كيف يمكن الحصول على الجسيمات الأولية؟ الجسيمات الأخرى الموجودة والافتراضية

الجسيمات الأولية

مقدمة

E. الجسيمات بالمعنى الدقيق لهذا المصطلح هي جسيمات أولية غير قابلة للتحلل، والتي تتكون منها كل المادة، حسب الافتراض. في مفهوم "E.h." في الحديث تجد الفيزياء تعبيرًا لها في فكرة الكيانات البدائية التي تحدد جميع الخصائص الملحوظة للعالم المادي، وهي الفكرة التي نشأت في المراحل الأولى من تطور العلوم الطبيعية ولعبت دائمًا دورًا مهمًا في تطورها.

مفهوم "E.h." تشكلت في اتصال وثيق مع إنشاء الطبيعة المنفصلة لبنية المادة على المستوى المجهري. مستوى. الاكتشاف في مطلع القرنين التاسع عشر والعشرين. أصغر حاملات لخصائص المادة - الجزيئات والذرات - وإثبات حقيقة أن الجزيئات مبنية من الذرات، أتاح لأول مرة وصف جميع المواد المرصودة على أنها مجموعات من عدد محدود، وإن كان كبيرًا، من العناصر الهيكلية المكونات - الذرات. التحديد اللاحق للأجزاء المكونة للذرات - الإلكترونات والنوى، وإنشاء الطبيعة المعقدة للنواة نفسها، والتي تبين أنها مبنية من جسيمين فقط (النيوكليونات): البروتونات والنيوترونات، قلل بشكل كبير من عدد العناصر المنفصلة التي تشكل خصائص المادة، وأعطى سببًا لافتراض أن سلسلة الأجزاء المكونة للمادة تبلغ ذروتها في تكوينات منفصلة غير هيكلية - تم الكشف عنها في البداية. القرن ال 20 إمكانية تفسير المغن. الحقول كمجموعة من الجسيمات الخاصة - الفوتونات - عززت الاقتناع بصحة هذا النهج.

ومع ذلك، فإن الافتراض المصاغ، بشكل عام، هو استقراء لحقائق معروفة ولا يمكن إثباته بشكل صارم. من المستحيل أن نقول على وجه اليقين أن الجسيمات الأولية بالمعنى المذكور أعلاه موجودة. ومن الممكن أيضًا أن تكون عبارة "يتكون من..." في مرحلة ما من دراسة المادة خالية من المحتوى. وفي هذه الحالة، يجب التخلي عن تعريف "الابتدائي" الوارد أعلاه. إن وجود عنصر الإلكترون هو نوع من المسلمات، واختبار صحته من أهم المهام في الفيزياء.

كقاعدة عامة، مصطلح "E. h." المستخدمة في الحديث الفيزياء ليس بمعناها الدقيق، ولكن بشكل أقل دقة - لتسمية مجموعة كبيرة من أصغر جسيمات المادة التي يمكن ملاحظتها، بشرط ألا تكون ذرات أو نوى ذرية، أي كائنات ذات طبيعة مركبة بشكل واضح (الاستثناء هو البروتون - نواة ذرة الهيدروجين). وقد أظهرت الأبحاث أن هذه المجموعة من الجسيمات واسعة بشكل غير عادي. بجانب بروتون(ص)، النيوترون(ن)، إلكترون(و) و الفوتون(ز) تشمل: ميزون باي(ع)، الميونات(م)، لبتونات تاو(ت)، النيوترينوثلاثة أنواع( الخامسه، الخامسم، الخامسر)، ما يسمى جزيئات غريبة( ميسون Kو هايبرونات)، الجسيمات المسحورةوالجسيمات الجميلة (الجميلة) (الميزونات D وB وما يقابلها الباريونات)،متنوع الأصداء، بما في ذلك. الميزوناتبالسحر الخفي والسحر ( ncu في كثير من الأحيان، جزيئات أبسيلون) وفتح أخيرًا في البداية. الثمانينيات بوزونات ناقلة وسيطة (W، Z)- أكثر من 350 جسيمًا بشكل أساسي غير مستقر. إن عدد الجسيمات الموجودة في هذه المجموعة عند اكتشافها يتزايد باستمرار، ويمكننا أن نقول بثقة أنه سيستمر في النمو. من الواضح أن مثل هذا العدد الهائل من الجزيئات لا يمكن أن يكون بمثابة مكونات أولية للمادة، وبالفعل، في السبعينيات. وقد تبين أن معظم الجسيمات المدرجة (جميع الميزونات والباريونات) هي أنظمة مركبة. يجب أن يُطلق على الجسيمات الموجودة في هذه المجموعة الأخيرة اسم الجسيمات "تحت النووية" بشكل أكثر دقة، لأنها تمثل أشكالًا محددة من وجود المادة التي لا يتم تجميعها في نوى. استخدام الاسم "E.h." بالنسبة لجميع الجزيئات المذكورة، فهو مبني على التاريخ والأسباب ويرتبط بفترة البحث (أوائل الثلاثينيات)، عندما يكون الوحيد الممثلون المعروفون لهذه المجموعة هم البروتون والنيوترون والإلكترون والجسيمات الإلكترونية المغناطيسية. الحقول - الفوتون. ومن ثم يمكن لهذه الجسيمات، بحق معين، أن تدعي دور جسيمات E..

اكتشاف المجهر الجديد. دمرت الجسيمات تدريجيًا هذه الصورة البسيطة لبنية المادة. إلا أن الجسيمات المكتشفة حديثا في خصائصها كانت في عدد من النواحي قريبة من الجسيمات الأربعة الأولى المعروفة: إما البروتون والنيوترون، أو الإلكترون، أو الفوتون. وطالما أن عدد هذه الجسيمات لم يكن كبيرًا جدًا، فقد ظل الاعتقاد قائمًا بأنها جميعها تلعب دور الأساس. دورها في بنية المادة، وتم إدراجها في فئة الجسيمات E. ومع زيادة عدد الجزيئات، كان لا بد من التخلي عن هذا الاعتقاد، ولكن تقليديا. اسم "إيه." تم حجزها لهم.

وفقًا للممارسة المتبعة، فإن مصطلح "E. h." سيتم استخدامه أدناه كاسم عام لجميع أصغر جسيمات المادة. في الحالات التي نتحدث فيها عن الجسيمات التي تدعي أنها العناصر الأولية للمادة، سيتم استخدام مصطلح "صحيح" إذا لزم الأمر الجسيمات الأولية".

معلومات تاريخية مختصرة

كان اكتشاف جزيئات الإلكترون نتيجة طبيعية للنجاحات العامة التي حققتها الفيزياء في دراسة بنية المادة في أواخر الستينيات. القرن ال 19 وقد تم إعداده بدراسات تفصيلية لأطياف الذرات ودراسة الكهرباء. الظواهر في السوائل والغازات، اكتشاف الطاقة الكهروضوئية، الأشعة السينية. الأشعة الطبيعية النشاط الإشعاعي، مما يدل على وجود بنية معقدة للمادة.

تاريخيًا، أول عنصر تم اكتشافه هو الإلكترون، وهو حامل للكهرباء الأولية السالبة. تهمة في الذرات. في عام 1897، أظهر J. J. Thomson بشكل مقنع أن ما يسمى. تمثل أشعة الكاثود تيارًا من الشحنات. الجسيمات والتي سميت فيما بعد بالإلكترونات. في عام 1911، مرور رذرفورد جسيمات ألفامن الطبيعة مشع. المصدر من خلال تحلل الرقائق الرقيقة. المواد، توصل إلى استنتاج مفاده أنه سيضعه. تتركز الشحنة في الذرات في التكوينات المدمجة - النوى، وفي عام 1919 اكتشف البروتونات - جزيئات ذات وحدة موجبة - بين الجزيئات التي خرجت من النوى الذرية. شحنتها وكتلتها أكبر بـ 1840 مرة من كتلة الإلكترون. تم اكتشاف جسيم آخر يشكل جزءًا من النواة، وهو النيوترون، في عام 1932 بواسطة ج. تشادويك أثناء دراسة تفاعل جسيمات ألفا مع البريليوم. كتلة النيوترون قريبة من كتلة البروتون، لكنه لا يملك كهرباء. تكلفة. وأكمل اكتشاف النيوترون التعرف على الجسيمات التي هي العناصر الهيكلية للذرات ونواتها.

استنتاج حول وجود جسيم مغناطيسي. الحقول - الفوتون - تنشأ من أعمال إم. بلانك (إم. بلانك، 1900). للحصول على وصف صحيح لطيف الإشعاع لجسم أسود تماما، اضطر بلانك إلى افتراض أن طاقة الإشعاع مقسمة إلى أجزاء. أجزاء (الكميات). تطوير فكرة بلانك، اقترح أ. أينشتاين في عام 1905 أن المغن. الإشعاع هو تدفق الكميات (الفوتونات) وعلى هذا الأساس تم شرح قوانين التأثير الكهروضوئي. التجارب المباشرة تم تقديم الدليل على وجود الفوتون من قبل ر. ميليكان في 1912-1915 عند دراسة التأثير الكهروضوئي ومن قبل أ. كومبتون في عام 1922 عند دراسة تشتت كمات جاما بواسطة الإلكترونات (انظر. تأثير كومبتون).

تعود فكرة وجود النيوترينو، وهو جسيم يتفاعل بشكل ضعيف للغاية مع المادة، إلى دبليو. باولي (د. باولي، 1930)، الذي أشار إلى أن مثل هذه الفرضية تزيل الصعوبات التي تواجه قانون الحفاظ على الطاقة في عمليات اضمحلال بيتا للمواد المشعة. النوى. تم تأكيد وجود النيوترينوات تجريبيا من خلال دراسة العملية العكسية اضمحلال بيتافقط في عام 1956 [ف. F. رينز وسي. كوان].

من الثلاثينيات إلى البداية. الخمسينيات كانت دراسة E. h مرتبطة ارتباطًا وثيقًا بالدراسة الأشعة الكونية. في عام 1932، كجزء من مهمة فضائية. تم اكتشاف الأشعة بواسطة C. Anderson بوزيترون(ه +) - جسيم له كتلة الإلكترون، ولكن ذو كهرباء موجبة. تكلفة. وكان البوزيترون أول من اكتشفجسيم مضاد

. إن وجود البوزيترون ينبع مباشرة من النظرية النسبية للإلكترون، التي طورها بي. ديراك في 1928-1931 قبل وقت قصير من اكتشاف البوزيترون. في عام 1936، اكتشف أندرسون وS. Neddermeyer أثناء استكشاف الفضاء. الأشعة، والميونات (كلاهما علامة للشحنة الكهربائية) هي جسيمات تبلغ كتلتها حوالي 200 كتلة الإلكترون، ولكنها قريبة منها بشكل مدهش في الخصائص. + في عام 1947 أيضا في الفضاء. تم اكتشاف الأشعة بواسطة مجموعة S. Powell ص

- و p - الميزونات التي تبلغ كتلتها 274 كتلة إلكترون، والتي تلعب دورًا مهمًا في تفاعل البروتونات مع النيوترونات في النوى. تم اقتراح وجود مثل هذه الجسيمات بواسطة H. Yukawa في عام 1935. يخدع. الأربعينيات - مبكرًا الخمسينيات تميزت باكتشاف مجموعة كبيرة من الجسيمات ذات خصائص غير عادية تسمى. "غريب". تم اكتشاف الجسيمات الأولى من هذه المجموعة - K + و K - mesons، L-hyperons - في الفضاء. الأشعة، تم اكتشافات لاحقة لجسيمات غريبةمسرعات الجسيمات المشحونة

من البداية الخمسينيات أصبحت المسرعات هي الرئيسية أداة للدراسة E. ح. الأعلى. وقد بلغت طاقات الجسيمات المتسارعة في المسرعات مئات المليارات من الإلكترون فولت (GeV)، وما زالت عملية زيادة الطاقات مستمرة. ترجع الرغبة في زيادة طاقات الجسيمات المتسارعة إلى حقيقة أن هذا المسار يفتح فرصًا لدراسة بنية المادة على مسافات أقصر، وكلما ارتفعت طاقة الجسيمات المتصادمة، فضلاً عن إمكانية ولادة جسيمات أثقل بشكل متزايد. . لقد أدت المسرعات إلى زيادة كبيرة في معدل الحصول على بيانات جديدة وفي وقت قصير قامت بتوسيع وإثراء معرفتنا بخصائص العالم الصغير.

إن تشغيل مسرعات البروتونات بطاقة مليارات الإلكترونات مكّن من اكتشاف الجسيمات المضادة الثقيلة: مضاد البروتون (1955), نيوترون مضاد(1956)، مضاد سيجماجي بيرون (I960). في عام 1964، تم اكتشاف أثقل جسيم من مجموعة الهايبرونات - W - (بكتلة تبلغ حوالي ضعف كتلة البروتون).

منذ الستينيات. بمساعدة المسرعات، تم التعرف على عدد كبير من الجسيمات غير المستقرة للغاية (مقارنة بجسيمات الإلكترون غير المستقرة الأخرى)، والتي تسمى بالجسيمات. الأصداء. معظمها كتلته أكبر من كتلة البروتون. [أولها، D (1232)، الذي يضمحل إلى بي ميزون ونيوكليون، معروف منذ عام 1953.] وتبين أن الرنين هو المكون الرئيسي. جزء من ه.

في عام 1974، تم اكتشاف جسيمات ضخمة (3-4 كتل بروتونية) وفي نفس الوقت مستقرة نسبيًا، مع عمر أطول بحوالي 10 3 مرات من العمر النموذجي للرنين. لقد تبين أنهم مرتبطون ارتباطًا وثيقًا بالعائلة الجديدة من الجسيمات الساحرة E. والممثلون الأوائل لها (D-mesons، L مع- الباريونات) تم اكتشافها في عام 1976.

وفي عام 1977، تم اكتشاف جسيمات أثقل (حوالي 10 كتلة بروتون) بالإضافة إلى جسيمات رطل لكل بوصة مربعة، والتي كانت مستقرة بشكل غير طبيعي بالنسبة للجسيمات ذات هذه الكتل الكبيرة. لقد بشروا بوجود عائلة أخرى غير عادية من الجسيمات الجميلة أو الجميلة. تم اكتشاف ممثليها - ميسون B - في 1981-1983، L ب- الباريونات - في عام 1992.

في عام 1962، وجد أنه في الطبيعة لا يوجد نوع واحد من النيوترينو، بل نوعان على الأقل: الإلكترون. الخامسه ومون الخامسم. شهد عام 1975 اكتشاف تي ليبتون، وهو جسيم أثقل مرتين تقريبًا من البروتون، ولكنه بخلاف ذلك يكرر خصائص الإلكترون والميون. وسرعان ما أصبح من الواضح أن نوعًا آخر من النيوترينو مرتبط به الخامست.

أخيرًا، في عام 1983، خلال التجارب التي أجريت على مصادم البروتونات المضادة للبروتونات (تركيب لتنفيذ حزم تصادمية من الجسيمات المتسارعة)، تم اكتشاف أثقل جزيئات الإلكترون المعروفة: البوزونات الوسيطة المشحونة ث ب (م ث 80 GeV) وبوزون وسيط محايد ز 0 (م ض = 91 جيف).

وهكذا، خلال ما يقرب من 100 عام منذ اكتشاف الإلكترون، تم اكتشاف عدد كبير من الجسيمات الدقيقة المختلفة للمادة. تبين أن عالم E. h. معقد للغاية. غير متوقع في نواح كثيرة تبين أن العلاقات هي خصائص الأجزاء E المكتشفة لوصفها، بالإضافة إلى الخصائص المستعارة من الأجزاء الكلاسيكية. الفيزياء، مثل الكهرباء الشحنة والكتلة والزخم الزاوي، كان من الضروري تقديم العديد من العروض الخاصة الجديدة. الخصائص، ولا سيما وصف الغريب والمسحور والساحر (الجميل) E. h.- غرابة[ل. نيشيجيما (ك. نيشيجيما)، إم. جيل مان (م. جيل مان)، 1953]، سحر[ج. بيوركين (ج. بيوركن)، ش. جلاشو (ش. جلاشو)، 1964]، جمال. تعكس أسماء الخصائص المعينة بالفعل الطبيعة غير العادية للخصائص التي تصفها.

الدراسة داخلية منذ خطواته الأولى، كانت بنية المادة وخصائص الإلكترونات مصحوبة بمراجعة جذرية للعديد من المفاهيم والأفكار الراسخة. تبين أن القوانين التي تحكم سلوك المادة في الأشياء الصغيرة مختلفة تمامًا عن القوانين الكلاسيكية. الميكانيكا وأنها تتطلب نظريات نظرية جديدة تماما لوصفها. اعمال البناء. كانت هذه النظريات الجديدة، في المقام الأول، خاصة (خاصة) النظرية النسبية(أينشتاين، 1905) و ميكانيكا الكم(H. Bohr، L. de Broglie، W. Heisenberg، E. Schrödinger، M. Born؛ 1924-27). شكلت النظرية النسبية وميكانيكا الكم ثورة حقيقية في علم الطبيعة ووضعت الأسس لوصف ظواهر العالم الصغير. ومع ذلك، فقد تبين أنه غير كاف لوصف العمليات التي تحدث مع E. h. كانت هناك حاجة إلى الخطوة التالية - تكميم الكلاسيكية. الحقول (ما يسمى التكميم الثانوي) و تطور نظرية المجال الكمي. وكانت أهم المراحل في طريق تطورها هي: الصياغة الديناميكا الكهربائية الكمية(ديراك، 1929)، نظرية الكم لاضمحلال بيتا [E. فيرمي (إي. فيرمي)، 1934] - أسلاف الحديث. النظرية الظواهرية للتفاعلات الضعيفة والديناميكا الكمية (X. Yukawa، 1935). انتهت هذه الفترة بإنشاء الخلافة. سوف يحسب. جهاز الديناميكا الكهربائية الكمومية [S. Tomona-ga (S. Tomonaga)، P. Feynman (R. Feynman)، J. Schwinger (J. Schwinger)؛ 1944-49]، على أساس استخدام التكنولوجيا إعادة التطبيعتم تعميم هذه التقنية لاحقًا على أشكال أخرى من نظرية المجال الكمي.

ارتبطت مرحلة مهمة في التطور اللاحق لنظرية المجال الكمي بتطور أفكار حول ما يسمى ب. مجالات المعايرةأو يونغ - حقول المطاحن(C. Young, P. Mills, 1954)، مما جعل من الممكن إقامة العلاقة بين الخصائص تناظرالتفاعلات مع الحقول. تعتبر النظرية الكمومية للمجالات القياسية حاليًا الأساس لوصف تفاعلات جزيئات الإلكترون. وقد حققت هذه النظرية عددًا من النجاحات الجادة، ومع ذلك فهي لا تزال بعيدة جدًا عن الاكتمال ولا يمكنها حتى الآن أن تدعي أنها نظرية شاملة لجسيمات الإلكترون أكثر قد تكون هناك حاجة إلى أكثر من إعادة هيكلة لجميع الأفكار وفهم أعمق بكثير للعلاقة بين خصائص الجسيمات الدقيقة وخصائص الزمكان قبل بناء مثل هذه النظرية.

