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) والميونية (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. لقد 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 بلانك (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: الإلكترون ونيوترينو الإلكترون، ونيوترينو الميون والميون، والليبتون الثقيل 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). على 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 تمتص 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 الإنجليزية م، 1963.
آر في ستافنتسكي.
حيث توجد معلومات تفيد بأن جميع الجسيمات الأولية التي يتكون منها أي عنصر كيميائي تتكون من عدد مختلف من جسيمات Po الوهمية غير القابلة للتجزئة، أصبحت مهتمًا لماذا لا يتحدث التقرير عن الكواركات، حيث يُعتقد تقليديًا أنها عناصر هيكلية من الجسيمات الأولية.
أصبحت نظرية الكواركات مقبولة بشكل عام منذ فترة طويلة بين العلماء الذين يدرسون العالم الصغير للجسيمات الأولية. وعلى الرغم من أن إدخال مفهوم "الكوارك" كان في البداية افتراضًا نظريًا بحتًا، والذي تم تأكيد وجوده تجريبيًا فقط، إلا أن هذا المفهوم اليوم يعمل كحقيقة لا هوادة فيها. لقد اتفق العالم العلمي على تسمية الكواركات بالجزيئات الأساسية، وعلى مدى عدة عقود أصبح هذا المفهوم الموضوع الرئيسي للبحث النظري والتجريبي في مجال فيزياء الطاقة العالية. تم إدراج "كوارك" في مناهج جميع جامعات العلوم الطبيعية في العالم. يتم تخصيص أموال هائلة للبحث في هذا المجال - فقط ما هي تكلفة بناء مصادم الهادرونات الكبير. إن الأجيال الجديدة من العلماء، الذين يدرسون نظرية الكواركات، ينظرون إليها بالشكل الذي يتم تقديمه به في الكتب المدرسية، دون أي اهتمام تقريبًا بتاريخ هذه القضية. لكن دعونا نحاول أن ننظر بشكل غير متحيز وصادق إلى جذر "مسألة الكوارك".
بحلول النصف الثاني من القرن العشرين، وذلك بفضل تطوير القدرات التقنية لمسرعات الجسيمات الأولية - السيكلوترونات الخطية والدائرية، ثم السنكروترونات، تمكن العلماء من اكتشاف العديد من الجزيئات الجديدة. ومع ذلك، لم يفهموا ما يجب القيام به مع هذه الاكتشافات. ومن ثم تم طرح الفكرة، بناء على اعتبارات نظرية، لمحاولة تجميع الجزيئات بحثا عن ترتيب معين (على غرار النظام الدوري للعناصر الكيميائية – الجدول الدوري). العلماء متفقتسمية الجسيمات الثقيلة والمتوسطة الكتلة هادرونات، ثم تقسيمها إلى الباريوناتو الميزونات. شاركت جميع الهادرونات في التفاعل القوي. تسمى الجسيمات الأقل ثقلاً لبتوناتوشاركوا في التفاعلات الكهرومغناطيسية والضعيفة. ومنذ ذلك الحين، حاول الفيزيائيون تفسير طبيعة كل هذه الجسيمات، محاولين إيجاد نموذج مشترك لكل ما يصف سلوكها.
في عام 1964، اقترح الفيزيائيان الأمريكيان موراي جيلمان (الحائز على جائزة نوبل في الفيزياء عام 1969) وجورج زفايج، بشكل مستقل، نهجًا جديدًا. تم طرح افتراض افتراضي بحت مفاده أن جميع الهادرونات تتكون من ثلاثة جسيمات أصغر والجسيمات المضادة المقابلة لها. وقام جيل مان بتسمية هذه الجسيمات الجديدة جسيمات دون الذرية.ومن المثير للاهتمام أنه استعار الاسم نفسه من رواية جيمس جويس «يقظة فينيجان»، حيث كان البطل كثيرًا ما يسمع كلمات عن الكواركات الثلاثة الغامضة في أحلامه. إما أن جيلمان كان عاطفيًا جدًا بشأن هذه الرواية، أو أنه ببساطة أحب الرقم ثلاثة، لكنه يقترح في أعماله العلمية إدخال الكواركات الثلاثة الأولى، التي تسمى الكوارك العلوي، في فيزياء الجسيمات الأولية. (و -من الانجليزية أعلى)، أقل (د-أسفل) وغريب (س- غريب)، وجود شحنة كهربائية كسرية + 2/3، - 1/3 و - 1/3، على التوالي، وبالنسبة للكواركات المضادة، نفترض أن شحناتها معاكسة في الإشارة.
وفقًا لهذا النموذج، تتكون البروتونات والنيوترونات، التي يفترض العلماء أنها تشكل جميع نوى العناصر الكيميائية، من ثلاثة كواركات: uud وudd، على التوالي (تلك الكواركات الثلاثة الموجودة في كل مكان مرة أخرى). لماذا لم يتم شرح بالضبط من أصل ثلاثة وبهذا الترتيب. إنه مجرد شيء توصل إليه رجال علميون موثوقون وهذا كل شيء. إن محاولات جعل النظرية جميلة لا تقربنا من الحقيقة، بل تشوه المرآة المشوهة بالفعل التي تنعكس فيها قطعة منها. بتعقيد البسيط نبتعد عن الحقيقة. وهذا بسيط جدا!
هذه هي الطريقة التي يتم بها بناء الفيزياء الرسمية المقبولة عمومًا "عالية الدقة". وعلى الرغم من أن إدخال الكواركات تم اقتراحه في البداية كفرضية عمل، إلا أنه بعد فترة قصيرة أصبح هذا التجريد راسخًا في الفيزياء النظرية. فمن ناحية، جعل من الممكن من وجهة نظر رياضية حل مسألة ترتيب سلسلة واسعة من الجسيمات المفتوحة، ومن ناحية أخرى، ظلت مجرد نظرية على الورق. وكما هو الحال عادة في مجتمعنا الاستهلاكي، تم توجيه الكثير من الجهود والموارد البشرية نحو الاختبار التجريبي لفرضية وجود الكواركات. يتم إنفاق أموال دافعي الضرائب، ويحتاج الناس إلى إخبارهم بشيء ما، وإظهار التقارير، والتحدث عن اكتشافاتهم "العظيمة" من أجل الحصول على منحة أخرى. يقولون في مثل هذه الحالات: "حسنًا، إذا كان الأمر ضروريًا، فسنفعله". ثم حدث ما حدث.
استخدم فريق من الباحثين من قسم ستانفورد في معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا (الولايات المتحدة الأمريكية) مسرعًا خطيًا لدراسة النواة، حيث أطلق الإلكترونات على الهيدروجين والديوتيريوم (نظير ثقيل للهيدروجين، تحتوي نواته على بروتون واحد ونيوترون واحد). . في هذه الحالة، تم قياس زاوية وطاقة تشتت الإلكترون بعد الاصطدام. في حالة طاقات الإلكترون المنخفضة، تتصرف البروتونات المتناثرة مع النيوترونات مثل الجسيمات "المتجانسة"، مما يؤدي إلى انحراف الإلكترونات قليلاً. لكن في حالة حزم الإلكترونات عالية الطاقة، فقدت الإلكترونات الفردية جزءًا كبيرًا من طاقتها الأولية، وتشتتت في زوايا كبيرة. قام الفيزيائيان الأمريكيان ريتشارد فاينمان (الحائز على جائزة نوبل في الفيزياء عام 1965، وبالمناسبة، أحد مخترعي القنبلة الذرية في 1943-1945 في لوس ألاموس) وجيمس بيوركين بتفسير بيانات تشتت الإلكترون كدليل على البنية المركبة للبروتونات والنيوترونات، وهي : على شكل كواركات تم التنبؤ بها مسبقًا.
يرجى الانتباه إلى هذه النقطة الرئيسية. المجربون في المسرعات، وحزم الجسيمات المتصادمة (ليست جزيئات مفردة، ولكن الحزم !!!)، وجمع الإحصائيات (!!!) رأوا أن البروتون والنيوترون يتكونان من شيء ما. ولكن من ماذا؟ لم يروا الكواركات، وحتى في عدد الكواركات الثلاثة، فهذا مستحيل، لقد رأوا فقط توزيع الطاقات وزوايا تشتت شعاع الجسيمات. وبما أن النظرية الوحيدة لبنية الجسيمات الأولية في ذلك الوقت، وإن كانت رائعة للغاية، كانت نظرية الكواركات، فقد اعتبرت هذه التجربة أول اختبار ناجح لوجود الكواركات.
