« Fizik - gred 10"
Mula-mula, mari kita pertimbangkan kes paling mudah, apabila badan bercas elektrik berada dalam keadaan rehat.
Cabang elektrodinamik yang dikhaskan untuk mengkaji keadaan keseimbangan badan bercas elektrik dipanggil elektrostatik.
Apakah cas elektrik?
Apa caj yang ada?
Dengan kata-kata elektrik, cas elektrik, arus elektrik anda telah berjumpa banyak kali dan berjaya membiasakan diri dengan mereka. Tetapi cuba jawab soalan: "Apakah cas elektrik?" Konsep itu sendiri caj- ini adalah asas, konsep utama yang tidak boleh dikurangkan kepada tahap moden perkembangan pengetahuan kita kepada beberapa konsep asas yang lebih mudah.
Mari kita mula-mula cuba untuk mengetahui apa yang dimaksudkan dengan pernyataan: "Jasad atau zarah ini mempunyai cas elektrik."
Semua badan diperbuat daripada zarah-zarah kecil, yang tidak boleh dibahagikan kepada yang lebih mudah dan oleh itu dipanggil rendah.
Zarah asas mempunyai jisim dan disebabkan ini mereka tertarik antara satu sama lain mengikut undang-undang graviti sejagat. Apabila jarak antara zarah bertambah, daya graviti berkurangan dalam perkadaran songsang dengan kuasa dua jarak ini. Kebanyakan zarah asas, walaupun tidak semua, juga mempunyai keupayaan untuk berinteraksi antara satu sama lain dengan daya yang juga berkurangan dalam perkadaran songsang dengan kuasa dua jarak, tetapi daya ini berkali ganda lebih besar daripada daya graviti.
Jadi dalam atom hidrogen, ditunjukkan secara skematik dalam Rajah 14.1, elektron tertarik kepada nukleus (proton) dengan daya 10 39 kali lebih besar daripada daya tarikan graviti.
Jika zarah berinteraksi antara satu sama lain dengan daya yang berkurangan dengan jarak yang semakin meningkat dengan cara yang sama seperti daya graviti universal, tetapi melebihi daya graviti berkali-kali, maka zarah ini dikatakan mempunyai cas elektrik. Zarah itu sendiri dipanggil dikenakan bayaran.
Terdapat zarah tanpa cas elektrik, tetapi tidak ada cas elektrik tanpa zarah.
Interaksi zarah bercas dipanggil elektromagnet.
Caj elektrik menentukan keamatan interaksi elektromagnet, sama seperti jisim menentukan keamatan interaksi graviti.
Caj elektrik zarah asas bukanlah mekanisme khas dalam zarah yang boleh dikeluarkan daripadanya, terurai kepada bahagian komponennya dan dipasang semula. Kehadiran cas elektrik pada elektron dan zarah lain hanya bermakna wujudnya interaksi daya tertentu di antara mereka.
Kami, pada dasarnya, tidak tahu apa-apa tentang caj jika kami tidak mengetahui undang-undang interaksi ini. Pengetahuan tentang undang-undang interaksi harus disertakan dalam idea kita tentang caj. Undang-undang ini tidak mudah, dan adalah mustahil untuk menggariskannya dalam beberapa perkataan. Oleh itu, adalah mustahil untuk memberikan yang cukup memuaskan definisi pendek konsep cas elektrik.
Dua tanda cas elektrik.
Semua badan mempunyai jisim dan oleh itu menarik antara satu sama lain. Badan bercas boleh menarik dan menolak antara satu sama lain. ini fakta yang paling penting, biasa kepada anda, bermakna bahawa secara semula jadi terdapat zarah dengan cas elektrik dengan tanda yang bertentangan; dalam kes caj tanda yang sama, zarah menolak, dan dalam kes tanda yang berbeza, mereka menarik.