الخصائص الأساسية للجسيمات الأولية. فئات التفاعل

جميع E. h هي كائنات ذات كتل وأحجام صغيرة بشكل استثنائي. بالنسبة لمعظمها، تكون الكتل m من رتبة كتلة البروتون، وتساوي 1.6·10 -24 جم (فقط كتلة الإلكترون أصغر بشكل ملحوظ: 9·10 -28 جم). إن الأحجام المحددة تجريبياً للبروتونات والنيوترونات والميزونات p وK تساوي من حيث الحجم 10 -13 سم (انظر. "حجم" الجسيم الأولي). ولم يكن من الممكن تحديد أحجام الإلكترون والميون؛ إلا أنه من المعروف أنهما أقل من 10 -16 سم. إن كتل وأبعاد جزيئات الإلكترون تكمن وراء الخصوصية الكمومية لسلوكها. الأطوال الموجية المميزة التي ينبغي أن تعزى إلى جسيمات الإلكترون في نظرية الكم (= /ح-الطول الموجي كومبتون)، من حيث الحجم قريبة من الأحجام النموذجية التي يحدث فيها تفاعلها (على سبيل المثال، بالنسبة للميزون p /ts 1.4 10-13 سم). وهذا يؤدي إلى حقيقة أن قوانين الكم حاسمة في سلوك جزيئات الإلكترون.

نائب. من الخصائص الكمومية المهمة لجميع الإلكترونات قدرتها على النشوء والتدمير (الانبعاث والامتصاص) عند التفاعل مع الجسيمات الأخرى. وفي هذا الصدد، فهي مشابهة تمامًا للفوتونات. هـ. محدد. الكميات من المادة، على نحو أدق - الكميات المقابلة المجالات المادية. جميع العمليات التي تنطوي على جزيئات الإلكترون تتم من خلال سلسلة من أعمال الامتصاص والانبعاث. فقط على هذا الأساس يمكن للمرء أن يفهم، على سبيل المثال، عملية ولادة الميزون p + في اصطدام بروتونين (p+pp+ n + p +) أو عملية ولادة الإلكترون والبوزيترون، عندما تختفي الجسيمات بدلاً من على سبيل المثال، تظهر كمتان g (e + +e - g+ g). ولكن أيضًا عمليات التشتت المرن للجسيمات، على سبيل المثال. ه - + ع - > e - + p، ترتبط أيضًا بامتصاص البداية. الجسيمات وولادة الجسيمات النهائية. إن اضمحلال جسيمات الإلكترون غير المستقرة إلى جسيمات أخف وزنا، مصحوبا بإطلاق الطاقة، يتبع نفس النمط وهي عملية تولد فيها نواتج الاضمحلال في لحظة الاضمحلال نفسه ولا توجد حتى تلك اللحظة. وفي هذا الصدد، فإن اضمحلال الإلكترون يشبه اضمحلال الذرة المثارة إلى قاعدة. الدولة والفوتون. ومن أمثلة اضمحلال جسيمات الإلكترون (علامة التلدة فوق رمز الجسيم هنا وفيما يلي يتوافق مع الجسيم المضاد).

فرق. تختلف العمليات التي تحتوي على جزيئات الإلكترون عند طاقات منخفضة نسبيًا [تصل إلى 10 جيجا إلكترون فولت في مركز نظام الكتلة (سم)] بشكل ملحوظ في شدة حدوثها. وفقًا لهذا، يمكن تقسيم تفاعلات جسيمات E. التي تولدها ظاهريًا إلى عدة تفاعلات. الطبقات: القوة القوية، القوة الكهرومغناطيسيةو تفاعل ضعيفبالإضافة إلى ذلك، جميع E. h. تفاعل الجاذبية.

يتميز التفاعل القوي بأنه التفاعل المسؤول عن العمليات التي تتضمن جزيئات الإلكترون التي تحدث بأكبر كثافة مقارنة بالعمليات الأخرى. ويؤدي إلى أقوى رابطة لعنصر الإلكترون وهو التفاعل القوي الذي يحدد رابطة البروتونات والنيوترونات في نوى الذرات ويضمن الاستبعاد. وقوة هذه التكوينات هي التي تكمن وراء استقرار المادة في ظل الظروف الأرضية.

المجن. يتميز التفاعل بأنه تفاعل أساسه الاتصال بالمغناطيس الكهربائي. مجال. العمليات الناجمة عنها أقل كثافة من عمليات التفاعل القوي، والاتصال بين قوى الإلكترون الناتجة عنها أضعف بشكل ملحوظ. المجن. التفاعل، على وجه الخصوص، هو المسؤول عن عمليات انبعاث الفوتون، عن اتصال الإلكترونات الذرية بالنوى واتصال الذرات في الجزيئات.

التفاعل الضعيف، كما يظهر الاسم نفسه، يؤثر بشكل ضعيف على سلوك جزيئات الإلكترون أو يسبب عمليات تغيير تحدث ببطء شديد في حالتها. يمكن توضيح هذا البيان، على سبيل المثال، من خلال حقيقة أن النيوترينوات، التي تشارك فقط في التفاعلات الضعيفة، تخترق بحرية، على سبيل المثال، سمك الأرض والشمس. التفاعل الضعيف هو المسؤول عن التحلل البطيء نسبيًا لما يسمى ب. جسيمات الإلكترون شبه المستقرة، كقاعدة عامة، يقع عمر هذه الجسيمات في نطاق 10 -8 -10 -12 ثانية، في حين أن أوقات الانتقال النموذجية للتفاعل القوي بين جسيمات الإلكترون هي 10 -23 ثانية.

جاذبية التفاعلات المعروفة بطبيعتها العيانية. المظاهر، في حالة جسيمات E.، نظرًا للصغر الشديد لكتلتها على مسافات مميزة تبلغ ~10 -13 سم، تعطي تأثيرات صغيرة بشكل استثنائي. لن يتم مناقشتها أكثر (باستثناء القسم 7).

"القوة" تتحلل. يمكن وصف فئات التفاعلات تقريبًا بمعلمات بلا أبعاد مرتبطة بمربعات المقابلة ثوابت التفاعل. للقوى والمغناطيسية والضعيفة والجاذبية. تفاعلات البروتونات في طاقات العملية ~ 1 GeV BC. ج. م ترتبط هذه المعلمات بـ 1:10 -2:10 -10:10 -38. الحاجة إلى الإشارة إلى راجع. ترتبط طاقة العملية بحقيقة أنها في الظواهر. نظرية التفاعل الضعيف، المعلمة بلا أبعاد تعتمد على الطاقة. بالإضافة إلى شدة التحلل. تعتمد العمليات بشكل مختلف تمامًا على الطاقة، وعلى النظرية الظاهرية للتفاعل الضعيف عند الطاقات العالية م دبليوفي القرية

ج. م. يتوقف عن أن يكون عادلا. كل هذا يؤدي إلى ما يتعلق. فرق الدور تتغير التفاعلات، بشكل عام، مع زيادة طاقة الجزيئات المتفاعلة، ويتم تقسيم التفاعلات إلى فئات، بناءً على مقارنة شدة العمليات، بشكل موثوق عند طاقات ليست عالية جدًا. م دبليوحسب الحديث الأفكار، في طاقات أعلى (أي 80 GeV في سم) ضعيف ومغناطيسي. تتم مقارنة التفاعلات من حيث القوة وتكون بمثابة مظهر من مظاهر الفردالتفاعل الكهروضعيف . كما تم طرح افتراض جذاب حول إمكانية معادلة ثوابت جميع أنواع التفاعلات الثلاثة، بما في ذلك التفاعلات القوية، عند طاقات فائقة الارتفاع أكبر من 1016 جيجا إلكترون فولت (ما يسمى بالنموذج)..

التوحيد العظيم) اعتمادًا على مشاركتها في أنواع معينة من التفاعلات، تم دراسة جميع جزيئات الإلكترون، باستثناء الفوتون،دبليو - وتنقسم البوزونات Z إلى قسمين رئيسيين. مجموعات:و هادروناتلبتونات . وتتميز الهادرونات في المقام الأول بأنها تشارك في التفاعلات القوية، إلى جانب التفاعلات الكهرومغناطيسية والضعيفة، بينما تشارك اللبتونات فقط في التفاعلات الكهرومغناطيسية والضعيفة. (يشير ضمنيًا إلى وجود تفاعل الجاذبية المشترك بين المجموعتين). وكتل الهادرونات قريبة من حيث الحجم من كتلة البروتون (ت ) ر . وتتميز الهادرونات في المقام الأول بأنها تشارك في التفاعلات القوية، إلى جانب التفاعلات الكهرومغناطيسية والضعيفة، بينما تشارك اللبتونات فقط في التفاعلات الكهرومغناطيسية والضعيفة. (يشير ضمنيًا إلى وجود تفاعل الجاذبية المشترك بين المجموعتين). وكتل الهادرونات قريبة من حيث الحجم من كتلة البروتون (، وأحيانا تتجاوزه بعدة. مرة واحدة؛ دقيقة. يمتلك الميزون p كتلة بين الهادرونات: / 7 ص 1م ص 1ص، . كانت كتل اللبتونات المعروفة قبل 1975-1976 صغيرة (0.1

الهادرونات هي المجموعة الأكثر شمولاً من جسيمات الإلكترون المعروفة، وهي تشمل جميع الباريونات والميزونات، بالإضافة إلى ما يسمى. الرنين (أي معظم الساعات المذكورة 350 E.). وكما سبقت الإشارة، فإن هذه الجسيمات لها بنية معقدة ولا يمكن في الواقع اعتبارها أولية. يتم تمثيل اللبتونات بثلاثة جسيمات مشحونة (e، m، m) وثلاثة جسيمات محايدة ( الخامسه، الخامسم، الخامست). الفوتون، + دبليو

وتشكل بوزونات Z 0 معًا مجموعة مهمة من بوزونات القياس التي تقوم بنقل تفاعل الإلكترون الضعيف. إن أولية الجسيمات من هاتين المجموعتين الأخيرتين لم تكن موضع شك جدي بعد.

خصائص الجسيمات الأولية يتم وصف كل عنصر، إلى جانب خصوصية تفاعلاته المتأصلة، من خلال مجموعة من القيم المنفصلة للتعريف. بدني الكميات أو خصائصها. في عدد من الحالات، يتم التعبير عن هذه القيم المنفصلة من خلال أعداد صحيحة أو كسرية وعامل مشترك معين - وحدة القياس؛ يتم التحدث عن هذه الأرقام باسمعدد الكمية

ه. ح. وتعيينها فقط، مع حذف وحدات القياس. الخصائص العامة لجميع E. h - الكتلة (ت) ، العمر (ر)، تدور (ج ) والكهربائية تكلفة (.

س)

اعتمادًا على العمر، تنقسم جزيئات الإلكترون إلى مستقرة وشبه مستقرة وغير مستقرة (أصداء). مستقرة، ضمن حدود الدقة الحديثة. القياسات هي الإلكترون (t>2 · 10 22 سنة)، والبروتون (t>5 · 10 32 سنة)، والفوتون وجميع أنواع النيوترينوات. تشمل الجسيمات شبه المستقرة الجسيمات التي تتفكك بسبب المغناطيسية الكهربائية. والتفاعلات الضعيفة. تتراوح أعمارها من 900 ثانية للنيوترون الحر إلى 10 -20 ثانية للهايبرون S 0. يتم استدعاء الرنين جسيمات الإلكترون التي تضمحل بسبب التفاعلات القوية. عمرها المميز هو 10 -22 -10 -24 ثانية. في الجدول 1 تم تمييزها بعلامة * وبدلاً من m يتم إعطاء قيمة أكثر ملاءمة: عرض الرنين Г=/т. ، العمر (ر)، تدور (تدور إي ح. هو عدد صحيح أو نصف عدد صحيح مضاعف للقيمة. في هذه الوحدات، يكون دوران الميزونات p وK هو 0، بالنسبة للبروتون والنيوترون وجميع اللبتوناتي = 1/2، عند الفوتون،البنك الدولي هو عدد صحيح أو نصف عدد صحيح مضاعف للقيمة. في هذه الوحدات، يكون دوران الميزونات p وK هو 0، بالنسبة للبروتون والنيوترون وجميع اللبتونات- والبوزونات Z 1. هناك جزيئات ذات دوران عالي. يحدد حجم دوران جسيم الإلكترون سلوك مجموعة من الجسيمات المتطابقة (المتطابقة) أو إحصاءاتها (باولي، 1940). تطيع جزيئات الدوران نصف الصحيحإحصائيات فيرمي - ديراك (ومن هنا جاء اسم الفرميونات)، الأمر الذي يتطلب عدم تناسق الدالة الموجية للنظام فيما يتعلق بتباديل زوج من الجسيمات (أو عدد فردي من هذه التباديل)، وبالتالي "يحظر" جسيمين لهما دوران نصف عدد صحيح من أن تكون في نفس الحالة (مبدأ باولي باز - إحصائيات أينشتاين(ومن هنا جاء اسم البوزونات)، الأمر الذي يتطلب دالة موجية فيما يتعلق بتباديل الجسيمات ويسمح لأي عدد من الجسيمات بالدوران الكامل أن يكون في نفس الحالة. إحصائية تبين أن خصائص جسيمات E. تكون مهمة في الحالات التي تتشكل فيها عدة جزيئات أثناء الولادة أو الاضمحلال. جزيئات متطابقة.

ملاحظة: تم وضع علامة على الجسيمات بعلامة * على اليسار (كقاعدة عامة، الأصداء)، والتي بدلا من الوقت الحياة t العرض Г=/t معطى. صحيح محايدةيتم وضع هذه الجزيئات في المنتصف بين الجزيئات والجسيمات المضادة. أعضاء متعددة النظائر واحدةتقع الضفائر على سطر واحد (في تلك الحالات, عندما تكون خصائص كل عضو في المتعدد معروفةرموش - مع إزاحة رأسية طفيفة). إيزميعلامة التكافؤ مفقودة صلم تتم الإشارة إلى مضادات الباريونات، على قدم المساواةولكن مثل العلامات المتغيرة س، ج، بذ جميع الجسيمات المضادة. بالنسبة لليبتونات والبوزونات المتوسطة، الداخلية التكافؤ ليس كمًا دقيقًا (محافظًا).رقم وبالتالي لم يتم الإشارة إليه. الأرقام بين قوسين في نهاية الكميات الفيزيائية المعطاة التي تشير إليها الخطأ الموجود في معنى هذه الكميات، فيما يتعلق بآخر الأرقام المعطاة.

كهربائي شحنات جزيئات الإلكترون المدروسة (باستثناء ) هي مضاعفات صحيحة لـ ه= 1.6 10 -19 درجة مئوية (4.8 10 -10 CGS)، يسمى. الشحنة الكهربائية الأولية. في المعروف ه. س = 0, + 1، ب2.

بالإضافة إلى الكميات المشار إليها، تتميز جزيئات الإلكترون أيضًا بعدد من الأعداد الكمومية تسمى. "داخلي". اللبتونات تحمل محددةرقم اللبتون (L ) ثلاثة أنواع: إلكترونيةل ه ، يساوي +1 لو ه -الخامس ه ، مونل الخامسم يساوي +1 ل م - و ، مونم، و الخامس t يساوي +1 لـ t - و

ر. بالنسبة للهدروناتل= 0، وهذا مظهر آخر لاختلافهم عن اللبتونات. وهذا بدوره يعني. ينبغي أن تعزى أجزاء من الهادرونات إلى ما يسمى.رقم باريون B (|B| = ) أنا . الهادرونات معب=+ 1 تشكل مجموعة فرعية من الباريونات (وهذا يشمل البروتون، والنيوترون، والهايبرونات، والباريونات الساحرة والجميلة، ورنينات الباريونات)، والهادرونات ذاتب= 0 - مجموعة فرعية من الميزونات (ميزونات p، وميزونات K، والميزونات الساحرة والساحرة، والرنين البوزوني). اسم المجموعات الفرعية من الهادرونات تأتي من اليونانية. الكلمات baruV - ثقيل وmEsоV - متوسط، وهو في البداية. مرحلة البحث E. ح. المقارنة المنعكسة. القيم الجماعية للباريونات والميزونات المعروفة آنذاك. أظهرت البيانات اللاحقة أن كتل الباريونات والميزونات قابلة للمقارنة. بالنسبة لليبتوناتب 1/2، عند الفوتون،=0. بالنسبة للفوتون 0 - مجموعة فرعية من الميزونات (ميزونات p، وميزونات K، والميزونات الساحرة والساحرة، والرنين البوزوني). اسم المجموعات الفرعية من الهادرونات تأتي من اليونانية. الكلمات baruV - ثقيل وmEsоV - متوسط، وهو في البداية. مرحلة البحث E. ح. المقارنة المنعكسة. القيم الجماعية للباريونات والميزونات المعروفة آنذاك. أظهرت البيانات اللاحقة أن كتل الباريونات والميزونات قابلة للمقارنة. بالنسبة لليبتونات- والبوزونات Z = 0 و 0.

تنقسم الباريونات والميزونات المدروسة إلى المجاميع المذكورة سابقًا: الجسيمات العادية (غير الغريبة) (البروتون والنيوترون والميزونات p) والجسيمات الغريبة (الهايبرونات والميزونات K) والجسيمات الساحرة والساحرة. ويتوافق هذا التقسيم مع وجود أرقام كمومية خاصة في الهادرونات: الغرابة س، سحر ج و سحر (الجمال) ببقيم مقبولة (modulo) 0، 1، 2، 3. للجسيمات العادية س=ج= ب=0 للجسيمات الغريبة س 0,ج= ب= 0، للجسيمات المسحورة C0، ب= 0، وللجميلات ب O. إلى جانب هذه الأرقام الكمومية، غالبًا ما يُستخدم الرقم الكمي أيضًا فرط الشحن Y=B+S+C + ب، والذي يبدو أن لديه المزيد من الأموال. معنى.

لقد كشفت الدراسات الأولى عن الهادرونات العادية عن وجود عائلات من الجسيمات المتشابهة في الكتلة ولها خصائص متشابهة جدًا فيما يتعلق بالتفاعل القوي، ولكن بخصائص مختلفة. القيم الكهربائية تكلفة. وكان البروتون والنيوترون (النيوكليونات) المثال الأول لهذه العائلة. تم اكتشاف مثل هذه العائلات لاحقًا بين الهادرونات الغريبة والمسحورة والجميلة. إن القواسم المشتركة لخصائص الجسيمات المتضمنة في مثل هذه العائلات هي انعكاس لوجود نفس العدد الكمي فيها - الدوران النظائري I، والتي، مثل الدوران العادي، تقبل قيم الأعداد الصحيحة ونصف الأعداد الصحيحة. عادة ما يتم استدعاء العائلات نفسها مضاعفات النظائر. عدد الجزيئات في متعددة نمرتبط ب أنانسبة ن = 2أنا+1. جسيمات من نفس النظائر تختلف المضاعفات عن بعضها البعض في قيمة "إسقاط" النظائر. خلف أنا 3 والقيم المقابلة سيتم تقديمها بواسطة التعبير

من الخصائص المهمة للهادرونات التكافؤ الداخلي Pالمرتبطة بتشغيل المساحات. الانقلابات: صيأخذ القيم + 1.

