อนุภาคมูลฐานและประวัติการค้นพบ ประวัติความเป็นมาของการค้นพบอนุภาคมูลฐาน

และคันเร่ง

1. เทรนด์ใหม่ในฟิสิกส์อนุภาค

2. เครื่องเร่งอนุภาคที่มีประจุเป็นเครื่องมือหลักในการศึกษาโลกวัตถุ (คลังแสงเครื่องเร่งอนุภาคสมัยใหม่)

3. ความร่วมมือระหว่างประเทศของนักวิทยาศาสตร์เป็นปัจจัยแห่งความมั่นคง

โครงการทางวิทยาศาสตร์ JINR - ตัวอย่างของความร่วมมือ

บทสรุป

การพัฒนาฟิสิกส์พลังงานสูง

และคันเร่ง

1. เทรนด์ใหม่ในวิชาฟิสิกส์

อนุภาคมูลฐาน

1.1. ฟิสิกส์พลังงานสูงคืออะไรและมีประวัติเพียงเล็กน้อย ฟิสิกส์ของอนุภาค (หรือที่เหมือนกันในปัจจุบันคือ ฟิสิกส์พลังงานสูง) ศึกษาธรรมชาติในระยะทางสั้น ๆ โดยมีเป้าหมายในการสำรวจองค์ประกอบพื้นฐานของสสารและปฏิสัมพันธ์ของพวกมัน

การแทรกซึมเข้าไปในส่วนลึกของสสารต้องใช้พลังงานจากการชนกันของอนุภาคเพิ่มมากขึ้น เนื่องจากเนื่องจากหลักการความไม่แน่นอน จึงมีความเชื่อมโยงบางอย่างระหว่างพลังงานและระยะทาง (รวมถึงเวลาที่เป็นลักษณะเฉพาะ) ซึ่งกระบวนการต่างๆ เกิดขึ้นในไมโครเวิลด์

หลักการความไม่แน่นอนเป็นกฎพื้นฐานของทฤษฎีควอนตัม ซึ่งระบุว่าสิ่งที่เรียกว่าปริมาณทางกายภาพเพิ่มเติมซึ่งกำหนดลักษณะระบบทางกายภาพ (เช่น พิกัดและโมเมนตัม พลังงานและเวลา) ไม่สามารถรับค่าที่แน่นอนพร้อมกันได้ (px โดยที่ ค่าคงตัวของพลังค์) สิ่งนี้สะท้อนให้เห็นถึงธรรมชาติของคลื่นอนุภาคคู่ของอนุภาคมูลฐาน (คุณสมบัติคลื่นของสสารถูกค้นพบในปี 1924 โดยนักฟิสิกส์ชาวฝรั่งเศส Louis de Broglie)

การเปลี่ยนไปสู่พลังงานที่สูงขึ้นเรื่อยๆ มักมาพร้อมกับการค้นพบปรากฏการณ์ทางกายภาพใหม่ๆ ที่เป็นรากฐานอยู่เสมอ

เพื่อให้เข้าใจถึงความเชื่อมโยงระหว่างพื้นที่ของฟิสิกส์กับระดับเชิงพื้นที่และพลังงาน ให้เราจำไว้ว่าปรากฏการณ์ทางฟิสิกส์บางอย่างเกิดขึ้นที่ระยะทางใดและพลังงานใด:

ฟิสิกส์โมเลกุล - 105 107 ซม. พลังงาน 1 eV - 1 keV;

ฟิสิกส์อะตอม ปฏิสสาร - 1,011 ซม. พลังงาน 10 MeV;

ฟิสิกส์นิวเคลียร์ - 1,013 ซม. พลังงาน 100 MeV - 1 GeV;

* โรงเรียนนานาชาติของนักวิทยาศาสตร์รุ่นเยาว์ “ปัญหาการเร่งความเร็วของอนุภาคที่มีประจุ”, Dubna, 2–9 กันยายน 1996 ดุบนา, 1997. หน้า 5–37.

การพัฒนาฟิสิกส์พลังงานสูงและตัวเร่งความเร็ว ฟิสิกส์พลังงานสูง ปฏิสัมพันธ์ที่รุนแรง ที่เรียกว่าฟิสิกส์แฮดรอน - 1,013 1,015 ซม. พลังงาน 10–100 GeV;

ฟิสิกส์ของพลังงาน "สูงพิเศษ" ประมวลผลในระยะทางสั้นพิเศษน้อยกว่า 1,015 ซม. พลังงานมากกว่า 100 GeV

ปัจจุบันนักวิจัยสามารถเข้าถึงพลังงานระดับ 1 TeV ได้

ในรูป 1 แสดงสเกลลักษณะเฉพาะของระยะทาง เวลา และพลังงาน

ควรพลิกแกนใน (พลังงาน) เท่านั้น เนื่องจากพลังงานที่เพิ่มมากขึ้นจะสอดคล้องกับช่วงเวลาลักษณะเฉพาะที่น้อยลง และช่วงเวลาเชิงพื้นที่ที่เล็กลงซึ่งเหตุการณ์ต่างๆ เกิดขึ้นในโลกใบเล็ก

ปัจจุบันเราอยู่ในระดับ "มวลของ W -, Z-bosons" (ในระดับพลังงาน), "อายุการใช้งานของสถานะเรโซแนนซ์" (มาตราส่วนเวลา), "ระยะห่างระหว่างควาร์ก" (มาตราส่วนระยะทาง)

เป็นที่น่าสังเกตว่าในช่วงศตวรรษที่ผ่านมามีความก้าวหน้าอย่างมหาศาลอย่างแท้จริงในด้านฟิสิกส์ของอนุภาคมูลฐานและนิวเคลียสของอะตอม

ข้าว. 1. สเกลของระยะทาง (a) เวลา (b) และพลังงาน (c) ในฟิสิกส์ของนิวเคลียสและอนุภาค 86 การบรรยายเกี่ยวกับฟิสิกส์ของอนุภาค ฟิสิกส์นิวเคลียร์เริ่มนับถอยหลังหลายปีก่อนต้นศตวรรษที่ 20 หรือเมื่อหนึ่งร้อยปีที่แล้ว ในปีพ.ศ. 2439 มีการค้นพบปรากฏการณ์กัมมันตภาพรังสีอันโด่งดัง เมื่อพูดถึงปรากฏการณ์กัมมันตภาพรังสีไม่มีใครพลาดที่จะพูดถึงชื่อ: นักฟิสิกส์ชาวอังกฤษ Ernest Rutherford - หนึ่งในผู้สร้าง (ร่วมกับ Frederick Soddy เพื่อนร่วมชาติของเขา) ของทฤษฎีการสลายตัวของกัมมันตภาพรังสี (1903) ผู้สร้างแบบจำลองดาวเคราะห์ของอะตอม (พ.ศ. 2454); นักวิทยาศาสตร์ชาวฝรั่งเศส Pierre และ Marie Curie ผู้มีส่วนสนับสนุนการวิจัยกัมมันตภาพรังสีขั้นพื้นฐาน

ผู้ค้นพบกัมมันตภาพรังสี คือ อองตวน อองรี เบกเคอเรล นักฟิสิกส์ชาวฝรั่งเศส

ในปี พ.ศ. 2440 อิเล็กตรอนถูกค้นพบ (โดยนักวิทยาศาสตร์ชาวอังกฤษ โจเซฟ จอห์น ทอมสัน) กล่าวคือ พบองค์ประกอบที่สำคัญที่สุดอย่างหนึ่งของอะตอม

ในปี 1932 นิวตรอนถูกค้นพบ (โดยนักฟิสิกส์ชาวอังกฤษ James Chadwick) นั่นคือหนึ่งในองค์ประกอบของนิวเคลียสของอะตอมถูกกำหนด

การวิจัยอย่างเข้มข้นในสาขาฟิสิกส์พลังงานสูงเริ่มขึ้นในทศวรรษ 1950 หลังจากการสร้างเครื่องเร่งอนุภาคที่มีประจุที่มีประสิทธิภาพ

ดังนั้นในสายโซ่ขององค์ประกอบหลักของสสาร (สสารประกอบด้วยโมเลกุล โมเลกุลประกอบด้วยอะตอม อะตอมของอิเล็กตรอนและนิวเคลียสของอะตอม นิวเคลียสของอะตอมประกอบด้วยนิวคลีออน - โปรตอนและนิวตรอน นิวคลีออน - ของควาร์ก.. .) ส่วนสำคัญของลิงก์ "เกิดขึ้น" อันที่จริงต่อหน้าต่อตานักวิจัยรุ่นหลัง

ฉันขอทราบอีกครั้งว่าต้องขอบคุณเครื่องเร่งอนุภาคที่มีลำแสงอนุภาคพลังงานสูงมาก ("ซูเปอร์ไมโครสโคป" เหล่านี้สำหรับการศึกษาโลกใบเล็ก) ที่ทำให้การศึกษาสสารในระยะทางสั้น ๆ เช่นนี้เกิดขึ้นได้* ในช่วงไม่กี่ปีที่ผ่านมา มีการแทรกซึมซึ่งกันและกันระหว่างฟิสิกส์ระยะสั้นและการศึกษาคุณสมบัติของโครงสร้างมหภาคของจักรวาล นี่คือการแสดงให้เห็นความสามัคคีของฟิสิกส์พลังงานสูงและฟิสิกส์ดาราศาสตร์

เมื่อให้คำจำกัดความว่าฟิสิกส์พลังงานสูงคืออะไร มักมีการอ้างอิงถึงคำกล่าวของอับดุส ซาลาม เขากล่าวว่าก่อนหน้านี้วิทยาศาสตร์นี้ดำเนินการโดย "ทรอยกา" ซึ่งประกอบด้วย: 1) ทฤษฎี 2) การทดลอง 3) เครื่องเร่งความเร็วและเครื่องตรวจจับ จากนั้นมี "ม้า" อีกสองตัวติดอยู่กับ "ทรอยกา":

4) จักรวาลวิทยายุคแรก อธิบายจักรวาลตั้งแต่ 1,043 วินาทีหลังจากกำเนิดจนกระทั่งสิ้นสุดสามนาทีแรก 5) คณิตศาสตร์ล้วนๆ

ลองใช้ "โครงการสลาม" เพื่อติดตามแนวโน้มในปัจจุบันในการพัฒนาฟิสิกส์อนุภาคเบื้องต้น

* เพื่อความเป็นธรรม ฉันขอเตือนคุณว่าข้อมูลสำคัญเกี่ยวกับพิภพเล็ก ๆ ได้มาจากการใช้เครื่องตรวจจับภาคพื้นดิน พื้นผิว และ "ดาวเทียม" (พร้อมอุปกรณ์คอมพิวเตอร์) ในการศึกษารังสีคอสมิก เช่นเดียวกับการใช้การติดตั้งเครื่องปฏิกรณ์

การพัฒนาฟิสิกส์พลังงานสูงและตัวเร่งความเร็ว 1.2 แนวคิดทางทฤษฎีเกี่ยวกับโครงสร้างของอนุภาค ในปัจจุบันเรารู้จากการค้นพบเชิงทดลองและโครงสร้างทางทฤษฎีว่าอิเล็กตรอน โปรตอน และนิวตรอนที่ประกอบเป็นสสารรอบตัวเรา (นั่นคือ อะตอมของสสาร) โดยทั่วไปแล้วไม่ใช่ "อาคารเบื้องต้น" บล็อกแห่งจักรวาล”

ปัจจุบันมีเพียงอิเล็กตรอนเท่านั้นที่ถูกอธิบายว่าเป็นอนุภาคมูลฐานที่มีลักษณะคล้ายจุด โปรตอนและนิวตรอนถูก “สร้าง” จากองค์ประกอบพื้นฐานที่เรียกว่าควาร์ก

ปฏิกิริยาโต้ตอบที่รุนแรง * อธิบายไว้ในทฤษฎีพื้นฐานของควาร์กและกลูออน - ควอนตัมโครโมไดนามิกส์ (QCD) ในทฤษฎีนี้ กลูออนเป็นพาหะของอันตรกิริยารุนแรงที่ยึดควาร์กไว้ในโปรตอนและนิวตรอน (เอฟเฟกต์ "การกักขัง") ทฤษฎีนี้สามารถนำมาใช้อย่างมีประสิทธิภาพเพื่อศึกษาปรากฏการณ์ที่สังเกตได้มากที่สุดในฟิสิกส์ของการมีปฏิสัมพันธ์ที่รุนแรง

แรงอื่นๆ ทั้งแม่เหล็กไฟฟ้าและแรงอ่อน ปรากฏแตกต่างไปจากเดิมอย่างสิ้นเชิง อย่างไรก็ตาม วันนี้เรารู้ว่าสิ่งเหล่านี้เป็นการแสดงให้เห็นของทฤษฎีอิเล็กโทรอ่อนแอเพียงทฤษฎีเดียว (กลาโชว ไวน์เบิร์ก ซาลาม) Leptons เป็น "องค์ประกอบสำคัญของจักรวาล" ในภาคส่วนที่อ่อนแอของไฟฟ้า พาหะของปฏิกิริยาอิเล็กโทรอ่อนแอคือโบซอนกลางสองตัว (W, Z) และโฟตอน ()

ทฤษฎีอิเล็กโทรอ่อนแอแบบครบวงจรและ QCD (โดยทั่วไปเรียกว่าแบบจำลองมาตรฐาน - SM) กำหนดอันตรกิริยาของอนุภาคมูลฐาน (ควาร์กและเลปตัน) ในระดับสูงถึง 1,016 ซม.

ประการที่สามนอกเหนือจากความแรงและความอ่อนแอของปฏิสัมพันธ์ประเภทที่รู้จัก - แรงโน้มถ่วง - ยังคงอยู่นอกกรอบของแบบจำลองมาตรฐาน ปฏิสัมพันธ์นี้เกี่ยวข้องอย่างใกล้ชิดกับแนวคิดของเราเกี่ยวกับอวกาศและเวลา ดังที่ทราบกันดีว่าอวกาศและเวลาภายใต้กรอบของทฤษฎีสัมพัทธภาพพิเศษนั้นทำหน้าที่รวมกันเป็นโลก 4 มิติเดียว

ในทฤษฎีสัมพัทธภาพทั่วไป เรขาคณิตของโลก 4 มิตินี้เชื่อมโยงกับสนามโน้มถ่วงอย่างแยกไม่ออก "การคาดเดา" ที่น่าสนใจจำนวนหนึ่งในหัวข้อ "ความไม่มีเอกลักษณ์" ของโลกที่เราสังเกตเห็นนั้นไม่เพียงมีอยู่ในนิยายวิทยาศาสตร์เท่านั้น แต่ยังรวมถึงสิ่งก่อสร้างทางวิทยาศาสตร์เชิงทฤษฎีด้วย

ฉันอยากจะทราบว่าการก้าวไปไกลกว่าโมเดลมาตรฐานกำลังมีการสำรวจในหลายทิศทางในปัจจุบัน เราจะพูดถึงพวกเขาด้านล่าง

อย่างไรก็ตาม การประชุมนานาชาติ XXVIII (โรเชสเตอร์) เกี่ยวกับฟิสิกส์พลังงานสูง ซึ่งจัดขึ้นในเดือนกรกฎาคม พ.ศ. 2539 ในกรุงวอร์ซอ ระบุว่าแบบจำลองมาตรฐานสอดคล้องกับข้อมูลการทดลองทั้งหมดที่มีอยู่ในปัจจุบัน

อนุภาคที่มีปฏิกิริยาโต้ตอบอย่างรุนแรงเรียกว่าฮาดรอน

ดังนั้น วันนี้เรารู้แล้วว่าในกาลอวกาศ 4 มิติของเรา ซึ่งเต็มไปด้วยพอยต์เฟอร์มิออน* (เลปตันและควาร์ก) ที่มีเงื่อนไขด้วยความแม่นยำ 1,016 ซม. มีปฏิสัมพันธ์สามประเภทที่เกิดจากพาหะพิเศษ: กลูออน W- และ Z-โบซอน และแรงโน้มถ่วงสมมุติ

1.3. ความสำเร็จในการทดลองบางอย่าง เป้าหมายหลักของการทดลองส่วนใหญ่ในช่วงไม่กี่ปีที่ผ่านมาคือการดำเนินการทดสอบแบบดั้งเดิมของแบบจำลองมาตรฐานที่เครื่องเร่งความเร็วต่างๆ แต่หลักๆ ที่ LEP (CERN) และ SLAC e+ e Collider การวัดเกือบทั้งหมดสอดคล้องกับโมเดลมาตรฐานในเรื่องความแม่นยำอย่างน่าทึ่ง 1%

ก่อนที่จะแสดงความคิดเห็นเกี่ยวกับผลการทดลองที่โดดเด่นของการศึกษาเหล่านี้ ให้เราจัดเรียง "องค์ประกอบพื้นฐานของจักรวาล" ในรูปแบบของตาราง (ดูตารางที่ 1)

ดังนั้น หนึ่งในความสำเร็จที่ยิ่งใหญ่ที่สุดในช่วงสองปีที่ผ่านมาคือการค้นพบท็อปควาร์ก (t) มันเป็นควาร์กตัวสุดท้ายของควาร์กที่ไม่มีใครสังเกตเห็นซึ่งเป็นพื้นฐานของแบบจำลองมาตรฐาน มวลที่กำหนด (เกือบ 200 GeV) ได้รับการประมาณอย่างถูกต้องโดยวิธีทางอ้อม (LEP) การค้นพบท็อปควาร์กเกิดขึ้นที่เครื่องชนแฮดรอนที่ FNAL โดยใช้อาร์เรย์ตัวตรวจจับขนาดใหญ่สองตัว (CDF และ D0) โดยใช้เทคนิคการประมวลผลที่ซับซ้อนเพื่อแยกเหตุการณ์ที่หายาก นี่เป็นคุณสมบัติที่สำคัญอีกประการหนึ่งของเครื่องเร่งอนุภาคที่มีประจุสมัยใหม่ซึ่งนอกเหนือจากพลังงานสูงแล้วยังให้ความเข้มสูงอีกด้วย (ความส่องสว่างในกรณีของการชน):

ข้อเท็จจริงจากการทดลองระบุว่าระบบที่มีสปินเป็นจำนวนเต็ม (โบซอน) เป็นไปตามกฎของสถิติโบส-ไอน์สไตน์ และระบบที่มีสปินเป็นจำนวนเต็มครึ่ง (เฟอร์มิออน) เป็นไปตามกฎของสถิติแฟร์มี-ดิแรก ในฟิสิกส์คณิตศาสตร์ ทฤษฎีบทที่เกี่ยวข้องกับการหมุนของสถิติได้รับการพิสูจน์แล้ว

กล่าวคือจำนวนอนุภาคที่บินต่อหน่วยเวลาผ่านพื้นที่หนึ่งหน่วย ความส่องสว่างสูงทำให้สามารถศึกษากระบวนการที่หายากได้ (เพิ่มความน่าจะเป็นในการสังเกต) คำว่า “โรงงาน” ใช้สำหรับเร่งเครื่องจักรที่มีความส่องสว่างสูง (-โรงงาน, c- -โรงงาน, โรงงาน B, โรงงาน Z...)

