Елементарните честички и историјата на нивното откривање. Историја на откривањето на елементарните честички

И АКЦЕЛЕРАТОРИ

1. Нови трендови во физиката на честички

2. Забрзувачите на наелектризирани честички се главната алатка за проучување на материјалниот свет (модерен арсенал на акцелератори)

3. Меѓународната соработка на научниците е фактор на стабилност

научни проекти. JINR - пример за соработка

Заклучок

РАЗВОЈ НА ФИЗИКА НА ВИСОКА ЕНЕРГИЈА

И АКЦЕЛЕРАТОРИ

1. НОВИ ТРЕНДОВИ ВО ФИЗИКАТА

КОРИСНИЧКИ ЧЕСТИЧКИ

1.1. Што е физика со висока енергија и малку историја.

Пенетрацијата во длабочините на материјата бара сè поголеми енергии на честички кои се судираат, бидејќи, поради принципот на несигурност, постои одредена врска помеѓу енергијата и растојанијата (како и карактеристичните времиња) во кои процесите се случуваат во микросветот.

Принципот на несигурност е основен закон на квантната теорија, кој вели дека таканаречените дополнителни физички величини кои го карактеризираат физичкиот систем (на пример, координати и импулс, енергија и време) не можат истовремено да земат точни вредности (px, каде што е Планкова константа). Ова ја рефлектира двојната, честичка-бранова природа на елементарните честички (брановите својства на материјата беа откриени во 1924 година од францускиот физичар Луј де Броље).

Преминот кон сѐ повисоки енергии отсекогаш бил придружен со откривање на фундаментално нови физички феномени.

За да добиеме идеја за поврзаноста помеѓу областите на физиката и просторната и енергетската скала, да се потсетиме на кои растојанија и на кои енергии се случуваат одредени физички феномени:

молекуларна физика - 105 107 cm, енергија 1 eV – 1 keV;

атомска физика, антиматерија - 1011 cm, енергија 10 MeV;

нуклеарна физика - 1013 cm, енергија 100 MeV - 1 GeV;

* Меѓународна школа за млади научници „Проблеми на забрзување на наелектризираните честички“, Дубна, 2-9 септември. 1996 Дубна, 1997. стр. 5–37.

Развој на високоенергетска физика и акцелератори високоенергетска физика, силни интеракции, таканаречена хадронска физика - 1013 1015 cm, енергии 10–100 GeV;

физика на „ултра-високи“ енергии, процеси на ултра-кратки растојанија помали од 1015 cm, енергии поголеми од 100 GeV.

Денес, истражувачите имаат пристап до енергии од редот на 1 TeV.

На сл. 1 ги прикажува карактеристичните размери на растојанија, време и енергија.

Само оската во (енергијата) треба да се преврти, бидејќи сè поголемите енергии одговараат на сè помали карактеристични временски интервали и сè помали просторни интервали на кои се одвиваат настаните во микросветот.

Денес сме на ниво на „маса на W -, Z-бозони“ (на енергетската скала), „живот на резонантни состојби“ (временска скала), „растојанија меѓу кваркови“ (скала на далечина).

Зачудувачки е што во текот на минатиот век е постигнат навистина огромен напредок во физиката на елементарните честички и атомското јадро.

Ориз. 1. Скали на растојанија (а), време (б) и енергии (в) во физиката на јадрата и честичките 86 Предавања за физика на честички Нуклеарната физика го започна своето одбројување неколку години пред почетокот на 20 век: пред точно сто години , во 1896 година, беше откриен познатиот феномен на радиоактивност. Зборувајќи за феноменот на радиоактивност, не може да не се споменат имињата: англискиот физичар Ернест Радерфорд - еден од креаторите (заедно со неговиот сонародник Фредерик Соди) на теоријата за радиоактивното распаѓање (1903), креаторот на планетарниот модел на атомот. (1911); Француските научници Пјер и Марија Кири, кои дадоа суштински придонес во истражувањето на радиоактивноста;

откривачот на радиоактивноста, францускиот физичар Антоан Анри Бекерел.

Во 1897 година, електронот беше откриен (од англискиот научник Џозеф Џон Томсон), т.е. беше пронајдена една од најважните компоненти на атомот.

Во 1932 година, неутронот беше откриен (од англискиот физичар Џејмс Чадвик), т.е. беше одредена една од компонентите на атомското јадро.

Интензивните истражувања во областа на физиката со висока енергија започнаа во 1950-тите, по создавањето на ефикасни акцелератори на наелектризирани честички.

Така, во синџирот на главните компоненти на материјата (материјата се состои од молекули, молекулата се состои од атоми, атом - од електрони и атомски јадра, атомското јадро се состои од нуклеони - протони и неутрони, нуклеон - од кваркови.. .) значителен дел од врските „произлегле „всушност, пред очите на последните генерации истражувачи.

Дозволете ми уште еднаш да забележам дека благодарение на забрзувачите со многу високо-енергетски зраци на честички (овие „супермикроскопи“ за проучување на микросветот) стана возможно проучувањето на материјата на толку кратки растојанија*. Во последниве години, има взаемна пенетрација помеѓу физиката на кратки растојанија и проучувањето на својствата на макроструктурите на Универзумот. Ова е манифестација на единството на високоенергетската физика и астрофизиката.

Кога се дефинира што е физика со висока енергија, често се наведува изјавата на Абдус Салам. Тој рече дека оваа наука претходно ја спроведувала „тројка“, составена од: 1) теорија, 2) експеримент, 3) акцелератори и детектори. Потоа на „тројката“ беа прицврстени уште два „коња“:

4) рана космологија, опишувајќи го универзумот од 1043 s по неговото потекло до истекот на првите три минути, 5) чиста математика.

Ајде да се обидеме, користејќи ја „шемата Салам“, да ги следиме денешните трендови во развојот на физиката на елементарните честички.

* Заради фер, дозволете ми да ве потсетам дека важни информации за микрокосмосот се добиени со помош на копнени, површински и „сателитски“ детектори (со компјутерски уреди) при проучувањето на космичките зраци, како и со користење на инсталации на реактори.

Развој на високоенергетска физика и акцелератори 1.2. Теоретски идеи за структурата на честичките Денес знаеме, врз основа на експериментални откритија и теоретски конструкции, дека електроните, протоните и неутроните кои ја сочинуваат материјата околу нас (т.е. атомите на материјата) не се, општо земено, елементарната „градба блокови на универзумот“.

Само електроните денес се опишани како точкасти елементарни честички. Протоните и неутроните се „направени“ од пофундаментални состојки наречени кваркови.

Силните интеракции * се опишани со фундаменталната теорија на кваркови и глуони - квантна хромодинамика (QCD). Во оваа теорија, глуоните се носители на силни интеракции кои држат кваркови во протоните и неутроните (ефектот на „затворање“). Оваа теорија може ефективно да се користи за проучување на повеќето набљудувани феномени во физиката на силните интеракции.

Други сили, електромагнетни и слаби, изгледаат како сосема различни. Меѓутоа, денес знаеме дека тие се манифестации на единствена електрослаба теорија (Глашоу, Вајнберг, Салам). Лептоните се „градежните блокови на универзумот“ во електрослабиот сектор. Носители на електрослабите интеракции се два посредни бозони (W, Z) и фотон ().

Унифицираната електрослаба теорија и QCD (општо наречена стандарден модел - SM) ги одредуваат интеракциите на елементарните честички (кваркови и лептони) на скала до 1016 cm.

Третиот, покрај силниот и електрослабиот, од познатите типови на интеракции - гравитационите - останува надвор од рамките на стандардниот модел. Оваа интеракција е тесно поврзана со нашите идеи за просторот и времето. Како што е познато, просторот и времето, во рамките на специјалната теорија на релативноста, дејствуваат заедно како единствен 4-димензионален свет.

Во општата теорија на релативноста, геометријата на овој 4-димензионален свет е нераскинливо поврзана со гравитационото поле. Голем број интересни „шпекулации“ на тема „неуникатноста“ на светот што ги набљудуваме постојат не само во научната фантастика, туку и во теоретските научни конструкции.

Би сакал да забележам дека надминувањето на стандардниот модел денес се истражува во голем број насоки. За нив ќе зборуваме подолу.

Меѓутоа, XXVIII меѓународна (Рочестер) конференција за физика со висока енергија, одржана во јули 1996 година во Варшава, изјави дека стандардниот модел е конзистентен со сите моментално достапни експериментални податоци.

Силно интерактивни честички се нарекуваат хадрони.

Значи, денес знаеме дека во нашето 4-димензионално време-време, исполнето со условно точкаст фермиони* (лептони и кваркови) со точност од 1016 cm, постојат три типа на интеракции предизвикани од специјални носители: глуони, W- и Z-бозони. и хипотетички гравитони.

1.3. Некои експериментални достигнувања Главната цел на повеќето експерименти во изминатите неколку години беше да се спроведат традиционални тестови на стандардниот модел на различни акцелератори, но првенствено на LEP (CERN) и SLAC e+ e collider. Речиси сите мерења се согласуваат со стандардниот модел со неверојатна прецизност од 1%.

Пред да коментираме некои од впечатливите експериментални резултати од овие студии, да ги подредиме „градежните блокови на универзумот“ во форма на табела (види Табела 1).

Така, едно од најголемите достигнувања во последните две години беше откривањето на врвниот кварк (t). Тоа беше последниот од незабележаните кваркови што ја формира основата на стандардниот модел. Утврдената маса (скоро 200 GeV) беше правилно проценета со индиректни методи (LEP). Откривањето на врвниот кварк беше направено во Хадронскиот судирач во FNAL со помош на две големи детекторски низи (CDF и D0) користејќи софистицирани техники на обработка за да се изолираат ретки настани. Овде се открива уште една важна карактеристика на современите забрзувачи на наелектризирани честички, кои покрај високите енергии обезбедуваат и високи интензитети (осветленост во случај на судири):

Експерименталните факти покажуваат дека системите со спин со цел број (бозони) ги почитуваат законите на статистиката на Бозе-Ајнштајн, а системите со спин од половина цел број (фермиони) ги почитуваат законите на статистиката на Ферми-Дирак. Во математичката физика, докажана е теорема која го поврзува спинот со статистиката.

т.е. бројот на честички кои летаат по единица време низ единица површина. Високите осветлености овозможуваат проучување на ретки процеси (зголемување на веројатноста за нивно набљудување). Терминот „фабрика“ се користи за машини за забрзување со висока осветленост (-фабрика, в--фабрика, Б-фабрика, Z-фабрика...).

Експерименталните истражувања и теоретското разбирање на физиката на т-кваркот денес (и утре) се сведуваат на одговор на прашањата: зошто т-кваркот е толку тежок? Кои се неговите својства?

Експериментот, исто така, има за цел прецизно да ја измери масата на горниот кварк.

Нешто порано (почетокот на 90-тите) во акцелераторскиот комплекс LEP беше утврдено дека во сегашната фаза на знаење имаме работа со три генерации на честички. Масата и вкупната ширина на бозонот Z 0 беа измерени со голема точност, што овозможи да се утврди бројот на канали за распаѓање на неутрино од Z 0 и да се одреди бројот на генерации.

Мистерии за идните експерименти во физиката со висока енергија се следниве прашања: колку семејства (генерации) има во природата? Дали кварковите и лептоните имаат структура (на растојанија помали од 1016 cm)?

Овие прашања припаѓаат на категоријата класични фундаментални проблеми на физиката на микросветот. Тие ја поставија насоката за надминување на нашето сегашно разбирање.

Меѓутоа, да се вратиме малку наназад и да ја објасниме улогата на генерациите на елементарните честички.

Сите атоми, односно хемиските елементи, грубо кажано, се состојат од u-, d-кваркови и електрони. Електронското неутрино e не е дел од атомите, но учествува во протон-протонскиот циклус на нуклеарни реакции што се случуваат во длабочините на Сонцето и обезбедуваат негово „горење“.

Фермиони од II и III генерација се пондерираните колеги на u, d, e и e и се смета дека одиграле важна улога во динамиката на раниот универзум. Во модерната ера, тие се појавуваат во процесите генерирани од космичките зраци и во судирите на честички во современите акцелератори.

Кварковите, за разлика од лептоните, се карактеризираат со боја - дискретна променлива која зема три вредности. Оваа променлива беше воведена во 1965 година од Богољубов, Струмински, Тавхелиџе, Кан и Намбу со цел да се зачува принципот на Паули во кварковиот модел на хадрони.

Друго мистериозно својство на кварковите е фракционалноста на нивните електрични полнежи Q. Q = 2/3e за u, c, t кварковите и Q = 1/3e за d, s и b. „Безбојните“ лептони се или електрично неутрални (сите неутрина) или имаат полнеж Q = e (e, µ и).

Последните 2-3 години донесоа многу нови работи во разбирањето на функцијата на структурата на нуклеоните при многу високи пренесени моменти q (e p-collider HERA, DESY, итн.), што ја разјаснува структурата на хадроните. Значајно разбирање на физиката на тешките кваркови (б-кваркови) е постигнато преку експерименти во објектот CLEO во Корнел и други.

Во експерименталните програми на CERN, BNL и JINR, судирите на јадро-јадро при високи енергии заземаат значајно место. Оваа област на истражување има за цел да открие манифестации на интеракции на кварк-глуон за време на нуклеарни судири и исто така обезбедува нови информации за структурата на материјата (кумулативен ефект, плазма кварк-глуон, итн.).

Многу е тешко во ограниченото време на предавањето да се направи целосен преглед на достигнувањата во последните години. Изборот на примери (делумно субјективни) имаше за цел да даде општа идеја за трендовите во физиката со висока енергија. Следејќи ја „шемата“ на Салам, да преминеме на математичката позадина на стандардниот модел, оставајќи ги настрана засега мистериите на раната космологија и состојбата на забрзувачкиот арсенал на модерната физика на честички.

1.4. Математички поглед на модерната физика со висока енергија и појавата на нови мистерии Кога зборуваме за влијанието на чистата математика врз развојот на физиката со висока енергија, мора да разбереме дека зборуваме за продлабочување и подобрување на математичкиот апарат на теоријата на честички. Претходно чисто математичка теорија на групи, методи на математичка физика и многу други математички теории сега станаа, меѓу другото, апарат и јазик за физичарите.

Во математичка смисла, SM е мерачна квантна теорија на поле (со сите свои предности и недостатоци како што се дивергенции и ренормализација) со група на симетрија.Теориите на мерачите се извонредни по тоа што речиси недвосмислено ја фиксираат структурата на Лагранжовата интеракција.

Во овој случај, носители на интеракција се векторски честички, чиј број е еднаков на бројот на параметри на групата на симетрија.

Овие честички немаат никаква композитна структура, т.е.

се елементарни како, на пример, кварковите и лептоните.

Групата (1) зависи од 8+3+1 = 12 параметри. Бројот осум одговара на факторот SU(3)C, групата за симетрија на бои во основата на QCD. Соодветниот октет векторски бозони, наречени глуони, посредува во интеракциите помеѓу кварковите во боја.

Симетријата SU(3)C се смета за точна, а глуоните без маса.

Утврдено е дека на кратки растојанија (при голем пренесен момент), ефективната интеракција кварк-глуон се намалува („асимптотична слобода“). Затоа, во оваа област, можно е да се примени апаратот за теорија на пертурбации, на пример, техниката на Фејнман дијаграм, за пресметки и да се добијат сигурни квантитативни предвидувања.

На растојанија од 1013 cm, хромодинамичките сили треба да бидат големи, само затоа што тие мора да ги врзат кварковите во хадрони и да обезбедат „силна“ интеракција на вторите. Теоријата на пертурбации не е применлива во овој случај. „QCD на долги растојанија“, како што обично се нарекува теоријата за интеракции на кварк-глуон на ова поле, е предмет на интензивно истражување, и теоретски и експериментално. Проблемот број еден, кој е отворен предизвик за теоретичарите долги години, може да се смета за решение за механизмот на затворање, т.е. објаснување за причината за затворањето на кварковите во хадроните и неможноста за нивно постоење во слободна состојба. .

Сега да се свртиме кон теоријата на електрослаби интеракции (EWI) во рамките на стандардниот модел. Оваа теорија беше формулирана од Вајнберг, Салам и Глашоу. Групата за симетрија на мерачот ESP ги вклучува вториот и третиот фактор од (1):

и е специфицирано, соодветно, со бројот на параметри еднакви на 3 + 1 = 4.

Ова значи дека овде треба да има 4 векторски бозони со мерачи.Тоа се W ±, Z 0. Фотонот, како и глуоните, е честичка без маса, додека векторските бозони W, Z 0 имаат маси:

Последната околност покажува дека симетријата (2) не може да биде точна, туку мора неизбежно да се прекине.