لجميع أرقام الإلكترون ذات القيم غير الصفرية لواحد على الأقل من أعداد الكم س، ل، ب، ق، ج، بهناك جسيمات مضادة لها نفس قيم الكتلة . وتتميز الهادرونات في المقام الأول بأنها تشارك في التفاعلات القوية، إلى جانب التفاعلات الكهرومغناطيسية والضعيفة، بينما تشارك اللبتونات فقط في التفاعلات الكهرومغناطيسية والضعيفة. (يشير ضمنيًا إلى وجود تفاعل الجاذبية المشترك بين المجموعتين). وكتل الهادرونات قريبة من حيث الحجم من كتلة البروتون (، عمر ر، تدور ، العمر (ر)، تدور (وللهادرونات النظائر. خلف أناولكن بإشارات معاكسة للأرقام الكمومية المشار إليها، وللباريونات ذات الإشارة المعاكسة الداخلية. التكافؤ ر. تسمى الجسيمات التي لا تحتوي على جسيمات مضادة. جسيمات محايدة حقيقية. تتمتع الهادرونات المحايدة حقًا بخصائص خاصة. - تكافؤ الشحن(أي التكافؤ فيما يتعلق بعملية اقتران الشحنة) C مع القيم + 1؛ ومن أمثلة هذه الجسيمات p 0 - وh-mesons (C = +1)، r 0 - وf-mesons (C = -1)، إلخ.

تنقسم الأعداد الكمومية للأعداد الكمومية إلى أرقام دقيقة (أي تلك المرتبطة بالكميات الفيزيائية التي يتم حفظها في جميع العمليات) وغير دقيقة (التي لا يتم حفظ الكميات الفيزيائية المقابلة لها في عدد من العمليات). يلف ، العمر (ر)، تدور (يرتبط بقانون حفظ صارم، وبالتالي فهو رقم كمي دقيق. رقم الكم الدقيق الآخر هو الكهربائي. تكلفة س. وفي حدود دقة القياسات، يتم أيضًا الحفاظ على الأرقام الكمومية 0 - مجموعة فرعية من الميزونات (ميزونات p، وميزونات K، والميزونات الساحرة والساحرة، والرنين البوزوني). اسم المجموعات الفرعية من الهادرونات تأتي من اليونانية. الكلمات baruV - ثقيل وmEsоV - متوسط، وهو في البداية. مرحلة البحث E. ح. المقارنة المنعكسة. القيم الجماعية للباريونات والميزونات المعروفة آنذاك. أظهرت البيانات اللاحقة أن كتل الباريونات والميزونات قابلة للمقارنة. بالنسبة لليبتوناتو ، مونعلى الرغم من عدم وجود نظريات نظرية جدية لهذا الأمر. المتطلبات الأساسية. علاوة على ذلك، لوحظ عدم تناسق الباريون في الكونالأعلى. يمكن تفسيرها بشكل طبيعي على افتراض انتهاك حفظ رقم الباريون في(أ.د. ساخاروف، 1967). ومع ذلك، فإن الاستقرار الملحوظ للبروتون هو انعكاس لدرجة عالية من دقة الحفظ 0 - مجموعة فرعية من الميزونات (ميزونات p، وميزونات K، والميزونات الساحرة والساحرة، والرنين البوزوني). اسم المجموعات الفرعية من الهادرونات تأتي من اليونانية. الكلمات baruV - ثقيل وmEsоV - متوسط، وهو في البداية. مرحلة البحث E. ح. المقارنة المنعكسة. القيم الجماعية للباريونات والميزونات المعروفة آنذاك. أظهرت البيانات اللاحقة أن كتل الباريونات والميزونات قابلة للمقارنة. بالنسبة لليبتوناتو ، مون(لا، ​​على سبيل المثال، الاضمحلال pe + + p 0). لم يتم أيضًا ملاحظة الاضمحلال m - e - +g، m - m - +g، ومع ذلك، فإن معظم أرقام الكم الهادرونية غير دقيقة. النظائر الدوران، مع أنه محفوظ في التفاعل القوي، لا يكون محفوظًا في المغن. والتفاعلات الضعيفة. الغرابة والسحر والسحر محفوظ في القوي والمغناطيسي. التفاعلات، ولكنها لا تحفظ في التفاعلات الضعيفة. التفاعل الضعيف يغير أيضًا الداخلي وتكافؤ الشحنة لمجموعة الجزيئات المشاركة في العملية. يتم الحفاظ على التكافؤ المشترك بدرجة أكبر من الدقة CP (تكافؤ CP)ومع ذلك، فإنه ينتهك أيضًا في بعض العمليات الناجمة عن. الأسباب المسببة لعدم حفظ الجمع. الأعداد الكمومية للهادرونات ليست واضحة، ويبدو أنها مرتبطة بطبيعة الأعداد الكمومية هذه وبالبنية العميقة للتفاعل الضعيف.

في الجدول 1 يظهر الحد الأقصى جزيئات الإلكترون المدروسة جيدًا من مجموعات اللبتونات والهادرونات وأعدادها الكمية. في الخاص صالمجموعة، يتم تحديد قياس البوزونات. يتم إعطاء الجسيمات والجسيمات المضادة بشكل منفصل (التغيير

غير موضح لمضادات الباريونات). يتم وضع الجزيئات المحايدة الحقيقية في وسط العمود الأول. أعضاء من نظير واحد تقع المضاعفات في سطر واحد، وأحيانًا مع إزاحة طفيفة (في الحالات التي يتم فيها إعطاء خصائص كل عضو في المتعددة).

كما أشرنا سابقًا، فإن مجموعة اللبتونات صغيرة جدًا، وكتل الجسيمات بشكل أساسي. صغير. هناك حدود عليا صارمة للغاية لكتل ​​جميع أنواع النيوترينوات، ولكن ما هي قيمها الحقيقية يبقى أن نرى. أنا, سو ج. وتجدر الإشارة أيضًا إلى أن الجسيمات الغريبة أكبر إلى حد ما من الجسيمات العادية، والجسيمات المسحورة أكبر كتلة من الجسيمات الغريبة، والجسيمات الساحرة أكبر كتلة من الجسيمات المسحورة.

تصنيف الجسيمات الأولية. نموذج الكوارك للهادرونات

إذا كان تصنيف البوزونات واللبتونات لا يسبب أي مشاكل خاصة، فهذا يعني أن عددًا كبيرًا من الهادرونات في البداية بالفعل. الخمسينيات كان أساس البحث عن أنماط توزيع الكتل والأعداد الكمومية للباريونات والميزونات، والتي يمكن أن تشكل الأساس لتصنيفها. اختيار النظائر وكانت مضاعفات الهادرونات هي الخطوة الأولى على هذا الطريق. مع الرياضيات. وجهة نظر، تجميع الهادرونات في النظائر. تعكس المضاعفات وجود التماثل في التفاعل القوي المرتبط بها دوران المجموعةوبشكل أكثر رسمية، مع مجموعة وحدوية S. U.(2) - مجموعة من التحولات في فضاء معقد ثنائي الأبعاد [انظر. التماثل سو ( 2 )] . ومن المفترض أن هذه التحولات تعمل بطريقة محددة. داخلي الفضاء - ما يسمى النظائر مساحة مختلفة عن العادية وجود النظائر يتجلى الفضاء فقط في خصائص التناظر التي يمكن ملاحظتها. في الرياضيات. لغة النظائر المتعددة غير قابلة للاختزالالتقديمات الجماعية S. U. (2).

تناظر

مفهوم التناظر كعامل يحدد وجود المتنوع. مجموعات وعائلات E. h. النظرية هي المهيمنة في تصنيف الهادرونات وجسيمات الإلكترون الأخرى ومن المفترض أن الداخلية. ترتبط الأعداد الكمومية لجزيئات الإلكترون، التي تسمح بدمج مجموعات معينة من الجزيئات، بأعداد خاصة. أنواع التماثل التي تنشأ بسبب حرية التحولات إلى تحولات داخلية خاصة. المساحات. ومن هنا يأتي الاسم. “أرقام الكم الداخلية”. يظهر الفحص الدقيق أن الهادرونات الغريبة والعادية تشكل معًا ارتباطات أوسع من الجسيمات ذات الخصائص المماثلة لتلك النظائرية. مضاعفات. عادة ما يطلق عليهمتوائم فائقة . عدد الجسيمات المتضمنة في المضاعفات الفائقة المرصودة هو 8 و10. ومن وجهة نظر التناظر، يتم تفسير ظهور الجسيمات الفائقة على أنها مظهر من مظاهر وجود مجموعة تناظرية للتفاعل القوي الأوسع من المجموعة 2) سو( S. U.، وهي المجموعة الوحدوية (3) - مجموعات التحول في الفضاء المركب ثلاثي الأبعاد [Gell-Man, Y. Neeman, 1961]؛ سم.التناظر SU(3) S. U.(3) يحتوي، على وجه الخصوص، على تمثيلات غير قابلة للاختزال مع عدد المكونات 8 و10، والتي يمكن مقارنتها بالمضاعفات الفائقة التي يمكن ملاحظتها: الثماني والثنائي. ومن أمثلة التوائم الفائقة المجموعات التالية من الجسيمات التي لها نفس القيم جي بي(أي مع نفس أزواج القيم ، العمر (ر)، تدور (و ف):

التماثل الوحدوي أقل دقة من التماثل النظائري. تناظر. وفقًا لهذا، فإن الاختلاف في كتل الجزيئات المتضمنة في الثمانيات والمجموعات يكون كبيرًا جدًا. وللسبب نفسه، يعد تقسيم الهادرونات إلى توائم فائقة أمرًا بسيطًا نسبيًا بالنسبة لجزيئات الإلكترون ذات الكتل الصغيرة جدًا. عند الجماهير الكبيرة، عندما يكون هناك العديد من الأنواع المختلفة. الجسيمات ذات الكتل المتشابهة، يكون تنفيذ هذا التقسيم أكثر صعوبة.

الكشف عن توائم فائقة مختارة ذات أبعاد ثابتة بين الهادرونات، بما يتوافق مع التعريف. تمثيلات المجموعة الوحدوية S. U.(3)، كان مفتاح الاستنتاج الأكثر أهمية حول وجود عناصر هيكلية خاصة في الهادرونات - جسيمات دون الذرية.

الفرضية القائلة بأن الهادرونات المرصودة مبنية من جسيمات ذات طبيعة غير عادية - الكواركات التي تحمل الدوران 1 / 2، والتي لها تفاعل قوي، ولكنها في نفس الوقت لا تنتمي إلى فئة الهادرونات، تم طرحها من قبل ج. زفايج وبشكل مستقل من قبل جيلمان في عام 1964 (انظر. نماذج الكوارك). فكرة الكواركات اقترحتها الرياضيات. هيكل تمثيل المجموعات الوحدوية. أماه لهم. تفتح الشكلية إمكانية وصف جميع تمثيلات المجموعة شمس) (وبالتالي جميع مضاعفات الهادرونات المرتبطة بها) بناءً على مضاعفة أبسط تمثيل (أساسي) للمجموعة التي تحتوي على نعنصر. ولا يلزم إلا افتراض وجود جسيمات خاصة مرتبطة بهذه المكونات، وهو ما فعله زفايج وجيلمان للحالة الخاصة بالمجموعة . عدد الجسيمات المتضمنة في المضاعفات الفائقة المرصودة هو 8 و10. ومن وجهة نظر التناظر، يتم تفسير ظهور الجسيمات الفائقة على أنها مظهر من مظاهر وجود مجموعة تناظرية للتفاعل القوي الأوسع من المجموعة 3) . وكانت هذه الجسيمات تسمى الكواركات.

تم استنتاج التركيبة المحددة للكواركات من الميزونات والباريونات من حقيقة أن الميزونات، كقاعدة عامة، يتم تضمينها في الجسيمات الفائقة التي يبلغ عدد جسيماتها 8، والباريونات - 8 و10. يمكن إعادة إنتاج هذا النمط بسهولة إذا افترضنا أن الميزونات تتكون من الكواركات والعتيق رمزيا: م=(ف) ، ويتكون الباريون من ثلاثة كواركات، رمزياً: ب = (ق ف ف). نظرا لخصائص المجموعة S. U.(3) تنقسم الميزونات التسعة إلى مضاعفات فائقة مكونة من 1 و8 جسيمات، وتنقسم 27 باريونًا إلى مضاعفات فائقة تحتوي على 1 و10 ومرتين 8 جسيمات، وهو ما يفسر الانفصال الملحوظ بين الثماني والثنائيات.

هكذا كشفت التجارب في الستينيات. أدى وجود توائم فائقة تتكون من هادرونات عادية وغريبة إلى استنتاج مفاده أن كل هذه الهادرونات مبنية من 3 كواركات، والتي يشار إليها عادة ش، د، ق(الجدول 2). كانت مجموعة الحقائق المعروفة في ذلك الوقت متوافقة تمامًا مع هذا الاقتراح.

طاولة 2.-خصائص الكواركات

*التقييم التجريبي الأولي.

أظهر الاكتشاف اللاحق لجسيمات psi، ثم جسيمات أبسيلون، والهادرونات الساحرة والجميلة أن ثلاثة كواركات ليست كافية لشرح خصائصها، ومن الضروري الاعتراف بوجود نوعين آخرين من الكواركات جو ب، تحمل أرقامًا كميّة جديدة: سحر وجمال. ومع ذلك، فإن هذا الظرف لم يهز المبادئ الأساسية لنموذج الكوارك. على وجه الخصوص، تم الحفاظ على المركز. النقطة في مخططها لبنية الهادرونات: م=(ف) ، ب = (ق ف ف). علاوة على ذلك، على أساس افتراض بنية الكوارك لجسيمات psi و upsilon، كان من الممكن إعطاء نتائج فيزيائية. تفسير خصائصها غير عادية إلى حد كبير.

تاريخيًا، كان اكتشاف جسيمات psi- وupsilon، بالإضافة إلى أنواع جديدة من الهادرونات الساحرة والساحرة، مرحلة مهمة في تأسيس الأفكار حول بنية الكواركات لجميع الجسيمات المتفاعلة بقوة. حسب الحديث نظري النماذج (انظر أدناه)، ينبغي للمرء أن يتوقع وجود واحد آخر - السادس ر-كوارك الذي تم اكتشافه عام 1995.

هيكل الكوارك أعلاه من الهادرونات والرياضيات. خصائص الكواركات كأشياء مرتبطة بالأساسات. عرض المجموعة شمس)يؤدي إلى الأعداد الكمومية التالية للكواركات (الجدول 2). القيم الكهربائية غير العادية (الكسرية) جديرة بالملاحظة. تكلفة س، و في، غير موجود في أي من جسيمات الإلكترون المدروسة مع مؤشر a لكل نوع من الكواركات تشي (أنا= 1، 2، 3، 4، 5، 6) ترتبط خاصية خاصة بالكواركات - لون، النمط غير موجود في الهادرونات المرصودة. الفهرس a يأخذ القيم 1، 2، 3، أي كل نوع من الكواركات ( تشي) ممثلة في ثلاثة أصناف سأ أنا. الأعداد الكمومية لكل نوع من الكواركات لا تتغير عندما يتغير اللون، لذلك الجدول. 2 ينطبق على الكواركات من أي لون. كما تبين لاحقا، الكميات سأ( لكل أنا) عندما تتغير من وجهة نظر تحولها. ينبغي اعتبار العقارات من مكونات الصندوق. تقديم مجموعة أخرى S. U.(3)، اللون، يعمل في مساحة لونية ثلاثية الأبعاد [انظر. تناسق الألوان SU(3)].

تأتي الحاجة إلى إدخال اللون من متطلبات عدم تناسق الدالة الموجية لنظام الكواركات التي تشكل الباريونات. الكواركات، كجسيمات ذات دوران 1/2، يجب أن تخضع لإحصائيات فيرمي-ديراك. وفي الوقت نفسه، هناك باريونات مكونة من ثلاثة كواركات متطابقة لها نفس اتجاه الدوران: D ++ ()، W - ()، والتي تكون متناظرة بشكل واضح فيما يتعلق بتباديل الكواركات، إذا لم يكن للأخيرة تكامل. درجة من الحرية. وهذا سوف يكمل. درجة الحرية هي اللون. مع الأخذ في الاعتبار اللون، يتم استعادة عدم التماثل المطلوب بسهولة. تبدو المعلمات المكررة للتركيب الهيكلي للميزونات والباريونات كما يلي:

حيث e abg هو موتر غير متماثل تمامًا ( رمز ليفي تشي فيتا)(1/ 1/ - عوامل التطبيع). من المهم أن نلاحظ أنه لا الميزونات ولا الباريونات تحمل مؤشرات لونية (ليس لها لون)، وهي، كما يقال أحيانًا، جسيمات "بيضاء".

في الجدول يُظهر الشكل 2 فقط كتل الكواركات "الفعالة". ويرجع ذلك إلى حقيقة أن الكواركات في حالة حرة، على الرغم من العديد من عمليات البحث الدقيقة عنها، لم يتم ملاحظتها. وهذا، بالمناسبة، يكشف عن سمة أخرى للكواركات كجزيئات ذات طبيعة جديدة وغير عادية تمامًا. لذلك، لا توجد بيانات مباشرة عن كتل الكواركات. لا يوجد سوى تقديرات غير مباشرة لكتل ​​الكواركات، والتي يمكن استخلاصها من تحللها. المظاهر الديناميكية في خصائص الهادرونات (بما في ذلك كتل الأخيرة)، وكذلك في التحلل. العمليات التي تحدث مع الهادرونات (الاضمحلال، وما إلى ذلك). للكتلة ر-الكوارك يُعطى تجربة أولية. درجة.

كل تنوع الهادرونات ينشأ بسبب التحلل. مجموعات ط-، د-، ق-، ق- و ب-الكواركات تشكل حالات ملزمة. تتوافق الهادرونات العادية مع الحالات المرتبطة التي تم إنشاؤها فقط من و- و د-الكواركات [للميزونات مع إمكانية مشاركة المجموعات ( س.)، (مع) و ( ب)]. وجود في حالة ملزمة، جنبا إلى جنب مع ش- و د-الكواركات، واحد ق-، ق- أو ب-الكوارك يعني أن الهادرون المقابل غريب ( س= - 1)، مسحور (C= + 1) أو ساحر ( ب= - 1). قد يحتوي الباريون على اثنين أو ثلاثة س-كوارك (على التوالي مع- و ب-كوارك)، أي أن الباريونات الغريبة المزدوجة والثلاثية (الساحرة، الساحرة) ممكنة. مجموعات من أنواع مختلفة مقبولة أيضًا. أعداد س- و مع-, ب- الكواركات (خاصة في الباريونات)، والتي تتوافق مع الأشكال "الهجينة" من الهادرونات (ساحرة بشكل غريب، وساحرة بشكل غريب). ومن الواضح أن أكثر ق-، ق- أو ب-الكواركات تحتوي على الهادرون، كلما كانت كتلته أكبر. إذا قارنا الحالات الأرضية (غير المثارة) للهادرونات، فهذه هي بالضبط الصورة التي لوحظت (الجدول 1).

