Je, kunaweza kuwa na chembe ya msingi bila malipo? Chaji ya umeme na chembe za msingi

« Fizikia - daraja la 10"

Kwanza, hebu fikiria kesi rahisi zaidi, wakati miili ya kushtakiwa kwa umeme imepumzika.

Tawi la electrodynamics iliyotolewa kwa utafiti wa hali ya usawa wa miili inayoshtakiwa kwa umeme inaitwa. umemetuamo.

Je, malipo ya umeme ni nini?
Kuna mashtaka gani?

Kwa maneno umeme, chaji ya umeme, umeme mmekutana mara nyingi na kufanikiwa kuwazoea. Lakini jaribu kujibu swali: "Ni nini malipo ya umeme?" Dhana yenyewe malipo- hii ni dhana ya msingi, ya msingi ambayo haiwezi kupunguzwa ngazi ya kisasa Ukuzaji wa maarifa yetu kwa dhana zingine rahisi, za kimsingi.

Hebu kwanza tujaribu kujua nini maana ya taarifa hii: “Mwili au chembe hii ina chaji ya umeme.”

Miili yote imeundwa chembe ndogo, ambazo hazigawanyiki katika rahisi zaidi na kwa hiyo huitwa msingi.

Chembe za msingi zina wingi na kutokana na hili zinavutiwa kwa kila mmoja kwa mujibu wa sheria mvuto wa ulimwengu wote. Umbali kati ya chembe unapoongezeka, nguvu ya uvutano hupungua kwa uwiano wa kinyume na mraba wa umbali huu. Chembe nyingi za kimsingi, ingawa sio zote, pia zina uwezo wa kuingiliana na kila mmoja kwa nguvu ambayo pia hupungua kwa usawa wa mraba wa umbali, lakini nguvu hii ni kubwa mara nyingi kuliko nguvu ya mvuto.

Kwa hiyo katika atomi ya hidrojeni, iliyoonyeshwa schematically katika Mchoro 14.1, elektroni inavutiwa na kiini (protoni) kwa nguvu 10 39 mara kubwa zaidi kuliko nguvu ya mvuto wa mvuto.

Ikiwa chembe huingiliana na nguvu zinazopungua kwa umbali unaoongezeka kwa njia sawa na nguvu za mvuto wa ulimwengu wote, lakini huzidi nguvu za mvuto mara nyingi, basi chembe hizi zinasemekana kuwa na chaji ya umeme. Chembe zenyewe zinaitwa kushtakiwa.

Kuna chembe bila malipo ya umeme, lakini hakuna malipo ya umeme bila chembe.

Mwingiliano wa chembe za kushtakiwa huitwa sumakuumeme.

Chaji ya umeme huamua ukubwa wa mwingiliano wa sumakuumeme, kama vile wingi huamua ukubwa wa mwingiliano wa mvuto.

Malipo ya umeme ya chembe ya msingi sio utaratibu maalum katika chembe ambayo inaweza kuondolewa kutoka humo, kuharibiwa katika sehemu zake za sehemu na kuunganishwa tena. Uwepo wa malipo ya umeme kwenye elektroni na chembe nyingine ina maana tu kuwepo kwa mwingiliano fulani wa nguvu kati yao.

Sisi, kwa asili, hatujui chochote kuhusu malipo ikiwa hatujui sheria za mwingiliano huu. Ujuzi wa sheria za mwingiliano unapaswa kujumuishwa katika maoni yetu juu ya malipo. Sheria hizi si rahisi, na haiwezekani kuzielezea kwa maneno machache. Kwa hiyo, haiwezekani kutoa kuridhisha vya kutosha ufafanuzi mfupi dhana malipo ya umeme.


Ishara mbili za malipo ya umeme.


Miili yote ina wingi na hivyo kuvutia kila mmoja. Miili iliyoshtakiwa inaweza kuvutia na kurudisha nyuma kila mmoja. Hii ukweli muhimu zaidi, unaojulikana kwako, ina maana kwamba kwa asili kuna chembe zilizo na malipo ya umeme ya ishara tofauti; katika kesi ya mashtaka ya ishara sawa, chembe hukataa, na katika kesi ya ishara tofauti, huvutia.

