CZĄSTECZKI ELEMENTARNE- pierwotne, dalsze nierozkładalne cząstki, z których, jak się uważa, składa się cała materia. We współczesnej fizyce termin „cząstki elementarne” jest zwykle używany do określenia dużej grupy drobnych cząstek materii, które nie są atomami (patrz Atom) ani jądrami atomowymi (patrz Jądro atomowe); Wyjątkiem jest jądro atomu wodoru – proton.
W latach 80. XX wieku nauka znała ponad 500 cząstek elementarnych, z których większość była niestabilna. Cząstki elementarne obejmują proton (p), neutron (n), elektron (e), foton (γ), pi-mezony (π), miony (μ), ciężkie leptony (τ +, τ -), neutrina trzech typów - elektroniczne (V e), mionowe (V μ) i związane z tzw. ciężkim deptonem (V τ), a także cząstki „dziwne” (K-mezony i hiperony), różne rezonanse, mezony o ukrytym uroku, „zaczarowane ”, cząstki upsilon (Υ), cząstki „piękne”, bozony wektorów pośrednich itp. Powstała niezależna gałąź fizyki - fizyka cząstek elementarnych.
Historia fizyki cząstek sięga roku 1897, kiedy J. J. Thomson odkrył elektron (patrz: Promieniowanie elektronowe); w 1911 r. R. Millikan zmierzył wielkość jego ładunku elektrycznego. Pojęcie „fotonu” – kwantu światła – wprowadził M. Planck w 1900 roku. Bezpośrednie eksperymentalne dowody na istnienie fotonu uzyskali Millikan (1912-1915) i Compton (A. N. Compton, 1922). Badając jądro atomowe, E. Rutherford odkrył proton (patrz promieniowanie protonowe), aw 1932 r. J. Chadwick odkrył neutron (patrz promieniowanie neutronowe). W 1953 roku udowodniono eksperymentalnie istnienie neutrin, które W. Pauli przewidział już w 1930 roku.
Cząstki elementarne dzielą się na trzy grupy. Pierwsza jest reprezentowana przez pojedynczą cząstkę elementarną - foton, kwant γ lub kwant promieniowania elektromagnetycznego. Druga grupa to leptony (gr. leptos małe, lekkie), uczestniczące oprócz elektromagnetycznych także w oddziaływaniach słabych. Znanych jest 6 leptonów: neutrino elektronowe i elektronowe, neutrino mionowe i mionowe, ciężki τ-lepton oraz odpowiadające mu neutrino. Trzecią – główną grupą cząstek elementarnych są hadrony (gr. hadrosy duże, mocne), które uczestniczą we wszystkich rodzajach oddziaływań, w tym także w oddziaływaniach silnych (patrz niżej). Hadrony obejmują cząstki dwóch rodzajów: bariony (gr. barys ciężki) – cząstki o spinie półcałkowitym i masie nie mniejszej niż masa protonu oraz mezony (greckie medium mezo) – cząstki o spinie zerowym lub całkowitym (patrz Elektron paramagnetyczny rezonans). Bariony obejmują proton i neutron, hiperony, niektóre rezonanse i „czarowane” cząstki oraz niektóre inne cząstki elementarne. Jedynym stabilnym barionem jest proton, pozostałe bariony są niestabilne (neutron w stanie wolnym jest cząstką niestabilną, natomiast w stanie związanym wewnątrz stabilnych jąder atomowych jest stabilny. Mezony mają swoją nazwę od mas pierwszego odkryte mezony – mezon pi i mezon K – miały wartości pośrednie między masami protonu i elektronu. Później odkryto mezony, których masa przekracza masę protonu. Hadrony również charakteryzują się dziwnością (S ) - zerowa, dodatnia lub ujemna liczba kwantowa Hadrony o zerowej dziwności nazywane są zwykłymi, a przy S ≠ 0 - dziwnymi. W 1964 r. G. Zweig i M. Gell-Mann niezależnie zasugerowali strukturę kwarkową hadronów Wiele eksperymentów wskazuje, że kwarki są rzeczywistymi formacjami materialnymi wewnątrz kwarków i mają szereg niezwykłych właściwości, np. ułamkowy ładunek elektryczny itp. Nie obserwowano kwarków w stanie swobodnym. Uważa się, że wszystkie hadrony powstają w wyniku różnych kombinacji kwarków.
Początkowo cząstki elementarne badano w badaniu rozpadu radioaktywnego (patrz Radioaktywność) i promieniowania kosmicznego (patrz). Jednak od lat 50. XX wieku badania cząstek elementarnych prowadzone są na akceleratorach cząstek naładowanych (patrz), w których przyspieszone cząstki bombardują cel lub zderzają się z cząstkami lecącymi w ich stronę. W tym przypadku cząstki oddziałują ze sobą, powodując ich wzajemną konwersję. W ten sposób odkryto większość cząstek elementarnych.
Każda cząstka elementarna, wraz ze specyfiką jej nieodłącznych oddziaływań, opisana jest zbiorem dyskretnych wartości pewnych wielkości fizycznych, wyrażonych w liczbach całkowitych lub ułamkowych (liczbach kwantowych). Cechami wspólnymi wszystkich cząstek elementarnych są masa (m), czas życia (t), spin (J) – wewnętrzny moment pędu cząstek elementarnych, który ma charakter kwantowy i nie jest powiązany z ruchem cząstki jako całości, ładunek elektryczny (Ω) i moment magnetyczny (μ). Ładunki elektryczne badanych cząstek elementarnych w wartościach bezwzględnych są całkowitymi wielokrotnościami ładunku elektronu (e≈1,6*10 -10 k). Znane cząstki elementarne mają ładunki elektryczne równe 0, ±1 i ±2.
Wszystkim cząstkom elementarnym odpowiadają antycząstki, których masa i spin są równe masie i spinowi cząstki, a ładunek elektryczny, moment magnetyczny i inne cechy mają tę samą wartość bezwzględną i przeciwny znak. Na przykład antycząstką elektronu jest pozyton – elektron o dodatnim ładunku elektrycznym. Cząstkę elementarną identyczną ze swoją antycząstką nazywa się prawdziwie obojętną, na przykład neutron i antyneutron, neutrino i antyneutrino itp. Kiedy antycząstki oddziałują ze sobą, następuje ich anihilacja (patrz).
Kiedy cząstka elementarna wchodzi do środowiska materialnego, wchodzi z nim w interakcję. Wyróżnia się oddziaływania silne, elektromagnetyczne, słabe i grawitacyjne. Oddziaływanie silne (silniejsze niż oddziaływanie elektromagnetyczne) zachodzi pomiędzy cząstkami elementarnymi znajdującymi się w odległości mniejszej niż 10 -15 m (1 Fermiego). W odległościach większych niż 1,5 Fermiego siła oddziaływania pomiędzy cząstkami jest bliska zeru. To właśnie silne oddziaływania między cząstkami elementarnymi zapewniają wyjątkową wytrzymałość jąder atomowych, która leży u podstaw stabilności materii w warunkach ziemskich. Cechą charakterystyczną oddziaływania silnego jest jego niezależność od ładunku elektrycznego. Hadrony są zdolne do silnych oddziaływań. Oddziaływania silne powodują rozpad cząstek krótkotrwałych (czas życia rzędu 10 -23 - 10 -24 sek.), które nazywane są rezonansami.
Wszystkie naładowane cząstki elementarne, fotony i cząstki neutralne posiadające moment magnetyczny (na przykład neutrony) podlegają oddziaływaniom elektromagnetycznym. Podstawą oddziaływań elektromagnetycznych jest połączenie z polem elektromagnetycznym. Siły oddziaływania elektromagnetycznego są około 100 razy słabsze od sił oddziaływania silnego. Głównym zakresem oddziaływania elektromagnetycznego są atomy i cząsteczki (patrz Cząsteczka). Ta interakcja determinuje strukturę ciał stałych i charakter substancji chemicznej. procesy. Nie jest ograniczony odległością między cząstkami elementarnymi, więc rozmiar atomu jest w przybliżeniu 10-4 razy większy od rozmiaru jądra atomowego.
Słabe interakcje leżą u podstaw niezwykle powolnych procesów z udziałem cząstek elementarnych. Na przykład neutrina, które oddziałują słabo, mogą z łatwością przeniknąć przez grubość Ziemi i Słońca. Oddziaływania słabe powodują także powolne rozpady tzw. quasi-stabilnych cząstek elementarnych, których czas życia mieści się w przedziale 10 8 - 10 -10 sek. Cząstki elementarne powstające podczas oddziaływania silnego (w czasie 10 -23 -10 -24 s), ale rozpadające się powoli (10 -10 s), nazywane są dziwnymi.
Oddziaływania grawitacyjne między cząstkami elementarnymi dają niezwykle małe efekty ze względu na nieistotność mas cząstek. Ten typ interakcji został dobrze zbadany na makroobiektach o dużych masach.