وبما أن دوران الكواركات يساوي 1 / في الشكل 2، يؤدي هيكل الكوارك المذكور أعلاه للهادرونات إلى دوران عدد صحيح للميزونات ودوران نصف عدد صحيح للباريونات، بما يتوافق تمامًا مع التجربة. علاوة على ذلك، في الحالات المقابلة للزخم المداري ل=0، وخاصة في الأساسية. تنص على أن قيم دوران الميزون يجب أن تكون 0 أو 1 (للاتجاه المعاكس والمتوازي لسبينات الكواركات)، ودوران الباريون: 1 / 2 أو 3/2 (لتكوينات الدوران و ). مع الأخذ في الاعتبار حقيقة أن الداخلية تكافؤ نظام الكوارك والكوارك المضاد سلبي، والقيم جي بيللميزونات في ل= 0 يساوي 0 - و1 - للباريونات: 1/2 + و 3/2 + . هذه هي القيم التي يتم ملاحظتها للهادرونات التي لها أصغر كتلة عند قيم معينة أناو س، مع، ب.

كما هو موضح في الجدول. يوضح الشكلان 3 و4 تركيب الكواركات للميزونات جي بي= 0 - والباريونات ج ف = 1 / 2 + (يُفترض الجمع الضروري لألوان الكواركات طوال الوقت).

طاولة 3.- تركيب الكواركات للميزونات المدروسة مع جي بي=0 - ()

طاولة 4.- تركيب الكواركات للباريونات المدروسة مع جي بي= 1/2 + ()

ملحوظة: الرمز () يعني التماثل فيما يتعلق جسيمات متغيرة الرمز -مكافحة التماثل.

وهكذا فإن نموذج الكوارك طبيعي يشرح أصل الرئيسي مجموعات الهادرونات وأعدادها الكمومية المرصودة. يسمح الاعتبار الديناميكي الأكثر تفصيلاً أيضًا باستخلاص عدد من الاستنتاجات المفيدة فيما يتعلق بالعلاقة بين الكتل داخل التحلل. عائلات الهادرونات.

نقل خصوصية الهادرونات بشكل صحيح مع أصغر الكتل والدوران، نموذج الكوارك للمواد الطبيعية. كما يفسر أيضًا العدد الإجمالي الكبير للهادرونات وهيمنة الرنينات بينها. إن العدد الكبير من الهادرونات هو انعكاس لبنيتها المعقدة وإمكانية وجود أنواع مختلفة منها. الحالات المثارة لأنظمة الكواركات جميع الحالات المثارة لأنظمة الكواركات غير مستقرة بالنسبة للتحولات السريعة بسبب التفاعلات القوية في الحالات الأساسية. أنها تشكل الأساس. جزء من الرنين. يتكون جزء صغير من الرنين أيضًا من أنظمة كوارك ذات اتجاهات دوران متوازية (باستثناء W -). تكوينات الكواركات ذات الاتجاه الدوراني المضاد للتوازي، المرتبطة بالأساسيات. الحالات، تشكل هادرونات شبه مستقرة وبروتونًا مستقرًا.

تحدث إثارة أنظمة الكواركات بسبب التغيرات في الدوران. حركة الكواركات (الإثارة المدارية)، وبسبب التغيرات في فضاءاتها. الموقع (الإثارة الشعاعية). في الحالة الأولى، تكون الزيادة في كتلة النظام مصحوبة بتغيير في الدوران الكلي ، العمر (ر)، تدور (والتكافؤ صالنظام، في الحالة الثانية تحدث الزيادة في الكتلة دون تغيير جي بي .

عند صياغة نموذج الكوارك، تم اعتبار الكواركات افتراضية. العناصر الهيكلية التي تفتح إمكانية الحصول على وصف مناسب جدًا للهدرونات. في السنوات اللاحقة، تم إجراء تجارب تسمح لنا بالحديث عن الكواركات كتكوينات مادية حقيقية داخل الهادرونات. كانت الأولى تجارب على تشتت الإلكترونات على النيوكليونات بزوايا كبيرة جدًا. هذه التجارب (1968) تذكرنا بالكلاسيكية. كشفت تجارب رذرفورد على تشتت جسيمات ألفا على الذرات عن وجود شحنات نقطية داخل النوكليون. التشكيلات (انظر البارتونزمقارنة البيانات من هذه التجارب مع بيانات مماثلة حول تشتت النيوترينو على النيوكليونات (1973-1975) سمحت لنا باستخلاص استنتاج حول راجع. حجم مربع الكهربائية المسؤول عن هذه التشكيلات النقطية. وكانت النتيجة قريبة من القيم الكسرية المتوقعة (2 / 3) 2 ه 2 و (1/3)2 ه 2. دراسة عملية إنتاج الهادرونات أثناء فناء الإلكترون والبوزيترون، والتي من المفترض أنها تمر بالمراحل التالية:

أشار إلى وجود مجموعتين من الهادرونات تسمى. الطائرات (انظر طائرة هادرون) ، ارتبط وراثيا بكل من الكواركات الناتجة، وجعل من الممكن تحديد دوران الكواركات. اتضح أنه يساوي 1/2. يشير إجمالي عدد الهادرونات الناتجة عن هذه العملية أيضًا إلى أنه في الحالة المتوسطة يتم تمثيل كل نوع من الكواركات بثلاثة أنواع، أي أن الكواركات ثلاثية الألوان.

وهكذا يتم تحديد الأعداد الكمومية للكواركات على أساس نظري الاعتبارات، تلقى تجربة شاملة. تأكيد. لقد اكتسبت الكواركات بالفعل مكانة جسيمات الإلكترون الجديدة وهي منافسة جدية لدور جسيمات الإلكترون الحقيقية في أشكال المادة شديدة التفاعل. عدد أنواع الكواركات المعروفة صغير. حتى الطول<=10 -16 см кварки выступают как точечные бесструктурные образования. Бесструктурность кварков, конечно, может отражать лишь достигнутый уровень исследования этих материальных образований. Однако ряд специфич. особенностей кварков даёт известные основания предполагать, что кварки являются частицами, замыкающими цепь структурных составляющих сильновзаимодействующей материи.

تختلف الكواركات عن جميع جسيمات الإلكترون الأخرى في أنها لا توجد على ما يبدو في حالة حرة، على الرغم من وجود دليل واضح على وجودها في حالة مقيدة. من المرجح أن ترتبط هذه الميزة للكواركات بتفاصيل تفاعلها الناتج عن تبادل الجسيمات الخاصة - غلووناتمما يؤدي إلى أن قوى التجاذب بينهما لا تضعف مع المسافة. ونتيجة لذلك، هناك حاجة إلى طاقة لا نهائية لفصل الكواركات عن بعضها البعض، وهو أمر مستحيل بوضوح (نظرية ما يسمى الحبس أو محاصرة الكواركات؛ انظر الاحتفاظ بالألوان).في الواقع، عند محاولة فصل الكواركات عن بعضها البعض، يحدث تكوين مكمل. الهادرونات (ما يسمى هدرونة الكواركات). إن استحالة مراقبة الكواركات في حالة حرة تجعلها نوعًا جديدًا تمامًا من الوحدات الهيكلية للمادة. من غير الواضح، على سبيل المثال، ما إذا كان من الممكن في هذه الحالة إثارة مسألة الأجزاء المكونة للكواركات وما إذا كان تسلسل المكونات الهيكلية للمادة قد انقطع نتيجة لذلك. كل ما سبق يؤدي إلى استنتاج مفاده أن الكواركات، جنبًا إلى جنب مع اللبتونات والبوزونات القياسية، والتي ليس لديها أيضًا أي علامات هيكلية يمكن ملاحظتها، تشكل مجموعة من جسيمات الإلكترون، والتي لديها أكبر الأسباب لادعاء دور جسيمات الإلكترون الحقيقية.

الجسيمات الأولية ونظرية المجال الكمي. نموذج التفاعل القياسي

لوصف خصائص وتفاعلات E. h. نظريات المخلوقات. ما يهم هو مفهوم المجال الفيزيائي المخصص لكل جسيم. المجال محدد. شكل المادة الموزعة في الفضاء؛ يتم وصفه بواسطة وظيفة محددة في جميع نقاط الزمكان ولها تعريف. تحويل الخصائص فيما يتعلق بالتحولات مجموعة لورينز(عددية، سبينور، متجهة، إلخ) والمجموعات "الداخلية". التماثلات (العددية النظائرية، السبينور النظائري، وما إلى ذلك). المجن. حقل له خصائص ناقل رباعي الأبعاد أم ( س)(م= 1، 2، 3، 4) هو المثال الأول تاريخيًا للفيزيائية. مجالات. إن المجالات التي يتم مقارنتها بجسيمات E هي ذات طبيعة كمومية، أي أن طاقتها وزخمها يتكونان من العديد من الأجزاء المنفصلة. أجزاء - الكميات، والطاقة الإجمالية ه كوالزخم ص كترتبط الكم بالعلاقة الخاصة. النظرية النسبية: هـ 2 ك =p 2 ك ق 2 + ر 2 مع 4 . كل كم من هذا القبيل هو جسيم إلكتروني له كتلة . وتتميز الهادرونات في المقام الأول بأنها تشارك في التفاعلات القوية، إلى جانب التفاعلات الكهرومغناطيسية والضعيفة، بينما تشارك اللبتونات فقط في التفاعلات الكهرومغناطيسية والضعيفة. (يشير ضمنيًا إلى وجود تفاعل الجاذبية المشترك بين المجموعتين). وكتل الهادرونات قريبة من حيث الحجم من كتلة البروتون (، مع طاقة معينة ه كوالدافع ص ك. الكمات المغناطيسية الحقول هي الفوتونات، الكميات من المجالات الأخرى تتوافق مع جميع جزيئات الإلكترون المعروفة الأخرى. يتيح جهاز نظرية المجال الكمي (QFT) وصف ولادة وتدمير الجسيم في كل نقطة زمنية.

تحويل خصائص الحقل تحدد الرئيسية الأعداد الكمومية لجسيمات E. يتم تحديد خصائص التحول فيما يتعلق بتحولات مجموعة لورنتز من خلال دوران الجسيمات: العددي يتوافق مع الدوران. هو عدد صحيح أو نصف عدد صحيح مضاعف للقيمة. في هذه الوحدات، يكون دوران الميزونات p وK هو 0، بالنسبة للبروتون والنيوترون وجميع اللبتونات 0, سبينور- يلف هو عدد صحيح أو نصف عدد صحيح مضاعف للقيمة. في هذه الوحدات، يكون دوران الميزونات p وK هو 0، بالنسبة للبروتون والنيوترون وجميع اللبتونات 1 / 2، ناقلات - تدور هو عدد صحيح أو نصف عدد صحيح مضاعف للقيمة. في هذه الوحدات، يكون دوران الميزونات p وK هو 0، بالنسبة للبروتون والنيوترون وجميع اللبتونات 1، الخ. تحويل خصائص الحقول فيما يتعلق بالتحولات "الداخلية". تحدد الفضاءات ("فضاء الشحنة"، "فضاء النظائر"، "الفضاء الوحدوي"، "فضاء اللون") وجود أرقام كمومية مثل ل، ب، أنا، س، مع، بوللكواركات والجلونات أيضًا ألوان. مقدمة "داخلية" الفضاءات في جهاز النظرية لا تزال أداة شكلية بحتة، والتي، مع ذلك، يمكن أن تكون بمثابة إشارة إلى أن البعد المادي. الزمكان، المنعكس في خصائص الجسيم E، هو في الواقع أكثر من أربعة - أي. أكبر من البعد الزمكاني، الذي يميز كل ما هو مجهري. بدني العمليات.

كتلة جسيمات E. لا ترتبط ارتباطًا مباشرًا بالتحول. خصائص الحقول. هذه خاصية إضافية لهم، أصل القطع غير مفهوم تمامًا.

لوصف العمليات التي تحدث مع جزيئات الإلكترون، يستخدم QFT شكلية لاغرانج.في لاغرانج، الذي تم إنشاؤه من المجالات المشاركة في تفاعل الجزيئات، يحتوي على جميع المعلومات حول خصائص الجزيئات وديناميكيات سلوكها. يتضمن لاغرانج فصلين. المصطلحات: لاغرانج الذي يصف سلوك الحقول الحرة، وتفاعل لاغرانج الذي يعكس العلاقة المتبادلة بين التحلل. الحقول وإمكانية تحويل E. h. المعرفة بالشكل الدقيق تسمح، من حيث المبدأ، باستخدام الجهاز مصفوفات التشتت (س- المصفوفات)، حساب احتمالات التحولات من المجموعة الأولية من الجسيمات إلى مجموعة نهائية معينة من الجسيمات، والتي تحدث تحت تأثير التفاعل الموجود بينها. وبالتالي إنشاء هيكل يفتح إمكانية الكميات. وصف العمليات مع E. h هو أحد المراكز. مشاكل برنامج التحويلات النقدية.

مخلوقات تم تحقيق التقدم في حل هذه المشكلة في الخمسينيات والسبعينيات. بناءً على تطوير فكرة حقول قياس المتجهات التي تمت صياغتها في عمل يانغ وميلز المذكور سابقًا. استنادًا إلى الموقف المعروف بأن كل قانون حفظ يتم ملاحظته تجريبيًا يرتبط بثبات لاغرانج الذي يصف النظام فيما يتعلق بتحولات مجموعة تناظر معينة ( نظرية نويثر) ، طالب يانغ وميلز بتنفيذ هذا الثبات محليًا، أي أن يحدث من أجل الاعتماد التعسفي للتحولات على نقطة في الزمكان. اتضح أن تحقيق هذا المطلب، المرتبط جسديًا بحقيقة أن التفاعل لا يمكن أن ينتقل على الفور من نقطة إلى أخرى، لا يمكن تحقيقه إلا عن طريق إدخال نوع خاص في بنية لاغرانج. قياس مجالات الطبيعة المتجهة، def. التحول في ظل تحولات مجموعة التماثل. علاوة على ذلك، تبين أن هياكل لاغرانج الحرة مرتبطة ارتباطًا وثيقًا بهذا النهج: المعرفة في الوسائل. إلى حد ما محددة سلفا المظهر

الظرف الأخير يرجع إلى حقيقة أن متطلبات المحلية قياس الثباتلا يمكن تنفيذه إلا إذا تم إجراء الاستبدال في جميع المشتقات التي تعمل في الحقول الحرة هنا ز- التفاعل المستمر. الخامسم - حقول القياس؛ تأ - مولدات مجموعة التماثل في تمثيل المصفوفة المقابلة للمجال الحر؛ ص- حجم المجموعة.

ونتيجة لما سبق، تظهر المصطلحات المحددة بدقة تلقائيًا في لغة لاغرانج المعدلة. الهياكل التي تصف تفاعل الحقول المضمنة في الأصل مع حقول القياس المقدمة حديثًا. في هذه الحالة، تعمل حقول القياس كحاملات للتفاعل بين الحقول الأصلية. بالطبع، نظرًا لظهور حقول قياس جديدة في لاغرانجيان، يجب استكمال لاغرانجيان الحر بمصطلح مرتبط بها والخضوع لإجراء التعديل الموضح أعلاه. إذا تمت ملاحظة ثبات المقياس بدقة، فإن حقول المقياس تتوافق مع البوزونات ذات الكتلة الصفرية. عندما ينكسر التناظر، تكون كتلة البوزون غير صفر.

في هذا النهج، تتلخص مهمة بناء لاغرانج الذي يعكس ديناميكيات الحقول المتفاعلة بشكل أساسي في الاختيار الصحيح لنظام الحقول التي تشكل لاغرانجيان الحر الأولي وإصلاح شكله. ومع ذلك، فإن الأخير، مع خصائص التحويل المحددة فيما يتعلق بمجموعة لورنتز، يتم تحديده بشكل فريد من خلال متطلبات الثبات النسبي والمتطلبات الواضحة لإدراج الهياكل التربيعية فقط في المجالات.

وبالتالي، فإن السؤال الرئيسي لوصف الديناميكيات هو اختيار نظام الحقول الأولية التي تشكل، في الواقع، نفس المركز. مسألة الفيزياء E. الفصل: "ما هي الجسيمات (وبالتالي المجالات) التي ينبغي اعتبارها الأكثر أساسية (أولية) عند وصف جسيمات المادة التي يمكن ملاحظتها؟"

حديث النظرية، كما ذكرنا سابقًا، تحدد الجسيمات عديمة البنية ذات الدوران 1/2 مثل هذه الجسيمات: الكواركات واللبتونات. يسمح هذا الاختيار، بناءً على مبدأ ثبات المقياس المحلي، ببناء مخطط ناجح للغاية لوصف التفاعلات القوية والضعيفة بين جزيئات الإلكترون، وهو ما يسمى. النموذج القياسي.

يعتمد النموذج في المقام الأول على افتراض أنه بالنسبة للتفاعل القوي يوجد تناظر دقيق سو ج(3) الموافق للتحولات في الفضاء ثلاثي الأبعاد "اللون". في هذه الحالة، من المفترض أن الكواركات تتحول وفقا للأموال. تمثيل المجموعة سو ج(3). يؤدي استيفاء متطلبات ثبات المقياس المحلي للكوارك لاغرانج إلى ظهور ثمانية بوزونات قياس عديمة الكتلة، تسمى غلوونات، تتفاعل مع الكواركات (وبعضها البعض) بطريقة محددة بدقة. طريقة (فريتش، جويل مان، 1972). تم تسمية مخطط وصف التفاعل القوي الذي تم تطويره على هذا الأساس الديناميكا اللونية الكمومية. وقد تم تأكيد صحة تنبؤاتها عدة مرات. التجارب، بما في ذلك الأدلة المقنعة على وجود الجلونات. هناك أيضًا أسباب جدية للاعتقاد بأن جهاز الديناميكا اللونية الكمومية يحتوي على تفسير لظاهرة الحبس.

عند بناء نظرية التفاعل الضعيف تم استخدام حقيقة وجود أزواج من اللبتونات لها نفس رقم اللبتون ( ل ه , ل ت , لر)، ولكن مع الكهربائية المختلفة تهمة (ه - ، ه -; م - , الخامسم؛ ت - , الخامسص) يمكن تفسيره على أنه مظهر من مظاهر التناظر المرتبط بما يسمى بالمجموعة. إيزوسبين ضعيف S. U. sl (2)، والأزواج نفسها تعتبر تمثيلات دوارة (مزدوجة) لهذه المجموعة. من الممكن تفسير مماثل فيما يتعلق بأزواج الكواركات المشاركة في التفاعل الضعيف. لاحظ أن النظر في إطار هذا المخطط للتفاعل الضعيف بمشاركة الكوارك بيؤدي بالضرورة إلى استنتاج مفاده أن لديها كوارك شريك النظائر ر، تكوين زوج ( ر، ب). يتم تعريف العزلة عن طريق التفاعل الضعيف. مروحية(يسار) بالنسبة للفرميونات المشاركة فيها يمكن أيضًا اعتبارها مظهرًا لوجود التناظر ش cl (1)، يرتبط بضعف الشحن الزائد ي sl. في هذه الحالة، يجب تعيين قيم مختلفة للشحن الزائد للفرميونات اليسرى واليمنى ي sl، وينبغي اعتبار الفرميونات اليمنى بمثابة كميات نظائرية. في البناء المعتمد، تنشأ العلاقة بشكل طبيعي س = أنا 3سل + 1/2 ي sl، والتي واجهناها بالفعل بين الهادرونات.