وبعد ذلك، بالطبع، تبعت تجارب أخرى ومبررات نظرية جديدة، لكن جوهرها واحد. أي تلميذ، بعد أن قرأ تاريخ هذه الاكتشافات، سوف يفهم مدى بعيد المنال في هذا المجال من الفيزياء، وكم هو ببساطة كل شيء غير أمين.
هذه هي الطريقة التي يتم بها إجراء الأبحاث التجريبية في مجال العلوم باسم جميل - فيزياء الطاقة العالية. لنكن صادقين مع أنفسنا، اليوم لا يوجد مبرر علمي واضح لوجود الكواركات. هذه الجسيمات ببساطة غير موجودة في الطبيعة. هل يفهم أي متخصص ما يحدث بالفعل عندما تصطدم حزمتان من الجسيمات المشحونة في المسرعات؟ وحقيقة أن ما يسمى بالنموذج القياسي، والذي من المفترض أنه الأكثر دقة وصحة، مبني على نظرية الكوارك هذه، لا يعني شيئًا. ويدرك الخبراء جيدًا جميع عيوب هذه النظرية الأخيرة. ولكن لسبب ما، من المعتاد التزام الصمت حيال ذلك. لكن لماذا؟ "وأكبر انتقاد للنموذج القياسي يتعلق بالجاذبية وأصل الكتلة. النموذج القياسي لا يأخذ الجاذبية في الاعتبار ويتطلب قياس الكتلة والشحنة وبعض خصائص الجسيمات الأخرى تجريبيًا لإدراجها لاحقًا في المعادلات.
وعلى الرغم من ذلك، يتم تخصيص مبالغ ضخمة لهذا المجال البحثي، فقط فكر في الأمر، لتأكيد النموذج القياسي، وليس للبحث عن الحقيقة. تم بناء مصادم الهدرونات الكبير (CERN، سويسرا) ومئات من المسرعات الأخرى حول العالم، وتم توزيع الجوائز والمنح، وتم الحفاظ على عدد كبير من الموظفين الفنيين، ولكن جوهر كل هذا هو خداع عادي وهوليوود و لا شيء آخر. اسأل أي شخص عن الفائدة الحقيقية التي يجلبها هذا البحث للمجتمع - لن يجيبك أحد، لأن هذا فرع مسدود من العلوم. منذ عام 2012، كان هناك حديث عن اكتشاف بوزون هيغز في المسرع في CERN. إن تاريخ هذه الدراسات عبارة عن قصة بوليسية كاملة تقوم على نفس خداع المجتمع العالمي. ومن المثير للاهتمام أنه تم اكتشاف هذا البوزون على وجه التحديد بعد الحديث عن وقف تمويل هذا المشروع الباهظ الثمن. ومن أجل إظهار أهمية هذه الدراسات للمجتمع، لتبرير أنشطتها، من أجل الحصول على شرائح جديدة لبناء مجمعات أكثر قوة، كان على موظفي CERN العاملين في هذه الدراسات أن يتوصلوا إلى صفقة مع ضميرهم وتفكيرهم بالتمني.
يحتوي تقرير “PRIMODIUM ALLATRA PHYSICS” على المعلومات المثيرة للاهتمام التالية حول هذا الموضوع: “اكتشف العلماء جسيمًا يفترض أنه يشبه بوزون هيغز (تنبأ الفيزيائي الإنجليزي بيتر هيغز (1929) بوجود البوزون، ووفقًا للنظرية، يجب أن يكون لها كتلة محدودة ولا تدور). في الواقع، ما اكتشفه العلماء ليس بوزون هيغز المرغوب فيه. لكن هؤلاء الأشخاص، دون أن يدركوا ذلك، توصلوا إلى اكتشاف مهم حقًا واكتشفوا المزيد. لقد اكتشفوا تجريبيا ظاهرة موصوفة بالتفصيل في كتاب AllatRa. (ملحوظة: كتاب اللاترع، صفحة 36، الفقرة الأخيرة). .
كيف يعمل العالم المصغر للمادة في الواقع؟يحتوي تقرير "فيزياء ألاترا الأولية" على معلومات موثوقة حول البنية الحقيقية للجسيمات الأولية، وهي المعرفة التي كانت معروفة لدى الحضارات القديمة، والتي توجد أدلة دامغة عليها في شكل مصنوعات يدوية. تتكون الجسيمات الأولية من أعداد مختلفة جسيمات بو الوهمية. "جسيم بو الوهمي عبارة عن جلطة تتكون من سيبتونات، حولها يوجد حقل سيبتوني صغير متخلخل خاص به. يمتلك جسيم البو الوهمي إمكانات داخلية (وهي حاملته)، والتي تتجدد في عملية الأيزوزموزية. وفقًا للإمكانات الداخلية، فإن جسيم Po الوهمي له تناسبه الخاص. أصغر جسيم بو الوهمي هو الفريد من نوعه جسيم الطاقة الوهمية بو - اللات (ملاحظة: لمزيد من التفاصيل انظر لاحقا في التقرير). جسيم بو الوهمي هو هيكل منظم في حركة حلزونية ثابتة. يمكن أن يوجد فقط في حالة مرتبطة مع جزيئات Po الوهمية الأخرى، والتي تشكل في تكتل المظاهر الأولية للمادة. نظرًا لوظائفه الفريدة، فهو نوع من الشبح (الشبح) للعالم المادي. مع الأخذ في الاعتبار أن كل المادة تتكون من جزيئات بو الوهمية، فإن هذا يمنحها خاصية البنية الوهمية وشكل من أشكال الاعتماد على عملية الأوزوزوزية (ملء الإمكانات الداخلية).
جزيئات فانتوم بو هي تكوين غير ملموس. ومع ذلك، في التسلسل (الاتصال التسلسلي) مع بعضها البعض، المبني وفقا لبرنامج المعلومات بكمية معينة وترتيب معين، على مسافة معينة من بعضها البعض، فإنها تشكل أساس بنية أي مادة، وتحدد تنوعها وخصائصها، بفضل إمكاناتهم الداخلية (الطاقة والمعلومات). جسيم بو الوهمي هو المادة التي تتكون منها الجسيمات الأولية (الفوتون، الإلكترون، النيوترينو، وما إلى ذلك)، بالإضافة إلى الجسيمات التي تحمل التفاعلات. هذا هو المظهر الأساسي للمادة في هذا العالم."
بعد قراءة هذا التقرير، وبعد إجراء مثل هذه الدراسة الصغيرة لتاريخ تطور نظرية الكواركات وفيزياء الطاقة العالية بشكل عام، أصبح من الواضح مدى ضآلة معرفة الإنسان إذا قصر معرفته فقط في إطار النظرية المادية. الرؤية الكونية. بعض الافتراضات المجنونة ونظرية الاحتمالات والإحصائيات الشرطية والاتفاقيات ونقص المعرفة الموثوقة. لكن الناس في بعض الأحيان يقضون حياتهم في هذا البحث. أنا متأكد من أنه من بين العلماء وهذا المجال من الفيزياء هناك الكثير من الأشخاص الذين جاءوا إلى العلم ليس من أجل الشهرة والسلطة والمال، ولكن من أجل هدف واحد - معرفة الحقيقة. عندما تصبح معرفة "فيزياء ألاترا الأولية" متاحة لهم، فإنهم هم أنفسهم سوف يستعيدون النظام ويصنعون اكتشافات علمية تاريخية حقًا من شأنها أن تجلب فوائد حقيقية للمجتمع. ومع نشر هذا التقرير الفريد، تفتح اليوم صفحة جديدة في العلوم العالمية. الآن السؤال ليس عن المعرفة في حد ذاتها، ولكن حول ما إذا كان الناس أنفسهم مستعدين للاستخدام الإبداعي لهذه المعرفة. يستطيع كل شخص أن يفعل كل ما هو ممكن حتى نتغلب جميعًا على شكل التفكير الاستهلاكي المفروض علينا ونفهم الحاجة إلى إنشاء أسس لبناء مجتمع مبدع روحانيًا للمستقبل في عصر العولمة القادم. الكوارث على كوكب الأرض.