Różnorodność cząstek elementarnych o różnych właściwościach fizycznych wyjaśnia trudność ich usystematyzowania. Ze wszystkich cząstek elementarnych jedynie fotony, elektrony, neutrina, protony i ich antycząstki są faktycznie stabilne, ponieważ mają długi czas życia. Cząstki te są końcowymi produktami spontanicznej transformacji innych cząstek elementarnych. Narodziny cząstek elementarnych mogą nastąpić w wyniku pierwszych trzech rodzajów oddziaływań. W przypadku cząstek silnie oddziałujących źródłem powstania są reakcje silnych oddziaływań. Leptony najprawdopodobniej powstają w wyniku rozpadu innych cząstek elementarnych lub rodzą się parami (cząstka + antycząstka) pod wpływem fotonów.
Przepływy cząstek elementarnych tworzą promieniowanie jonizujące (patrz), powodując jonizację obojętnych cząsteczek ośrodka. Biologiczne działanie cząstek elementarnych wiąże się z powstawaniem w napromienianych tkankach i płynach ustrojowych substancji o dużej aktywności chemicznej. Substancje te obejmują wolne rodniki (patrz Wolne rodniki), nadtlenki (patrz) i inne. Cząsteczki elementarne mogą także oddziaływać bezpośrednio na biocząsteczki i struktury supramolekularne, powodować zerwanie wiązań wewnątrzcząsteczkowych, depolimeryzację związków wielkocząsteczkowych itp. Procesy migracji energii i powstawania związków metastabilnych wynikające z długotrwałego zachowania stanu wzbudzenia w niektórych substratach makrocząsteczkowych. W komórkach dochodzi do zahamowania lub zakłócenia aktywności układów enzymatycznych, zmienia się struktura błon komórkowych i powierzchniowych receptorów komórkowych, co prowadzi do wzrostu przepuszczalności błon i zmiany procesów dyfuzji, czemu towarzyszą zjawiska denaturacji białek, odwodnienia tkanek, i zakłócenie wewnętrznego środowiska komórki. Podatność komórek w dużej mierze zależy od intensywności ich podziału mitotycznego (patrz Mitoza) i metabolizmu: wraz ze wzrostem tej intensywności wzrasta radiowrażliwość tkanek (patrz Radiowrażliwość). Ich zastosowanie w radioterapii (patrz), szczególnie w leczeniu nowotworów złośliwych, opiera się na tej właściwości przepływów cząstek elementarnych - promieniowaniu jonizującym. Zdolność penetracji naładowanych cząstek elementarnych zależy w dużej mierze od liniowego przenoszenia energii (patrz), to znaczy od średniej energii pochłoniętej przez ośrodek w miejscu przejścia naładowanej cząstki, na jednostkę jej drogi.
Szkodliwy wpływ przepływu cząstek elementarnych wpływa szczególnie na komórki macierzyste tkanki krwiotwórczej, nabłonek jąder, jelito cienkie i skórę (patrz Choroba popromienna, Uszkodzenia popromienne). Przede wszystkim wpływa to na układy znajdujące się w stanie aktywnej organogenezy i różnicowania podczas napromieniania (patrz Narząd krytyczny).
Działanie biologiczne i terapeutyczne cząstek elementarnych zależy od ich rodzaju i dawki promieniowania (patrz: Dawki promieniowania jonizującego). Na przykład pod wpływem promieniowania rentgenowskiego (patrz terapia rentgenowska), promieniowania gamma (patrz terapia gamma) i promieniowania protonowego (patrz terapia protonowa) na całe ciało ludzkie w dawce około 100 rad, następuje tymczasowa zmiana obserwuje się hematopoezę; zewnętrzny wpływ promieniowania neutronowego (patrz promieniowanie neutronowe) prowadzi do powstawania w organizmie różnych substancji radioaktywnych, na przykład radionuklidów sodu, fosforu itp. Kiedy radionuklidy będące źródłem cząstek beta (elektronów lub pozytonów) lub kwantów gamma organizmu, nazywa się to wewnętrznym napromienianiem organizmu (patrz Wprowadzanie substancji radioaktywnych). Szczególnie niebezpieczne pod tym względem są np. szybko wchłaniające się radionuklidy o równomiernym rozmieszczeniu w organizmie. tryt (3H) i polon-210.
W diagnostyce radioizotopowej wykorzystuje się radionuklidy, będące źródłem cząstek elementarnych i biorące udział w metabolizmie (patrz).
Bibliografia: Akhiezer A.I. i Rekalo M.P. Biografia cząstek elementarnych, Kijów, 1983, bibliogr.; Bogolyubov N. N. i Shirokov D. V. Pola kwantowe, M., 1980; Urodzony M. Fizyka atomowa, przeł. z języka angielskiego, M., 1965; Jones X. Fizyka radiologii, przeł. z języka angielskiego M., 1965; Krongauz A. N., Lyapidevsky V. K. i Frolova A. V. Fizyczne podstawy dozymetrii klinicznej, M., 1969; Radioterapia z wykorzystaniem promieniowania wysokoenergetycznego, wyd. I. Becker i G. Schubert, przeł. z języka niemieckiego, M., 1964; Tyubiana M. i wsp. Fizyczne podstawy radioterapii i radiobiologii, przeł. z francuskiego, M., 1969; Shpolsky E.V. Fizyka atomowa, tom 1, M., 1984; Młody Ch. Cząstki elementarne, przeł. z języka angielskiego M., 1963.
R. V. Stavntsky.
W którym znajduje się informacja, że wszystkie cząstki elementarne tworzące dowolny pierwiastek chemiczny składają się z różnej liczby niepodzielnych fantomowych cząstek Po, zainteresowało mnie, dlaczego w raporcie nie mówi się o kwarkach, bo tradycyjnie uważa się, że są to elementy strukturalne cząstek elementarnych.
Teoria kwarków od dawna jest powszechnie akceptowana wśród naukowców badających mikroświat cząstek elementarnych. I choć na samym początku wprowadzenie pojęcia „kwarka” było założeniem czysto teoretycznym, którego istnienie miało zostać potwierdzone jedynie eksperymentalnie, dziś pojęcie to funkcjonuje jako nieubłagana prawda. Świat naukowy zgodził się nazywać kwarki cząstkami podstawowymi i na przestrzeni kilkudziesięciu lat koncepcja ta stała się centralnym tematem badań teoretycznych i eksperymentalnych z zakresu fizyki wysokich energii. „Kwark” znalazł się w programie nauczania wszystkich uniwersytetów przyrodniczych na świecie. Na badania w tej dziedzinie przeznaczane są ogromne środki – ile kosztuje budowa Wielkiego Zderzacza Hadronów. Nowe pokolenia naukowców, badających teorię kwarków, postrzegają ją w takiej formie, w jakiej jest ona przedstawiana w podręcznikach, praktycznie nie interesując się historią tego zagadnienia. Spróbujmy jednak bezstronnie i uczciwie spojrzeć na źródło „kwestii kwarkowej”.
Już w drugiej połowie XX wieku, dzięki rozwojowi możliwości technicznych akceleratorów cząstek elementarnych – cyklotronów liniowych i kołowych, a następnie synchrotronów, naukowcom udało się odkryć wiele nowych cząstek. Nie rozumieli jednak, co zrobić z tymi odkryciami. Następnie wysunięto pomysł, opierając się na rozważaniach teoretycznych, aby spróbować grupować cząstki w poszukiwaniu określonego porządku (podobnego do układu okresowego pierwiastków chemicznych - układu okresowego). Naukowcy Zgoda nazwać cząstki ciężkie i średniomasowe hadrony, a następnie dalej je podzielić na bariony I mezony. W oddziaływaniu silnym brały udział wszystkie hadrony. Nazywa się mniej ciężkie cząstki leptony, brały udział w oddziaływaniach elektromagnetycznych i słabych. Od tego czasu fizycy próbują wyjaśnić naturę wszystkich tych cząstek, próbując znaleźć dla wszystkiego wspólny model opisujący ich zachowanie.
W 1964 roku amerykańscy fizycy Murray Gell-Mann (laureat Nagrody Nobla w dziedzinie fizyki w 1969 r.) i George Zweig niezależnie zaproponowali nowe podejście. Wysunięto czysto hipotetyczne założenie, że wszystkie hadrony składają się z trzech mniejszych cząstek i odpowiadających im antycząstek. Gell-Man nazwał te nowe cząstki kwarki. Co ciekawe, sam tytuł zapożyczył z powieści Jamesa Joyce’a „Przebudzenie Finnegana”, w której bohater często słyszał w swoich snach słowa o tajemniczych trzech kwarkach. Albo Gell-Man podszedł do tej powieści zbyt emocjonalnie, albo po prostu podobała mu się liczba trzy, ale w swoich pracach naukowych proponuje wprowadzenie do fizyki cząstek elementarnych pierwszych trzech kwarków, zwanych kwarkami górnymi. (I - z angielskiego w górę), niżej (D- w dół) i dziwne (S- dziwne), mające ułamkowy ładunek elektryczny odpowiednio + 2/3, - 1/3 i - 1/3, a dla antykwarków zakładamy, że ich ładunki są przeciwne w znaku.