การวิจัยเชิงทดลองและความเข้าใจเชิงทฤษฎีเกี่ยวกับฟิสิกส์ของทีควาร์กในวันนี้ (และวันพรุ่งนี้) ลงมาเพื่อตอบคำถาม: ทำไมทีควาร์กถึงหนักมาก คุณสมบัติของมันคืออะไร?

การทดลองนี้ยังมีจุดมุ่งหมายเพื่อวัดมวลของท็อปควาร์กอย่างแม่นยำ

ก่อนหน้านี้ (ต้นยุค 90) ที่ศูนย์เร่งความเร็ว LEP เป็นที่ยอมรับว่าในขั้นตอนความรู้ปัจจุบัน เรากำลังเผชิญกับอนุภาคสามรุ่น มวลและความกว้างรวมของโบซอน Z 0 ถูกวัดด้วยความแม่นยำสูง ซึ่งทำให้สามารถระบุจำนวนช่องสลายนิวตริโนของ Z 0 และกำหนดจำนวนรุ่นได้

ความลึกลับสำหรับการทดลองฟิสิกส์พลังงานสูงในอนาคตคือคำถามต่อไปนี้ มีกี่ครอบครัว (รุ่น) ในธรรมชาติ? ควาร์กและเลปตันมีโครงสร้างหรือไม่ (ที่ระยะห่างน้อยกว่า 1,016 ซม.)

คำถามเหล่านี้อยู่ในหมวดหมู่ปัญหาพื้นฐานคลาสสิกของฟิสิกส์ไมโครเวิลด์ พวกเขากำหนดทิศทางที่จะก้าวไปไกลกว่าความเข้าใจในปัจจุบันของเรา

อย่างไรก็ตาม เราจะย้อนกลับไปอีกเล็กน้อยและอธิบายบทบาทของรุ่นอนุภาคมูลฐาน

อะตอมทั้งหมด เช่น องค์ประกอบทางเคมี พูดคร่าวๆ แล้วประกอบด้วย u-, d-ควาร์ก และอิเล็กตรอน อิเล็กตรอนนิวตริโน e ไม่ได้เป็นส่วนหนึ่งของอะตอม แต่มีส่วนร่วมในวงจรโปรตอน - โปรตอนของปฏิกิริยานิวเคลียร์ที่เกิดขึ้นในส่วนลึกของดวงอาทิตย์และทำให้แน่ใจว่า "การเผาไหม้"

เฟอร์มิออนเจนเนอเรชั่นที่ 2 และ 3 เป็นการเปรียบเทียบแบบถ่วงน้ำหนักของ u, d, e และ e และคิดว่ามีบทบาทสำคัญในการเปลี่ยนแปลงของจักรวาลยุคแรกเริ่ม ในยุคปัจจุบัน สิ่งเหล่านี้ปรากฏในกระบวนการที่เกิดจากรังสีคอสมิกและการชนกันของอนุภาคในเครื่องเร่งปฏิกิริยาสมัยใหม่

ควาร์กต่างจากเลปตันตรงที่มีลักษณะเฉพาะด้วยสี ซึ่งเป็นตัวแปรแยกที่รับค่าสามค่า ตัวแปรนี้ถูกนำมาใช้ในปี 1965 โดย Bogolyubov, Struminsky, Tavkhelidze, Khan และ Nambu เพื่อที่จะรักษาหลักการของ Pauli ไว้ในแบบจำลองควาร์กของฮาดรอน

คุณสมบัติลึกลับอีกประการหนึ่งของควาร์กคือเศษส่วนของประจุไฟฟ้า Q = 2/3e สำหรับ u, c, t ควาร์ก และ Q = 1/3e สำหรับ d, s และ b เลปตอน "ไม่มีสี" มีความเป็นกลางทางไฟฟ้า (นิวตริโนทั้งหมด) หรือมีประจุ Q = e (e, µ และ)

ในช่วง 2-3 ปีที่ผ่านมาได้นำสิ่งใหม่ๆ มากมายมาสู่ความเข้าใจเกี่ยวกับฟังก์ชันของโครงสร้างนิวคลีออนที่โมเมนตัมที่ถ่ายโอนสูงมาก q (e p-collider HERA, DESY ฯลฯ) ซึ่งทำให้โครงสร้างของแฮดรอนกระจ่างขึ้น ความเข้าใจที่สำคัญเกี่ยวกับฟิสิกส์ของควาร์กหนัก (บี-ควาร์ก) เกิดขึ้นได้จากการทดลองที่โรงงาน CLEO ที่คอร์เนลและที่อื่นๆ

ในโปรแกรมทดลองของ CERN, BNL และ JINR การชนกันของนิวเคลียส-นิวเคลียสที่พลังงานสูงถือเป็นจุดสำคัญ การวิจัยในพื้นที่นี้มีจุดมุ่งหมายเพื่อตรวจจับการแสดงออกของปฏิกิริยาควาร์ก - กลูออนในระหว่างการชนของนิวเคลียร์และยังให้ข้อมูลใหม่เกี่ยวกับโครงสร้างของสสาร (ผลสะสม, พลาสมาควาร์ก - กลูออน ฯลฯ )

เป็นเรื่องยากมากที่จะให้ภาพรวมที่สมบูรณ์ของความสำเร็จในช่วงหลายปีที่ผ่านมาในช่วงเวลาที่จำกัดของการบรรยาย การเลือกตัวอย่าง (ส่วนตัวบางส่วน) มีวัตถุประสงค์เพื่อให้แนวคิดทั่วไปเกี่ยวกับแนวโน้มในฟิสิกส์พลังงานสูง ตาม "แผนงาน" ของ Salam ให้เราไปยังพื้นหลังทางคณิตศาสตร์ของแบบจำลองมาตรฐาน โดยทิ้งความลึกลับของจักรวาลวิทยายุคแรกและสถานะของคลังแสงเครื่องเร่งของฟิสิกส์อนุภาคสมัยใหม่ไว้

1.4. มุมมองทางคณิตศาสตร์ของฟิสิกส์พลังงานสูงสมัยใหม่และการเกิดขึ้นของความลึกลับใหม่ เมื่อพูดถึงอิทธิพลของคณิตศาสตร์บริสุทธิ์ต่อการพัฒนาฟิสิกส์พลังงานสูง เราต้องเข้าใจว่าเรากำลังพูดถึงการทำให้เครื่องมือทางคณิตศาสตร์ของทฤษฎีอนุภาคมีความลึกซึ้งยิ่งขึ้นและปรับปรุง ก่อนหน้านี้ทฤษฎีกลุ่มทางคณิตศาสตร์ล้วนๆ วิธีการของฟิสิกส์คณิตศาสตร์ และทฤษฎีทางคณิตศาสตร์อื่นๆ มากมาย ได้กลายเป็นเครื่องมือและภาษาสำหรับนักฟิสิกส์ เหนือสิ่งอื่นใด

ในแง่คณิตศาสตร์ SM เป็นทฤษฎีสนามควอนตัมเกจ (ที่มีข้อดีและข้อเสียทั้งหมด เช่น ไดเวอร์เจนซ์และการปรับสภาพใหม่) ด้วยกลุ่มสมมาตร ทฤษฎีเกจมีความโดดเด่นตรงที่เกือบจะแก้ไขโครงสร้างของปฏิสัมพันธ์ลากรองจ์ได้อย่างชัดเจน

ในกรณีนี้พาหะของการโต้ตอบคืออนุภาคเวกเตอร์ซึ่งจำนวนนั้นเท่ากับจำนวนพารามิเตอร์ของกลุ่มสมมาตร

อนุภาคเหล่านี้ไม่มีโครงสร้างประกอบใดๆ เช่น

เป็นสิ่งมีชีวิตระดับประถมศึกษา เช่น ควาร์กและเลปตัน

กลุ่ม (1) ขึ้นอยู่กับพารามิเตอร์ 8+3+1 = 12 ตัว หมายเลขแปดสอดคล้องกับปัจจัย SU (3) C ซึ่งเป็นกลุ่มสมมาตรของสีที่เป็นพื้นฐานของ QCD ออคเต็ตที่สอดคล้องกันของเวกเตอร์โบซอน เรียกว่ากลูออน เป็นสื่อกลางในการปฏิสัมพันธ์ระหว่างควาร์กสี

ความสมมาตรของ SU(3)C ถือเป็นค่าที่แน่นอน และกลูออนถือว่าไม่มีมวล

เป็นที่ยอมรับกันว่าในระยะทางสั้นๆ (ที่โมเมนตัมที่ถ่ายโอนสูง) ปฏิกิริยาระหว่างควาร์ก-กลูออนที่มีประสิทธิผลจะลดลง (“อิสระเชิงเส้นกำกับ”) ดังนั้น ในพื้นที่นี้ จึงเป็นไปได้ที่จะประยุกต์ใช้เครื่องมือทฤษฎีการก่อกวน เช่น เทคนิคแผนภาพไฟน์แมน ในการคำนวณ และรับการทำนายเชิงปริมาณที่เชื่อถือได้

ที่ระยะ 1,013 ซม. แรงของโครโมไดนามิกควรมีขนาดใหญ่ หากเพียงเพราะพวกมันต้องผูกควาร์กให้เป็นฮาดรอนและรับประกันการมีปฏิสัมพันธ์ที่ "แข็งแกร่ง" ของอย่างหลัง ทฤษฎีการก่อกวนไม่สามารถใช้ได้ในกรณีนี้ “QCD ระยะไกล” ตามที่ทฤษฎีปฏิสัมพันธ์ควาร์ก-กลูออนมักเรียกกันในสาขานี้ เป็นหัวข้อของการวิจัยอย่างเข้มข้น ทั้งในเชิงทฤษฎีและเชิงทดลอง ปัญหาหมายเลขหนึ่ง ซึ่งเป็นความท้าทายอย่างยิ่งสำหรับนักทฤษฎีมานานหลายปี ถือได้ว่าเป็นวิธีแก้ปัญหากลไกการกักขัง กล่าวคือ การอธิบายเหตุผลในการกักขังควาร์กภายในฮาดรอน และความเป็นไปไม่ได้ของการดำรงอยู่ของควาร์กในสถานะอิสระ .

ตอนนี้เรามาดูทฤษฎีปฏิสัมพันธ์ทางไฟฟ้าอ่อน (EWI) ภายในกรอบของแบบจำลองมาตรฐาน ทฤษฎีนี้จัดทำขึ้นโดย Weinberg, Salam และ Glashow กลุ่มสมมาตรเกจ ESP ประกอบด้วยปัจจัยที่สองและสามจาก (1):

และระบุตามจำนวนพารามิเตอร์เท่ากับ 3 + 1 = 4

ซึ่งหมายความว่าควรมีโบซอนเวกเตอร์เกจ 4 ตัว นี่คือ W ±, Z 0 โฟตอนก็เหมือนกับกลูออน ที่เป็นอนุภาคไม่มีมวล ในขณะที่เวกเตอร์โบซอน W, Z 0 มีมวล:

กรณีสุดท้ายบ่งชี้ว่าความสมมาตร (2) ไม่สามารถแน่นอนได้ แต่จะต้องแตกหักอย่างหลีกเลี่ยงไม่ได้

ทฤษฎี ESP ประกอบด้วยกลไกของฮิกส์ในการทำลายความสมมาตรของ SU (2) L U (1) ที่เกิดขึ้นเอง ซึ่งทำให้แน่ใจได้ว่ามวลใน W, Z 0, ควาร์ก และเลปตันจะปรากฎออกมาโดยไม่สูญเสียค่าคงที่เกจของ ESP Lagrangian แบบเต็ม ทฤษฎีที่ง่ายที่สุดประกอบด้วยฮิกส์สเกลาร์โบซอน H 0 ที่เป็นกลางหนึ่งตัว ซึ่งมวลดังกล่าวไม่สามารถคาดเดาได้ ตามแนวคิดสมัยใหม่ มันอยู่ในช่วงที่ Search H รวมอยู่ในโปรแกรมการทดลองที่มีแนวโน้มของห้องปฏิบัติการเร่งความเร็วที่ใหญ่ที่สุดในโลกอย่างแน่นอน

จากข้อมูลในปี 2547 เห็นได้ชัดว่าช่วงเวลาแคบลง: ขีดจำกัดบนคือประมาณ 260 GeV - บันทึก. คอมพ์

ภายในกรอบของสมมาตร SU (2) L U (1) มีการตระหนักถึงคำอธิบายแบบรวมของปฏิกิริยาทางแม่เหล็กไฟฟ้าและปฏิกิริยาที่อ่อนแอของควาร์กและเลปตัน การสังเคราะห์นี้กลายเป็นเรื่องลึกซึ้งมากจนการใช้คำสากล "ปฏิสัมพันธ์ทางไฟฟ้า" นั้นค่อนข้างถูกต้องตามกฎหมาย

โดยทั่วไปแล้ว ฟิสิกส์รู้ตัวอย่างมากมายว่าวิธีการอธิบายปรากฏการณ์ที่เป็นหนึ่งเดียวมีประสิทธิผลเพียงใด ซึ่งเมื่อมองแวบแรกดูเหมือนจะไม่เกี่ยวข้องกันโดยสิ้นเชิง และแม้แต่ความหลากหลายก็สามารถเกิดขึ้นได้

ด้วยเหตุนี้ ต้องขอบคุณนิวตันที่ทำให้แรงโน้มถ่วงของโลกและท้องฟ้าถูกรวมเข้าเป็นแนวคิดเดียว นั่นคือ "แรงโน้มถ่วงสากล" ฟาราเดย์ค้นพบว่าแรงไฟฟ้าและแรงแม่เหล็กเป็นการรวมตัวกันของเอนทิตีเดียวนั่นคือแม่เหล็กไฟฟ้า แมกซ์เวลล์ผสมผสานแม่เหล็กไฟฟ้าและทัศนศาสตร์เข้าด้วยกัน โดยตระหนักว่าพวกมันอธิบายปรากฏการณ์ที่มีลักษณะเหมือนกัน เขาผสมผสานกลศาสตร์วิเคราะห์และอุณหพลศาสตร์เข้าด้วยกัน เพื่อพัฒนาทฤษฎีจลน์ของแก๊ส

ในแบบจำลองมาตรฐาน ปฏิกิริยาระหว่างควาร์ก-กลูออนในด้านหนึ่ง และปฏิสัมพันธ์ทางไฟฟ้าอ่อน อีกด้านหนึ่ง ดำรงอยู่อย่างเป็นอิสระจากกันโดยสิ้นเชิง ความพยายามที่จะรวมปฏิสัมพันธ์เหล่านี้เข้าด้วยกันภายในกรอบทางทฤษฎีทั่วไปที่มีชื่อที่น่าทึ่งว่า "การรวมใหญ่"

จนถึงตอนนี้ น่าเสียดายที่พวกเขาไม่ได้นำไปสู่ความสำเร็จที่แท้จริง อย่างไรก็ตาม โครงการที่มีความทะเยอทะยานมากขึ้นยังคงได้รับการพัฒนาต่อไป โดยอ้างว่าสร้าง "ทฤษฎีที่ครอบคลุม" ("ทฤษฎีของทุกสิ่ง")

ประการแรก นี่หมายถึงทฤษฎีสตริงที่กล่าวถึงแล้ว ซึ่งมีการสังเคราะห์ปฏิกิริยาระหว่างควาร์ก-กลูออนอิเล็กโตรแวคและแรงโน้มถ่วง และคำอธิบายของทฤษฎีหลังนั้นสอดคล้องกับข้อกำหนดของกลศาสตร์ควอนตัม

