الجسيمات الأولية الثقيلة. تصنيف الجسيمات الأولية

من أجل تفسير خصائص وسلوك الجسيمات الأولية، يجب أن تُمنح، بالإضافة إلى الكتلة والشحنة الكهربائية والنوع، عددًا من الكميات الإضافية المميزة لها (الأعداد الكمومية)، والتي سنناقشها أدناه.

وتنقسم الجسيمات الأولية عادة إلى أربع فئات . وبالإضافة إلى هذه الفئات، يفترض وجود فئة أخرى من الجسيمات - الجرافيتونات (كميات مجال الجاذبية). ولم يتم اكتشاف هذه الجسيمات تجريبيا بعد.

دعونا نعطي وصفا موجزا للفئات الأربعة من الجسيمات الأولية.

جسيم واحد فقط ينتمي إلى واحد منهم - الفوتون .

الفوتونات (كمات المجال الكهرومغناطيسي) تشارك في التفاعلات الكهرومغناطيسية، ولكن ليس لها تفاعلات قوية وضعيفة.

يتم تشكيل الطبقة الثانية لبتونات ، ثالث - هادرونات وأخيرا الرابع - قياس البوزونات (الجدول 2)

الجدول 2

الجسيمات الأولية
اللبتونات	معايرة البوزونات	هادرونات
		ن, ص, هايبرونات الباريونية الأصداء	ميسونيك الأصداء

اللبتونات (اليونانية " ليبتوس" - سهل) - جزيئات,المشاركة في التفاعلات الكهرومغناطيسية والضعيفة. وتشمل هذه الجسيمات التي ليس لها تفاعل قوي: الإلكترونات ()، والميونات ()، والتاونات ()، وكذلك نيوترينوات الإلكترون ()، ونيوترينوات الميون () ونيوترينوات التاو (). جميع اللبتونات لها عدد دوران يساوي 1/2، وبالتالي فهي كذلك فرميونات . جميع اللبتونات لها تفاعل ضعيف. تلك التي لها شحنة كهربائية (أي الميونات والإلكترونات) لديها أيضًا تفاعل كهرومغناطيسي. تشارك النيوترينوات فقط في التفاعلات الضعيفة.

هادرونات (اليونانية " أدروس" - كبير، ضخم) - جزيئات,المشاركة بقوة,التفاعلات الكهرومغناطيسية والضعيفة. اليوم، أكثر من مائة هادرونات معروفة وهي مقسمة إلى الباريونات و الميزونات .

الباريونات - هادرونات,تتكون من ثلاثة كواركات (qqq) ولها رقم الباريون B = 1.

فئة الباريونات تجمع بين النيوكليونات ( ص, ن) والجسيمات غير المستقرة التي كتلتها أكبر من كتلة النيوكليونات تسمى هايبرونات (). تتمتع جميع الهايبرونات بتفاعل قوي، وبالتالي تتفاعل بنشاط مع النوى الذرية. إن دوران جميع الباريونات هو 1/2، وبالتالي فإن الباريونات كذلك فرميونات . باستثناء البروتون، جميع الباريونات غير مستقرة. عندما يضمحل الباريون مع جسيمات أخرى، يتشكل الباريون بالضرورة. هذا النمط هو واحد من مظاهر قانون حفظ شحنة الباريون.

الميزونات - هادرونات,يتكون من كوارك وكوارك مضاد () ولها رقم باريون ب = 0.

الميزونات عبارة عن جسيمات غير مستقرة تتفاعل بقوة ولا تحمل ما يسمى بشحنة الباريون. وتشمل هذه - الميزونات أو البيونات ()، أو الميزونات K، أو الكاونات ( ) و-الميزونات. الكتل والميزونات هي نفسها وتساوي 273.1، 264.1 عمرًا، على التوالي، وs. كتلة الميزونات K هي 970. عمر الميزونات K هو في حدود s. كتلة إيتا ميزونات هي 1074، وعمرها هو في حدود s. 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. إن دوران جميع الميزونات يساوي صفرًا، لذا فهي كذلك البوزونات.

قياس البوزونات - جزيئات,التفاعل بين الفرميونات الأساسية(الكواركات واللبتونات). هذه جزيئات دبليو + , دبليو – , ز 0 وثمانية أنواع من الجلونات ز. وهذا يشمل أيضًا الفوتون γ.

خصائص الجسيمات الأولية

يتم وصف كل جسيم بواسطة مجموعة من الكميات الفيزيائية - أرقام الكم التي تحدد خصائصه. خصائص الجسيمات الأكثر استخدامًا هي كما يلي.

كتلة الجسيمات , م. تختلف كتل الجسيمات بشكل كبير من 0 (فوتون) إلى 90 جيجا إلكترون فولت ( ز-بوسون). ز-البوزون هو أثقل جسيم معروف. ومع ذلك، قد توجد أيضًا جزيئات أثقل. تعتمد كتل الهادرونات على أنواع الكواركات التي تحتويها، وكذلك على حالاتها الدورانية.

حياة ، ص. اعتمادا على حياتهم، وتنقسم الجزيئات إلى جزيئات مستقرة، وجود عمر طويل نسبيا، و غير مستقر.

ل جزيئات مستقرةتشمل الجسيمات التي تتحلل من خلال التفاعلات الضعيفة أو الكهرومغناطيسية. إن تقسيم الجزيئات إلى مستقرة وغير مستقرة هو أمر تعسفي. لذلك، تشمل الجسيمات المستقرة جسيمات مثل الإلكترون والبروتون، التي لم يتم اكتشاف اضمحلالاتها حاليًا، والميزون π 0، الذي يبلغ عمره τ = 0.8×10 - 16 ثانية.

ل جزيئات غير مستقرةتشمل الجسيمات التي تتحلل نتيجة للتفاعلات القوية. عادة ما يطلق عليهم الأصداء . العمر المميز للرنين هو 10 - 23 - 10 - 24 ثانية.