Zgodnie z tym modelem protony i neutrony, które według naukowców tworzą wszystkie jądra pierwiastków chemicznych, składają się z trzech kwarków: odpowiednio uud i udd (znowu te wszechobecne trzy kwarki). Dlaczego dokładnie z trzech i w tej kolejności nie zostało wyjaśnione. To po prostu coś, co wymyślili autorytatywni naukowcy i to wszystko. Próby upiększenia teorii nie przybliżają nas do Prawdy, a jedynie zniekształcają i tak już zniekształcone lustro, w którym odbija się Jej fragment. Komplikując proste, oddalamy się od Prawdy. I to takie proste!
W ten sposób zbudowana jest „wysoka precyzja”, ogólnie przyjęta oficjalna fizyka. I choć początkowo proponowano wprowadzenie kwarków jako hipotezę roboczą, po krótkim czasie abstrakcja ta ugruntowała się w fizyce teoretycznej. Z jednej strony umożliwiło to z matematycznego punktu widzenia rozwiązanie problemu uporządkowania rozległego szeregu cząstek otwartych, z drugiej strony pozostało jedynie teorią na papierze. Jak to zwykle bywa w naszym społeczeństwie konsumpcyjnym, wiele ludzkich wysiłków i zasobów skierowano na eksperymentalne sprawdzenie hipotezy o istnieniu kwarków. Wydawane są pieniądze podatników, trzeba ludziom o czymś powiedzieć, pokazać raporty, opowiedzieć o swoich „wielkich” odkryciach, żeby otrzymać kolejną dotację. „No cóż, jeśli będzie trzeba, to zrobimy to” – mówią w takich przypadkach. I wtedy to się stało.
Zespół naukowców z Wydziału Stanforda Massachusetts Institute of Technology (USA) użył akceleratora liniowego do badania jądra, wystrzeliwując elektrony w stronę wodoru i deuteru (ciężkiego izotopu wodoru, którego jądro zawiera jeden proton i jeden neutron). . W tym przypadku zmierzono kąt i energię rozproszenia elektronów po zderzeniu. W przypadku niskich energii elektronów rozproszone protony z neutronami zachowywały się jak cząstki „jednorodne”, lekko odchylając elektrony. Jednak w przypadku wysokoenergetycznych wiązek elektronów poszczególne elektrony traciły znaczną część swojej energii początkowej, rozpraszając się pod dużymi kątami. Amerykańscy fizycy Richard Feynman (laureat Nagrody Nobla w dziedzinie fizyki w 1965 r. i notabene jeden z twórców bomby atomowej w latach 1943-1945 w Los Alamos) i James Bjorken zinterpretowali dane dotyczące rozpraszania elektronów jako dowód złożonej struktury protonów i neutronów, a mianowicie : w postaci wcześniej przewidywanych kwarków.
Proszę zwrócić uwagę na ten kluczowy punkt. Eksperymentatorzy z akceleratorami, zderzającymi się wiązkami cząstek (nie pojedynczymi cząstkami, ale wiązkami!!!), zbierającymi statystyki (!!!) zauważyli, że proton i neutron z czegoś się składają. Ale z czego? Nie widzieli kwarków, a nawet w liczbie trzech jest to niemożliwe, widzieli po prostu rozkład energii i kąty rozproszenia wiązki cząstek. A ponieważ jedyną wówczas teorią budowy cząstek elementarnych, choć bardzo fantastyczną, była teoria kwarków, eksperyment ten uznano za pierwszy udany test na istnienie kwarków.
Później oczywiście nastąpiły inne eksperymenty i nowe uzasadnienia teoretyczne, ale ich istota jest ta sama. Każde dziecko w wieku szkolnym, czytając historię tych odkryć, zrozumie, jak naciągane jest wszystko w tej dziedzinie fizyki, jak po prostu wszystko jest nieuczciwe.
Tak właśnie realizuje się badania eksperymentalne w dziedzinie nauki o pięknej nazwie – fizyki wysokich energii. Bądźmy ze sobą szczerzy, dziś nie ma jednoznacznego naukowego uzasadnienia istnienia kwarków. Cząstki te po prostu nie istnieją w przyrodzie. Czy jakiś specjalista rozumie, co właściwie dzieje się, gdy w akceleratorach zderzają się dwie wiązki naładowanych cząstek? To, że na tej teorii kwarków zbudowano tzw. Model Standardowy, rzekomo najdokładniejszy i poprawny, nic nie znaczy. Eksperci doskonale zdają sobie sprawę ze wszystkich wad tej najnowszej teorii. Ale z jakiegoś powodu zwyczajowo milczy się na ten temat. Ale dlaczego? „A największa krytyka Modelu Standardowego dotyczy grawitacji i pochodzenia masy. Model standardowy nie bierze pod uwagę grawitacji i wymaga eksperymentalnego pomiaru masy, ładunku i niektórych innych właściwości cząstek w celu późniejszego uwzględnienia w równaniach.
Mimo to na ten obszar badań przeznaczane są ogromne sumy pieniędzy, wystarczy pomyśleć o tym, aby potwierdzić Model Standardowy, a nie szukać Prawdy. Zbudowano Wielki Zderzacz Hadronów (CERN, Szwajcaria) i setki innych akceleratorów na całym świecie, rozdano nagrody i granty, utrzymano ogromną kadrę specjalistów technicznych, ale istotą tego wszystkiego jest banalne oszustwo, Hollywood i nic więcej. Zapytaj dowolną osobę, jakie realne korzyści przynoszą społeczeństwu te badania - nikt ci nie odpowie, ponieważ jest to ślepa uliczka nauki. Od 2012 roku mówi się o odkryciu bozonu Higgsa przy akceleratorze w CERN. Historia tych badań to cała historia detektywistyczna, oparta na tym samym oszustwie społeczności światowej. Co ciekawe, bozon ten rzekomo odkryto właśnie wtedy, gdy mówiono o wstrzymaniu finansowania tego kosztownego projektu. I żeby pokazać społeczeństwu wagę tych badań, uzasadnić swoje działania, aby otrzymać nowe transze na budowę jeszcze potężniejszych kompleksów, pracownicy CERN-u pracujący przy tych badaniach musieli rozprawić się ze swoim sumieniem, pobożnym życzeniem.
W raporcie „PRIMODIUM ALLATRA PHYSICS” można znaleźć następujące interesujące informacje na ten temat: „Naukowcy odkryli cząstkę rzekomo podobną do bozonu Higgsa (bozon przewidywał angielski fizyk Peter Higgs (1929), zgodnie z teorią musi mają skończoną masę i nie mają spinu). Tak naprawdę to, co odkryli naukowcy, nie jest poszukiwanym bozonem Higgsa. Ale ci ludzie, nawet nie zdając sobie z tego sprawy, dokonali naprawdę ważnego odkrycia i odkryli znacznie więcej. Eksperymentalnie odkryli zjawisko, które szczegółowo opisano w książce AllatRa. (uwaga: książka AllatRa, strona 36, ostatni akapit). .
Jak właściwie działa mikrokosmos materii? Raport „PRIMODIUM ALLATRA PHYSICS” zawiera rzetelne informacje o prawdziwej budowie cząstek elementarnych, wiedzę znaną starożytnym cywilizacjom, na co istnieją niezbite dowody w postaci artefaktów. Cząstki elementarne składają się z różnych liczb fantomowe cząstki Poe. „Fantomowa cząstka Po to skrzep składający się z septonów, wokół którego znajduje się małe, własne, rozrzedzone pole septoniczne. Cząstka fantomowa Po posiada potencjał wewnętrzny (jest jej nośnikiem), który odnawia się w procesie ezoosmozy. Zgodnie z potencjałem wewnętrznym fantomowa cząstka Po ma swoją własną proporcjonalność. Najmniejsza fantomowa cząsteczka Po jest wyjątkowa cząstka fantomowa mocy Po - Allat (uwaga: więcej szczegółów w dalszej części raportu). Fantomowa cząstka Po jest uporządkowaną strukturą w ciągłym ruchu spiralnym. Może istnieć jedynie w stanie związanym z innymi cząstkami fantomowymi Po, które w konglomeracie tworzą pierwotne przejawy materii. Ze względu na swoje unikalne funkcje jest rodzajem widma (ducha) dla świata materialnego. Biorąc pod uwagę, że cała materia składa się z fantomowych cząstek Po, nadaje to jej charakter iluzorycznej struktury i formy uzależnienia od procesu ezoosmozy (wypełniania potencjału wewnętrznego).
Cząsteczki Phantom Poe są formacją nieuchwytną. Natomiast w połączeniu (połączeniu szeregowym) ze sobą, zbudowanym według programu informacyjnego w określonej ilości i porządku, w określonej odległości od siebie, tworzą one podstawę struktury każdej materii, decydują o jej różnorodności i właściwościach, dzięki swemu wewnętrznemu potencjałowi (energii i informacji). Cząstka fantomowa Po to cząstka elementarna (foton, elektron, neutrino itp.), a także cząstka przenosząca interakcje. To jest pierwotna manifestacja materii na tym świecie.”