ท้ายที่สุดแล้ว ทฤษฎี "สายเหนือ" ได้รวม SM และแรงโน้มถ่วงเข้าด้วยกัน โดยใช้แนวคิดเรื่องเส้นเล็กๆ แทนที่จะเป็นอนุภาคจุด นี่เป็นอีกพื้นที่ที่น่าสนใจในการก้าวข้ามแนวคิดมาตรฐานเกี่ยวกับฟิสิกส์ของไมโครเวิลด์

สิ่งที่น่าสนใจอย่างไม่ต้องสงสัยคือการสร้างทฤษฎีโดยใช้แนวคิด "ความยาวพื้นฐาน" (Tamm, Kadyshevsky ฯลฯ ) - นี่เป็นหนึ่งในสาขาของการวิจัยที่อยู่นอกกรอบปกติ

อะไรสามารถใช้เป็นแนวทางที่เชื่อถือได้ในการก้าวไปไกลกว่า SM? SM จะหยุด “ทำงาน” อย่างชัดเจนในระยะทางเท่าใด (ด้วยพลังงานเท่าใด)? ทฤษฎีทั่วไปข้อใดที่ SM เป็นขีดจำกัดพลังงานต่ำ มีเพียงการทดลองในอนาคตเท่านั้นที่สามารถตอบคำถามเหล่านี้ได้ ดังที่ทราบกันดีว่าสามารถมีได้สองประเภท ประการแรกเกี่ยวข้องกับการก้าวเข้าสู่ขอบเขตระยะทางเล็กๆ ด้วยความช่วยเหลือของเครื่องเร่งอนุภาคที่เร่งอนุภาคให้มีพลังงานสูงขึ้น ประการที่สองเกี่ยวข้องกับการวัดที่แม่นยำที่พลังงานที่ได้รับแล้วของค่าเหล่านั้น ซึ่งค่าดังกล่าวมีส่วนสนับสนุนโดยกระบวนการที่เกิดขึ้นในระยะทางสั้น ๆ

ไม่มีรากฐานทางทฤษฎีที่มั่นคงและเชื่อถือได้สำหรับ "ฟิสิกส์ที่อยู่นอกเหนือ SM" ที่นี่เราสามารถพูดคุยเกี่ยวกับการวิจัยได้เฉพาะบางพื้นที่เท่านั้นในตอนนี้ ความนิยมมากที่สุดในหมู่พวกเขาคือ:

สมมาตรยิ่งยวด สารประกอบควาร์กและเลปตัน "การรวมครั้งใหญ่" ซูเปอร์สตริง เทคนิคคัลเลอร์ และอื่นๆ อีกมากมาย

สำหรับทฤษฎีสายเหนือ สเกลลักษณะเฉพาะคือ มวลพลังค์ MP = 1,019 GeV “การรวมใหญ่” ของการโต้ตอบควรเกิดขึ้นที่พลังงานลำดับ 1,015 GeV

เราได้พูดคุยถึงแผนการทางทฤษฎีที่เป็นไปได้หลายประการข้างต้นแล้ว

ลองพูดสักสองสามคำเกี่ยวกับสมมาตรยิ่งยวด (SUSY) ซึ่งได้รับความสนใจอย่างมากในช่วงสองทศวรรษที่ผ่านมา SUSY คือความสมมาตรรูปแบบใหม่ในโลกของอนุภาคมูลฐาน โดยอิงจากคำอธิบายแบบรวมของโบซอนและเฟอร์มิออน ภายในกรอบการทำงานของ SUSI แต่ละอนุภาคจะสัมพันธ์กับอนุภาคยิ่งยวดซึ่งมีการหมุนต่างกัน 1/2 ดังนั้นโฟตอน W - และ Z-bosons ที่มีสปิน 1 จึงสอดคล้องกับอนุภาคซุปเปอร์ Dirac "photino", "wine" W และ "zino" Z; ควาร์กและเลปตันสอดคล้องกับสเกลาร์ "สควาร์ก" และ "สเลปตัน" และสเกลาร์ "ฮิกส์" สอดคล้องกับ "ชิกส์" ด้วยการหมุน 1/2

อนุภาคและอนุภาคยิ่งยวดทั้งหมดที่รวมอยู่ในซุปเปอร์มัลติเพลตเดียวจะต้องมีมวลเท่ากัน อย่างไรก็ตาม ไม่มีอะไรที่คล้ายกับความเสื่อมของสเปกตรัมมวลของเฟอร์มิออนและโบซอนที่มีอยู่ ยิ่งกว่านั้นแม้ว่าเราจะไม่คำนึงถึงความแตกต่างของมวล แต่ก็ควรระบุด้วยว่าเฟอร์มิออนที่เรารู้จักนั้นไม่สามารถตีความได้ว่าเป็นหุ้นส่วนที่เหนือกว่าของโบซอนที่มีอยู่

ดังนั้น ด้วยทัศนคติในแง่ดีต่อแนวคิดของ SUSI จึงมีข้อสรุปสองประการดังนี้:

สมมาตรยิ่งยวดของอนุภาคมูลฐานเกิดขึ้นในรูปแบบที่แตกหักโดยมีมวลแตกตัวจำนวนมากในรูปของซุปเปอร์มัลติเพลต

จำเป็นต้องค้นพบอนุภาคยิ่งยวด

ไม่ต้องสงสัยเลยว่าการค้นพบอนุภาคยิ่งยวดจะเป็นสัญญาณที่ชัดเจนของฟิสิกส์ใหม่ที่ไม่ได้มาตรฐาน อย่างไรก็ตาม จนถึงขณะนี้ การค้นหาของพวกเขายังไม่ประสบผลสำเร็จ จากข้อมูลที่มีอยู่ในปัจจุบัน จะได้เฉพาะการประมาณมวลของวัตถุเหล่านี้เท่านั้น:

ตามรูปแบบทางทฤษฎี SUSI ตอบสนองความต้องการด้านสุนทรียศาสตร์สูงสุด ทฤษฎี Superstring เป็นหนี้ความน่าดึงดูดส่วนใหญ่จากสมมาตรยิ่งยวดที่มีอยู่ในตัวมัน

การผสมผสานแนวคิด SUSI เข้ากับหลักการเกจทำให้เกิดภาพรวมที่ไม่ซับซ้อนของทฤษฎีแรงโน้มถ่วง - แรงโน้มถ่วงยิ่งยวด ภายในกรอบของคำอธิบายซูเปอร์สมมาตรสากลของเฟอร์มิออนและโบซอน ความแตกต่างระหว่างองค์ประกอบโครงสร้างของสสารในด้านหนึ่งและพาหะของปฏิกิริยาในอีกด้านหนึ่งจะถูกลบออกไป ในที่สุด ในทฤษฎีสนามสมมาตรยิ่งยวด ปัญหาของการเบี่ยงเบนของรังสีอัลตราไวโอเลตจะสูญเสียความเร่งด่วน: ไม่ว่าจะหายไปที่นี่โดยสิ้นเชิงหรือขั้นตอนการปรับสภาพใหม่ที่สอดคล้องกันนั้นง่ายขึ้นอย่างมาก

กล่าวไว้ก่อนหน้านี้ว่าด้วยความแม่นยำสูงสุด 1,014 ซม. ควาร์กและเลปตอนถือได้ว่าเป็นวัตถุไม่มีโครงสร้างเบื้องต้น และแน่นอนว่าแนวคิดของเฟอร์มิออนเหล่านี้มีอยู่ใน SM

อย่างไรก็ตาม การทำซ้ำของรุ่นและจำนวนควาร์กและเลปตอนที่มีอยู่มากมาย (ในสามเจเนอเรชั่นของควาร์กมีควาร์ก 18 ตัว (รวมสีด้วย) และเลปตัน) อาจเป็นสัญญาณบ่งบอกถึงธรรมชาติที่ซับซ้อนของพวกมัน

มีการเสนอโมเดลที่เกี่ยวข้องหลายรุ่น ควาร์กและเลปตอนในพวกมันถูกสร้างขึ้นจากเฟอร์มิออนพื้นฐานจำนวนเล็กน้อย (ปราควาร์ก ซับควาร์ก พรีออน... - ยังไม่มีชื่อที่เป็นที่ยอมรับโดยทั่วไปสำหรับ "องค์ประกอบ" เหล่านี้)

ความลึกลับอีกประการหนึ่งในฟิสิกส์อนุภาคเกี่ยวข้องกับปัญหาความไม่สมดุลของสสารและปฏิสสารในจักรวาล มีเงื่อนไขสองประการที่สามารถอธิบายสิ่งนี้ได้ - ความไม่เสถียรของแบริออน - อนุภาคที่มีปฏิสัมพันธ์อย่างรุนแรง (หัวข้อของการวิจัยในการทดลองขนาดใหญ่ที่ไม่ใช่เครื่องเร่งอนุภาค) และการละเมิด CP (สิ่งเหล่านี้จะได้รับการศึกษาในการทดลองรุ่นต่อไปด้วยลำแสงเคเมสันเข้มข้นบน การติดตั้งใหม่ที่ทำให้สามารถสังเกตการละเมิด CP ในการสลายตัวของ B-mesons) นอกจากนี้ยังมีสมมติฐานเกี่ยวกับการดำรงอยู่ของจักรวาลอื่นโดยที่ปฏิปักษ์มีอำนาจเหนือกว่าเรา

ฟิสิกส์ของอนุภาคอาจให้คำตอบสำหรับความลึกลับของสสารมืดในจักรวาล การสังเกตการณ์ทั้งหมดจำเป็นต้องมีสสารมืดที่ไม่มีแบริโอนิกรูปแบบใหม่ สิ่งเหล่านี้อาจเป็นอนุภาคสมมาตรยิ่งยวดใหม่และ/หรือนิวตริโนขนาดใหญ่ มีความเป็นไปได้อื่น ๆ

ยังไม่มีคำตอบที่ชัดเจนสำหรับคำถามที่ว่านิวตริโนมีมวลหรือไม่ การทดลองสังเกตมวลนิวตริโนโดยตรงหรือการเปลี่ยนนิวตริโนตัวหนึ่งไปเป็นอีกตัวหนึ่ง (“การสั่นของนิวตริโน”

Pontecorvo และอื่นๆ) ได้รับการวางแผนในโครงการวิจัยในอนาคตที่บริษัทคันเร่งไฟฟ้า

สรุปส่วนนี้สรุปได้สั้นๆ ว่าไม่กี่ปีที่ผ่านมาได้ให้การยืนยันโมเดลมาตรฐานอย่างแม่นยำ อย่างไรก็ตาม มีความลึกลับมากมายจากทั้งทฤษฎีและการทดลอง และความพยายามในปัจจุบันมีจุดมุ่งหมายเพื่อค้นหาทางออกจากสถานการณ์นี้ ทิศทางของ “ทางออก” นั้นคลุมเครือ และเราได้ตรวจสอบเพียงแนวโน้มบางส่วนเท่านั้น (หวังว่าจะเป็นแนวโน้มหลัก) โดยไม่เสแสร้งว่าสมบูรณ์

ตอนนี้เรากลับมาที่จุดเริ่มต้นกันก่อน...

ตามแนวคิดสมัยใหม่ซึ่งมีพื้นฐานอยู่บนแบบจำลองจักรวาลวิทยามาตรฐานที่เรียกว่า ในช่วงไมโครวินาทีแรกของการดำรงอยู่ จักรวาลร้อนมากจนอาจประกอบด้วยอนุภาคมูลฐานที่ถูกยึดด้วยแรงพื้นฐานเท่านั้น มันเป็นห้องทดลองฟิสิกส์พลังงานสูงที่มีเอกลักษณ์เฉพาะตัวที่สร้างขึ้นโดยธรรมชาติ

โดยหลักการแล้วเราสามารถเรียนรู้มากมายเกี่ยวกับกระบวนการพื้นฐานที่เกิดขึ้นในจักรวาลโดยการเร่งอนุภาคและชนกันในห้องปฏิบัติการภาคพื้นดินสมัยใหม่ ยิ่งไปกว่านั้น ยิ่งพลังงานของการชนกันของอนุภาคมากเท่าไร ช่วงเวลาแห่งประวัติศาสตร์ของจักรวาลก็จะยิ่งตกไปอยู่ในขอบเขตการมองเห็นของเราเร็วขึ้นเท่านั้น

อย่างไรก็ตาม เป็นที่ทราบกันดีว่าขนาดของเครื่องเร่งความเร็วนั้นเติบโตค่อนข้างเร็วโดยการเพิ่มพลังงานสูงสุดตามที่ได้รับการออกแบบ

ที่นี่ความสามารถของเราจะหมดลงในไม่ช้าหากไม่มีแนวคิดพื้นฐานและโซลูชั่นทางเทคโนโลยีใหม่ ๆ

ฉันขอเตือนคุณว่าการเร่งอนุภาคให้มีพลังงาน 1,015 GeV ซึ่งสอดคล้องกับ "การรวมครั้งใหญ่" ของปฏิกิริยาที่รุนแรงและอ่อนแอทางไฟฟ้า จะต้องมีการสร้างเครื่องเร่งความเร็วที่มีขนาดเท่ากับระบบสุริยะ และถ้าเราต้องการที่จะก้าวไปสู่พลังงาน "พลังค์" 1,019 GeV ( ณ จุดนี้ผลกระทบจากแรงโน้มถ่วงและควอนตัมมีความสำคัญ) เราจะต้องสร้างเครื่องเร่งความเร็วซึ่งมีวงแหวนซึ่งมีความยาวประมาณ 10 ปีแสง ปี.

เครื่องจักรดังกล่าวมีอยู่ในจินตนาการของนักเขียนนิยายวิทยาศาสตร์เท่านั้น อย่างไรก็ตาม ความคิดเชิงทฤษฎีแทรกซึมเข้าสู่ขอบเขตของพลังงานที่ไม่สามารถบรรลุได้ในทางปฏิบัติอย่างกล้าหาญ ในเวลาเดียวกัน ความสมจริงและความมีชีวิตของแบบจำลองที่อธิบายปฏิสัมพันธ์ของอนุภาคมูลฐานในช่วงพลังงานทั้งหมดถูกกำหนดโดยเฉพาะอย่างยิ่งโดยการ "เชื่อมโยง" โมเดลเหล่านี้กับแบบจำลองทางจักรวาลวิทยามาตรฐานของจักรวาลยุคแรกเริ่ม ด้วยเหตุนี้ แนวคิดและข้อจำกัดด้านการศึกษาสำนึกอันทรงคุณค่าจึงถูกนำมาใช้ในฟิสิกส์พลังงานสูง

นี่คือสิ่งที่ Salam หมายถึงเมื่อเขามองว่าจักรวาลวิทยายุคแรกเป็นหนึ่งในแรงผลักดันเบื้องหลังฟิสิกส์อนุภาคสมัยใหม่ ฉันจะยกตัวอย่างเพื่อแสดงให้เห็นถึงความชอบธรรมของมุมมองนี้ บางคนจะสะท้อนสิ่งที่กล่าวไว้ข้างต้นโดยไม่รู้ตัว

จากการประมาณการทางดาราศาสตร์ฟิสิกส์ของความชุกของปฐมภูมิ 4 จึงไม่สามารถตัดสินจำนวนนิวตริโนเบาประเภทต่างๆ และผลที่ตามมาก็คือจำนวนรุ่นของเลปตันและควาร์ก ความไม่สมดุลของแบริออนที่สังเกตได้ของโลกอาจเกี่ยวข้องกับการเกิดขึ้นของเอกภพยุคแรกที่มีความโดดเด่นของควาร์กเหนือแอนติควาร์กในปฏิกิริยาที่ฝ่าฝืนกฎการอนุรักษ์ประจุแบริออนและสมมาตรของ CP

ปัญหาที่สำคัญและลึกซึ้งมากในการแก้ปัญหาซึ่งทั้งจักรวาลวิทยาและทฤษฎีอนุภาคมูลฐานสนใจคือการประเมินค่าคงที่ทางจักรวาลวิทยา เพื่อให้คำอธิบายเอกภพยุคแรกมีความสอดคล้องกันในตัวเอง การแนะนำพารามิเตอร์นี้จึงได้รับการยอมรับตามความจำเป็น ในทางกลับกัน ตามข้อมูลทางดาราศาสตร์ ในยุคปัจจุบัน ค่าจะมีน้อยมาก (|| 1,056 cm2) หากไม่เท่ากับศูนย์

ในทฤษฎีสนามควอนตัม ซึ่งไม่ใช้สมมาตรยิ่งยวด ค่าคงที่จะแสดงในรูปของพลังงานสุญญากาศ และเป็นปริมาณอนันต์อย่างเป็นทางการ หากมีการใช้จุดตัดที่สมเหตุสมผลในอินทิกรัลไดเวอร์เจนต์ไฟน์แมนที่สอดคล้องกัน ผลลัพธ์ที่ได้จะเป็นค่าประมาณ || จะแตกต่างจากดาราศาสตร์ 50–100 ลำดับความสำคัญ อย่างไรก็ตาม ในทฤษฎีสนามสมมาตรยิ่งยวด แผนภาพสุญญากาศที่แยกออกทั้งหมดจะหักล้างกัน ซึ่งเทียบเท่ากับ = 0 ในเรื่องนี้ คำถามเกิดขึ้น: เป็นไปได้ไหมที่ละทิ้งสมมาตรยิ่งยวดที่แน่นอน เพื่อเลือกกลไกในการแตกหักจนค่าคงที่ทางจักรวาลวิทยา ไม่ใช่ศูนย์ แต่เล็กใช่ไหม?