Malipo ya chembe za msingi - protoni, ambazo ni sehemu ya viini vyote vya atomiki, huitwa chanya, na chaji elektroni- hasi. Hakuna tofauti za ndani kati ya mashtaka chanya na hasi. Ikiwa ishara za malipo ya chembe zilibadilishwa, basi asili ya mwingiliano wa sumakuumeme haitabadilika kabisa.


Malipo ya msingi.


Mbali na elektroni na protoni, kuna aina nyingine kadhaa za chembe za msingi zilizoshtakiwa. Lakini elektroni tu na protoni zinaweza kuwepo katika hali ya bure kwa muda usiojulikana. Chembe zingine zilizochajiwa huishi kwa chini ya milioni moja ya sekunde. Wanazaliwa wakati wa mgongano wa chembe za msingi za haraka na, wakiwa wamekuwepo kwa muda mfupi sana, kuoza, na kugeuka kuwa chembe nyingine. Utafahamu chembe hizi katika daraja la 11.

Chembe ambazo hazina malipo ya umeme ni pamoja na neutroni. Uzito wake ni mkubwa kidogo tu kuliko wingi wa protoni. Neutroni, pamoja na protoni, ni sehemu ya kiini cha atomiki. Ikiwa chembe ya msingi ina malipo, basi thamani yake inaelezwa madhubuti.

Miili iliyoshtakiwa Nguvu za sumakuumeme katika asili zina jukumu kubwa kutokana na ukweli kwamba miili yote ina chembe za kushtakiwa kwa umeme. Sehemu za msingi za atomi - nuclei na elektroni - zina chaji ya umeme.

Kitendo cha moja kwa moja nguvu za sumakuumeme kati ya miili haipatikani, kwa kuwa miili katika hali yao ya kawaida haina umeme.

Atomu ya dutu yoyote haina upande wowote kwa sababu idadi ya elektroni ndani yake ni sawa na idadi ya protoni katika kiini. Chembe zenye chaji chanya na hasi zimeunganishwa kwa kila mmoja nguvu za umeme na kuunda mifumo ya upande wowote.

Mwili wa makroskopu huchajiwa kwa umeme ikiwa una kiwango cha ziada cha chembe za msingi na ishara yoyote ya malipo. Kwa hiyo, malipo hasi mwili husababishwa na ziada ya elektroni ikilinganishwa na idadi ya protoni, na moja chanya ni kutokana na ukosefu wa elektroni.

Ili kupata mwili wa macroscopic unaochajiwa na umeme, ambayo ni, kuifanya umeme, ni muhimu kutenganisha sehemu ya malipo hasi kutoka kwa malipo mazuri yanayohusiana nayo au kuhamisha malipo hasi kwa mwili usio na upande.

Hii inaweza kufanyika kwa kutumia msuguano. Ikiwa unakimbia kuchana kwa nywele kavu, basi sehemu ndogo ya chembe za kushtakiwa zaidi za simu - elektroni - zitatoka kwenye nywele hadi kwenye kuchana na kuzishutumu vibaya, na nywele zitachaji vyema.


Usawa wa malipo wakati wa kusambaza umeme


Kwa msaada wa majaribio, inaweza kuthibitishwa kuwa wakati wa umeme na msuguano, miili yote miwili hupata malipo ambayo ni kinyume kwa ishara, lakini sawa kwa ukubwa.

Hebu tuchukue electrometer, juu ya fimbo ambayo kuna nyanja ya chuma yenye shimo, na sahani mbili kwenye vipini vya muda mrefu: moja iliyofanywa kwa mpira mgumu na nyingine ya plexiglass. Wakati wa kusugua dhidi ya kila mmoja, sahani huwa na umeme.

Hebu tulete moja ya sahani ndani ya tufe bila kugusa kuta zake. Ikiwa sahani imeshtakiwa vyema, basi baadhi ya elektroni kutoka kwa sindano na fimbo ya electrometer itavutiwa kwenye sahani na kukusanywa. uso wa ndani nyanja. Wakati huo huo, mshale utashtakiwa vyema na utasukumwa mbali na fimbo ya electrometer (Mchoro 14.2, a).

Ikiwa utaleta sahani nyingine ndani ya tufe, ikiwa umeondoa kwanza ya kwanza, basi elektroni za tufe na fimbo zitatolewa kutoka kwa sahani na zitajilimbikiza kwa ziada kwenye mshale. Hii itasababisha mshale kupotoka kutoka kwa fimbo, na kwa pembe sawa na katika jaribio la kwanza.