فاليري فيرشيجورا
الكلمات الدالة:الكواركات، نظرية الكوارك، الجسيمات الأولية، بوزون هيغز، فيزياء ألاترا البدائية، مصادم الهادرونات الكبير، علوم المستقبل، جسيم بو الوهمي، حقل سبتون، اللات، معرفة الحقيقة.
الأدب:
كوكيدي ي.، نظرية الكواركات، م.، دار النشر "مير"، 340 صفحة، 1969، http://nuclphys.sinp.msu.ru/books/b/Kokkedee.htm؛
آرثر دبليو ويغينز، تشارلز إم وين، أكبر خمس مشكلات لم يتم حلها في العلوم، John Wiley & Sons، Inc.، 2003 // ويجينز أ.، وين سي. "خمس مشكلات غير محلولة في العلوم" في الترجمة. إلى اللغة الروسية؛
ملاحظة فائض من الأحداث في البحث عن بوزون هيغز للنموذج القياسي باستخدام كاشف ATLAS في LHC، 09 يوليو 2012، CERN LHC، ATLAS، http://cds.cern.ch/record/1460439؛
رصد بوزون جديد بكتلة قريبة من 125 GeV، 9 يوليو 2012، CERN LHC، CMS، http://cds.cern.ch/record/1460438?ln=en؛
تقرير "فيزياء ألاترا الأولية" من قبل مجموعة دولية من علماء الحركة الاجتماعية الدولية "ألاترا"، تحرير. أناستاسيا نوفيخ، 2015؛
الجسيمات الأوليةبالمعنى الضيق، هي جسيمات لا يمكن اعتبارها مكونة من جسيمات أخرى. في الحديث في الفيزياء، يستخدم مصطلح "الجسيمات الأولية" بمعنى أوسع: ما يسمى. أصغر جزيئات المادة، بشرط عدم وجودها و (الاستثناء هو)؛ في بعض الأحيان لهذا السبب تسمى الجسيمات الأولية بالجسيمات تحت النووية. معظم هذه الجسيمات (أكثر من 350 منها معروفة) هي أنظمة مركبة.
ه تشارك الجسيمات الأولية في التفاعلات الكهرومغناطيسية والضعيفة والقوية والجاذبية. بسبب الكتل الصغيرة من الجسيمات الأولية، تفاعل الجاذبية. عادة لا تؤخذ في الاعتبار. تنقسم جميع الجسيمات الأولية إلى ثلاثة جسيمات رئيسية. مجموعات. الأول يتكون مما يسمى. البوزونات هي حاملات للتفاعل الكهربائي الضعيف. وهذا يشمل الفوتون، أو الكم من الإشعاع الكهرومغناطيسي. الكتلة الساكنة للفوتون هي صفر، وبالتالي فإن سرعة انتشار الموجات الكهرومغناطيسية (بما في ذلك الموجات الضوئية) تمثل السرعة القصوى لانتشار الموجات الفيزيائية. الأثر وهو أحد الأموال. بدني دائم؛ ومن المقبول أن ج = (299792458 1.2) م/ث.
المجموعة الثانية من الجسيمات الأولية هي اللبتونات، التي تشارك في التفاعلات الكهرومغناطيسية والضعيفة. هناك 6 لبتونات معروفة: الإلكترون، الميون، اللبتون الثقيل، واللبتونات المقابلة. (الرمز e) تعتبر المادة ذات أصغر كتلة في الطبيعة m c، تساوي 9.1 × 10 -28 جم (في وحدات الطاقة 0.511 MeV) وأصغرها سالبة. كهربائي الشحنة الإلكترونية = 1.6 × 10 -19 درجة مئوية. (الرمز) - جزيئات ذات كتلة تقريبية. 207 كتلة (105.7 ميجا فولت) وكهربائية. تهمة تساوي التهمة ; اللبتون الثقيل له كتلة تقريبية. 1.8 جيجا إلكترون فولت. الأنواع الثلاثة المقابلة لهذه الجسيمات هي الإلكترون (الرمز v c)، والميون (الرمز) والنيوترينو (الرمز) - جسيمات الضوء (ربما عديمة الكتلة) المحايدة كهربائيًا.
جميع اللبتونات لها (-) أي إحصائيا. سانت أنت فرميونات (انظر).
يتوافق كل لبتون من اللبتونات، التي لها نفس قيم الكتلة وخصائص أخرى، ولكنها تختلف في الإشارة الكهربائية. تكلفة. هناك (الرمز e +) - فيما يتعلق بشحنة موجبة (الرمز) وثلاثة أنواع من النيوترينوات المضادة (الرمز)، والتي تنسب إلى الإشارة المعاكسة لعدد كمي خاص، يسمى. شحنة لبتون (انظر أدناه).
المجموعة الثالثة من الجسيمات الأولية هي الهادرونات، وهي تشارك في التفاعلات القوية والضعيفة والكهرومغناطيسية. الهادرونات هي جسيمات "ثقيلة" ذات كتلة أكبر بكثير من كتلة . وهذا هو الأكثر مجموعة كبيرة من الجسيمات الأولية. تنقسم الهادرونات إلى باريونات - جسيمات بها ميزونات - جسيمات ذات عدد صحيح (O أو 1)؛ وكذلك ما يسمى الرنينات هي هادرونات قصيرة العمر. تشمل الباريونات (الرمز p) - نواة ذات كتلة ~ 1836 مرة أكبر من m s وتساوي 1.672648 × 10 -24 جم (938.3 MeV) ، وتوضع. كهربائي شحنة تساوي الشحنة وأيضًا (الرمز n) - جسيم محايد كهربائيًا كتلته أكبر قليلاً من الكتلة. من وكل شيء مبني، أي تفاعل قوي. يحدد اتصال هذه الجزيئات مع بعضها البعض. في التفاعل القوي ولهما نفس الخصائص ويعتبران بمثابة جسيمين واحدين – النيوكليونات مع النظائر. (انظر أدناه). تشتمل الباريونات أيضًا على الهايبرونات - وهي جسيمات أولية ذات كتلة أكبر من النيوكليون: تبلغ كتلة الهايبرون 1116 MeV، والهايبرون له كتلة 1190 MeV، والهايبرون له كتلة 1320 MeV، والهايبرون له كتلة 1670 MeV. MeV. للميزونات كتل متوسطة بين الكتل و(-الميزون، K-الميزون). هناك ميزونات محايدة ومشحونة (مع شحنة كهربائية أولية موجبة وسالبة). جميع الميزونات لها خصائصها الخاصة. سانت تنتمي إلى البوزونات.
الخصائص الأساسية للجسيمات الأولية.يتم وصف كل جسيم أولي بواسطة مجموعة من القيم الفيزيائية المنفصلة. الكميات (الأعداد الكمومية). الخصائص العامة لجميع الجسيمات الأولية - الكتلة، العمر، الكهرباء. تكلفة.
اعتمادًا على عمرها، تنقسم الجسيمات الأولية إلى مستقرة وشبه مستقرة وغير مستقرة (أصداء). والمستقر (في حدود دقة القياسات الحديثة) هي: (العمر أكثر من 5 – 10 21 سنة)، (أكثر من 10 31 سنة)، الفوتون و. تشمل الجسيمات شبه المستقرة الجسيمات التي تتحلل بسبب التفاعلات الكهرومغناطيسية والضعيفة، ويبلغ عمرها أكثر من 10 إلى 20 ثانية. تتحلل الرنينات بسبب التفاعلات القوية، وعمرها المميز هو 10 -22 -10 -24 ثانية.
الخصائص الداخلية (الأعداد الكمومية) للجسيمات الأولية هي شحنات الليبتون (الرمز L) والباريون (الرمز B)؛ وتعتبر هذه الأرقام بمثابة كميات محفوظة بشكل صارم لجميع أنواع الأموال. تفاعل فاللبتونيات و L الخاصة بها لها إشارات متضادة؛ بالنسبة للباريونات B = 1، وللباريونات المقابلة B = -1.
وتتميز الهادرونات بوجود أرقام كمومية خاصة: "الغرابة"، "السحر"، "الجمال". الهادرونات العادية (غير الغريبة) هي -الميزونات. توجد ضمن مجموعات مختلفة من الهادرونات عائلات من الجسيمات المتشابهة في الكتلة ولها خصائص متشابهة فيما يتعلق بالتفاعل القوي، ولكن بخصائص مختلفة. القيم الكهربائية تكلفة؛ أبسط مثال هو البروتون و . العدد الكمي الإجمالي لهذه الجسيمات الأولية هو ما يسمى. النظائر ، والتي، مثل العادية، تقبل القيم الصحيحة ونصف العدد الصحيح. تشمل الخصائص الخاصة للهادرونات أيضًا التكافؤ الداخلي، الذي يأخذ القيم 1.