โปรดทราบว่าข้อมูลอันมีค่าสำหรับฟิสิกส์อนุภาคเบื้องต้นยังมาจากการสังเกตการณ์ทางดาราศาสตร์ฟิสิกส์ที่ไม่เกี่ยวข้องโดยตรงกับจักรวาลวิทยาในยุคแรกๆ ดังนั้น สิ่งกระตุ้นพิเศษในการค้นหาอนุภาคที่เป็นกลางใหม่คือข้อสรุปของนักดาราศาสตร์ฟิสิกส์ว่าประมาณ 95% ของมวลในจักรวาลของเราคือ "สสารมืด" อันลึกลับ สถานที่พิเศษถูกครอบครองโดยฟิสิกส์ดาราศาสตร์นิวตริโน ซึ่งมีเหตุการณ์สำคัญอันดับแรกคือการสังเกตการณ์ในเดือนกุมภาพันธ์ พ.ศ. 2530 ของการระเบิดของซูเปอร์โนวา SN1987A ในเมฆแมกเจลแลนใหญ่

ดังนั้น กุญแจสำคัญในการแก้ปัญหาเร่งด่วนบางประการของฟิสิกส์ของพิภพเล็ก ๆ สามารถพบได้ในการศึกษามาโครคอสม์ และในทางกลับกัน ชิ้นส่วนที่สว่างบางส่วนของภาพทางกายภาพของมาโครคอสม์นั้นขึ้นอยู่กับรูปแบบที่ค้นพบในการศึกษาของ พิภพเล็ก ๆ

2. เครื่องเร่งอนุภาคที่มีประจุ -

เครื่องมือวิจัยหลัก

ของโลกวัตถุ

(คลังแสงเร่งที่ทันสมัย)

ตัวเร่งคือแหล่งกำเนิดของอนุภาคที่มีความเร่ง (อิเล็กตรอน โปรตอน ฯลฯ) ที่ "ส่องผ่าน" (เช่น แสงในกล้องจุลทรรศน์) สสารทางกายภาพ นิวเคลียสของอะตอม หรืออนุภาคมูลฐาน ทำให้เกิดปฏิกิริยาที่ซับซ้อน ขึ้นอยู่กับประเภทของอนุภาคที่มีความเร่ง เป้าหมาย ความ พลังงานของอนุภาคเร่งและสภาวะการทดลองอื่นๆ

นอกจากเครื่องเร่งความเร็วแล้ว แหล่งกำเนิดของอนุภาค (รวมถึงพลังงานสูง) อาจเป็นกระแสของอนุภาคที่เกิดในอวกาศ - ที่เรียกว่ารังสีคอสมิก อย่างไรก็ตาม ความรุนแรงของ "จักรวาล"

แหล่งที่มามีขนาดเล็กและลดลงอย่างรวดเร็วตามพลังงานที่เพิ่มขึ้น

ปัจจุบันมีการใช้เครื่องเร่งปฏิกิริยาเพื่อแก้ปัญหาในทางปฏิบัติ (วัสดุศาสตร์ การทำหมันของอุปกรณ์ทางการแพทย์ การตรวจจับข้อบกพร่อง ตัวกรองใต้นิวเคลียร์ การบำบัดเนื้องอก การเก็บรักษาผลผลิตทางการเกษตร ปัญหาสิ่งแวดล้อม ฯลฯ) แต่เครื่องเร่งปฏิกิริยาที่ทรงพลังและมีราคาแพงที่สุดถูกสร้างขึ้นสำหรับวิทยาศาสตร์ วัตถุประสงค์ ความยาวของรางแม่เหล็กของคันเร่ง (ซึ่งอนุภาคมูลฐานถูกเร่งขณะที่พวกมันเคลื่อนที่) ทุกวันนี้สูงถึงหลายกิโลเมตรและค่าใช้จ่ายของคันเร่งพร้อมอุปกรณ์วิจัยที่จำเป็นนั้นมีมูลค่าหลายล้านรูเบิล การก่อสร้างศูนย์เร่งรัดสำหรับการวิจัยขั้นพื้นฐานเป็นเหตุการณ์ที่ต้องอาศัยการมีส่วนร่วมของวัสดุและทรัพยากรมนุษย์จำนวนมาก ตลอดจนการพัฒนาเครื่องมือและเทคโนโลยีใหม่ๆ

มีการพูดคุยกันถึงความเป็นไปได้ในการสร้าง VBA ซึ่งเป็น "เครื่องเร่งความเร็วขนาดใหญ่มาก" สำหรับชุมชนฟิสิกส์ทั้งหมดมาหลายปีแล้ว

อย่างไรก็ตาม สำหรับความต้องการทางวิทยาศาสตร์ จำเป็นต้องมีสารเชิงซ้อนเครื่องเร่งหลายชนิด - สำหรับการเร่งอิเล็กตรอน โปรตอน ไอออนหนัก โดยมีลำแสงชนกันและเป้าหมายที่อยู่นิ่ง ดังนั้นในปัจจุบันประชาคมนักฟิสิกส์ระดับนานาชาติจึงเคลื่อนตัวไปตามเส้นทางของการตกลงประเภทของเครื่องเร่งความเร็วที่ควรสร้างขึ้นในภูมิภาคต่างๆ การมีส่วนร่วมของประเทศต่างๆ ในการพัฒนาและสร้างเครื่องเร่งความเร็วและโดยเฉพาะอุปกรณ์การวิจัย - เครื่องตรวจจับ

ให้เราเน้นย้ำอีกครั้ง: ด้วยความช่วยเหลือของเครื่องเร่งความเร็ว ในระหว่างการชนกันของอนุภาคเร่งและอนุภาคเป้าหมาย กระบวนการต่างๆ จะดำเนินการด้วยพลังงานสูงเพียงพอที่มนุษย์สามารถทำได้ภายใต้สภาวะภาคพื้นดิน อนุภาคที่มีประจุจะถูกเร่งในห้องสุญญากาศ เพื่อสร้างวิถีโคจรของอนุภาค ระบบแม่เหล็กวงแหวนยาวหลายกิโลเมตรจะถูกสร้างขึ้น และอนุภาคจะถูกเร่งโดยสนามไฟฟ้าความถี่สูง

เนื่องจากความเท่าเทียมกันของมวลและพลังงานที่สร้างโดย Albert Einstein พลังงานสูงสุดของกระบวนการที่เกิดขึ้นระหว่างการชนกันของอนุภาคจะกำหนดมวลสูงสุดของวัตถุวัสดุที่สามารถสร้างขึ้นได้อันเป็นผลมาจากกระบวนการนี้ ดังนั้นในการออกแบบตัวเร่งความเร็วแล้ว (การจำกัดพลังงาน, ลำแสงชนหรือเป้าหมายที่อยู่นิ่ง, ความเข้มของลำแสง) จึงถูกกำหนดไว้ในพารามิเตอร์ของอนุภาคที่สามารถศึกษาได้

เมื่อพูดถึงการพัฒนาฟิสิกส์และเทคโนโลยีของเครื่องเร่งอนุภาคที่มีประจุ ฉันอยากจะสังเกตการมีส่วนร่วมที่โดดเด่นของผู้เชี่ยวชาญในประเทศ: นักฟิสิกส์ นักวิทยาศาสตร์เครื่องเร่งความเร็ว วิศวกร และในหมู่พวกเขา G. I. Budker, V. I. Veksler, A. I. Alikhanov, A. I. Alikhanyan, A. L. Mints, A. N. Skrinsky, A. P. Komar, A. A. Logunov, A. M. Baldin, M. A. Markova, G. N. Flerova, M. G. Meshcheryakova, 4 A. N. Sisakyan V.P. Dzhelepova, V.P. Sarantseva และคนอื่น ๆ (ในอีกด้านหนึ่งเป็นการยากที่จะหลีกเลี่ยงการเอ่ยชื่อเมื่อนำเสนอเนื้อหาบน ในทางกลับกัน ชื่อของนักวิทยาศาสตร์หลักๆ หลายคนยังคงอยู่เบื้องหลังโดยไม่สมัครใจ ฉันขอโทษต่อผู้คนและความทรงจำของผู้คนที่เหตุการณ์นี้เกิดขึ้นด้วย) ตารางและรูปภาพด้านล่างแสดงลักษณะของพารามิเตอร์ที่ใหญ่ที่สุดในโลก เครื่องเร่งความเร็ว (ปฏิบัติการและอยู่ระหว่างการก่อสร้าง) และแสดงความสามารถของคลังแสงคันเร่งสมัยใหม่

ข้าว. 2 เป็นการเปรียบเทียบระดับพลังงานกับภาพที่คาดหวังของการเกิดขึ้นของทฤษฎีแบบครบวงจร แน่นอนว่าภาพนี้เป็นเพียงเรื่องสมมุติ

ปัจจุบันเรามีพลังงานของ LEP และ Tevatron (1011 1012 eV) และได้บรรลุผลสำเร็จในการรวมพลังแม่เหล็กไฟฟ้าและแรงอ่อนเข้าด้วยกันแล้ว

ในภูมิภาค 1,024 eV คาดว่าจะมีการรวมตัวกันครั้งใหญ่ และในภูมิภาค 1,028 eV คาดว่าจะมีการรวมตัวกันอย่างสมบูรณ์ของพลังธรรมชาติที่มีอยู่ทั้งหมด

ในรูป รูปที่ 3 แสดงกราฟที่แสดงความสัมพันธ์ระหว่างพลังงานที่บันทึกไว้ซึ่งทำได้ที่เครื่องเร่งความเร็วและเวลาในปฏิทิน ควรเน้นย้ำว่าในช่วงครึ่งศตวรรษที่ผ่านมา มีความก้าวหน้าอย่างมากต่อหน้าต่อตาคนรุ่นหนึ่ง

ข้าว. 4 เชื่อมโยง “ปฏิทิน” กับความสำเร็จของเทคโนโลยีคันเร่ง แกน y เป็นระดับพลังงาน และสาขาและจุดต่างๆ สอดคล้องกับประเภทของเครื่องเร่งความเร็วที่สามารถรับพลังงานเหล่านี้ได้

ในรูป รูปที่ 5 แสดงให้เห็นถึงความสำเร็จด้านพลังงานและความส่องสว่าง ซึ่งเป็นพารามิเตอร์ที่สำคัญที่สุด ของเครื่องเร่งความเร็วที่ปฏิบัติการและคาดการณ์ไว้ที่ใหญ่ที่สุด

การพัฒนาฟิสิกส์พลังงานสูงและตัวเร่งจากรูปที่ 1 เลข 6 แสดงปีแห่งการเริ่มต้นการทดลองทางกายภาพบนเครื่องเร่งความเร็วที่ใหญ่ที่สุดในโลก

ในรูป รูปที่ 7 แสดงให้เห็นว่าพลังงานใดในส่วนตัดขวางการผลิตของอนุภาคที่มีการศึกษาอย่างเข้มข้นจำนวนหนึ่งในปัจจุบันที่เห็นได้ชัดเจน (พลังงาน Z - LEP; พลังงาน J/ - BNL ฯลฯ)

การพัฒนาฟิสิกส์พลังงานสูงและตัวเร่งจากรูปที่ 1 8 เราสามารถสรุปได้ว่าเครื่องเร่งอนุภาคที่ใหญ่ที่สุดในโลกทำงานด้วยความส่องสว่างเท่าใด (อนุภาคใดเกิดและสามารถศึกษาได้)

พลังงานสูง (น่าเสียดาย) ต้องใช้วงแหวนคันเร่งขนาดใหญ่ด้วย (เว้นแต่ว่าจะมีวิธีการเร่งความเร็วใหม่โดยพื้นฐานปรากฏขึ้น) (ดูรูปที่ 9)

ในตาราง ตารางที่ 2 แสดงพารามิเตอร์ของตัวชนเชิงเส้นที่ออกแบบ

102 การบรรยายเรื่องฟิสิกส์อนุภาค รูปที่. 10. LEP Collider tunnel ความส่องสว่างปกติ, 1033 cm2 s ความส่องสว่างจริง, 1033 cm2 s เลขที่ ของอนุภาค/พวงที่ IP (1010) การไล่ระดับสีหลัก linac, ไม่โหลด/โหลด, MV/m 25/25 21/17 31/- 40/32 73/58 50/37 100/91 80/ x /y, mrad x / , mm d ก่อนหยิก, nm การหยุดชะงัก Dx /Dy n (จำนวน 's per e) Npairs (p = 20 MeV/c, min = 0.15) Nhadrons /crossing Njets · 102 s (p = 3.2 GeV/c) ข้าว . 11. อุโมงค์ SPS (ซุปเปอร์โปรตอน ซินโครตรอน)

3. ความร่วมมือระหว่างประเทศ

นักวิทยาศาสตร์ - ปัจจัยของความมั่นคงทางวิทยาศาสตร์

โครงการ. JINR - ตัวอย่างของความร่วมมือ

การผสมผสานความพยายามของนักวิทยาศาสตร์ในสาขาฟิสิกส์พลังงานสูงไม่เพียงแต่เป็นการยกย่องประเพณีความร่วมมือระหว่างนักฟิสิกส์เท่านั้น แต่ยังเป็นความจำเป็นเร่งด่วนซึ่งเป็นสัญญาณของยุคสมัยอีกด้วย ปัจจุบัน ทั้งสามองค์ประกอบของประสบการณ์ในฟิสิกส์พลังงานสูง (เครื่องเร่งความเร็ว อุปกรณ์ตรวจจับ คอมพิวเตอร์อิเล็กทรอนิกส์) ถือเป็นการติดตั้งที่มีเอกลักษณ์และมีราคาแพง เพื่อให้ทันกับความก้าวหน้าอย่างรวดเร็วในสาขาวิทยาศาสตร์นี้ ปัจจุบันมีทางเดียวเท่านั้นคือการผนึกกำลังกัน

ฟิสิกส์คาดหวังว่าเครื่องเร่งความเร็วรุ่นต่อไปจะแก้ปัญหาพื้นฐานได้หลายประการ ได้แก่:

การรวมกันของปฏิสัมพันธ์ที่มีอยู่ในธรรมชาติ (ไฟฟ้าแรงและแรงโน้มถ่วง)

การสร้างระบบของอนุภาคมูลฐาน (เช่น เปิดเผยโครงสร้างในท้ายที่สุด)

การพัฒนาฟิสิกส์พลังงานสูงและเครื่องเร่งความเร็ว การบรรลุผลเหล่านี้จะเป็นการตอบแทนต้นทุนทางปัญญาและวัสดุอันมหาศาลที่สังคมสร้างขึ้นเพื่อประโยชน์ของพวกเขา หากภาพของโลกใบเล็กถูกสร้างขึ้น (ในขั้นตอนของความรู้นี้) สิ่งนี้จะทำหน้าที่เป็นแรงผลักดันขนาดมหึมาสำหรับความก้าวหน้าทางวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยี ก็เพียงพอแล้วที่จะนึกถึงผลที่ตามมาของการรวมแรงไฟฟ้าและแม่เหล็กเข้ากับปฏิกิริยาทางแม่เหล็กไฟฟ้า การแยกอะตอมและนิวเคลียส... ควรเน้นว่านอกเหนือจากงานทั่วไปซึ่งเป็นปัญหาในการสร้างความคิดของเราเกี่ยวกับโลกใบเล็กแล้ว -ฟิสิกส์พลังงานเต็มไปด้วยความเป็นไปได้มากมายในการมีอิทธิพลต่อความก้าวหน้าทางเทคโนโลยี ต้องขอบคุณการค้นพบในฟิสิกส์ และต้องขอบคุณอิทธิพลที่มันมีต่อวิทยาศาสตร์อื่นๆ ชุดของปัญหาที่อยู่ระหว่างการพิจารณานี้สามารถนำมาประกอบกับผลกระทบโดยตรงของการวิจัยพื้นฐานในฟิสิกส์ของอนุภาคอย่างมีเงื่อนไข แต่ควรคำนึงว่านอกเหนือจากนี้ การศึกษาเหล่านี้ยังมีผลกระทบและอิทธิพลทางอ้อมต่อความก้าวหน้าทางเทคนิคด้วย ซึ่งเป็นเรื่องยากมากที่จะให้การประเมินทางเศรษฐกิจ ในขณะที่ประโยชน์ที่ได้รับก็ยิ่งใหญ่มาก ความจริงก็คือการพัฒนาฟิสิกส์พื้นฐานนั้นมาพร้อมกับการเกิดขึ้นของอุปกรณ์ทางกายภาพที่ทันสมัยและทันสมัยมากอุปกรณ์และวิธีการใหม่ที่เป็นพื้นฐานซึ่งใช้ในวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยีหลายสาขา

คงไม่ใช่เรื่องเกินจริงที่จะคาดหวังว่าการเปิดเผยความลับของโลกใบเล็ก การเชื่อมโยงที่ลึกซึ้งยิ่งขึ้นกับจักรวาลวิทยา และการแก้ปัญหาเชิงปฏิบัติภายใต้กรอบความร่วมมือระหว่างประเทศในวงกว้าง จะแสดงให้เห็นว่าปัญหาที่ซับซ้อนสามารถแก้ไขได้ด้วยความพยายามร่วมกันของนักวิทยาศาสตร์