Baada ya kupunguza sahani zote mbili ndani ya tufe, hatutagundua kupotoka kwa mshale hata kidogo (Mchoro 14.2, b). Hii inathibitisha kwamba malipo ya sahani ni sawa kwa ukubwa na kinyume katika ishara.

Umeme wa miili na maonyesho yake. Umeme mkubwa hutokea wakati wa msuguano wa vitambaa vya synthetic. Unapovua shati iliyotengenezwa kwa nyenzo za syntetisk kwenye hewa kavu, unaweza kusikia sauti ya tabia ya kupasuka. Cheche ndogo zinaruka kati ya maeneo ya kushtakiwa ya nyuso za kusugua.

Katika nyumba za uchapishaji, karatasi hutiwa umeme wakati wa uchapishaji na karatasi hushikamana. Ili kuzuia hili kutokea, vifaa maalum hutumiwa kukimbia malipo. Hata hivyo, umeme wa miili katika mawasiliano ya karibu wakati mwingine hutumiwa, kwa mfano, katika mitambo mbalimbali ya electrocopying, nk.


Sheria ya uhifadhi wa malipo ya umeme.


Uzoefu na umeme wa sahani unathibitisha kwamba wakati wa umeme kwa msuguano, ugawaji wa malipo yaliyopo hutokea kati ya miili ambayo hapo awali haikuwa na upande wowote. Sehemu ndogo ya elektroni husogea kutoka kwa mwili mmoja hadi mwingine. Katika kesi hii, chembe mpya hazionekani, na zilizopo hazipotee.

Wakati miili inapata umeme, sheria ya uhifadhi wa malipo ya umeme. Sheria hii ni halali kwa mfumo ambao chembe za kushtakiwa haziingii kutoka nje na ambazo haziondoki, i.e. mfumo wa pekee.

Katika mfumo wa pekee jumla ya algebra mashtaka ya vyombo vyote yamehifadhiwa.

q 1 + q 2 + q 3 + ... + q n = const. (14.1)

ambapo q 1, q 2, n.k. ni malipo ya mashirika ya kushtakiwa binafsi.

Sheria ya uhifadhi wa malipo ina maana ya kina. Ikiwa idadi ya chembe za msingi zilizoshtakiwa hazibadilika, basi utimilifu wa sheria ya uhifadhi wa malipo ni dhahiri. Lakini chembe za msingi zinaweza kubadilika kuwa kila mmoja, kuzaliwa na kutoweka, na kutoa uhai kwa chembe mpya.

Hata hivyo, katika hali zote, chembe za kushtakiwa huzaliwa tu kwa jozi na malipo ya ukubwa sawa na kinyume katika ishara; Chembe za kushtakiwa pia hupotea tu kwa jozi, na kugeuka kuwa zisizo na upande. Na katika visa hivi vyote, jumla ya malipo ya aljebra inabaki sawa.

Uhalali wa sheria ya uhifadhi wa malipo inathibitishwa na uchunguzi wa idadi kubwa ya mabadiliko ya chembe za msingi. Sheria hii inaonyesha moja ya mali ya msingi ya malipo ya umeme. Sababu ya kubaki na malipo bado haijulikani.

Ukurasa wa 1

Haiwezekani kutoa ufafanuzi mfupi wa malipo ambayo ni ya kuridhisha katika mambo yote. Tumezoea kutafuta maelezo ambayo tunaelewa sana miundo tata na michakato kama atomi, fuwele za kioevu, usambazaji wa molekuli kwa kasi, nk. Lakini dhana za kimsingi, za kimsingi, zisizoweza kugawanyika katika zile rahisi zaidi, zisizo na, kulingana na sayansi leo, za utaratibu wowote wa ndani, haziwezi kuelezewa tena kwa ufupi kwa njia ya kuridhisha. Hasa ikiwa vitu havitambuliwi moja kwa moja na hisia zetu. Ni dhana hizi za msingi ambazo malipo ya umeme inahusu.

Hebu kwanza tujaribu kujua sio malipo ya umeme ni nini, lakini ni nini kilichofichwa nyuma ya taarifa hiyo mwili uliopewa au chembe ina chaji ya umeme.