يلف ج. يتم قياس قيمة الدوران بالوحدات ħ ويمكن أن تأخذ قيم 0 ونصف عدد صحيح وعدد صحيح. على سبيل المثال، دوران الميزونات π وK يساوي 0. دوران الإلكترون والميون يساوي 1/2. دوران الفوتون هو 1. هناك جسيمات ذات قيمة دوران أكبر. تخضع الجسيمات ذات الدوران نصف الصحيح لإحصائيات فيرمي-ديراك، والجسيمات ذات الدوران الصحيح تتبع إحصائيات بوز-آينشتاين.

شحنة كهربائية س. الشحنة الكهربائية هي عدد صحيح مضاعف ه= 1.6×10 - 19 درجة مئوية، وتسمى الشحنة الكهربائية الأولية. يمكن أن تحتوي الجسيمات على شحنات 0، ±1، ±2.

التكافؤ الداخلي ر. رقم الكم ريميز خاصية تناظر الدالة الموجية فيما يتعلق بالانعكاسات المكانية. رقم الكم رله القيمة +1، -1.

جنبا إلى جنب مع الخصائص المشتركة لجميع الجزيئات، فإنها تستخدم أيضا الأعداد الكمومية المخصصة فقط لمجموعات فردية من الجسيمات.

أرقام الكم : رقم الباريون في, غرابة ق, سحر (سحر) مع, جمال (القاعأو جمال) ب, العلوي (قمة) ر, تدور النظائر أنايُعزى فقط إلى الجزيئات المتفاعلة بقوة - هادرونات.

أرقام ليبتون ل ه, ل μ , لτ. يتم تعيين أرقام الليبتون للجسيمات التي تشكل مجموعة من اللبتونات. اللبتونات هتشارك μ و τ فقط في التفاعلات الكهرومغناطيسية والضعيفة. اللبتونات ν هو n μ و n τ يشاركان فقط في التفاعلات الضعيفة. أرقام ليبتون لها معاني ل ه, ل μ , لτ = 0، +1، -1. على سبيل المثال، ه - ، نيوترينو الإلكترون ن هيملك ل ه= +ل؛ ، يملك ل ه= - ل. جميع الهدرونات لديها .

رقم الباريون في. عدد الباريون مهم في= 0، +1، -1. الباريونات على سبيل المثال ن, ص، Λ، Σ، الرنين النووي له رقم باريون في= +1. الميزونات، لها رنين الميزون في= 0، الباريونات المضادة لها في = -1.

غرابة ق. يمكن أن تأخذ الأعداد الكمومية القيم -3، -2، -1، 0، +1، +2، +3 ويتم تحديدها من خلال تكوين الكواركات من الهادرونات. على سبيل المثال، Hyperons Λ، Σ لها ق= -ل؛ ك + - , ك— - الميزونات لديها ق= + ل.

سحر مع. رقم الكم مع مع= 0، +1 و -1. على سبيل المثال، Λ+ باريون لديه مع = +1.

القاع ب. رقم الكم بيمكن أن تأخذ القيم -3، -2، -1، 0، +1، +2، +3. حاليا، تم اكتشاف الجسيمات التي لها ب= 0، +1، -1. على سبيل المثال، في+ -ميسون لديه ب = +1.

القمة ر. رقم الكم ريمكن أن تأخذ القيم -3، -2، -1، 0، +1، +2، +3. حاليا، تم اكتشاف حالة واحدة فقط مع ر = +1.

إسوسبين أنا. يمكن تقسيم الجسيمات المتفاعلة بقوة إلى مجموعات من الجسيمات التي لها خصائص متشابهة (نفس قيمة الدوران والتكافؤ وعدد الباريون والغرابة والأعداد الكمومية الأخرى التي يتم حفظها في التفاعلات القوية) - مضاعفات النظائر. قيمة اللف الأيزوسبي أنايحدد عدد الجسيمات المتضمنة في تعدد النظائر الواحد، نو صيشكل مزدوج النظائر أنا= 1/2؛ Σ + , Σ - , Σ 0 متضمنة الثلاثي النظائري أنا= 1، Λ - القميص النظائري أنا= 0، عدد الجسيمات الموجودة في الواحد متعددة النظائر, 2أنا + 1.

ز - التكافؤ هو رقم كمي يتوافق مع التناظر فيما يتعلق بالتشغيل المتزامن لاقتران الشحنة معوالتغيرات في علامة المكون الثالث أناإيزوسبين. ز-يتم الحفاظ على التكافؤ فقط في التفاعلات القوية.

وجود الجسيمات الأولية اكتشف العلماء أثناء دراسة العمليات النووية، لذلك، حتى منتصف القرن العشرين، كانت فيزياء الجسيمات فرعًا من الفيزياء النووية. حاليًا، هذه الفروع من الفيزياء متقاربة، ولكنها مستقلة، وتوحدها القواسم المشتركة للعديد من المشكلات قيد النظر وطرق البحث المستخدمة. المهمة الرئيسية لفيزياء الجسيمات الأولية هي دراسة طبيعة وخصائص وتحولات الجسيمات الأولية.

الفكرة التي يتكون منها العالم الجسيمات الأساسية ، لها تاريخ طويل. ولأول مرة، تم التعبير عن فكرة وجود أصغر الجزيئات غير المرئية التي تشكل جميع الأشياء المحيطة بها منذ 400 عام قبل الميلاد على يد الفيلسوف اليوناني ديموقريطوس. وقد أطلق على هذه الجسيمات ذرات، أي جسيمات غير قابلة للتجزئة. بدأ العلم في استخدام فكرة الذرات فقط في بداية القرن التاسع عشر، عندما أصبح من الممكن على هذا الأساس تفسير عدد من الظواهر الكيميائية. في الثلاثينيات من القرن التاسع عشر، في نظرية التحليل الكهربائي التي طورها م. فاراداي، ظهر مفهوم الأيون وتم قياس الشحنة الأولية. تميزت نهاية القرن التاسع عشر باكتشاف ظاهرة النشاط الإشعاعي (أ. بيكريل، 1896)، وكذلك اكتشاف الإلكترونات (ج. طومسون 1876) وجسيمات ألفا (إي. رذرفورد، 1899). في عام 1905، ظهرت في الفيزياء فكرة الكميات الكهرومغناطيسية - الفوتونات (أ. أينشتاين).