Muatan zarah asas - proton, yang merupakan sebahagian daripada semua nukleus atom, dipanggil positif, dan cas elektron- negatif. Tiada perbezaan dalaman antara caj positif dan negatif. Sekiranya tanda-tanda cas zarah diterbalikkan, maka sifat interaksi elektromagnet tidak akan berubah sama sekali.
Caj asas.
Selain elektron dan proton, terdapat beberapa jenis zarah asas bercas lain. Tetapi hanya elektron dan proton boleh wujud dalam keadaan bebas selama-lamanya. Selebihnya zarah bercas hidup kurang daripada sepersejuta saat. Mereka dilahirkan semasa perlanggaran zarah asas yang cepat dan, setelah wujud dalam masa yang singkat, reput, bertukar menjadi zarah lain. Anda akan menjadi biasa dengan zarah ini dalam gred ke-11.
Zarah yang tidak mempunyai cas elektrik termasuk neutron. Jisimnya hanya lebih besar sedikit daripada jisim proton. Neutron, bersama-sama dengan proton, adalah sebahagian daripada nukleus atom. Jika zarah asas mempunyai cas, maka nilainya ditentukan dengan ketat.
Mayat yang dikenakan bayaran Daya elektromagnet dalam alam semula jadi memainkan peranan yang besar kerana fakta bahawa semua badan mengandungi zarah bercas elektrik. Bahagian konstituen atom - nukleus dan elektron - mempunyai cas elektrik.
Tindakan langsung daya elektromagnet antara jasad tidak dikesan, kerana jasad dalam keadaan normalnya adalah neutral elektrik.
Atom bagi sebarang bahan adalah neutral kerana bilangan elektron di dalamnya adalah sama dengan bilangan proton dalam nukleus. Zarah bercas positif dan negatif terikat antara satu sama lain daya elektrik dan membentuk sistem neutral.
Jasad makroskopik dicas secara elektrik jika ia mengandungi lebihan zarah asas dengan mana-mana satu tanda cas. Jadi, cas negatif jasad disebabkan oleh lebihan elektron berbanding bilangan proton, dan yang positif adalah disebabkan oleh kekurangan elektron.
Untuk mendapatkan jasad makroskopik yang bercas elektrik, iaitu, untuk mengelektriknya, adalah perlu untuk memisahkan sebahagian daripada cas negatif daripada cas positif yang berkaitan dengannya atau memindahkan cas negatif kepada badan neutral.
Ini boleh dilakukan menggunakan geseran. Jika anda menjalankan sikat melalui rambut kering, maka sebahagian kecil zarah bercas yang paling mudah alih - elektron - akan bergerak dari rambut ke sikat dan mengecasnya secara negatif, dan rambut akan mengecas secara positif.
Kesamaan caj semasa elektrifikasi
Dengan bantuan eksperimen, dapat dibuktikan bahawa apabila dielektrik oleh geseran, kedua-dua jasad memperoleh cas berlawanan tanda, tetapi sama besarnya.
Mari kita ambil elektrometer, pada batangnya terdapat sfera logam dengan lubang, dan dua plat pada pemegang panjang: satu diperbuat daripada getah keras dan satu lagi diperbuat daripada plexiglass. Apabila bergesel antara satu sama lain, plat menjadi elektrik.
Mari kita bawa salah satu pinggan ke dalam sfera tanpa menyentuh dindingnya. Jika plat bercas positif, maka beberapa elektron daripada jarum dan rod elektrometer akan tertarik ke plat dan terkumpul pada permukaan dalam sfera. Pada masa yang sama, anak panah akan dicas secara positif dan akan ditolak dari rod elektrometer (Rajah 14.2, a).
Jika anda membawa plat lain ke dalam sfera, setelah terlebih dahulu mengeluarkan yang pertama, maka elektron sfera dan rod akan ditolak dari plat dan akan terkumpul secara berlebihan pada anak panah. Ini akan menyebabkan anak panah menyimpang dari rod, dan pada sudut yang sama seperti dalam eksperimen pertama.