Теоријата на ESP го вклучува Хигсовиот механизам на спонтано кршење на симетријата SU (2)L U (1), кој обезбедува појава на маси во W, Z 0, кваркови и лептони без губење на непроменливоста на мерачот на целосниот ESP Лагранж. Наједноставната верзија на теоријата вклучува еден неутрален Хигсов скаларен бозон H 0, чија маса, сепак, не е предвидена. Според современите идеи, тоа лежи во интервалот Search H е секако вклучен во ветувачките експериментални програми на најголемите акцелераторски лаборатории во светот.

Според податоците од 2004 година, интервалот е очигледно потесен: горната граница е околу 260 GeV. - Забелешка. комп.

Во рамките на SU (2)L U (1) симетријата е реализиран унифициран опис на електромагнетните и слабите интеракции на кварковите и лептоните. Оваа синтеза се покажа како толку длабока што употребата на универзалниот термин „електрослаба интеракција“ е сосема легитимна.

Општо земено, физиката знае многу примери за тоа колку плоден може да биде унифицираниот пристап за опишување на феномени кои на прв поглед изгледаат сосема неповрзани, па дури и хетерогени.

Така, благодарение на Њутн, земната и небесната гравитација беа комбинирани во еден концепт, „универзална гравитација“. Фарадеј открил дека електричните и магнетните сили се манифестација на еден ентитет - електромагнетизмот. Максвел ги комбинирал електромагнетизмот и оптиката, сфаќајќи дека тие опишуваат феномени кои имаат заедничка природа. Тој, комбинирајќи ја аналитичката механика и термодинамиката, ја развил кинетичката теорија на гасот.

Во стандардниот модел, интеракцијата кварк-глуон, од една страна, и електрослабата интеракција, од друга страна, постојат целосно независно една од друга. Обидите да се обединат овие интеракции во една поопшта теоретска рамка со спектакуларното име „големо обединување“

досега, за жал, не доведоа до вистински успех. Сепак, поамбициозните проекти продолжуваат да се развиваат, тврдејќи дека создаваат „сеопфатна теорија“ („теорија на сè“).

Пред сè, ова се однесува на веќе споменатите теории на супержици, во кои се врши синтеза на електрослаби и гравитациони интеракции на кварк-глуон, а описот на второто е во согласност со барањето на квантната механика.

На крајот на краиштата, теоријата за „суперстринг“ ги обедини СМ и гравитацијата, користејќи го концептот на ситна низа наместо точкасти честички. Ова е уште една интересна област за надминување на стандардните идеи за физиката на микросветот.

Од несомнен интерес е изградбата на теорија користејќи го концептот на „фундаментална должина“ (Там, Кадишевски, итн.) - ова е исто така една од областите на истражување надвор од вообичаената рамка.

Што може да послужи како доверливо упатство за надминување на СМ? На кои растојанија (на кои енергии) СМ очигледно ќе престане да „работи“? За која поопшта теорија SM е граница на ниска енергија? Само идните експерименти можат да одговорат на овие прашања. Како што е познато, тие можат да бидат од два вида. Првиот вклучува унапредување во регионот на мали растојанија со помош на акцелератори кои ги забрзуваат честичките до повисоки енергии, вториот вклучува прецизни мерења на веќе постигнатите енергии на тие вредности, чија вредност придонесува со процесите што се случуваат на кратки растојанија.

Не постои цврста и сигурна теоретска основа за „физика надвор од SM“. Овде засега можеме да зборуваме само за одредени области на истражување. Најпопуларните меѓу нив се:

Суперсиметрија, сложени кваркови и лептони, „големо обединување“, супержици, техниколор и некои други.

За теориите на супержици, карактеристичната скала е Планковата маса MP = 1019 GeV. „Големото обединување“ на интеракциите треба да се случи при енергии од редот на 1015 GeV.

Погоре веќе разговаравме за голем број можни теоретски шеми.

Ајде да кажеме неколку зборови за суперсиметријата (SUSY), која доби големо внимание во последните две децении. SUSY е нов тип на симетрија во светот на елементарните честички, заснован на унифициран опис на бозони и фермиони. Во рамките на SUSI, секоја честичка е поврзана со суперчестичка чиј спин се разликува за 1/2. Така, фотонот, W - и Z-бозоните со спин 1 одговараат на суперчестичките на Дирак „фотино“, „вино“ W и „зино“ Z; Кварковите и лептоните одговараат на скаларните „кваркови“ и „слептоните“, а скаларните „Хигс“ одговараат на „Шигс“ со спин 1/2.

Сите честички и суперчестички вклучени во една супермултиплет мора да имаат иста маса. Сепак, не е забележано ништо слично на дегенерацијата на масовниот спектар на постоечките фермиони и бозони. Покрај тоа, дури и ако не ги земеме предвид разликите во масите, треба да се каже дека фермионите што ни се познати не можат да се толкуваат како суперпартнери на постоечките бозони.

Оттука, со оптимистички став кон самиот концепт на SUSI, следуваат два заклучоци:

Суперсиметријата на елементарните честички се реализира во скршена форма со големо расцепување на масите во супермултиплети;

треба да се откријат суперчестички.

Несомнено е дека откривањето на суперчестичките би било светол сигнал за новата, нестандардна физика. Меѓутоа, досега нивната потрага не беше успешна. Од податоците достапни денес, се добиваат само проценки за масите на овие објекти:

Како теоретска шема, SUSI ги задоволува највисоките естетски барања. Теориите на супержиците должат голем дел од својата привлечност на суперсиметријата својствена за нив.

Комбинацијата на идејата SUSI со принципот на мерач доведе до нетривијална генерализација на теоријата на гравитација - супергравитација. Во рамките на универзалниот суперсиметричен опис на фермиони и бозони, се бришат разликите помеѓу структурните компоненти на материјата, од една страна, и носителите на интеракциите, од друга. Конечно, во теориите за суперсиметрично поле, проблемот со ултравиолетовите дивергенции ја губи својата итност: или тие целосно исчезнуваат овде, или соодветната процедура за ренормализација е значително поедноставена.

Претходно беше кажано дека, со точност до 1014 cm, кварковите и лептоните може да се сметаат за елементарни објекти без структура и дека токму оваа идеја на овие фермиони е својствена за SM.

Сепак, повторувањето на генерации и големото изобилство на кваркови и лептони (во три генерации кваркови има 18 кваркови (вклучувајќи ги и бојата) и лептони) може да биде навестување за нивната сложена природа.

Предложени се многу соодветни модели. Кварковите и лептоните во нив се изградени од мал број пофундаментални фермиони (пракваркови, субкваркови, преони... - сè уште нема општо прифатено име за овие „составни делови“).

Друга мистерија во физиката на честичките се однесува на проблемот со асиметријата на материја-антиматерија во Универзумот. Постојат два услови кои можат да го објаснат ова - нестабилноста на барионите - силно интерактивни честички (предмет на истражување во големи експерименти кои не се акцелератори) и кршење на КП (тие ќе се проучуваат во следната генерација на експерименти со интензивни г-мезонски зраци на нови инсталации кои овозможуваат да се набљудуваат прекршувањата на КП при распаѓање на Б-мезоните). Постои и хипотеза за постоење на друг Универзум, каде што, за разлика од нашиот, преовладуваат античестички.

Физиката на честички може исто така да даде одговор на мистеријата за темната материја во Универзумот. Сите набљудувања бараат нови форми на небарионска темна материја. Тоа би можело да бидат нови суперсиметрични честички и/или масивни неутрина. Има и други можности.

Сè уште нема јасен одговор на прашањето дали неутрината имаат маса. Експерименти за директно набљудување на масата на неутрино или трансформација на едно неутрино во друго („осцилации на неутрино“

Pontecorvo и други) се планирани во идните истражувачки програми на акцелераторите.

За да го заклучиме овој дел, може накратко да се сумира дека изминатите неколку години дадоа прецизна потврда за стандардниот модел. Сепак, постојат многу мистерии што ги обезбедуваат и теоријата и експериментите, а напорите денес се насочени кон изнаоѓање излез од оваа ситуација. Насоките на „излезот“ се двосмислени и, без да се преправаме дека сме целосни, испитавме само некои (се надеваме главните) трендови.

Сега да се вратиме на самиот почеток...

Според современите идеи, засновани на таканаречениот стандарден космолошки модел, во првата микросекунда од своето постоење Универзумот бил толку жежок што можел да се состои само од елементарни честички врзани со основни сили. Тоа беше уникатна високо-енергетска физика лабораторија создадена од самата природа.

Со забрзување на честичките и нивно судирање едни со други во современите копнени лаборатории, ние, во принцип, можеме да научиме многу за основните процеси што првично се случија во Универзумот. Покрај тоа, колку е поголема енергијата на судирите на честичките, толку порано периодот на историјата на Универзумот паѓа во нашето видно поле.

Сепак, познато е дека димензиите на акцелераторите растат доста брзо со зголемување на максималната енергија за која се дизајнирани.

Овде нашите можности ќе бидат исцрпени многу брзо ако не се појават суштински нови идеи и технолошки решенија.

Дозволете ми да ве потсетам дека забрзувачките честички до енергија од 1015 GeV, што одговара на „големото обединување“ на силните и електрослабите интеракции, би барало изградба на акцелератор со големина на Сончевиот систем. И ако сакаме да напредуваме до „Планковата“ енергија од 1019 GeV (во овој момент квантно-гравитационите ефекти стануваат значајни), ќе треба да изградиме забрзувач чиј прстен ќе има должина од редот на 10 светлосни години. години.

Такви машини може да постојат само во имагинацијата на писателите на научна фантастика. Сепак, теоретската мисла храбро продира во доменот на практично недостижните енергии. Во исто време, реализмот и одржливоста на моделите што ја опишуваат интеракцијата на елементарните честички во целиот енергетски опсег се одредуваат, особено со „поврзување“ на овие модели со стандардниот космолошки модел на раниот универзум. Како резултат на тоа, вредните хеуристички идеи и ограничувања се воведени во физиката со висока енергија.

Ова е она што Салам го мисли кога ја гледа раната космологија како една од движечките сили зад модерната физика на честички. Ќе дадам примери за да ја илустрирам легитимноста на оваа гледна точка. Некои од нив несвесно ќе го повторуваат она што беше кажано погоре.

Врз основа на астрофизички проценки за распространетоста на примарните 4 Не е можно да се суди за бројот на различни типови на лесни неутрина и, следствено, за бројот на генерации на лептони и кваркови. Набљудуваната барионска асиметрија на светот може да биде поврзана со појавата во раниот универзум на доминација на кваркови над антикварковите во интеракциите што го прекршуваат законот за зачувување на барионскиот полнеж и CP симетријата.

Многу важен и длабок проблем, за чие решение е заинтересирана и космологијата и теоријата на елементарните честички, е проценката на космолошката константа. За само-конзистентен опис на раниот универзум, воведувањето на овој параметар сега се препознава како неопходно. Од друга страна, според астрономските податоци, во модерната ера вредноста е многу мала (|| 1056 cm2), ако не и нула.

Во теоријата на квантното поле, која не користи суперсиметрија, константата се изразува во однос на вакуумската енергија и формално е бесконечна големина. Ако се воведе разумен прекин во соодветните дивергентни Фејнманови интеграли, тогаш добиената проценка || ќе се разликува од астрономскиот за 50–100 поредоци на магнитуда. Меѓутоа, во теоријата на суперсиметрично поле, сите дивергентни вакуумски дијаграми се откажуваат, што е еквивалентно на = 0. Во овој поглед, се поставува прашањето: дали е можно, со напуштање на точната суперсиметрија, да се избере механизам за нејзино разбивање така што космолошката константа не е нула, но е мал?

Забележете дека вредните информации за физиката на елементарните честички исто така доаѓаат од астрофизички набљудувања кои не се директно поврзани со раната космологија. Така, единствен стимул за потрагата по нови неутрални честички е заклучокот на астрофизичарите дека околу 95% од масата на нашиот Универзум е мистериозната „темна материја“. Посебно место зазема астрофизиката на неутрино, за која настан од примарна важност беше набљудувањето во февруари 1987 година на експлозијата на супернова SN1987A во Големиот Магеланов Облак.

Значи, клучот за решавање на некои итни проблеми на физиката на микрокосмосот може да се најде во проучувањето на макрокосмосот, и обратно, одредени светли фрагменти од физичката слика на макрокосмосот се засноваат на обрасците откриени во проучувањето на микрокосмос.

2. ЗАБРЗНИЦИ НА НАЛНЕТЕНИ ЧЕСТИЧКИ -

ГЛАВНА АЛАТКА ЗА ИСТРАЖУВАЊЕ

НА МАТЕРИЈАЛНИОТ СВЕТ

(МОДЕРЕН ЗАБРЗУВАН АРСЕНАЛ)

Забрзувачите се извори на забрзани честички (електрони, протони, итн.) кои „пренесуваат“ (како светлина во микроскоп) физичка материја, атомски јадра или елементарни честички, предизвикувајќи сложени интеракции во зависност од видот на забрзаните честички, целта, енергијата на забрзаните честички и други експериментални услови.

Покрај акцелераторите, извор на честички (вклучувајќи ги и високите енергии) може да биде прилив на честички родени во вселената - таканаречените космички зраци. Сепак, интензитетот на „космичката“

изворите се мали и брзо се намалуваат со зголемување на енергијата.

Во моментов, акцелераторите се користат за решавање на практични проблеми (наука за материјали, стерилизација на медицинска опрема, откривање недостатоци, субнуклеарни филтри, терапија на тумори, зачувување на земјоделски производи, еколошки проблеми итн.), но најмоќните и најскапите акцелератори се создадени за научни цели. Должината на магнетната патека на забрзувачот (по која елементарните честички се забрзуваат додека се движат) денес достигнува многу километри, а цената на педалот за гас со потребната опрема за истражување изнесува многу милиони рубли. Изградбата на акцелераторски објект за фундаментални истражувања е настан кој бара вклучување на големи материјални и човечки ресурси, како и развој на нови инструменти и технологии.

Можноста за изградба на VBA - „многу голем акцелератор“ - за целата физичка заедница се дискутира веќе неколку години.

Меѓутоа, за научни потреби, потребни се различни акцелераторски комплекси - за забрзување на електрони, протони, тешки јони, со судир на греди и стационарна цел. Затоа, во моментов, меѓународната заедница на физичари се движи по патот на договарање за видовите акцелератори кои треба да се градат во различни региони, учество на различни земји во развојот и изградбата на акцелератори и особено истражувачка опрема - детектори.

Да нагласиме уште еднаш: со помош на акцелератори, при судир на забрзани честички и целни честички, процесите се изведуваат со доволно високи енергии што луѓето можат да ги постигнат под копнени услови. Наелектризираните честички се забрзуваат во вакуумска комора. За да се формира траекторијата на честичките, се создаваат повеќекилометарски прстенести магнетни системи, а честичките се забрзуваат со високофреквентно електрично поле.

Поради еквивалентноста на масата и енергијата воспоставена од Алберт Ајнштајн, максималната енергија на процесот што се случува за време на судирот на честичките ја одредува максималната маса на материјалниот објект што може да се генерира како резултат на овој процес. Затоа, веќе во самиот дизајн на забрзувачот (ограничувачка енергија, судир на греди или стационарна цел, интензитет на зрак) се поставени ограничувања на параметрите на честичките што може да се проучуваат на него.

Зборувајќи за развојот на физиката и технологијата на забрзувачи на наелектризирани честички, би сакал да го забележам извонредниот придонес на домашните специјалисти: физичари, научници за акцелератори, инженери, а меѓу нив и G. I. Budker, V. I. Veksler, A. I. Alikhanov, A. I. Alikhanyan, A. L. А. Н. Скрински, А. П. Комар, А. А. Логунов, А. М. Балдин, М. А. Маркова, Г. Н. Флерова, М. Г. Мешчерјакова, 4 А. Н. Сисакјан В.П. од друга страна, многу имиња на големи научници неволно остануваат зад линијата. Се извинувам на народот и на сеќавањето на луѓето со кои тоа се случи.) Табелите и сликите подолу ги даваат карактеристиките на параметрите на најголемиот во светот акцелератори (работни и во изградба) и ги прикажуваат можностите на современиот арсенал на акцелератори.

Ориз. 2 дава споредба на енергетската скала со очекуваната слика за појавата на унифицирани теории. Се разбира, оваа слика е хипотетичка.

Денес ги имаме енергиите на ЛЕП и Теватрон (1011 1012 eV) и веќе постигнавме обединување на електромагнетните и слабите сили.

Во регионот од 1024 eV се предвидува големо обединување, а во регионот од 1028 eV се предвидува целосно обединување на сите постоечки сили на природата.