في عام 1911، تم اكتشاف النواة الذرية (إي. رذرفورد) وأخيرًا تم إثبات أن الذرات لها بنية معقدة. في عام 1919، اكتشف رذرفورد البروتونات في نواتج انشطار النوى الذرية لعدد من العناصر. في عام 1932، اكتشف ج. تشادويك النيوترون. أصبح من الواضح أن نوى الذرات، مثل الذرات نفسها، لها بنية معقدة. نشأت نظرية البروتون النيوترون حول بنية النوى (D.D. Ivanenko و V. Heisenberg). في نفس عام 1932، تم اكتشاف البوزيترون في الأشعة الكونية (ك. أندرسون). البوزيترون هو جسيم موجب الشحنة له نفس الكتلة ونفس الشحنة (المعيارية) للإلكترون. تم التنبؤ بوجود البوزيترون بواسطة P. Dirac في عام 1928. خلال هذه السنوات، تم اكتشاف ودراسة التحولات المتبادلة للبروتونات والنيوترونات، وأصبح من الواضح أن هذه الجسيمات ليست أيضًا "لبنات البناء" الأولية غير المتغيرة للطبيعة. وفي عام 1937، تم اكتشاف جسيمات كتلتها 207 كتلة إلكترون في الأشعة الكونية، تسمى الميونات (μ-الميزونات). ثم في 1947-1950 افتتحوا الفاوانيا (أي. π ميزون) والتي تقوم حسب المفاهيم الحديثة بالتفاعل بين النيوكليونات في النواة. وفي السنوات اللاحقة، بدأ عدد الجسيمات المكتشفة حديثًا في النمو بسرعة. وقد تم تسهيل ذلك من خلال البحث في الأشعة الكونية وتطوير تكنولوجيا المسرعات ودراسة التفاعلات النووية.

حاليًا، هناك حوالي 400 جسيم نووي معروف، والتي تسمى عادةً بالجسيمات الأولية. الغالبية العظمى من هذه الجزيئات غير مستقرة. الاستثناءات الوحيدة هي الفوتون والإلكترون والبروتون والنيوترينو. تجربة جميع الجزيئات الأخرى تلقائيالتحول إلى جزيئات أخرى. تختلف الجسيمات الأولية غير المستقرة بشكل كبير في فترة حياتها. الجسيم الأطول عمرا هو النيوترون. عمر النيوترون حوالي 15 دقيقة. و"تعيش" الجسيمات الأخرى لفترة أقصر بكثير. على سبيل المثال، متوسط ​​عمر الميزون μ هو 2.2·10 -6 ثانية، ومتوسط ​​عمر الميزون محايد هو 0.87·10 -16 ثانية. العديد من الجسيمات الضخمة - هايبرونات - لها متوسط ​​عمر يصل إلى 10 -10 ثانية.

هناك عدة عشرات من الجزيئات التي يتجاوز عمرها 10 -17 ثانية. على نطاق العالم المصغر، يعد هذا وقتًا مهمًا. تسمى هذه الجزيئات مستقرة نسبيا . غالبية لم يدم طويلاعمر الجسيمات الأولية هو 10 -22 -10 -23 ثانية.

القدرة على التحولات المتبادلة هي الخاصية الأكثر أهمية لجميع الجسيمات الأولية. إنهم قادرون على أن يولدوا ويدمروا (ينبعثوا ويمتصوا). وينطبق هذا أيضًا على الجسيمات المستقرة، والفرق الوحيد هو أن تحولات الجسيمات المستقرة لا تحدث تلقائيًا، ولكن من خلال التفاعل مع الجسيمات الأخرى. على سبيل المثال سيكون إبادة (أي. اختفاء) الإلكترون والبوزيترون، مصحوبة بولادة الفوتونات عالية الطاقة. يمكن أن تحدث العملية العكسية أيضًا - الولادة على سبيل المثال، زوج الإلكترون والبوزيترون، عندما يصطدم فوتون ذو طاقة عالية بما فيه الكفاية بالنواة. يحتوي البروتون أيضًا على توأم خطير مثل البوزيترون للإلكترون. إنه يسمى مضاد البروتون . الشحنة الكهربائية للبروتون المضاد سلبية. حالياً الجسيمات المضادة وجدت في جميع الجزيئات. والجسيمات المضادة مضادة للجسيمات لأنه عندما يلتقي أي جسيم بجسيم مضاد له يحدث فناءهما، أي يختفي كلا الجسيمين ويتحول إلى كمات إشعاعية أو جسيمات أخرى.

وقد تم العثور على الجسيم المضاد في النيوترون. ويختلف النيوترون والنيوترون المضاد فقط في علامات العزم المغناطيسي وما يسمى بشحنة الباريون. احتمال وجود الذرات المادة المضادة، وتتكون نواتها من مضادات النواة، وقذيفة البوزيترونات. عندما تفنى المادة المضادة مع المادة، تتحول الطاقة الباقية إلى طاقة الكمات الإشعاعية. هذه طاقة هائلة، تتجاوز بشكل كبير تلك المنبعثة أثناء التفاعلات النووية والحرارية.

في مجموعة متنوعة من الجسيمات الأولية المعروفة حتى الآن، يتم الكشف عن نظام تصنيف متناغم إلى حد ما. في الجدول 6.9.1 يوفر بعض المعلومات حول خصائص الجسيمات الأولية التي يزيد عمرها عن 10 -20 ثانية. من بين الخصائص العديدة التي تميز الجسيم الأولي، يوضح الجدول فقط كتلة الجسيم (بكتل الإلكترونات)، والشحنة الكهربائية (بوحدات الشحنة الأولية)، والزخم الزاوي (ما يسمى يلف ) بوحدات ثابت بلانك h = ح/ 2π. ويبين الجدول أيضًا متوسط ​​عمر الجسيمات.