Setelah menurunkan kedua-dua plat di dalam sfera, kami tidak akan mengesan sebarang sisihan anak panah sama sekali (Rajah 14.2, b). Ini membuktikan bahawa cas-cas plat adalah sama besarnya dan bertentangan dalam tanda.
Elektrifikasi badan dan manifestasinya. Elektrifikasi yang ketara berlaku semasa geseran fabrik sintetik. Apabila anda menanggalkan baju yang diperbuat daripada bahan sintetik di udara kering, anda boleh mendengar bunyi berderak yang khas. Percikan api kecil melompat di antara kawasan bercas pada permukaan gosokan.
Di rumah percetakan, kertas dielektrik semasa mencetak dan helaian melekat bersama. Untuk mengelakkan ini daripada berlaku, peranti khas digunakan untuk mengalirkan caj. Walau bagaimanapun, elektrifikasi badan dalam hubungan rapat kadangkala digunakan, contohnya, dalam pelbagai pemasangan elektrokopi, dsb.
Undang-undang pemuliharaan cas elektrik.
Pengalaman dengan pengelektrikan plat membuktikan bahawa semasa pengelektrikan melalui geseran, pengagihan semula cas sedia ada berlaku antara badan yang sebelum ini neutral. Sebahagian kecil elektron bergerak dari satu jasad ke jasad yang lain. Dalam kes ini, zarah baru tidak muncul, dan yang sedia ada tidak hilang.
Apabila badan dialirkan elektrik, undang-undang pemuliharaan cas elektrik. Undang-undang ini sah untuk sistem di mana zarah bercas tidak masuk dari luar dan dari mana ia tidak keluar, iaitu untuk sistem terpencil.
Dalam sistem terpencil jumlah algebra caj semua badan dipelihara.
q 1 + q 2 + q 3 + ... + q n = const. (14.1)
di mana q 1, q 2, dsb. ialah caj bagi badan bercas individu.
Undang-undang pemuliharaan caj telah makna yang mendalam. Jika bilangan zarah asas bercas tidak berubah, maka pemenuhan undang-undang pemuliharaan cas adalah jelas. Tetapi zarah asas boleh berubah menjadi satu sama lain, dilahirkan dan hilang, memberi kehidupan kepada zarah baru.
Walau bagaimanapun, dalam semua kes, zarah bercas hanya dilahirkan secara berpasangan dengan cas yang sama magnitud dan bertentangan dalam tanda; Zarah bercas juga hilang hanya secara berpasangan, bertukar menjadi neutral. Dan dalam semua kes ini, jumlah algebra bagi caj tetap sama.
Kesahihan undang-undang pemuliharaan cas disahkan oleh pemerhatian terhadap sejumlah besar transformasi zarah asas. Undang-undang ini menyatakan salah satu sifat paling asas bagi cas elektrik. Sebab pemuliharaan caj masih tidak diketahui.
Muka surat 1
Adalah mustahil untuk memberikan takrifan ringkas tentang caj yang memuaskan dalam semua aspek. Kami sudah biasa mencari penjelasan yang sangat kami fahami pembentukan kompleks dan proses seperti atom, hablur cecair, pengedaran molekul mengikut kelajuan, dsb. Tetapi konsep yang paling asas, asas, tidak boleh dibahagikan kepada yang lebih mudah, tanpa, menurut sains hari ini, daripada sebarang mekanisme dalaman, tidak lagi dapat dijelaskan secara ringkas dengan cara yang memuaskan. Lebih-lebih lagi jika objek tidak dapat dilihat secara langsung oleh deria kita. Konsep asas inilah yang dirujuk oleh cas elektrik.
Mari kita mula-mula cuba untuk mengetahui bukan apa itu cas elektrik, tetapi apa yang tersembunyi di sebalik kenyataan itu badan yang diberi atau zarah mempunyai cas elektrik.