На сл. Слика 3 покажува график кој ја прикажува врската помеѓу рекордните енергии постигнати на акцелератори и календарското време. Треба да се нагласи дека во изминатиот половина век е постигнат огромен напредок пред очите на една генерација.

Ориз. 4 го поврзува „календарот“ со достигнувањата на технологијата за забрзување. y-оската е енергетска скала, а различните гранки и точки одговараат на типот на забрзувачот преку кој може да се постигнат овие енергии.

На сл. Слика 5 ги прикажува достигнувањата на енергијата и сјајноста - најважните параметри - на најголемите оперативни и проектирани машини за забрзување.

Развој на високоенергетска физика и акцелератори Од Сл. 6 ги прикажува годините на почетокот на физичките експерименти на најголемите акцелератори во светот.

На сл. Слика 7 покажува на кои енергии стануваат забележливи производните пресеци на голем број моментално интензивно проучувани честички (Z - LEP енергии; J/ - BNL енергии итн.).

Развој на високоенергетска физика и акцелератори Од Сл. 8 можеме да заклучиме со какви сјајности работат најголемите светски акцелератори (кои честички се раѓаат и кои можат да се проучуваат).

Високите енергии (за жал) бараат и голема големина на прстенот за забрзување (освен ако не се појават суштински нови методи за забрзување) (види слика 9).

Во табелата Во табелата 2 се прикажани параметрите на проектираните линеарни судири.

102 Предавања по физика на честички Сл. 10. LEP тунел за судири Номинална осветленост, 1033 cm2 s Вистинска осветленост, 1033 cm2 s Бр. од честички/група на IP (1010) Главен линачен градиент, истоварен/натоварен, MV/m 25/25 21/17 31/- 40/32 73/58 50/37 100/91 80/ x /y, mrad x / , mm d пред стискање, nm Прекини Dx /Dy n (бр. на 's per e) N парови (p = 20 MeV/c, min = 0,15) Nhadrons /вкрстување Njets · 102 s (p = 3,2 GeV/c) Ориз . 11. SPS тунел (SuperProton Synchrotron)

3. МЕЃУНАРОДНА СОРАБОТКА

НАУЧНИЦИ - ФАКТОР НА НАУЧНА СТАБИЛНОСТ

ПРОЕКТИ. JINR - ПРИМЕР ЗА СОРАБОТКА

Комбинирањето на напорите на научниците во областа на физиката со висока енергија не е само почит на традицијата на соработка меѓу физичарите, туку и итна неопходност, знак на времето. Денес, сите три компоненти на искуството во физиката со висока енергија (акцелератор, детектор, електронски компјутер) се единствени, скапи инсталации. За да се остане во чекор со брзиот напредок во оваа област на науката, денес постои само еден начин - да се здружат силите.

Физиката очекува следната генерација на акцелератори да реши голем број основни проблеми, вклучувајќи:

обединување на интеракциите кои постојат во природата (електрослаби, силни и гравитациони);

создавање систематика на елементарните честички (т.е., конечно откривање на нивната структура).

Развој на високоенергетска физика и акцелератори Постигнувањето на овие резултати би ги вратило огромните интелектуални и материјални трошоци што општеството ги направи заради нив. Ако се изгради слика на микросветот (во оваа фаза на знаење), тоа би послужило како огромен поттик за научен и технолошки напредок. Доволно е да се потсетиме на последиците од комбинирањето на електричните и магнетните сили во електромагнетна интеракција, расцепување на атомот и јадрото... Треба да се нагласи дека покрај неговата општа задача, а тоа е проблемот на формирање на нашите идеи за микросветот, висока - енергетската физика е полна со богати можности за влијание врз технолошкиот напредок како благодарение на откритијата во физиката и благодарение на нејзиното влијание врз другите науки. Овој сет на аспекти на проблемот што се разгледува може условно да се припише на директните ефекти од фундаменталните истражувања во физиката на честичките. Но, треба да се земе предвид дека покрај ова, има ефекти и индиректно влијание на овие студии врз техничкиот напредок, за кои е многу тешко да се даде економска оценка, додека придобивките од нив се исклучително големи. Факт е дека развојот на фундаменталната физика е придружен со појава на фундаментално нова, многу модерна физичка опрема, фундаментално нова опрема и методи, кои се користат во многу области на науката и технологијата.

Не би било претерување да се очекува дека откривањето на тајните на микросветот, продлабочувањето на неговата поврзаност со космологијата и решавањето на практичните проблеми во рамките на широката меѓународна соработка ќе покажат кои сложени проблеми можат да се решат со заеднички напори на научниците.

Улогата на меѓународната соработка меѓу научниците уште еднаш беше разбрана во 1993 година. Тажното искуство од затворањето на SSC - проектот на векот во Далас - анализирано од група американски специјалисти предводени од С. Дрел, покажува дека интернационалноста на научниот проектите е моќен стабилизирачки фактор. SSC, иако има голема соработка, беше создаден како дел од националната програма. „Нема национална наука, исто како што нема национална табела за множење. Ако науката е национална, таа веќе не е наука“, ја цитираа експертите изјавата на Чехов во нивниот извештај за затворањето на ССЦ.

Историјата на соработката помеѓу нуклеарните физичари од Истокот и Западот содржи многу светли страници кои ја покажуваат неговата висока ефикасност. Во овој поглед, примерите на CERN и JINR и соработката во и помеѓу овие организации се илустративни.

ЈИНР и ЦЕРН - Европски центар за нуклеарни истражувања* имаат блиски научни врски. Овие научни центри се исклучително млади.Во септември 2004 година ЦЕРН полни 50 години.

ефикасно соработуваат меѓу себе уште од почетокот на нивното постоење.

Добар пример е учеството на Заедничкиот институт во ветувачка научна програма за спроведување на проектот Голем хадронски судирач (LHC) што се создава во ЦЕРН. Дополнително, несомнената заслуга на ЈИНР и ЦЕРН е што со сите нивни активности, кои започнаа во првата повоена деценија, придонесоа за зближување на народите, обединувајќи ги напорите на научниците од десетици земји на полето на „ мирен атом“.

Како заклучок, ќе дадам само многу кратка „визит-картичка“

на нашиот Институт.

Во текот на четирите децении од својата активност, Заедничкиот институт* стана најголемиот повеќеслоен центар за фундаментално нуклеарно истражување, обединувајќи ги напорите на научниците во нивната потрага да разберат како функционира светот околу нас.

Во моментов, 18 држави се членки на Институтот:

Азербејџан, Ерменија, Белорусија, Бугарија, Виетнам, Грузија, Казахстан, Северна Кореја, Куба, Молдавија, Монголија, Полска, Русија, Романија, Словачка, Узбекистан, Украина и Чешка.

Институтот вработува околу 6.000 луѓе (заедно со услужните одделенија), од кои повеќе од 1.000 се научни работници, околу 2.000 се инженерски и технички персонал. Институтот се состои од 7 големи лаборатории, од кои секоја е споредлива по обем и обем на истражување со голем институт.

JINR има извори на зрачење на честички и јадра кои се единствени во нивната класа во широк енергетски опсег. Покрај синхронициклотронот и синхрофазотронот, тука се изградени и работат тешки јонски акцелератори U-200 и U-400. Во 1993 година, екстрахиран зрак на јони беше добиен од циклотронот U-400M. Во 1994 година беше пуштен во употреба Нуклотронскиот суперспроводлив забрзувач на релативистички јадра, а истражувањата се спроведуваат со помош на импулсни брзи неутронски реактори IBR-30 (од 1969 година) и IBR-2 (од 1984 година).

Изгледите за фундаментални истражувања се поврзани со програмата што се спроведува во Институтот за создавање современи основни капацитети. Во 1994 година започна имплементацијата на проектот IREN, чија цел беше создавање пулсен извор на резонантни неутрони со висок флукс. Се развива проект за фабрика c-tau - електронски позитронски судирач со универзален детектор и проект за специјализиран извор на синхротронско зрачење.

Можевме многу да зборуваме за научните насоки на JINR и неговата широка соработка, но веројатно забележавте дека меѓу имињата што ги споменав во далеку од комплетната листа на научници, JINR (како меѓународна организација) е една и пол година помлада од ЦЕРН (денот на потпишувањето на Договорот за формирање на ЈИНР на 26 март 1956 година). - Забелешка. комп.

Имаше многу имиња на физичари од Дубна кои дадоа значаен придонес во развојот на физиката со висока енергија.

ЗАКЛУЧОК

Сега ментално да забрзаме до 1928 година... Професорот Макс Борн, на средба со група посетители на Универзитетот во Гетинген, рече:

„Физика, како што ја разбираме, ќе заврши за 6 месеци“.

Мора да се каже дека Борн до тоа време имаше многу висока репутација како теоретски физичар и неговиот увид не можеше да се негира. Токму тој му објасни на Хајзенберг, кој ја откри матричната форма на квантната механика, дека не се занимава со ништо повеќе од матрици. Тој исто така разви веројатностичко толкување на функцијата на квантно механички бранови.

Илузијата на Борн за „крајот на физиката“ не се појави случајно. Не долго пред ова, Дирак ја открил својата извонредна равенка, која, како што верувал авторот, ги опишала и електронот и протонот одеднаш. Бидејќи во тоа време беа познати само овие честички и бидејќи Дираковата равенка во принцип го реши проблемот на усогласување на барањата на квантната механика и теоријата на релативноста едни со други, на Борн му се чинеше дека физиката како наука се исцрпила себеси.

Оттогаш не поминаа 6 месеци, туку речиси 70 години. Физиката не само што не заврши, туку, напротив, сите овие години постојано, понекогаш и непредвидливо, се развива. Физиката со висока енергија стана нејзин јасен лидер.

Во овој временски период се појавија и беа подобрени акцелераторите и се случи вистинска револуција во развојот на физичките мерни инструменти. Како резултат на тоа, преку заеднички напори на акцелератори, експериментатори и теоретичари, беа откриени многу важни и длабоки обрасци на микросветот. И Паскал беше во право кога рече: „Имагинацијата побрзо ќе се измори од зачнување отколку природата на испорака“. Тука би сакал да завршам.

БИБЛИОГРАФИЈА

1. Салам А. // Физика на честички. 1987. IC/87/402.

2. Feynman R. QED - чудна теорија за светлината и материјата. М.: Наука, 1988. (Библиотека „Квант“, број 66).

3. Howking S. W. Кратка историја на времето. Bantom Books, 1988 година.

4. Okun L. B. Лептони и кваркови. М.: Наука, 1981 година.

5. Rubbia C. „Иднината“ во физиката со висока енергија: CERN-EP/88-130.

6. Bjorken J. D. Теми во Б-физика // Fermilab-Conf-88-134-T.

7. Kadyshevsky V. G. Предавање на Меѓународниот. Школа за млади научници за забрзувачи на наелектризирани честички, Дубна, 1988 година.

Слични дела:

„1 2 3 Содржина 5. Објаснувачка белешка 5.1 целта и целите на медицинската биофизика и нејзиното место во образовниот процес 5.1.1 Целта на наставата по медицинска биофизика 5.1.2 Целите на изучувањето на медицинската биофизика 5.1.3 Местото на дисциплината во структурата на ООП. 5.1.4 Интердисциплинарни врски 5.1.5 Матрица за компетентност на дисциплината. 5.1.6 Видови на контрола. Форми на тековната контрола што се користат во работата 6. Структура и содржина на дисциплината 6.1 Опсег на дисциплината и видови воспитно-образовна работа 6.2 Назив на теми, нивната содржина, волумен...“

„МИНИСТЕРСТВОТО ЗА ОБРАЗОВАНИЕ И НАУКА НА РУСКАТА ФЕДЕРАЦИЈА ДРЖАВНА ОБРАЗОВНА ИНСТИТУЦИЈА ЗА ВИСОКО ПРОФЕСИОНАЛНО ОБРАЗОВАНИЕ Државниот универзитет Воронеж ГО ОДОБРИ ректорот Д.А. Ендовицки 2011 м.п. ДОПОЛНИТЕЛНА СТРУЧНА ОБРАЗОВНА ПРОГРАМА за усовршување на научни и педагошки работници на државните установи за високо стручно образование и државните научни организации кои работат во системот на виша и постдипломска...“

„Сојузната агенција за железнички транспорт Федерална државна буџетска образовна институција за високо професионално образование Уралскиот државен транспортен универзитет (Урал државен транспортен универзитет) СЕРИЈА БИБЛИОГРАФСКИ ИНДЕКСИ РАБОТА НА ВРАБОТЕНИТЕ УСУПС Сергеј Петрович БАУТИН ГОДИШНИНА ИБЛИОГОДИШНА БИБЛИОГРАФИКА1933 012 Издавачка куќа Екатеринбург UrGUPS 2012 BBK Ch 755.3 B29 Series основана во 2005 година Баутин Сергеј Петрович: годишнина...“

„Вести за бледа еонтологија и стратиграфија, 201 О, бр. 14, стр.111-140 Додаток на J/SURNA Геологија и геофизика, Т. 51 UDC 575.321:564. 1 НОВИ ПОДАТОЦИ ЗА СИСТЕМАТИКАТА НА бивалвите од Јура и Креда од фамилијата OXYTOMIDAE ICHlKAWA, 1958 o. A. Lutikov 1, B. N. Shurygin 2 / Истражувачки институт за палеонтологија, стратиграфија и седиментологија, Новосибирск, ул. Б. Хмелницки, исклучен. 14; Русија 630110, 60, 2Институт за геологија и геофизика на нафта и гас IM. А.А. Трофимука СО РАД...“

«iiexs ieuex reweveex howmnyn hrm ©oryi iuyh ueqs §xhrexy ¦vseuex reeeywxis rewe hssvis xhs wesx eFHIFHP ( 4hiferenil hvsrowmner4 msngitow$ym fizikm$emtik$tixmkwnn g i¤weqs iiex ( ЈЗУ ДРЖАВА ЕРЕВАН УНИВЕРЗИТЕТ Думанјан Ваграм Жораевич ЗА ПРОБЛЕМОТ ДИРИХЛЕТ ЗА ОПШТА ЕЛИПТИЧНА РАВЕНКА ОД ВТОР РЕДЕН АПСТРАКТ на дисертацијата за степенот доктор по физичко-математички науки, специјалност 01.01.02 – Диференцијална...

„14-Геофизика: земјина кора, океан, атмосфера Полина Викторовна Абдрахимова, 5-та година Уфа, Државен универзитет во Башкир, физички карактеристики на температурното поле во повеќеслоен систем при индукциско загревање на столб Рамил Фајзирович Шарафутдинов, доктор по физички и математички науки. е-пошта: [заштитена е-пошта]страна 457 Абдрашитов Вакил Хајдарович, магистер 2 години студирање Уфа, Државен универзитет во Башкир, Институт за физика и технологија Експериментална студија за распределба на температурата на...“

„КРАТКА ИСТОРИЈА НА ВРЕМЕТО СТИФЕН ХОКИНГ Леонард Млодинов КРАТКА ИСТОРИЈА НА ВРЕМЕТО АМФОРА АМФОРА НА Санкт Петербург 2011 Стивен Хокинг, Леонард Млодинов: Кратка историја на времето UDC 524.8 BBK 22.68 22.68 XX700 S. доцни од англиски од Бакиџан Оралбеков Научен уредник А.

