« Füüsika – 10. klass"
Esiteks vaatleme lihtsaimat juhtumit, kui elektriliselt laetud kehad on puhkeolekus.
Elektrodünaamika haru, mis on pühendatud elektriliselt laetud kehade tasakaalutingimuste uurimisele, nimetatakse elektrostaatika.
Mis on elektrilaeng?
Millised tasud on?
Sõnadega elekter, elektrilaeng, elektrit olete korduvalt kohtunud ja suutnud nendega harjuda. Kuid proovige vastata küsimusele: "Mis on elektrilaeng?" Kontseptsioon ise tasu- see on põhiline, esmane mõiste, millele ei saa taandada kaasaegsel tasemel meie teadmiste arendamine mõne lihtsama, elementaarsema mõisteni.
Proovime kõigepealt välja selgitada, mida tähendab väide: "Sellel kehal või osakesel on elektrilaeng."
Kõik kehad on valmistatud pisikesed osakesed, mis on jagamatud lihtsamateks ja seetõttu kutsutakse neid elementaarne.
Elementaarosakestel on mass ja tänu sellele tõmbuvad nad üksteise poole vastavalt seadusele universaalne gravitatsioon. Kui osakeste vaheline kaugus suureneb, väheneb gravitatsioonijõud pöördvõrdeliselt selle kauguse ruuduga. Enamikul elementaarosakestest, kuigi mitte kõigil, on ka võime üksteisega suhelda jõuga, mis samuti väheneb pöördvõrdeliselt kauguse ruuduga, kuid see jõud on mitu korda suurem kui gravitatsioonijõud.
Nii et vesinikuaatomis, mis on skemaatiliselt näidatud joonisel 14.1, tõmbub elektron tuuma (prootoni) poole jõuga, mis on 10 39 korda suurem kui gravitatsiooniline külgetõmbejõud.
Kui osakesed interakteeruvad jõududega, mis kauguse suurenedes vähenevad samamoodi nagu universaalse gravitatsiooni jõud, kuid ületavad gravitatsioonijõude mitmekordselt, siis väidetavalt on neil osakestel elektrilaeng. Osakesi ise nimetatakse laetud.
On olemas osakesi ilma elektrilaenguta, kuid elektrilaengut ilma osakeseta pole.
Laetud osakeste vastastikmõju nimetatakse elektromagnetiline.
Elektrilaeng määrab elektromagnetiliste vastastikmõjude intensiivsuse, nii nagu mass määrab gravitatsioonilise vastastikmõju intensiivsuse.
Elementaarosakese elektrilaeng ei ole osakeses mingi eriline mehhanism, mida saaks sealt eemaldada, koostisosadeks lagundada ja uuesti kokku panna. Elektrilaengu olemasolu elektronil ja teistel osakestel tähendab ainult teatud jõudude vastastikmõju olemasolu nende vahel.
Sisuliselt ei tea me laengust midagi, kui me ei tea nende vastastikmõjude seadusi. Meie laengu ideedesse tuleks lisada teadmised vastastikmõju seadustest. Need seadused ei ole lihtsad ja neid on võimatu mõne sõnaga visandada. Seetõttu on võimatu anda piisavalt rahuldavat lühike määratlus kontseptsioon elektrilaeng.
Kaks märki elektrilaengutest.
Kõigil kehadel on mass ja seetõttu tõmbavad nad üksteist ligi. Laetud kehad võivad üksteist nii meelitada kui ka tõrjuda. See kõige olulisem fakt teile tuttav , tähendab, et looduses leidub vastupidise märgiga elektrilaengutega osakesi; sama märgiga laengute puhul osakesed tõrjuvad, erinevate märkide puhul aga tõmbavad.
elementaarosakeste laeng - prootonid, mis on osa kõigist aatomituumadest, nimetatakse positiivseteks ja laenguks elektronid- negatiivne. Positiivsete ja negatiivsete laengute vahel pole sisemisi erinevusi. Kui osakeste laengu märgid pöörataks ümber, siis elektromagnetiliste vastastikmõjude olemus ei muutuks üldse.
Elementaarne tasu.