Anda tahu bahawa semua badan dibina daripada zarah-zarah kecil, tidak boleh dibahagikan kepada zarah yang lebih mudah (sejauh yang diketahui sains), yang oleh itu dipanggil asas. Semua zarah asas mempunyai jisim dan disebabkan ini mereka tertarik antara satu sama lain. Mengikut undang-undang graviti sejagat, daya tarikan berkurangan secara agak perlahan apabila jarak antara mereka meningkat: berkadar songsang dengan kuasa dua jarak. Di samping itu, kebanyakan zarah asas, walaupun tidak semua, mempunyai keupayaan untuk berinteraksi antara satu sama lain dengan daya yang juga berkurangan dalam perkadaran songsang dengan kuasa dua jarak, tetapi daya ini adalah beberapa kali lebih besar daripada daya graviti. . Oleh itu, dalam atom hidrogen, secara skematik ditunjukkan dalam Rajah 1, elektron tertarik kepada nukleus (proton) dengan daya 1039 kali lebih besar daripada daya tarikan graviti.
Jika zarah berinteraksi antara satu sama lain dengan daya yang perlahan-lahan berkurangan dengan jarak yang semakin meningkat dan berkali ganda lebih besar daripada daya graviti, maka zarah ini dikatakan mempunyai cas elektrik. Zarah-zarah itu sendiri dipanggil bercas. Terdapat zarah tanpa cas elektrik, tetapi tidak ada cas elektrik tanpa zarah.
Interaksi antara zarah bercas dipanggil elektromagnet. Apabila kita mengatakan bahawa elektron dan proton bercas elektrik, ini bermakna ia mampu interaksi jenis tertentu (elektromagnet), dan tidak lebih. Kekurangan cas pada zarah bermakna ia tidak mengesan interaksi tersebut. Caj elektrik menentukan keamatan interaksi elektromagnet, sama seperti jisim menentukan keamatan interaksi graviti. Caj elektrik adalah ciri kedua (selepas jisim) yang paling penting bagi zarah asas, yang menentukan tingkah laku mereka di dunia sekeliling.
Justeru
Caj elektrik- ini adalah fizikal kuantiti skalar, mencirikan sifat zarah atau jasad untuk memasuki interaksi daya elektromagnet.
Caj elektrik dilambangkan dengan huruf q atau Q.
Sama seperti dalam mekanik konsep ini sering digunakan titik material, yang memungkinkan untuk memudahkan penyelesaian banyak masalah dengan ketara, apabila mengkaji interaksi caj, idea caj titik ternyata berkesan. Caj titik ialah jasad bercas yang dimensinya jauh lebih kecil daripada jarak dari jasad ini ke titik cerapan dan jasad bercas lain. Khususnya, jika kita bercakap tentang interaksi dua orang caj mata, maka mereka dengan itu menganggap bahawa jarak antara dua jasad bercas yang dipertimbangkan adalah jauh lebih besar daripada dimensi linearnya.
Caj elektrik zarah asas
Caj elektrik zarah asas bukanlah "mekanisme" khas dalam zarah yang boleh dikeluarkan daripadanya, diuraikan menjadi bahagian komponennya dan dipasang semula. Kehadiran cas elektrik pada elektron dan zarah lain hanya bermakna wujudnya interaksi tertentu antara mereka.
Di alam semula jadi terdapat zarah dengan cas tanda yang bertentangan. Caj proton dipanggil positif, dan cas elektron dipanggil negatif. Tanda positif cas pada zarah tidak bermakna, sudah tentu, ia mempunyai sebarang kelebihan istimewa. Pengenalan caj dua tanda hanya menyatakan fakta bahawa zarah bercas boleh menarik dan menolak. Pada tanda yang sama zarah menolak antara satu sama lain, tetapi jika ia berbeza, ia menarik antara satu sama lain.