Po przeczytaniu tego raportu, po przeprowadzeniu tak małego badania historii rozwoju teorii kwarków i ogólnie fizyki wysokich energii, stało się jasne, jak mało wie człowiek, jeśli ogranicza swoją wiedzę jedynie do ram materialistycznego światopogląd. Trochę szalonych założeń, teoria prawdopodobieństwa, statystyka warunkowa, zgodności i brak rzetelnej wiedzy. Ale ludzie czasami spędzają życie na tych badaniach. Jestem pewien, że wśród naukowców i tej dziedziny fizyki jest wielu ludzi, którzy tak naprawdę przyszli do nauki nie dla sławy, władzy i pieniędzy, ale dla jednego celu – poznania Prawdy. Kiedy wiedza „PRIMODIUM ALLATRA FIZYKA” stanie się dla nich dostępna, sami przywrócą porządek i dokonają prawdziwie epokowych odkryć naukowych, które przyniosą realne korzyści społeczeństwu. Wraz z publikacją tego wyjątkowego raportu otworzyła się dziś nowa karta w światowej nauce. Teraz nie chodzi o wiedzę jako taką, ale o to, czy sami ludzie są gotowi na twórcze wykorzystanie tej Wiedzy. W mocy każdego człowieka jest zrobić wszystko, co możliwe, abyśmy wszyscy przezwyciężyli narzucony nam konsumencki format myślenia i zrozumieli potrzebę stworzenia podstaw pod budowę duchowo twórczego społeczeństwa przyszłości w nadchodzącej erze globalnego kataklizmy na planecie Ziemia.
Walery Wierszygora
Słowa kluczowe: kwarki, teoria kwarków, cząstki elementarne, bozon Higgsa, PIERWOTNA FIZYKA ALLATRY, Wielki Zderzacz Hadronów, nauka przyszłości, fantomowa cząstka Po, pole septonowe, allat, wiedza o prawdzie.
Literatura:
Kokkedee Y., Teoria kwarków, M., Wydawnictwo „Mir”, 340 s., 1969, http://nuclphys.sinp.msu.ru/books/b/Kokkedee.htm;
Arthur W. Wiggins, Charles M. Wynn, Pięć największych nierozwiązanych problemów w nauce, John Wiley & Sons, Inc., 2003 // Wiggins A., Wynn C. „Pięć nierozwiązanych problemów nauki” w przeł. na rosyjski;
Observation of an Excess of Events in the Search for the Standard Model Bozon Higgsa za pomocą detektora ATLAS w LHC, 09 lipca 2012, CERN LHC, ATLAS, http://cds.cern.ch/record/1460439 ;
Obserwacja nowego bozonu o masie bliskiej 125 GeV, 9 lipca 2012, CERN LHC, CMS, http://cds.cern.ch/record/1460438?ln=en ;
Raport „PRIMODIUM ALLATRA PHYSICS” międzynarodowej grupy naukowców Międzynarodowego Ruchu Społecznego „ALLATRA”, wyd. Anastazja Nowych, 2015;
CZĄSTECZKI ELEMENTARNE w wąskim znaczeniu to cząstki, których nie można uznać za składające się z innych cząstek. W nowoczesnym W fizyce terminu „cząstki elementarne” używa się w szerszym znaczeniu: tzw. najmniejsze cząstki materii, pod warunkiem, że nimi nie są i (wyjątek stanowi); Czasami z tego powodu cząstki elementarne nazywane są cząstkami subjądrowymi. Większość tych cząstek (znanych jest ponad 350) to układy złożone.
mi cząstki elementarne uczestniczą w oddziaływaniach elektromagnetycznych, słabych, silnych i grawitacyjnych. Ze względu na małe masy cząstek elementarnych ich oddziaływanie grawitacyjne. zwykle nie brane pod uwagę. Wszystkie cząstki elementarne dzielą się na trzy główne. grupy. Pierwsza składa się z tzw. Bozony są nośnikami oddziaływań elektrosłabych. Obejmuje to foton lub kwant promieniowania elektromagnetycznego. Masa spoczynkowa fotonu wynosi zero, dlatego prędkość propagacji fal elektromagnetycznych (w tym fal świetlnych) reprezentuje maksymalną prędkość propagacji fal fizycznych. wpływ i jest jednym z funduszy. fizyczny stały; przyjmuje się, że c = (299792458 · 1,2) m/s.
Drugą grupą cząstek elementarnych są leptony, uczestniczące w oddziaływaniach elektromagnetycznych i słabych. Znanych jest 6 leptonów: elektron, mion, ciężki lepton i odpowiedni. (symbol e) uważany jest za materiał o najmniejszej w przyrodzie masie m c, równej 9,1 x 10 -28 g (w jednostkach energii 0,511 MeV) i najmniejszej ujemności. elektryczny ładunek e = 1,6 x 10 -19 C. (symbol) - cząstki o masie ok. 207 (105,7 MeV) i elektryczny. ładunek równy ładunkowi; Ciężki lepton ma masę ok. 1,8 GeV. Trzy typy odpowiadające tym cząstkom to elektron (symbol vc), mion (symbol) i neutrino (symbol) – lekkie (prawdopodobnie bezmasowe) cząstki elektrycznie obojętne.
Wszystkie leptony mają (-), czyli statystycznie. Św. jesteście fermionami (patrz).
Każdy z leptonów odpowiada , który ma te same wartości mas i inne cechy, ale różni się znakiem elektrycznym. opłata. Istnieją (symbol e +) - w odniesieniu do dodatnio naładowanych (symbol) i trzy rodzaje antyneutrin (symbol), którym przypisuje się przeciwny znak specjalnej liczby kwantowej, tzw. ładunek leptonowy (patrz poniżej).
Trzecią grupą cząstek elementarnych są hadrony, które uczestniczą w oddziaływaniach silnych, słabych i elektromagnetycznych. Hadrony to „ciężkie” cząstki o masie znacznie większej niż . To jest najbardziej duża grupa cząstek elementarnych. Hadrony dzielą się na bariony – cząstki z mezonami – cząstki z liczbą całkowitą (O lub 1); a także tzw rezonanse to krótkotrwałe hadrony. Bariony obejmują (symbol p) - jądro o masie ~ 1836 razy większej niż m s i równej 1,672648 x 10 -24 g (938,3 MeV) i put. elektryczny ładunek równy ładunkowi, a także (symbol n) - cząstka obojętna elektrycznie, której masa nieznacznie przekracza masę. Z i wszystko jest zbudowane, a mianowicie silna interakcja. określa połączenie tych cząstek ze sobą. W silnym oddziaływaniu mają te same właściwości i są uważane za dwie z jednej cząstki - nukleony o izotopie. (patrz poniżej). Do barionów zalicza się także hiperony – cząstki elementarne o masie większej od nukleonu: hiperon ma masę 1116 MeV, hiperon ma masę 1190 MeV, hiperon ma masę 1320 MeV, a hiperon ma masę 1670 MeV. MeV. Mezony mają masy pośrednie pomiędzy masami a (-mezon, K-mezon). Istnieją mezony neutralne i naładowane (z dodatnim i ujemnym elementarnym ładunkiem elektrycznym). Wszystkie mezony mają swoje własne cechy. Św. należysz do bozonów.
Podstawowe właściwości cząstek elementarnych. Każda cząstka elementarna jest opisana zbiorem dyskretnych wartości fizycznych. ilości (liczby kwantowe). Ogólna charakterystyka wszystkich cząstek elementarnych - masa, czas życia, elektryczność. opłata.
W zależności od czasu życia cząstki elementarne dzielą się na stabilne, quasi-stabilne i niestabilne (rezonanse). Stabilne (w zakresie dokładności współczesnych pomiarów) są: (czas życia powyżej 5 -10 21 lat), (ponad 10 31 lat), foton i . Cząstki quasi-stabilne obejmują cząstki, które rozpadają się w wyniku oddziaływań elektromagnetycznych i słabych; ich czas życia przekracza 10–20 sekund. Rezonanse zanikają na skutek oddziaływań silnych, ich charakterystyczny czas życia wynosi 10 -22 -10 -24 s.
Wewnętrzną charakterystyką (liczbami kwantowymi) cząstek elementarnych są ładunki leptonowe (symbol L) i barionowe (symbol B); liczby te uważane są za wielkości ściśle konserwowane dla wszystkich rodzajów funduszy. interakcja Bowiem leptonika i jej L mają przeciwne znaki; dla barionów B = 1, dla odpowiednich B = -1.
Hadrony charakteryzują się obecnością specjalnych liczb kwantowych: „dziwności”, „uroku”, „piękna”. Zwykłe (nie dziwne) hadrony to ,-mezony. W obrębie różnych grup hadronów istnieją rodziny cząstek o podobnej masie i podobnych właściwościach w zakresie oddziaływania silnego, ale o różnych właściwościach. wartości elektryczne opłata; najprostszym przykładem jest proton i . Całkowita liczba kwantowa takich cząstek elementarnych to tzw. izotopowy , który podobnie jak zwykły akceptuje wartości całkowite i półcałkowite. Do szczególnych cech hadronów zalicza się także parzystość wewnętrzna, która przyjmuje wartości 1.