Lisaks elektronidele ja prootonitele on veel mitut tüüpi laetud elementaarosakesi. Kuid ainult elektronid ja prootonid saavad vabas olekus eksisteerida lõputult. Ülejäänud laetud osakesed elavad vähem kui miljondik sekundit. Need sünnivad kiirete elementaarosakeste kokkupõrgete käigus ja ebaoluliselt lühikest aega eksisteerinuna lagunevad, muutudes teisteks osakesteks. Nende osakestega saad tuttavaks 11. klassis.
Osakesed, millel puudub elektrilaeng, hõlmavad neutron. Selle mass on vaid veidi suurem kui prootoni mass. Neutronid koos prootonitega on osa aatomituum. Kui elementaarosakel on laeng, siis on selle väärtus rangelt määratletud.
Laetud kehad Looduses mängivad elektromagnetilised jõud tohutut rolli, kuna kõik kehad sisaldavad elektriliselt laetud osakesi. Aatomite koostisosadel – tuumadel ja elektronidel – on elektrilaeng.
Otsene tegevus elektromagnetilised jõud kehade vahel ei tuvastata, kuna normaalses olekus kehad on elektriliselt neutraalsed.
Mis tahes aine aatom on neutraalne, kuna elektronide arv selles on võrdne prootonite arvuga tuumas. Positiivselt ja negatiivselt laetud osakesed on omavahel seotud elektrilised jõud ja moodustavad neutraalsed süsteemid.
Makroskoopiline keha on elektriliselt laetud, kui see sisaldab liigselt elementaarosakesi ühe laengumärgiga. Niisiis, negatiivne laeng keha põhjustab elektronide liig võrreldes prootonite arvuga ja positiivne elektronide puudumise tõttu.
Elektriliselt laetud makroskoopilise keha saamiseks ehk selle elektrifitseerimiseks on vaja eraldada osa negatiivsest laengust sellega seotud positiivsest laengust või üle kanda negatiivne laeng neutraalsele kehale.
Seda saab teha hõõrdumise abil. Kui ajad kamm läbi kuivade juuste, siis liigub väike osa kõige liikuvamatest laetud osakestest – elektronidest – juustest kammi ja laeb seda negatiivselt ning juuksed laevad positiivselt.
Laengute võrdsus elektrifitseerimise ajal
Eksperimendi abil saab tõestada, et hõõrdumisel elektrifitseerides saavad mõlemad kehad laengud, mis on märgilt vastandlikud, kuid suuruselt identsed.
Võtame elektromeetri, mille vardal on metallist auguga kera ja pikkadel käepidemetel kaks plaati: üks kõvakummist ja teine pleksiklaasist. Üksteise vastu hõõrudes plaadid elektristuvad.
Toome ühe plaadi kera sisse ilma selle seinu puudutamata. Kui plaat on positiivselt laetud, tõmmatakse osa elektromeetri nõela ja varda elektrone plaadile ja kogutakse sisepind sfäärid. Samal ajal laetakse nool positiivselt ja see lükatakse elektromeetri vardast eemale (joonis 14.2, a).
Kui tuua kera sisse veel üks plaat, olles esmalt eemaldanud esimese, siis kera ja varda elektronid tõrjuvad plaadilt ja kogunevad noolele liigselt. See põhjustab noole vardast kõrvalekaldumise ja sama nurga all nagu esimeses katses.
Olles mõlemad plaadid kera sisse langetanud, ei tuvasta me noole kõrvalekallet üldse (joonis 14.2, b). See tõestab, et plaatide laengud on suuruselt võrdsed ja märgilt vastupidised.
Kehade elektrifitseerimine ja selle ilmingud. Märkimisväärne elektrifitseerimine toimub sünteetiliste kangaste hõõrdumisel. Kuiva õhu käes sünteetilisest materjalist särgi seljast võttes on kuulda iseloomulikku praksuvat heli. Hõõrdepindade laetud alade vahel hüppavad väikesed sädemed.
Trükikodades paber trükkimisel elektriseerub ja lehed kleepuvad kokku. Selle vältimiseks kasutatakse laengu tühjendamiseks spetsiaalseid seadmeid. Tihedas kontaktis olevate kehade elektrifitseerimist kasutatakse aga mõnikord näiteks erinevates elektrokopeerimisseadmetes jne.
Elektrilaengu jäävuse seadus.
Plaatide elektrifitseerimisega saadud kogemused näitavad, et hõõrdumise teel elektrifitseerimisel toimub olemasolevate laengute ümberjaotumine varem neutraalsete kehade vahel. Väike osa elektronidest liigub ühest kehast teise. Sel juhul ei teki uusi osakesi ega kao juba olemasolevad.