Unajua kwamba miili yote imejengwa kutoka kwa chembe ndogo ndogo, zisizogawanyika katika chembe rahisi (kama sayansi inavyojua sasa) chembe, ambazo kwa hiyo huitwa msingi. Chembe zote za msingi zina wingi na kwa sababu ya hii zinavutiwa kwa kila mmoja. Kulingana na sheria ya uvutano wa ulimwengu wote, nguvu ya mvuto hupungua polepole kadri umbali kati yao unavyoongezeka: sawia na mraba wa umbali. Kwa kuongezea, chembe nyingi za kimsingi, ingawa sio zote, zina uwezo wa kuingiliana na kila mmoja kwa nguvu ambayo pia hupungua kwa usawa wa mraba wa umbali, lakini nguvu hii ni idadi kubwa ya mara kubwa kuliko nguvu ya mvuto. . Kwa hivyo, katika atomi ya hidrojeni, iliyoonyeshwa kwa schematically katika Mchoro 1, elektroni inavutiwa na kiini (protoni) kwa nguvu mara 1039 zaidi kuliko nguvu ya mvuto wa mvuto.

Ikiwa chembe huingiliana kwa nguvu ambazo hupungua polepole kwa umbali unaoongezeka na ni kubwa mara nyingi kuliko nguvu za uvutano, basi chembe hizi zinasemekana kuwa na chaji ya umeme. Chembe zenyewe huitwa kushtakiwa. Kuna chembe bila malipo ya umeme, lakini hakuna malipo ya umeme bila chembe.

Mwingiliano kati ya chembe zilizochajiwa huitwa sumakuumeme. Tunaposema kwamba elektroni na protoni zinashtakiwa kwa umeme, hii ina maana kwamba zina uwezo wa mwingiliano wa aina fulani (umeme), na hakuna zaidi. Ukosefu wa malipo kwenye chembe ina maana kwamba hauoni mwingiliano huo. Chaji ya umeme huamua ukubwa wa mwingiliano wa sumakuumeme, kama vile wingi huamua ukubwa wa mwingiliano wa mvuto. Malipo ya umeme ni ya pili (baada ya wingi) tabia muhimu zaidi ya chembe za msingi, ambayo huamua tabia zao katika ulimwengu unaowazunguka.

Hivyo

Chaji ya umeme- hii ni ya kimwili kiasi cha scalar, inayoangazia mali ya chembe au miili kuingia katika mwingiliano wa nguvu za kielektroniki.

Chaji ya umeme inaonyeshwa na herufi q au Q.

Kama vile katika mechanics dhana hutumiwa mara nyingi nyenzo uhakika, ambayo inafanya uwezekano wa kurahisisha suluhisho la shida nyingi, wakati wa kusoma mwingiliano wa malipo, wazo la malipo ya uhakika linageuka kuwa la ufanisi. Ada ya uhakika ni mwili unaochajiwa ambao vipimo vyake ni vya chini sana kuliko umbali kutoka kwa chombo hiki hadi mahali pa uchunguzi na miili mingine iliyochajiwa. Hasa, ikiwa tunazungumza juu ya mwingiliano wa mbili mashtaka ya uhakika, basi kwa hivyo wanadhani kwamba umbali kati ya miili miwili iliyoshtakiwa inayozingatiwa ni kubwa zaidi kuliko vipimo vyao vya mstari.

Chaji ya umeme ya chembe ya msingi

Malipo ya umeme ya chembe ya msingi sio "utaratibu" maalum katika chembe ambayo inaweza kuondolewa kutoka kwayo, iliyoharibiwa katika sehemu zake za sehemu na kuunganishwa tena. Uwepo wa malipo ya umeme kwenye elektroni na chembe nyingine ina maana tu kuwepo kwa mwingiliano fulani kati yao.

Katika asili kuna chembe na mashtaka ya ishara kinyume. Malipo ya protoni inaitwa chanya, na malipo ya elektroni huitwa hasi. Ishara nzuri ya malipo kwenye chembe haimaanishi, bila shaka, kwamba ina faida yoyote maalum. Kuanzishwa kwa malipo ya ishara mbili kunaonyesha tu ukweli kwamba chembe za kushtakiwa zinaweza kuvutia na kukataa. Katika ishara zinazofanana chembe hufukuza kila mmoja, lakini ikiwa ni tofauti, huvutia kila mmoja.