Ważną właściwością cząstek elementarnych jest ich zdolność do ulegania wzajemnym przemianom w wyniku oddziaływań elektromagnetycznych lub innych. Jednym z rodzajów wzajemnych przekształceń jest tzw. narodziny, czyli jednoczesne powstanie cząstki i (w ogólnym przypadku - powstanie cząstek elementarnych o przeciwnych ładunkach leptonowych lub barionowych). Możliwe procesy obejmują narodziny elektron-pozyton e - e + , nowe ciężkie cząstki mionowe w zderzeniach leptonów oraz powstawanie stanów cc i bb z kwarków (patrz poniżej). Innym rodzajem wzajemnej konwersji cząstek elementarnych jest anihilacja podczas zderzeń cząstek z utworzeniem skończonej liczby fotonów (kwantów). Zwykle powstają 2 fotony, gdy suma zderzających się cząstek wynosi zero, a 3 fotony, gdy suma jest równa 1 (przejaw prawa zachowania parzystości ładunku).
W pewnych warunkach, zwłaszcza przy małej prędkości zderzających się cząstek, często dochodzi do powstania układu sprzężonego – e – e+. Te układy niestabilne nazywane są często. , ich czas życia w substancji w dużej mierze zależy od właściwości substancji, co pozwala na wykorzystanie kondensatora do badania struktury. Substancje i kinetyka szybkich substancji chemicznych. dzielnice (patrz,).
Kwarkowy model hadronów. Szczegółowe badanie liczb kwantowych hadronów pod ich kątem pozwoliło stwierdzić, że hadrony dziwne i zwykłe hadrony tworzą razem asocjacje cząstek o zbliżonych właściwościach, zwane multipletami unitarnymi. Liczba cząstek w nich zawartych wynosi 8 (oktet) i 10 (decuplet). Cząstki wchodzące w skład multipletu unitarnego mają to samo wnętrze parzystość, ale różnią się wartościami elektrycznymi. ładunek (cząstki multipletu izotopowego) i obcość. Właściwości związane z grupami unitarnymi, ich odkrycie było podstawą do wniosku o istnieniu specjalnych jednostek strukturalnych, z których zbudowane są hadrony i kwarki. Uważa się, że hadrony są kombinacją 3 pierwiastków. cząstki z 1/2: kwarki górne, kwarki d i kwarki s. Zatem mezony składają się z kwarka i antykwarku, bariony składają się z 3 kwarków.
Założenie, że hadrony składają się z 3 kwarków, przyjęto w 1964 roku (J. Zweig i niezależnie M. Gell-Mann). Następnie do modelu struktury hadronów włączono jeszcze dwa kwarki (w szczególności w celu uniknięcia sprzeczności z ) - „czarowany” (c) i „piękny” (b), a także wprowadzono specjalne cechy kwarków - „smak” i „kolor”. Kwarki, będące składnikami hadronów, nie zostały zaobserwowane w stanie wolnym. Cała różnorodność hadronów wynika z różnych czynników. kombinacje kwarków and-, d-, s-, c- i b tworzące stany połączone. Zwykłe hadrony ( , -mezony) odpowiadają stanom połączonym zbudowanym z kwarków górnych i d. Obecność w hadronie, obok kwarków górnych i d, jednego kwarku s, c lub b oznacza, że odpowiadający mu hadron jest „dziwny”, „czarowany” lub „piękny”.
Kwarkowy model budowy hadronów został potwierdzony w wyniku przeprowadzonych na końcu eksperymentów. Lata 60. – początek
lata 70 XX wiek Kwarki faktycznie zaczęto uważać za nowe cząstki elementarne – prawdziwie elementarne cząstki hadronowej formy materii. Nieobserwowalność wolnych kwarków ma najwyraźniej charakter fundamentalny i sugeruje, że są to cząstki elementarne, które zamykają łańcuch elementów strukturalnych ciała. Istnieją teoretyczne i eksperymentuj. argumenty przemawiające za tym, że siły działające pomiędzy kwarkami nie słabną wraz z odległością, czyli aby oddzielić kwarki od siebie potrzebna jest nieskończenie duża ilość energii, czyli inaczej pojawienie się kwarków w stanie swobodnym jest niemożliwe . Czyni to z nich zupełnie nowy typ jednostek strukturalnych na wyspie. Możliwe, że kwarki stanowią ostatni etap materii.
Krótka informacja historyczna. Pierwszą odkrytą cząstką elementarną była - neg. elektryczny ładunek w obu znakach elektrycznych. ładunek (K. Anderson i S. Neddermeyer, 1936) oraz K-mezony (grupa S. Powella, 1947; istnienie takich cząstek sugerował H. Yukawa w 1935). Na końcu 40. - wcześnie lata 50 odkryto „dziwne” cząstki. Pierwsze cząstki tej grupy – K+ – i K – mezony, A-hiperony – także zarejestrowano w przestrzeni kosmicznej. promienie
Od początku lata 50 akceleratory stały się głównymi narzędzie do badania cząstek elementarnych. Odkryto antyproton (1955), antyneutron (1956), antyhiperon (1960), a w 1964 odkryto najcięższy z nich W -hiperon. W 1960 roku W akceleratorach odkryto dużą liczbę niezwykle niestabilnych rezonansów. W 1962 roku okazało się, że istnieją dwa różne: elektron i mion. W 1974 roku odkryto masywne (3-4 masy protonów), a jednocześnie stosunkowo stabilne (w porównaniu ze zwykłymi rezonansami) cząstki, które okazały się blisko spokrewnione z nową rodziną cząstek elementarnych – „czarowanymi”, ich pierwszymi przedstawicielami odkryto w 1976 r. W 1975 r. odkryto ciężki analog leptonu, w 1977 r. - cząstki o masie około dziesięciu mas protonów, w 1981 r. - „piękne” cząstki. W 1983 roku odkryto najcięższe znane cząstki elementarne - bozony (masa 80 GeV) i Z° (91 GeV).
Tak więc na przestrzeni lat od odkrycia zidentyfikowano ogromną liczbę różnych mikrocząstek. Świat cząstek elementarnych okazał się złożony, a ich właściwości pod wieloma względami nieoczekiwane.
Dosł.: Kokkede Ya., Teoria kwarków, [tłum. z języka angielskiego], M., 1971; Markov M. A., O naturze materii, M., 1976; Okun L.B., Leptony i kwarki, wyd. 2, M., 1990.
Fizyka cząstek elementarnych jest ściśle związana z fizyką jądra atomowego. Ta dziedzina współczesnej nauki opiera się na koncepcjach kwantowych i w swoim rozwoju wnika głębiej w głąb materii, odsłaniając tajemniczy świat jej podstawowych zasad. W fizyce cząstek elementarnych rola teorii jest niezwykle ważna. Ze względu na niemożność bezpośredniej obserwacji takich obiektów materialnych, ich wizerunki kojarzone są z równaniami matematycznymi, z narzuconymi im regułami zakazującymi i dopuszczającymi.
Z definicji cząstki elementarne są pierwotnymi, nierozkładalnymi formacjami, z których, z założenia, składa się cała materia. W rzeczywistości termin ten jest używany w szerszym znaczeniu - do określenia dużej grupy mikrocząstek materii, które nie są strukturalnie zjednoczone w jądrach i atomach. Większość obiektów badań fizyki cząstek elementarnych nie spełnia ścisłej definicji elementarności, gdyż są to układy złożone. Dlatego cząstki spełniające ten wymóg zwykle nazywa się prawdziwie elementarnymi.
Pierwszą cząstką elementarną odkrytą w trakcie badań mikrokosmosu pod koniec XIX wieku był elektron. Następnie odkryto proton (1919 r.), a następnie neutron, odkryty w 1932 r. Istnienie pozytonu teoretycznie przepowiedział P. Dirac w 1931 r., a w 1932 r. tego dodatnio naładowanego „bliźniaka” elektronu odkryto w promieniach kosmicznych przez Karla Andersona. Założenie o istnieniu neutrin w przyrodzie wysunął W. Pauli w 1930 r., a eksperymentalnie odkryto je dopiero w 1953 r. W składzie promieni kosmicznych w 1936 r. odkryto mu-mezony (miony) – cząstki obu znaków ładunku elektrycznego o masie około 200 elektronów. Pod wszystkimi innymi względami właściwości mionów są bardzo zbliżone do właściwości elektronu i pozytonu. Również w promieniowaniu kosmicznym w 1947 roku odkryto dodatnie i ujemne mezony pi, których istnienie przepowiedział japoński fizyk Hideki Yukawa w 1935 roku. Później okazało się, że istnieje również neutralny mezon pi.