Kui kehad on elektrifitseeritud, elektrilaengu jäävuse seadus. See seadus kehtib süsteemi kohta, millesse laetud osakesed ei sisene väljastpoolt ja millest nad ei välju, s.t. isoleeritud süsteem.
Isoleeritud süsteemis algebraline summa kõigi kehade laengud on säilinud.
q 1 + q 2 + q 3 + ... + q n = konst. (14.1)
kus q 1, q 2 jne on üksikute laetud kehade laengud.
Laengu jäävuse seadus on sügav tähendus. Kui laetud elementaarosakeste arv ei muutu, siis on laengu jäävuse seaduse täitmine ilmne. Kuid elementaarosakesed võivad muutuda üksteiseks, sündida ja kaduda, andes elu uutele osakestele.
Kuid kõigil juhtudel sünnivad laetud osakesed ainult paarikaupa, mille laengud on ühesuurused ja vastandmärgiga; Ka laetud osakesed kaovad vaid paarikaupa, muutudes neutraalseteks. Ja kõigil neil juhtudel jääb laengute algebraline summa samaks.
Laengu jäävuse seaduse kehtivust kinnitavad vaatlused tohutul hulgal elementaarosakeste teisendustest. See seadus väljendab elektrilaengu üht põhiomadust. Laengu säilimise põhjus on siiani teadmata.
1. lehekülg
On võimatu anda laengu lühimääratlust, mis oleks igas mõttes rahuldav. Oleme harjunud leidma seletusi, millest me väga aru saame keerulised koosseisud ja protsessid nagu aatom, vedelkristallid, molekulide jaotus kiiruse järgi jne. Kuid kõige elementaarsemaid, fundamentaalsemaid mõisteid, mis on jagatavad lihtsamateks ja millel tänapäeva teaduse järgi puudub igasugune sisemine mehhanism, ei saa enam lühidalt ja rahuldavalt seletada. Eriti kui objekte meie meeled otseselt ei taju. Just nendele põhimõistetele elektrilaeng viitab.
Proovime kõigepealt välja selgitada, mis on elektrilaeng, vaid see, mis on väite taga peidus antud keha või osakesel on elektrilaeng.
Teate, et kõik kehad on ehitatud pisikestest osakestest, mis on jagamatud lihtsamateks (nii palju kui teadus praegu teab) osakesteks, mida seetõttu nimetatakse elementaarseteks. Kõigil elementaarosakestel on mass ja tänu sellele tõmbuvad nad üksteise poole. Universaalse gravitatsiooniseaduse järgi väheneb tõmbejõud nendevahelise kauguse suurenedes suhteliselt aeglaselt: pöördvõrdeliselt kauguse ruuduga. Lisaks on enamikul elementaarosakestel, ehkki mitte kõigil, võime suhelda üksteisega jõuga, mis samuti väheneb pöördvõrdeliselt kauguse ruuduga, kuid see jõud on tohutult palju kordi suurem kui gravitatsioonijõud. . Seega vesinikuaatomis, mis on skemaatiliselt näidatud joonisel 1, tõmbub elektron tuuma (prootoni) poole jõuga, mis on 1039 korda suurem kui gravitatsiooniline külgetõmbejõud.
Kui osakesed interakteeruvad jõududega, mis kauguse suurenedes aeglaselt vähenevad ja on mitu korda suuremad kui gravitatsioonijõud, siis väidetavalt on neil osakestel elektrilaeng. Osakesi endid nimetatakse laetud. On olemas osakesi ilma elektrilaenguta, kuid elektrilaengut ilma osakeseta pole.
Laetud osakeste vahelisi koostoimeid nimetatakse elektromagnetilisteks. Kui me ütleme, et elektronid ja prootonid on elektriliselt laetud, tähendab see, et nad on võimelised teatud tüüpi (elektromagnetiliselt) interaktsiooniks ja ei midagi enamat. Osakeste laengu puudumine tähendab, et see ei tuvasta selliseid interaktsioone. Elektrilaeng määrab elektromagnetiliste vastastikmõjude intensiivsuse, nii nagu mass määrab gravitatsioonilise vastastikmõju intensiivsuse. Elektrilaeng on elementaarosakeste tähtsuselt teine (massi järel) omadus, mis määrab nende käitumise ümbritsevas maailmas.