Pada masa ini tiada penjelasan mengenai sebab-sebab kewujudan dua jenis cas elektrik. Walau apa pun, tiada perbezaan asas antara cas positif dan negatif tidak dikesan. Sekiranya tanda-tanda cas elektrik zarah berubah kepada sebaliknya, maka sifat interaksi elektromagnet dalam alam semula jadi tidak akan berubah.
Caj positif dan negatif sangat seimbang di Alam Semesta. Dan jika Alam Semesta adalah terhingga, maka jumlah cas elektriknya, kemungkinan besar, sama dengan sifar.
Perkara yang paling luar biasa ialah cas elektrik semua zarah asas adalah sama dalam magnitud. Terdapat caj minimum, dipanggil asas, yang dimiliki oleh semua zarah asas bercas. Caj boleh positif, seperti proton, atau negatif, seperti elektron, tetapi modulus cas adalah sama dalam semua kes.
Adalah mustahil untuk memisahkan sebahagian daripada cas, sebagai contoh, daripada elektron. Ini mungkin perkara yang paling mengejutkan. tiada teori moden tidak dapat menjelaskan mengapa cas semua zarah adalah sama, dan tidak dapat mengira nilai cas elektrik minimum. Ia ditentukan secara eksperimen menggunakan pelbagai eksperimen.
Pada tahun 1960-an, selepas bilangan zarah asas yang baru ditemui mula berkembang dengan membimbangkan, ia telah dihipotesiskan bahawa semua zarah yang berinteraksi kuat adalah komposit. Lebih banyak zarah asas dipanggil kuark. Sungguh mengagumkan bahawa quark sepatutnya mempunyai cas elektrik pecahan: 1/3 dan 2/3 caj asas. Untuk membina proton dan neutron, dua jenis kuark adalah mencukupi. Dan bilangan maksimum mereka, nampaknya, tidak melebihi enam.
Unit ukuran cas elektrik
Bolehkah anda menjawab soalan secara ringkas dan ringkas: "Apakah itu cas elektrik?" Ini mungkin kelihatan mudah pada pandangan pertama, tetapi pada hakikatnya ia ternyata jauh lebih rumit.
Adakah kita tahu apa itu cas elektrik?
Hakikatnya ialah pada tahap pengetahuan semasa kita belum boleh menguraikan konsep "caj" kepada komponen yang lebih mudah. Ini adalah asas, boleh dikatakan, konsep utama.
Kami tahu bahawa ini adalah harta tertentu zarah asas, mekanisme interaksi cas diketahui, kita boleh mengukur cas dan menggunakan sifatnya.
Walau bagaimanapun, semua ini adalah akibat daripada data yang diperoleh secara eksperimen. Sifat fenomena ini masih belum jelas kepada kita. Oleh itu, kita tidak boleh menentukan dengan jelas apa itu cas elektrik.
Untuk melakukan ini, adalah perlu untuk membongkar pelbagai konsep. Terangkan mekanisme interaksi cas dan huraikan sifatnya. Oleh itu, lebih mudah untuk memahami maksud pernyataan: “ zarah ini mempunyai (membawa) cas elektrik.”
Kehadiran cas elektrik pada zarah
Walau bagaimanapun, kemudiannya adalah mungkin untuk menentukan bahawa bilangan zarah asas adalah lebih besar, dan bahawa proton, elektron dan neutron bukanlah bahan binaan yang tidak boleh dibahagikan dan asas bagi Alam Semesta. Mereka sendiri boleh terurai menjadi komponen dan bertukar menjadi jenis zarah lain.
Oleh itu, nama "zarah asas" pada masa ini termasuk kelas zarah yang agak besar saiznya lebih kecil daripada atom dan nukleus atom. Dalam kes ini, zarah boleh mempunyai pelbagai sifat dan kualiti.
Walau bagaimanapun, sifat seperti cas elektrik hanya terdapat dalam dua jenis, yang secara konvensional dipanggil positif dan negatif. Kehadiran cas pada zarah adalah keupayaannya untuk menolak atau tertarik kepada zarah lain, yang juga membawa cas. Arah interaksi bergantung pada jenis caj.