บทบาทของความร่วมมือระหว่างประเทศของนักวิทยาศาสตร์เป็นที่เข้าใจอีกครั้งในปี 1993 ประสบการณ์ที่น่าเศร้าของการปิด SSC ซึ่งเป็นโครงการแห่งศตวรรษในดัลลัส - วิเคราะห์โดยกลุ่มผู้เชี่ยวชาญชาวอเมริกันที่นำโดย S. Drell แสดงให้เห็นว่าความเป็นสากลของวิทยาศาสตร์ โครงการต่างๆ ถือเป็นปัจจัยรักษาเสถียรภาพที่มีประสิทธิภาพ SSC แม้จะร่วมมือกันเป็นอย่างดี แต่ก็ถูกสร้างขึ้นโดยเป็นส่วนหนึ่งของโครงการระดับชาติ “ไม่มีวิทยาศาสตร์ของชาติก็เหมือนกับไม่มีตารางสูตรคูณของชาติ หากวิทยาศาสตร์เป็นของชาติ มันก็ไม่ใช่วิทยาศาสตร์อีกต่อไป” ผู้เชี่ยวชาญอ้างคำกล่าวของเชคอฟในรายงานเกี่ยวกับการปิด SSC

ประวัติความเป็นมาของความร่วมมือระหว่างนักฟิสิกส์นิวเคลียร์ของตะวันออกและตะวันตกมีหน้าเพจที่สดใสหลายหน้าซึ่งแสดงให้เห็นถึงประสิทธิภาพสูง ในเรื่องนี้ ตัวอย่างของ CERN และ JINR และความร่วมมือภายในและระหว่างองค์กรเหล่านี้เป็นเพียงตัวอย่างเท่านั้น

JINR และ CERN - ศูนย์วิจัยนิวเคลียร์แห่งยุโรป* มีความสัมพันธ์ทางวิทยาศาสตร์อย่างใกล้ชิด ศูนย์วิทยาศาสตร์เหล่านี้มีอายุน้อยมาก ในเดือนกันยายน พ.ศ. 2547 CERN มีอายุครบ 50 ปี

ได้ร่วมมือกันอย่างมีประสิทธิผลตั้งแต่เริ่มดำรงอยู่

ตัวอย่างที่ดีคือการมีส่วนร่วมของสถาบันร่วมในโครงการทางวิทยาศาสตร์ที่มีความหวังในการดำเนินโครงการ Large Hadron Collider (LHC) ที่กำลังสร้างขึ้นที่ CERN นอกจากนี้ ข้อดีที่ไม่อาจปฏิเสธได้ของ JINR และ CERN ก็คือ กิจกรรมทั้งหมดของพวกเขาซึ่งเริ่มขึ้นในช่วงทศวรรษหลังสงครามครั้งแรก พวกเขามีส่วนในการทำให้ผู้คนใกล้ชิดกันมากขึ้น โดยรวบรวมความพยายามของนักวิทยาศาสตร์จากหลายสิบประเทศในสาขา " อะตอมอันสงบสุข”

สรุปผมจะให้แค่ “บัตรโทรศัพท์” สั้นๆ เท่านั้น

ของสถาบันของเรา

ตลอดระยะเวลาสี่ทศวรรษของการดำเนินงาน Joint Institute* ได้กลายเป็นศูนย์หลายแง่มุมที่ใหญ่ที่สุดสำหรับการวิจัยนิวเคลียร์ขั้นพื้นฐาน โดยรวบรวมความพยายามของนักวิทยาศาสตร์ในการแสวงหาความเข้าใจว่าโลกรอบตัวเราทำงานอย่างไร

ปัจจุบัน 18 รัฐเป็นสมาชิกของสถาบัน:

อาเซอร์ไบจาน อาร์เมเนีย เบลารุส บัลแกเรีย เวียดนาม จอร์เจีย คาซัคสถาน เกาหลีเหนือ คิวบา มอลโดวา มองโกเลีย โปแลนด์ รัสเซีย โรมาเนีย สโลวาเกีย อุซเบกิสถาน ยูเครน และสาธารณรัฐเช็ก

สถาบันมีพนักงานประมาณ 6,000 คน (รวมถึงแผนกบริการ) โดยในจำนวนนี้มากกว่า 1,000 คนเป็นเจ้าหน้าที่ด้านวิทยาศาสตร์ และประมาณ 2,000 คนเป็นบุคลากรด้านวิศวกรรมและด้านเทคนิค สถาบันประกอบด้วยห้องปฏิบัติการขนาดใหญ่จำนวน 7 ห้อง ซึ่งแต่ละห้องปฏิบัติการมีขนาดและขอบเขตการวิจัยเทียบเท่ากับสถาบันขนาดใหญ่

JINR มีแหล่งกำเนิดรังสีของอนุภาคและนิวเคลียสที่มีลักษณะเฉพาะในระดับเดียวกันในช่วงพลังงานที่กว้าง นอกจากซินโครไซโคลตรอนและซินโครฟาโซตรอนแล้ว ยังมีการสร้างและใช้งานเครื่องเร่งไอออนหนัก U-200 และ U-400 ที่นี่อีกด้วย ในปี พ.ศ. 2536 ได้มีการสกัดลำแสงไอออนจากเครื่องไซโคลตรอน U-400M ในปี 1994 เครื่องเร่งตัวนำยิ่งยวดนิวโคลตรอนของนิวเคลียสสัมพัทธภาพได้ถูกนำไปใช้งาน และการวิจัยกำลังดำเนินการโดยใช้เครื่องปฏิกรณ์นิวตรอนเร็วแบบพัลซิ่ง IBR-30 (ตั้งแต่ปี 1969) และ IBR-2 (ตั้งแต่ปี 1984)

โอกาสของการวิจัยพื้นฐานเชื่อมโยงกับโปรแกรมที่สถาบันเพื่อสร้างสิ่งอำนวยความสะดวกพื้นฐานที่ทันสมัย ในปี 1994 การดำเนินโครงการ IREN เริ่มต้นขึ้นโดยมีเป้าหมายเพื่อสร้างแหล่งกำเนิดนิวตรอนเรโซแนนซ์ที่มีฟลักซ์ฟลักซ์สูง โครงการสำหรับโรงงาน c-tau กำลังได้รับการพัฒนา - เครื่องชนอิเล็กตรอนโพซิตรอนพร้อมเครื่องตรวจจับสากลและโครงการสำหรับแหล่งกำเนิดรังสีซินโครตรอนเฉพาะทาง

เราสามารถพูดคุยได้มากมายเกี่ยวกับทิศทางทางวิทยาศาสตร์ของ JINR และความร่วมมือในวงกว้าง แต่คุณอาจสังเกตเห็นว่าในบรรดาชื่อที่ฉันกล่าวถึงยังห่างไกลจากรายชื่อนักวิทยาศาสตร์ทั้งหมด JINR (ในฐานะองค์กรระหว่างประเทศ) มีอายุน้อยกว่าหนึ่งปีครึ่ง CERN (วันที่ลงนามข้อตกลงในการก่อตั้ง JINR เมื่อวันที่ 26 มีนาคม พ.ศ. 2499) - บันทึก. คอมพ์

มีนักฟิสิกส์ Dubna หลายคนที่มีส่วนสำคัญในการพัฒนาฟิสิกส์พลังงานสูง

บทสรุป

ให้เราก้าวไปข้างหน้าอย่างรวดเร็วจนถึงปี 1928... ศาสตราจารย์ Max Born พบกับกลุ่มผู้เยี่ยมชมมหาวิทยาลัย Göttingen กล่าวว่า:

“ฟิสิกส์อย่างที่เราเข้าใจจะสิ้นสุดใน 6 เดือน”

ต้องบอกว่าเกิดในสมัยนั้นมีชื่อเสียงสูงมากในฐานะนักฟิสิกส์เชิงทฤษฎีและหยั่งรู้ของเขาไม่อาจปฏิเสธได้ เขาเป็นคนที่อธิบายให้ไฮเซนเบิร์กผู้ค้นพบรูปแบบเมทริกซ์ของกลศาสตร์ควอนตัมว่าเขากำลังเผชิญกับอะไรมากไปกว่าเมทริกซ์ นอกจากนี้เขายังได้พัฒนาการตีความความน่าจะเป็นของฟังก์ชันคลื่นกลควอนตัมอีกด้วย

ภาพลวงตาของ "จุดจบของฟิสิกส์" ของบอร์นไม่ได้เกิดขึ้นโดยบังเอิญ ไม่นานก่อนหน้านี้ Dirac ได้ค้นพบสมการอันน่าทึ่งของเขา ซึ่งตามที่ผู้เขียนเชื่อ เขาได้อธิบายทั้งอิเล็กตรอนและโปรตอนในคราวเดียว เนื่องจากในเวลานั้นมีเพียงอนุภาคเหล่านี้เท่านั้นที่รู้ และเนื่องจากสมการดิแรกในหลักการได้แก้ไขปัญหาของการกระทบยอดข้อกำหนดของกลศาสตร์ควอนตัมและทฤษฎีสัมพัทธภาพซึ่งกันและกัน จึงดูเหมือนเกิดมาว่าฟิสิกส์ในฐานะวิทยาศาสตร์ได้หมดแรงลงแล้ว

ไม่ใช่ 6 เดือน แต่เกือบ 70 ปีผ่านไปตั้งแต่นั้นมา ฟิสิกส์ไม่เพียงแต่ไม่สิ้นสุดเท่านั้น แต่ในทางกลับกัน ตลอดหลายปีที่ผ่านมา ฟิสิกส์มีการพัฒนาอย่างต่อเนื่อง และบางครั้งก็ไม่อาจคาดเดาได้ ฟิสิกส์พลังงานสูงได้กลายเป็นผู้นำที่ชัดเจน

ในช่วงเวลานี้เองที่เครื่องเร่งความเร็วเกิดขึ้นและได้รับการปรับปรุงและการปฏิวัติที่แท้จริงเกิดขึ้นในการพัฒนาเครื่องมือวัดทางกายภาพ ด้วยเหตุนี้ ด้วยความพยายามร่วมกันของผู้เร่งความเร็ว นักทดลอง และนักทฤษฎี จึงมีการค้นพบรูปแบบที่สำคัญและลึกซึ้งของโลกใบเล็กมากมาย และปาสคาลพูดถูกเมื่อเขากล่าวว่า “จินตนาการจะเบื่อหน่ายกับการตั้งครรภ์เร็วกว่าธรรมชาติของการคลอด” นี่แหละที่ฉันอยากจะจบ

ข้อมูลอ้างอิง

1. Salam A. // ฟิสิกส์ของอนุภาค. 1987. ไอซี/87/402.

2. Feynman R. QED - ทฤษฎีแสงและสสารที่แปลกประหลาด อ.: Nauka, 2531. (ห้องสมุด “Kvant”, ฉบับที่ 66).

3. Howking S.W. ประวัติโดยย่อแห่งกาลเวลา หนังสือ Bantom, 1988.

4. Okun L.B. Leptons และควาร์ก อ.: เนากา, 2524.

5. Rubbia C. “อนาคต” ในฟิสิกส์พลังงานสูง: CERN-EP/88-130

6. Bjorken J.D. หัวข้อใน B-Physics // Fermilab-Conf-88-134-T.

7. Kadyshevsky V. G. การบรรยายในระดับนานาชาติ โรงเรียนนักวิทยาศาสตร์รุ่นเยาว์เรื่องเครื่องเร่งอนุภาคที่มีประจุ, Dubna, 1988

ผลงานที่คล้ายกัน:

“1 2 3 สารบัญ 5. คำอธิบาย 5.1 วัตถุประสงค์และวัตถุประสงค์ของชีวฟิสิกส์ทางการแพทย์และสถานที่ในกระบวนการศึกษา 5.1.1 วัตถุประสงค์ของการสอนชีวฟิสิกส์ทางการแพทย์ 5.1.2 วัตถุประสงค์ของการศึกษาชีวฟิสิกส์ทางการแพทย์ 5.1.3 สถานที่สาขาวิชา ในโครงสร้างของ OOP 5.1.4 การเชื่อมต่อแบบสหวิทยาการ 5.1.5 ตารางสมรรถนะด้านวินัย 5.1.6 ประเภทของการควบคุม รูปแบบการควบคุมที่ใช้ในปัจจุบันในการทำงาน 6. โครงสร้างและเนื้อหาของสาขาวิชา 6.1 ขอบเขตสาขาวิชาและประเภทของงานการศึกษา 6.2 ชื่อหัวข้อ เนื้อหา ปริมาณ…”

“ กระทรวงศึกษาธิการและวิทยาศาสตร์ของรัฐสหพันธรัฐรัสเซียสถาบันการศึกษาระดับอุดมศึกษาระดับมืออาชีพที่ได้รับอนุมัติจากมหาวิทยาลัยแห่งรัฐ Voronezh อธิการบดี D.A. Endovitsky 2011 ม. โปรแกรมการศึกษาวิชาชีพเพิ่มเติมสำหรับการฝึกอบรมขั้นสูงของผู้ปฏิบัติงานด้านวิทยาศาสตร์และการสอนของสถาบันการศึกษาระดับอุดมศึกษาของรัฐและองค์กรวิทยาศาสตร์ของรัฐที่ดำเนินงานในระบบอุดมศึกษาและสูงกว่าปริญญาตรี…”

“ หน่วยงานรัฐบาลกลางของการขนส่งทางรถไฟสถาบันการศึกษางบประมาณของรัฐบาลกลางการศึกษาวิชาชีพระดับสูงมหาวิทยาลัยการขนส่งแห่งรัฐอูราล (มหาวิทยาลัยการขนส่งแห่งรัฐอูราล) ชุดดัชนีบรรณานุกรมผลงานของพนักงาน USUPS Sergey Petrovich BAUTIN ดัชนีบรรณานุกรมครบรอบปีที่ของสิ่งพิมพ์ทางวิทยาศาสตร์สำหรับปี 2516-2555 Ekaterinburg Publishing House UrGUPS 2012 BBK Ch 755.3 B29 Series ก่อตั้งในปี 2005 Bautin Sergey Petrovich: วันครบรอบ ... "

“ข่าวเกี่ยวกับปัญจวิทยาสีซีดและการแบ่งชั้นหิน, 201 O, no. 14, หน้า 111-140 ภาคผนวกของ J/SURNA Geology and Geophysics, T. 51 UDC 575.321:564 1 ข้อมูลใหม่เกี่ยวกับระบบของหอยสองฝายุคจูราสสิกและยุคครีเทเชียสในวงศ์ OXYTOMIDAE ICHlKAWA, 1958 o A. Lutikov 1, B. N. Shurygin 2 / สถาบันวิจัยบรรพชีวินวิทยา, Stratigraphy และ Sedimentology, Novosibirsk, st. บี. คเมลนิทสกี้ เลิกงานแล้ว 14; รัสเซีย 630110, 60, 2Institute of Oil and Gas Geology and Geophysics IM. เอเอ โทรฟิมูกะ โซ ราด..."

«iiexs ieuex reweveex Howmnyn hrm ©oryi iuyh ueqs §xhrexy ¦vseuex reeeywxis rewe hssvis xhs wesx eFHIFHP ( 4hiferenil hvsrowmner4 msngitow$ym fizikm$emtikkn gitow$yowneri doktori gitkn sti!ni hymn ten ฉัน ¤weqs iiex ( รัฐ PHII เยเรวาน มหาวิทยาลัย Dumanyan Vagram Zhoraevich เกี่ยวกับปัญหา DIRICHLET สำหรับสมการวงรีทั่วไปของบทคัดย่อลำดับที่สองของวิทยานิพนธ์ระดับปริญญาเอกสาขาวิทยาศาสตร์กายภาพและคณิตศาสตร์ พิเศษ 01.01.02 – ส่วนต่าง…”

“ 14 ธรณีฟิสิกส์: เปลือกโลก, มหาสมุทร, บรรยากาศ Polina Viktorovna Abdrakhimova, ปีที่ 5 Ufa, Bashkir State University, คุณสมบัติทางกายภาพของสนามอุณหภูมิในระบบหลายชั้นระหว่างการเหนี่ยวนำความร้อนของคอลัมน์ Ramil Fayzyrovich Sharafutdinov, ดุษฎีบัณฑิตสาขาวิทยาศาสตร์กายภาพและคณิตศาสตร์ อีเมล: [ป้องกันอีเมล]หน้า 457 Abdrashitov Vakil Khaidarovich นักศึกษาปริญญาโท 2 ปีการศึกษา Ufa, Bashkir State University, สถาบันฟิสิกส์และเทคโนโลยี การศึกษาเชิงทดลองการกระจายอุณหภูมิที่ ... "

“ ประวัติโดยย่อของเวลา STEPHEN HAWKING Leonard Mlodinov ประวัติศาสตร์โดยย่อของเวลา เซนต์ปีเตอร์สเบิร์ก AMPHORA 2011 Stephen Hawking, Leonard Mlodinow: ประวัติโดยย่อของเวลา UDC 524.8 BBK 22.68 X X70 STEPHEN HAWKING & LEONARD MLODINOW ประวัติโดยย่อของเวลา แปลจากภาษาอังกฤษโดย Bakidzhan บรรณาธิการของ Oralbekov Scientific A. G. Sergeev สำนักพิมพ์แสดงความขอบคุณต่อหน่วยงานวรรณกรรม Writers House LLC และเรื่องย่อสำหรับความช่วยเหลือในการได้รับสิทธิ์ในการคุ้มครองทรัพย์สินทางปัญญาและสิทธิ์ ... "

« มหาวิทยาลัยของรัฐ ได้รับการอนุมัติจากคณบดีคณะฟิสิกส์และเทคโนโลยีบี.บี. Pedko 2012 การศึกษาและระเบียบวิธีที่ซับซ้อนสำหรับสาขาวิชาฟิสิกส์ทั่วไป โมเลกุลฟิสิกส์ สำหรับนักศึกษาเต็มเวลาชั้นปีที่ 1 สาขาวิชา 010700.62 ฟิสิกส์ เชี่ยวชาญ 010801.65 ฟิสิกส์รังสีและอิเล็กทรอนิกส์ 010704.65 ฟิสิกส์ควบแน่น..."