« Државен Универзитет ОДОБРЕН од Деканот на Физичко-технолошкиот факултет Б.Б. Педко 2012 Воспитно-методолошки комплекс за дисциплината ПРАКТИКУМ ОПШТА ФИЗИКА. МОЛЕКУЛАРНА ФИЗИКА за редовни студенти од 1 година од насоката 010700.62 Физика, специјалности 010801.65 Радиофизика и електроника, 010704.65 Физика на кондензирана...“

„Федерална агенција за образование на Руската Федерација НАЦИОНАЛЕН УНИВЕРЗИТЕТ ЗА НУКЛЕАРНО ИСТРАЖУВАЊЕ MEPhI S. N. Borisov Прирачник за физика За помош на учениците од 8-мо одделение Москва 2009 UDC 53 (075) BBK 22.3ya7 B82 Borisov S.N. Прирачник за физика. Да им помогне на учениците од 8-мо одделение. – М.: Национален истражувачки нуклеарен универзитет MEPhI, 2009. – 84 стр. Во овој прирачник се претставени пет теми кои се изучуваат во предметот физика за 8 одделение. За секоја тема се презентира потребниот теоретски материјал, се разгледуваат примери за решавање проблеми...“

„Б.М. Синелников, А.Г. Храмцов, И.А. Евдокимов, С.А. Рјабцева, А.В. Серов Лактоза и неговите деривати Научен уредник Академик на Руската академија за земјоделски науки А.Г. Khramtsov Објавено со помош на невладината организација Russian Union of Dairy Industry Enterprises (Dairy Union of Russia) Санкт Петербург 2007 UDC 637.044+637.345 BBK 36.95 Lac19 Рецензенти: К.К. и наука на Руската Федерација, д-р тех. науки, проф., раководител. оддел Државниот аграрен универзитет Воронеж;...“

„Vernadsky Moscow Science 1993 UDC 614.7 Диоксините како еколошка опасност: ретроспектива и перспективи / Л.А. Федоров. М.: Наука. 1993. - 266 стр. - ISBN 5-02-001674-8 Монографијата накратко испитува некои аспекти на проблемот на високо токсичните сенобиотици како што се полихалогираните дибензо-n-диоксини, полихалогирани дибензофурани и...“

„2012 Што е нуклеарна медицина Кузмина Н.Б. Центар за нуклеарна медицина NRNU MEPhI Содржина Вовед Што е нуклеарна медицина? Компјутеризирана томографија со емисија на еден фотон Позитронска емисиона томографија ПЕТ за животни Компјутеризирана томографија Магнетна резонанца Технологии за радионуклиди и терапија со зрачење Технологии Производство на радиофармацевтски препарати Акцелератори на наелектризирани честички за производство на изотопи и терапија со зрачење.18 Информациски технологии во нуклеарната медицина Изгледи...“

„1961 декември T. LXXV, број. 4 НАПРЕДОК НА ФИЗИЧКИТЕ НАУКИ ИНДЕКС НА СТАТИИ ОБЈАВЕНИ ВО НАПРЕДОКИТЕ НА ФИЗИЧКИТЕ НАУКИ, ТОМ I - L X X V (1918-1961)*) 630 I. Азбучен индекс на автори II. Индекс на предметот 707 727 Акустика 707 Кристална состојба на материјата 728 Архитектонска акустика.... 707 Луминисценција Астрофизика 708 Магнетни својства на супстанции... Атом 708 Магнетохидродинамика на фисија на атомското јадро. .

„МИНИСТЕРСТВО ЗА ОБРАЗОВАНИЕ И НАУКА НА РФ Сојузната државна буџетска образовна институција за високо професионално образование Државниот универзитет Твер го ОДОБРИ Деканот на Биолошкиот факултет _ С.М. "

„1 Министерство за образование и наука на Руската Федерација Федерална државна буџетска образовна институција за високо професионално образование Владимир Државниот универзитет именуван по Александар Григориевич и Николај Григориевич Столетов Факултет за радиофизика, електроника и медицинска технологија Извештај за учебната 2012/13 Владимир 2013 година 1 2 ИЗВЕШТАЈ за работата на ФРЕМТ во учебната 2012/2013 година I. Имплементација на планот за работа на Советот на ФРЕМТ за учебната 2012/2013 година. година. Во врска со формирањето на Институтот...“

„1945 НАПРЕДОК НА ФИЗИЧКИТЕ НАУКИ T. XXVII, бр. 1 ЗАБРЗУВАЊЕ НА ЕЛЕКТРОНИТЕ СО КОРИСТЕЊЕ НА ЕЛЕКТРОМАГНЕТНА ИНДУКЦИЈА (KERST'S BETATRON) A.P. Grinberg Во 1940 година, американскиот физичар Доналд Керст изградил индукциски електронски акцелератор на Универзитетот во Илиноис (Ербана). Техничкиот арсенал на физиката е збогатен со нов извонреден уред, нов метод. Керст беше првиот кој успешно ја спроведе во пракса идејата која долго време се појави за користење на феноменот на електромагнетна индукција за забрзување на електроните, а тоа...“

„Голема библиотека со ретки книги на www:goldbiblioteca.ru Мистериите на кантосот на Бхагавата Пурана 1-12: I II III IV V VI VII VIII IX X XI XII „Бхагавата Пурана е зрелиот плод на дрвото на ведската литература“. (1.1.3.) „ИНСТИТУТ ЗА ПРАКТИЧНА МЕТАФИЗИКА“ Санкт Петербург 2001 година Сурендра Мохан Дас (наполитанец С. М.) Мистериите на Бхагавата Пурана (Кантос 1-12). - Санкт Петербург: „Институт за практична метафизика“, 2001. - 432 стр. Книгата дава детален приказ на еден од најпознатите и најавторитативните ведски...“

„UDC 91:327 Lysenko A. V. Математичко моделирање како метод за проучување на феноменот на автономизам во политичката географија Националниот универзитет Таурид именуван по V. I. Vernadsky, Симферопол е-пошта: [заштитена е-пошта]Прибелешка. Статијата ја испитува можноста за користење на математичкото моделирање како метод за проучување на политичката географија, го открива концептот на територијалниот автономизам, како и факторите на неговата генеза. Клучни зборови: математичко моделирање,...“

« Мамин-Сибирјак) Вовед Најголемиот физичар и мислител на нашето време, М. Планк, рекол: Науката е внатрешна обединета целина. Неговата поделба на посебни области не се должи толку на природата на нештата колку на ограничувањата на човековото сознание. Во реалноста постои нераскинат синџир од физиката и хемијата преку биологијата...“

„МИНИСТЕРСТВО ЗА ОБРАЗОВАНИЕ И НАУКА НА УКРАИНА НАЦИОНАЛЕН УНИВЕРЗИТЕТ НА ДОНЕЦК НАУЧНА БИБЛИОТЕКА НА ДОННУ Серија на Видатни Вчени на Националниот универзитет во Донецк Основана во 2005 година АНАТОЛИ ИВАНОВИЧ БАЖИН годишнината од раѓањето на Југобиографски 700th K V253.3ya1 UDC 532(09) Bazhin Составил: Клименко Л.Е., водечки библиограф на научната библиотека на ДонНУ Макарова Т.И., главен библиограф на научната библиотека на ДонНУ Научен уредник: Бажин А.И., доктор...“

Физиката на елементарните честички е тесно поврзана со физиката на атомското јадро. Оваа област на модерната наука се заснова на квантни концепти и во својот развој продира понатаму во длабочините на материјата, откривајќи го мистериозниот свет на нејзините фундаментални принципи. Во физиката на елементарните честички, улогата на теоријата е исклучително важна. Поради неможноста за директно набљудување на таквите материјални објекти, нивните слики се поврзуваат со математички равенки, со забранувачки и дозволени правила кои им се наметнуваат.

По дефиниција, елементарните честички се примарни, неразградливи формации од кои, по претпоставка, се состои целата материја. Всушност, овој термин се користи во поширока смисла - за означување на голема група на микрочестички на материја кои не се структурно обединети во јадра и атоми. Повеќето предмети за проучување во физиката на честичките не ја исполнуваат строгата дефиниција за елементарност, бидејќи тие се композитни системи. Затоа, честичките кои го задоволуваат ова барање обично се нарекуваат навистина елементарно.

Првата елементарна честичка откриена во процесот на проучување на микрокосмосот кон крајот на 19 век била електрон . Следниот беше отворен протон (1919), потоа дојде редот неутрон , отворена во 1932 година . Егзистенција позитрон теоретски беше предвиден од П. Дирак во 1931 година, а во 1932 година овој позитивно наелектризиран „близнак“ на електронот беше откриен во космичките зраци Карл Андерсон. Претпоставка за постоење во природата неутрино Паули во 1930 година, а експериментално беше откриен дури во 1953 година. Во составот на космичките зраци во 1936 година тие беа пронајдени му мезони (муони ) – честички од двата знака на електричен полнеж со маса од околу 200 електронски маси. Во сите други аспекти, својствата на мионите се многу блиску до својствата на електронот и позитронот. Исто така во космичките зраци во 1947 година позитивни и негативни пи мезони , чие постоење го предвидел јапонски физичар Хидеки Јукававо 1935. Подоцна се покажа дека постои и неутрален пи мезон.

Во раните 50-ти. откриена е голема група на честички со многу необични својства, што ги поттикнало да бидат именувани "чудно". Првите честички од оваа група се откриени во космичките зраци, тоа се К-мезони и знаците и Л-хиперон (ламбда хиперон). Забележете дека мезоните го добиле своето име од грчкиот јазик. „просечно, средно“ поради фактот што масите на првите откриени честички од овој тип (пи-мезони, му-мезони) имаат маса меѓу масата на нуклеон и електрон. Хипероните го земаат своето име од грчкиот јазик. „горе, повисоко“, бидејќи нивните маси ја надминуваат масата на нуклеон. Последователните откритија на чудни честички беа направени со помош на акцелератори на наелектризирани честички, кои станаа главна алатка за проучување на елементарните честички.

Така тие беа отворени антипротон , антинеутронска и голем број хиперони. Во 60-тите откриени се значителен број на честички со исклучително краток век на траење, кои биле наречени резонанци . Како што се испостави, повеќето од познатите елементарни честички припаѓаат на резонанци. Во средината на 70-тите. откриено е ново семејство на елементарни честички, кое го добило романтичното име „маѓепсана “, а во раните 80-ти - семејства « убава » честички и т.н средно векторски бозони . Откривањето на овие честички беше брилијантна потврда на теоријата заснована на кварк модел елементарни честички, кои го предвиделе постоењето на нови честички долго пред нивното откривање.

Така, во текот на времето по откривањето на првата елементарна честичка - електронот - во природата беа откриени многу (околу 400) микрочестички на материја, а процесот на откривање на нови честички продолжува. Се покажа дека светот на елементарните честички е многу, многу сложен, а нивните својства се различни и често крајно неочекувани.

Сите елементарни честички се материјални формации со исклучително мали маси и големини. Повеќето од нив имаат маси од редот на масата на протонот (~10–24 g) и димензии од редот од 10–13 m. Ова ја одредува чисто квантната специфичност на нивното однесување. Важно квантно својство на сите елементарни честички (вклучувајќи го и фотонот што им припаѓа) е тоа што сите процеси со нив се случуваат во форма на низа чинови на емисија и апсорпција (способност да се раѓаат и уништат при интеракција со други честички) . Процесите кои вклучуваат елементарни честички се однесуваат на сите четири типа фундаментални интеракции: силни, електромагнетни, слаби и гравитациони. Силна интеракција поради врзувањето на нуклеоните во атомското јадро. Електромагнетна интеракцијаобезбедува поврзување на електроните со јадрата во атомот, како и поврзување на атомите во молекулите. Слаби интеракција предизвикува, особено, распаѓање на квазистабилни (т.е., релативно долготрајни) честички со животен век во опсег од 10-12 ÷ 10-14 секунди. Гравитациска интеракција на растојанија карактеристични за елементарните честички од ~ 10–13 cm, поради малата маса, има исклучително низок интензитет, но може да биде значаен на ултра кратки растојанија. Интензитетот на интеракциите: силни, електромагнетни, слаби и гравитациски – при умерена енергија на процесите се соодветно 1: 10 –2: 10 –10: 10 –38. Во принцип, како што се зголемува енергијата на честичките, овој однос се менува.

Елементарните честички се класифицираат според различни критериуми и мора да се каже дека генерално нивната прифатена класификација е доста сложена.

Во зависност од нивното учество во различни типови на интеракции, сите познати честички се поделени во две главни групи: хадрониИ лептони.

Хадрониучествуваат во сите видови на интеракции, вклучувајќи ги и силните. Името го добиле од грчкиот јазик. „голем, силен“.

Лептонине учествувајте во силни интеракции. Нивното име доаѓа од грчкиот јазик. „лесен, тенок“, бидејќи масите беа познати до средината на 70-тите. честичките од оваа класа беа значително помали од масите на сите други честички (освен фотонот).

Хадроните ги вклучуваат сите бариони (група честички со маса не помала од масата на протон, така наречена од грчкиот „тешки“) и мезони . Најлесниот барион е протон.

Лептоните се, особено, електронИ позитрон,муонидвата знака неутринотри вида (вклучени лесни, електрично неутрални честички само во слаби и гравитациони интеракции). Се претпоставува дека неутрината се вообичаени во природата како и фотоните, а многу различни процеси водат до нивно формирање. Карактеристична карактеристика на неутриното е неговата огромна продорна моќ, особено при ниски енергии. Заклучувајќи ја класификацијата по видови на интеракции, треба да се забележи дека фотон учествува само во електромагнетни и гравитациони интеракции. Покрај тоа, според теоретските модели насочени кон обединување на сите четири типа на интеракција, постои хипотетичка честичка која носи гравитационо поле, кое се нарекува гравитон . Особеноста на гравитонот е што тој (според теоријата) учествува само во гравитациската интеракција. Забележете дека теоријата поврзува уште две хипотетички честички со квантните процеси на гравитациска интеракција - гравитино И гравифотон . Експерименталното откривање на гравитоните, т.е. во суштина, гравитациското зрачење, е исклучително тешко поради неговата исклучително слаба интеракција со материјата.

Во зависност од нивниот животен век, елементарните честички се делат на стабилен, квазистабилен И нестабилна (резонанци ).

Стабилни честички се електронот (неговиот животен век τ > 10 21 година), протонот (τ > 10 31 година), неутриното и фотонот. Честичките кои се распаѓаат поради електромагнетни и слаби интеракции се сметаат за квазистабилни; нивниот животен век е τ > 10-20 секунди. Резонанци– честички кои се распаѓаат како резултат на силна интеракција, нивниот животен век е во опсег од 10 – 22 ÷ 10 – 24 s.

Вообичаен е и друг вид на поделба на елементарните честички. Системите на честички со нула и целоброен спин се покоруваат Бозе статистика–Ајнштајн, затоа таквите честички обично се нарекуваат бозони . Опишана е колекција на честички со спин од половина цел број Ферми статистика–Дирак, оттука и името на таквите честички - фермиони .

Секоја елементарна честичка се карактеризира со одреден сет на дискретни физички величини - квантни броеви. Карактеристиките заеднички за сите честички се Тежинам,цел животτ, спинЈИ Електрично полнењеП. Спинот на елементарните честички зема вредности еднакви на целобројни или полуцели множители на Планковата константа. Електричните полнежи на честичките се цели множители на електронскиот полнеж, што се разгледува елементарен електричен полнеж.

Покрај тоа, елементарните честички дополнително се карактеризираат со т.н внатрешни квантни броеви . Лептоните се припишуваат специфично лептонски полнежЛ= ±1, носат хадрони со спин од половина цел број барионски полнеж B = ±1 (хадроните со B = 0 формираат подгрупа мезони).

Важна квантна карактеристика на хадроните е внатрешен паритет Р, земајќи ја вредноста ±1 и рефлектирајќи го својството на симетрија на функцијата на брановиот честички во однос на просторната инверзија (слика во огледало). И покрај незачувувањето на паритетот во слабите интеракции, честичките со добра точност земаат внатрешни вредности на паритет еднакви или +1 или – 1.

Покрај тоа, хадроните се поделени на обични честички (протон, неутрон, пи-мезони), чудни честички ( ДО-мезони, хиперони, некои резонанци), „шармирани“ и „убави“ честички. Тие одговараат на специјални квантни броеви: чудностС,ШармСОИ убавинаб. Овие квантни броеви се воведени во согласност со кварк модел да ги толкуваат специфичните процеси карактеристични за овие честички.

Меѓу хадроните има групи (семејства) на честички со слични маси, идентични внатрешни квантни броеви, но се разликуваат по електричен полнеж. Таквите групи се нарекуваат изотопски мултиптии се карактеризираат со вкупен квантен број - изотопски спин , кој, како обичен спин, прифаќа цели и полуцели вредности.

Што е веќе повеќепати споменатото кварков модел на хадрони ?

Откривањето на моделот на групирање на хадроните во мултипти послужи како основа за претпоставката за постоење на посебни структурни формации од кои се изградени хадроните - кваркови . Претпоставувајќи го постоењето на такви честички, можеме да претпоставиме дека сите хадрони се комбинации на кваркови. Оваа смела и хеуристички продуктивна хипотеза беше изнесена во 1964 година од американскиот физичар Мареј Гел-Мен. Нејзината суштина беше претпоставката за присуство на три фундаментални честички со спин од половина цел број, кои се материјал за изградба на хадрони: u-,г- И с- кваркови. Последователно, врз основа на новите експериментални податоци, моделот на кваркови на структурата на хадроните беше дополнет со уште два кварка: „шарм“ ( Со) и „убава“ ( б). Постоењето на други видови кваркови се смета за можно. Карактеристична карактеристика на кварковите е тоа што имаат фракциони вредностиелектрични и барионски полнежи, кои не се наоѓаат во ниту една од познатите честички. Сите експериментални резултати за проучување на елементарните честички се конзистентни со моделот на кварк.