Seega
Elektrilaeng- see on füüsiline skalaarne suurus, mis iseloomustab osakeste või kehade omadust astuda elektromagnetilise jõu vastastikmõjusse.
Elektrilaengut sümboliseerivad tähed q või Q.
Nii nagu mehaanikas kasutatakse seda mõistet sageli materiaalne punkt, mis võimaldab oluliselt lihtsustada paljude probleemide lahendamist, laengute koosmõju uurides osutub punktlaengu idee efektiivseks. Punktlaeng on laetud keha, mille mõõtmed on oluliselt väiksemad kui kaugus sellest kehast vaatluspunkti ja teiste laetud kehadeni. Eelkõige, kui me räägime kahe koosmõjust punktitasud, siis eeldavad nad sellega, et kahe vaadeldava laetud keha vaheline kaugus on oluliselt suurem kui nende lineaarmõõtmed.
Elementaarosakese elektrilaeng
Elementaarosakese elektrilaeng ei ole osakeses mingi eriline “mehhanism”, mida saaks sealt eemaldada, osadeks lagundada ja uuesti kokku panna. Elektrilaengu olemasolu elektronil ja teistel osakestel tähendab ainult teatud vastastikmõjude olemasolu nende vahel.
Looduses on osakesi, mille laengud on vastupidise märgiga. Prootoni laengut nimetatakse positiivseks ja elektroni laenguks negatiivseks. Osakese laengu positiivne märk ei tähenda muidugi, et sellel oleks mingeid erilisi eeliseid. Kahe märgi laengute kasutuselevõtt väljendab lihtsalt tõsiasja, et laetud osakesed võivad nii meelitada kui ka tõrjuda. Kell identsed märgid osakesed tõrjuvad üksteist, aga kui need on erinevad, siis tõmbavad teineteist ligi.
Kahte tüüpi elektrilaengute olemasolu põhjuseid praegu ei ole. Igal juhul mitte ühtegi põhimõttelised erinevused positiivsete ja negatiivsete laengute vahel ei tuvastata. Kui osakeste elektrilaengute märgid muutuksid vastupidiseks, siis elektromagnetiliste vastastikmõjude olemus looduses ei muutuks.
Positiivsed ja negatiivsed laengud on Universumis väga hästi tasakaalus. Ja kui universum on lõplik, siis on selle kogu elektrilaeng suure tõenäosusega võrdne nulliga.
Kõige tähelepanuväärsem on see, et kõigi elementaarosakeste elektrilaeng on suurusjärgus rangelt sama. Kõigil laetud elementaarosakestel on minimaalne laeng, mida nimetatakse elementaarseks. Laeng võib olla positiivne, nagu prooton, või negatiivne, nagu elektron, kuid laengu moodul on kõigil juhtudel sama.
Osa laengust on võimatu eraldada näiteks elektronist. See on võib-olla kõige üllatavam. Mitte ühtegi kaasaegne teooria ei oska seletada, miks kõikide osakeste laengud on ühesugused, ega oska arvutada minimaalse elektrilaengu väärtust. See määratakse eksperimentaalselt, kasutades erinevaid katseid.
1960. aastatel, pärast seda, kui äsjaavastatud elementaarosakeste arv hakkas murettekitavalt kasvama, püstitati hüpotees, et kõik tugevalt interakteeruvad osakesed on liitosakesed. Põhiosakesi nimetati kvarkideks. Hämmastav oli, et kvarkidel peaks olema murdosa elektrilaeng: 1/3 ja 2/3 elementaarlaeng. Prootonite ja neutronite ehitamiseks piisab kahte tüüpi kvarkidest. Ja nende maksimaalne arv ilmselt ei ületa kuut.
Elektrilaengu mõõtühik
Kas saate lühidalt ja lühidalt vastata küsimusele: "Mis on elektrilaeng?" See võib esmapilgul tunduda lihtne, kuid tegelikult osutub see palju keerulisemaks.
Kas me teame, mis on elektrilaeng?
Fakt on see, et praegusel teadmiste tasemel ei saa me veel "laengu" mõistet lihtsamateks komponentideks lagundada. See on nii-öelda põhikontseptsioon.
Me teame, et see on konkreetne vara elementaarosakesed, laengute vastastikmõju mehhanism on teada, saame laengut mõõta ja selle omadusi kasutada.