Kwa sasa hakuna maelezo ya sababu za kuwepo kwa aina mbili za malipo ya umeme. Kwa hali yoyote, hakuna tofauti za kimsingi kati ya chaji chanya na hasi haijatambuliwa. Ikiwa ishara za malipo ya umeme ya chembe zilibadilika kinyume chake, basi asili ya mwingiliano wa umeme katika asili hautabadilika.

Chaji chanya na hasi zimesawazishwa vizuri sana katika Ulimwengu. Na ikiwa Ulimwengu una kikomo, basi jumla ya malipo yake ya umeme ni, kwa uwezekano wote, sawa na sifuri.

Jambo la kushangaza zaidi ni kwamba malipo ya umeme ya chembe zote za msingi ni sawa kwa ukubwa. Kuna ada ya chini kabisa, inayoitwa ya msingi, ambayo chembe zote za msingi zinazoshtakiwa zinamiliki. Chaji inaweza kuwa chanya, kama protoni, au hasi, kama elektroni, lakini moduli ya chaji ni sawa katika hali zote.

Haiwezekani kutenganisha sehemu ya malipo, kwa mfano, kutoka kwa elektroni. Hili labda ndilo jambo la kushangaza zaidi. Hakuna nadharia ya kisasa haiwezi kueleza kwa nini malipo ya chembe zote ni sawa, na haiwezi kuhesabu thamani ya malipo ya chini ya umeme. Imedhamiriwa kwa majaribio kwa kutumia majaribio mbalimbali.

Katika miaka ya 1960, baada ya idadi ya chembe za msingi zilizogunduliwa hivi karibuni kuanza kukua kwa kutisha, ilidhaniwa kuwa chembe zote zinazoingiliana kwa nguvu ni za mchanganyiko. Chembe za msingi zaidi ziliitwa quarks. Kilichokuwa cha kushangaza ni kwamba quarks zinapaswa kuwa na chaji ya umeme ya sehemu: 1/3 na 2/3 malipo ya msingi. Ili kujenga protoni na neutroni, aina mbili za quarks zinatosha. Na idadi yao ya juu, inaonekana, haizidi sita.

Kitengo cha kipimo cha malipo ya umeme

Je, unaweza kujibu swali kwa ufupi na kwa ufupi: "Je, malipo ya umeme ni nini?" Hii inaweza kuonekana kuwa rahisi kwa mtazamo wa kwanza, lakini kwa kweli inageuka kuwa ngumu zaidi.

Je, tunajua chaji ya umeme ni nini?

Ukweli ni kwamba katika kiwango cha sasa cha ujuzi bado hatuwezi kutenganisha dhana ya "malipo" katika vipengele rahisi. Hii ni dhana ya msingi, kwa kusema, msingi.

Tunajua kwamba hii ni mali maalum chembe za msingi, utaratibu wa mwingiliano wa mashtaka unajulikana, tunaweza kupima malipo na kutumia mali zake.

Walakini, hii yote ni matokeo ya data iliyopatikana kwa majaribio. Asili ya jambo hili bado haijulikani wazi kwetu. Kwa hiyo, hatuwezi kuamua bila shaka ni malipo gani ya umeme.

Ili kufanya hivyo, ni muhimu kufungua dhana nzima. Eleza utaratibu wa mwingiliano wa mashtaka na ueleze mali zao. Kwa hivyo, ni rahisi kuelewa maana ya taarifa hiyo: " chembe hii ina (inabeba) chaji ya umeme."

Uwepo wa malipo ya umeme kwenye chembe

Walakini, baadaye iliwezekana kujua kwamba idadi ya chembe za msingi ni kubwa zaidi, na kwamba protoni, elektroni na neutroni sio nyenzo zisizoweza kugawanyika na za kimsingi za Ulimwengu. Wao wenyewe wanaweza kuoza katika vipengele na kugeuka kuwa aina nyingine za chembe.

Kwa hivyo, jina "chembe ya msingi" kwa sasa inajumuisha darasa kubwa la chembe ndogo kwa saizi kuliko atomi na viini vya atomiki. Katika kesi hii, chembe zinaweza kuwa na mali na sifa mbalimbali.