من الخصائص المهمة للجسيمات الأولية قدرتها على الخضوع للتحولات المتبادلة نتيجة للتفاعلات الكهرومغناطيسية أو غيرها. أحد أنواع التحولات المتبادلة هو ما يسمى. ولادة أو تكوين جسيم في نفس الوقت و (في الحالة العامة - تكوين جسيمات أولية ذات شحنات لبتونية أو باريونية معاكسة). تشمل العمليات المحتملة ولادة إلكترون-بوزيترون e - e +، وجسيمات ثقيلة جديدة للميون في اصطدامات اللبتونات، وتكوين حالات cc وbb من الكواركات (انظر أدناه). نوع آخر من التحويل البيني للجسيمات الأولية هو الفناء أثناء تصادم الجسيمات مع تكوين عدد محدود من الفوتونات (الكميات). عادة، يتم إنتاج فوتونين عندما يكون مجموع الجسيمات المتصادمة صفرًا، ويتم إنتاج 3 فوتونات عندما يكون المجموع يساوي 1 (مظهرًا لقانون حفظ تكافؤ الشحنة).
في ظل ظروف معينة، لا سيما عند السرعة المنخفضة لتصادم الجزيئات، غالبًا ما يُطلق على تكوين نظام مزدوج - e - e + وهذه الأنظمة غير المستقرة. ، يعتمد عمرهم في المادة إلى حد كبير على خصائص المادة، مما يجعل من الممكن استخدام المكثف لدراسة البنية. المواد وحركية المواد الكيميائية السريعة. المناطق (انظر ،).
نموذج الكوارك للهادرونات.إن الفحص التفصيلي للأعداد الكمومية للهادرونات من أجلها سمح لنا باستنتاج أن الهادرونات الغريبة والهادرونات العادية تشكل معًا ارتباطات من الجسيمات ذات خصائص متقاربة، تسمى المضاعفات الوحدوية. عدد الجسيمات الموجودة فيها هو 8 (ثماني) و10 (كوبليت). الجسيمات التي تشكل جزءًا من المتعدد الوحدوي لها نفس الشيء الداخلي التكافؤ، ولكن تختلف في القيم الكهربائية. الشحنة (جسيمات النظائر المتعددة) والغرابة. الخصائص المرتبطة بالمجموعات الوحدوية، كان اكتشافها هو الأساس للاستنتاج حول وجود وحدات هيكلية خاصة تُبنى منها الهادرونات والكواركات. يُعتقد أن الهادرونات عبارة عن مزيج من 3 أساسيات. الجسيمات ذات 1/2: كواركات علوية وكواركات d وكواركات s. وبالتالي، تتكون الميزونات من كوارك وكوارك مضاد، وتتكون الباريونات من 3 كواركات.
تم طرح الافتراض بأن الهادرونات تتكون من 3 كواركات في عام 1964 (J. Zweig، وبشكل مستقل، M. Gell-Mann). بعد ذلك، تم تضمين كواركين آخرين في نموذج بنية الهادرونات (على وجه الخصوص، من أجل تجنب التناقضات مع ) - "ساحر" (ج) و"جميل" (ب)، كما تم تقديم الخصائص الخاصة للكواركات - "النكهة" و"اللون". الكواركات، التي تعمل كمكونات للهادرونات، لم يتم ملاحظتها في حالة حرة. كل تنوع الهادرونات يرجع إلى عوامل مختلفة. مجموعات من الكواركات و- وd- وs- وc- وb تشكل حالات متصلة. تتوافق الهادرونات العادية (-mesons) مع الحالات المتصلة المبنية من الكواركات العلوية والدائية. إن وجود كوارك s أو c أو b في الهادرون، إلى جانب كواركات علوية وd، يعني أن الهادرونات المقابلة "غريبة" أو "ساحرة" أو "جميلة".
تم تأكيد نموذج الكوارك لبنية الهادرونات نتيجة للتجارب التي أجريت في النهاية. الستينيات - مبكرًا
السبعينيات القرن ال 20 في الواقع، بدأت الكواركات تعتبر جسيمات أولية جديدة - جسيمات أولية حقًا للشكل الهادروني للمادة. من الواضح أن عدم إمكانية ملاحظة الكواركات الحرة له طبيعة أساسية ويشير إلى أنها تلك الجسيمات الأولية التي تغلق سلسلة المكونات الهيكلية للجسم. هناك النظرية والتجربة. الحجج المؤيدة لحقيقة أن القوى المؤثرة بين الكواركات لا تضعف مع المسافة، أي لفصل الكواركات عن بعضها البعض يتطلب كمية كبيرة لا نهائية من الطاقة، أو بمعنى آخر، ظهور الكواركات في حالة حرة أمر مستحيل . وهذا يجعلها نوعًا جديدًا تمامًا من الوحدات الهيكلية في الجزيرة. من الممكن أن تكون الكواركات بمثابة المرحلة الأخيرة من المادة.
معلومات تاريخية مختصرة.أول جسيم أولي تم اكتشافه كان - Neg. كهربائي الشحن في كلتا اللافتتين الكهربائية. الشحنة (K. Anderson and S. Neddermeyer، 1936)، والميزونات K (مجموعة S. Powell، 1947؛ وقد اقترح H. Yukawa في عام 1935 وجود مثل هذه الجسيمات). في النهاية الأربعينيات - مبكرًا الخمسينيات تم اكتشاف جزيئات "غريبة". تم أيضًا تسجيل الجسيمات الأولى من هذه المجموعة - K + - و K - -mesons، A-hyperons - في الفضاء. أشعة
من البداية الخمسينيات أصبحت المسرعات هي الرئيسية أداة بحث الجسيمات الأولية. تم اكتشاف البروتون المضاد (1955)، والنيوترون المضاد (1956)، والهايبرون المضاد (1960)، وفي عام 1964 أثقلها.دبليو -هايبرون. في 1960s. تم اكتشاف عدد كبير من الأصداء غير المستقرة للغاية في المسرعات. وفي عام 1962 تبين أن هناك نوعين مختلفين: الإلكترون والميون. في عام 1974، تم اكتشاف جزيئات ضخمة (3-4 كتل بروتونية) وفي نفس الوقت مستقرة نسبيًا (مقارنة بالرنينات العادية)، والتي تبين أنها مرتبطة ارتباطًا وثيقًا بعائلة جديدة من الجسيمات الأولية - "المسحور"، ممثلوها الأوائل تم اكتشافها في عام 1976 في عام 1975، تم اكتشاف نظير ثقيل لليبتون، في عام 1977 - جزيئات ذات كتلة تبلغ حوالي عشرة كتل بروتون، في عام 1981 - جزيئات "جميلة". في عام 1983، تم اكتشاف أثقل الجسيمات الأولية المعروفة - البوزونات (كتلة 80 جيجا إلكترون فولت) وZ° (91 جيجا إلكترون فولت).
وهكذا، على مر السنين منذ الاكتشاف، تم التعرف على عدد كبير من الجسيمات الدقيقة المختلفة. تبين أن عالم الجسيمات الأولية معقد، وكانت خصائصها غير متوقعة في كثير من النواحي.
مضاءة: كوكيدي يا.، نظرية الكواركات، [عبر. من الإنجليزية]، م، 1971؛ ماركوف M. A.، حول طبيعة المادة، M.، 1976؛ أوكون إل بي، اللبتونات والكواركات، الطبعة الثانية، م، 1990.
ترتبط فيزياء الجسيمات الأولية ارتباطًا وثيقًا بفيزياء النواة الذرية. يعتمد هذا المجال من العلوم الحديثة على مفاهيم الكم، وفي تطوره يتغلغل أكثر في أعماق المادة، ويكشف عن العالم الغامض لمبادئه الأساسية. في فيزياء الجسيمات الأولية، يكون دور النظرية في غاية الأهمية. ونظراً لاستحالة الملاحظة المباشرة لمثل هذه الأشياء المادية، فإن صورها ترتبط بالمعادلات الرياضية، مع فرض قواعد المنع والسماح بها.