Според моделот на кваркови, барионите се состојат од три кваркови, мезони - од кварк и антички . Бидејќи некои бариони се комбинација од три кваркови во иста состојба, што е забрането со принципот на Паули (види погоре), секој тип ( „арома„) на кваркот му беше доделен дополнителен внатрешен квантен број "боја". Кварк од секој тип („вкус“ - у, г, с, в, б) може да биде во три состојби на „боја“. Во врска со употребата на концепти за боја, беше наречена теоријата за силна интеракција на кваркови квантна хромодинамика (од грчка „боја“).

Можеме да претпоставиме дека кварковите се нови елементарни честички и тие тврдат дека се навистина елементарни честички за хадронската форма на материјата. Сепак, проблемот со набљудувањето на слободните кваркови и глуони останува нерешен. И покрај систематските пребарувања во космичките зраци кај високоенергетските акцелератори, сè уште не е можно да се детектираат во слободна состојба. Има добри причини да се верува дека овде физиката е соочена со посебен природен феномен - т.н кварк затворање.

Факт е дека постојат сериозни теоретски и експериментални аргументи во прилог на претпоставката дека силите на интеракција помеѓу кварковите не слабеат со растојанието. Ова значи дека е потребна бескрајно повеќе енергија за да се раздвојат кварковите, па затоа, појавата на кваркови во слободна состојба е невозможна. Оваа околност им дава на кварковите статус на сосема посебни структурни единици на материјата. Можеби токму поаѓајќи од кварковите, експерименталното набљудување на фазите на фрагментација на материјата е фундаментално невозможно. Препознавањето на кварковите како навистина постоечки објекти на материјалниот свет не само што претставува впечатлив случај на приматот на идејата во однос на постоењето на материјален ентитет. Се поставува прашањето за ревизија на табелата на основните светски константи, бидејќи полнежот на кваркот е три пати помал од полнежот на протонот, а со тоа и на електронот.

Од откривањето на позитронот, науката се сретнала со честички на антиматерија. Денес е очигледно дека за сите елементарни честички со ненулта вредности на барем еден од квантните броеви, како на пр. Електрично полнењеП,лептонски полнежЛ,барионски полнежВО,чудностС,ШармСОИ убавинаб, постои античестички со исти вредности на маса, животен век, спин, но со спротивни знаци на горенаведените квантни броеви. Познати се честичките кои се идентични со нивните античестички, тие се нарекуваат вистина неутрален . Примери за навистина неутрални честички се фотонот и еден од трите пи-мезони (другите две се честички и античестички во однос на едни со други).

Карактеристична карактеристика на интеракцијата на честичките и античестичките е нивната уништување при судир, односно меѓусебно уништување со формирање на други честички и исполнување на законите за зачувување на енергијата, импулсот, полнежот итн. Типичен пример за уништување на пар е процесот на трансформација на електрон и неговата античестичка - позитрон - во електромагнетно зрачење (во фотони или гама кванти). Уништувањето на парот се случува не само за време на електромагнетна интеракција, туку и за време на силна интеракција. На високи енергии лесните честички можат да се уништат и да формираат потешки честички– под услов вкупната енергија на уништувачките честички да го надмине прагот за раѓање на тешки честички (еднаков на збирот на нивните енергии на одмор).

Со силни и електромагнетни интеракции, постои целосна симетрија помеѓу честичките и нивните античестички, односно сите процеси што се случуваат помеѓу првите се исто така можни за вторите. Затоа, антипротоните и антинеутроните можат да формираат јадра на атомите антиматерија т.е., во принцип, антиматеријата може да се изгради од античестички. Се поставува очигледно прашање: ако секоја честичка има античестичка, тогаш зошто нема акумулации на антиматерија во проучуваниот регион на Универзумот? Навистина, нивното присуство во Универзумот, дури и некаде „блиску“ до Универзумот, може да се процени според моќното зрачење на уништување кое доаѓа на Земјата од областа на контакт помеѓу материјата и антиматеријата. Сепак, модерната астрофизика нема податоци што би ни овозможиле дури и да претпоставиме присуство на региони исполнети со антиматерија во Универзумот.

Како се случи изборот во корист на материјата и на штета на антиматеријата во Универзумот, иако законите на симетријата во основа се исполнети? Причината за овој феномен, најверојатно, беше токму нарушувањето на симетријата, односно флуктуацијата на ниво на основите на материјата.

Едно е јасно: ако не се случеше таква флуктуација, судбината на Универзумот ќе беше тажна - целата негова материја ќе постоеше во форма на бескраен облак од фотони што произлегува од уништувањето на честичките од материјата и антиматеријата.

ПРАШАЊА ЗА САМОКОНТРОЛА

1. Каков е феноменот на научните револуции? Како се поврзува со општите филозофски закони?

2. Кој е научниот метод? Кој е неговиот алгоритам? Каква улога игра развојот на хипотезите во неговото спроведување?

3. Објаснете го значењето на принципот на кореспонденција што го предложи N. Bohr. Како тој ја одредува судбината на застарените теории?

4. Кој е основниот концепт на И.Њутн, кој тој го постави како основа за класичната физика?

5. Кои околности доведоа до замена на корпускуларната теорија на светлината со теоријата на бранови?

6. Кои интеракции меѓу материјалните предмети имаат фундаментален статус?

7. Која контроверзност ја предизвика потребата да се развие специјалната теорија на релативноста?

8. Која е разликата помеѓу инерцијалните и неинерцијалните референтни рамки? Како настанала општата теорија на релативноста?

9. Која е основната разлика во движењето на макро-објектите и квантните честички? Како атомите на материјата емитуваат кванти на зрачење?

10. Каков е концептот на двојност на материјата бран-честичка? Дали електронот има бранова должина?

ЗАДАЧИ ЗА САМОСТОЈНА РАБОТА

1 . Со поставување и логично тестирање на хипотезите, разрешете ги следниве противречности:

1.1. Атомското јадро се состои од електрично неутрални неутрони и позитивно наелектризирани протони. Обвиненијата со исто име, како што е познато, одбиваат (запишете ја класичната формула на електростатскиот закон на Кулон, запомнете кој од законите на Њутн е напишан во слична форма).

_____________________________________________________________________________________________________________________

1.2. Објаснете како јадрото одржува стабилност и висока густина. Користете ги следните референтни податоци:

– густината на јадрото е од редот на 10 13 g/cm 3, што е за 11 реда на големина поголема од густината на металите;

– атомската големина е околу 10–8 cm, големината на јадрото е 10–13 cm;

– во природата се познати четири типа на фундаментални интеракции: гравитациски, електромагнетни, силни и слаби;

– интензитетот на фундаменталните интеракции се намалува од силни во електромагнетни, а потоа на слаби и гравитациски во однос: 1: 10 –2: 10 –8: 10 –38.

_____________________________________________________________________________________________________________________

Тестирајте ги сите можни хипотези и пронајдете ја единствената логички конзистентна. Започнете со доаѓање до општа хипотеза.

2 . Теоријата за бранови на светлината се воспостави по успешно објаснување на широк опсег на светлосни феномени, вклучувајќи ги и феномените на дифракција и интерференција, што не може да се објасни во однос на корпускуларната теорија на светлината.

Објаснете:

2.1. Како светлината се гаси со светлина за време на пречки и дали законот за зачувување на енергијата не е прекршен?

_____________________________________________________________________________________________________________________

2.2. Кои се сличностите и разликите помеѓу појавите дефинирани со јасно согласните термини „рефракција“ и „дифракција“.

_____________________________________________________________________________________________________________________

Одговори ги следниве прашања:

2.3. Кои феномени не можат да се објаснат во однос на теоријата на брановите на светлината?

_____________________________________________________________________________________________________________________

2.4. Кој е концептот на дуализам бран-честички и кој општ филозофски закон го одразува тој?

_____________________________________________________________________________________________________________________

2.5. Кои експерименти може да се искористат за емпириско тестирање на хипотезата дека честичките од материјата (на пример, електроните) имаат брановидни својства?

_____________________________________________________________________________________________________________________

2.6. Работата на кој модерен уред се заснова на употребата на брановите својства на електроните?

_____________________________________________________________________________________________________________________

3 . Во согласност со класификацијата на елементарните честички според нивното учество во фундаменталните интеракции, фотонот учествува не само во електромагнетната, туку и во гравитациската интеракција. Исто така, познато е дека масата на одмор на фотонот е нула.

Следствено, ако се водиме од Њутновиот закон за универзална гравитација, се појавува очигледна контрадикција.

3.1. Решете ја оваа противречност врз основа на следните податоци:

– законот за универзална гравитација, иако точно го предвидува резултатот од мерењето, не ја открива природата на гравитацијата;

– природата на гравитацијата се објаснува со општата теорија на релативноста, која покажува дека гравитирачката материја ја менува геометријата на простор-времето.

_____________________________________________________________________________________________________________________

3.2. Објасни како се одредува масата на релативистичка честичка.

_____________________________________________________________________________________________________________________

3.3. Зошто ниту една релативистичка честичка, освен ултра-релативистичкиот фотон, не може да ја достигне брзината на светлината?

_____________________________________________________________________________________________________________________

ЛИТЕРАТУРА

Главна :

1. Азимов А. Избор на катастрофи. – М.: Амфора, 2001 г.

2. Вернадски V.I. Филозофски мисли на натуралист. - М., 1988 година.

3. Дубнишева Т. Ја Концепти на модерната природна наука. - Новосибирск, 1988 година.

4. Prigogine I., Stengers I. Ред од хаос. - М., 1986 година.

5. Салопов Е. Ф. Концепти на модерната природна наука. – М.: Владос, 1998 година.

Дополнителни :

6. Weinberg S. Првите три минути. Модерен поглед на потеклото на универзумот - М.: Наука, 1981 година.

7. Gaidenko V. B., Smirnov G. A. Западноевропската наука во средниот век. - М.: Наука, 1989 година.

8. Kapitsa P. L. Експеримент, теорија, пракса. – М.: Наука, 1981 година.

9. Kirillin V. A. Страници од историјата на науката и технологијата. - М.: Наука. 1986 година.

10. Клименко И.С., Енгвер Н.Н. Концепти на модерната природна наука. - М., 2002 година.

11. Кун Т. Структура на научните револуции - М.: Прогрес, 1975 година.

12. Lakatos I. Методологија на научно-истражувачките програми // Прашања на филозофијата. – 1995. – бр.4.

13. Лошев А.Ф., Тахо-Годи А.А. Платон. Аристотел. – М.: Млада гарда, 1993 година.

14. Ајнштајн А., Инфелд Л. Еволуција на физиката. - М.: Млада гарда, 1966 година.

15. Emslie J. Element. - М.: Мир, 1993 година.

ТЕРМИНОЛОШКИ РЕЧНИК

Хадрони(од грчкиот αδpos - големи, силни) - класа на елементарни честички кои учествуваат во силна интеракција. Хадроните ги вклучуваат сите бариониИ мезони, вклучувајќи резонанци.

Алгоритам(од латинскиот алгоритам - транслитерација на името на централноазискиот научник ал-Хорезми, кој имаше големо влијание врз развојот на математиката во Европа) - конечен сет на правила кои овозможуваат чисто механичко решавање на кој било специфичен проблем од одредена класа на слични проблеми.

Анализа(од латински анализа - распаѓање, распарчување) - метод на научно истражување што се состои во ментално или вистинско распаѓање на целината на нејзините составни делови (елементи); често се користи како синоним за научно истражување воопшто; анализата е нераскинливо поврзана со синтеза(поврзување на елементи во една целина).

Поништување(од доцниот латински annihilatio - исчезнување, преобразување во ништо) - еден од видовите меѓусебни трансформации на елементарните честички што се јавува кога честичка се судира со античестичка; при уништување материјане исчезнува, туку се трансформира од една во друга форма, на пример за време на уништувањето електронИ позитронсе јавуваат квантиелектромагнетно зрачење.

Античестички(од грчкиот αυτι - против) - елементарни честички кои имаат иста маса, вртење, животен век и други внатрешни карактеристики како нивните „близнаци“, но се разликуваат од нив во знакот на некои карактеристики на интеракција (на пример, електричен полнеж, магнетен момент ) .

Атом(од грчки αтоμοs - неделива) - најмалата честичка на хемиски елемент што ги задржува своите својства; се состои од тешки кернели, кој има позитивен електричен полнеж и светлосните честички што го опкружуваат - електронисо негативни електрични полнежи кои ги формираат електронските обвивки на атомот.

Барјоните(од грчки βαρυς - тежок) - група „тешки“ елементарни честички со полуцел број спини маса не помала од масата протон; учествуваат во сите познати фундаментални интеракции. Барјоните вклучуваат нуклеони(протонИ неутрон),хиперони, како и многу резонанции " шармирани честички.

Близина– идејата според која заемодејството меѓу телата оддалечени едно од друго се врши преку средна средина или посредни врски кои со конечна брзина ја пренесуваат интеракцијата од точка до точка.

Верификација(од латински verus - точно и фацио - правам) - верификација, емпириска потврда на теоретските одредби на науката преку нивна споредба со набљудувани објекти, експериментални податоци.

Функција на бранови– во квантната механика, величина што целосно ја опишува состојбата на микрообјектот и, воопшто, на секој квантен систем. Квадратот на брановата функција ги дава веројатностите на оние величини од кои зависи самата бранова функција. Функцијата на бранот се нарекува и амплитуда на веројатност.

Хипотеза(од грчки υποθεσις - основа) - научна претпоставка изнесена за објаснување на феномен и која бара експериментална верификација и теоретско оправдување за да стане веродостојна научна теорија.

Голем дострел– идејата според која дејството на телата едно врз друго се пренесува веднаш преку празнина на произволно големи растојанија; Откривањето на електромагнетното поле покажа дека концептот за дејство на долг дострел е неточен.

Детерминизам(од латински determino - одредување) - филозофска доктрина за објективната, природната врска и каузалноста на сите појави.

Дискретност(од латински discretus - поделен) - дисконтинуитет; се спротивставува на континуитетот, заедно со него сочинуваат категории кои ја карактеризираат структурата на материјата и процесот на нејзиниот развој.

Дифракција(од латински diffractus - скршен) - отклонување на брановите што се случува кога тие се шират во нехомогени медиуми, свиткувајќи се околу пречките.

Инваријантност(од латински invariantis - непроменливо) - непроменливост на која било количина кога се менуваат физичките услови или во врска со некои трансформации, обично трансформации на координати и време.

Интеграција(од латински integratio - реставрација) - процес на зближување и поврзување на науките, што се случува заедно со процесите на нивното диференцијација; генерално, концепт што значи состојба на поврзаност на одделни делови од системот во целина, како и процес што води до таква состојба.

Пречки во бранови– појава забележана при истовремено ширење на два или повеќе бранови во вселената, кога кога се додаваат на различни точки во просторот, добиениот бран се зајакнува или ослабува. Интерференцијата е типична за бранови од која било природа.

Квантна– концепт воведен од М. Планк за да назначи елементарен дискретен дел од енергијата.

Кваркови– хипотетички материјални честички од кои според современите идеи се состои се хадрони. Најчестата верзија на теоријата претпоставува постоење на четири кваркови (и соодветни антикваркови), од кои секоја може да постои во три состојби кои се разликуваат по квантен број - „боја“.

Концепт(од латински conceptio - систем) - одреден начин на разбирање, толкување на какви било појави, главната гледна точка, водечката идеја за нивно осветлување; водечката идеја, конструктивниот принцип на различни видови интелектуална активност.

Двојност бран-честичка- позицијата дека секој микрообјект на материјата ( фотони, електрони, протониитн.) ги имаат својствата и на честичките (корпукулите) и на брановите.

Лептони(од грчки λεπτος - светло) - елементарни честичкисо полуцел број спин, не учество во силни интеракции. Лептоните вклучуваат електрон,мион,неутринои други честички.

Мезони(од грчки μεσος - просечен, среден) - нестабилен елементарни честичкиСонула или цел број спинкои припаѓаат на класата хадронии нема барионски полнеж; се носители на нуклеарни сили.

Неутрино(италијанско неутрино – деминутив на „неутрон“) – стабилна, непополнета елементарна честичка со спин од половина цел број и, веројатно, нулта маса; се однесува на лептони, учествува само во слаби и гравитациони интеракции.

Неутрон(англиски неутрон, од латински среден - ниту едното ниту другото) - електрично неутрално елементарна честичкасо полуцел број спини маса малку поголема од масата протон; припаѓа на класата хадронии е дел од групата бариони. Сè е изградено од неутрони и протони атомскикернели.

Принцип на несигурност– фундаментална позиција на квантната теорија, која вели дека кој било физички систем не може да биде во состојби во кои координатите на неговиот центар на инерција и моментум истовремено добиваат добро дефинирани вредности.