Walakini, mali kama vile malipo ya umeme huja katika aina mbili tu, ambazo kwa kawaida huitwa chanya na hasi. Uwepo wa chaji kwenye chembe ni uwezo wake wa kurudisha nyuma au kuvutiwa na chembe nyingine, ambayo pia hubeba malipo. Mwelekeo wa mwingiliano unategemea aina ya malipo.

Kama vile kutoza, tofauti na gharama huvutia. Zaidi ya hayo, nguvu ya mwingiliano kati ya chaji ni kubwa sana kwa kulinganisha na nguvu za uvutano zilizo katika miili yote katika Ulimwengu bila ubaguzi.

Katika kiini cha hidrojeni, kwa mfano, elektroni inayobeba chaji hasi inavutiwa na kiini kilicho na protoni na kubeba. malipo chanya, kwa nguvu kubwa mara 1039 kuliko nguvu ambayo elektroni hiyo hiyo inavutwa na protoni kutokana na mwingiliano wa mvuto.

Chembe zinaweza kubeba au zisitoe, kulingana na aina ya chembe. Hata hivyo, haiwezekani "kuondoa" malipo kutoka kwa chembe, kama vile kuwepo kwa malipo nje ya chembe haiwezekani.

Mbali na protoni na neutroni, aina zingine za chembe za msingi hubeba malipo, lakini chembe hizi mbili tu zinaweza kuwepo kwa muda usiojulikana.

Kutoka takriban sekunde 1000 (kwa neutroni ya bure) hadi sehemu isiyo na maana ya sekunde (kutoka 10 -24 hadi 10 -22 s kwa resonances).

Muundo na tabia ya chembe za msingi husomwa na fizikia ya chembe.

Chembe zote za msingi ziko chini ya kanuni ya utambulisho (chembe zote za msingi za aina moja katika Ulimwengu zinafanana kabisa katika mali zao zote) na kanuni ya uwili wa mawimbi ya chembe (kila chembe ya msingi inalingana na wimbi la Broglie).

Chembe zote za msingi zina mali ya kubadilika, ambayo ni matokeo ya mwingiliano wao: nguvu, sumakuumeme, dhaifu, mvuto. Uingiliano wa chembe husababisha mabadiliko ya chembe na makusanyo yao katika chembe nyingine na makusanyo yao, ikiwa mabadiliko hayo hayazuiliwi na sheria za uhifadhi wa nishati, kasi, kasi ya angular, malipo ya umeme, malipo ya baryoni, nk.

Tabia kuu za chembe za msingi: maisha, misa, spin, chaji ya umeme, muda wa sumaku, chaji ya barioni, chaji ya lepton, ajabu, mzunguko wa isotopiki, usawa, usawa wa chaji, G-parity, CP-parity.

Uainishaji

Kwa maisha

  • Chembe za msingi thabiti ni chembe ambazo hazina mwisho wakati mkubwa maisha katika hali ya bure (protoni, elektroni, neutrino, photon na antiparticles zao).
  • Chembe za msingi zisizo imara ni chembe zinazooza na kuwa chembe nyingine katika hali huru katika muda wa kikomo (chembe nyingine zote).

Kwa uzito

Chembe zote za msingi zimegawanywa katika madarasa mawili:

  • Chembe zisizo na wingi ni chembe zilizo na sifuri (photon, gluon).
  • Chembe zisizo na sifuri (chembe nyingine zote).

Kwa mgongo mkubwa zaidi

Chembe zote za msingi zimegawanywa katika madarasa mawili:

Kwa aina ya mwingiliano

Chembe za msingi zimegawanywa katika vikundi vifuatavyo:

Chembe za mchanganyiko

  • Hadroni ni chembe zinazoshiriki katika aina zote za mwingiliano wa kimsingi. Zinajumuisha quarks na zimegawanywa, kwa upande wake, kuwa:
    • mesons ni hadrons na integer spin, yaani, ni bosons;
    • baryons ni hadrons na nusu-integer spin, yaani, fermions. Hizi, haswa, ni pamoja na chembe zinazounda kiini cha atomi - protoni na neutroni.

Chembe za msingi (zisizo na muundo).