مجموعة اسم الجسيمات رمز الكتلة (في الكتل الإلكترونية) شحنة كهربائية يلف وقت الحياة (ق) جسيم الجسيمات المضادة الفوتونات الفوتون مستقر اللبتونات إلكترون النيوترينو ه 1 / 2 مستقر ميون النيوترينو ν μ 1 / 2 مستقر الإلكترون 1 / 2 مستقر مو ميسون μ - μ + 206,8 1 / 2 2,2 10 -6 هادرونات الميزونات ميزون باي π 0 264,1 0,87 10 -16 π + π - 273,1 1 -1 2,6 10 -8 ميسون K 966,4 1 -1 1,24 10 -8 ك 0 974,1 ≈ 10 -10 -10 -8 إيتا-null-meson η 0 1074 ≈ 10 -18 الباريونات بروتون 1836,1 1 -1 1 / 2 مستقر نيوترون 1838,6 1 / 2 لامدا هايبرون Λ 0 2183,1 1 / 2 2,63 10 -10 هايبرونات سيجما Σ + 2327,6 1 -1 1 / 2 0,8 10 -10 Σ 0 2333,6 1 / 2 7,4 10 -20 Σ - 2343,1 1 / 2 1,48 10 -10 شي هايبرونات Ξ 0 2572,8 1 / 2 2,9 10 -10 Ξ - 2585,6 1 / 2 1,64 10 -10 أوميغا ناقص هايبرون Ω - 3273 1 / 2 0,82 10 -11

الجدول 6.9.1

يتم دمج الجسيمات الأولية في ثلاث مجموعات: الفوتونات , لبتونات و هادرونات .

الى المجموعة الفوتوناتيشير إلى جسيم واحد - الفوتون، وهو الناقل للتفاعل الكهرومغناطيسي.

المجموعة التالية تتكون من جزيئات الضوء - لبتونات. تضم هذه المجموعة نوعين من النيوترينوات (الإلكترون والميون)، الإلكترون والميزون. تتضمن اللبتونات أيضًا عددًا من الجسيمات غير المدرجة في الجدول. جميع اللبتونات لها دوران 1/2.

المجموعة الثالثة الكبيرة تتكون من جزيئات ثقيلة تسمى هادرونات. تنقسم هذه المجموعة إلى قسمين. تشكل الجسيمات الأخف مجموعة فرعية الميزونات . أخفها تكون مشحونة إيجابيا وسلبيا، فضلا عن الميزونات المحايدة التي تبلغ كتلتها حوالي 250 كتلة إلكترون (الجدول 6.9.1). البيونات هي كوانتا المجال النووي، تماما كما الفوتونات هي كوانتا المجال الكهرومغناطيسي. تتضمن هذه المجموعة الفرعية أيضًا أربعة ميزونات K وميزون η 0 واحد. جميع الميزونات لها دوران يساوي الصفر.

المجموعة الفرعية الثانية - الباريونات - يشمل جزيئات أثقل. وهو الأكثر شمولاً. أخف الباريونات هي النيوكليونات - البروتونات والنيوترونات. ويتبعهم ما يسمى بالهايبرونات. ويغلق الجدول أوميغا ناقص هايبرون، الذي اكتشف عام 1964، وهو جسيم ثقيل كتلته 3273 كتلة إلكترون. جميع الباريونات لها دوران 1/2.

إن وفرة الهادرونات المكتشفة والمكتشفة حديثًا دفعت العلماء إلى الاعتقاد بأنها مبنية جميعًا من بعض الجسيمات الأساسية الأخرى. في عام 1964، طرح الفيزيائي الأمريكي إم جيلمان فرضية، أكدتها الأبحاث اللاحقة، مفادها أن جميع الجسيمات الثقيلة - الهادرونات - مبنية من جسيمات أكثر أساسية تسمى الكواركات . بناءً على فرضية الكوارك، لم يتم فهم بنية الهادرونات المعروفة بالفعل فحسب، بل تم التنبؤ أيضًا بوجود أخرى جديدة. افترضت نظرية جيلمان وجود ثلاثة كواركات وثلاثة كواركات مضادة، متصلة ببعضها البعض في مجموعات مختلفة. وهكذا، فإن كل باريون يتكون من ثلاثة كواركات، وكل باريون مضاد يتكون من ثلاثة كواركات مضادة. تتكون الميزونات من أزواج كوارك وكوارك مضاد.

مع قبول فرضية الكوارك، أصبح من الممكن إنشاء نظام متناغم من الجسيمات الأولية. ومع ذلك، تبين أن الخصائص المتوقعة لهذه الجسيمات الافتراضية كانت غير متوقعة تمامًا. يجب التعبير عن الشحنة الكهربائية للكواركات بأعداد كسرية تساوي 2/3 و1/3 من الشحنة الأولية.

العديد من عمليات البحث عن الكواركات في الحالة الحرة، التي أجريت في مسرعات الطاقة العالية وفي الأشعة الكونية، لم تنجح. يعتقد العلماء أن أحد أسباب عدم إمكانية رصد الكواركات الحرة هو كتلتها الكبيرة جدًا. وهذا يمنع ولادة الكواركات بالطاقات التي يتم تحقيقها في المسرعات الحديثة. ومع ذلك، فإن معظم الخبراء الآن واثقون من وجود الكواركات داخل الجسيمات الثقيلة - الهادرونات.

التفاعلات الأساسية . تختلف العمليات التي تشارك فيها الجسيمات الأولية المختلفة اختلافًا كبيرًا في الطاقة والأوقات المميزة لحدوثها. وفقًا للمفاهيم الحديثة، هناك أربعة أنواع من التفاعلات في الطبيعة لا يمكن اختزالها في أنواع أخرى أبسط: قوي , الكهرومغناطيسي , ضعيف و الجاذبية . تسمى هذه الأنواع من التفاعلات أساسي.

قوي(أو النووية) تفاعل- الأكثر كثافة. إنه يسبب رابطة قوية للغاية بين البروتونات والنيوترونات في نوى الذرات. فقط الجسيمات الثقيلة - الهادرونات (الميزونات والباريونات) - يمكنها المشاركة في التفاعلات القوية. يتجلى التفاعل القوي على مسافات تتراوح بين 10 -15 مترًا أو أقل. ولهذا السبب يطلق عليه قصير المفعول.