Na początku lat 50. odkryto dużą grupę cząstek o bardzo nietypowych właściwościach, co spowodowało, że nazwano je „dziwnymi”. Pierwsze cząstki z tej grupy odkryto w promieniowaniu kosmicznym, są to mezony K obu znaków oraz hiperon K (lambda hyperon). Należy pamiętać, że mezony mają swoją nazwę od języka greckiego. „średnie, pośrednie” ze względu na fakt, że masy pierwszych odkrytych cząstek tego typu (pi-mezony, mu-mezony) mają masę pośrednią pomiędzy masą nukleonu i elektronu. Hyperony wzięły swoją nazwę od języka greckiego. „powyżej, wyżej”, gdyż ich masy przekraczają masę nukleonu. Późniejszych odkryć dziwnych cząstek dokonano za pomocą akceleratorów cząstek naładowanych, które stały się głównym narzędziem do badania cząstek elementarnych.
W ten sposób odkryto antyproton, antyneutron i szereg hiperonów. W latach 60 Odkryto znaczną liczbę cząstek o niezwykle krótkim czasie życia, które nazwano rezonansami. Jak się okazało, większość znanych cząstek elementarnych należy do rezonansów. W połowie lat 70. odkryto nową rodzinę cząstek elementarnych, która otrzymała romantyczną nazwę „czarowane”, a na początku lat 80. - rodzinę „pięknych” cząstek i tak zwanych bozonów wektorów pośrednich. Odkrycie tych cząstek było znakomitym potwierdzeniem teorii opartej na kwarkowym modelu cząstek elementarnych, która przewidywała istnienie nowych cząstek na długo przed ich odkryciem.
Tak więc w czasie po odkryciu pierwszej cząstki elementarnej – elektronu – w przyrodzie odkryto wiele (około 400) mikrocząstek materii, a proces odkrywania nowych cząstek trwa. Okazało się, że świat cząstek elementarnych jest bardzo, bardzo złożony, a ich właściwości są różnorodne i często niezwykle nieoczekiwane.
Wszystkie cząstki elementarne są formacjami materialnymi o niezwykle małych masach i rozmiarach. Większość z nich ma masę rzędu masy protonu (~10 -24 g) i wymiary rzędu 10 -13 m. Decyduje to o czysto kwantowej specyfice ich zachowania. Ważną właściwością kwantową wszystkich cząstek elementarnych (w tym należącego do nich fotonu) jest to, że wszystkie procesy z nimi zachodzą w postaci sekwencji aktów emisji i absorpcji (zdolność do narodzin i zniszczenia podczas interakcji z innymi cząstkami). . Procesy z udziałem cząstek elementarnych dotyczą wszystkich czterech typów oddziaływań podstawowych: silnych, elektromagnetycznych, słabych i grawitacyjnych. Oddziaływanie silne odpowiada za wiązanie nukleonów w jądrze atomowym. Oddziaływanie elektromagnetyczne zapewnia połączenie elektronów z jądrami w atomie, a także połączenie atomów w cząsteczkach. Oddziaływanie słabe powoduje w szczególności rozpad quasi-stabilnych (tj. stosunkowo długowiecznych) cząstek o czasie życia w granicach 10 -12 -10 -14 s. Oddziaływanie grawitacyjne w odległościach charakterystycznych dla cząstek elementarnych rzędu ~10 -13 cm, ze względu na małą masę ich masy, ma wyjątkowo małą intensywność, ale może być znaczące na ultrakrótkich dystansach. Natężenia oddziaływań silnych, elektromagnetycznych, słabych i grawitacyjnych - przy umiarkowanej energii procesów wynoszą odpowiednio 1, 10 -2, 10 -10, 10 -38. Ogólnie rzecz biorąc, wraz ze wzrostem energii cząstek stosunek ten się zmienia.
Cząstki elementarne są klasyfikowane według różnych kryteriów i trzeba powiedzieć, że ogólnie przyjęta ich klasyfikacja jest dość złożona.
W zależności od ich udziału w różnego rodzaju oddziaływaniach, wszystkie znane cząstki dzielą się na dwie główne grupy: hadrony i leptony.
Hadrony biorą udział we wszystkich rodzajach oddziaływań, także tych silnych. Swoją nazwę otrzymali od języka greckiego. „duży, silny”.
Leptony nie biorą udziału w oddziaływaniach silnych. Ich nazwa pochodzi od języka greckiego. „lekki, cienki”, gdyż masy były znane aż do połowy lat 70-tych. cząstki tej klasy były zauważalnie mniejsze od mas wszystkich innych cząstek (z wyjątkiem fotonu).
Do hadronów zaliczamy wszystkie bariony (grupę cząstek o masie nie mniejszej niż masa protonu, tak zwaną od greckiego „ciężki”) oraz mezony. Najlżejszy barion to proton.
Leptonami są w szczególności elektron i pozyton, miony obu znaków, neutrina trzech typów (lekkie, elektrycznie obojętne cząstki uczestniczące jedynie w oddziaływaniach słabych i grawitacyjnych). Zakłada się, że neutrina są w przyrodzie równie powszechne jak fotony, a do ich powstania prowadzi wiele różnych procesów. Charakterystyczną cechą neutrina jest jego ogromna siła penetracji, szczególnie przy niskich energiach. Uzupełniając klasyfikację ze względu na rodzaje oddziaływań należy zauważyć, że foton bierze udział jedynie w oddziaływaniach elektromagnetycznych i grawitacyjnych. Ponadto, zgodnie z modelami teoretycznymi mającymi na celu ujednolicenie wszystkich czterech rodzajów interakcji, istnieje hipotetyczna cząstka niosąca pole grawitacyjne, która nazywa się grawitonem. Osobliwością grawitonu jest to, że (zgodnie z teorią) uczestniczy on jedynie w oddziaływaniu grawitacyjnym. Należy zauważyć, że teoria wiąże jeszcze dwie hipotetyczne cząstki z kwantowymi procesami oddziaływania grawitacyjnego – grawitino i grawifoton. Eksperymentalna detekcja grawitonów, czyli w istocie promieniowania grawitacyjnego, jest niezwykle trudna ze względu na jego wyjątkowo słabe oddziaływanie z materią.
W zależności od czasu życia cząstki elementarne dzielą się na stabilne, quasi-stabilne i niestabilne (rezonanse).
Cząstkami stabilnymi są elektron (czas życia t > 10 21 lat), proton (t > 10 31 lat), neutrino i foton. Cząstki, które rozpadają się pod wpływem oddziaływań elektromagnetycznych i słabych, uważane są za quasi-stabilne; ich czas życia wynosi t > 10 -20 s. Rezonanse to cząstki, które rozpadają się w wyniku oddziaływań silnych; ich czas życia mieści się w przedziale 10 -22 ^10 -24 s.
Powszechny jest inny rodzaj podziału cząstek elementarnych. Układy cząstek o spinie zerowym i całkowitym podlegają statystyce Bosego-Einsteina, dlatego cząstki takie nazywane są zwykle bozonami. Zbiór cząstek o spinie półcałkowitym opisuje statystyka Fermiego-Diraca, stąd nazwa takich cząstek – fermiony.
Każda cząstka elementarna charakteryzuje się pewnym zbiorem dyskretnych wielkości fizycznych – liczb kwantowych. Cechami wspólnymi dla wszystkich cząstek są masa m, czas życia t, spin J i ładunek elektryczny Q. Spin cząstek elementarnych przyjmuje wartości równe całkowitej lub półcałkowitej wielokrotności stałej Plancka. Ładunki elektryczne cząstek są całkowitymi wielokrotnościami ładunku elektronu, który jest uważany za elementarny ładunek elektryczny.
Ponadto cząstki elementarne charakteryzują się dodatkowo tzw. wewnętrznymi liczbami kwantowymi. Leptonom przypisuje się specyficzny ładunek leptonowy L = ±1, hadrony o spinie półcałkowitym mają ładunek barionowy B = ±1 (hadrony z B = 0 tworzą podgrupę mezonów).
Ważną cechą kwantową hadronów jest parzystość wewnętrzna P, która przyjmuje wartość ±1 i odzwierciedla właściwość symetrii funkcji falowej cząstki względem inwersji przestrzennej (odbicie lustrzane). Pomimo braku zachowania parzystości w oddziaływaniach słabych, cząstki z dobrą dokładnością przyjmują wartości parzystości wewnętrznej równe +1 lub -1.
Hadrony dzielą się dalej na cząstki zwykłe (proton, neutron, mezony pi), cząstki dziwne (^-mezony, hiperony, niektóre rezonanse), cząstki „czarowane” i „piękne”. Odpowiadają one specjalnym liczbom kwantowym: obcości S, urokowi C i pięknu b. Te liczby kwantowe wprowadza się zgodnie z modelem kwarkowym, aby zinterpretować specyficzne procesy charakterystyczne dla tych cząstek.
Wśród hadronów istnieją grupy (rodziny) cząstek o podobnych masach, identycznych wewnętrznych liczbach kwantowych, ale różniących się ładunkiem elektrycznym. Takie grupy nazywane są multipletami izotopowymi i charakteryzują się wspólną liczbą kwantową – spinem izotopowym, który podobnie jak zwykły spin przyjmuje wartości całkowite i półcałkowite.
Jaki jest wielokrotnie wspominany kwarkowy model hadronów?