Нуклеон(од латински nucleus - јадро) - заедничко име протонИ неутрон, кои се компоненти атомскијадра.

Парадигма(од грчки παραδειγμα - примерок) - првичен концептуален модел за поставување проблеми и нивни решенија, методи на истражување кои преовладувале во одреден историски период во научната заедница.

Позитрон(од латински positivus - позитивен) - елементарна честичка со позитивен електричен полнеж, античестичкакон електрон.

Постулат(од латински postulatum - барање) - изјава прифатена во рамките на која било научна теорија како вистинита, иако не е докажлива со нејзините средства, и затоа игра улога на аксиома во неа.

Протон(од грчки πρωτος - прво) - стабилна елементарна честичкасо спин од половина цел број и маса од 1836 електронски маси.

Принцип на кореспонденција– принципот на односот меѓу теориите кои сукцесивно меѓусебно се менуваат, формулиран од N. Bohr, кој се состои во тоа што секоја нова теорија не целосно ја отфрла претходната, туку ја вклучува како посебен случај.

Спин(од англискиот спин - ротација) - внатрешниот аголен момент (моментум на движење) на микрочестичката, кој има квантна природа и не е поврзан со движењето на честичката како целина; мерено во единици на Планковата константа.

Принцип на манипулација(од латински falsifico - до лажна) - принципот на разликување на научното и ненаучното знаење, што се состои во тоа што критериумот за научната природа на теоријата е нејзината фалсификливост, т.е. побитливост.

Фотон(од грчки φωτος - светлина) - квант на електромагнетното поле, неутрален елементарна честичкасо нулта маса и единечно вртење.

Флуктуации(од латински fluctuatio - флуктуација) - случајни отстапувања од просечните вредности на набљудуваните количини што карактеризираат систем од голем број честички; се одвиваат за какви било случајни процеси.

Еволуција(од латински evolutio - распоредување) - идеја за промени во природата и општеството, нивната насока, ред и модели.

Електрон- прво елементарна честичка, откриен во физиката, материјален носител со најмала маса и најмал електричен полнеж во природата.

Елементарни честички

Ентропија(од грчки εν + τροπη – трансформација) – функција на состојбата на термодинамичкиот систем. Нерамнотежните процеси во изолиран систем се придружени со зголемување на ентропијата. Концептот на ентропија е широко користен во физиката, хемијата, биологијата и теоријата на информации.

Атомско јадро– централниот масивен дел на атомот, кој се состои од нуклеони(протони и неутрони) врзани со нуклеарни сили.

Откривањето на елементарните честички беше природен резултат на општите успеси во проучувањето на структурата на материјата постигнати од физиката на крајот на 19 век.

Подготвен е со сеопфатни студии за оптичките спектри на атомите, проучување на електрични феномени во течности и гасови, откривање на фотоелектрицитет, рендгенски зраци и природна радиоактивност, што укажува на постоење на сложена структура на материјата.

Историски, првата откриена елементарна честичка беше електронот, носител на негативниот елементарен електричен полнеж во атомите. Во 1897 година, Џ.

Е. атомски јадра - честички со единица позитивен полнеж и маса 1840 пати поголема од масата на електрон. Друга честичка која е дел од јадрото, неутронот, била откриена во 1932 година од страна на Џ. Чадвик додека ја проучувал интеракцијата на алфа честичките со берилиумот. Неутронот има маса блиска до масата на протонот, но нема електрично полнење. Откривањето на неутронот ја заврши идентификацијата на честичките - структурните елементи на атомите и нивните јадра.

Заклучокот за постоењето на честичка на електромагнетно поле - фотон - потекнува од работата на М. Планк (1900). Претпоставувајќи дека енергијата на електромагнетното зрачење од апсолутно црно тело е квантизирана, Планк ја добил точната формула за спектарот на зрачење. Развивајќи ја идејата на Планк, А. Ајнштајн (1905) претпоставува дека електромагнетното зрачење (светлина) е всушност проток на поединечни кванти (фотони), и врз оваа основа ги објасни законите на фотоелектричниот ефект. Директен експериментален доказ за постоењето на фотонот беше даден од R. Millikan (1912-1915) и A. Compton (1922).

Откривањето на неутриното, честичка која речиси не е во интеракција со материјата, потекнува од теоретската претпоставка на В. Паули (1930), која, поради претпоставката за раѓање на таква честичка, овозможи да се елиминираат тешкотиите со законот. на зачувување на енергијата во процесите на бета распаѓање на радиоактивните јадра. Постоењето на неутрина беше експериментално потврдено дури во 1953 година (Ф. Рејнс и К. Кован, САД).

Од 30-тите до раните 50-ти. проучувањето на елементарните честички било тесно поврзано со проучувањето на космичките зраци. Во 1932 година, К. Андерсон открил позитрон (е+) во космичките зраци - честичка со маса на електрон, но со позитивен електричен полнеж. Позитронот е првата откриена античестичка. Постоењето на e+ директно следи од релативистичката теорија на електронот, развиена од П. Дирак (1928-31) непосредно пред откривањето на позитронот. Во 1936 година, американските физичари К. Андерсон и С.

Во 1947 година, исто така во космичките зраци, групата на С. Пауел откри p+ и p- мезони со маса од 274 електронски маси, кои играат важна улога во интеракцијата на протоните со неутроните во јадрата. Постоењето на такви честички беше предложено од Х. Јукава во 1935 година.

Крајот на 40-тите - почетокот на 50-тите. беа обележани со откривањето на голема група честички со необични својства, наречени „чудни“. Првите честички од оваа група, К+- и К- мезони, L-, S+ -, S--, X- хиперони, беа откриени во космичките зраци, последователните откритија на чудни честички беа направени кај акцелератори - инсталации кои создаваат интензивни текови на брзи протони и електрони. Кога се судираат со материјата, забрзаните протони и електрони раѓаат нови елементарни честички, кои стануваат предмет на проучување.

Од раните 50-ти. акцелераторите станаа главна алатка за проучување на елементарните честички. Во 70-тите Енергиите на честичките забрзани во акцелераторите изнесуваат десетици и стотици милијарди електрон волти (GeV). Желбата да се зголемат енергиите на честичките се должи на фактот дека високите енергии отвораат можност за проучување на структурата на материјата на пократки растојанија, толку е поголема енергијата на честичките кои се судираат. Акцелераторите значително ја зголемија стапката на добивање нови податоци и за кратко време го проширија и збогатија нашето знаење за својствата на микросветот. Употребата на акцелератори за проучување на чудни честички овозможи подетално да се проучат нивните својства, особено карактеристиките на нивното распаѓање, и наскоро доведе до важно откритие: разјаснување на можноста за промена на карактеристиките на некои микропроцеси за време на работата на огледалото. одраз - повреда на простори, паритет (1956). Пуштањето во употреба на протонски акцелератори со енергија од милијарди електрон волти овозможи да се откријат тешки античестички: антипротон (1955), антинеутрон (1956), анти-сигма хиперони (1960). Во 1964 година, откриен е најтешкиот W- хиперон (со маса од околу две протонски маси). Во 1960-тите Кај акцелераторите, беа откриени голем број екстремно нестабилни (во споредба со другите нестабилни елементарни честички) честички, наречени „резонанции“. Масите на повеќето резонанци ја надминуваат масата на протонот. Првиот од нив, D1, е познат од 1953 година. Се покажа дека резонанциите го сочинуваат најголемиот дел од елементарните честички.

Во 1962 година, беше откриено дека постојат две различни неутрина: електрон и мион. Во 1964 година, таканаречената неконзервација беше откриена во распаѓањето на неутралните К-мезони. комбиниран паритет (воведен од Ли Цунг-дао и Јанг Жен-нинг и независно од Л.Д. Ландау во 1956 година), што значи потреба да се ревидираат вообичаените гледишта за однесувањето на физичките процеси за време на работата на рефлексијата на времето.

Во 1974 година беа откриени масивни (3-4 протонски маси) и во исто време релативно стабилни y-честички, со невообичаено долг животен век за резонанции. Се покажа дека тие се тесно поврзани со новото семејство на елементарни честички - „шармираните“, чии први претставници (D0, D+, Lc) беа откриени во 1976 година. Во 1975 година, беа добиени првите информации за постоењето на тежок аналог на електронот и мионот (тежок лептон t). Во 1977 година беа откриени Ў-честички со маса од околу десет протонски маси.

ПЛАН

Вовед

1. Откривање на елементарни честички

2. Теории за елементарни честички

2.1. Квантна електродинамика (QED)

2.2. Теорија на кварк

2.3. Електрослаб теорија

2.4. Квантна хромодинамика

Заклучок

Литература

Вовед.

Во средината и втората половина на дваесеттиот век, беа добиени навистина неверојатни резултати во оние гранки на физиката кои ја проучуваат основната структура на материјата. Пред сè, ова се манифестираше со откривањето на цела низа нови субатомски честички. Тие обично се нарекуваат елементарни честички, но не сите од нив се навистина елементарни. Многу од нив, пак, се состојат од уште повеќе елементарни честички.

Светот на субатомските честички е навистина разновиден. Тие вклучуваат протони и неутрони кои ги сочинуваат атомските јадра, како и електрони кои орбитираат околу јадрата. Но, има и честички кои практично никогаш не се наоѓаат во материјата околу нас. Нивниот животен век е исклучително краток, тоа е најмалите делови од секундата. По ова исклучително кратко време, тие се распаѓаат во обични честички. Има неверојатен број такви нестабилни краткотрајни честички: неколку стотици од нив се веќе познати.

Во 1960-тите и 1970-тите, физичарите беа целосно збунети од бројот, разновидноста и чудноста на новооткриените субатомски честички. Се чинеше дека им нема крај. Сосема е нејасно зошто има толку многу честички. Дали овие елементарни честички се хаотични и случајни фрагменти од материјата? Или можеби тие го имаат клучот за разбирање на структурата на Универзумот? Развојот на физиката во следните децении покажа дека нема сомнеж за постоењето на таква структура. На крајот на дваесеттиот век. физиката почнува да го разбира значењето на секоја од елементарните честички.

Светот на субатомските честички се карактеризира со длабок и рационален ред. Овој редослед се заснова на основни физички интеракции.

1. Откривање на елементарни честички.

Откривањето на елементарните честички беше природен резултат на општите успеси во проучувањето на структурата на материјата постигнати од физиката на крајот на 19 век. Подготвен е со сеопфатни студии за оптичките спектри на атомите, проучување на електрични феномени во течности и гасови, откривање на фотоелектрицитет, рендгенски зраци и природна радиоактивност, што укажува на постоење на сложена структура на материјата.

Историски, првата откриена елементарна честичка беше електронот, носител на негативниот елементарен електричен полнеж во атомите. Во 1897 година, J. J. Thomson утврдил дека т.н. катодните зраци се формираат од млаз од ситни честички наречени електрони. Во 1911 година, Е. Радерфорд, пренесувајќи алфа честички од природен радиоактивен извор низ тенки фолии од различни супстанции, открил дека позитивниот полнеж во атомите е концентриран во компактни формации - јадра, а во 1919 година открил протони - честички со единица позитивен полнеж и маса 1840 пати поголема од масата на електрон. Друга честичка која е дел од јадрото, неутронот, била откриена во 1932 година од страна на Џ. Чадвик додека ја проучувал интеракцијата на алфа честичките со берилиумот. Неутронот има маса блиска до масата на протонот, но нема електрично полнење. Откривањето на неутронот ја заврши идентификацијата на честичките - структурните елементи на атомите и нивните јадра.

Од раните 50-ти. акцелераторите станаа главна алатка за проучување на елементарните честички. Во 70-тите Енергиите на честичките забрзани во акцелераторите изнесуваат десетици и стотици милијарди електрон волти (GeV). Желбата да се зголемат енергиите на честичките се должи на фактот дека високите енергии отвораат можност за проучување на структурата на материјата на пократки растојанија, толку е поголема енергијата на честичките кои се судираат. Акцелераторите значително ја зголемија стапката на добивање нови податоци и за кратко време го проширија и збогатија нашето знаење за својствата на микросветот. Употребата на акцелератори за проучување на чудни честички овозможи подетално да се проучат нивните својства, особено карактеристиките на нивното распаѓање, и наскоро доведе до важно откритие: разјаснување на можноста за промена на карактеристиките на некои микропроцеси за време на работата на огледалото. одраз - т.н. повреда на простори, паритет (1956). Пуштањето во употреба на протонски акцелератори со енергија од милијарди електрон волти овозможи да се откријат тешки античестички: антипротон (1955), антинеутрон (1956), анти-сигма хиперони (1960). Во 1964 година, откриен е најтешкиот W- хиперон (со маса од околу две протонски маси). Во 1960-тите Кај акцелераторите, беа откриени голем број екстремно нестабилни (во споредба со другите нестабилни елементарни честички) честички, наречени „резонанции“. Масите на повеќето резонанци ја надминуваат масата на протонот. Првиот од нив, D1 (1232), е познат уште од 1953 година. Се покажа дека резонанциите го сочинуваат најголемиот дел од елементарните честички.

Во 1974 година беа откриени масивни (3-4 протонски маси) и во исто време релативно стабилни y-честички, со невообичаено долг животен век за резонанции. Испадна дека тие се тесно поврзани со новото семејство на елементарни честички - „шармирани“, чии први претставници (D0, D+, Lс) беа откриени во 1976 година. Во 1975 година, беа добиени првите информации за постоењето на тежок аналог на електронот и мионот (тежок лептон t). Во 1977 година беа откриени Ў-честички со маса од околу десет протонски маси.

Така, со текот на годините од откривањето на електронот, беа идентификувани огромен број различни микрочестички на материјата. Светот на елементарните честички се покажа како доста сложен. Својствата на откриените елементарни честички се покажаа како неочекувани во многу аспекти. За да се опишат, покрај карактеристиките позајмени од класичната физика, како што се електричен полнеж, маса, аголен импулс, неопходно беше да се воведат многу нови посебни карактеристики, особено да се опишат чудните елементарни честички - чудност (К. Нишиџима, М. Гел -Man , 1953), „шармирани“ елементарни честички - „шарм“ (американски физичари J. Bjorken, S. Glashow, 1964); Имињата на дадените карактеристики веќе ја одразуваат необичноста на својствата на елементарните честички што ги опишуваат.

Проучувањето на внатрешната структура на материјата и својствата на елементарните честички од нејзините први чекори беше придружено со радикална ревизија на многу воспоставени концепти и идеи. Законите што го регулираат однесувањето на материјата во малото се покажаа толку различни од законите на класичната механика и електродинамика што бараа сосема нови теоретски конструкции за нивниот опис.

2. Теории за елементарни честички

2.1. Квантна електродинамика (QED)

Квантната механика ни овозможува да го опишеме движењето на елементарните честички, но не и нивното создавање или уништување, т.е., се користи само за опишување системи со константен број на честички. Генерализација на квантната механика е теорија на квантно поле - ова е квантна теорија на системи со бесконечен број на степени на слобода (физички полиња). Потребата за таква теорија е генерирана од дуализмот на квантните бранови, постоењето на бранови својства во сите честички. Во квантната теорија на полето, интеракцијата е претставена како резултат на размената на квантите на полето.

Во средината на дваесеттиот век. создадена е теорија на електромагнетна интеракција - квантна електродинамика QED е теорија на интеракција помеѓу фотоните и електроните, обмислена до најмалите детали и опремена со совршен математички апарат. QED се заснова на опис на електромагнетната интеракција користејќи го концептот на виртуелни фотони - неговите носители. Оваа теорија ги задоволува основните принципи и на квантната теорија и на релативноста.

Во центарот на теоријата е анализата на актите на емисија или апсорпција на еден фотон од една наелектризирана честичка, како и уништување на пар електрон-позитрон во фотон или создавање на таков пар од фотони.

Ако во класичниот опис електроните се претставени како топка со цврста точка, тогаш во QED електромагнетното поле што го опкружува електронот се смета како облак од виртуелни фотони што немилосрдно го следи електронот, опкружувајќи го со енергетски кванти. Откако електрон емитира фотон, тој генерира (виртуелна) електрон-позитрон пора, која може да се уништи и да формира нов фотон. Вториот може да се апсорбира од оригиналниот фотон, но може да генерира нов пар, итн. Така, електронот е покриен со облак од виртуелни фотони, електрони и позитрони, кои се во состојба на динамичка рамнотежа. Фотоните се појавуваат и исчезнуваат многу брзо, а електроните не се движат во вселената по добро дефинирани траектории. Сè уште е можно на еден или друг начин да се одредат почетните и крајните точки на патеката - пред и по расејувањето, но самата патека во интервалот помеѓу почетокот и крајот на движењето останува неизвесна.