وبالتالي، فإن التحليل الدقيق للتفاعل الضعيف بين اللبتونات والكواركات يجعل من الممكن الكشف عن أن لديهم تناظرًا (مع ذلك، مكسورًا بشكل ملحوظ)، يتوافق مع المجموعة S. U.سي (2) ش CL ( 1) . إذا تجاهلنا انتهاك هذا التناظر واستخدمنا الشرط الصارم لثبات المقياس المحلي، فستنشأ نظرية التفاعل الضعيف بين الكواركات واللبتونات، والتي تتضمن أربعة بوزونات عديمة الكتلة (اثنان مشحونان واثنان محايدان) وثابتين للتفاعل يتوافقان مع المجموعات S. U.م (2) و شس (1). في هذه النظرية، مصطلحات لاغرانج المقابلة للتفاعل مع الشحنة. البوزونات، تعيد إنتاج البنية المعروفة بشكل صحيح التيارات المشحونة، لكنها لا توفر الإجراء قصير المدى الذي لوحظ في العمليات الضعيفة، وهو أمر ليس مفاجئًا، نظرًا لأن الكتلة الصفرية للبوزونات المتوسطة تؤدي إلى عمل طويل المدى. ولا يتبع ذلك إلا في الواقعية. ونظريات التفاعل الضعيفة، يجب أن تكون كتل البوزونات الوسيطة محدودة. وهذا يتوافق أيضًا مع حقيقة كسر التماثل S. U.سي (2) شس (1).

ومع ذلك، فإن الإدخال المباشر لكتل ​​محدودة من البوزونات الوسيطة في لاغرانج المبنية بالطريقة الموصوفة أعلاه أمر مستحيل، لأنه يتناقض مع متطلبات ثبات المقياس المحلي. كان من الممكن مراعاة كسر التماثل بطريقة متسقة وتحقيق ظهور البوزونات الوسيطة في نظرية الكتل المحدودة بمساعدة افتراض مهم حول وجود مجالات عددية خاصة في الطبيعة F ( حقول هيجز)والتفاعل مع الحقول الفرميونية والمقياسية ولها تفاعل ذاتي محدد يؤدي إلى الظاهرة كسر التماثل العفوي[ص. هيغز (ب. هيغز)، 1964]. يؤدي إدخال حقل مزدوج واحد (في مجموعة اللف المتساوي الضعيفة) لحقول هيغز في نظرية لاغرانج في أبسط نسخة إلى حقيقة أن نظام الحقول بأكمله ينتقل إلى حالة فراغ جديدة منخفضة الطاقة تتوافق مع التماثل المكسور. إذا في البداية متوسط ​​الفراغمن الحقل F كان يساوي الصفر<Ф>0 = 0، ثم في حالة جديدة<Ф>0 = Ф 0 0. انتهاك التماثل والظهور في نظرية النتائج المحدودة F 0 بسبب آلية هيجزإلى كتلة الشحنة غير المتلاشية. البوزونات الوسيطة الفوتون، + وظهور الاختلاط (التركيب الخطي) لاثنين من البوزونات المحايدة التي تظهر في النظرية. نتيجة الخلط، ينشأ مغناطيس كهربائي عديم الكتلة. تفاعل المجال مع المغناطيس الكهربائي. تيار الكواركات واللبتونات، ومجال البوزون المحايد الضخم ز 0 التفاعل مع تيار محايدهيكل محدد بدقة. معلمة المزج (الزاوية) ( زاوية واينبرغ)يتم إعطاء البوزونات المحايدة في هذا المخطط بنسبة ثوابت تفاعل المجموعة شم (ل) و S. U.سي (2) : tgq ث = ز"/ز. تحدد نفس المعلمة الاتصال الشامل ميغاواطو م ض (م ض = م ث / com.cosq دبليو) والاتصالات الكهربائية تكلفة هثابت مجموعة اللف النظائري الضعيف ز:ه = ز sinq دبليو. الاكتشاف في عام 1973، أثناء دراسة تشتت النيوترينو، للتيارات الضعيفة المحايدة التي تنبأ بها المخطط الموصوف أعلاه، والاكتشاف اللاحق في عام 1983 اعتمادًا على مشاركتها في أنواع معينة من التفاعلات، تم دراسة جميع جزيئات الإلكترون، باستثناء الفوتون،- وبوزونات Z بكتلة 80 GeV و91 GeV، على التوالي، أكدت ببراعة المفهوم الكامل للوصف الموحد للمغن. والتفاعلات الضعيفة. دعونا نجرب. تحديد قيمة الخطيئة 2 ف ث=أظهر 0.23 أن الثابت زوالكهربائية تكلفة همتقاربة الحجم. وأصبح من الواضح أن "ضعف" التفاعل الضعيف عند الطاقات أقل بشكل ملحوظ ميغاواطو م ز، خاصة بسبب الكتلة الكبيرة من البوزونات الوسيطة. في الواقع، ثابت نظرية الفرميونات الأربعة الظاهرية لتفاعل فيرمي الضعيف جي إففي الرسم البياني أعلاه يساوي ز ف = ز 2 /8ص 1 2 دبليو. وهذا يعني أن فعالية. ثابت التفاعل الضعيف عند الطاقة بالـ s. ج. م. ~ ريساوي ز ف م ص 2 10 -5، ومربعها قريب من 10 -10، أي. إلى القيمة المذكورة أعلاه. في الطاقات بالسنتيمتر أو الكبيرة أو بالترتيب ميغاواط، المعلمة الوحيدة التي تميز التفاعل الضعيف هي الكمية ز 2 / 4p أو ه 2 / 4p، أي ضعيف والمغن. تصبح التفاعلات قابلة للمقارنة في الشدة ويجب أخذها في الاعتبار معًا.

بناء وصف موحد للمغن. والتفاعلات الضعيفة تعد إنجازًا مهمًا لنظرية مجالات القياس، ويمكن مقارنتها في الأهمية بتطور ماكسويل في النهاية. القرن ال 19 النظرية الموحدة للمغن. الظواهر. كمية تم تبرير تنبؤات نظرية التفاعل الضعيف في جميع القياسات التي تم إجراؤها بدقة 1٪. المادية الهامة ونتيجة لهذا البناء هو الاستنتاج حول وجود جسيم من نوع جديد في الطبيعة - محايد هيغز بوزون. في البداية التسعينيات لم يتم العثور على مثل هذا الجسيم. وأظهرت عمليات البحث أن كتلته تتجاوز 60 جيجا إلكترون فولت. ومع ذلك، فإن النظرية لا تعطي تنبؤًا دقيقًا لكتلة بوزون هيغز. لا يسعنا إلا أن نقول أن كتلته لا تتجاوز 1 تيرا إلكترون فولت. الكتلة المقدرة لهذا الجسيم تقع في حدود 300-400 جيجا إلكترون فولت.

لذلك، يتم اختيار "النموذج القياسي" كسيدة صندوق. جسيمات ثلاثة أزواج من الكواركات ( و د)(مع, ق) (ر، ب) وثلاثة أزواج من اللبتونات ( الخامس ه، ه -)(الخامسمم -) ( الخامس t، m -)، يتم تجميعها عادةً وفقًا لحجم كتلتها في عائلات (أو أجيال) على النحو التالي:

ويفترض أن تفاعلاتهم تلبي التناظر S. U.سي (3) S. U.سي (2) شس (ل). ونتيجة لذلك، تم الحصول على نظرية تكون فيها حاملات التفاعل هي بوزونات قياس: غلوونات، فوتونات، 1/2، عند الفوتون،و Z. وعلى الرغم من أن "النموذج القياسي" يتعامل بنجاح كبير مع وصف جميع الحقائق المعروفة المرتبطة بـ E.H.، إلا أنه على الأرجح، فهو مرحلة وسيطة في بناء نظرية أكثر كمالا وشمولا لـ E.H. في بنية "النموذج القياسي" لا يزال هناك الكثير من المعلمات التعسفية المحددة تجريبيًا (قيم كتل الكواركات واللبتونات، وقيم ثوابت التفاعل، وزوايا الخلط، وما إلى ذلك). كما لم يتم تحديد عدد أجيال الفرميون في النموذج. وحتى الآن، لا تؤكد التجربة إلا بثقة أن عدد الأجيال لا يتجاوز ثلاثة، إلا في حالة وجود نيوترينوات ثقيلة ذات كتل متعددة في الطبيعة. عشرات GeV.

من وجهة نظر خصائص التناظر للتفاعلات، سيكون من الطبيعي أن نتوقع ذلك في النظرية الشاملة لـ E.H. بدلاً من المنتج المباشر لمجموعات التماثل، ستظهر مجموعة تماثل واحدة زمع ثابت تفاعل واحد يقابله. يمكن تفسير مجموعات التماثل في "النموذج القياسي" في هذه الحالة على أنها منتجات اختزال لمجموعة كبيرة عندما ينكسر التماثل المرتبط بها. في هذا المسار، من حيث المبدأ، يمكن أن تنشأ إمكانية التوحيد الكبير للتفاعلات. قد يكون الأساس الرسمي لمثل هذا المزيج هو خاصية التغيير مع تأثير الطاقة. ثوابت التفاعل لحقول القياس ز ط 2 /4ع = أ أنا (أنا=1، 2، 3)، والذي ينشأ عند الأخذ بعين الاعتبار المراتب العليا للنظرية (ما يسمى بالثوابت الجارية). في هذه الحالة، يرتبط الثابت a 1 بالمجموعة يو(أنا);أ2- مع المجموعة . عدد الجسيمات المتضمنة في المضاعفات الفائقة المرصودة هو 8 و10. ومن وجهة نظر التناظر، يتم تفسير ظهور الجسيمات الفائقة على أنها مظهر من مظاهر وجود مجموعة تناظرية للتفاعل القوي الأوسع من المجموعة 2); أ 3 - مع المجموعة . عدد الجسيمات المتضمنة في المضاعفات الفائقة المرصودة هو 8 و10. ومن وجهة نظر التناظر، يتم تفسير ظهور الجسيمات الفائقة على أنها مظهر من مظاهر وجود مجموعة تناظرية للتفاعل القوي الأوسع من المجموعة 3) . يتم وصف التغييرات البطيئة جدًا (اللوغاريتمية) المذكورة بالتعبير

ربط قيم eff. الثوابت أ أنا) و أ أنا(م) عند قيمتين مختلفتين للطاقة: مو م( م>م). تختلف طبيعة هذه التغييرات باختلاف الأنواع. مجموعات التماثل (وبالتالي التفاعلات المختلفة) ويتم تقديمها بواسطة المعاملات ب ط، تتضمن معلومات حول بنية مجموعات التماثل وحول الجسيمات المشاركة في التفاعل. بسبب ال ب 1 , ب 2 و ب 3 مختلفة، فمن الممكن أنه على الرغم من التناقضات الملحوظة في قيم أ أنا-1 (م) عند الطاقات المدروسة م، عند طاقات عالية جداً مجميع القيم الثلاث ل أنا -1 (م) سوف يتزامن، أي سيتحقق التوحيد العظيم للتفاعلات. ومع ذلك، أظهر التحليل الدقيق أنه ضمن النموذج القياسي، باستخدام القيم المعروفة لـ a أنا-1 (م)، تطابق القيم الثلاث لـ أ أنا -1 (م) في بعض كبيرة ممستحيل، أي إن نسخة النظرية مع التوحيد العظيم غير ممكنة في هذا النموذج. في الوقت نفسه، وجد أنه في مخططات مختلفة عن النموذج القياسي، مع تغيير التكوين الأساسي. (الصندوق.) الحقول أو الجسيمات، قد يحدث التوحيد العظيم. التغييرات في تكوين الرئيسي تؤدي الجزيئات إلى تغيرات في قيم المعاملات " ب ط"وبالتالي توفير إمكانية مطابقة أ أنا (م) ككل م.

الفكرة التوجيهية عند اختيار تركيبة قاعدة معدلة. كانت نظرية الجسيمات هي فكرة احتمال وجود جسيمات E في العالم. التناظر الفائق، تحدد الحافة تعريفًا. العلاقات بين جزيئات الدوران الكاملة ونصف الصحيحة التي تظهر في النظرية. لتلبية متطلبات التناظر الفائق، على سبيل المثال. في حالة النموذج القياسي، يجب أن يرتبط كل جسيم بجسيم ذو دوران مزاح بمقدار 1/2 - علاوة على ذلك، في حالة التناظر الفائق الدقيق، يجب أن يكون لكل هذه الجسيمات نفس الكتلة. وبالتالي، يجب أن ترتبط الكواركات واللبتونات ذات السبين 1/2 بشركائها الفائقين (الشركاء الفائقين) ذو السبين صفر، وجميع البوزونات القياسية ذات السبين 1 مع شركاء فائقين ذات السبين 1/2، وبوزون هيغز ذو السبين صفر مع شريك فائق ذو السبين. 1/ 2. نظرًا لعدم ملاحظة الشركاء الفائقين للكواركات واللبتونات والبوزونات القياس بالتأكيد في منطقة الطاقة المدروسة، فيجب أن يكون التناظر الفائق، إذا كان موجودًا، مكسورًا بشكل ملحوظ، ويجب أن تكون لكتل ​​الشركاء الفائقين قيم تتجاوز بشكل كبير كتل الفرميونات والبوزونات المعروفة.

تم العثور على تعبير ثابت عن متطلبات التناظر الفائق في نموذج التناظر الفائق الأدنى (MCCM)، والذي، بالإضافة إلى التغييرات المذكورة بالفعل في تكوين جسيمات النموذج القياسي، يزداد عدد بوزونات هيغز إلى خمسة (منها اثنان مشحونان وثلاثة جسيمات محايدة). وفقًا لذلك، يظهر في النموذج خمسة شركاء فائقين لبوزونات هيغز ذات دوران 1/2 - MCCM هو أبسط تعميم للنموذج القياسي لحالة التناظر الفائق. معنى م، عندما تحدث مصادفة أنا (م)(التوحيد الكبير)، في MCCM يساوي تقريبًا 10 16 GeV.

يرتبط أحد الاحتمالات الواعدة لتطوير نظرية مجالات القياس بفرضية وجود التناظر الفائق، والذي يحل أيضًا عددًا من مشاكلها الداخلية. المشاكل المرتبطة باستقرار المعلمات التي تظهر فيه. التناظر الفائق، كما ذكرنا سابقًا، يجعل من الممكن الحفاظ في نظرية جزيئات الإلكترون على الإمكانية الجذابة للتوحيد الكبير للتفاعلات. سيكون التأكيد الحاسم على وجود التناظر الفائق هو اكتشاف الشركاء الفائقين للجسيمات المعروفة. وتتراوح كتلتها من مئات GeV إلى 1 TeV. وستكون الجسيمات بهذه الكتل متاحة للدراسة في الجيل القادم من مصادمات البروتونات.

إن اختبار فرضية وجود التناظر الفائق والبحث عن الجسيمات فائقة التناظر يعد بلا شك أحد أهم المهام في فيزياء الجسيمات الأولية، والتي بلا شك ستحظى بأولوية الاهتمام في المستقبل القريب.

بعض المشاكل العامة في نظرية الجسيمات الأولية

لقد حدد التطور الأخير لفيزياء الجسيمات بوضوح من بين جميع المكونات الدقيقة للمادة مجموعة من الجسيمات التي تلعب دورًا خاصًا ولها أكبر الأسباب (في بداية التسعينيات) لتسمى جسيمات الإلكترون حقًا وهذا يشمل الأساسات. تدور 1 فرميونات / 2 - اللبتونات والكواركات، والتي تشكل ثلاثة أجيال، والبوزونات المقاسة ذات الدوران 1 (الغلوونات والفوتونات والبوزونات الوسيطة)، وهي حاملة للتفاعلات القوية والضعيفة. من المرجح أن يتم إضافة جسيم ذو دوران 2 إلى هذه المجموعة، جرافيتون، كحامل للجاذبية. التفاعل الذي يربط جميع الجسيمات. وتتكون مجموعة خاصة من جسيمات ذات دوران 0، وهي بوزونات هيغز، والتي لم يتم اكتشافها بعد.

ومع ذلك تبقى أسئلة كثيرة دون إجابة. وبالتالي، يبقى من غير الواضح ما إذا كان هناك وجود مادي. معيار يحدد عدد أجيال الفرميونات الأولية. ليس من الواضح مدى ارتباط الاختلاف في خصائص الكواركات واللبتونات بوجود اللون في الكواركات واللبتونات، أو ما إذا كان هذا الاختلاف يقتصر فقط على منطقة الطاقة المدروسة. تتعلق بهذا السؤال مسألة المادية طبيعة التوحيد الكبير، حيث تعتبر الكواركات واللبتونات في شكليتها كائنات ذات خصائص مماثلة.

من المهم أن نفهم ما إذا كان وجود "intrins" مختلفة. الأعداد الكمومية للكواركات واللبتونات ( ب، ل، أنا، ق، ج، بوما إلى ذلك) إلى هندسة أكثر تعقيدًا للعالم الصغير، تتوافق مع عدد أكبر من الأبعاد مقارنة بالهندسة رباعية الأبعاد للعالم المجهري المألوفة لدينا. وقت فراغ. يرتبط ارتباطًا وثيقًا بهذا السؤال سؤال ما هو الحد الأقصى. مجموعة التماثل ز، والتي تلبي تفاعلات الجسيمات الأولية والتي توجد بها مجموعات تناظر مدمجة تظهر في منطقة الطاقة المدروسة. ستساعد الإجابة على هذا السؤال في تحديد العدد المحدود لحاملات التفاعل بين E. h وتوضيح خصائصها. ومن الممكن أن الحد الأقصى. مجموعة زيعكس في الواقع خصائص التناظر لمساحة معينة متعددة الأبعاد. هذا النطاق من الأفكار معروف جيدًا وينعكس في النظرية الأوتار الفائقة، وهي نظائرها من السلاسل العادية في مسافات ذات أكثر من أربعة أبعاد (عادة في مسافة 10 أبعاد). تفسر نظرية الأوتار الفائقة جزيئات الإلكترون على أنها مظاهر لإثارات محددة للأوتار الفائقة، تتوافق مع أنواع مختلفة. يدور. يُعتقد أن الأبعاد الإضافية (ما بعد الأربعة) لا تكشف عن نفسها في الملاحظات بسبب ما يسمى ب. الضغط، أي تشكيل مساحات فرعية مغلقة ذات أبعاد مميزة ~10 -33 سم. إن مظهر وجود هذه الفضاءات الجزئية هو "الداخلي" الذي يمكن ملاحظته. الأعداد الكمومية لجسيمات الإلكترون لا توجد بيانات تؤكد حتى الآن صحة النهج المتبع في تفسير خصائص جسيمات الإلكترون المرتبطة بفكرة الأوتار الفائقة.