Seperti cas menolak, tidak seperti cas menarik. Selain itu, daya interaksi antara cas adalah sangat besar berbanding dengan daya graviti yang wujud dalam semua jasad di Alam Semesta tanpa pengecualian.
Dalam nukleus hidrogen, sebagai contoh, elektron yang membawa cas negatif tertarik kepada nukleus yang terdiri daripada proton dan membawa caj positif, dengan daya 1039 kali lebih besar daripada daya yang dengannya elektron yang sama ditarik oleh proton disebabkan oleh interaksi graviti.
Zarah mungkin membawa cas atau tidak, bergantung pada jenis zarah. Walau bagaimanapun, adalah mustahil untuk "mengeluarkan" cas daripada zarah, sama seperti kewujudan cas di luar zarah adalah mustahil.
Sebagai tambahan kepada proton dan neutron, beberapa jenis zarah asas lain membawa cas, tetapi hanya dua zarah ini boleh wujud selama-lamanya.
Daripada kira-kira 1000 saat (untuk neutron bebas) kepada pecahan sesaat yang boleh diabaikan (dari 10 −24 hingga 10 −22 saat untuk resonans).
Struktur dan tingkah laku zarah asas dikaji oleh fizik zarah.
Semua zarah asas tertakluk kepada prinsip identiti (semua zarah asas jenis yang sama di Alam Semesta adalah sama sepenuhnya dalam semua sifatnya) dan prinsip dualiti gelombang-zarah (setiap zarah asas sepadan dengan gelombang de Broglie).
Semua zarah asas mempunyai sifat saling tukar, yang merupakan akibat daripada interaksi mereka: kuat, elektromagnet, lemah, graviti. Interaksi zarah menyebabkan perubahan zarah dan koleksinya kepada zarah lain dan koleksinya, jika transformasi tersebut tidak dilarang oleh undang-undang pemuliharaan tenaga, momentum, momentum sudut, cas elektrik, cas baryon, dsb.
Ciri-ciri utama zarah asas: seumur hidup, jisim, putaran, cas elektrik, momen magnet, cas baryon, cas lepton, keanehan, putaran isotop, pariti, pariti cas, pariti G, pariti CP.
Pengelasan
Dengan seumur hidup
- Zarah asas yang stabil ialah zarah yang mempunyai tak terhingga masa besar kehidupan dalam keadaan bebas (proton, elektron, neutrino, foton dan antizarahnya).
- Zarah asas yang tidak stabil ialah zarah yang mereput menjadi zarah lain dalam keadaan bebas dalam masa yang terhad (semua zarah lain).
Mengikut berat
Semua zarah asas dibahagikan kepada dua kelas:
- Zarah tak berjisim ialah zarah dengan jisim sifar (foton, gluon).
- Zarah dengan jisim bukan sifar (semua zarah lain).
Dengan punggung terbesar
Semua zarah asas dibahagikan kepada dua kelas:
Mengikut jenis interaksi
Zarah asas dibahagikan kepada kumpulan berikut:
Zarah sebatian
- Hadron ialah zarah yang mengambil bahagian dalam semua jenis interaksi asas. Mereka terdiri daripada kuark dan dibahagikan, seterusnya, kepada:
- meson ialah hadron dengan putaran integer, iaitu boson;
- baryon ialah hadron dengan putaran separuh integer, iaitu fermion. Ini, khususnya, termasuk zarah yang membentuk nukleus atom - proton dan neutron.
Zarah asas (tidak berstruktur).
- Lepton ialah fermion yang mempunyai bentuk zarah titik (iaitu, tidak terdiri daripada apa-apa) sehingga skala urutan 10 −18 m Mereka tidak mengambil bahagian dalam interaksi yang kuat. Penyertaan dalam interaksi elektromagnet diperhatikan secara eksperimen hanya untuk lepton bercas (elektron, muon, tau lepton) dan tidak diperhatikan untuk neutrino. Terdapat 6 jenis lepton yang diketahui.
