение массы топ-кварка, изучение распадов B-мезонов, и многое другое.

Работа этой группы, в общих чертах, выглядит так. Исследователи изучают ранее накопленный опыт изучения таких частиц и вырабатывают критерии поиска (какие события отбирать, а какие игнорировать, на какие характеристики частиц обращать внимание прежде всего, какого сорта проверки полезно делать).

Они (а точнее, написанные ими программы) перебирают всю накопленную статистику и отбирают события, удовлетворяющие их критериям. Затем с этой выборкой идет длительная работа: физики классифицируют события, строят распределения, выделяют области, наиболее чувствительные к искомому эффекту, и т. д.

Параллельно они проводят моделирование с помощью специально созданных программных пакетов, в которых заложена та или иная теоретическая модель, либо Стандартная модель, либо какой-то вариант Новой физики.

Эти программы генерируют псевдоданные, то есть они как бы эмулируют работу коллайдера в рамках какого-то теоретического предположения. Эти псевдоданные тоже могут подвергаться тем же самым критериям отбора, которые применяются и к настоящим данным коллайдера.

Экспериментаторы сравнивают одни с другими, и это позволяет им не только сказать что-то о результатах измерений, но и еще больше оптимизировать анализ данных. При этом сравнение и оптимизация делаются так, чтобы не допустить предвзятость самих исследователей (см.

пример в новости Что означает «слепой анализ» при поиске новых частиц?)

Разумеется, вся эта работа очень сложна и содержит множество подводных камней. Результат, который получают экспериментаторы, вовсе не идеально точен, а содержит разнообразные погрешности самого разного происхождения. Грамотная оценка всех источников погрешностей — один из ключевых этапов работы исследовательской группы.

(Подробнее о погрешностях экспериментальных результатов)

После того как результат получен и перепроверен внутри маленькой группы, пишется статья с изложением результата, и она выносится на обсуждение всей коллаборации. Проходит несколько этапов обсуждения работы, и после того, как коллаборация дает добро, статья публикуется. Именно в этот момент «внешний мир» узнает, что такая-то коллаборация провела такой-то анализ и опубликовала статью.

Желающим ближе познакомиться со всеми этими этапами работы на одном конкретном примере можно порекомендовать большой популярный рассказ Анатомия одной новости, или Как на самом деле физики изучают элементарные частицы.

В физике элементарных частиц принято все свежие статьи выкладывать в полностью открытый архив е-принтов arxiv.org (так и читается, «архив»). Одновременно статья направляется для публикации в научный журнал, и после прохождения этапа рецензирования статья появляется в печати.

Стоит подчеркнуть, что политика ЦЕРНа такова, что абсолютно все статьи с результатами Большого адронного коллайдера находятся в свободном доступе — не важно, в каком журнале они опубликованы. Так что с результатами LHC во всех деталях может познакомиться любой желающий.

Источник: https://elementy.ru/LHC/HEP/study

Частицы элементарные

Содержание статьи

Частицы элементарные. Состав материи невероятно прост. Вся видимая материя во Вселенной – на Земле и в космосе – состоит из фундаментальных частиц трех разных видов: электронов и двух типов кварков.

Эти три частицы (как и другие описываемые ниже) взаимно притягиваются и отталкиваются соответственно своим зарядам, которых всего четыре вида по числу фундаментальных сил природы.

Заряды можно расположить в порядке уменьшения соответствующих сил следующим образом: цветовой заряд (силы взаимодействия между кварками); электрический заряд (электрические и магнитные силы); слабый заряд (силы в некоторых радиоактивных процессах); наконец, масса (силы тяготения, или гравитационного взаимодействия).

Слово «цвет» здесь не имеет ничего общего с цветом видимого света; это просто характеристика сильного заряда и самых больших сил.

Заряды сохраняются, т.е. заряд, входящий в систему, равен заряду, из нее выходящему. Если суммарный электрический заряд некоторого числа частиц до их взаимодействия равен, скажем, 342 единицам, то он и после взаимодействия независимо от его результата будет равен 342 единицам.

Это относится и к другим зарядам: цветовому (заряду сильного взаимодействия), слабому и массовому (массе). Частицы различаются своими зарядами: в сущности, они и «есть» эти заряды. Заряды – это как бы «справка» о праве отвечать на соответствующую силу.

Так, только на цветные частицы действуют цветовые силы, только на электрически заряженные частицы действуют электрические силы и т.д. Свойства частицы определяются наибольшей силой, действующей на нее.

Только кварки являются носителями всех зарядов и, следовательно, подвержены действию всех сил, среди которых доминирующей является цветовая. Электроны имеют все заряды, кроме цветового, а доминирующей для них является электромагнитная сила.

Наиболее устойчивыми в природе оказываются, как правило, нейтральные комбинации частиц, в которых заряд частиц одного знака компенсируется суммарным зарядом частиц другого знака. Это отвечает минимуму энергии всей системы.

(Точно так же два стержневых магнита располагаются в линию, причем северный полюс одного из них обращен к южному полюсу другого, что соответствует минимуму энергии магнитного поля.