كما يتبين مما سبق، من الناحية المثالية، لا ينبغي للنظرية الكاملة لجسيمات الإلكترون أن تصف بشكل صحيح تفاعلات مجموعة معينة من الجسيمات المختارة كتفاعلات أساسية فحسب، بل يجب أن تحتوي أيضًا على تفسير للعوامل التي تحدد عدد هذه الجسيمات وكمها. الأرقام، ثوابت التفاعل، قيم كتلتها، إلخ. كما يجب فهم أسباب بروز أهمها. مجموعة واسعة التماثل زوفي نفس الوقت طبيعة الآليات التي تسبب انتهاك التناظر عندما ننتقل إلى طاقات أقل. وفي هذا الصدد، فإن توضيح دور بوزونات هيغز في فيزياء E.H له أهمية قصوى. الموديلات المقدمة حديثا لا تزال نظرية E. h بعيدة عن تلبية جميع المعايير المذكورة.

ويرتبط وصف تفاعلات جزيئات الإلكترون، كما ذكرنا سابقًا، بنظريات مجال القياس. وقد طورت هذه النظريات الرياضيات. جهاز يسمح لك بإجراء حسابات العمليات باستخدام E.H. بنفس مستوى الدقة كما هو الحال في الديناميكا الكهربائية الكمومية. ومع ذلك، في جهاز نظريات المجال المقياس، في شكله الحديث. صياغة، هناك واحد يجري. العيب الشائع في الديناميكا الكهربائية الكمومية هو أنه في عملية الحسابات تظهر فيها تعبيرات كبيرة لا نهاية لها لا معنى لها. بمساعدة خاصة طريقة إعادة تعريف الكميات الملحوظة (ثوابت الكتلة والتفاعل) - إعادة التطبيع- تمكن من القضاء على اللانهاية من النهايات. نتائج الحساب. ومع ذلك، فإن إجراء إعادة التطبيع هو تجاوز شكلي بحت للصعوبات الموجودة في الجهاز النظري، على الرغم من أنه عند مستوى معين من الدقة يمكن أن يؤثر على درجة التوافق بين تنبؤات النظرية والقياسات.

يرجع ظهور اللانهاية في الحسابات إلى حقيقة أنه في تفاعل لاغرانج، تتم إحالة مجالات الجسيمات المختلفة إلى نقطة واحدة سأي أنه من المفترض أن تكون الجسيمات نقطية، وأن الزمكان رباعي الأبعاد يظل مسطحًا حتى أصغر المسافات. في الواقع، يبدو أن هذه الافتراضات غير صحيحة من عدة جوانب. الأسباب:

أ) صحيح E. ​​h.، كحاملات للكتلة المحدودة، فمن الطبيعي أن نعزو أبعادًا محدودة، وإن كانت صغيرة جدًا، إذا أردنا تجنب الكثافة اللانهائية للمادة؛

ب) من المرجح أن تختلف خصائص الزمكان على مسافات صغيرة بشكل جذري عن خصائصه العيانية. الخصائص (تبدأ من مسافة مميزة معينة، تسمى عادة الطول الأساسي)؛

ج) على أصغر المسافات (~ 10 -33 سم) تتأثر التغيرات الهندسية. خصائص الزمكان بسبب تأثير الجاذبية الكمومية التأثيرات (التقلبات المترية؛ انظر نظرية الكم للجاذبية).

ولعل هذه الأسباب ترتبط ارتباطا وثيقا. لذلك، فإنه يأخذ في الاعتبار الجاذبية التأثيرات كحد أقصى. يؤدي بطبيعة الحال إلى حجم صحيح E.h. حوالي 10-33 سم، وfundam. قد يتزامن الطول في الواقع مع ما يسمى ب. طول بلانك لر = 10 -33 سم، حيث س-جاذبية ثابت (م. ماركوف، 1966). وأي سبب من هذه الأسباب ينبغي أن يؤدي إلى تعديل النظرية وإلغاء اللانهاية، على الرغم من أن التطبيق العملي لهذا التعديل قد يكون صعبا للغاية.

أحد الاحتمالات المثيرة للاهتمام لمراعاة تأثيرات الجاذبية باستمرار يرتبط بتوسيع أفكار التناظر الفائق إلى الجاذبية. التفاعل (نظرية الجاذبية الفائقة، وخاصة الجاذبية الفائقة الممتدة). المحاسبة المشتركة للجاذبية وأنواع أخرى من التفاعلات تؤدي إلى انخفاض ملحوظ في عدد التعبيرات المتباينة في النظرية، ولكن لم يتم إثبات ما إذا كانت الجاذبية الفائقة تؤدي إلى الإزالة الكاملة للاختلافات في الحسابات بشكل صارم.

وبالتالي، فإن الاستنتاج المنطقي لأفكار التوحيد العظيم سيكون على الأرجح إدراج قوى الجاذبية في المخطط العام للنظر في تفاعلات E. ch. التفاعلات، مع الأخذ في الاعتبار ما يمكن أن يكون أساسيًا على مسافات قصيرة جدًا. إنه يعتمد على المحاسبة المتزامنة لجميع أنواع التفاعلات من المحتمل أن نتوقع إنشاء نظرية مستقبلية لـ E. h.

أشعل.:الجسيمات الأولية والمجالات التعويضية. قعد. الفن، عبر. من الإنجليزية، م.، 1964؛ كوكيدي يا.، نظرية الكواركات، العابرة. من الإنجليزية، م.. 1971؛ ماركوف M. A.، حول طبيعة المادة، M.، 1976؛ Gla-show Sh.، الكواركات ذات اللون والرائحة، العابرة. من الإنجليزية، "UFN"، 1976، المجلد 119، ق. 4، ص. 715؛ برنشتاين ج.، كسر التماثل التلقائي، ونظريات القياس، وآلية هيجز، وما إلى ذلك، في كتاب: نظرية الكم للمجالات القياس. قعد. الفن، عبر. من الإنجليزية، م، 1977 (أخبار الفيزياء الأساسية، المجلد 8)؛ Bogolyubov N. N., Shirkov D. V., Quantum Fields, 2nd ed., M., 1993; أوكون إل بي، اللبتونات والكواركات، الطبعة الثانية، م، 1990.

– الأشياء المادية التي لا يمكن تقسيمها إلى الأجزاء المكونة لها. وفقًا لهذا التعريف، لا يمكن تصنيف الجزيئات والذرات والنوى الذرية التي يمكن تقسيمها إلى أجزاء مكونة على أنها جسيمات أولية - فالذرة تنقسم إلى نواة وإلكترونات مدارية، والنواة إلى نويات. في الوقت نفسه، لا يمكن تقسيم النيوكليونات، التي تتكون من جسيمات أصغر وأساسية - الكواركات، إلى هذه الكواركات. لذلك، يتم تصنيف النيوكليونات على أنها جسيمات أولية. بالنظر إلى حقيقة أن النيوكليون والهادرونات الأخرى لها بنية داخلية معقدة تتكون من جسيمات أكثر أساسية - الكواركات، فمن الأنسب تسمية الهادرونات ليس بالجسيمات الأولية، ولكن ببساطة بالجسيمات.
الجسيمات أصغر حجما من نوى الذرة. أبعاد النوى هي 10 -13 - 10 -12 سم. أكبر الجسيمات (بما في ذلك النيوكليونات) تتكون من كواركات (اثنين أو ثلاثة) وتسمى الهادرونات. أبعادها ≈ 10 -13 سم وهناك أيضًا نقاط غير هيكلية (على المستوى الحالي للمعرفة).< 10 -17 см) частицы, которые называют фундаментальными. Это кварки, лептоны, фотон и некоторые другие. Всего известно несколько сот частиц. Это в подавляющем большинстве адроны.

الجدول 1

الفرميونات الأساسية
التفاعلات				أجيال			تكلفة س/ه
			هادرونات	ه	ν μ	ν τ
				ه	μ	τ
			جسيمات دون الذرية		ج	ر	+2/3
					س	ب	-1/3

الجسيمات الأساسية هي 6 كواركات و6 لبتونات (الجدول 1)، لها لف مغزلي 1/2 (وهي فرميونات أساسية) وعدة جسيمات ذات لف مغزلي 1 (غلوون، فوتون، W ± وبوزونات Z)، بالإضافة إلى جرافيتون (سبين مغزلي). 2)، وتسمى البوزونات الأساسية (الجدول 2). تنقسم الفرميونات الأساسية إلى ثلاث مجموعات (أجيال)، تحتوي كل منها على 2 كوارك و2 لبتون. تتكون جميع المواد التي يمكن ملاحظتها من جسيمات الجيل الأول (الكواركات u، d، الإلكترون e -): تتكون النيوكليونات من الكواركات u و d، وتتكون النوى من النيوكليونات. تشكل النوى التي لها إلكترونات في مداراتها ذرات، وما إلى ذلك.

الجدول 2

التفاعلات الأساسية
تفاعل	الكم الميداني	نصف القطر، سم	التفاعل ثابت (أمر من حجم)	مثال المظاهر
قوي	جلون	10 -13	1	النواة، الهادرونات
الكهرومغناطيسي	γ-الكم		10 -2	ذرة
ضعيف	ث ±، ز	10 -16	10 -6	γ الاضمحلال
الجاذبية	جرافيتون	∞	10 -38	جاذبية

دور البوزونات الأساسية هو أنها تدرك التفاعل بين الجسيمات، كونها "حاملة" للتفاعلات. خلال التفاعلات المختلفة، تتبادل الجسيمات البوزونات الأساسية. تشارك الجسيمات في أربعة تفاعلات أساسية - القوية (1)، والكهرومغناطيسية (10 -2)، والضعيفة (10 -6)، والجاذبية (10 -38). تميز الأرقام الموجودة بين قوسين القوة النسبية لكل تفاعل في منطقة الطاقة الأقل من 1 GeV. تشارك الكواركات (والهادرونات) في جميع التفاعلات. اللبتونات لا تشارك في التفاعل القوي. حامل التفاعل القوي هو الغلوون (8 أنواع)، والتفاعل الكهرومغناطيسي هو الفوتون، والتفاعل الضعيف هو بوزونات W ± وZ، والتفاعل الجاذبية هو الجرافيتون.
العدد الهائل من الجسيمات في الحالة الحرة غير مستقر، أي. يتفكك. العمر المميز للجسيمات هو 10 -24 -10 -6 ثانية. عمر النيوترون الحر حوالي 900 ثانية. إن الإلكترون والفوتون ونيوترينو الإلكترون وربما البروتون (والجسيمات المضادة لها) مستقرة.
أساس الوصف النظري للجسيمات هو نظرية المجال الكمي. لوصف التفاعلات الكهرومغناطيسية، يتم استخدام الديناميكا الكهربائية الكمومية (QED)، ويتم وصف التفاعلات الضعيفة والكهرومغناطيسية بشكل مشترك من خلال نظرية موحدة - النموذج الكهروضعيف (ESM)، والتفاعل القوي - الديناميكا اللونية الكمومية (QCD). QCD وESM، اللذان يصفان معًا التفاعلات القوية والكهرومغناطيسية والضعيفة للكواركات واللبتونات، يشكلان إطارًا نظريًا يسمى النموذج القياسي.

يرتبط المزيد من الاختراق في أعماق العالم الصغير بالانتقال من مستوى الذرات إلى مستوى الجزيئات الأولية. كأول جسيم أولي في نهاية القرن التاسع عشر. تم اكتشاف الإلكترون، ثم في العقود الأولى من القرن العشرين. - الفوتون والبروتون والبوزيترون والنيوترون.

بعد الحرب العالمية الثانية، وبفضل استخدام التكنولوجيا التجريبية الحديثة، وقبل كل شيء المسرعات القوية، التي تنشأ فيها ظروف الطاقات العالية والسرعات الهائلة، تم إثبات وجود عدد كبير من الجسيمات الأولية - أكثر من 300. من بينها هناك اكتشاف تجريبي وحساب نظري، بما في ذلك الرنين والكواركات والجسيمات الافتراضية.

شرط الجسيمات الأوليةكان المقصود في الأصل أبسط الجسيمات غير القابلة للتحلل والتي تكمن وراء أي تكوينات مادية. وفي وقت لاحق، أدرك الفيزيائيون الاصطلاح الكامل لمصطلح "الابتدائي" فيما يتعلق بالأجسام الدقيقة. الآن ليس هناك شك في أن الجسيمات لها بنية معينة، ولكن مع ذلك، لا يزال الاسم الثابت تاريخيا موجودا.

الخصائص الرئيسية للجسيمات الأولية هي الكتلة والشحنة ومتوسط ​​العمر واللف والأعداد الكمومية.

يستريح الشامل يتم تحديد الجسيمات الأولية بالنسبة لكتلة السكون للإلكترون. هناك جسيمات أولية ليس لها كتلة سكون. الفوتونات. وتنقسم الجزيئات المتبقية وفقا لهذا المعيار إلى هادرونات- جسيمات الضوء (الإلكترون والنيوترينو)؛ الميزونات– جسيمات متوسطة الحجم تتراوح كتلتها من واحد إلى ألف كتلة إلكترون؛ الباريونات– الجسيمات الثقيلة التي تزيد كتلتها عن ألف كتلة إلكترون والتي تشمل البروتونات والنيوترونات والهايبرونات والعديد من الرنينات.

الشحنة الكهربائية هي خاصية مهمة أخرى للجسيمات الأولية. جميع الجسيمات المعروفة لها شحنة موجبة أو سلبية أو صفر. كل جسيم، باستثناء الفوتون والميزونين، يقابل جسيمات مضادة ذات شحنات معاكسة. حوالي 1963-1964 تم طرح فرضية حول الوجود جسيمات دون الذرية- جسيمات ذات شحنة كهربائية جزئية. ولم يتم بعد تأكيد هذه الفرضية تجريبيا.

بمدى الحياة تنقسم الجزيئات إلى مستقر و غير مستقر . هناك خمسة جسيمات مستقرة: الفوتون، ونوعان من النيوترينوات، والإلكترون والبروتون. إنها الجسيمات المستقرة التي تلعب الدور الأكثر أهمية في بنية الأجسام الكبيرة. جميع الجسيمات الأخرى غير مستقرة، فهي موجودة لمدة 10 -10 -10 -24 ثانية، وبعد ذلك تتحلل. تسمى الجسيمات الأولية التي يبلغ متوسط ​​عمرها 10-23-10-22 ثانية الأصداء. ونظرًا لقصر عمرها، فإنها تتحلل حتى قبل أن تترك الذرة أو النواة الذرية. تم حساب حالات الرنين نظريًا، ولم يكن من الممكن اكتشافها في التجارب الحقيقية.

بالإضافة إلى الشحنة والكتلة ومدة الحياة، يتم وصف الجسيمات الأولية أيضًا بمفاهيم ليس لها مثيل في الفيزياء الكلاسيكية: المفهوم خلف . الدوران هو الزخم الزاوي الجوهري لجسيم غير مرتبط بحركته. يتميز الدوران ب تدور عدد الكم س، والتي يمكن أن تأخذ قيمًا صحيحة (±1) أو نصف عدد صحيح (±1/2). الجسيمات ذات الدوران الصحيح – البوزونات، مع نصف عدد صحيح - فرميونات. يتم تصنيف الإلكترونات على أنها فرميونات. وفقًا لمبدأ باولي، لا يمكن للذرة أن تحتوي على أكثر من إلكترون واحد بنفس مجموعة الأعداد الكمومية ن,ص 1,ل,س. الإلكترونات، التي تتوافق مع الدوال الموجية بنفس العدد n، متقاربة جدًا في الطاقة وتشكل غلافًا إلكترونيًا في الذرة. الاختلافات في الرقم l تحدد "القشرة الفرعية"، أما أرقام الكم المتبقية فتحدد ملئها، كما ذكرنا أعلاه.

في خصائص الجسيمات الأولية هناك فكرة أخرى مهمة تفاعل. كما ذكرنا سابقًا، هناك أربعة أنواع من التفاعلات بين الجسيمات الأولية معروفة: الجاذبية,ضعيف,الكهرومغناطيسيو قوي(النووية).

جميع الجسيمات لها كتلة سكون ( ص 1 0)، تشارك في تفاعل الجاذبية، كما تشارك المشحونة أيضًا في التفاعل الكهرومغناطيسي. تشارك اللبتونات أيضًا في التفاعلات الضعيفة. تشارك الهادرونات في جميع التفاعلات الأساسية الأربعة.

وفقا لنظرية المجال الكمي، تتم جميع التفاعلات بسبب التبادل الجسيمات الافتراضية أي الجسيمات التي لا يمكن الحكم على وجودها إلا بشكل غير مباشر، من خلال بعض مظاهرها من خلال بعض التأثيرات الثانوية ( جزيئات حقيقية يمكن تسجيلها مباشرة باستخدام الأدوات).

لقد اتضح أن جميع الأنواع الأربعة المعروفة من التفاعلات - الجاذبية، والكهرومغناطيسية، والقوية والضعيفة - لها طبيعة قياسية ويتم وصفها بواسطة قياس التماثلات. وهذا يعني أن جميع التفاعلات تتم «من نفس الفراغ». وهذا يعطينا الأمل في أنه سيكون من الممكن العثور على "المفتاح الوحيد لجميع الأقفال المعروفة" ووصف تطور الكون من حالة يمثلها حقل فائق واحد فائق التناظر، من حالة تكون فيها الاختلافات بين أنواع التفاعلات، بين جميع أنواع جزيئات المادة وكميات المجال لم تظهر بعد.

هناك عدد كبير من الطرق لتصنيف الجسيمات الأولية. على سبيل المثال، تنقسم الجسيمات إلى فرميونات (جسيمات فيرمي) - جسيمات المادة والبوزونات (جسيمات بوز) - الكمات الميدانية.

وبحسب طريقة أخرى، تنقسم الجسيمات إلى أربع فئات: الفوتونات، واللبتونات، والميزونات، والباريونات.

الفوتونات (كمات المجال الكهرومغناطيسي) تشارك في التفاعلات الكهرومغناطيسية، ولكن ليس لديها تفاعلات قوية أو ضعيفة أو جاذبية.

اللبتونات حصلت على اسمهم من الكلمة اليونانية لeptos- سهل. وتشمل هذه الجسيمات التي ليس لها تفاعل قوي: الميونات (μ – , μ +)، والإلكترونات (е – , у +)، ونيوترينوات الإلكترون (v e – ,v e +) ونيوترينوات الميون (v – m, v + m). جميع اللبتونات لها دوران قدره ½، وبالتالي فهي فرميونات. جميع اللبتونات لها تفاعل ضعيف. تلك التي لها شحنة كهربائية (أي الميونات والإلكترونات) لديها أيضًا قوة كهرومغناطيسية.