التفاعل الكهرومغناطيسي.يمكن لأي جزيئات مشحونة كهربائيا، وكذلك الفوتونات - الكميات من المجال الكهرومغناطيسي، المشاركة فيها. التفاعل الكهرومغناطيسي مسؤول بشكل خاص عن وجود الذرات والجزيئات. ويحدد العديد من خواص المواد في الحالات الصلبة والسائلة والغازية. يؤدي تنافر كولوم للبروتونات إلى عدم استقرار النوى ذات الأعداد الكتلية الكبيرة. يحدد التفاعل الكهرومغناطيسي عمليات امتصاص وانبعاث الفوتونات بواسطة ذرات وجزيئات المادة والعديد من العمليات الأخرى في فيزياء العالم الصغير والكبير.

التفاعل ضعيف- يحدد مسار أبطأ العمليات التي تحدث في العالم المصغر. يمكن لأي جسيمات أولية أن تشارك فيه باستثناء الفوتونات. التفاعل الضعيف هو المسؤول عن العمليات التي تتضمن النيوترينوات أو النيوترينوات المضادة، على سبيل المثال، اضمحلال بيتا النيوتروني

بالإضافة إلى عمليات اضمحلال الجسيمات الخالية من النيوترينو مع عمر طويل (τ ≥ 10 -10 ثانية).

تفاعل الجاذبيةإنها متأصلة في جميع الجسيمات دون استثناء، ولكن بسبب الكتل الصغيرة من الجسيمات الأولية، فإن قوى تفاعل الجاذبية بينها ضئيلة ودورها في عمليات العالم الصغير غير مهم. تلعب قوى الجاذبية دورًا حاسمًا في تفاعل الأجسام الكونية (النجوم والكواكب وغيرها) مع كتلها الهائلة.

في الثلاثينيات من القرن العشرين، نشأت فرضية مفادها أنه في عالم الجسيمات الأولية، تتم التفاعلات من خلال تبادل الكميات في بعض المجالات. تم طرح هذه الفرضية في الأصل من قبل مواطنينا آي.إي. تام ود.دي إيفانينكو. واقترحوا أن التفاعلات الأساسية تنشأ من تبادل الجسيمات، تمامًا كما تنشأ الرابطة الكيميائية التساهمية للذرات من تبادل إلكترونات التكافؤ التي تتحد على أغلفة إلكترونية غير مملوءة.

التفاعل الذي يتم عن طريق تبادل الجزيئات يسمى في الفيزياء تفاعل التبادل . على سبيل المثال، ينشأ التفاعل الكهرومغناطيسي بين الجزيئات المشحونة نتيجة لتبادل الفوتونات - كميات المجال الكهرومغناطيسي.

اكتسبت نظرية تفاعل التبادل اعترافًا بعد أن أظهر الفيزيائي الياباني هـ. يوكاوا نظريًا في عام 1935 أن التفاعل القوي بين النيوكليونات في النوى الذرية يمكن تفسيره إذا افترضنا أن النيوكليونات تتبادل جسيمات افتراضية تسمى الميزونات. وقام يوكاوا بحساب كتلة هذه الجسيمات، والتي تبين أنها تساوي تقريبًا 300 كتلة إلكترون. تم اكتشاف الجسيمات ذات هذه الكتلة لاحقًا. تسمى هذه الجسيمات π-mesons (pions). حاليًا، هناك ثلاثة أنواع من البيونات المعروفة: π + و π - و π 0 (انظر الجدول 6.9.1).

في عام 1957 ظهر وجود الجزيئات الثقيلة والتي تسمى V البوزونات المتجهات W + و W - و Z 0 والتي تحدد آلية التبادل للتفاعل الضعيف. تم اكتشاف هذه الجسيمات في عام 1983 في تجارب المسرعات باستخدام حزم متصادمة من البروتونات عالية الطاقة والبروتونات المضادة. كان اكتشاف البوزونات المتجهات إنجازًا مهمًا للغاية في فيزياء الجسيمات. كان هذا الاكتشاف بمثابة نجاح للنظرية التي وحدت التفاعلات الكهرومغناطيسية والضعيفة في ما يسمى التفاعل الكهروضعيف . تعتبر هذه النظرية الجديدة أن المجال الكهرومغناطيسي ومجال التفاعل الضعيف مكونان مختلفان لنفس المجال، حيث تشارك البوزونات المتجهات جنبًا إلى جنب مع الكم.

بعد هذا الاكتشاف في الفيزياء الحديثة، زادت بشكل كبير الثقة في أن جميع أنواع التفاعلات ترتبط ارتباطًا وثيقًا ببعضها البعض، وفي جوهرها، هي مظاهر مختلفة لبعض المجالات الفردية. إلا أن توحيد جميع التفاعلات لا يزال حتى الآن مجرد فرضية علمية جذابة (نظرية المجال الموحد).

يبذل علماء الفيزياء النظرية جهودًا كبيرة للنظر على أساس موحد ليس فقط في التفاعلات الكهرومغناطيسية والضعيفة، ولكن أيضًا في التفاعلات القوية. وسميت هذه النظرية التوحيد العظيم . يقترح العلماء أن تفاعل الجاذبية يجب أن يكون له أيضًا حامل خاص به - وهو جسيم افتراضي يسمى جرافيتون . ومع ذلك، لم يتم اكتشاف هذا الجسيم بعد.