Kõik see on aga eksperimentaalselt saadud andmete tagajärg. Selle nähtuse olemus pole meile siiani selge. Seetõttu ei saa me üheselt kindlaks teha, mis on elektrilaeng.
Selleks on vaja lahti pakkida terve hulk mõisteid. Selgitage laengute vastastikmõju mehhanismi ja kirjeldage nende omadusi. Seetõttu on lihtsam mõista, mida see väide tähendab: “ see osake omab (kannab) elektrilaengut.
Elektrilaengu olemasolu osakesel
Hiljem õnnestus aga kindlaks teha, et elementaarosakeste arv on palju suurem ning prooton, elektron ja neutron ei ole jagamatud ja Universumi põhilised ehitusmaterjalid. Need võivad ise laguneda komponentideks ja muutuda teist tüüpi osakesteks.
Seetõttu hõlmab nimetus "elementaarosake" praegu üsna suurt klassi osakesi, mille suurus on aatomitest ja aatomituumadest väiksemad. Sel juhul võivad osakestel olla mitmesugused omadused ja omadused.
Sellist omadust nagu elektrilaeng on aga ainult kahte tüüpi, mida tinglikult nimetatakse positiivseks ja negatiivseks. Laengu olemasolu osakesel on selle võime tõrjuda või olla meelitatud teise osakese poole, mis samuti kannab laengut. Interaktsiooni suund sõltub laengute tüübist.
Nagu laengud tõrjuvad, erinevalt laengud tõmbavad. Veelgi enam, laengute vastastikmõju jõud on väga suur võrreldes gravitatsioonijõududega, mis on eranditult kõigile universumi kehadele omased.
Näiteks vesiniku tuumas tõmbab negatiivset laengut kandev elektron tuuma, mis koosneb prootonist ja kannab positiivne laeng jõuga, mis on 1039 korda suurem kui jõud, millega prooton tõmbab sama elektroni gravitatsiooniline interaktsioon.
Osakesed võivad, olenevalt osakese tüübist, kanda laengut või mitte. Laengut on aga võimatu osakeselt “eemaldada”, nagu on võimatu laengu olemasolu väljaspool osakest.
Lisaks prootonile ja neutronile kannavad laengut ka mõned muud tüüpi elementaarosakesed, kuid ainult need kaks osakest võivad eksisteerida lõputult.
Umbes 1000 sekundist (vaba neutroni puhul) sekundi tühise osani (resonantside puhul 10–24 kuni 10–22 s).
Elementaarosakeste ehitust ja käitumist uurib osakeste füüsika.
Kõik elementaarosakesed alluvad identsuse printsiibile (kõik sama tüüpi elementaarosakesed Universumis on kõigis oma omadustes täiesti identsed) ja osakeste-laine dualismi printsiibile (iga elementaarosake vastab de Broglie lainele).
Kõigil elementaarosakestel on vastastikkonverteeritavus, mis on nende vastastikmõju tagajärg: tugev, elektromagnetiline, nõrk, gravitatsiooniline. Osakeste vastastikmõju põhjustab osakeste ja nende kogumite muundumisi teisteks osakesteks ja nende kogumiteks, kui sellised muundumised ei ole keelatud energia jäävuse, impulsi, nurkimpulsi, elektrilaengu, barüonilaengu jms seadustega.
Elementaarosakeste peamised omadused: eluiga, mass, spin, elektrilaeng, magnetmoment, barüonilaeng, leptoni laeng, kummalisus, isotoop spin, paarsus, laengu paarsus, G-paarsus, CP-paarsus.
Klassifikatsioon
Eluaja järgi
- Stabiilsed elementaarosakesed on osakesed, millel on lõpmatu arv suuresti elu vabas olekus (prooton, elektron, neutriino, footon ja nende antiosakesed).
- Ebastabiilsed elementaarosakesed on osakesed, mis lagunevad piiratud aja jooksul vabas olekus teisteks osakesteks (kõik teised osakesed).
Kaalu järgi
Kõik elementaarosakesed jagunevad kahte klassi:
- Massita osakesed on nullmassiga osakesed (footon, gluoon).
- Nullist erineva massiga osakesed (kõik muud osakesed).