“ หน่วยงานกลางเพื่อการศึกษาของสหพันธรัฐรัสเซีย คู่มือฟิสิกส์มหาวิทยาลัยวิจัยนิวเคลียร์แห่งชาติ MEPhI S. N. Borisov เพื่อช่วยนักเรียนชั้นประถมศึกษาปีที่ 8 มอสโก 2009 UDC 53 (075) BBK 22.3ya7 B82 Borisov S.N. คู่มือฟิสิกส์ เพื่อช่วยเหลือนักเรียนชั้นประถมศึกษาปีที่ 8 – อ.: National Research Nuclear University MEPhI, 2009. – 84 น. คู่มือนี้นำเสนอห้าหัวข้อที่กำลังศึกษาในหลักสูตรฟิสิกส์ชั้นประถมศึกษาปีที่ 8 ในแต่ละหัวข้อจะมีการนำเสนอเนื้อหาทางทฤษฎีที่จำเป็นและพิจารณาตัวอย่างการแก้ปัญหา…”

“บี.เอ็ม. Sinelnikov, A.G. Khramtsov, I.A. Evdokimov, S.A. Ryabtseva, A.V. Serov แลคโตสและอนุพันธ์ บรรณาธิการทางวิทยาศาสตร์ นักวิชาการของ Russian Academy of Agricultural Sciences A.G. Khramtsov เผยแพร่ด้วยความช่วยเหลือของ NGO สหภาพรัสเซียแห่งวิสาหกิจอุตสาหกรรมนม (สหภาพนมแห่งรัสเซีย) เซนต์ปีเตอร์สเบิร์ก 2550 UDC 637.044+637.345 BBK 36.95 Lac19 ผู้ตรวจสอบ: K. K. Polyansky - ผู้เชี่ยวชาญในสาขาวิทยาศาสตร์และเทคนิคของกระทรวงศึกษาธิการ และวิทยาศาสตร์แห่งสหพันธรัฐรัสเซีย ดร.เทค วิทยาศาสตรมหาบัณฑิต. แผนก มหาวิทยาลัยการเกษตรแห่งรัฐ Voronezh;..."

“ Vernadsky Moscow Science 1993 UDC 614.7 ไดออกซินในฐานะอันตรายต่อสิ่งแวดล้อม: ย้อนหลังและโอกาส / L.A. Fedorov อ.: วิทยาศาสตร์. พ.ศ. 2536 - 266 น. - ISBN 5-02-001674-8 เอกสารนี้ตรวจสอบโดยย่อบางแง่มุมของปัญหาของซีโนไบโอติกที่เป็นพิษสูง เช่น ไดเบนโซ-เอ็น-ไดออกซินชนิดโพลีฮาโลเจน, ไดเบนโซฟูแรนชนิดโพลีฮาโลเจน และ…”

“2012 เวชศาสตร์นิวเคลียร์คืออะไร Kuzmina N.B. ศูนย์เวชศาสตร์นิวเคลียร์ NRNU MEPhI สารบัญ บทนำ เวชศาสตร์นิวเคลียร์คืออะไร? เอกซเรย์คอมพิวเตอร์แบบปล่อยโฟตอนเดี่ยว เอกซเรย์ปล่อยโพซิตรอน PET สำหรับสัตว์ เอกซเรย์คอมพิวเตอร์ การถ่ายภาพด้วยคลื่นสนามแม่เหล็ก การถ่ายภาพด้วยคลื่นสนามแม่เหล็กและรังสีบำบัด เทคโนโลยี การผลิตเภสัชภัณฑ์รังสี เครื่องเร่งอนุภาคที่มีประจุสำหรับการผลิตไอโซโทปและการบำบัดด้วยรังสี 18 เทคโนโลยีสารสนเทศในเวชศาสตร์นิวเคลียร์ อนาคต ... "

“1961 ธันวาคม ต. LXXV ฉบับ 4 ความก้าวหน้าของดัชนีวิทยาศาสตร์กายภาพของบทความที่เผยแพร่ในความก้าวหน้าของวิทยาศาสตร์กายภาพ เล่ม I - L X X V (1918-1961)*) 630 I. ดัชนีตัวอักษรของผู้เขียน II. ดัชนีหัวเรื่อง 707 727 อะคูสติก 707 สถานะผลึกของสสาร 728 อะคูสติกทางสถาปัตยกรรม.... 707 การเรืองแสง ฟิสิกส์ดาราศาสตร์ 708 สมบัติทางแม่เหล็กของสสาร... อะตอม 708 แมกนีโตไฮโดรไดนามิกส์ของการแยกตัวของนิวเคลียสของอะตอม 709 ปรากฏการณ์แมกนีโอออปติก... มวลนิวเคลียสของอะตอม 709.. ”

“ กระทรวงศึกษาธิการและวิทยาศาสตร์ของสถาบันการศึกษางบประมาณของรัฐบาลกลาง RF แห่งการศึกษาวิชาชีพระดับสูง Tver State University ได้รับการอนุมัติ คณบดีคณะชีววิทยา _ S.M. -

“ 1 กระทรวงศึกษาธิการและวิทยาศาสตร์ของสหพันธรัฐรัสเซียสถาบันการศึกษางบประมาณของรัฐบาลกลางของการศึกษาวิชาชีพชั้นสูงมหาวิทยาลัยแห่งรัฐ Vladimir ตั้งชื่อตาม Alexander Grigorievich และ Nikolai Grigorievich Stoletov รายงานคณะรังสีฟิสิกส์อิเล็กทรอนิกส์และเทคโนโลยีการแพทย์สำหรับปีการศึกษา 2555/56 Vladimir 2556 1 2 รายงานผลงานของ FREMT ในปีการศึกษา 2555/2556 I. การดำเนินการตามแผนงานของสภา FREMT สำหรับปีการศึกษา 2555/2556 ปี. ที่เกี่ยวข้องกับการก่อตั้งสถาบัน…”

“ความก้าวหน้าของวิทยาศาสตร์กายภาพ พ.ศ. 2488 T. XXVII เลขที่ 1 การเร่งความเร็วของอิเล็กตรอนโดยใช้การเหนี่ยวนำแม่เหล็กไฟฟ้า (เบตาตรอนของ KERST) A.P. Grinberg ในปี 1940 นักฟิสิกส์ชาวอเมริกัน โดนัลด์ เคิร์สต์ ได้สร้างเครื่องเร่งอิเล็กตรอนแบบเหนี่ยวนำที่มหาวิทยาลัยอิลลินอยส์ (เออร์บานา) คลังแสงทางเทคนิคของฟิสิกส์ได้รับการเสริมสมรรถนะด้วยอุปกรณ์ใหม่ที่น่าทึ่ง ซึ่งเป็นวิธีการใหม่ Kerst เป็นคนแรกที่ประสบความสำเร็จในการนำแนวคิดที่มีมายาวนานเกี่ยวกับการใช้ปรากฏการณ์การเหนี่ยวนำแม่เหล็กไฟฟ้าเพื่อเร่งอิเล็กตรอนมาปฏิบัติได้สำเร็จ และสิ่งนี้…”

“ห้องสมุดขนาดใหญ่ที่มีหนังสือหายากที่ www:goldbiblioteca.ru ความลึกลับของภควตาปุรณะ คันโตส 1-12: I II III IV V VI VII VIII IX X XI XII “ภควตปุรณะคือผลสุกของต้นไม้แห่งวรรณคดีเวท” (1.1.3.) “สถาบันอภิปรัชญาเชิงปฏิบัติ” เซนต์ปีเตอร์สเบิร์ก 2544 Surendra Mohan Das (Neapolitan S. M.) Mysteries of the Bhagavata Purana (Cantos 1-12) - เซนต์ปีเตอร์สเบิร์ก: "สถาบันอภิปรัชญาเชิงปฏิบัติ", 2544 - 432 หน้า หนังสือเล่มนี้ให้รายละเอียดเกี่ยวกับพระเวทที่มีชื่อเสียงและน่าเชื่อถือที่สุดเล่มหนึ่ง ... "

“ UDC 91:327 Lysenko A. V. การสร้างแบบจำลองทางคณิตศาสตร์เป็นวิธีการศึกษาปรากฏการณ์ลัทธิปกครองตนเองในภูมิศาสตร์การเมือง Tauride National University ตั้งชื่อตาม V. I. Vernadsky, Simferopol อีเมล: [ป้องกันอีเมล]คำอธิบายประกอบ บทความนี้จะตรวจสอบความเป็นไปได้ของการใช้แบบจำลองทางคณิตศาสตร์เป็นวิธีการศึกษาภูมิศาสตร์การเมือง เผยให้เห็นแนวความคิดเกี่ยวกับการปกครองตนเองในดินแดนตลอดจนปัจจัยของการกำเนิด คำสำคัญ: การสร้างแบบจำลองทางคณิตศาสตร์,…”

« Mamin-Sibiryak) บทนำ M. Planck นักฟิสิกส์และนักคิดที่ยิ่งใหญ่ที่สุดในยุคของเรากล่าวว่า: วิทยาศาสตร์เป็นสิ่งที่รวมเป็นหนึ่งภายใน การแบ่งออกเป็นส่วนต่างๆ ไม่ได้เกิดจากธรรมชาติของสิ่งต่างๆ มากนัก เนื่องจากข้อจำกัดของการรับรู้ของมนุษย์ ในความเป็นจริง มีสายโซ่ที่ต่อเนื่องกันตั้งแต่ฟิสิกส์และเคมีไปจนถึงชีววิทยา…”

“ กระทรวงศึกษาธิการและวิทยาศาสตร์ของยูเครน DONETSK NATIONAL UNIVERSITY ห้องสมุดวิทยาศาสตร์ของ DONNU ซีรีส์ของ Vidatnye Vcheni แห่งมหาวิทยาลัยแห่งชาติโดเนตสค์ ก่อตั้งขึ้นในปี 2548 ANATOLY IVANOVICH BAZHIN ดัชนีชีวประวัติสำหรับวันครบรอบ 70 ปีของการเกิดของโดเนตสค์ไปทางตะวันออกเฉียงใต้ปี 2010 1 BBK V253.3ya1 UDC 532(09) Bazhin เรียบเรียงโดย: Klimenko L.E. นักเขียนบรรณานุกรมชั้นนำของห้องสมุดวิทยาศาสตร์ของ DonNU Makarova T.I. หัวหน้าบรรณานุกรมของห้องสมุดวิทยาศาสตร์ของ DonNU Scientific บรรณาธิการ: Bazhin A.I. แพทย์…”

ฟิสิกส์ของอนุภาคมูลฐานมีความสัมพันธ์อย่างใกล้ชิดกับฟิสิกส์ของนิวเคลียสของอะตอม วิทยาศาสตร์สมัยใหม่สาขานี้มีพื้นฐานอยู่บนแนวคิดควอนตัมและในการพัฒนาได้เจาะลึกเข้าไปในส่วนลึกของสสารเผยให้เห็นโลกลึกลับของหลักการพื้นฐานของมัน ในฟิสิกส์อนุภาคระดับประถมศึกษา บทบาทของทฤษฎีมีความสำคัญอย่างยิ่ง เนื่องจากเป็นไปไม่ได้ที่จะสังเกตวัตถุวัตถุดังกล่าวโดยตรง รูปภาพของพวกมันจึงเชื่อมโยงกับสมการทางคณิตศาสตร์ โดยมีการห้ามและอนุญาตให้มีกฎเกณฑ์ที่บังคับใช้กับวัตถุเหล่านั้น

ตามคำนิยาม อนุภาคมูลฐานคือชั้นหินปฐมภูมิที่ไม่สามารถย่อยสลายได้ ซึ่งตามสมมติฐานแล้ว สสารทั้งหมดจะประกอบขึ้นด้วย ในความเป็นจริงคำนี้ใช้ในความหมายที่กว้างกว่า - เพื่อกำหนดอนุภาคขนาดเล็กกลุ่มใหญ่ของสสารที่ไม่ได้รวมโครงสร้างเป็นนิวเคลียสและอะตอม วัตถุในการศึกษาฟิสิกส์อนุภาคส่วนใหญ่ไม่ตรงตามคำจำกัดความที่เข้มงวดของธาตุ เนื่องจากเป็นระบบประกอบ ดังนั้นจึงมักเรียกว่าอนุภาคที่ตรงตามข้อกำหนดนี้ ระดับประถมศึกษาอย่างแท้จริง.

อนุภาคมูลฐานแรกที่ค้นพบในกระบวนการศึกษาพิภพเล็ก ๆ ย้อนกลับไปเมื่อปลายศตวรรษที่ 19 คือ อิเล็กตรอน - อันถัดไปถูกเปิด โปรตอน (พ.ศ.2462) ก็ถึงคราว นิวตรอน เปิดดำเนินการในปี พ.ศ. 2475 . การดำรงอยู่ โพซิตรอน ได้รับการทำนายทางทฤษฎีโดย P. Dirac ในปี 1931 และในปี 1932 “แฝด” ของอิเล็กตรอนที่มีประจุบวกนี้ถูกค้นพบในรังสีคอสมิก คาร์ล แอนเดอร์สัน- การสันนิษฐานว่ามีอยู่ในธรรมชาติ นิวตริโน ถูกเสนอโดย W. Pauli ในปี 1930 และถูกค้นพบโดยการทดลองในปี 1953 เท่านั้น ในองค์ประกอบของรังสีคอสมิกในปี 1936 พวกมันถูกค้นพบ หมู่มีซอนส์ (มิวออน ) – อนุภาคของประจุไฟฟ้าทั้งสองสัญญาณที่มีมวลประมาณ 200 มวลอิเล็กตรอน ในแง่อื่น ๆ คุณสมบัติของมิวออนนั้นใกล้เคียงกับคุณสมบัติของอิเล็กตรอนและโพซิตรอนมาก นอกจากนี้ในรังสีคอสมิกในปี พ.ศ. 2490 ทั้งด้านบวกและด้านลบ ไพ มีซอน ซึ่งได้รับการทำนายโดยนักฟิสิกส์ชาวญี่ปุ่น ฮิเดกิ ยูกาวะในปี พ.ศ. 2478 ต่อมาปรากฎว่ามีไพมีซอนที่เป็นกลางด้วย

ในช่วงต้นทศวรรษที่ 50 มีการค้นพบอนุภาคกลุ่มใหญ่ที่มีคุณสมบัติผิดปกติอย่างมาก ซึ่งทำให้พวกมันต้องตั้งชื่อพวกมัน "แปลก"- อนุภาคแรกของกลุ่มนี้ถูกค้นพบในรังสีคอสมิก ได้แก่ K-มีซอน ทั้งสัญญาณและ ล-ไฮเปอร์รอน (แลมบ์ดาไฮเปอร์รอน) โปรดทราบว่ามีซอนมีชื่อมาจากภาษากรีก “เฉลี่ย, ระดับกลาง” เนื่องจากมวลของอนุภาคที่ค้นพบครั้งแรกประเภทนี้ (pi-mesons, mu-mesons) มีมวลอยู่ตรงกลางระหว่างมวลของนิวคลีออนและอิเล็กตรอน ไฮเปอร์รอนได้ชื่อมาจากภาษากรีก “สูงกว่า, สูงกว่า” เนื่องจากมีมวลมากกว่ามวลนิวคลีออน การค้นพบอนุภาคแปลกในเวลาต่อมาเกิดขึ้นโดยใช้เครื่องเร่งอนุภาคที่มีประจุ ซึ่งกลายเป็นเครื่องมือหลักในการศึกษาอนุภาคมูลฐาน

ดังนั้นพวกเขาจึงเปิดกว้าง แอนติโปรตอน , แอนตินิวตรอน และไฮเปอร์รอนจำนวนหนึ่ง ในยุค 60 มีการค้นพบอนุภาคจำนวนมากที่มีอายุการใช้งานสั้นมากซึ่งเรียกว่า เสียงสะท้อน - เมื่อปรากฎว่าอนุภาคมูลฐานที่รู้จักส่วนใหญ่อยู่ในการสั่นพ้อง ในช่วงกลางทศวรรษที่ 70 มีการค้นพบอนุภาคมูลฐานตระกูลใหม่ซึ่งได้รับชื่อที่โรแมนติก "หลงเสน่ห์ "และในช่วงต้นทศวรรษที่ 80 - ครอบครัว « สวย » อนุภาคและสิ่งที่เรียกว่า ระดับกลาง โบซอนเวกเตอร์ - การค้นพบอนุภาคเหล่านี้เป็นการยืนยันทฤษฎีที่อิงตามได้อย่างดีเยี่ยม โมเดลควาร์ก อนุภาคมูลฐานซึ่งทำนายการมีอยู่ของอนุภาคใหม่ก่อนที่จะค้นพบ

ดังนั้นในช่วงเวลาหลังจากการค้นพบอนุภาคมูลฐานแรก - อิเล็กตรอน - อนุภาคขนาดเล็กจำนวนมาก (ประมาณ 400) ถูกค้นพบในธรรมชาติและกระบวนการค้นพบอนุภาคใหม่ยังคงดำเนินต่อไป ปรากฎว่าโลกของอนุภาคมูลฐานนั้นซับซ้อนมากและคุณสมบัติของพวกมันก็หลากหลายและมักจะคาดไม่ถึงอย่างยิ่ง