الميزونات – جسيمات غير مستقرة شديدة التفاعل ولا تحمل ما يسمى بشحنة الباريون. من بينها ر-الميزونات أو البيونات (π + , π – , π 0), ل-الميزونات أو الكاونات (K +، K –، K 0)، و هذا-الميزونات (η) . وزن ل- الميزونات هي ~ 970 ميجا فولت (494 ميجا فولت للشحن و 498 ميجا فولت للشحن المحايد ل-الميزونات). حياة ل- الميزونات تبلغ قوتها حوالي 10 – 8 ثواني. أنها تتفكك إلى الشكل أنا-الميزونات واللبتونات أو اللبتونات فقط. وزن هذا- الميزونات تبلغ 549 ميغا إلكترون فولت (1074 ميغا إلكترون فولت)، وعمرها حوالي 10-19 ثانية. هذا- تتحلل الميزونات لتشكل ميزونات π وفوتونات γ. على عكس اللبتونات، ليس للميزونات تفاعل ضعيف (وإذا كانت مشحونة، كهرومغناطيسي)، ولكن أيضًا تفاعل قوي، والذي يتجلى عندما تتفاعل مع بعضها البعض، وكذلك أثناء التفاعل بين الميزونات والباريونات. جميع الميزونات لها دوران صفري، لذا فهي بوزونات.

فصل الباريونات تجمع النيوكليونات (p,n) وجسيمات غير مستقرة ذات كتلة أكبر من كتلة النيوكليونات، وتسمى هايبرونات. تتمتع جميع الباريونات بتفاعل قوي، وبالتالي تتفاعل بنشاط مع النوى الذرية. إن الدوران المغزلي لجميع الباريونات هو ½، وبالتالي فإن الباريونات هي فرميونات. باستثناء البروتون، جميع الباريونات غير مستقرة. أثناء اضمحلال الباريونات، جنبا إلى جنب مع الجسيمات الأخرى، يتم تشكيل الباريون بالضرورة. وهذا النمط هو أحد المظاهر قانون حفظ شحنة الباريون.

بالإضافة إلى الجسيمات المذكورة أعلاه، تم اكتشاف عدد كبير من الجسيمات قصيرة العمر شديدة التفاعل، والتي تسمى الأصداء . هذه الجسيمات هي حالات رنين تتكون من جسيمين أوليين أو أكثر. عمر الرنين هو فقط ~ 10 –23 –10 –22 ثانية.

يمكن ملاحظة الجسيمات الأولية، وكذلك الجسيمات الدقيقة المعقدة، بفضل الآثار التي تتركها أثناء مرورها عبر المادة. تسمح لنا طبيعة الآثار بالحكم على إشارة شحنة الجسيم وطاقته وزخمه وما إلى ذلك. تتسبب الجسيمات المشحونة في تأين الجزيئات على طول مسارها. لا تترك الجسيمات المحايدة أي آثار، لكنها يمكن أن تكشف عن نفسها في لحظة الاضمحلال إلى جسيمات مشحونة أو في لحظة الاصطدام بأي نواة. وبالتالي، يتم اكتشاف الجسيمات المحايدة أيضًا في النهاية عن طريق التأين الناتج عن الجسيمات المشحونة التي تولدها.

الجسيمات والجسيمات المضادة. في عام 1928، تمكن الفيزيائي الإنجليزي بي. ديراك من إيجاد معادلة ميكانيكية الكم النسبية للإلكترون، والتي يتبعها عدد من النتائج الرائعة. بداية، من هذه المعادلة يتم الحصول على الدوران والقيمة العددية للعزم المغناطيسي للإلكترون بشكل طبيعي، دون أي افتراضات إضافية. وهكذا، اتضح أن الدوران هو كمية كمية وكمية نسبية. لكن هذا لا يستنفد أهمية معادلة ديراك. كما جعل من الممكن التنبؤ بوجود الجسيم المضاد للإلكترون - بوزيترون. من معادلة ديراك، لا يتم الحصول على القيم الإيجابية فحسب، بل أيضًا القيم السلبية للطاقة الإجمالية للإلكترون الحر. تظهر دراسات المعادلة أنه بالنسبة لزخم جسيم معين، هناك حلول للمعادلة المقابلة للطاقات: .

بين أعظم الطاقة السلبية (- ص 1ه مع 2) والأقل طاقة إيجابية (+ ص 1ه ج 2) هناك فاصل زمني لقيم الطاقة لا يمكن تحقيقه. عرض هذا الفاصل هو 2 ص 1ه مع 2. ونتيجة لذلك، يتم الحصول على منطقتين من القيم الذاتية للطاقة: واحدة تبدأ بـ + ص 1ه مع 2 ويمتد إلى +∞، والآخر يبدأ من - ص 1ه مع 2 ويمتد إلى –∞.

يجب أن يكون للجسيم ذو الطاقة السلبية خصائص غريبة جدًا. الانتقال إلى حالات ذات طاقة أقل فأقل (أي مع زيادة حجم الطاقة السلبية) يمكن أن يطلق الطاقة، على سبيل المثال، في شكل إشعاع، وبما أن | ه| غير مقيد، يمكن للجسيم ذو الطاقة السلبية أن ينبعث منه كمية كبيرة لا نهائية من الطاقة. ويمكن التوصل إلى نتيجة مماثلة بالطريقة التالية: من العلاقة ه=ص 1ه مع 2 ويترتب على ذلك أن الجسيم ذو الطاقة السلبية سيكون له أيضًا كتلة سلبية. تحت تأثير قوة الكبح، لا ينبغي للجسيم ذو الكتلة السلبية أن يتباطأ، بل يتسارع، مما يؤدي إلى قدر لا نهائي من العمل على مصدر قوة الكبح. في ضوء هذه الصعوبات، يبدو أنه سيكون من الضروري الاعتراف بضرورة استبعاد الحالة ذات الطاقة السلبية من الاعتبار باعتبارها تؤدي إلى نتائج سخيفة. لكن هذا يتعارض مع بعض المبادئ العامة لميكانيكا الكم. ولذلك اختار ديراك طريقا مختلفا. واقترح أن انتقالات الإلكترونات إلى الحالات ذات الطاقة السلبية لا يتم ملاحظتها عادةً لأن جميع المستويات المتاحة ذات الطاقة السلبية مشغولة بالفعل بالإلكترونات.

وفقًا لديراك، فإن الفراغ هو حالة تكون فيها جميع مستويات الطاقة السلبية مشغولة بالإلكترونات، وتكون المستويات ذات الطاقة الإيجابية حرة. وبما أن جميع المستويات الواقعة تحت النطاق المحظور مشغولة دون استثناء، فإن الإلكترونات في هذه المستويات لا تكشف عن نفسها بأي شكل من الأشكال. إذا كان أحد الإلكترونات الموجودة في المستويات السلبية يعطى طاقة ه≥ 2ص 1ه مع 2، فإن هذا الإلكترون سيدخل إلى حالة ذات طاقة إيجابية وسيتصرف بالطريقة المعتادة، مثل الجسيم ذو الكتلة الموجبة والشحنة السالبة. كان هذا الجسيم الأول الذي تم التنبؤ به نظريًا يسمى البوزيترون. عندما يلتقي البوزيترون بإلكترون، فإنهما يفنيان (يختفيان) - ينتقل الإلكترون من مستوى موجب إلى مستوى سلبي شاغر. يتم إطلاق الطاقة المقابلة للفرق بين هذه المستويات في شكل إشعاع. في التين. في الشكل 4، يصور السهم 1 عملية إنشاء زوج من الإلكترون والبوزيترون، والسهم 2 - فنائهما لا ينبغي أن يؤخذ حرفيًا. في الأساس، ما يحدث ليس اختفاءً، بل تحول بعض الجسيمات (الإلكترون والبوزيترون) إلى جسيمات أخرى (فوتونات جاما).

هناك جسيمات متطابقة مع جسيماتها المضادة (أي أنها لا تحتوي على جسيمات مضادة). تسمى هذه الجزيئات محايدة تمامًا. وتشمل هذه الفوتون والميزون π 0 والميزون η. الجسيمات المتطابقة مع جسيماتها المضادة ليست قادرة على الفناء. لكن هذا لا يعني أنه لا يمكن تحويلها إلى جزيئات أخرى على الإطلاق.

إذا تم تعيين شحنة باريون (أو رقم باريون) للباريونات (أي النيوكليونات والهايبرونات) في= +1، مضاد الباريونات – شحنة الباريون في= –1، وجميع الجسيمات الأخرى لها شحنة باريونية في= 0، فإن جميع العمليات التي تحدث بمشاركة الباريونات ومضادات الباريونات ستتميز بحفظ باريونات الشحنة، تمامًا كما تتميز العمليات بحفظ الشحنة الكهربائية. يحدد قانون حفظ شحنة الباريون استقرار الباريون الأكثر ليونة، وهو البروتون. إن تحويل جميع الكميات التي تصف النظام الفيزيائي، حيث يتم استبدال جميع الجسيمات بالجسيمات المضادة (على سبيل المثال، الإلكترونات بالبروتونات، والبروتونات بالإلكترونات، وما إلى ذلك)، يسمى شحنة الاقتران.

جزيئات غريبة.ل- تم اكتشاف الميزونات والهايبرونات كجزء من الأشعة الكونية في أوائل الخمسينيات من القرن العشرين. منذ عام 1953، تم إنتاجها في المسرعات. وتبين أن سلوك هذه الجسيمات كان غير عادي لدرجة أنه تم تسميتها غريبة. كان السلوك غير المعتاد للجسيمات الغريبة هو أنها ولدت بشكل واضح نتيجة لتفاعلات قوية مع زمن مميز يتراوح بين 10-23 ثانية، وتبين أن عمرها يتراوح بين 10-8-10-10 ثانية. يشير الظرف الأخير إلى أن اضمحلال الجزيئات يحدث نتيجة للتفاعلات الضعيفة. ولم يكن من الواضح تمامًا سبب بقاء الجسيمات الغريبة لفترة طويلة. نظرًا لأن نفس الجسيمات (الميزونات π والبروتونات) متورطة في إنشاء واضمحلال α-hyperon، فقد كان من المفاجئ أن معدل (أي الاحتمالية) لكلتا العمليتين كان مختلفًا تمامًا. وأظهرت الأبحاث الإضافية أن الجزيئات الغريبة تولد في أزواج. أدى هذا إلى فكرة أن التفاعلات القوية لا يمكن أن تلعب دورًا في اضمحلال الجسيمات نظرًا لحقيقة أن وجود جزيئين غريبين ضروري لظهورهما. وللسبب نفسه، تبين أن خلق جسيمات غريبة لمرة واحدة أمر مستحيل.

لشرح حظر الإنتاج الفردي لجسيمات غريبة، قدم M. Gell-Mann وK. Nishijima عددًا كميًا جديدًا، والذي يجب الحفاظ على قيمته الإجمالية، وفقًا لافتراضهما، في ظل تفاعلات قوية. هذا رقم كمي سكان اسمه غرابة الجسيم. وفي التفاعلات الضعيفة قد لا يتم الحفاظ على الغرابة. لذلك، يُعزى ذلك فقط إلى الجسيمات المتفاعلة بقوة - الميزونات والباريونات.

النيوترينو.النيوترينو هو الجسيم الوحيد الذي لا يشارك في التفاعلات القوية أو الكهرومغناطيسية. وباستثناء تفاعل الجاذبية، الذي تشارك فيه جميع الجسيمات، لا يمكن للنيوترينوات أن تشارك إلا في التفاعلات الضعيفة.

لفترة طويلة، ظل من غير الواضح كيف يختلف النيوترينو عن النيوترينو المضاد. إن اكتشاف قانون حفظ التكافؤ المشترك جعل من الممكن الإجابة على هذا السؤال: إنهما يختلفان في السرعة. تحت مروحيةيتم فهم علاقة معينة بين اتجاهات الدافع روالعودة سحبيبات. تعتبر الهليكوبتر إيجابية إذا كان الدوران والزخم في نفس الاتجاه. في هذه الحالة، اتجاه حركة الجسيمات ( ر) واتجاه "الدوران" المقابل للدوران يشكلان برغيًا أيمنًا. عندما يتم توجيه الدوران والزخم بشكل معاكس، ستكون الهليكوبتر سالبة (تشكل الحركة الانتقالية و"الدوران" برغيًا أعسرًا). وفقًا لنظرية النيوترينوات الطولية التي طورها يانغ ولي ولاندو وسلام، فإن جميع النيوترينوات الموجودة في الطبيعة، بغض النظر عن طريقة أصلها، تكون دائمًا مستقطبة طوليًا تمامًا (أي أن دورانها موجه بالتوازي أو عكس الزخم ر). النيوترينو لديه سلبي(يسار) طائرات الهليكوبتر (المقابلة لنسبة الاتجاهات سو ر، كما هو موضح في الشكل. 5 (ب)، مضادات النيوترينو - مروحية إيجابية (أيسر) (أ). وبالتالي، فإن الهليكوبتر هي ما يميز النيوترينوات عن النيوترينوات المضادة.

أرز. 5.مخطط هيليكيتي الجسيمات الأولية

منهجيات الجسيمات الأولية.يمكن صياغة الأنماط التي لوحظت في عالم الجسيمات الأولية في شكل قوانين الحفظ. لقد تراكمت بالفعل الكثير من هذه القوانين. وتبين أن بعضها ليس دقيقًا، ولكنه تقريبي فقط. يعبر كل قانون حفظ عن تناظر معين في النظام. قوانين الحفاظ على الزخم ر، الزخم الزاوي ، مونوالطاقة هتعكس خصائص تناظر المكان والزمان: الحفظ ههو نتيجة لتجانس الوقت، والحفاظ عليه ربسبب تجانس المساحة، والحفاظ عليها ، مون- النظائر. يرتبط قانون حفظ التكافؤ بالتماثل بين اليمين واليسار ( ر-الثبات). يؤدي التماثل فيما يتعلق باقتران الشحنة (تناظر الجسيمات والجسيمات المضادة) إلى الحفاظ على تكافؤ الشحنة ( مع-الثبات). تعبر قوانين حفظ الشحنات الكهربائية والباريونية والليبتونية عن تناظر خاص مع-المهام. وأخيرًا، يعكس قانون حفظ الدوران النظائري نظائر الفضاء النظائري. الفشل في الامتثال لأحد قوانين الحفظ يعني انتهاك نوع التماثل المقابل في هذا التفاعل.

في عالم الجسيمات الأولية هناك قاعدة: فكل ما لا تحرمه قوانين الحفظ فهو مباح. تلعب الأخيرة دور قواعد الاستبعاد التي تحكم التحويل البيني للجزيئات. بداية، دعونا نلاحظ قوانين حفظ الطاقة والزخم والشحنة الكهربائية. تشرح هذه القوانين الثلاثة استقرار الإلكترون. ويترتب على حفظ الطاقة والزخم أن إجمالي كتلة الراحة لنواتج الاضمحلال يجب أن تكون أقل من كتلة الراحة للجسيم المتحلل. وهذا يعني أن الإلكترون لا يمكنه إلا أن يتحلل إلى نيوترينوات وفوتونات. ولكن هذه الجسيمات محايدة كهربائيا. لذلك اتضح أن الإلكترون ليس لديه من ينقل شحنته الكهربائية إليه، لذلك فهو مستقر.

جسيمات دون الذرية.لقد أصبح هناك الكثير من الجسيمات التي تسمى بالعناصر الأولية مما أدى إلى ظهور شكوك جدية حول طبيعتها الأولية. يتميز كل من الجسيمات المتفاعلة بقوة بثلاثة أرقام كمية مضافة مستقلة: الشحنة س، فرط الشحن شوشحنة الباريون في. وفي هذا الصدد، نشأت فرضية مفادها أن جميع الجسيمات مبنية من ثلاثة جسيمات أساسية - حاملة لهذه الشحنات. في عام 1964، طرح جيلمان، وبشكل مستقل عنه، الفيزيائي السويسري زفايغ، فرضية مفادها أن جميع الجسيمات الأولية مبنية من ثلاثة جسيمات تسمى الكواركات. يتم تعيين أرقام كمية كسرية لهذه الجسيمات، على وجه الخصوص، شحنة كهربائية تساوي +⅔؛ –⅓; +⅓ على التوالي لكل من الكواركات الثلاثة. عادة ما يتم الإشارة إلى هذه الكواركات بالحروف ش,د,س. بالإضافة إلى الكواركات، تعتبر الكواركات المضادة ( ش,د،س). حتى الآن، هناك 12 كواركًا معروفًا - 6 كواركات و6 كواركات مضادة. تتشكل الميزونات من زوج كوارك وكوارك مضاد، وتتشكل الباريونات من ثلاثة كواركات. على سبيل المثال، يتكون البروتون والنيوترون من ثلاثة كواركات، مما يجعل البروتون أو النيوترون عديم اللون. وعليه يتم التمييز بين ثلاث شحنات من التفاعلات القوية - اللون الأحمر ( ر)، أصفر ( ي) والأخضر ( ز).

يتم تعيين نفس العزم المغناطيسي لكل كوارك (μV)، والتي لا يتم تحديد قيمتها من الناحية النظرية. الحسابات التي تم إجراؤها على أساس هذا الافتراض تعطي قيمة العزم المغناطيسي μp للبروتون = μ كيلو فولت، وللنيوترون μ ن = – ⅔ميكرومتر مربع

وبالتالي، بالنسبة لنسبة العزوم المغناطيسية، يتم الحصول على القيمة μp / ميكرون = -⅔، في اتفاق ممتاز مع القيمة التجريبية.

في الأساس، بدأ لون الكوارك (مثل علامة الشحنة الكهربائية) في التعبير عن الفرق في الخاصية التي تحدد التجاذب والتنافر المتبادل للكواركات. قياسا على الكميات من مجالات التفاعلات المختلفة (الفوتونات في التفاعلات الكهرومغناطيسية، ر-الميزونات في التفاعلات القوية، وما إلى ذلك) تم إدخال الجسيمات التي تحمل التفاعل بين الكواركات. وكانت تسمى هذه الجسيمات غلوونات. فهي تنقل اللون من كوارك إلى آخر، مما يؤدي إلى تماسك الكواركات معًا. وفي فيزياء الكوارك تمت صياغة فرضية الحبس (من الإنجليزية. الحبس- التقاط) الكواركات، والذي بموجبه من المستحيل طرح كوارك من الكل. ولا يمكن أن يوجد إلا كعنصر من الكل. تم إثبات وجود الكواركات كجسيمات حقيقية في الفيزياء بشكل موثوق.

وتبين أن فكرة الكواركات كانت مثمرة للغاية. لقد جعل من الممكن ليس فقط تنظيم الجسيمات المعروفة بالفعل، ولكن أيضًا التنبؤ بسلسلة كاملة من الجسيمات الجديدة. إن الوضع الذي تطور في فيزياء الجسيمات الأولية يذكرنا بالوضع الذي نشأ في الفيزياء الذرية بعد اكتشاف القانون الدوري في عام 1869 من قبل دي آي مندليف. على الرغم من أن جوهر هذا القانون تم توضيحه بعد حوالي 60 عامًا فقط من إنشاء ميكانيكا الكم، إلا أنه جعل من الممكن تنظيم العناصر الكيميائية المعروفة في ذلك الوقت، بالإضافة إلى ذلك، أدى إلى التنبؤ بوجود عناصر جديدة وخصائصها. . وبنفس الطريقة، تعلم الفيزيائيون تنظيم الجسيمات الأولية، ومكّن التصنيف المتطور، في حالات نادرة، من التنبؤ بوجود جسيمات جديدة وتوقع خصائصها.