  • Leptoni ni fermions ambazo zina umbo la chembe za uhakika (yaani, zisizojumuisha chochote) hadi mizani ya mpangilio wa 10 -18 m. Hazishiriki katika mwingiliano mkali. Kushiriki katika mwingiliano wa sumakuumeme aliona kwa majaribio tu kwa leptoni zilizochajiwa (elektroni, muons, leptoni tau) na hazizingatiwi kwa neutrinos. Kuna aina 6 zinazojulikana za leptoni.
  • Quark ni chembe zilizochajiwa kwa sehemu ambazo ni sehemu ya hadrons. Hawakuzingatiwa katika hali ya bure (utaratibu wa kufungwa umependekezwa kuelezea kutokuwepo kwa uchunguzi huo). Kama leptoni, zimegawanywa katika aina 6 na zinachukuliwa kuwa hazina muundo, hata hivyo, tofauti na leptoni, zinashiriki katika mwingiliano mkali.
  • Vipimo vya kupima ni chembe kupitia ubadilishanaji ambao mwingiliano unafanywa:
    • photon ni chembe inayobeba mwingiliano wa sumakuumeme;
    • gluons nane - chembe zinazobeba nguvu kali;
    • bosons tatu za vector za kati W + , W− na Z 0, ambayo huvumilia mwingiliano dhaifu;
    • graviton - chembe dhahania, kuhamisha mwingiliano wa mvuto. Kuwepo kwa gravitons, ingawa bado haijathibitishwa kwa majaribio kutokana na udhaifu wa mwingiliano wa mvuto, inachukuliwa kuwa inawezekana kabisa; hata hivyo, graviton haijajumuishwa katika Mfano wa Kawaida wa chembe za msingi.

Video kwenye mada

Ukubwa wa chembe za msingi

Licha ya anuwai ya chembe za msingi, saizi zao zinafaa katika vikundi viwili. Ukubwa wa hadrons (baryons na mesons) ni karibu 10 -15 m, ambayo ni karibu na umbali wa wastani kati ya quarks zilizojumuishwa ndani yao. Ukubwa wa chembe za kimsingi, zisizo na muundo - vijiti vya kupima, quarks na leptoni - ndani ya hitilafu ya majaribio ni sawa na asili yao ya uhakika ( kikomo cha juu kipenyo ni kama 10−18 m) ( tazama maelezo) Ikiwa katika majaribio zaidi saizi za mwisho za chembe hizi hazijagunduliwa, basi hii inaweza kuonyesha kwamba saizi za bosons za geji, quarks na leptoni ziko karibu na urefu wa kimsingi (ambao kuna uwezekano mkubwa kuwa urefu wa Planck sawa na 1.6 10 −35 m) .

Ikumbukwe, hata hivyo, kwamba saizi ya chembe ya msingi ni dhana ngumu ambayo haiendani kila wakati na dhana za kitamaduni. Kwanza, kanuni ya kutokuwa na uhakika hairuhusu mtu kuweka ndani kabisa chembe ya mwili. Pakiti ya wimbi, ambayo inawakilisha chembe kama nafasi ya juu ya majimbo ya quantum yaliyowekwa ndani, kila wakati ina vipimo vya mwisho na muundo fulani wa anga, na vipimo vya pakiti vinaweza kuwa kubwa sana - kwa mfano, elektroni katika jaribio la kuingiliwa kwa mbili. mpasuko "huhisi" mpasuo wote wa kipima kati, ukitenganishwa na umbali wa macroscopic. Pili, chembe ya kimwili hubadilisha muundo wa utupu unaozunguka yenyewe, na kuunda "kanzu" ya chembe fupi za muda mfupi - jozi za fermion-antifermion (tazama Uwekaji wa utupu) na vifuko vinavyobeba mwingiliano. Vipimo vya anga vya eneo hili hutegemea chaji za upimaji zilizo na chembe na kwa wingi wa vifuko vya kati (radius ya ganda la bosons kubwa ya mtandao iko karibu na urefu wa wimbi la Compton, ambalo, kwa upande wake, ni sawia na wao. wingi). Kwa hivyo, radius ya elektroni kutoka kwa mtazamo wa neutrinos (kati yao inawezekana tu mwingiliano dhaifu) ni takriban sawa na urefu wa wimbi la Compton la W bosons, ~3×10 −18 m, na vipimo vya eneo mwingiliano wenye nguvu hadroni hubainishwa na urefu wa urefu wa mawimbi wa Compton wa hadron nyepesi zaidi, pi meson (~10 −15 m), ambayo hufanya kazi hapa kama kibeba mwingiliano.