- Kuark ialah zarah bercas pecahan yang merupakan sebahagian daripada hadron. Mereka tidak diperhatikan dalam keadaan bebas (mekanisme kurungan telah dicadangkan untuk menjelaskan ketiadaan pemerhatian sedemikian). Seperti lepton, ia dibahagikan kepada 6 jenis dan dianggap tidak berstruktur, namun, tidak seperti lepton, ia mengambil bahagian dalam interaksi yang kuat.
- Boson tolok ialah zarah melalui pertukaran yang mana interaksi dijalankan:
- foton ialah zarah yang membawa interaksi elektromagnet;
- lapan gluon - zarah yang membawa daya kuat;
- tiga boson vektor perantaraan W + , W− dan Z 0, yang bertolak ansur dengan interaksi yang lemah;
- graviton - zarah hipotesis, memindahkan interaksi graviti. Kewujudan graviti, walaupun belum terbukti secara eksperimen kerana kelemahan interaksi graviti, dianggap agak berkemungkinan; bagaimanapun, graviton tidak termasuk dalam Model Standard zarah asas.
Video mengenai topik
Saiz zarah asas
Walaupun pelbagai jenis zarah asas, saiznya sesuai kepada dua kumpulan. Saiz hadron (kedua-dua baryon dan meson) adalah kira-kira 10 −15 m, yang hampir dengan jarak purata antara quark yang termasuk di dalamnya. Saiz zarah asas, tanpa struktur - boson tolok, kuark dan lepton - dalam had ralat eksperimen adalah konsisten dengan sifat titiknya ( had atas diameter kira-kira 10−18 m) ( lihat penjelasan). Jika dalam eksperimen selanjutnya saiz akhir zarah ini tidak ditemui, maka ini mungkin menunjukkan bahawa saiz boson tolok, kuark dan lepton adalah hampir dengan panjang asas (yang kemungkinan besar mungkin menjadi panjang Planck bersamaan dengan 1.6 10 −35 m) .
Walau bagaimanapun, perlu diingatkan bahawa saiz zarah asas adalah konsep yang agak kompleks yang tidak selalu konsisten dengan konsep klasik. Pertama, prinsip ketidakpastian tidak membenarkan seseorang menyetempatkan zarah fizikal dengan ketat. Paket gelombang, yang mewakili zarah sebagai superposisi keadaan kuantum setempat yang tepat, sentiasa mempunyai dimensi terhingga dan struktur spatial tertentu, dan dimensi paket boleh menjadi agak makroskopik - contohnya, elektron dalam eksperimen dengan gangguan pada dua celah "terasa" kedua-dua celah interferometer, dipisahkan oleh jarak makroskopik . Kedua, zarah fizikal mengubah struktur vakum di sekelilingnya, mewujudkan "lapisan" zarah maya jangka pendek - pasangan fermion-antifermion (lihat Polarisasi vakum) dan boson yang membawa interaksi. Dimensi spatial rantau ini bergantung pada cas tolok yang dimiliki oleh zarah dan pada jisim boson perantaraan (jejari cangkerang boson maya besar adalah hampir dengan panjang gelombang Compton mereka, yang, seterusnya, adalah berkadar songsang dengan mereka jisim). Jadi, jejari elektron dari sudut pandangan neutrino (di antara mereka hanya mungkin interaksi yang lemah) adalah lebih kurang sama dengan panjang gelombang Compton bagi boson W, ~3×10 −18 m, dan dimensi rantau interaksi yang kuat hadron ditentukan oleh panjang gelombang Compton hadron paling ringan, pi meson (~10 −15 m), yang bertindak di sini sebagai pembawa interaksi.
cerita
Pada mulanya, istilah "zarah asas" bermaksud sesuatu yang sangat asas, bata pertama bahan. Walau bagaimanapun, apabila beratus-ratus hadron dengan sifat yang serupa ditemui pada tahun 1950-an dan 1960-an, menjadi jelas bahawa hadron sekurang-kurangnya mempunyai darjah kebebasan dalaman, iaitu, mereka tidak asas dalam erti kata yang ketat. Sangkaan ini kemudiannya disahkan apabila ternyata hadron terdiri daripada quark.