Odkrycie wzoru grupowania hadronów w multiplety posłużyło jako podstawa do założenia o istnieniu specjalnych formacji strukturalnych, z których zbudowane są hadrony – kwarków. Zakładając istnienie takich cząstek, można założyć, że wszystkie hadrony są kombinacjami kwarków. Ta odważna i heurystycznie produktywna hipoteza została wysunięta w 1964 roku przez amerykańskiego fizyka Murraya Gell-Mana. Jej istotą było założenie o istnieniu trzech cząstek elementarnych o spinie półcałkowitym, które są materiałem do budowy hadronów, kwarków u, d i s. Następnie, w oparciu o nowe dane eksperymentalne, kwarkowy model budowy hadronów uzupełniono o dwa kolejne kwarki: „czarowany” (c) i „piękny” (b). Uważa się, że możliwe jest istnienie innych typów kwarków. Charakterystyczną cechą kwarków jest to, że mają one ułamkowe wartości ładunków elektrycznych i barionowych, których nie ma w żadnej ze znanych cząstek. Wszystkie wyniki eksperymentów z badania cząstek elementarnych są zgodne z modelem kwarkowym.
Według modelu kwarkowego bariony składają się z trzech kwarków, mezony z kwarka i antykwarka. Ponieważ niektóre bariony są kombinacją trzech kwarków znajdujących się w tym samym stanie, czego zabrania zasada Pauliego (patrz wyżej), każdemu typowi („smakowi”) kwarku przypisano dodatkową wewnętrzną liczbę kwantową „kolor”. Każdy rodzaj kwarku („smak” - u, d, s, c, b) może występować w trzech stanach „koloru”. W związku ze stosowaniem koncepcji koloru teorię silnego oddziaływania kwarków nazywa się chromodynamiką kwantową (od greckiego „koloru”).
Możemy założyć, że kwarki są nowymi cząstkami elementarnymi i podają się za prawdziwie elementarne cząstki hadronowej formy materii. Jednak problem obserwacji swobodnych kwarków i gluonów pozostaje nierozwiązany. Pomimo systematycznych poszukiwań promieni kosmicznych w akceleratorach wysokoenergetycznych nie udało się dotychczas wykryć ich w stanie swobodnym. Istnieją uzasadnione powody, aby sądzić, że fizyka napotkała tutaj szczególne zjawisko naturalne - tak zwane uwięzienie kwarków.
Rzecz w tym, że istnieją poważne argumenty teoretyczne i eksperymentalne przemawiające za założeniem, że siły oddziaływania pomiędzy kwarkami nie słabną wraz z odległością. Oznacza to, że do rozdzielenia kwarków potrzeba nieskończenie więcej energii, dlatego pojawienie się kwarków w stanie swobodnym jest niemożliwe. Ta okoliczność nadaje kwarkom status zupełnie specjalnych jednostek strukturalnych materii. Być może właśnie wychodząc od kwarków eksperymentalna obserwacja etapów fragmentacji materii jest zasadniczo niemożliwa. Uznanie kwarków za rzeczywiście istniejące obiekty świata materialnego stanowi nie tylko uderzający przypadek prymatu idei w stosunku do istnienia bytu materialnego. Powstaje pytanie o rewizję tabeli podstawowych stałych światowych, ponieważ ładunek kwarku jest trzykrotnie mniejszy niż ładunek protonu, a zatem i elektronu.
Od czasu odkrycia pozytonu nauka natrafiła na cząstki antymaterii. Dziś jest już oczywiste, że dla wszystkich cząstek elementarnych o niezerowych wartościach przynajmniej jednej z liczb kwantowych, takich jak ładunek elektryczny Q, ładunek leptonowy L, ładunek barionowy B, dziwność S, urok C i piękno b, istnieją antycząstki o tych samych masach, czasie życia i spinie, ale o przeciwnych znakach powyższych liczb kwantowych. Znane są cząstki identyczne ze swoimi antycząstkami; nazywa się je prawdziwie neutralnymi. Przykładami prawdziwie neutralnych cząstek są foton i jeden z trzech mezonów pi (pozostałe dwa to cząstka i antycząstka względem siebie).
Charakterystyczną cechą oddziaływania cząstek i antycząstek jest ich anihilacja przy zderzeniu, czyli wzajemne niszczenie z powstawaniem innych cząstek i spełnieniem praw zachowania energii, pędu, ładunku itp. Typowym przykładem anihilacji para to proces przemiany elektronu i jego antycząstki – pozytonu – w promieniowanie elektromagnetyczne (w fotonach lub kwantach gamma). Anihilacja par następuje nie tylko podczas oddziaływania elektromagnetycznego, ale także podczas oddziaływania silnego. Przy wysokich energiach cząstki lekkie mogą anihilować, tworząc cząstki cięższe, pod warunkiem, że całkowita energia anihilujących cząstek przekroczy próg produkcji ciężkich cząstek (równy sumie ich energii spoczynkowych).
Przy oddziaływaniach silnych i elektromagnetycznych pomiędzy cząstkami i ich antycząstkami występuje pełna symetria, czyli wszystkie procesy zachodzące pomiędzy pierwszymi są możliwe także dla tych drugich. Dlatego antyprotony i antyneutrony mogą tworzyć jądra atomów antymaterii, tj. W zasadzie antymateria może być zbudowana z antycząstek. Powstaje oczywiste pytanie: jeśli każda cząstka ma antycząstkę, to dlaczego w badanym obszarze Wszechświata nie ma nagromadzeń antymaterii? Rzeczywiście, ich obecność we Wszechświecie, nawet gdzieś „w pobliżu” Wszechświata, można było ocenić na podstawie potężnego promieniowania anihilacyjnego docierającego do Ziemi z obszaru kontaktu materii z antymaterią. Jednak współczesna astrofizyka nie dysponuje danymi, które pozwoliłyby nam choćby założyć obecność we Wszechświecie obszarów wypełnionych antymaterią.
Jak we Wszechświecie doszło do wyboru na korzyść materii i ze szkodą dla antymaterii, mimo że prawa symetrii są w zasadzie spełnione? Przyczyną tego zjawiska najprawdopodobniej było właśnie naruszenie symetrii, czyli fluktuacji na poziomie podstaw materii.
Jedno jest pewne: gdyby nie doszło do takiego wahania, los Wszechświata byłby smutny – cała jego materia istniałaby w postaci nieskończonej chmury fotonów powstałych w wyniku anihilacji cząstek materii i antymaterii.
Cząstki elementarne w wąskim znaczeniu to cząstki, których nie można uznać za złożone z innych cząstek. We współczesnej fizyce termin „ cząstki elementarne" jest używane w szerszym znaczeniu: jest to nazwa nadawana najmniejszym cząsteczkom materii, pod warunkiem, że nie są one atomami (wyjątkiem jest proton); czasami z tego powodu cząstki elementarne zwane cząstkami subjądrowymi. Większość tych cząstek (znanych jest ponad 350) to układy złożone.
Cząstki elementarne uczestniczą w oddziaływaniach elektromagnetycznych, słabych, silnych i grawitacyjnych. Ze względu na małe masy cząstki elementarne ich oddziaływanie grawitacyjne zwykle nie jest brane pod uwagę. Wszystko cząstki elementarne podzielone na trzy główne grupy. Do pierwszej zaliczają się tzw. bozony – nośniki oddziaływań elektrosłabych. Obejmuje to foton lub kwant promieniowania elektromagnetycznego. Masa spoczynkowa fotonu wynosi zero, dlatego prędkość propagacji fal elektromagnetycznych (w tym fal świetlnych) reprezentuje maksymalną prędkość propagacji efektu fizycznego i jest jedną z podstawowych stałych fizycznych; przyjmuje się, że Z= (299792458±1,2) m/s.
Druga grupa cząstki elementarne- leptony uczestniczące w oddziaływaniach elektromagnetycznych i słabych. Znanych jest 6 leptonów: neutrino elektronowe, mion, neutrino mionowe, ciężki τ-lepton i odpowiadające mu neutrino. Elektron (symbol e) uważany jest za nośnik materialny o najmniejszej masie w przyrodzie M e równe 9,1×10 -28 g (w jednostkach energii ≈0,511 MeV) i najmniejszy ujemny ładunek elektryczny mi= 1,6×10 -19 kl. Miony (symbol μ -) to cząstki o masie około 207 mas elektronów (105,7 MeV) i ładunku elektrycznym równym ładunkowi elektronu; ciężki lepton τ ma masę około 1,8 GeV. Trzy typy neutrin odpowiadające tym cząstkom to elektrony (symbol ν
e), mion (symbol ν μ) i τ-neutrino (symbol ν τ) to lekkie (prawdopodobnie bezmasowe) cząstki elektrycznie obojętne.
Każdy z leptonów odpowiada leptonowi, który ma te same wartości masy, spinu i innych cech, ale różni się znakiem ładunku elektrycznego. Istnieją (symbol e +) - antycząstka w odniesieniu do , naładowana dodatnio (symbol μ +) i trzy rodzaje antyneutrin (symbole ), którym przypisany jest przeciwny znak specjalnej liczby kwantowej zwanej ładunkiem leptonowym (patrz poniżej).