) Гравитация же является исключением из этого правила: отрицательной массы не существует. Нет тел, которые падали бы вверх.

Виды материи

Обычная материя образуется из электронов и кварков, группирующихся в объекты, нейтральные по цветовому, а затем и по электрическому заряду. Цветовая сила нейтрализуется, о чем подробнее будет сказано ниже, когда частицы объединяются в триплеты.

(Отсюда и сам термин «цвет», взятый из оптики: три основных цвета при смешении дают белый.) Таким образом, кварки, для которых цветовая сила является главной, образуют триплеты. Но кварки, а они подразделяются на u-кварки (от англ.

up – верхний) и d-кварки (от англ. down – нижний), имеют еще и электрический заряд, равный для u-кварка и для d-кварка.

Два u-кварка и один d-кварк дают электрический заряд +1 и образуют протон, а один u-кварк и два d-кварка дают нулевой электрический заряд и образуют нейтрон.

Стабильные протоны и нейтроны, притягиваемые друг к другу остаточными цветовыми силами взаимодействия между составляющими их кварками, образуют нейтральное по цвету ядро атома.

Но ядра несут положительный электрический заряд и, притягивая отрицательные электроны, вращающиеся вокруг ядра наподобие планет, обращающихся вокруг Солнца, стремятся образовать нейтральный атом.

Электроны на своих орбитах удалены от ядра на расстояния, в десятки тысяч раз превышающие радиус ядра, – свидетельство того, что удерживающие их электрические силы гораздо слабее ядерных. Благодаря силе цветового взаимодействия 99,945% массы атома заключено в его ядре.

Масса u— и d-кварков примерно в 600 раз больше массы электрона. Поэтому электроны намного легче и подвижнее ядер. Их движением в веществе обусловлены электрические явления.

Существует несколько сот природных разновидностей атомов (включая изотопы), различающихся числом нейтронов и протонов в ядре и соответственно числом электронов на орбитах. Самый простой – атом водорода, состоящий из ядра в виде протона и обращающегося вокруг него единственного электрона.

Вся «видимая» материя в природе состоит из атомов и частично «разобранных» атомов, которые называются ионами. Ионы – это атомы, которые, потеряв (или приобретя) несколько электронов, стали заряженными частицами. Материя, состоящая почти из одних ионов, называется плазмой.

Звезды, горящие за счет идущих в центрах термоядерных реакций, состоят в основном из плазмы, а поскольку звезды – самая распространенная форма материи во Вселенной, можно сказать, что и вся Вселенная состоит в основном из плазмы. Точнее, звезды – это преимущественно полностью ионизованный газообразный водород, т.е.

смесь отдельных протонов и электронов, а стало быть, из нее и состоит почти вся видимая Вселенная.

Это – видимая материя. Но во Вселенной есть еще невидимая материя. И есть частицы, выступающие в роли носителей сил. Существуют античастицы и возбужденные состояния некоторых частиц. Все это приводит к явно чрезмерному изобилию «элементарных» частиц.

В этом изобилии можно найти указание на действительную, истинную природу элементарных частиц и сил, действующих между ними.

Согласно самым последним теориям, частицы в своей основе могут представлять собой протяженные геометрические объекты – «струны» в десятимерном пространстве.

Невидимый мир

Во Вселенной имеется не только видимая материя (а также черные дыры и «темная материя», например холодные планеты, которые станут видимыми, если их осветить). Существует и подлинно невидимая материя, пронизывающая всех нас и всю Вселенную ежесекундно. Она представляет собой быстро движущийся газ из частиц одного сорта – электронных нейтрино.

Электронное нейтрино является партнером электрона, но не имеет электрического заряда. Нейтрино несут лишь так называемый слабый заряд. Их масса покоя, по всей вероятности, равна нулю.

Но с гравитационным полем они взаимодействуют, поскольку обладают кинетической энергией E, которой соответствует эффективная масса m, согласно формуле Эйнштейна E = mc2, где c – скорость света.

Таблица 1. ФУНДАМЕНТАЛЬНЫЕ ЧАСТИЦЫ

Таблица 1. ФУНДАМЕНТАЛЬНЫЕ ЧАСТИЦЫ
Частица Масса покоя, МэВ/с2 Электрический заряд Цветовой заряд Слабый заряд
КВАРКИ
u-кварк 350 +2/3 Красный, зеленый, синий +1/2
d-кварк 350 –1/3 Красный, зеленый, синий –1/2
ЛЕПТОНЫ
Электронное нейтрино
Мюон 106 0 0 –1/2
ТРЕТЬЕ ПОКОЛЕНИЕ
t-кварк 30000–174000 +2/3 Красный, зеленый или синий +1/2
b-кварк 4700 –1/3 То же –1/2
Тау-нейтрино

Источник: https://www.krugosvet.ru/enc/nauka_i_tehnika/fizika/CHASTITSI_ELEMENTARNIE.html

Ссылка на основную публикацию