لقد ثبت الآن أن المجال الواحد الذي يوحد جميع أنواع التفاعلات لا يمكن أن يوجد إلا عند طاقات الجسيمات العالية للغاية، والتي لا يمكن تحقيقها باستخدام المسرعات الحديثة. لم يكن من الممكن أن تمتلك الجسيمات مثل هذه الطاقات العالية إلا في المراحل المبكرة جدًا من وجود الكون، والتي نشأت نتيجة لما يسمى .الانفجار العظيم (الانفجار العظيم). يشير علم الكونيات - وهو دراسة تطور الكون - إلى أن الانفجار الكبير حدث قبل حوالي 13.7 مليار سنة. في النموذج القياسي لتطور الكون، يفترض أنه في الفترة الأولى بعد الانفجار يمكن أن تصل درجة الحرارة إلى 1032 كلفن، وأن طاقة الجسيمات ه = كيلو طنتصل إلى قيم 10 19 GeV. خلال هذه الفترة، كانت المادة موجودة على شكل كواركات ونيوترينوات، وتم دمج جميع أنواع التفاعلات في مجال قوة واحد. وتدريجياً، مع توسع الكون، انخفضت طاقة الجسيمات، ومن مجال التفاعلات الموحد ظهر أولاً تفاعل الجاذبية (عند طاقات الجسيمات ≥ 10 19 GeV)، ومن ثم انفصل التفاعل القوي عن التفاعل الكهروضعيف (عند طاقات الجسيمات). ترتيب 10 14 GeV). عند طاقات تصل إلى 10 3 GeV، تبين أن جميع الأنواع الأربعة من التفاعلات الأساسية منفصلة. بالتزامن مع هذه العمليات، تم تكوين أشكال أكثر تعقيدًا من المادة - النيوكليونات، والنوى الخفيفة، والأيونات، والذرات، وما إلى ذلك. ويحاول علم الكونيات في نموذجه تتبع تطور الكون في مراحل مختلفة من تطوره من الانفجار الكبير إلى الانفجار الكبير. في يومنا هذا، بالاعتماد على قوانين فيزياء الجسيمات الأولية، وكذلك الفيزياء النووية والذرية.

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. ومعظم 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. المجموعات. 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، والليبتون المقابل. (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 . هذا 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 ذات 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 أجل النظر إليها 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) و 10 (كوبليت). الجسيمات التي تشكل جزءًا من المضاعف الوحدوي لها نفس الجزء 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 مجموعات 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 العشرين في الواقع، بدأت الكواركات تعتبر جسيمات أولية جديدة - جسيمات أولية حقيقية 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 سلبيا. كهربائي تهمة في كلتا العلامتين 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
منذ 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 الستينيات 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.

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: 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 يكون مستقرا. 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. وفي 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 ذات التفاعل الضعيف 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 الانجليزية م، 1963.

آر في ستافنتسكي.

في الفيزياء، الجسيمات الأولية هي أشياء مادية بمقياس النواة الذرية ولا يمكن تقسيمها إلى الأجزاء المكونة لها. ومع ذلك، تمكن العلماء اليوم من تقسيم بعضها. تتم دراسة بنية وخصائص هذه الأجسام الصغيرة بواسطة فيزياء الجسيمات.

إن أصغر الجسيمات التي تشكل كل المادة معروفة منذ العصور القديمة. ومع ذلك، فإن مؤسسي ما يسمى بـ "الذرية" يعتبرون الفيلسوف اليوناني القديم ليوكيبوس وتلميذه الأكثر شهرة ديموقريطوس. ومن المفترض أن الأخير هو الذي صاغ مصطلح "الذرة". من اليونانية القديمة تُترجم كلمة "atomos" على أنها "غير قابلة للتجزئة"، وهو ما يحدد آراء الفلاسفة القدماء.

أصبح من المعروف لاحقًا أن الذرة لا يزال من الممكن تقسيمها إلى شيئين ماديين - النواة والإلكترون. وأصبح هذا الأخير فيما بعد أول جسيم أولي، عندما أجرى الإنجليزي جوزيف طومسون في عام 1897 تجربة باستخدام أشعة الكاثود واكتشف أنها عبارة عن تيار من جسيمات متطابقة لها نفس الكتلة والشحنة.

وبالتوازي مع عمل طومسون، أجرى هنري بيكريل، الذي يدرس الأشعة السينية، تجارب على اليورانيوم واكتشف نوعًا جديدًا من الإشعاع. في عام 1898، قام عالما الفيزياء الفرنسيان، ماري وبيير كوري، بدراسة مواد مشعة مختلفة، واكتشفا نفس الإشعاع المشع. وقد وجد لاحقًا أنه يتكون من جسيمات ألفا (بروتونين ونيوترونين) وجسيمات بيتا (إلكترونات)، وحصل بيكريل وكوري على جائزة نوبل. أثناء إجراء أبحاثها على عناصر مثل اليورانيوم والراديوم والبولونيوم، لم تتخذ ماري سكلودوفسكا كوري أي تدابير للسلامة، بما في ذلك عدم استخدام القفازات. ونتيجة لذلك، أصيبت بسرطان الدم في عام 1934. في ذكرى إنجازات العالم العظيم، تم تسمية العنصر الذي اكتشفه الزوجان كوري، البولونيوم، على شرف موطن ماري - بولونيا، من اللاتينية - بولندا.

صورة من مؤتمر V سولفاي 1927. حاول العثور على جميع العلماء من هذه المقالة في هذه الصورة.

منذ عام 1905، كرس ألبرت أينشتاين منشوراته للنقص في النظرية الموجية للضوء، والتي كانت مسلماتها تتعارض مع نتائج التجارب. الأمر الذي قاد فيما بعد الفيزيائي المتميز إلى فكرة "الكم الخفيف" - جزء من الضوء. وفي وقت لاحق، في عام 1926، أطلق عليه الكيميائي الفيزيائي الأمريكي جيلبرت ن. لويس اسم "الفوتون"، وهو ترجمة من الكلمة اليونانية "phos" ("الضوء").

في عام 1913، لاحظ الفيزيائي البريطاني إرنست رذرفورد، بناءً على نتائج التجارب التي أجريت بالفعل في ذلك الوقت، أن كتل نوى العديد من العناصر الكيميائية هي مضاعفات كتلة نواة الهيدروجين. ولذلك اقترح أن نواة الهيدروجين هي أحد مكونات نواة العناصر الأخرى. في تجربته، قام رذرفورد بإشعاع ذرة النيتروجين بجسيمات ألفا، والتي نتيجة لذلك انبعث منها جسيم معين، أطلق عليه إرنست اسم "بروتون"، من "البروتوس" اليونانية الأخرى (الأول، الرئيسي). وفي وقت لاحق تم التأكيد تجريبياً على أن البروتون هو نواة هيدروجين.