อนุภาคมูลฐานทั้งหมดเป็นการก่อตัวของวัตถุที่มีมวลและขนาดน้อยมาก ส่วนใหญ่มีมวลตามลำดับมวลของโปรตอน (~10–24 กรัม) และขนาดประมาณ 10–13 เมตร สิ่งนี้กำหนดความจำเพาะของควอนตัมล้วนๆ ของพฤติกรรมของพวกมัน คุณสมบัติควอนตัมที่สำคัญของอนุภาคมูลฐานทั้งหมด (รวมถึงโฟตอนที่เป็นของอนุภาคเหล่านั้น) คือกระบวนการทั้งหมดที่เกิดกับพวกมันเกิดขึ้นในรูปแบบของลำดับการปล่อยและการดูดซับ (ความสามารถในการเกิดและทำลายเมื่อมีปฏิสัมพันธ์กับอนุภาคอื่น) . กระบวนการที่เกี่ยวข้องกับอนุภาคมูลฐานเกี่ยวข้องกับปฏิสัมพันธ์พื้นฐานทั้งสี่ประเภท ได้แก่ แรง แม่เหล็กไฟฟ้า อ่อน และแรงโน้มถ่วง ปฏิสัมพันธ์ที่แข็งแกร่ง เนื่องจากพันธะของนิวคลีออนในนิวเคลียสของอะตอม ปฏิสัมพันธ์ทางแม่เหล็กไฟฟ้าช่วยให้มั่นใจได้ถึงการเชื่อมต่อของอิเล็กตรอนกับนิวเคลียสในอะตอมตลอดจนการเชื่อมต่อของอะตอมในโมเลกุล อ่อนแอ ปฏิสัมพันธ์ โดยเฉพาะอย่างยิ่งสาเหตุการสลายตัวของอนุภาคกึ่งเสถียร (เช่น ค่อนข้างมีอายุยืนยาว) โดยมีอายุการใช้งานอยู่ในช่วง 10–12 ÷ 10–14 วินาที ปฏิสัมพันธ์ของแรงโน้มถ่วง ที่ระยะทางที่เป็นลักษณะเฉพาะของอนุภาคมูลฐานประมาณ 10–13 ซม. เนื่องจากมวลของมันมีขนาดเล็ก จึงมีความเข้มต่ำมาก แต่อาจมีนัยสำคัญในระยะทางที่สั้นมาก ความเข้มของการโต้ตอบ: แรง, แม่เหล็กไฟฟ้า, อ่อนแอและแรงโน้มถ่วง – ด้วยพลังงานปานกลางของกระบวนการคือ 1: 10 –2: 10 –10: 10 –38 ตามลำดับ โดยทั่วไป เมื่อพลังงานของอนุภาคเพิ่มขึ้น อัตราส่วนนี้จะเปลี่ยนไป

อนุภาคมูลฐานถูกจำแนกตามเกณฑ์ต่างๆ และต้องบอกว่าโดยทั่วไปการจำแนกประเภทของอนุภาคที่ยอมรับนั้นค่อนข้างซับซ้อน

ขึ้นอยู่กับการมีส่วนร่วมในการโต้ตอบประเภทต่าง ๆ อนุภาคที่รู้จักทั้งหมดจะถูกแบ่งออกเป็นสองกลุ่มหลัก: ฮาดรอนและ เลปตัน.

ฮาดรอนส์มีส่วนร่วมในการโต้ตอบทุกประเภท รวมถึงปฏิสัมพันธ์ที่รุนแรง พวกเขาได้ชื่อมาจากภาษากรีก "ใหญ่ แข็งแรง"

เลปตันส์อย่ามีส่วนร่วมในการมีปฏิสัมพันธ์ที่รุนแรง ชื่อของพวกเขามาจากภาษากรีก “เบา บาง” ซึ่งเป็นที่รู้จักของคนทั่วไปจนถึงกลางทศวรรษที่ 70 อนุภาคในชั้นนี้มีขนาดเล็กกว่ามวลของอนุภาคอื่นๆ ทั้งหมดอย่างเห็นได้ชัด (ยกเว้นโฟตอน)

Hadrons รวมทั้งหมด แบริออน (กลุ่มของอนุภาคที่มีมวลไม่ต่ำกว่ามวลของโปรตอน จึงตั้งชื่อมาจากภาษากรีกว่า "หนัก") และ มีซอน - แบริออนที่เบาที่สุดคือ โปรตอน.

โดยเฉพาะเลปตันนั้น อิเล็กตรอนและ โพซิตรอน,มิวออนสัญญาณทั้งสอง นิวตริโนสามประเภท (เกี่ยวข้องกับอนุภาคแสงและเป็นกลางทางไฟฟ้า) เฉพาะในปฏิกิริยาที่อ่อนแอและแรงโน้มถ่วงเท่านั้น- สันนิษฐานว่านิวตริโนมีลักษณะทั่วไปพอๆ กับโฟตอน และกระบวนการต่างๆ มากมายนำไปสู่การก่อตัวของพวกมัน ลักษณะเด่นของนิวตริโนคือพลังทะลุทะลวงมหาศาล โดยเฉพาะอย่างยิ่งที่พลังงานต่ำ เมื่อสรุปการจำแนกประเภทตามประเภทของปฏิสัมพันธ์ก็ควรสังเกตว่า โฟตอน มีส่วนร่วมเฉพาะในปฏิกิริยาทางแม่เหล็กไฟฟ้าและแรงโน้มถ่วงเท่านั้น- นอกจากนี้ ตามแบบจำลองทางทฤษฎีที่มุ่งรวมปฏิสัมพันธ์ทั้งสี่ประเภทเข้าด้วยกัน มีอนุภาคสมมุติที่มีสนามโน้มถ่วงซึ่งเรียกว่า กราวิตัน - ลักษณะเฉพาะของกราวิตอนคือมันมีส่วนร่วม (ตามทฤษฎี) เฉพาะในปฏิกิริยาแรงโน้มถ่วงเท่านั้น- โปรดทราบว่าทฤษฎีนี้เชื่อมโยงอนุภาคสมมุติอีกสองตัวเข้ากับกระบวนการควอนตัมของปฏิสัมพันธ์แรงโน้มถ่วง - กราวิติโน และ กราวิโฟตอน - การตรวจจับแรงโน้มถ่วงในการทดลอง กล่าวคือ โดยพื้นฐานแล้วคือการแผ่รังสีความโน้มถ่วงนั้นเป็นเรื่องยากมากเนื่องจากมีปฏิสัมพันธ์กับสสารที่อ่อนมาก

อนุภาคมูลฐานจะถูกแบ่งออกเป็นขึ้นอยู่กับอายุการใช้งาน มั่นคง, เสมือนมั่นคง และ ไม่เสถียร (เสียงสะท้อน ).

อนุภาคที่เสถียร ได้แก่ อิเล็กตรอน (อายุการใช้งาน τ > 10 · 21 ปี), โปรตอน (τ > 10 · 31 ปี), นิวตริโน และโฟตอน อนุภาคที่สลายตัวเนื่องจากปฏิกิริยาทางแม่เหล็กไฟฟ้าและปฏิกิริยาที่อ่อนแอถือเป็นเสมือนความเสถียร อายุการใช้งานของพวกมันคือ τ > 10–20 วินาที เสียงสะท้อน– อนุภาคที่สลายตัวอันเป็นผลมาจากปฏิกิริยาที่รุนแรง อายุการใช้งานจะอยู่ในช่วง 10 – 22 ۞ 10 – 24 วินาที

การแบ่งย่อยอนุภาคมูลฐานอีกประเภทหนึ่งเป็นเรื่องธรรมดา ระบบของอนุภาคที่มีการหมุนเป็นศูนย์และจำนวนเต็มจะเป็นไปตามนั้น สถิติของบอส–ไอน์สไตน์ดังนั้นอนุภาคดังกล่าวจึงมักเรียกว่า โบซอน - มีการอธิบายชุดของอนุภาคที่มีการหมุนรอบครึ่งจำนวนเต็ม สถิติของแฟร์มี–ดิแรกจึงเป็นที่มาของชื่อของอนุภาคดังกล่าว - เฟอร์มิออน .

อนุภาคมูลฐานแต่ละอนุภาคมีลักษณะเฉพาะด้วยชุดปริมาณทางกายภาพที่ไม่ต่อเนื่องชุดหนึ่ง - ตัวเลขควอนตัม- ลักษณะทั่วไปของอนุภาคทั้งหมดคือ น้ำหนักม,เวลาชีวิตτ, หมุนเจและ ค่าไฟฟ้าถาม- การหมุนของอนุภาคมูลฐานจะใช้ค่าเท่ากับจำนวนเต็มหรือทวีคูณครึ่งจำนวนเต็มของค่าคงที่ของพลังค์ ประจุไฟฟ้าของอนุภาคจะเป็นจำนวนเต็มทวีคูณของประจุอิเล็กตรอนซึ่งถือว่า ประจุไฟฟ้าเบื้องต้น.

นอกจากนี้อนุภาคมูลฐานยังมีลักษณะพิเศษเพิ่มเติมโดยสิ่งที่เรียกว่า ตัวเลขควอนตัมภายใน - Leptons มีสาเหตุเฉพาะ ค่าธรรมเนียมเลปตันล= ±1, ฮาดรอนที่มีการหมุนแบบหมุนครึ่งจำนวนเต็ม ค่าธรรมเนียมแบริออน B = ±1 (แฮดรอนที่มี B = 0 เป็นกลุ่มย่อยของมีซอน)

คุณลักษณะควอนตัมที่สำคัญของฮาดรอนคือ ความเท่าเทียมกันภายใน รโดยรับค่า ±1 และสะท้อนคุณสมบัติสมมาตรของฟังก์ชันคลื่นอนุภาคโดยคำนึงถึงการผกผันเชิงพื้นที่ (ภาพสะท้อนในกระจก) แม้ว่าจะไม่รักษาความเท่าเทียมกันในการโต้ตอบที่อ่อนแอ แต่อนุภาคที่มีความแม่นยำที่ดีจะใช้ค่าความเท่าเทียมกันภายในเท่ากับ +1 หรือ – 1

นอกจากนี้ ฮาดรอนยังถูกแบ่งออกเป็นอนุภาคธรรมดา (โปรตอน นิวตรอน ไพ-มีซอน) อนุภาคแปลก ๆ ( ถึง-มีซอน, ไฮเปอร์รอน, เสียงสะท้อนบางส่วน), อนุภาคที่ "มีเสน่ห์" และ "สวยงาม" สอดคล้องกับตัวเลขควอนตัมพิเศษ: ความแปลกประหลาดส,เสน่ห์กับและ ความงามข- ตัวเลขควอนตัมเหล่านี้ถูกนำมาใช้ตาม โมเดลควาร์ก เพื่อตีความลักษณะกระบวนการเฉพาะของอนุภาคเหล่านี้

ในบรรดาฮาดรอนนั้นมีกลุ่ม (ตระกูล) ของอนุภาคที่มีมวลใกล้เคียงกัน มีเลขควอนตัมภายในเหมือนกัน แต่มีประจุไฟฟ้าต่างกัน กลุ่มดังกล่าวเรียกว่า ไอโซโทปทวีคูณและมีลักษณะเฉพาะด้วยเลขควอนตัมรวม – การหมุนของไอโซโทป ซึ่งเหมือนกับการหมุนทั่วไป ยอมรับค่าจำนวนเต็มและค่าครึ่งจำนวนเต็ม

สิ่งที่กล่าวซ้ำแล้วซ้ำอีก แบบจำลองควาร์กของฮาดรอน ?

การค้นพบรูปแบบของการจัดกลุ่มฮาดรอนเป็นทวีคูณทำหน้าที่เป็นพื้นฐานสำหรับการสันนิษฐานของการมีอยู่ของโครงสร้างพิเศษที่ใช้สร้างฮาดรอน - ควาร์ก - สมมติว่ามีอนุภาคดังกล่าวอยู่ เราสามารถสรุปได้ว่าแฮดรอนทั้งหมดเป็นส่วนผสมของควาร์ก สมมติฐานที่กล้าหาญและมีประสิทธิผลนี้ถูกหยิบยกขึ้นมาในปี 1964 โดยนักฟิสิกส์ชาวอเมริกัน เมอร์เรย์ เกล-แมน- สาระสำคัญของมันคือสมมติฐานของการมีอยู่ของอนุภาคพื้นฐานสามตัวที่มีการหมุนครึ่งจำนวนเต็มซึ่งเป็นวัสดุสำหรับการสร้างฮาดรอน: คุณ-,ง- และ ส-ควาร์ก ต่อจากนั้น จากข้อมูลการทดลองใหม่ แบบจำลองควาร์กของโครงสร้างของแฮดรอนถูกเสริมด้วยควาร์กอีกสองตัว: "เสน่ห์" ( กับ) และ “สวยงาม” ( ข- การมีอยู่ของควาร์กประเภทอื่นถือว่าเป็นไปได้ ลักษณะเด่นของควาร์กคือมี ค่าเศษส่วนประจุไฟฟ้าและแบริออน ไม่พบในอนุภาคใดๆ ที่รู้จัก ผลการทดลองทั้งหมดเกี่ยวกับการศึกษาอนุภาคมูลฐานสอดคล้องกับแบบจำลองควาร์ก

ตามแบบจำลองควาร์ก แบริออนประกอบด้วยควาร์ก 3 ตัว มีซอนของควาร์ก และ โบราณ - เนื่องจากแบริออนบางตัวเป็นการรวมกันของควาร์กสามตัวในสถานะเดียวกัน ซึ่งเป็นสิ่งต้องห้ามในหลักการของเพาลี (ดูด้านบน) แต่ละประเภท ( "กลิ่นหอม") ควาร์กได้รับมอบหมายหมายเลขควอนตัมภายในเพิ่มเติม "สี"- ควาร์กแต่ละประเภท (“รส” – คุณ ดี ส ค บี) สามารถมีสถานะ "สี" ได้สามสถานะ ในการเชื่อมต่อกับการใช้แนวคิดเรื่องสี ทฤษฎีปฏิสัมพันธ์ที่รุนแรงของควาร์กจึงถูกเรียกว่า โครโมไดนามิกส์ควอนตัม (จากภาษากรีก “สี”)

เราสามารถสรุปได้ว่าควาร์กเป็นอนุภาคมูลฐานชนิดใหม่ และพวกมันอ้างว่าเป็นอนุภาคมูลฐานอย่างแท้จริงสำหรับสสารในรูปแบบแฮโดรนิก อย่างไรก็ตาม ปัญหาในการสังเกตควาร์กและกลูออนอิสระยังคงไม่ได้รับการแก้ไข แม้จะมีการค้นหารังสีคอสมิกอย่างเป็นระบบที่เครื่องเร่งพลังงานสูง แต่ก็ยังไม่สามารถตรวจพบรังสีคอสมิกในสภาวะอิสระได้ มีเหตุผลที่ดีที่จะเชื่อได้ว่าฟิสิกส์กำลังเผชิญกับปรากฏการณ์ทางธรรมชาติพิเศษที่เรียกว่า การกักขังควาร์ก.