بحكم التعريف، الجسيمات الأولية هي التكوينات الأولية غير القابلة للتحلل والتي، حسب الافتراض، تتكون منها كل المادة. في الواقع، يُستخدم هذا المصطلح بالمعنى الأوسع - للإشارة إلى مجموعة كبيرة من الجسيمات الدقيقة للمادة التي لا تتحد بنيويًا في نوى وذرات. معظم موضوعات الدراسة في فيزياء الجسيمات لا تستوفي التعريف الصارم للعنصرية، لأنها أنظمة مركبة. لذلك، عادة ما تسمى الجسيمات التي تلبي هذا المطلب أولية حقا.
كان أول جسيم أولي تم اكتشافه أثناء دراسة العالم المصغر في نهاية القرن التاسع عشر هو الإلكترون. تم اكتشاف البروتون بعد ذلك (1919)، تلاه النيوترون الذي تم اكتشافه في عام 1932. وقد تنبأ نظريًا بوجود البوزيترون بواسطة بي. ديراك في عام 1931، وفي عام 1932 تم اكتشاف هذا "التوأم" للإلكترون المشحون إيجابيًا في الأشعة الكونية. بواسطة كارل أندرسون. تم طرح افتراض وجود النيوترينوات في الطبيعة من قبل دبليو باولي في عام 1930، وتم اكتشافه تجريبيًا فقط في عام 1953. وفي تكوين الأشعة الكونية في عام 1936، تم العثور على الميونات (الميونات) - جزيئات من كلتا العلامتين شحنة كهربائية كتلتها حوالي 200 كتلة إلكترون. وفي جميع النواحي الأخرى، فإن خصائص الميونات قريبة جدًا من خصائص الإلكترون والبوزيترون. وفي الأشعة الكونية أيضًا، تم اكتشاف ميزونات باي الموجبة والسالبة في عام 1947، والتي تنبأ بوجودها الفيزيائي الياباني هيديكي يوكاوا في عام 1935. وتبين لاحقًا وجود ميزون بي محايد أيضًا.
في أوائل الخمسينيات. وتم اكتشاف مجموعة كبيرة من الجسيمات ذات خصائص غير عادية للغاية، مما دفع إلى تسميتها بـ “الغريبة”. تم اكتشاف الجسيمات الأولى من هذه المجموعة في الأشعة الكونية، وهي ميزونات K من كلتا العلامتين وK-hyperon (لامدا هايبرون). لاحظ أن الميزونات حصلت على اسمها من اليونانية. "متوسط، متوسط" نظرًا لأن كتل الجسيمات المكتشفة لأول مرة من هذا النوع (الباي ميزون، الميو ميسون) لها كتلة متوسطة بين كتلة النيوكليون والإلكترون. Hyperons تأخذ اسمها من اليونانية. "فوق، أعلى"، لأن كتلتها تتجاوز كتلة النوكليون. تم الاكتشافات اللاحقة للجسيمات الغريبة باستخدام مسرعات الجسيمات المشحونة، والتي أصبحت الأداة الرئيسية لدراسة الجسيمات الأولية.
هذه هي الطريقة التي تم بها اكتشاف البروتون المضاد والنيوترون المضاد وعدد من الهايبرونات. في الستينيات تم اكتشاف عدد كبير من الجسيمات ذات العمر القصير للغاية، والتي كانت تسمى الرنين. وكما تبين، فإن معظم الجسيمات الأولية المعروفة تنتمي إلى الرنين. في منتصف السبعينيات. تم اكتشاف عائلة جديدة من الجسيمات الأولية، والتي حصلت على الاسم الرومانسي "الساحر"، وفي أوائل الثمانينيات - عائلة من الجزيئات "الجميلة" وما يسمى بالبوزونات الناقلة المتوسطة. وكان اكتشاف هذه الجسيمات تأكيدا رائعا للنظرية المبنية على نموذج الكوارك للجسيمات الأولية، والتي تنبأت بوجود جسيمات جديدة قبل وقت طويل من اكتشافها.
وهكذا، خلال الفترة التي تلت اكتشاف أول جسيم أولي - الإلكترون - تم اكتشاف العديد من الجسيمات الدقيقة (حوالي 400) في الطبيعة، وتستمر عملية اكتشاف جزيئات جديدة. لقد اتضح أن عالم الجسيمات الأولية معقد للغاية، وأن خصائصها متنوعة وغالبًا ما تكون غير متوقعة على الإطلاق.
جميع الجسيمات الأولية هي تكوينات مادية ذات كتل وأحجام صغيرة للغاية. معظمها لها كتل في حدود كتلة البروتون (~10 -24 جم) وأبعاد في حدود 10 -13 م. وهذا يحدد الخصوصية الكمومية البحتة لسلوكها. من الخصائص الكمومية المهمة لجميع الجسيمات الأولية (بما في ذلك الفوتون الذي ينتمي إليها) أن جميع العمليات معها تحدث في شكل سلسلة من أعمال الانبعاث والامتصاص (القدرة على الولادة والتدمير عند التفاعل مع الجسيمات الأخرى) . ترتبط العمليات التي تنطوي على الجسيمات الأولية بجميع أنواع التفاعلات الأساسية الأربعة، القوية، والكهرومغناطيسية، والضعيفة، والجاذبية. التفاعل القوي هو المسؤول عن ترابط النيوكليونات في النواة الذرية. ويضمن التفاعل الكهرومغناطيسي اتصال الإلكترونات بالنوى في الذرة، وكذلك اتصال الذرات في الجزيئات. ويتسبب التفاعل الضعيف، على وجه الخصوص، في اضمحلال الجسيمات شبه المستقرة (أي طويلة العمر نسبيًا) التي يتراوح عمرها بين 10 -12 -10 -14 ثانية. تفاعل الجاذبية على مسافات مميزة للجسيمات الأولية التي تتراوح ما بين 10 إلى 13 سم تقريبًا، بسبب صغر كتلتها، له كثافة منخفضة للغاية، ولكنه يمكن أن يكون كبيرًا على مسافات قصيرة جدًا. شدة التفاعلات القوية والكهرومغناطيسية والضعيفة والجاذبية - عند الطاقة المعتدلة للعمليات هي على التوالي 1، 10 -2، 10 -10، 10 -38. وبشكل عام، مع زيادة طاقة الجسيمات، تتغير هذه النسبة.
يتم تصنيف الجسيمات الأولية وفقًا لمعايير مختلفة، ويجب القول إن تصنيفها المقبول بشكل عام معقد للغاية.
اعتمادًا على مشاركتها في أنواع مختلفة من التفاعلات، تنقسم جميع الجسيمات المعروفة إلى مجموعتين رئيسيتين: الهادرونات واللبتونات.
تشارك الهادرونات في جميع أنواع التفاعلات، بما في ذلك التفاعلات القوية. لقد حصلوا على اسمهم من اليونانية. "ضخم قوي."
اللبتونات لا تشارك في التفاعل القوي. اسمهم يأتي من اليونانية. "خفيف ورفيع" منذ أن كانت الجماهير معروفة حتى منتصف السبعينيات. كانت جسيمات هذه الفئة أصغر بشكل ملحوظ من كتل جميع الجسيمات الأخرى (باستثناء الفوتون).
تشمل الهادرونات جميع الباريونات (مجموعة من الجسيمات ذات كتلة لا تقل عن كتلة البروتون، سُميت بهذا الاسم من الكلمة اليونانية "الثقيلة") والميزونات. أخف الباريون هو البروتون.
اللبتونات هي، على وجه الخصوص، الإلكترون والبوزيترون، وميونات كلا العلامتين، والنيوترينوات من ثلاثة أنواع (جسيمات خفيفة ومحايدة كهربائيًا تشارك فقط في التفاعلات الضعيفة والجاذبية). من المفترض أن النيوترينوات شائعة في الطبيعة مثل الفوتونات، وأن العديد من العمليات المختلفة تؤدي إلى تكوينها. السمة المميزة للنيوترينو هي قدرته الهائلة على الاختراق، خاصة في الطاقات المنخفضة. واستكمالاً للتصنيف حسب أنواع التفاعلات، تجدر الإشارة إلى أن الفوتون يشارك فقط في التفاعلات الكهرومغناطيسية والجاذبية. بالإضافة إلى ذلك، ووفقاً للنماذج النظرية التي تهدف إلى توحيد أنواع التفاعل الأربعة، هناك جسيم افتراضي يحمل مجال جاذبية، وهو ما يسمى بالجرافيتون. تكمن خصوصية الجرافيتون في أنه (وفقًا للنظرية) يشارك فقط في تفاعل الجاذبية. لاحظ أن النظرية تربط بين جسيمين افتراضيين آخرين مع العمليات الكمومية لتفاعل الجاذبية - الجرافيتينو والجرافيفوتون. يعد الاكتشاف التجريبي للجرافيتونات، أي إشعاع الجاذبية، أمرًا صعبًا للغاية بسبب تفاعله الضعيف للغاية مع المادة.