Oleh itu, ahli fizik telah bergerak sedikit lebih dalam ke dalam struktur jirim: lepton dan kuark kini dianggap sebagai bahagian jirim yang paling asas dan seperti titik. Bagi mereka (bersama-sama dengan boson pengukur) istilah “ asas zarah".
Dalam teori rentetan, yang telah dibangunkan secara aktif sejak sekitar pertengahan 1980-an, diandaikan bahawa zarah asas dan interaksinya adalah akibat daripada pelbagai jenis getaran terutamanya "tali" kecil.
Model standard
Model Standard zarah asas merangkumi 12 perisa fermion, antizarah yang sepadan, serta boson pengukur (foton, gluon, W- Dan Z-boson), yang membawa interaksi antara zarah, dan boson Higgs, ditemui pada 2012, yang bertanggungjawab untuk kehadiran jisim lengai pada zarah. Walau bagaimanapun, Model Standard sebahagian besarnya dilihat sebagai teori sementara dan bukannya teori yang benar-benar asas, kerana ia tidak termasuk graviti dan mengandungi beberapa dozen parameter bebas (jisim zarah, dll.), yang nilainya tidak mengikuti secara langsung daripada teori tersebut. Mungkin terdapat zarah asas yang tidak diterangkan Model standard- contohnya, seperti graviton (zarah yang secara hipotesis membawa daya graviti) atau rakan kongsi supersimetri zarah biasa. Secara keseluruhan, model ini menerangkan 61 zarah.
Fermion
12 perisa fermion dibahagikan kepada 3 keluarga (generasi) 4 zarah setiap satu. Enam daripadanya adalah quark. Enam yang lain adalah lepton, tiga daripadanya adalah neutrino, dan tiga yang selebihnya membawa cas negatif unit: elektron, muon, dan tau lepton.
| Generasi pertama | Generasi kedua | Generasi ketiga |
|---|---|---|
| Elektron: e− | Muon: μ − | Tau lepton: τ − |
| Neutrino elektron: ν e | Neutrino muon: ν μ | Tau neutrino: ν τ (\displaystyle \nu _(\tau )) |
| u-quark (“naik”): u | c-quark (“terpesona”): c | t-quark (“benar”): t |
| d-quark (“turun”): d | s-quark (“pelik”): s | b-quark (“cantik”): b |
Antizarah
Terdapat juga 12 antizarah fermionik yang sepadan dengan dua belas zarah di atas.
| Generasi pertama | Generasi kedua | Generasi ketiga |
|---|---|---|
| positron: e+ | Muon positif: μ + | Positif tau lepton: τ + |
| Antineutrino elektron: ν ¯ e (\displaystyle (\bar (\nu ))_(e)) | Muon antineutrino: ν ¯ μ (\displaystyle (\bar (\nu ))_(\mu )) | Tau antineutrino: ν ¯ τ (\displaystyle (\bar (\nu ))_(\tau )) |
| u-antik: u ¯ (\displaystyle (\bar (u))) | c-antik: c ¯ (\displaystyle (\bar (c))) | t-antik: t ¯ (\displaystyle (\bar (t))) |
| d-antik: d ¯ (\displaystyle (\bar (d))) | s-antik: s ¯ (\displaystyle (\bar (s))) | b-antik: b ¯ (\displaystyle (\bar (b))) |
Kuark
Quark dan antiquark tidak pernah ditemui dalam keadaan bebas - ini dijelaskan oleh fenomena itu