Suurima selja järgi
Kõik elementaarosakesed jagunevad kahte klassi:
Interaktsiooni tüübi järgi
Elementaarosakesed jagunevad järgmistesse rühmadesse:
Liitosakesed
- Hadronid on osakesed, mis osalevad igat tüüpi fundamentaalsetes interaktsioonides. Need koosnevad kvarkidest ja jagunevad omakorda:
- mesonid on täisarvulise spinniga hadronid, st nad on bosonid;
- barüonid on pooltäisarvulise spinniga hadronid, see tähendab fermionid. Nende hulka kuuluvad eelkõige osakesed, mis moodustavad aatomi tuuma - prooton ja neutron.
Fundamentaalsed (struktuurita) osakesed
- Leptonid on punktosakeste kujulised (st mitte millestki koosnevad) kuni 10–18 m suurused fermioonid. Nad ei osale tugevas vastasmõjus. Osalemine elektromagnetilised vastasmõjud täheldatud eksperimentaalselt ainult laetud leptonite (elektronid, müüonid, tau leptonid) puhul ja mitte neutriinode puhul. Leptoneid on teada 6 tüüpi.
- Kvargid on fraktsioneeriva laenguga osakesed, mis on osa hadronitest. Neid ei täheldatud vabas olekus (selliste vaatluste puudumise selgitamiseks on pakutud välja vangistusmehhanism). Nagu leptonid, jagunevad nad kuueks tüübiks ja neid peetakse struktuurituteks, kuid erinevalt leptonitest osalevad nad tugevas interaktsioonis.
- Mõõtebosonid on osakesed, mille vahetuse kaudu toimub interaktsioon:
- footon on osake, mis kannab elektromagnetilist vastasmõju;
- kaheksa gluooni - osakesed, mis kannavad tugevat jõudu;
- kolm vahevektori bosonit W + , W− ja Z 0, mis taluvad nõrka interaktsiooni;
- graviton - hüpoteetiline osake, kandes üle gravitatsioonilise interaktsiooni. Gravitonite olemasolu, kuigi gravitatsioonilise vastasmõju nõrkuse tõttu pole veel eksperimentaalselt tõestatud, peetakse üsna tõenäoliseks; aga graviton ei kuulu elementaarosakeste standardmudelisse.
Video teemal
Elementaarosakeste suurused
Vaatamata elementaarosakeste suurele mitmekesisusele, jagunevad nende suurused kahte rühma. Hadronite (nii barüonide kui ka mesonite) suurused on umbes 10–15 m, mis on lähedane neisse kuuluvate kvarkide keskmisele kaugusele. Põhiliste, struktuuritute osakeste – bosonite, kvarkide ja leptonite – suurused katsevea piires on kooskõlas nende punkt-loomusega ( ülempiir läbimõõt on umbes 10–18 m) ( vaata selgitust). Kui edasistes katsetes nende osakeste lõplikke suurusi ei avastata, võib see viidata sellele, et bosonite, kvarkide ja leptonite suurused on lähedased põhipikkusele (mis võib suure tõenäosusega osutuda Plancki pikkuseks 1,6 10). –35 m).
Tuleb aga märkida, et elementaarosakese suurus on üsna keeruline mõiste, mis ei ole alati kooskõlas klassikaliste mõistetega. Esiteks ei võimalda määramatuse põhimõte füüsilist osakest rangelt lokaliseerida. Lainepakett, mis kujutab osakest täpselt lokaliseeritud kvantolekute superpositsioonina, on alati lõplike mõõtmetega ja kindla ruumilise struktuuriga ning paketi mõõtmed võivad olla üsna makroskoopilised – näiteks elektron katses, kus interferents kahel. pilud “tunnetavad” interferomeetri mõlemaid pilusid, mis on eraldatud makroskoopilise vahemaaga . Teiseks füüsiline osake muudab vaakumi struktuuri enda ümber, luues lühiajaliste virtuaalsete osakeste "katte" - fermion-antifermion paarid (vt Vaakumi polariseerumine) ja interaktsioone kandvad bosonid. Selle piirkonna ruumilised mõõtmed sõltuvad osakeste laengutest ja vahepealsete bosonite massidest (massiivsete virtuaalsete bosonite kesta raadius on lähedane nende Comptoni lainepikkusele, mis omakorda on pöördvõrdeline nende lainepikkusega. mass). Niisiis, elektroni raadius neutriinode vaatenurgast (nende vahel on see võimalik ainult nõrk interaktsioon) on ligikaudu võrdne W bosonite Comptoni lainepikkusega ~3×10 −18 m ja piirkonna mõõtmetega tugev interaktsioon hadronid määratakse kõige kergema hadroni, pi mesoni (~10 −15 m) Comptoni lainepikkuse järgi, mis toimib siin interaktsioonikandjana.