اعتمادًا على عمرها، تنقسم الجسيمات الأولية إلى مستقرة وشبه مستقرة وغير مستقرة (أصداء).
الجسيمات المستقرة هي الإلكترون (عمره t > 10 21 سنة)، والبروتون (t > 10 31 سنة)، والنيوترينو والفوتون. تعتبر الجسيمات التي تتحلل بسبب التفاعلات الكهرومغناطيسية والضعيفة شبه مستقرة؛ وعمرها t > 10 -20 ثانية. الرنين عبارة عن جسيمات تتحلل نتيجة للتفاعلات القوية، ويتراوح عمرها الافتراضي بين 10 -22^10 -24 ثانية.
هناك نوع آخر من التقسيم الفرعي للجسيمات الأولية شائع. تخضع أنظمة الجسيمات ذات الدوران الصفري والعدد الصحيح لإحصائيات بوز-آينشتاين، ولهذا السبب تسمى هذه الجسيمات عادةً بالبوزونات. تم وصف مجموعة من الجسيمات ذات دوران نصف صحيح بواسطة إحصائيات فيرمي ديراك، ومن هنا جاء اسم هذه الجسيمات - الفرميونات.
يتميز كل جسيم أولي بمجموعة معينة من الكميات الفيزيائية المنفصلة - الأعداد الكمومية. الخصائص المشتركة لجميع الجسيمات هي الكتلة m، والعمر t، والدوران J، والشحنة الكهربائية Q. ويأخذ دوران الجسيمات الأولية قيمًا تساوي عددًا صحيحًا أو نصف عدد صحيح من مضاعفات ثابت بلانك. الشحنات الكهربائية للجسيمات هي مضاعفات صحيحة لشحنة الإلكترون، والتي تعتبر الشحنة الكهربائية الأولية.
بالإضافة إلى ذلك، تتميز الجسيمات الأولية أيضًا بما يسمى أرقام الكم الداخلية. يتم تعيين شحنة لبتون محددة للبتونات L = ±1، وتحمل الهادرونات ذات الدوران نصف الصحيح شحنة باريون B = ±1 (تشكل الهادرونات ذات B = 0 مجموعة فرعية من الميزونات).
من الخصائص الكمومية المهمة للهادرونات التكافؤ الداخلي P، الذي يأخذ القيمة ± 1 ويعكس خاصية التناظر لوظيفة موجة الجسيمات فيما يتعلق بالانعكاس المكاني (صورة معكوسة). وعلى الرغم من عدم حفظ التكافؤ في التفاعلات الضعيفة، فإن الجسيمات ذات الدقة الجيدة تأخذ قيم تكافؤ داخلية تساوي إما +1 أو -1.
وتنقسم الهادرونات أيضًا إلى جسيمات عادية (بروتون، نيوترون، بي ميزون)، وجسيمات غريبة (^-ميزون، هايبرونات، وبعض الرنينات)، وجسيمات "ساحرة" و"جميلة". وهي تتوافق مع أرقام كمية خاصة: الغرابة S، والسحر C، والجمال ب. يتم تقديم هذه الأرقام الكمومية وفقًا لنموذج الكوارك لتفسير العمليات المحددة المميزة لهذه الجسيمات.
توجد بين الهادرونات مجموعات (عائلات) من الجسيمات لها كتل متشابهة، وأعداد كمومية داخلية متطابقة، ولكنها تختلف في الشحنة الكهربائية. تسمى هذه المجموعات بالمتعددات النظائرية، وتتميز بعدد كمي مشترك، وهو الدوران النظائري، الذي، مثل الدوران العادي، يأخذ قيمًا صحيحة ونصف صحيحة.
ما هو نموذج الكوارك المذكور مراراً وتكراراً للهادرونات؟
كان اكتشاف نمط تجميع الهادرونات في مضاعفات بمثابة الأساس لافتراض وجود تكوينات هيكلية خاصة تُبنى منها الهادرونات - الكواركات. بافتراض وجود مثل هذه الجسيمات، يمكننا أن نفترض أن جميع الهادرونات هي عبارة عن مجموعات من الكواركات. تم طرح هذه الفرضية الجريئة والمثمرة من الناحية الكشفية في عام 1964 من قبل الفيزيائي الأمريكي موراي جيل مان. كان جوهرها هو افتراض وجود ثلاثة جسيمات أساسية ذات دوران نصف صحيح، وهي المادة اللازمة لبناء الهادرونات، كواركات u وd وs. لاحقًا، واستنادًا إلى بيانات تجريبية جديدة، تم استكمال نموذج الكوارك لبنية الهادرونات بكواركين آخرين، "الساحر" (ج) و"الجميل" (ب). ويعتبر وجود أنواع أخرى من الكواركات ممكنا. ومن السمات المميزة للكواركات أنها تحتوي على قيم كسرية للشحنات الكهربائية والباريونية، والتي لا توجد في أي من الجسيمات المعروفة. تتوافق جميع النتائج التجريبية لدراسة الجسيمات الأولية مع نموذج الكوارك.
وفقًا لنموذج الكوارك، تتكون الباريونات من ثلاثة كواركات، الميزونات - كوارك وكوارك مضاد. نظرًا لأن بعض الباريونات عبارة عن مزيج من ثلاثة كواركات في نفس الحالة، وهو أمر محظور بموجب مبدأ باولي (انظر أعلاه)، فقد تم تعيين رقم كم داخلي إضافي "لون" لكل نوع ("نكهة") من الكواركات. كل نوع من الكواركات ("نكهة" - u، d، s، c، b) يمكن أن يكون في ثلاث حالات "لونية". فيما يتعلق باستخدام مفاهيم اللون، تسمى نظرية التفاعل القوي للكواركات بالكروموديناميكا الكمية (من الكلمة اليونانية "اللون").
يمكننا أن نفترض أن الكواركات هي جسيمات أولية جديدة، وتدعي أنها جسيمات أولية حقًا للشكل الهادروني للمادة. ومع ذلك، فإن مشكلة مراقبة الكواركات والجلونات الحرة لا تزال دون حل. على الرغم من عمليات البحث المنهجية في الأشعة الكونية في مسرعات الطاقة العالية، إلا أنه لم يكن من الممكن بعد اكتشافها في حالة حرة. هناك أسباب وجيهة للاعتقاد بأن الفيزياء واجهت هنا ظاهرة طبيعية خاصة - ما يسمى باحتجاز الكواركات.
والحقيقة هي أن هناك حجج نظرية وتجريبية جادة لصالح الافتراض القائل بأن قوى التفاعل بين الكواركات لا تضعف مع المسافة. وهذا يعني أن هناك حاجة إلى طاقة أكبر بلا حدود لفصل الكواركات، وبالتالي فإن ظهور الكواركات في حالة حرة أمر مستحيل. يمنح هذا الظرف الكواركات مكانة الوحدات الهيكلية الخاصة تمامًا للمادة. ربما انطلاقًا من الكواركات على وجه التحديد، فإن الملاحظة التجريبية لمراحل تجزئة المادة مستحيلة بشكل أساسي. إن الاعتراف بالكواركات كأشياء موجودة بالفعل في العالم المادي لا يمثل فقط حالة مذهلة من أولوية الفكرة فيما يتعلق بوجود كيان مادي. السؤال الذي يطرح نفسه هو مراجعة جدول الثوابت العالمية الأساسية، حيث أن شحنة الكوارك أقل بثلاث مرات من شحنة البروتون، وبالتالي الإلكترون.