لذلك، في الوقت الحاضر، يمكن اعتبار الكواركات واللبتونات أولية حقًا؛ هناك 12 منهم، أو مع مضادات الدردشة - 24. بالإضافة إلى ذلك، هناك جزيئات توفر أربعة تفاعلات أساسية (كميات التفاعل). هناك 13 من هذه الجسيمات: الجرافيتون، الفوتون، اعتمادًا على مشاركتها في أنواع معينة من التفاعلات، تم دراسة جميع جزيئات الإلكترون، باستثناء الفوتون،± - و ز-جسيمات و 8 جلونات.

لا يمكن للنظريات الحالية للجسيمات الأولية أن تشير إلى بداية السلسلة: الذرات، النوى، الهادرونات، الكواركات. في هذه السلسلة، يتضمن كل هيكل مادي أكثر تعقيدًا تركيبًا أبسط كعنصر. ومن الواضح أن هذا لا يمكن أن يستمر إلى ما لا نهاية. كان من المفترض أن سلسلة الهياكل المادية الموصوفة تعتمد على أشياء ذات طبيعة مختلفة جذريًا. لقد تبين أن مثل هذه الأجسام قد لا تكون نقطية، ولكنها ممتدة، وإن كانت صغيرة للغاية (~ 10-33 سم)، تسمى التكوينات الأوتار الفائقة.الفكرة الموصوفة غير قابلة للتحقيق في فضاءنا رباعي الأبعاد. يعتبر هذا المجال من الفيزياء عمومًا مجردًا للغاية، ومن الصعب جدًا العثور على نماذج مرئية تساعد في تبسيط تصور الأفكار الكامنة في نظريات الجسيمات الأولية. ومع ذلك، فإن هذه النظريات تسمح للفيزيائيين بالتعبير عن التحول المتبادل والترابط بين الأجسام الدقيقة "الأكثر بدائية"، وارتباطها بخصائص الزمكان رباعي الأبعاد. الأكثر واعدة هو ما يسمى نظرية M ( م – من أُحجِيَّة- لغز، سر). إنها تعمل الفضاء الاثني عشر الأبعاد . وفي نهاية المطاف، أثناء الانتقال إلى العالم رباعي الأبعاد الذي ندركه بشكل مباشر، فإن جميع الأبعاد "الإضافية" "تنهار". نظرية M هي النظرية الوحيدة حتى الآن التي تجعل من الممكن اختزال أربعة تفاعلات أساسية في تفاعل واحد - ما يسمى قوة خارقة.ومن المهم أيضًا أن تسمح نظرية M بوجود عوالم مختلفة وتحدد الظروف التي تضمن ظهور عالمنا. لم يتم تطوير نظرية M بشكل كافٍ بعد. ويعتقد أن النهائي "نظرية كل شيء" سيتم بناؤها على أساس نظرية M في القرن الحادي والعشرين.

الجسيمات الأولية- الجسيمات الأولية غير القابلة للتحلل، والتي يعتقد أن كل المادة تتكون منها. في الفيزياء الحديثة، عادةً ما يُستخدم مصطلح "الجسيمات الأولية" للإشارة إلى مجموعة كبيرة من جسيمات المادة الصغيرة التي ليست ذرات (انظر الذرة) أو نوى ذرية (انظر النواة الذرية)؛ الاستثناء هو نواة ذرة الهيدروجين - البروتون.

بحلول الثمانينيات من القرن العشرين، عرف العلم أكثر من 500 جسيم أولي، معظمها غير مستقر. تشمل الجسيمات الأولية البروتون (p)، والنيوترون (n)، والإلكترون (e)، والفوتون (γ)، والميزونات (π)، والميونات (μ)، واللبتونات الثقيلة (τ +، τ -)، والنيوترينوات من ثلاثة أنواع - الإلكترونية (V e)، الميونية (V μ) والمرتبطة بما يسمى بالديبتون الثقيل (V τ)، بالإضافة إلى الجسيمات "الغريبة" (الميزونات K والهايبرونات)، والرنينات المختلفة، والميزونات ذات السحر الخفي، "الساحرة" "الجزيئات، جسيمات أبسيلون (Υ)، الجسيمات "الجميلة"، البوزونات الناقلة المتوسطة، وما إلى ذلك. ظهر فرع مستقل من الفيزياء - فيزياء الجسيمات الأولية.

يعود تاريخ فيزياء الجسيمات إلى عام 1897، عندما اكتشف ج. ج. طومسون الإلكترون (انظر إشعاع الإلكترون)؛ وفي عام 1911، قام ر. ميليكان بقياس حجم شحنته الكهربائية. مفهوم "الفوتون" - كم الضوء - قدمه م. بلانك في عام 1900. تم الحصول على دليل تجريبي مباشر على وجود الفوتون من قبل ميليكان (1912-1915) وكومبتون (A. N. Compton, 1922). في عملية دراسة النواة الذرية، اكتشف E. Rutherford البروتون (انظر إشعاع البروتون)، وفي عام 1932، اكتشف J. Chadwick النيوترون (انظر إشعاع النيوترون). في عام 1953، تم إثبات وجود النيوترينوات، والذي تنبأ به دبليو باولي في عام 1930، تجريبيًا.

تنقسم الجسيمات الأولية إلى ثلاث مجموعات. يتم تمثيل الأول بواسطة جسيم أولي واحد - فوتون، أو كم، أو كم من الإشعاع الكهرومغناطيسي. المجموعة الثانية هي اللبتونات (ليبتوس ​​يونانية صغيرة، خفيفة)، تشارك، بالإضافة إلى اللبتونات الكهرومغناطيسية، في التفاعلات الضعيفة أيضًا. هناك 6 لبتونات معروفة: إلكترون ونيوترينو الإلكترون، ونيوترينو الميون والميون، وليبتون ثقيل، والنيوترينو المقابل. المجموعة الرئيسية الثالثة من الجسيمات الأولية هي الهادرونات (هادروس اليونانية كبيرة وقوية)، والتي تشارك في جميع أنواع التفاعلات، بما في ذلك التفاعلات القوية (انظر أدناه). تشمل الهادرونات جسيمات من نوعين: الباريونات (باليونانية باريز الثقيلة) - جسيمات ذات دوران نصف صحيح وكتلة لا تقل عن كتلة البروتون، والميزونات (وسط ميسوس اليوناني) - جسيمات ذات دوران صفري أو عدد صحيح (انظر الإلكترون البارامغناطيسي صدى). تشمل الباريونات البروتون والنيوترون والهايبرونات وبعض الرنينات والجسيمات "المسحورة" وبعض الجسيمات الأولية الأخرى. الباريون المستقر الوحيد هو البروتون، وبقية الباريونات غير مستقرة (النيوترون في حالة حرة هو جسيم غير مستقر، ولكن في حالة مرتبطة داخل نوى ذرية مستقرة فهو مستقر. حصلت الميزونات على اسمها بسبب كتل الأول وكانت للميزونات المكتشفة - البي ميسون والميزون K - قيم متوسطة بين كتلتي البروتون والإلكترون. وفي وقت لاحق، تم اكتشاف الميزونات التي تزيد كتلتها عن كتلة البروتون وتتميز أيضًا بالغرابة (S ) - يُطلق على الهادرونات ذات العدد الكمي الموجب أو السلبي اسم عادي، ومع S ≠ 0 - غريب. في عام 1964، اقترح ج. زويغ وم. جيل مان بشكل مستقل بنية الكوارك للهادرونات تشير عدد من التجارب إلى أن الكواركات عبارة عن تكوينات مادية حقيقية داخل الكواركات ولها عدد من الخصائص غير العادية، على سبيل المثال، الشحنة الكهربائية الكسرية، وما إلى ذلك. ولم يتم ملاحظة الكواركات في حالة حرة. ويعتقد أن جميع الهادرونات تتشكل نتيجة لمجموعات مختلفة من الكواركات.

في البداية، تمت دراسة الجسيمات الأولية في دراسة الانحلال الإشعاعي (انظر النشاط الإشعاعي) والإشعاع الكوني (انظر). ومع ذلك، منذ الخمسينيات من القرن العشرين، تم إجراء دراسات حول الجسيمات الأولية على مسرعات الجسيمات المشحونة (انظر)، حيث تقصف الجزيئات المتسارعة هدفًا أو تصطدم بالجزيئات التي تطير نحوها. في هذه الحالة، تتفاعل الجزيئات مع بعضها البعض، مما يؤدي إلى تحولها البيني. وهكذا تم اكتشاف معظم الجسيمات الأولية.

يتم وصف كل جسيم أولي، إلى جانب تفاصيل تفاعلاته المتأصلة، من خلال مجموعة من القيم المنفصلة لكميات فيزيائية معينة، معبرًا عنها بأعداد صحيحة أو أعداد كسرية (أرقام كمومية). الخصائص المشتركة لجميع الجسيمات الأولية هي الكتلة (m)، العمر (t)، الدوران (J) - الزخم الزاوي الجوهري للجسيمات الأولية، والذي له طبيعة كمومية ولا يرتبط بحركة الجسيم ككل، الشحنة الكهربائية (Ω) والعزم المغناطيسي (μ). الشحنات الكهربائية للجسيمات الأولية المدروسة بالقيمة المطلقة هي مضاعفات صحيحة لشحنة الإلكترون (e≈1.6*10 -10 k). الجسيمات الأولية المعروفة لها شحنات كهربائية تساوي 0، ±1، ±2.

تحتوي جميع الجسيمات الأولية على جسيمات مضادة مقابلة، تكون كتلتها ودورانها مساويين لكتلة الجسيم ودورانه، وتكون الشحنة الكهربائية والعزم المغناطيسي وغيرها من الخصائص متساوية في القيمة المطلقة ومتعاكسة في الإشارة. على سبيل المثال، الجسيم المضاد للإلكترون هو البوزيترون - وهو إلكترون ذو شحنة كهربائية موجبة. يسمى الجسيم الأولي المطابق لجسيمه المضاد محايدًا حقًا، على سبيل المثال، النيوترون والنيوترون المضاد، والنيوترينو والنيوترينو المضاد، وما إلى ذلك. عندما تتفاعل الجسيمات المضادة مع بعضها البعض، يحدث فناءها (انظر).

عندما يدخل جسيم أولي بيئة مادية فإنه يتفاعل معها. هناك تفاعلات قوية وكهرومغناطيسية وضعيفة وجاذبية. يحدث تفاعل قوي (أقوى من التفاعل الكهرومغناطيسي) بين الجسيمات الأولية الموجودة على مسافة أقل من 10 -15 م (1 فيرمي). وعلى مسافات أكبر من 1.5 فيرمي، تكون قوة التفاعل بين الجسيمات قريبة من الصفر. إن التفاعلات القوية بين الجسيمات الأولية هي التي توفر القوة الاستثنائية للنواة الذرية، والتي تكمن وراء استقرار المادة في ظل الظروف الأرضية. السمة المميزة للتفاعل القوي هي استقلاله عن الشحنة الكهربائية. الهادرونات قادرة على التفاعلات القوية. تتسبب التفاعلات القوية في اضمحلال الجسيمات قصيرة العمر (عمرها حوالي 10 -23 - 10 -24 ثانية)، والتي تسمى الرنين.

جميع الجسيمات الأولية المشحونة والفوتونات والجسيمات المحايدة ذات العزم المغناطيسي (على سبيل المثال، النيوترونات) تخضع للتفاعل الكهرومغناطيسي. أساس التفاعلات الكهرومغناطيسية هو الاتصال بالمجال الكهرومغناطيسي. قوى التفاعل الكهرومغناطيسي أضعف بحوالي 100 مرة من قوى التفاعل القوي. النطاق الرئيسي للتفاعل الكهرومغناطيسي هو الذرات والجزيئات (انظر الجزيء). يحدد هذا التفاعل بنية المواد الصلبة وطبيعة المادة الكيميائية. العمليات. ولا يقتصر الأمر على المسافة بين الجسيمات الأولية، لذا فإن حجم الذرة يبلغ حوالي 10 4 أضعاف حجم نواة الذرة.

التفاعلات الضعيفة تكمن وراء العمليات البطيئة للغاية التي تنطوي على جسيمات أولية. على سبيل المثال، يمكن للنيوترينوات، التي لها تفاعل ضعيف، أن تخترق سمك الأرض والشمس بسهولة. تتسبب التفاعلات الضعيفة أيضًا في اضمحلال بطيء لما يسمى بالجسيمات الأولية شبه المستقرة، والتي يتراوح عمرها بين 10 8 - 10 -10 ثانية. الجسيمات الأولية التي تولد أثناء التفاعل القوي (في زمن 10 -23 -10 -24 ثانية)، ولكنها تتحلل ببطء (10 -10 ثانية)، تسمى غريبة.

تنتج تفاعلات الجاذبية بين الجسيمات الأولية تأثيرات صغيرة للغاية بسبب عدم أهمية كتل الجسيمات. تمت دراسة هذا النوع من التفاعل جيدًا على الأجسام الكبيرة ذات الكتل الكبيرة.

إن تنوع الجسيمات الأولية ذات الخصائص الفيزيائية المختلفة يفسر صعوبة تنظيمها. من بين جميع الجسيمات الأولية، فقط الفوتونات والإلكترونات والنيوترينوات والبروتونات وجسيماتها المضادة هي في الواقع مستقرة، نظرًا لأن لها عمرًا طويلًا. هذه الجسيمات هي المنتجات النهائية للتحول التلقائي للجسيمات الأولية الأخرى. يمكن أن تحدث ولادة الجسيمات الأولية نتيجة للأنواع الثلاثة الأولى من التفاعلات. بالنسبة للجزيئات شديدة التفاعل، فإن مصدر الخلق هو التفاعلات القوية. على الأرجح، تنشأ اللبتونات من اضمحلال جسيمات أولية أخرى أو تولد في أزواج (جسيم + جسيم مضاد) تحت تأثير الفوتونات.

تشكل تدفقات الجسيمات الأولية إشعاعات مؤينة (انظر)، مما يسبب تأين الجزيئات المحايدة للوسط. يرتبط التأثير البيولوجي للجزيئات الأولية بتكوين مواد ذات نشاط كيميائي عالي في الأنسجة المشععة وسوائل الجسم. وتشمل هذه المواد الجذور الحرة (انظر الجذور الحرة)، والبيروكسيدات (انظر) وغيرها. يمكن أن يكون للجسيمات الأولية أيضًا تأثير مباشر على الجزيئات الحيوية والهياكل فوق الجزيئية، وتتسبب في تمزق الروابط داخل الجزيئات، وإزالة بلمرة المركبات عالية الجزيئات، وما إلى ذلك. عمليات هجرة الطاقة وتكوين مركبات شبه مستقرة ناتجة عن الحفاظ على الحالة على المدى الطويل الإثارة في بعض الركائز الجزيئية. في الخلايا، يتم قمع أو تشويه نشاط أنظمة الإنزيمات، ويتغير هيكل أغشية الخلايا ومستقبلات الخلايا السطحية، مما يؤدي إلى زيادة نفاذية الغشاء وتغيير في عمليات الانتشار، مصحوبة بظواهر تمسخ البروتين، وجفاف الأنسجة، واضطراب البيئة الداخلية للخلية. تعتمد حساسية الخلايا إلى حد كبير على شدة انقسامها الانقسامي (انظر الانقسام الفتيلي) والتمثيل الغذائي: مع زيادة هذه الشدة، تزداد حساسية الأنسجة للإشعاع (انظر الحساسية الإشعاعية). يعتمد استخدامها للعلاج الإشعاعي (انظر)، خاصة في علاج الأورام الخبيثة، على خاصية تدفقات الجسيمات الأولية - الإشعاع المؤين. تعتمد قدرة اختراق الجسيمات الأولية المشحونة إلى حد كبير على النقل الخطي للطاقة (انظر)، أي على متوسط ​​الطاقة التي يمتصها الوسط عند نقطة مرور الجسيم المشحون، لكل وحدة من مساره.

يؤثر التأثير الضار لتدفق الجسيمات الأولية بشكل خاص على الخلايا الجذعية للأنسجة المكونة للدم، وظهارة الخصيتين، والأمعاء الدقيقة، والجلد (انظر مرض الإشعاع، الضرر الإشعاعي). أولاً وقبل كل شيء، تتأثر الأنظمة التي تكون في حالة تكوين عضوي نشط وتمايز أثناء التشعيع (انظر العضو الحرج).

يعتمد التأثير البيولوجي والعلاجي للجسيمات الأولية على نوعها وجرعتها الإشعاعية (انظر جرعات الإشعاعات المؤينة). على سبيل المثال، عند التعرض للأشعة السينية (انظر العلاج بالأشعة السينية) وإشعاع جاما (انظر العلاج بأشعة جاما) وإشعاع البروتون (انظر العلاج بالبروتون) على جسم الإنسان بأكمله بجرعة تبلغ حوالي 100 راد، يحدث تغيير مؤقت في ويلاحظ تكون الدم. يؤدي التأثير الخارجي للإشعاع النيوتروني (انظر الإشعاع النيوتروني) إلى تكوين مواد مشعة مختلفة في الجسم، على سبيل المثال، النويدات المشعة للصوديوم والفوسفور وما إلى ذلك. عندما تدخل النويدات المشعة التي تعد مصادر لجسيمات بيتا (الإلكترونات أو البوزيترونات) أو كمات جاما في الجسم، ويحدث هذا ما يسمى التشعيع الداخلي للجسم (انظر دمج المواد المشعة). من الخطير بشكل خاص في هذا الصدد النويدات المشعة التي يتم امتصاصها بسرعة مع توزيع موحد في الجسم، على سبيل المثال. التريتيوم (3H) والبولونيوم 210.

تُستخدم النويدات المشعة، وهي مصادر الجسيمات الأولية وتشارك في عملية التمثيل الغذائي، في تشخيص النظائر المشعة (انظر).

فهرس: Akhiezer A.I. وRekalo M.P. سيرة الجسيمات الأولية، كييف، 1983، ببليوجر. Bogolyubov N. N. و Shirokov D. V. Quantum fields، M.، 1980؛ ولد M. الفيزياء الذرية، العابرة. من الإنجليزية، م.، 1965؛ جونز العاشر. فيزياء الأشعة، عبر. من اللغة الإنجليزية م.، 1965؛ Krongauz A. N.، Lyapidevsky V. K. and Frolova A. V. الأسس الفيزيائية لقياس الجرعات السريرية، M.، 1969؛ العلاج الإشعاعي باستخدام الإشعاع عالي الطاقة، أد. I. بيكر وG. شوبرت، العابرة. من الألمانية، م، 1964؛ Tyubiana M. et al. الأسس الفيزيائية للعلاج الإشعاعي والبيولوجيا الإشعاعية، عبر. من الفرنسية، م.، 1969؛ شبولسكي إي في الفيزياء الذرية، المجلد 1، م، 1984؛ يونغ الفصل الجسيمات. من الانجليزية م، 1963.

آر في ستافنتسكي.