من الواضح أن البروتون ليس المكون الوحيد لنواة العناصر الكيميائية. ترجع هذه الفكرة إلى حقيقة أن بروتونين في النواة سوف يتنافران، وسوف تتفكك الذرة على الفور. ولذلك افترض رذرفورد وجود جسيم آخر كتلته تساوي كتلة البروتون ولكنه غير مشحون. أدت بعض التجارب التي أجراها العلماء حول تفاعل العناصر المشعة والعناصر الأخف إلى اكتشاف إشعاع جديد آخر. وفي عام 1932، حدد جيمس تشادويك أنها تتكون من تلك الجسيمات المحايدة جدًا التي أطلق عليها اسم النيوترونات.

وهكذا تم اكتشاف أشهر الجسيمات: الفوتون والإلكترون والبروتون والنيوترون.

علاوة على ذلك، أصبح اكتشاف أجسام تحت نووية جديدة حدثًا متكررًا بشكل متزايد، وفي الوقت الحالي هناك حوالي 350 جسيمًا معروفًا، والتي تعتبر بشكل عام "أولية". وتلك التي لم يتم تقسيمها بعد تعتبر غير منظمة وتسمى "أساسية".

ما هو الدوران؟

قبل المضي قدمًا في المزيد من الابتكارات في مجال الفيزياء، يجب تحديد خصائص جميع الجسيمات. والأكثر شهرة، بصرف النظر عن الكتلة والشحنة الكهربائية، يشمل أيضًا الدوران. وتسمى هذه الكمية أيضًا "الزخم الزاوي الجوهري" ولا تتعلق بأي حال من الأحوال بحركة الجسم تحت النووي ككل. كان العلماء قادرين على اكتشاف الجسيمات ذات الدوران 0، ½، 1، 3/2 و 2. لتصور، وإن كان ذلك مبسطًا، الدوران كخاصية لجسم ما، فكر في المثال التالي.

افترض أن دوران جسم يساوي 1. ثم سيعود هذا الجسم، عند تدويره 360 درجة، إلى موضعه الأصلي. على المستوى، يمكن أن يكون هذا الكائن عبارة عن قلم رصاص، والذي بعد دورانه بمقدار 360 درجة، سينتهي في موضعه الأصلي. في حالة الدوران الصفري، بغض النظر عن كيفية دوران الجسم، فإنه سيبدو دائمًا كما هو، على سبيل المثال، كرة أحادية اللون.

للحصول على دورة نصفية، ستحتاج إلى جسم يحتفظ بمظهره عند تدويره بمقدار 180 درجة. يمكن أن يكون نفس قلم الرصاص، فقط يتم شحذه بشكل متماثل على كلا الجانبين. سيتطلب الدوران بمقدار 2 الحفاظ على الشكل عند التدوير بمقدار 720 درجة، وسيتطلب الدوران بمقدار 3/2 540 درجة.

هذه الخاصية مهمة جدًا لفيزياء الجسيمات.

النموذج القياسي للجسيمات والتفاعلات

بوجود مجموعة رائعة من الأجسام الدقيقة التي تشكل العالم من حولنا، قرر العلماء هيكلتها، وهكذا تم تشكيل البنية النظرية المعروفة والتي تسمى "النموذج القياسي". تصف ثلاثة تفاعلات و61 جسيمًا باستخدام 17 تفاعلًا أساسيًا، تنبأت ببعضها قبل فترة طويلة من اكتشافها.

التفاعلات الثلاثة هي:

• الكهرومغناطيسية. يحدث بين الجسيمات المشحونة كهربائيا. في حالة بسيطة، معروفة من المدرسة، تتجاذب الأجسام المشحونة بشكل معاكس، وتتنافر الأجسام المشحونة بشكل مماثل. يحدث هذا من خلال ما يسمى بحامل التفاعل الكهرومغناطيسي - الفوتون.
• قوي، والمعروف باسم التفاعل النووي. كما يوحي الاسم، يمتد تأثيره إلى الأجسام التي تنتمي إلى رتبة النواة الذرية؛ فهو مسؤول عن جذب البروتونات والنيوترونات والجسيمات الأخرى التي تتكون أيضًا من الكواركات. يتم التفاعل القوي بواسطة الغلوونات.
• ضعيف. فعال على مسافات أصغر بألف من حجم النواة. وتشارك اللبتونات والكواركات، بالإضافة إلى جسيماتها المضادة، في هذا التفاعل. علاوة على ذلك، في حالة التفاعل الضعيف، يمكن أن يتحولوا إلى بعضهم البعض. الحاملات هي بوزونات W+ وW− وZ0.

لذلك تم تشكيل النموذج القياسي على النحو التالي. وهي تشتمل على ستة كواركات، تتكون منها جميع الهادرونات (الجسيمات المعرضة لتفاعل قوي):

• العلوي (ش)؛
• مسحور (ج)؛
• صحيح (ر)؛
• أقل (د) ؛
• غريبة (ق)؛
• رائع (ب).

من الواضح أن الفيزيائيين لديهم الكثير من الصفات. الجسيمات الستة الأخرى هي لبتونات. هذه هي الجسيمات الأساسية ذات الدوران ½ والتي لا تشارك في التفاعل القوي.

• إلكترون؛
• نيوترينو الإلكترون؛
• مون.
• نيوترينو مون؛
• تاو ليبتون.
• تاو نيوترينو.

والمجموعة الثالثة من النموذج القياسي هي البوزونات المعيارية، والتي لها دوران يساوي 1 ويتم تمثيلها كحاملات للتفاعلات:

• جلون - قوي.
• الفوتون – الكهرومغناطيسي.
• Z-بوسون - ضعيف.
• بوزون W ضعيف.

وتشمل هذه أيضًا الجسيم المغزلي المكتشف مؤخرًا، والذي، ببساطة، يضفي كتلة خاملة على جميع الأجسام دون النووية الأخرى.