منذ اكتشاف البوزيترون، واجه العلم جسيمات المادة المضادة. من الواضح اليوم أنه بالنسبة لجميع الجسيمات الأولية ذات القيم غير الصفرية لواحد على الأقل من الأعداد الكمومية، مثل الشحنة الكهربائية Q، وشحنة الليبتون L، وشحنة الباريون B، والغرابة S، والسحر C، والجمال b، هناك جسيمات مضادة لها نفس قيم الكتلة، والعمر، والدوران، ولكن بإشارات معاكسة للأرقام الكمومية المذكورة أعلاه. ومن المعروف أن الجسيمات المطابقة لجسيماتها المضادة تسمى محايدة حقًا. من أمثلة الجسيمات المحايدة حقًا الفوتون وأحد ميزونات البي الثلاثة (الاثنان الآخران عبارة عن جسيم وجسيم مضاد بالنسبة لبعضهما البعض).
السمة المميزة لتفاعل الجسيمات والجسيمات المضادة هي فنائها عند الاصطدام، أي التدمير المتبادل مع تكوين جسيمات أخرى وتحقيق قوانين الحفاظ على الطاقة، والزخم، والشحنة، وما إلى ذلك. مثال نموذجي لفناء جسيم ما الزوج هو عملية تحويل الإلكترون وجسيمه المضاد - البوزيترون - إلى إشعاع كهرومغناطيسي (في الفوتونات أو جاما كوانتا). لا يحدث إبادة الأزواج أثناء التفاعل الكهرومغناطيسي فحسب، بل يحدث أيضًا أثناء التفاعل القوي. عند الطاقات العالية، يمكن أن تفنى جسيمات الضوء لتشكل جسيمات أثقل، بشرط أن تتجاوز الطاقة الإجمالية للجسيمات المبيدة عتبة إنتاج جسيمات ثقيلة (مساوية لمجموع طاقاتها الباقية).
مع التفاعلات القوية والكهرومغناطيسية، يكون هناك تماثل كامل بين الجسيمات وجسيماتها المضادة، أي أن جميع العمليات التي تحدث بين الأولى ممكنة أيضًا بالنسبة للأخيرة. لذلك، يمكن للبروتونات المضادة والنيوترونات المضادة أن تشكل نواة ذرات المادة المضادة، أي، من حيث المبدأ، يمكن بناء المادة المضادة من الجسيمات المضادة. يطرح سؤال واضح: إذا كان كل جسيم لديه جسيم مضاد، فلماذا لا توجد تراكمات للمادة المضادة في المنطقة المدروسة من الكون؟ في الواقع، يمكن الحكم على وجودها في الكون، حتى في مكان ما "بالقرب" من الكون، من خلال إشعاع الإبادة القوي القادم إلى الأرض من منطقة الاتصال بين المادة والمادة المضادة. ومع ذلك، لا تملك الفيزياء الفلكية الحديثة بيانات تسمح لنا حتى بافتراض وجود مناطق مليئة بالمادة المضادة في الكون.
كيف حدث الاختيار لصالح المادة وعلى حساب المادة المضادة في الكون، على الرغم من أن قوانين التناظر تتحقق بشكل أساسي؟ على الأرجح، كان سبب هذه الظاهرة هو انتهاك التناظر، أي التقلب على مستوى أساسيات المادة.
هناك شيء واحد واضح: لو لم يحدث مثل هذا التقلب، لكان مصير الكون حزينًا - لكانت كل مادته موجودة في شكل سحابة لا نهاية لها من الفوتونات الناتجة عن إبادة جزيئات المادة والمادة المضادة.
الجسيمات الأوليةبالمعنى الضيق هي جسيمات لا يمكن اعتبارها مكونة من جسيمات أخرى. في الفيزياء الحديثة مصطلح " الجسيمات الأولية"يستخدم بمعنى أوسع: هذا هو الاسم الذي يطلق على أصغر جسيمات المادة، بشرط ألا تكون ذرات (الاستثناء هو البروتون)؛ وأحيانا لهذا السبب الجسيمات الأوليةتسمى الجسيمات تحت النووية. معظم هذه الجسيمات (أكثر من 350 منها معروفة) هي أنظمة مركبة.
الجسيمات الأوليةالمشاركة في التفاعلات الكهرومغناطيسية والضعيفة والقوية والجاذبية. بسبب الجماهير الصغيرة الجسيمات الأوليةعادة لا يؤخذ تفاعل الجاذبية في الاعتبار. الجميع الجسيمات الأوليةمقسمة إلى ثلاث مجموعات رئيسية. الأول يتكون مما يسمى بالبوزونات - حاملات التفاعل الكهروضعيف. وهذا يشمل الفوتون، أو الكم من الإشعاع الكهرومغناطيسي. الكتلة الساكنة للفوتون هي صفر، وبالتالي فإن سرعة انتشار الموجات الكهرومغناطيسية (بما في ذلك الموجات الضوئية) تمثل السرعة القصوى لانتشار التأثير الفيزيائي وهي إحدى الثوابت الفيزيائية الأساسية؛ فمن المقبول ذلك مع= (299792458±1.2) م/ث.
المجموعة الثانية الجسيمات الأولية- اللبتونات المشاركة في التفاعلات الكهرومغناطيسية والضعيفة. ومن المعروف أن 6 لبتونات هي: نيوترينو الإلكترون، الميون، نيوترينو الميون، اللبتون الثقيل والنيوترينو المقابل. ويعتبر الإلكترون (الرمز e) حامل المادة لأصغر كتلة في الطبيعة م e يساوي 9.1×10 -28 جم (في وحدات الطاقة ≈0.511 MeV) وأصغر شحنة كهربائية سالبة ه= 1.6×10 -19 سل. الميونات (الرمز μ -) هي جسيمات تبلغ كتلتها حوالي 207 كتلة إلكترون (105.7 MeV) وشحنة كهربائية تساوي شحنة الإلكترون؛ تبلغ كتلة الليبتون الثقيل حوالي 1.8 جيجا إلكترون فولت. الأنواع الثلاثة من النيوترينوات المقابلة لهذه الجسيمات هي الإلكترون (الرمز ν
e)، الميون (الرمز ν μ) و τ-النيوترينو (الرمز ν τ) هي جزيئات خفيفة (ربما عديمة الكتلة) محايدة كهربائيًا.
يتوافق كل لبتون مع لبتون له نفس قيم الكتلة واللف والخصائص الأخرى، لكنه يختلف في إشارة الشحنة الكهربائية. هناك (الرمز e +) - جسيم مضاد فيما يتعلق بشحنة موجبة (الرمز μ +) وثلاثة أنواع من النيوترينو المضاد (الرموز) التي تم تعيينها للإشارة المعاكسة لعدد كمي خاص يسمى شحنة الليبتون (انظر أدناه).
المجموعة الثالثة من الجسيمات الأولية هي الهادرونات التي تشارك في التفاعلات القوية والضعيفة والكهرومغناطيسية. الهادرونات هي جسيمات "ثقيلة" كتلتها أكبر بكثير من كتلة الإلكترون. هذه هي أكبر مجموعة الجسيمات الأولية. تنقسم الهادرونات إلى باريونات - جسيمات ذات دوران ½ћ، وميزونات - جسيمات ذات دوران صحيح (0 أو 1)؛ بالإضافة إلى ما يسمى بالرنين - حالات الهادرونات المثارة قصيرة العمر. تشتمل الباريونات على بروتون (الرمز p) - نواة ذرة هيدروجين ذات كتلة أكبر بـ 1836 مرة م e ويساوي 1.672648×10 -24 جم (≈938.3 MeV)، وشحنة كهربائية موجبة تساوي شحنة النيوترون (الرمز n) - جسيم محايد كهربائيًا كتلته تتجاوز قليلاً كتلة البروتون. كل شيء مبني من البروتونات والنيوترونات، والتفاعل القوي هو الذي يحدد ارتباط هذه الجسيمات ببعضها البعض. في التفاعل القوي، يكون للبروتون والنيوترون نفس الخصائص ويعتبران حالتين كميتين لجسيم واحد - نيوكليون ذو دوران نظيري ½ћ (انظر أدناه). تتضمن الباريونات أيضًا هايبرونات - الجسيمات الأوليةبكتلة أكبر من النيوكليون: Λ-hyperon لديه كتلة 1116 MeV، Σ-hyperon - 1190 MeV، Θ-hyperon - 1320 MeV، Ω-hyperon - 1670 MeV. تمتلك الميزونات كتلًا متوسطة بين كتلتي البروتون والإلكترون (π-meson، ك-الميزون). هناك ميزونات محايدة ومشحونة (مع شحنة كهربائية أولية موجبة وسالبة). وفقا لخصائصها الإحصائية، يتم تصنيف جميع الميزونات على أنها بوزونات.