Описот на интеракцијата со помош на честичка носител доведе до проширување на концептот на фотон. Воведени се концептите на реален (квантум на светлина видлив за нас) и виртуелен (минлив, духовен) фотон, кој се „гледа“ само од наелектризираните честички кои се подложени на расејување.

За да тестираат дали теоријата се согласува со реалноста, физичарите се фокусираа на два ефекти кои беа од особен интерес. Првиот се однесуваше на енергетските нивоа на атомот на водород, наједноставниот атом. Според QED, нивоата треба да бидат малку поместени во однос на положбата што би ја зазеле во отсуство на виртуелни фотони. Вториот одлучувачки тест на QED се однесуваше на исклучително малата корекција на магнетниот момент на самиот електрон. Теоретските и експерименталните резултати од тестирањето на QED се совпаѓаат со најголема точност - повеќе од девет децимални места. Ваквата впечатлива кореспонденција дава за право да се смета QED за најнапредната од постојните природни научни теории.

По овој триумф, QED беше усвоен како модел за квантен опис на другите три фундаментални интеракции. Се разбира, полињата поврзани со други интеракции мора да одговараат на други честички носители.

2.2. Теорија на кварк

Теоријата за кваркови е теорија за структурата на хадроните. Главната идеја на оваа теорија е многу едноставна. Сите хадрони се направени од помали честички наречени кваркови. Ова значи дека кварковите се повеќе елементарни честички од хадроните. Кварковите носат фракционо електрично полнење: тие имаат полнеж чија вредност е или -1/3 или +2/3 од основната единица - полнежот на електронот. Комбинацијата од два и три кваркови може да има вкупно полнење од нула или еден. Сите кваркови имаат спин S, па затоа се класифицирани како фермиони. Основачи на теоријата на кваркови беа Гел-Ман и Цвајг, со цел да се земе предвид сè што беше познато во 60-тите. хадроните воведоа три типа (вкусови) кваркови: u (од горе-горно), d (од доле-долно) и s (од чудно-чудно).

Кварковите можат да се комбинираат едни со други на еден од двата можни начини: или во тројки или во парови кварк-антикварк. Три кваркови сочинуваат релативно тешки честички - бариони, што значи „тешки честички“. Најпознати бариони се неутронот и протонот. Полесните парови кварк-антикварк формираат честички наречени мезони - „средни честички“. На пример, протонот се состои од два у-кваркови и еден д-кварк (uud), а неутронот се состои од два д-кваркови и еден у-кварк (udd). , потребна е сила за држење, одреден „лепак“.

Излегува дека добиената интеракција помеѓу неутроните и протоните во јадрото е едноставно резидуален ефект од помоќната интеракција помеѓу самите кваркови. Ова објасни зошто силните интеракции изгледаат толку сложени. Кога протонот се „лепи“ за неутрон или друг протон, интеракцијата вклучува шест кваркови, од кои секој е во интеракција со сите други. Значителен дел од силата се троши на цврсто лепење на трио кваркови, а мал дел се троши на прицврстување на два триа кваркови еден за друг. (Но, се покажа дека кварковите учествуваат и во слабата интеракција. Слабата интеракција може да го промени вкусот на кваркот. Така се распаѓа неутронот. Еден од d-кварковите во неутронот се претвора во у-кварк, а вишокот полнеж го носи електрон роден во исто време. Слично на тоа, промената на вкусот, слабата интеракција доведува до распаѓање на другите хадрони.)

Фактот дека сите познати хадрони може да се добијат од различни комбинации на трите основни честички беше триумф за теоријата на кваркови. Но, во 70-тите. Откриени се нови хадрони (пси честички, упсилонски мезон итн.). Ова и нанесе удар на првата верзија на теоријата на кварк, бидејќи веќе немаше простор за ниту една нова честичка во неа. Сите можни комбинации на кваркови и нивните антикваркови се веќе исцрпени.

Проблемот беше решен со воведување на три нови вкусови. Го добиле името - чаре (чаре), или со; б -кварк (од дното - дното, а почесто убавина - убавина, или шарм); Последователно, беше воведен уште еден вкус - t (од врвот - горниот дел).

Кварковите се држат заедно со силни интеракции. Носители на силната интеракција се глуоните (обвиненија во боја). Областа на физиката на честички која ја проучува интеракцијата на кварковите и глуоните се нарекува квантна хромодинамика. Исто како што квантната електродинамика е теорија на електромагнетна интеракција, квантната хромодинамика е теорија на силна интеракција.

Иако постои одредено незадоволство од шемата на кваркови, повеќето физичари сметаат дека кварковите се навистина елементарни честички - точки-како, неделиви и без внатрешна структура. Во овој поглед тие личат на лептони и долго време се претпоставуваше дека мора да постои длабока врска помеѓу овие две различни, но структурно слични семејства.

Така, најверојатниот број на вистински елементарни честички (не сметајќи ги носителите на основните интеракции) на крајот на дваесеттиот век е 48. Од нив: лептони (6x2) = 12 плус кваркови (6x3)x2 = 36.

2.3. Електрослаб теорија

Во 70-тите години на дваесеттиот век, се случи извонреден настан во природните науки: две од четирите интеракции на физиката беа комбинирани во едно. Сликата за основните принципи на природата стана нешто поедноставна. Електромагнетните и слабите интеракции, навидум многу различни по природа, всушност се покажаа како две варијанти на еден т.н. електрослаба интеракција. Теоријата за електрослаба интеракција имаше одлучувачко влијание врз понатамошниот развој на физиката на елементарните честички на крајот на дваесеттиот век.

Главната идеја при конструирањето на оваа теорија беше да се опише слабата интеракција на јазикот на концептот на полето на мерач, според кој клучот за разбирање на природата на интеракциите е симетријата. Една од основните идеи во физиката од втората половина на дваесеттиот век. - ова е верувањето дека сите интеракции постојат само за да се одржи одреден сет на апстрактни симетрии во природата. Каква врска има симетријата со основните интеракции? На прв поглед, самата претпоставка за постоење на таква врска изгледа парадоксална и неразбирлива.

Најпрво за тоа што се подразбира под симетрија. Општо е прифатено дека објектот има симетрија ако објектот остане непроменет како резултат на една или друга операција за негова трансформација. Така, сферата е симетрична бидејќи изгледа исто кога се ротира под кој било агол во однос на нејзиниот центар. Законите на електричната енергија се симетрични во однос на замената на позитивните полнежи со негативни и обратно. Така, под симетрија подразбираме непроменливост при одредена операција.

Постојат различни видови симетрии: геометриски, огледални, негеометриски. Меѓу негеометриските има т.н симетрии на мерачот. Симетриите на мерачот се апстрактни по природа и не се директно фиксирани. Тие се поврзани со промена на референцата ниво, скала или вредностнекоја физичка количина . Системот има симетрија на мерачот ако неговата природа останува непроменета при овој вид на трансформација.Така, на пример, во физиката, работата зависи од разликата во височините, а не од апсолутната висина; напон - од потенцијалната разлика, а не од нивните апсолутни вредности итн. Симетриите на кои се заснова ревизијата на разбирањето на четирите фундаментални интеракции се токму од овој вид. Трансформациите на мерачот може да бидат глобални или локални. Трансформациите на мерачот кои варираат од точка до точка се познати како „локални“ мерач трансформации. Постојат голем број локални симетрии на мерачот во природата и потребен е соодветен број полиња за да се компензираат овие трансформации на мерачот. Полињата на силите може да се сметаат како средство со кое во природата се создаваат симетрии на локални мерач својствени за природата.Значењето на концептот на симетрија на мерачот е во тоа што теоретски ги моделира сите четири фундаментални интеракции кои се наоѓаат во природата. Сите тие може да се сметаат како полиња со мерач.

Претставувајќи ја слабата интеракција како поле за мерач, физичарите произлегуваат од фактот дека сите честички кои учествуваат во слабата интеракција служат како извори на нов тип на поле - поле на слаби сили. Слабо интерактивни честички, како што се електроните и неутрината, носат „слаб полнеж“, што е аналогно на електричното полнење и ги врзува овие честички со слабо поле.

За да се прикаже слабото поле за интеракција како поле за мерач, прво е неопходно да се утврди точната форма на соодветната симетрија на мерачот. Факт е дека симетријата на слабата интеракција е многу посложена од електромагнетната. На крајот на краиштата, самиот механизам на оваа интеракција се покажува како покомплексен. Прво, во распаѓањето на неутронот, на пример, слабата интеракција вклучува честички од најмалку четири различни типови (неутрон, протон, електрон и неутрино). Второ, дејството на слабите сили доведува до промена на нивната природа (преобразување на некои честички во други поради слаба интеракција). Напротив, електромагнетната интеракција не ја менува природата на честичките кои учествуваат во неа.

Ова го одредува фактот дека слабата интеракција одговара на посложена симетрија на мерачот поврзана со промена на природата на честичките. Се покажа дека за да се одржи симетријата, тука се потребни три нови полиња на сили, наспроти едно електромагнетно поле. Добиен е и квантен опис на овие три полиња: треба да има три нови типа на честички - носители на интеракција, по еден за секое поле. Сите тие се наречени тешки векторски бозони со спин 1 и се носители на слабата интеракција.

Честичките W + и W - се носители на две од трите полиња поврзани со слабата интеракција. Третото поле одговара на електрично неутрална носителка, наречена честичка Z. Постоењето на Z честичката значи дека слабата интеракција не може да биде придружена со пренос на електричен полнеж.

Во создавањето на теоријата за електрослаба интеракција, концептот на спонтано кршење на симетрија одигра клучна улога: не секое решение на проблемот мора да ги има сите својства на неговото првобитно ниво. Така, честичките кои се сосема различни при ниски енергии може всушност да испаднат дека се една иста честичка при високи енергии, но во различни состојби. Врз основа на идејата за спонтано кршење на симетрија, авторите на теоријата за електрослаба интеракција, Вајнберг и Салам, успеаја да решат голем теоретски проблем - тие комбинираа навидум некомпатибилни работи (значителна маса на слаби носители на интеракција, од една страна , и идејата за непроменливост на мерачот, која ја претпоставува природата со долг дострел на полето на мерачот, и значи нулта маса на мирување на носителите честички, од друга страна) и на тој начин комбиниран електромагнетизам и слаба интеракција во унифицирана теорија на поле за мерење.

Оваа теорија претставува само четири полиња: електромагнетното поле и три полиња што одговараат на слабите интеракции. Дополнително, воведено е постојано скаларно поле (т.н. Хигсово поле), со кое честичките различно комуницираат, што ја одредува разликата во нивните маси. (Скаларните кванти на полето се нови елементарни честички со нула спин. Тие се нарекуваат Хигс (именуван по физичарот П. Хигс, кој го предложил нивното постоење). Покрај тоа, голем број физичари сметаат дека нивното постоење е опционално, но сè уште не е пронајден совршен теоретски модел без Хигсови бозони) Првично, квантите W и Z немаат маса, но кршењето на симетријата води до фактот дека некои честички Хигс се спојуваат со W и Z честички, давајќи им маса.

Теоријата ги објаснува разликите во својствата на електромагнетните и слабите интеракции со кршење на симетријата. Ако симетријата не беше скршена, тогаш двете интеракции би биле споредливи по големина. Кршењето на симетријата повлекува нагло намалување на слабата интеракција. Можеме да кажеме дека слабата интеракција е толку мала бидејќи честичките W и Z се многу масивни. Лептоните ретко се собираат на толку кратки растојанија (р< 1 0 n см., где n = - 1 6). Но при больших энергиях (>1 0 0 GeV), кога W и Z честичките можат слободно да се произведуваат, размената на W и Z бозоните се случува исто толку лесно како и размената на фотони (честички без маса). Разликата меѓу фотоните и бозоните е избришана.Под овие услови треба да постои целосна симетрија помеѓу електромагнетните и слабите интеракции - електрослабата интеракција.

Тестирањето на новата теорија се состоеше од потврдување на постоењето на хипотетички W и Z честички. Нивното откритие стана возможно само со создавање на многу големи акцелератори од најновиот тип. Откривањето на W и Z честичките во 1983 година значеше триумф на теоријата за електрослаба интеракција. Повеќе немаше потреба да се зборува за четирите фундаментални интеракции. Останаа три од нив.

2.4. Квантна хромодинамика

Следниот чекор на патот кон Големото обединување на фундаменталните интеракции е спојувањето на силната интеракција со електрослабата интеракција. За да го направите ова, неопходно е да се дадат карактеристиките на мерачното поле на силната интеракција и да се воведе генерализирана идеја за изотопска симетрија. Силната интеракција може да се смета како резултат на размена на глуони, што обезбедува врзување на кваркови (во парови или тројки) во хадрони.

Идејата овде е следна. Секој кварк има аналог на електричен полнеж, кој служи како извор на глуонското поле. Се нарекуваше боја (Се разбира, ова име нема никаква врска со обичната боја). Ако електромагнетното поле е генерирано од полнеж од само еден тип, тогаш биле потребни три различни полнежи во боја за да се создаде покомплексно глуонско поле. Секој кварк е „обоен“ во една од трите можни бои, кои сосема произволно беа наречени црвена, зелена и сина. И соодветно, антиквитетите се анти-црвени, анти-зелени и анти-сини.

Во следната фаза, теоријата на силна интеракција се развива според истата шема како и теоријата на слаба интеракција. Барањето за локална симетрија на мерачот (т.е. непроменливост во однос на промените на бојата во секоја точка во просторот) доведува до потреба да се воведат полиња за компензирачка сила. Потребни се вкупно осум нови полиња за компензирачка сила. Честичките кои ги носат овие полиња се глуони, а со тоа теоријата имплицира дека треба да има дури осум различни типови на глуони. (Додека има само еден носител на електромагнетната интеракција (фотон), а има три носители на слабата интеракција.) Глуоните имаат нулта маса на мирување и се вртат 1. Глуоните исто така имаат различни бои, но не чисти, туку мешани (на пример , сино- анти-зелено). Затоа, емисијата или апсорпцијата на глуон е придружена со промена на бојата на кваркот („игра на бои“). Така, на пример, црвен кварк, губејќи црвено-анти-син глуон, се претвора во син кварк, а зелениот кварк, апсорбирајќи сино-анти-зелен глуон, се претвора во син кварк. Во еден протон, на пример, три кваркови постојано разменуваат глуони, менувајќи ја нивната боја. Сепак, таквите промени не се произволни по природа, туку се предмет на строго правило: во секој момент од времето, „вкупната“ боја на три кваркови мора да биде бела светлина, т.е. збирот „црвена + зелена + сина“. Ова исто така важи и за мезоните кои се состојат од пар кварк-антикварк. Бидејќи антикваркот се карактеризира со антибоја, таквата комбинација е очигледно безбојна („бела“), на пример, црвен кварк во комбинација со антицрвен кварк формира безбоен мезон.

Од гледна точка на квантната хромодинамика (теорија на квантната боја), силната интеракција не е ништо повеќе од желбата да се одржи одредена апстрактна симетрија на природата: одржување на белата боја на сите хадрони додека се менува бојата на нивните составни делови. Квантната хромодинамика совршено ги објаснува правилата што ги почитуваат сите комбинации на кваркови, интеракцијата на глуоните едни со други (глуон може да се распадне на два глуони или да спои два глуони во еден - затоа нелинеарни термини се појавуваат во равенката на глуонското поле), сложената структура на хадрон кој се состои од „облечен“ во облаци од кваркови итн.

Можеби е прерано да се оцени квантната хромодинамика како дефинитивна и целосна теорија за силната интеракција, но нејзините достигнувања сепак ветуваат.

Заклучок.

Потеклото на многу својства на елементарните честички и природата на нивните вродени интеракции остануваат главно нејасни. Можеби ќе биде потребно повеќе од едно преструктуирање на сите идеи и многу подлабоко разбирање на односот помеѓу својствата на микрочестичките и геометриските својства на простор-времето пред да се изгради теоријата за елементарните честички.

ЛИТЕРАТУРА

Алексеев В.П. Формирање на човештвото. М., 1984 година. Бор Н. Атомска физика и човечко сознание. М., 1961 година Роден за теоријата на релативноста на М. Ајнштајн М., 1964 година.

Дорфмен Ја.Г. Светската историја на физиката од почетокот на 19 век до средината на 20 век. М., 1979 година.

Кемпфер Ф. Патот до модерната физика. М., 1972 година.

Најдиш В.М. Концепти на модерната природна наука. Упатство. М., 1999 година.

Баженов Л.Б. Структурата и функциите на теоријата на природните науки. М., 1978 година.

Розентал И.Л. Елементарните честички и структурата на универзумот. М, 1984 година.