ونتيجة لذلك، وفقًا للنموذج القياسي، يبدو عالمنا كما يلي: تتكون كل المادة من 6 كواركات، وتشكل هادرونات، و6 لبتونات؛ كل هذه الجسيمات يمكن أن تشارك في ثلاثة تفاعلات، وحاملاتها هي البوزونات المعيارية.

عيوب النموذج القياسي

ومع ذلك، حتى قبل اكتشاف بوزون هيغز، وهو الجسيم الأخير الذي تنبأ به النموذج القياسي، كان العلماء قد تجاوزوا حدوده. وخير مثال على ذلك هو ما يسمى. "تفاعل الجاذبية" الذي يتساوى مع الآخرين اليوم. من المفترض أن حامله هو جسيم ذو دوران 2، ليس له كتلة، والذي لم يتمكن الفيزيائيون من اكتشافه بعد - "الجرافيتون".

علاوة على ذلك، يصف النموذج القياسي 61 جسيمًا، واليوم هناك أكثر من 350 جسيمًا معروفة للبشرية بالفعل. وهذا يعني أن عمل علماء الفيزياء النظرية لم ينته بعد.

تصنيف الجسيمات

ولجعل حياتهم أسهل، قام الفيزيائيون بتجميع جميع الجسيمات اعتمادًا على خصائصها الهيكلية وخصائص أخرى. يعتمد التصنيف على المعايير التالية:

• حياة.
  1. مستقر. وتشمل هذه البروتون والبروتون المضاد، والإلكترون والبوزيترون، والفوتون، والجرافيتون. إن وجود الجسيمات المستقرة لا يقتصر على الزمن، طالما أنها في حالة حرة، أي. لا تتفاعل مع أي شيء.
  2. غير مستقر. جميع الجزيئات الأخرى تتفكك بعد مرور بعض الوقت إلى الأجزاء المكونة لها، ولهذا السبب تسمى غير مستقرة. على سبيل المثال، يعيش الميون 2.2 ميكروثانية فقط، والبروتون - 2.9 10 * 29 سنة، وبعد ذلك يمكن أن يتحلل إلى بوزيترون وبيون محايد.
• وزن.
  1. جسيمات أولية عديمة الكتلة، ويوجد منها ثلاثة فقط: الفوتون والجلوون والجرافيتون.
  2. الجسيمات الضخمة هي كل ما تبقى.
• معنى تدور.
  1. تدور كله، بما في ذلك. صفر، لديها جسيمات تسمى البوزونات.
  2. الجسيمات ذات الدوران نصف الصحيح هي فرميونات.
• المشاركة في التفاعلات.
  1. الهادرونات (الجسيمات الهيكلية) هي كائنات تحت النواة تشارك في جميع أنواع التفاعلات الأربعة. وقد ذكرنا سابقاً أنها مكونة من كواركات. تنقسم الهادرونات إلى نوعين فرعيين: الميزونات (عدد صحيح مغزلي، بوزونات) والباريونات (عدد مغزلي نصف عدد صحيح، فرميونات).
  2. الأساسية (الجزيئات غير الهيكلية). وتشمل هذه اللبتونات والكواركات والبوزونات المقياسية (اقرأ سابقًا - "النموذج القياسي..").

بعد أن تعرفت على تصنيف جميع الجزيئات، يمكنك، على سبيل المثال، تحديد بعضها بدقة. لذا فإن النيوترون هو فيرميون، وهادرون، أو بالأحرى باريون، ونوكليون، أي أنه يحتوي على عدد دوران نصف صحيح، ويتكون من كواركات ويشارك في 4 تفاعلات. النوكليون هو الاسم الشائع للبروتونات والنيوترونات.

• ومن المثير للاهتمام أن معارضي النظرية الذرية لديموقريطوس، الذي تنبأ بوجود الذرات، ذكروا أن أي مادة في العالم تنقسم إلى أجل غير مسمى. إلى حد ما، قد يتبين أنهم على حق، حيث تمكن العلماء بالفعل من تقسيم الذرة إلى نواة وإلكترون، والنواة إلى بروتون ونيوترون، وهذه بدورها إلى كواركات.
• افترض ديموقريطس أن الذرات لها شكل هندسي واضح، وبالتالي فإن ذرات النار "الحادة" تحترق، والذرات الخشنة للمواد الصلبة متماسكة بقوة من خلال نتوءاتها، وتنزلق ذرات الماء الملساء أثناء التفاعل، وإلا فإنها تتدفق.
• قام جوزيف طومسون بتجميع نموذجه الخاص للذرة، والذي اعتبره جسمًا موجب الشحنة يبدو أن الإلكترونات "عالقة" فيه. كان نموذجه يسمى "نموذج بودنغ البرقوق".
• حصلت الكواركات على اسمها بفضل الفيزيائي الأمريكي موراي جيلمان. أراد العالم استخدام كلمة مشابهة لصوت البطة (kwork). لكن في رواية جيمس جويس Finnegans Wake، واجه كلمة "كوارك" في سطر "ثلاثة كواركات للسيد مارك!"، والتي لم يتم تعريف معناها بدقة ومن الممكن أن جويس استخدمها ببساطة للقافية. قرر موراي أن يطلق على الجسيمات هذه الكلمة، لأنه في ذلك الوقت لم يكن هناك سوى ثلاثة كواركات معروفة.
• على الرغم من أن الفوتونات، وهي جسيمات الضوء، عديمة الكتلة، إلا أنها تبدو وكأنها تغير مسارها بالقرب من الثقب الأسود بسبب انجذابها إليه بواسطة قوى الجاذبية. في الواقع، يؤدي الجسم فائق الكتلة إلى ثني الزمكان، وهذا هو السبب وراء تغيير أي جسيمات، بما في ذلك تلك التي ليس لها كتلة، مسارها نحو الثقب الأسود (انظر).
• مصادم الهادرونات الكبير هو "هادروني" على وجه التحديد لأنه يصطدم بحزمتين موجهتين من الهادرونات، وهي جسيمات ذات أبعاد على ترتيب النواة الذرية التي تشارك في جميع التفاعلات.