Trzecią grupą cząstek elementarnych są hadrony, które uczestniczą w oddziaływaniach silnych, słabych i elektromagnetycznych. Hadrony to „ciężkie” cząstki o masie znacznie większej niż masa elektronu. To jest największa grupa cząstki elementarne. Hadrony dzielimy na bariony – cząstki o spinie ½ћ, mezony – cząstki o spinie całkowitym (0 lub 1); a także tzw. rezonanse – krótkotrwałe stany wzbudzone hadronów. Bariony obejmują proton (symbol p) - jądro atomu wodoru o masie ~ 1836 razy większej niż M e i równy 1,672648×10 -24 g (≈938,3 MeV), oraz dodatni ładunek elektryczny równy ładunkowi neutronu (symbol n) - cząstki obojętnej elektrycznie, której masa nieznacznie przekracza masę protonu. Wszystko zbudowane jest z protonów i neutronów; to właśnie silne oddziaływanie decyduje o połączeniu tych cząstek ze sobą. W oddziaływaniu silnym proton i neutron mają te same właściwości i są uważane za dwa stany kwantowe jednej cząstki - nukleonu o spinie izotopowym ½ћ (patrz poniżej). Do barionów zaliczają się także hiperony - cząstki elementarne o masie większej od nukleonu: hiperon Λ ma masę 1116 MeV, hiperon Σ – 1190 MeV, hiperon Θ – 1320 MeV, hiperon Ω – 1670 MeV. Mezony mają masy pośrednie pomiędzy masami protonu i elektronu (π-mezon, K-mezon). Istnieją mezony neutralne i naładowane (z dodatnim i ujemnym elementarnym ładunkiem elektrycznym). Ze względu na swoje właściwości statystyczne wszystkie mezony zalicza się do bozonów.
Podstawowe właściwości cząstek elementarnych
Każdy cząstka elementarna opisane zbiorem dyskretnych wartości wielkości fizycznych (liczb kwantowych). Ogólna charakterystyka wszystkich cząstki elementarne- masa, czas życia, spin, ładunek elektryczny.
W zależności od długości życia cząstki elementarne dzielą się na stabilne, quasi-stabilne i niestabilne (rezonanse). Stabilne (w granicach dokładności współczesnych pomiarów) są: elektron (czas życia powyżej 5 × 10 21 lat), proton (ponad 10 31 lat), foton i neutrino. Cząstki quasi-stabilne obejmują cząstki, które rozpadają się w wyniku oddziaływań elektromagnetycznych i słabych; ich czas życia przekracza 10–20 sekund. Rezonanse zanikają pod wpływem silnego oddziaływania, ich charakterystyczny czas życia wynosi 10 -22 - 10 -24 s.
Charakterystyka wewnętrzna (liczby kwantowe) cząstki elementarne są leptonami (symbol L) i barion (symbol W)opłaty; liczby te uważa się za wielkości ściśle konserwatywne dla wszystkich typów oddziaływań podstawowych. Dla leptonów i ich antycząstek L mają przeciwne znaki; dla barionów W= 1, dla odpowiednich antycząstek W=-1.
Hadrony charakteryzują się obecnością specjalnych liczb kwantowych: „dziwności”, „uroku”, „piękna”. Zwykłe (nie dziwne) hadrony - proton, neutron, π-mezony. W obrębie różnych grup hadronów występują rodziny cząstek o podobnej masie i podobnych właściwościach w zakresie oddziaływania silnego, ale o różnej wartości ładunku elektrycznego; Najprostszym przykładem jest proton i neutron. Ogólna liczba kwantowa dla takich cząstki elementarne- tzw. spin izotopowy, który podobnie jak zwykły spin przyjmuje wartości całkowite i półcałkowite. Do szczególnych cech hadronów zalicza się także parzystość wewnętrzna, która przyjmuje wartości ±1.
Ważna nieruchomość cząstki elementarne- ich zdolność do ulegania wzajemnym przemianom w wyniku oddziaływań elektromagnetycznych lub innych. Jednym z rodzajów wzajemnych przekształceń są tzw. narodziny pary, czyli jednoczesne powstawanie cząstki i antycząstki (w ogólnym przypadku powstawanie pary cząstki elementarne z przeciwnymi ładunkami leptonowymi lub barionowymi). Możliwe procesy narodzin par elektron-pozyton e - e +, par mionów μ + μ - nowe ciężkie cząstki w zderzeniach leptonów, powstawanie z kwarków cc- I nocleg ze śniadaniem-stany (patrz poniżej). Inny rodzaj wzajemnej konwersji cząstki elementarne- anihilacja pary podczas zderzeń cząstek z utworzeniem skończonej liczby fotonów (kwantów γ). Zwykle powstają 2 fotony, gdy całkowity spin zderzających się cząstek wynosi zero, a 3 fotony, gdy całkowity spin jest równy 1 (przejaw prawa zachowania parzystości ładunku).
W pewnych warunkach, zwłaszcza przy małej prędkości zderzających się cząstek, możliwe jest utworzenie układu związanego - pozyton e - e + i mion μ + e - . Są to układy niestabilne, często nazywane wodoropodobnymi. Ich czas życia w substancji zależy w dużej mierze od właściwości substancji, co pozwala na wykorzystanie atomów wodoru do badania struktury materii skondensowanej i kinetyki szybkich reakcji chemicznych (patrz Chemia mezonów, Chemia jądrowa).
Kwarkowy model hadronów
Szczegółowe badanie liczb kwantowych hadronów w celu ich klasyfikacji doprowadziło do wniosku, że hadrony dziwne i zwykłe hadrony tworzą razem asocjacje cząstek o podobnych właściwościach, zwane multipletami unitarnymi. Liczba cząstek w nich zawartych wynosi 8 (oktet) i 10 (decuplet). Cząstki tworzące multiplet unitarny mają tę samą parzystość wewnętrzną, ale różnią się wartością ładunku elektrycznego (cząstki multipletu izotopowego) i dziwnością. Właściwości symetrii kojarzone są z grupami unitarnymi; ich odkrycie stało się podstawą do wniosku o istnieniu specjalnych jednostek strukturalnych, z których zbudowane są hadrony – kwarków. Uważa się, że hadrony to kombinacje 3 cząstek elementarnych o spinie ½: N-kwarki, D-kwarki i S-kwarki. Zatem mezony składają się z kwarka i antykwarku, bariony składają się z 3 kwarków.
Założenie, że hadrony składają się z 3 kwarków, przyjęto w 1964 roku (J. Zweig i niezależnie M. Gell-Mann). Następnie do modelu struktury hadronów włączono jeszcze dwa kwarki (w szczególności w celu uniknięcia konfliktów z zasadą Pauliego) - „urok” ( Z) i piękny" ( B), a także wprowadził specjalne cechy kwarków - „smak” i „kolor”. Kwarki, będące składnikami hadronów, nie zostały zaobserwowane w stanie wolnym. Cała różnorodność hadronów wynika z różnych kombinacji N-, D-, S-, Z- I B-kwarki tworzące stany połączone. Zwykłe hadrony (proton, neutron, π-mezony) odpowiadają stanom połączonym zbudowanym z N- I D-kwarki. Obecność w hadronie wraz z N- I D-kwarki jednostkowe S-, Z- Lub B-quark oznacza, że odpowiadający mu hadron jest „dziwny”, „czarowany” lub „piękny”.
Kwarkowy model struktury hadronów został potwierdzony w wyniku eksperymentów przeprowadzonych na przełomie lat 60. i 70. XX wieku. XX wiek Kwarki faktycznie zaczęto uważać za nowe cząstki elementarne- PRAWDA cząstki elementarne dla hadronowej formy materii. Nieobserwowalność kwarków wolnych ma najwyraźniej charakter fundamentalny i daje podstawy do przypuszczenia, że tak właśnie jest cząstki elementarne, które zamykają łańcuch składników strukturalnych substancji. Istnieją argumenty teoretyczne i eksperymentalne przemawiające za tym, że siły działające pomiędzy kwarkami nie słabną wraz z odległością, tj. Oddzielenie kwarków od siebie wymaga nieskończenie dużej energii, inaczej pojawienie się kwarków w stanie swobodnym jest niemożliwe. Czyni to z nich zupełnie nowy typ strukturalnych jednostek materii. Możliwe, że kwarki stanowią ostatni etap fragmentacji materii.
Krótka informacja historyczna
Najpierw otwarte cząstka elementarna istniał elektron – nośnik ujemnego ładunku elektrycznego w atomach (J.J. Thomson, 1897). W 1919 roku E. Rutherford odkrył protony wśród cząstek wytrąconych z jąder atomowych. Neutrony odkrył w 1932 roku J. Chadwick. W 1905 roku A. Einstein postulował, że promieniowanie elektromagnetyczne jest przepływem pojedynczych kwantów (fotonów) i na tej podstawie wyjaśnił prawa efektu fotoelektrycznego. Istnienie jako wyjątkowe cząstka elementarna po raz pierwszy zaproponowany przez W. Pauliego (1930); elektroniczny