الخصائص الأساسية للجسيمات الأولية
كل الجسيمات الأوليةتوصف بمجموعة من القيم المنفصلة للكميات الفيزيائية (الأعداد الكمومية). الخصائص العامة للجميع الجسيمات الأولية- الكتلة، العمر، الدوران، الشحنة الكهربائية.
اعتمادا على وقت الحياة الجسيمات الأوليةوتنقسم إلى مستقرة وشبه مستقرة وغير مستقرة (الأصداء). المستقر (في حدود دقة القياسات الحديثة) هو: الإلكترون (عمره أكثر من 5 × 10 21 سنة)، والبروتون (أكثر من 10 31 سنة)، والفوتون والنيوترينو. تشمل الجسيمات شبه المستقرة الجسيمات التي تتحلل بسبب التفاعلات الكهرومغناطيسية والضعيفة، ويبلغ عمرها أكثر من 10 إلى 20 ثانية. تتحلل الرنينات بسبب التفاعل القوي، وعمرها المميز هو 10 -22 - 10 -24 ثانية.
الخصائص الداخلية (الأعداد الكمومية) الجسيمات الأوليةهي ليبتون (رمز ل) والباريون (الرمز في)رسوم؛ تعتبر هذه الأرقام بمثابة كميات محفوظة بشكل صارم لجميع أنواع التفاعلات الأساسية. لليبتونات وجسيماتها المضادة للديك علامات معاكسة. للباريونات في= 1 للجسيمات المضادة المقابلة في=-1.
وتتميز الهادرونات بوجود أرقام كمومية خاصة: "الغرابة"، "السحر"، "الجمال". الهادرونات العادية (غير الغريبة) - البروتون والنيوترون والميزونات. توجد ضمن مجموعات مختلفة من الهادرونات عائلات من الجسيمات المتشابهة في الكتلة ولها خصائص متشابهة فيما يتعلق بالتفاعل القوي، ولكن بقيم شحنة كهربائية مختلفة؛ أبسط مثال هو البروتون والنيوترون. رقم الكم العام لمثل هذا الجسيمات الأولية- ما يسمى بالدوران النظائري، والذي، مثل الدوران العادي، يأخذ قيمًا صحيحة ونصف صحيحة. تشمل الخصائص الخاصة للهادرونات أيضًا التكافؤ الداخلي، الذي يأخذ قيم ±1.
خاصية هامة الجسيمات الأولية- قدرتها على الخضوع للتحولات المتبادلة نتيجة للتفاعلات الكهرومغناطيسية أو غيرها. أحد أنواع التحولات المتبادلة هو ما يسمى بولادة الزوج، أو تكوين جسيم وجسيم مضاد في نفس الوقت (في الحالة العامة، تكوين زوج الجسيمات الأوليةمع شحنات لبتون أو باريون معاكسة). العمليات المحتملة لولادة أزواج الإلكترون والبوزيترون e - e +، أزواج الميونات μ + μ - جسيمات ثقيلة جديدة في اصطدامات اللبتونات، والتشكل من الكواركات نسخة- و ب- الدول (انظر أدناه). نوع آخر من التحويل البيني الجسيمات الأولية- إبادة الزوج أثناء اصطدام الجسيمات بتكوين عدد محدود من الفوتونات (γ-quanta). عادة، يتم إنتاج فوتونين عندما يكون الدوران الكلي للجسيمات المتصادمة صفرًا، ويتم إنتاج 3 فوتونات عندما يكون الدوران الإجمالي مساويًا لـ 1 (مظهر لقانون الحفاظ على تكافؤ الشحنة).
في ظل ظروف معينة، لا سيما عند السرعة المنخفضة لتصادم الجزيئات، من الممكن تكوين نظام مرتبط - البوزيترونيوم e - e + والميونيوم μ + e - . هذه الأنظمة غير مستقرة، وغالبًا ما تسمى شبيهة بالهيدروجين. يعتمد عمرها في المادة إلى حد كبير على خصائص المادة، مما يجعل من الممكن استخدام الذرات الشبيهة بالهيدروجين لدراسة بنية المادة المكثفة وحركية التفاعلات الكيميائية السريعة (انظر كيمياء الميزون، الكيمياء النووية).
نموذج الكوارك للهادرونات
أدى الفحص التفصيلي للأعداد الكمومية للهادرونات لغرض تصنيفها إلى استنتاج مفاده أن الهادرونات الغريبة والهادرونات العادية تشكل معًا ارتباطات من الجسيمات ذات الخصائص المماثلة، تسمى المضاعفات الوحدوية. عدد الجسيمات الموجودة فيها هو 8 (ثماني) و10 (كوبليت). إن الجسيمات التي يتكون منها المضاعف الوحدوي لها نفس التكافؤ الداخلي، ولكنها تختلف في قيم الشحنة الكهربائية (جسيمات المضاعف النظيري) والغرابة. ترتبط خصائص التماثل بالمجموعات الوحدوية؛ وكان اكتشافها هو الأساس لاستنتاج وجود وحدات هيكلية خاصة تُبنى منها الهادرونات - الكواركات. يُعتقد أن الهادرونات عبارة عن مجموعات من 3 جسيمات أساسية ذات دوران ½: ن-جسيمات دون الذرية، د-الكواركات و س-جسيمات دون الذرية. وبالتالي، تتكون الميزونات من كوارك وكوارك مضاد، وتتكون الباريونات من 3 كواركات.
تم طرح الافتراض بأن الهادرونات تتكون من 3 كواركات في عام 1964 (J. Zweig، وبشكل مستقل، M. Gell-Mann). بعد ذلك، تم تضمين كواركين آخرين في نموذج بنية الهادرونات (على وجه الخصوص، من أجل تجنب التعارض مع مبدأ باولي) - "السحر" ( مع) و جميل" ( ب)، وقدم أيضًا خصائص خاصة للكواركات - "النكهة" و"اللون". الكواركات، التي تعمل كمكونات للهادرونات، لم يتم ملاحظتها في حالة حرة. كل تنوع الهادرونات يرجع إلى مجموعات مختلفة ن-, د-, س-, مع- و ب-الكواركات تشكل حالات متصلة. تتوافق الهادرونات العادية (البروتون والنيوترون والميزونات π) مع الحالات المتصلة التي تم إنشاؤها منها ن- و د-جسيمات دون الذرية. وجود في الهادرون مع ن- و د-كواركات الواحد س-, مع- أو ب-الكوارك يعني أن الهادرون المقابل "غريب" أو "ساحر" أو "جميل".
تم تأكيد نموذج الكوارك لبنية الهادرون نتيجة للتجارب التي أجريت في أواخر الستينيات وأوائل السبعينيات. القرن العشرين بدأت الكواركات تعتبر جديدة بالفعل الجسيمات الأولية- حقيقي الجسيمات الأوليةللشكل الهادروني للمادة. يبدو أن عدم إمكانية ملاحظة الكواركات الحرة له طبيعة أساسية ويعطي سببًا لافتراض أنها تلك الجسيمات الأولية، والتي تغلق سلسلة المكونات الهيكلية للمادة. هناك حجج نظرية وتجريبية لصالح حقيقة أن القوى المؤثرة بين الكواركات لا تضعف مع المسافة، أي. إن فصل الكواركات عن بعضها البعض يتطلب طاقة كبيرة بلا حدود، أو بمعنى آخر، ظهور الكواركات في حالة حرة أمر مستحيل. وهذا يجعلها نوعًا جديدًا تمامًا من الوحدات الهيكلية للمادة. من الممكن أن تكون الكواركات بمثابة المرحلة الأخيرة من تجزئة المادة.
معلومات تاريخية مختصرة
أول مفتوح الجسيمات الأوليةكان هناك إلكترون - حامل لشحنة كهربائية سالبة في الذرات (J.J. Thomson، 1897). في عام 1919، اكتشف إي. رذرفورد البروتونات بين الجزيئات التي خرجت من النوى الذرية. تم اكتشاف النيوترونات في عام 1932 على يد ج. تشادويك. في عام 1905، افترض أ. أينشتاين أن الإشعاع الكهرومغناطيسي هو تدفق الكميات الفردية (الفوتونات) وعلى هذا الأساس شرح قوانين التأثير الكهروضوئي. الوجود كخاص الجسيمات الأوليةاقترحه لأول مرة دبليو باولي (1930)؛ إلكتروني