Идејата дека светот е направен од основни честички има долга историја. За прв пат, идејата за постоењето на најмалите невидливи честички кои ги сочинуваат сите околни објекти ја изразил грчкиот филозоф Демокрит 400 години пред нашата ера. Тој ги нарече овие честички атоми, односно неделиви честички. Науката почна да ја користи идејата за атомите дури на почетокот на 19 век, кога врз основа на тоа беше можно да се објаснат голем број хемиски феномени. Во 30-тите години на 19 век, во теоријата за електролиза развиена од М. Фарадеј, се појави концептот на јон и беше измерено елементарното полнење. Но, околу средината на 19 век, почнаа да се појавуваат експериментални факти кои фрлаат сомнеж врз идејата за неделивоста на атомите. Резултатите од овие експерименти сугерираат дека атомите имаат сложена структура и дека содржат електрично наелектризирани честички. Ова го потврди францускиот физичар Анри Бекерел, кој го откри феноменот на радиоактивност во 1896 година.

Потоа следеше откривањето на првата елементарна честичка од англискиот физичар Томсон во 1897 година. Тоа беше електронот кој конечно се здоби со статус на вистински физички објект и стана првата позната елементарна честичка во историјата на човештвото. Неговата маса е приближно 2000 пати помала од масата на атом на водород и е еднаква на:

m = 9,11*10^(-31) kg.

Негативниот електричен полнеж на електронот се нарекува елементарен и е еднаков на:

e = 0,60*10^(-19) Cl.

Анализата на атомските спектри покажува дека спинот на електронот е еднаков на 1/2, а неговиот магнетен момент е еднаков на еден Боров магнетон. Електроните ја почитуваат статистиката на Ферми затоа што имаат спин од половина цел број. Ова е во согласност со експерименталните податоци за структурата на атомите и однесувањето на електроните во металите. Електроните учествуваат во електромагнетни, слаби и гравитациони интеракции.

Втората откриена елементарна честичка беше протонот (од грчкиот протос - прво). Оваа елементарна честичка била откриена во 1919 година од Радерфорд, додека ги проучувал производите на фисија на атомски јадра на различни хемиски елементи. Буквално, протонот е јадро на атом од најлесниот изотоп на водород - протиум. Протонскиот спин е 1/2. Протонот има позитивен елементарен полнеж +e. Неговата маса е:

m = 1,67*10^(-27) kg.

или приближно 1836 електронски маси. Протоните се дел од јадрата на сите атоми на хемиски елементи. По ова, во 1911 година, Радерфорд предложил планетарен модел на атомот, кој им помогнал на научниците во понатамошно истражување за составот на атомите.

Во 1932 година, J. Chadwick ја открил третата елементарна честичка, неутронот (од латинскиот кастрирачки - ниту едното ниту другото), која нема електричен полнеж и има маса од приближно 1839 пати поголема од масата на електрон. Неутронскиот спин е исто така 1/2.

Заклучокот за постоењето на честичка на електромагнетно поле - фотон - потекнува од работата на М. Планк (1900). Претпоставувајќи дека енергијата на електромагнетното зрачење од апсолутно црно тело е квантизирана (т.е. се состои од кванти), Планк ја добил точната формула за спектарот на зрачење. Развивајќи ја идејата на Планк, А. Ајнштајн (1905) претпоставува дека електромагнетното зрачење (светлина) е всушност проток на поединечни кванти (фотони), и врз оваа основа ги објасни законите на фотоелектричниот ефект. Директен експериментален доказ за постоењето на фотонот беше даден од Р. Миликан во 1912 - 1915 година и А. Комптон во 1922 година.

Откривањето на неутриното, честичка која речиси не е во интеракција со материјата, датира од теоретската претпоставка на В. Паули во 1930 година, која овозможи, поради претпоставката за раѓање на таква честичка, да се елиминираат тешкотиите со законот за зачувување. енергија во процесите на бета распаѓање на радиоактивните јадра. Постоењето на неутрина беше експериментално потврдено дури во 1953 година од страна на F. Reines и K. Cowan.

Но, материјата се состои од повеќе од само честички. Има и античестички - елементарни честички кои имаат иста маса, спин, животен век и некои други внатрешни карактеристики како нивните „близнаци“ - честички, но се разликуваат од честичките по знаците на електричен полнеж и магнетен момент, барионски полнеж, лептонски полнеж, чудност. и сл. Сите елементарни честички, освен апсолутно неутралните, имаат свои античестички.

Првата откриена античестичка беше позитронот (од латинскиот позитивус - позитивен) - честичка со маса на електрон, но позитивно електрично полнење. Оваа античестичка е откриена во космичките зраци од американскиот физичар Карл Дејвид Андерсон во 1932 година. Интересно е што постоењето на позитронот теоретски го предвидел англискиот физичар Пол Дирак речиси една година пред експерименталното откритие. Покрај тоа, Дирак ги предвидел таканаречените процеси на уништување (исчезнување) и раѓање на пар електрон-позитрон. Самото уништување на пар е еден од видовите трансформации на елементарните честички што се случува кога честичка ќе се судри со античестичка. За време на уништувањето, честичката и античестичката исчезнуваат, претворајќи се во други честички, чиј број и тип се ограничени со законите за зачувување. Обратниот процес на уништување е раѓањето на пар. Самиот позитрон е стабилен, но во материјата постои многу кратко поради уништување со електрони. Уништувањето на електронот и позитронот е тоа што кога ќе се сретнат, исчезнуваат, претворајќи се во γ- кванти (фотони). И во судир γ- Кога ќе се појави квант со кое било масивно јадро, се раѓа пар електрон-позитрон.

Во 1955 година беше откриена уште една античестичка - антипротонот, а малку подоцна - антинеутронот. Антинеутронот, како неутронот, нема електрично полнење, но несомнено припаѓа на античестички, бидејќи учествува во процесот на уништување и раѓањето на пар неутрон-антинеутрон.

Можноста за добивање античестички ги наведе научниците до идејата за создавање антиматерија. Атомите на антиматеријата треба да се градат на овој начин: во центарот на атомот има негативно наелектризирано јадро, кое се состои од антипротони и антинеутрони, а позитроните со позитивен полнеж се вртат околу јадрото. Во принцип, атомот исто така се покажува како неутрален. Оваа идеја доби брилијантна експериментална потврда. Во 1969 година, во протонскиот акцелератор во градот Серпухов, советските физичари добија јадра од атоми на антихелиум. Исто така, во 2002 година, 50.000 антиводородни атоми беа произведени во акцелераторот на ЦЕРН во Женева. Но, и покрај ова, акумулации на антиматерија во Универзумот сè уште не се откриени. Исто така, станува јасно дека при најмала интеракција на антиматеријата со која било супстанција, ќе дојде до нивно уништување, што ќе биде придружено со огромно ослободување на енергија, неколку пати поголема од енергијата на атомските јадра, што е крајно небезбедно за луѓето и околината. .

Во моментов, експериментално се откриени античестички на речиси сите познати елементарни честички.

Голема улога во физиката на елементарните честички играат законите за зачувување кои воспоставуваат еднаквост помеѓу одредени комбинации на количини што ја карактеризираат почетната и крајната состојба на системот. Арсеналот на закони за зачувување во квантната физика е поголем отколку во класичната физика. Беше надополнет со закони за зачувување на различни паритети (просторни, полнеж), полнежи (лептонски, барион, итн.), Внатрешни симетрии карактеристични за еден или друг вид на интеракција.

Изолирањето на карактеристиките на поединечните субатомски честички е важна, но само почетна фаза на разбирање на нивниот свет. Во следната фаза, сè уште треба да разбереме каква е улогата на секоја поединечна честичка, кои се нејзините функции во структурата на материјата.

Физичарите откриле дека, пред сè, својствата на честичката се одредуваат од нејзината способност (или неспособност) да учествува во силни интеракции. Честичките кои учествуваат во силни интеракции формираат посебна класа и се нарекуваат хадрони. Честичките кои учествуваат во слабата интеракција и не учествуваат во силната интеракција се нарекуваат лептони. Покрај тоа, постојат честички кои носат интеракции.

Лептони.

Лептоните се сметаат за вистински елементарни честички. Иако лептоните може или нема да имаат електричен полнеж, сите тие имаат спин од 1/2. Меѓу лептоните најпознат е електронот. Електронот е првата од откриените елементарни честички. Како и сите други лептони, електронот се чини дека е елементарен (во правилна смисла на зборот) објект. Колку што е познато, електронот не се состои од други честички.

Друг добро познат лептон е неутриното. Неутрините се најчестите честички низ универзумот. Универзумот може да се замисли како безгранично неутрино море, во кое повремено се наоѓаат острови во форма на атоми. Но, и покрај таквата распространетост на неутрина, многу е тешко да се проучуваат. Како што веќе забележавме, неутрините се речиси неостварливи. Без да учествуваат ниту во силни ниту во електромагнетни интеракции, тие продираат низ материјата како воопшто да ја нема. Неутрините се некој вид „духови на физичкиот свет“.

Муоните се доста распространети по природа, сочинуваат значителен дел од космичкото зрачење. Во многу аспекти, мионот наликува на електрон: има ист полнеж и спин, учествува во тие интеракции, но има голема маса (околу 207 електронски маси) и е нестабилен. За околу два милионити делови од секундата, мионот се распаѓа во електрон и две неутрина. Во доцните 1970-ти, беше откриен трет наелектризиран лептон, наречен тау лептон. Ова е многу тешка честичка. Неговата маса е околу 3500 електронски маси. Но, во сите други аспекти се однесува како електрон и мион.

Во 60-тите, листата на лептони значително се прошири. Откриено е дека постојат неколку видови на неутрина: електронски неутрина, мионски неутрина и тау неутрина. Така, вкупниот број на сорти на неутрино е три, а вкупниот број на лептони е шест. Се разбира, секој лептон има своја античестичка; со што вкупниот број на различни лептони е дванаесет. Неутралните лептони учествуваат само во слаби интеракции; наелектризирани - во слаби и електромагнетни. Сите лептони учествуваат во гравитационите интеракции, но не се способни за силни.

Хадрони.

Ако има нешто повеќе од десетина лептони, тогаш има стотици хадрони. Таквото мноштво хадрони сугерира дека хадроните не се елементарни честички, туку се изградени од помали честички. Сите хадрони се наоѓаат во две сорти - електрично наелектризирани и неутрални. Меѓу хадроните, најпознати и најраспространети се неутроните и протонот, кои пак припаѓаат на класата нуклеони. Останатите хадрони се краткотрајни и брзо се распаѓаат. Хадроните учествуваат во сите фундаментални интеракции. Тие се поделени на бариони и мезони. Барјоните вклучуваат нуклеони и хиперони.

За да се објасни постоењето на нуклеарните сили на интеракција помеѓу нуклеоните, квантната теорија барала постоење на специјални елементарни честички со маса поголема од масата на електронот, но помала од масата на протонот. Овие честички, предвидени со квантната теорија, подоцна биле наречени мезони. Мезоните беа откриени експериментално. Испадна дека има цело семејство од нив. Сите тие се покажаа како краткотрајни нестабилни честички, кои живеат во слободна состојба милијардити дел од секундата. На пример, наелектризираниот пи-мезон или пион има маса на мирување од 273 електронски маси и животен век:

t = 2,6*10^(-8) s.

Понатаму, за време на студиите на акцелератори на наелектризирани честички, беа откриени честички со маса што ја надминува масата на протон. Овие честички биле наречени хиперони. Откриени се уште повеќе од мезоните. Фамилијата на хиперони вклучува: ламбда-, сигма-, кси- и омега-минус хиперони.

Постоењето и својствата на најпознатите хадрони беа утврдени во експериментите со акцелератори. Откривањето на многу различни хадрони во 50-60-тите години многу ги збуни физичарите. Но, со текот на времето, хадроните беа класифицирани по маса, полнеж и спин. Постепено почна да се појавува повеќе или помалку јасна слика. Се појавија специфични идеи за тоа како да се систематизира хаосот на емпириските податоци и да се открие мистеријата на хадроните во научната теорија. Одлучувачкиот чекор овде беше направен во 1963 година, кога беше предложена теоријата за кваркови.

Теорија на кварк.

Теоријата за кваркови е теорија за структурата на хадроните. Главната идеја на оваа теорија е многу едноставна. Сите хадрони се направени од помали честички наречени кваркови. Ова значи дека кварковите се повеќе елементарни честички од хадроните. Кварковите се хипотетички честички бидејќи не беа забележани во слободна состојба. Барјонскиот полнеж на кварковите е 1/3. Тие носат фракционо електрично полнење: имаат полнеж чија вредност е или -1/3 или +2/3 од основната единица - полнежот на електронот. Комбинацијата од два и три кваркови може да има вкупно полнење од нула или еден. Сите кваркови имаат спин S, па затоа се класифицирани како фермиони. Основачите на теоријата на кваркови, Гел-Ман и Цвајг, за да ги земат предвид сите хадрони познати во 60-тите години, воведоа три типа (бои) кваркови: u (од горе - горе), d (од надолу - пониски) и s (од чудно - чудно) .

Кварковите можат да се комбинираат едни со други на еден од двата можни начини: или во тројки или во парови кварк-антикварк. Релативно тешките честички - бариони - се составени од три кваркови. Најпознати бариони се неутронот и протонот. Полесните парови кварк-антикварк формираат честички наречени мезони - „средни честички“. На пример, протонот се состои од два у-кваркови и еден д-кварк (uud), а неутронот се состои од два д-кваркови и еден у-кварк (udd). За да не се распадне оваа „трио“ кваркови, потребна е сила на задржување, одреден „лепак“.

Излегува дека добиената интеракција помеѓу неутроните и протоните во јадрото е едноставно резидуален ефект од помоќната интеракција помеѓу самите кваркови. Ова објасни зошто силните интеракции изгледаат толку сложени. Кога протонот се „лепи“ за неутрон или друг протон, интеракцијата вклучува шест кваркови, од кои секој е во интеракција со сите други. Значителен дел од силата се троши на цврсто лепење на трио кваркови, а мал дел се троши на прицврстување на два триа кваркови еден за друг. Но, подоцна се покажа дека кварковите учествуваат и во слаби интеракции. Слабата интеракција може да ја промени бојата на кваркот. Така настанува распаѓањето на неутроните. Еден од д-кварковите во неутронот се претвора во у-кварк, а вишокот полнеж го носи електронот што се раѓа во исто време. Слично на тоа, со менување на вкусот, слабата интеракција доведува до распаѓање на другите хадрони.

Фактот дека сите познати хадрони може да се добијат од различни комбинации на трите основни честички беше триумф за теоријата на кваркови. Но, во 70-тите беа откриени нови хадрони (пси честички, упсилонски мезон, итн.). Ова и нанесе удар на првата верзија на теоријата на кварк, бидејќи веќе немаше простор за ниту една нова честичка во неа. Сите можни комбинации на кваркови и нивните антикваркови се веќе исцрпени.

Проблемот беше решен со воведување на три нови бои. Тие беа именувани c - кварк (шарм), b - кварк (од дното - долу, а почесто убавина - убавина, или шарм), а последователно беше воведена друга боја - t (од горе - горе).

Досега, кварковите и антикварковите не се забележани во слободна форма. Сепак, практично нема сомнеж за реалноста на нивното постоење. Покрај тоа, во тек е потрага по „вистински“ елементарни честички кои следат кваркови - глуони, кои се носители на интеракции помеѓу кваркови, бидејќи Кварковите се одржуваат заедно со силната интеракција, а глуоните (обвиненија во боја) се носители на силната интеракција. Областа на физиката на честички која ја проучува интеракцијата на кварковите и глуоните се нарекува квантна хромодинамика. Исто како што квантната електродинамика е теорија на електромагнетна интеракција, квантната хромодинамика е теорија на силна интеракција. Квантна хромодинамика е теорија на квантно поле за силната интеракција на кваркови и глуони, која се спроведува преку размена меѓу нив - глуони (аналози на фотони во квантната електродинамика). За разлика од фотоните, глуоните комуницираат едни со други, што доведува, особено, до зголемување на јачината на интеракцијата помеѓу кварковите и глуоните додека се оддалечуваат еден од друг. Се претпоставува дека токму ова својство го одредува дејството на нуклеарните сили со краток дострел и отсуството на слободни кваркови и глуони во природата.

Според современите концепти, хадроните имаат сложена внатрешна структура: барионите се состојат од 3 кваркови, мезони - од кварк и антикварк.

Така, најверојатниот број на вистински елементарни честички (не сметајќи ги носителите на фундаменталните интеракции) на крајот на дваесеттиот век е 48. Од нив: лептони (6x2) = 12 и кваркови (6x3)x2 = 36.