Hadithi

Hapo awali, neno "chembe ya msingi" lilimaanisha kitu cha msingi kabisa, tofali la kwanza la maada. Walakini, wakati mamia ya hadron zilizo na mali sawa ziligunduliwa katika miaka ya 1950 na 1960, ikawa wazi kuwa hadron angalau zina digrii za ndani za uhuru, ambayo ni, sio msingi kwa maana kali ya neno. Tuhuma hii ilithibitishwa baadaye ilipobainika kuwa hadrons zinajumuisha quarks.

Kwa hivyo, wanafizikia wameingia ndani zaidi katika muundo wa maada: leptoni na quarks sasa zinachukuliwa kuwa sehemu za msingi zaidi za mada. Kwao (pamoja na bosons za kupima) neno " msingi chembe".

Katika nadharia ya kamba, ambayo imeendelezwa kikamilifu tangu katikati ya miaka ya 1980, inadhaniwa kuwa chembe za msingi na mwingiliano wao ni matokeo. aina mbalimbali mitetemo ya “kamba” ndogo hasa.

Mfano wa kawaida

Mfano wa kawaida wa chembe za msingi ni pamoja na ladha 12 za fermions, antiparticles zinazolingana, pamoja na bosons za kupima (photons, gluons, W- Na Z-bosons), ambayo hubeba mwingiliano kati ya chembe, na boson ya Higgs, iliyogunduliwa mnamo 2012, ambayo inawajibika kwa uwepo. molekuli ajizi kwenye chembe. Walakini, Modeli ya Kawaida inatazamwa kwa kiasi kikubwa kama nadharia ya muda badala ya nadharia ya kimsingi, kwani haijumuishi mvuto na ina vigezo kadhaa vya bure (wingi wa chembe, nk), maadili ambayo hayafuati moja kwa moja kutoka. nadharia. Labda kuna chembe za msingi ambazo hazijaelezewa Mfano wa kawaida- kwa mfano, kama vile graviton (chembe inayobeba kidhahania nguvu za uvutano) au washirika wa supersymmetric wa chembe za kawaida. Kwa jumla, mfano unaelezea chembe 61.

Fermions

Ladha 12 za fermions zimegawanywa katika familia 3 (vizazi) vya chembe 4 kila moja. Sita kati yao ni quark. Nyingine sita ni leptoni, tatu kati yao ni neutrino, na tatu zilizosalia hubeba chaji hasi ya kitengo: elektroni, muon, na tau leptoni.

Vizazi vya chembe
Kizazi cha kwanza Kizazi cha pili Kizazi cha tatu
Elektroni: e- Muon: μ − Tau lepton: τ −
Neutrino ya elektroni: e Muon neutrino: ν μ Neutrino: ν τ (\mtindo wa kuonyesha \nu _(\tau ))
u-quark ("juu"): u c-quark ("iliyovutia"): c t-quark ("kweli"): t
d-quark ("chini"): d s-quark ("ajabu"): s b-quark ("inapendeza"): b

Antiparticles

Pia kuna antiparticles 12 za fermionic zinazolingana na chembe kumi na mbili hapo juu.

Antiparticles
Kizazi cha kwanza Kizazi cha pili Kizazi cha tatu
positron: e+ Muon chanya: μ + Lepton chanya: τ +
Antineutrino ya elektroni: ν ¯ e (\mtindo wa kuonyesha (\bar (\nu ))_(e)) Muon antineutrino: ν ¯ μ (\mtindo wa kuonyesha (\bar (\nu ))_(\mu )) Dawa ya antiutrino: ν ¯ τ (\mtindo wa kuonyesha (\bar (\nu ))_(\tau ))
u-kale: u ¯ (\mtindo wa kuonyesha (\bar (u))) c-kale: c ¯ (\mtindo wa kuonyesha (\bar (c))) t-kale: t ¯ (\mtindo wa kuonyesha (\bar (t)))
d-kale: d ¯ (\mtindo wa kuonyesha (\bar (d))) s-kale: s ¯ (\mtindo wa kuonyesha (\bar (s))) b-kale: b ¯ (\mtindo wa kuonyesha (\bar (b)))

Quarks

Quarks na antiquarks hazijawahi kugunduliwa katika hali ya bure - hii inaelezewa na jambo hilo