Lugu
Algselt tähendas mõiste “elementaarosake” midagi absoluutselt elementaarset, aine esimest tellist. Kui aga 1950. ja 1960. aastatel avastati sadu sarnaste omadustega hadroneid, sai selgeks, et hadronitel on vähemalt sisemised vabadusastmed ehk need pole elementaarsed selle sõna otseses mõttes. See kahtlus leidis hiljem kinnitust, kui selgus, et hadronid koosnevad kvarkidest.
Seega on füüsikud liikunud aine struktuuris veidi sügavamale: leptoneid ja kvarke peetakse praegu aine kõige elementaarsemateks, punktitaolisteks osadeks. Nende jaoks (koos gabariidibosonitega) on mõiste " põhiline osakesed".
Stringiteoorias, mida on aktiivselt arendatud alates 1980. aastate keskpaigast, eeldatakse, et elementaarosakesed ja nende vastasmõjud on tagajärjed. erinevat tüüpi eriti väikeste “keelte” vibratsioonid.
Standardmudel
Elementaarosakeste standardmudel sisaldab 12 maitseainet fermione, neile vastavaid antiosakesi, aga ka bosoneid (footoneid, gluuone, W- Ja Z-bosonid), mis kannavad vastastikmõju osakeste vahel, ja 2012. aastal avastatud Higgsi boson, mis vastutab olemasolu eest. inertne mass osakeste juures. Standardmudelit vaadeldakse siiski suures osas pigem ajutise kui tõeliselt fundamentaalse teooriana, kuna see ei sisalda gravitatsiooni ja sisaldab mitukümmend vaba parameetrit (osakeste massid jne), mille väärtused ei tulene otseselt teooria. Võib-olla on elementaarosakesi, mida ei kirjeldata Standardmudel- näiteks nagu graviton (osake, mis hüpoteetiliselt kannab gravitatsioonijõud) või tavaliste osakeste supersümmeetrilised partnerid. Kokku kirjeldab mudel 61 osakest.
Fermions
Fermioonide 12 maitset on jagatud 3 perekonda (põlvkonda), millest igaühes on 4 osakest. Neist kuus on kvargid. Ülejäänud kuus on leptonid, millest kolm on neutriinod ja ülejäänud kolm kannavad ühikulist negatiivset laengut: elektron, müüon ja tau lepton.
| Esimene põlvkond | Teine põlvkond | Kolmas põlvkond |
|---|---|---|
| Elektron: e− | Muon: μ − | Tau lepton: τ − |
| Elektronneutriino: ν e | Muoni neutriino: ν μ | Tau neutriino: ν τ (\displaystyle \nu _(\tau )) |
| u-kvark ("üles"): u | c-kvark ("võlutud"): c | t-kvark ("tõene"): t |
| d-kvark ("alla"): d | s-kvark ("kummaline"): s | b-kvark ("armas"): b |
Antiosakesed
Samuti on 12 fermioonset antiosakest, mis vastavad ülaltoodud kaheteistkümnele osakesele.
| Esimene põlvkond | Teine põlvkond | Kolmas põlvkond |
|---|---|---|
| positron: e+ | Positiivne müon: μ + | Positiivne tau lepton: τ + |
| Elektroni antineutriino: ν ¯ e (\displaystyle (\bar (\nu ))_(e)) | Muon antineutriino: ν ¯ μ (\displaystyle (\bar (\nu ))_(\mu )) | Tau antineutriino: ν ¯ τ (\displaystyle (\bar (\nu ))_(\tau )) |
| u- antiikne: u ¯ (\displaystyle (\bar (u))) | c- antiikne: c ¯ (\displaystyle (\bar (c))) | t- antiikne: t ¯ (\displaystyle (\bar (t))) |
| d- antiikne: d ¯ (\displaystyle (\bar (d))) | s- antiikne: s ¯ (\displaystyle (\bar (s))) | b- antiikne: b ¯ (\displaystyle (\bar (b))) |
Kvargid
Kvarke ja antikvarke pole kunagi avastatud vabas olekus – seda seletatakse nähtusega