ความจริงก็คือว่ามีข้อโต้แย้งทางทฤษฎีและเชิงทดลองที่จริงจังซึ่งสนับสนุนสมมติฐานที่ว่าพลังปฏิสัมพันธ์ระหว่างควาร์กไม่ได้ลดลงตามระยะทาง ซึ่งหมายความว่าจำเป็นต้องใช้พลังงานมากขึ้นอย่างไม่สิ้นสุดเพื่อแยกควาร์ก ดังนั้น การปรากฏตัวของควาร์กในสถานะอิสระจึงเป็นไปไม่ได้ สถานการณ์นี้ทำให้ควาร์กมีสถานะของหน่วยโครงสร้างพิเศษของสสารอย่างสมบูรณ์ บางทีมันอาจเริ่มต้นจากควาร์กได้อย่างแม่นยำว่าการสังเกตเชิงทดลองเกี่ยวกับขั้นตอนของการแตกตัวของสสารนั้นเป็นไปไม่ได้โดยพื้นฐาน การรับรู้ควาร์กในฐานะวัตถุที่มีอยู่จริงในโลกวัตถุไม่เพียงแต่แสดงถึงกรณีที่โดดเด่นของความเป็นอันดับหนึ่งของแนวคิดที่เกี่ยวข้องกับการดำรงอยู่ของเอนทิตีทางวัตถุเท่านั้น คำถามเกิดขึ้นจากการแก้ไขตารางค่าคงที่พื้นฐานของโลก เนื่องจากประจุของควาร์กน้อยกว่าประจุของโปรตอนถึงสามเท่า และดังนั้นจึงมีอิเล็กตรอนด้วย

นับตั้งแต่การค้นพบโพซิตรอน วิทยาศาสตร์ก็ได้เผชิญกับอนุภาคปฏิสสาร วันนี้เห็นได้ชัดว่าสำหรับอนุภาคมูลฐานทั้งหมดที่มีค่าไม่เป็นศูนย์ของตัวเลขควอนตัมอย่างน้อยหนึ่งตัวเช่น ค่าไฟฟ้าถาม,ค่าธรรมเนียมเลปตันล,ค่าธรรมเนียมแบริออนใน,ความแปลกประหลาดส,เสน่ห์กับและ ความงามข, มีอยู่ ปฏิปักษ์ ที่มีค่ามวล อายุการใช้งาน การหมุนเท่ากัน แต่มีเครื่องหมายตรงกันข้ามกับเลขควอนตัมข้างต้น อนุภาคเป็นที่รู้กันว่าเหมือนกันกับปฏิปักษ์ของพวกมันเรียกว่า จริง เป็นกลาง - ตัวอย่างของอนุภาคที่เป็นกลางจริงๆ คือ โฟตอนและหนึ่งในสามไพเมซอน (อีกสองตัวเป็นอนุภาคและปฏิปักษ์ที่สัมพันธ์กัน)

คุณลักษณะเฉพาะของปฏิสัมพันธ์ของอนุภาคและปฏิปักษ์คือคุณสมบัติของพวกเขา การทำลายล้าง เมื่อมีการชนกันเช่น การทำลายล้างร่วมกันด้วยการก่อตัวของอนุภาคอื่น ๆ และการปฏิบัติตามกฎการอนุรักษ์พลังงานโมเมนตัมประจุ ฯลฯ ตัวอย่างทั่วไปของการทำลายล้างของคู่คือกระบวนการของการเปลี่ยนแปลงของอิเล็กตรอนและปฏิปักษ์ของมัน - โพซิตรอน - เป็นรังสีแม่เหล็กไฟฟ้า (เป็นโฟตอนหรือแกมมาควอนตัม) การทำลายล้างคู่เกิดขึ้นไม่เพียงแต่ระหว่างปฏิกิริยาทางแม่เหล็กไฟฟ้าเท่านั้น แต่ยังเกิดขึ้นระหว่างปฏิกิริยารุนแรงด้วย เมื่อมีพลังงานสูง อนุภาคแสงสามารถทำลายล้างจนกลายเป็นอนุภาคที่หนักกว่าได้– โดยมีเงื่อนไขว่าพลังงานทั้งหมดของอนุภาคทำลายล้างเกินเกณฑ์สำหรับการกำเนิดของอนุภาคหนัก (เท่ากับผลรวมของพลังงานที่เหลือ)

ด้วยปฏิสัมพันธ์ที่รุนแรงและแม่เหล็กไฟฟ้า มีความสมมาตรโดยสมบูรณ์ระหว่างอนุภาคและปฏิปักษ์ของพวกมัน กล่าวคือ กระบวนการทั้งหมดที่เกิดขึ้นระหว่างอนุภาคแรกก็เป็นไปได้สำหรับอนุภาคหลังเช่นกัน ดังนั้นแอนติโปรตอนและแอนตินิวตรอนจึงสามารถสร้างนิวเคลียสของอะตอมได้ ปฏิสสาร กล่าวคือ โดยหลักการแล้ว ปฏิสสารสามารถสร้างขึ้นจากปฏิภาคได้ คำถามที่ชัดเจนเกิดขึ้น: หากทุกอนุภาคมีปฏิภาคแล้วเหตุใดจึงไม่มีการสะสมของปฏิสสารในพื้นที่ที่ศึกษาของจักรวาล แท้จริงแล้ว การมีอยู่ของพวกมันในจักรวาล แม้แต่ที่ใดที่หนึ่ง "ใกล้" จักรวาล ก็สามารถตัดสินได้จากการแผ่รังสีทำลายล้างอันทรงพลังที่มายังโลกจากบริเวณที่สัมผัสกันระหว่างสสารและปฏิสสาร อย่างไรก็ตาม ฟิสิกส์ดาราศาสตร์ยุคใหม่ไม่มีข้อมูลที่ช่วยให้เราสามารถสันนิษฐานได้ว่ามีบริเวณที่เต็มไปด้วยปฏิสสารในจักรวาลอยู่ด้วยซ้ำ

ทางเลือกที่สนับสนุนสสารและความเสียหายของปฏิสสารเกิดขึ้นในจักรวาลอย่างไรแม้ว่าโดยพื้นฐานแล้วกฎแห่งความสมมาตรจะเป็นไปตามนั้นก็ตาม สาเหตุของปรากฏการณ์นี้น่าจะเกิดจากการละเมิดความสมมาตรอย่างแม่นยำนั่นคือความผันผวนในระดับพื้นฐานของสสาร

สิ่งหนึ่งที่ชัดเจน: หากไม่มีความผันผวนดังกล่าวชะตากรรมของจักรวาลคงจะน่าเศร้า - สสารทั้งหมดของมันจะคงอยู่ในรูปแบบของเมฆโฟตอนที่ไม่มีที่สิ้นสุดซึ่งเป็นผลมาจากการทำลายล้างอนุภาคของสสารและปฏิสสาร

คำถามสำหรับการควบคุมตนเอง

1. ปรากฏการณ์การปฏิวัติทางวิทยาศาสตร์คืออะไร? มันเกี่ยวข้องกับกฎปรัชญาทั่วไปอย่างไร?

2. วิธีการทางวิทยาศาสตร์คืออะไร? อัลกอริธึมของมันคืออะไร? การพัฒนาสมมติฐานมีบทบาทอย่างไรในการนำไปปฏิบัติ?

3. อธิบายความหมายของหลักการโต้ตอบที่เสนอโดย N. Bohr เขาจะกำหนดชะตากรรมของทฤษฎีที่ล้าสมัยได้อย่างไร?

4. แนวคิดพื้นฐานของ I. Newton ซึ่งเขาวางไว้เป็นพื้นฐานสำหรับฟิสิกส์คลาสสิกคืออะไร?

5. สถานการณ์ใดที่นำไปสู่การแทนที่ทฤษฎีเกี่ยวกับแสงด้วยทฤษฎีคลื่น?

6. ปฏิกิริยาใดระหว่างวัตถุวัตถุที่มีสถานะพื้นฐาน?

7. ข้อโต้แย้งอะไรทำให้จำเป็นต้องพัฒนาทฤษฎีสัมพัทธภาพพิเศษ?

8. อะไรคือความแตกต่างระหว่างกรอบอ้างอิงเฉื่อยและไม่เฉื่อย? ทฤษฎีสัมพัทธภาพทั่วไปเกิดขึ้นได้อย่างไร?

9. อะไรคือความแตกต่างพื้นฐานในการเคลื่อนที่ของวัตถุมาโครและอนุภาคควอนตัม? อะตอมของสสารปล่อยรังสีควอนตัมได้อย่างไร?

10. แนวคิดเรื่องความเป็นคู่ของอนุภาคคลื่นของสสารคืออะไร? อิเล็กตรอนมีความยาวคลื่นหรือไม่?

งานสำหรับงานอิสระ

1 - โดยการหยิบยกและทดสอบสมมติฐานเชิงตรรกะ ให้แก้ไขข้อขัดแย้งต่อไปนี้:

1.1. นิวเคลียสของอะตอมประกอบด้วยนิวตรอนที่เป็นกลางทางไฟฟ้าและโปรตอนที่มีประจุบวก ประจุที่มีชื่อเดียวกันดังที่ทราบกันดีว่าขับไล่ (เขียนสูตรคลาสสิกของกฎไฟฟ้าสถิตของคูลอมบ์ โปรดจำไว้ว่ากฎข้อใดของนิวตันที่เขียนในรูปแบบที่คล้ายกัน)

_____________________________________________________________________________________________________________________

1.2. อธิบายว่านิวเคลียสรักษาเสถียรภาพและความหนาแน่นสูงได้อย่างไร ใช้ข้อมูลอ้างอิงต่อไปนี้:

– ความหนาแน่นของแกนกลางอยู่ที่ 10 13 g/cm 3 ซึ่งมากกว่าความหนาแน่นของโลหะ 11 ลำดับความสำคัญ

ขนาดอะตอมประมาณ 10–8 ซม. ขนาดนิวเคลียส 10–13 ซม.

– ปฏิสัมพันธ์พื้นฐานสี่ประเภทเป็นที่รู้จักในธรรมชาติ: แรงโน้มถ่วง, แม่เหล็กไฟฟ้า, แรงและอ่อน;

– ความเข้มของปฏิกิริยาพื้นฐานลดลงจากแรงแรงเป็นแม่เหล็กไฟฟ้า จากนั้นอ่อนแรงและแรงโน้มถ่วงในอัตราส่วน 1: 10 –2: 10 –8: 10 –38

_____________________________________________________________________________________________________________________

ทดสอบสมมติฐานที่เป็นไปได้ทั้งหมดและค้นหาสมมติฐานเดียวที่สมเหตุสมผล เริ่มต้นด้วยการตั้งสมมติฐานทั่วไป

2 - ทฤษฎีคลื่นของแสงเกิดขึ้นหลังจากประสบความสำเร็จในการอธิบายปรากฏการณ์แสงที่หลากหลาย รวมถึงปรากฏการณ์ของการเลี้ยวเบนและการรบกวน ซึ่งไม่สามารถอธิบายได้ในแง่ของทฤษฎีแสงจากคอร์ปัสสตีฟ

อธิบาย:

2.1. แสงจะดับลงด้วยแสงอย่างไรในระหว่างการรบกวน และกฎการอนุรักษ์พลังงานจะไม่ถูกละเมิดหรือไม่?

_____________________________________________________________________________________________________________________

2.2. อะไรคือความเหมือนและความแตกต่างระหว่างปรากฏการณ์ที่กำหนดโดยคำว่า "การหักเห" และ "การเลี้ยวเบน" ที่พยัญชนะอย่างชัดเจน

_____________________________________________________________________________________________________________________

ตอบคำถามต่อไปนี้:

2.3. ปรากฏการณ์ใดที่ไม่สามารถอธิบายได้ในแง่ของทฤษฎีคลื่นแสง?

_____________________________________________________________________________________________________________________

2.4. แนวคิดของทวินิยมระหว่างอนุภาคและคลื่นคืออะไร และแนวคิดนี้สะท้อนถึงกฎปรัชญาทั่วไปอย่างไร

_____________________________________________________________________________________________________________________

2.5. การทดลองใดที่สามารถใช้เพื่อทดสอบสมมติฐานที่ว่าอนุภาคของสสาร (เช่น อิเล็กตรอน) มีคุณสมบัติเป็นคลื่นในเชิงประจักษ์

_____________________________________________________________________________________________________________________

2.6. การทำงานของอุปกรณ์สมัยใหม่ใดขึ้นอยู่กับการใช้คุณสมบัติคลื่นของอิเล็กตรอน?

_____________________________________________________________________________________________________________________

3 - ตามการจำแนกประเภทของอนุภาคมูลฐานตามการมีส่วนร่วมในปฏิกิริยาพื้นฐาน โฟตอนไม่เพียงมีส่วนร่วมในแม่เหล็กไฟฟ้าเท่านั้น แต่ยังรวมถึงปฏิกิริยาแรงโน้มถ่วงด้วย เป็นที่ทราบกันว่ามวลที่เหลือของโฟตอนเป็นศูนย์

ดังนั้น หากเราอยู่ภายใต้กฎแรงโน้มถ่วงสากลของนิวตัน ข้อขัดแย้งที่ชัดเจนก็เกิดขึ้น

3.1. แก้ไขข้อขัดแย้งนี้ตามข้อมูลต่อไปนี้:

– กฎแห่งความโน้มถ่วงสากล แม้จะทำนายผลลัพธ์ของการวัดได้อย่างแม่นยำ แต่ก็ไม่ได้เปิดเผยธรรมชาติของแรงโน้มถ่วง

– ธรรมชาติของแรงโน้มถ่วงอธิบายได้ด้วยทฤษฎีสัมพัทธภาพทั่วไป ซึ่งแสดงให้เห็นว่าสสารความโน้มถ่วงเปลี่ยนเรขาคณิตของกาล-อวกาศ

_____________________________________________________________________________________________________________________

3.2. อธิบายว่ามวลของอนุภาคสัมพัทธภาพถูกกำหนดได้อย่างไร

_____________________________________________________________________________________________________________________

3.3. เหตุใดอนุภาคสัมพัทธภาพจึงไม่สามารถไปถึงความเร็วแสงได้ ยกเว้นโฟตอนแบบสัมพัทธภาพพิเศษ

_____________________________________________________________________________________________________________________

วรรณกรรม

หลัก :

1. Azimov A. ทางเลือกของภัยพิบัติ – อ.: โถ, 2544.

2. Vernadsky V.I. ความคิดเชิงปรัชญาของนักธรรมชาติวิทยา – ม., 1988.

3. Dubnischeva T. Ya. แนวคิดของวิทยาศาสตร์ธรรมชาติสมัยใหม่ – โนโวซีบีสค์, 1988.

4. Prigogine I., Stengers I. ออกคำสั่งให้พ้นจากความสับสนวุ่นวาย – ม., 1986.

5. Salopov E.F. แนวคิดของวิทยาศาสตร์ธรรมชาติสมัยใหม่ – อ.: วลาดอส, 1998.

เพิ่มเติม :

6. Weinberg S. สามนาทีแรก มุมมองสมัยใหม่เกี่ยวกับกำเนิดจักรวาล - M.: Nauka, 1981

7. Gaidenko V. B. , Smirnov G. A. วิทยาศาสตร์ยุโรปตะวันตกในยุคกลาง – อ.: เนากา, 1989.

8. กปิตสา ป.ล. การทดลอง ทฤษฎี การปฏิบัติ – อ.: เนากา, 1981.

9. Kirillin V. A. หน้าประวัติศาสตร์วิทยาศาสตร์และเทคโนโลยี – ม.: วิทยาศาสตร์. 1986.

10. Klimenko I. S. , Engver N. N. แนวคิดของวิทยาศาสตร์ธรรมชาติสมัยใหม่ – ม., 2545.

11. Kuhn T. โครงสร้างของการปฏิวัติทางวิทยาศาสตร์ - M.: Progress, 1975.

12. Lakatos I. ระเบียบวิธีของโครงการวิจัยทางวิทยาศาสตร์ // คำถามปรัชญา. – พ.ศ. 2538 – หมายเลข 4

13. Losev A.F., Takho-Godi A.A. Platon. อริสโตเติล – อ.: Young Guard, 1993.

14. Einstein A. , Infeld L. วิวัฒนาการของฟิสิกส์ – อ.: การ์ดหนุ่ม, 2509.

15. เอมสลี เจ. เอเลเมนต์ – อ.: มีร์, 1993.

พจนานุกรมศัพท์เฉพาะ

ฮาดรอนส์(จากภาษากรีก αδpos - ใหญ่, แข็งแกร่ง) - คลาสของอนุภาคมูลฐานที่เข้าร่วม ปฏิสัมพันธ์ที่แข็งแกร่ง- Hadrons รวมทั้งหมด แบริออนและ มีซอน, รวมทั้ง เสียงสะท้อน.

อัลกอริทึม(จากอัลกอริธึมภาษาละติน - การทับศัพท์ของชื่อของนักวิทยาศาสตร์ชาวเอเชียกลาง al-Khorezmi ซึ่งมีอิทธิพลอย่างมากต่อการพัฒนาคณิตศาสตร์ในยุโรป) - ชุดกฎอัน จำกัด ที่อนุญาตให้มีการแก้ปัญหาเชิงกลอย่างหมดจดสำหรับปัญหาเฉพาะใด ๆ จาก ปัญหาที่คล้ายกันบางประเภท

การวิเคราะห์(จากการวิเคราะห์ภาษาละติน - การสลายตัวการแยกส่วน) - วิธีการวิจัยทางวิทยาศาสตร์ที่ประกอบด้วยการสลายตัวทางจิตหรือที่เกิดขึ้นจริงของทั้งหมดออกเป็นส่วนประกอบ (องค์ประกอบ) มักใช้เป็นคำพ้องความหมายสำหรับการวิจัยทางวิทยาศาสตร์โดยทั่วไป การวิเคราะห์มีความเชื่อมโยงอย่างแยกไม่ออก สังเคราะห์(เชื่อมโยงองค์ประกอบต่างๆ ให้เป็นหนึ่งเดียว)

การทำลายล้าง(จากภาษาละตินตอนปลาย การทำลายล้าง - การหายตัวไป, การเปลี่ยนแปลงไปสู่ความว่างเปล่า) - หนึ่งในประเภทของการเปลี่ยนแปลงซึ่งกันและกันของอนุภาคมูลฐานที่เกิดขึ้นเมื่ออนุภาคชนกับปฏิปักษ์ เมื่อถูกทำลายล้าง วัตถุไม่หายไป แต่เปลี่ยนจากรูปแบบหนึ่งไปอีกรูปแบบหนึ่ง เช่น ระหว่างการทำลายล้าง อิเล็กตรอนและ โพซิตรอนเกิดขึ้น ควอนตัมรังสีแม่เหล็กไฟฟ้า

ปฏิปักษ์(จากภาษากรีก αυτι - ต่อ) - อนุภาคมูลฐานที่มีมวล การหมุน อายุการใช้งาน และลักษณะภายในอื่น ๆ เช่นเดียวกับ "ฝาแฝด" แต่แตกต่างจากพวกมันในลักษณะที่มีลักษณะปฏิสัมพันธ์บางอย่าง (เช่น ประจุไฟฟ้า โมเมนต์แม่เหล็ก ) .

อะตอม(จากภาษากรีก αтομοs - แบ่งแยกไม่ได้) - อนุภาคที่เล็กที่สุดขององค์ประกอบทางเคมีที่ยังคงคุณสมบัติไว้ ประกอบด้วยของหนัก เมล็ดพืชซึ่งมีประจุไฟฟ้าบวกและมีอนุภาคแสงล้อมรอบ - อิเล็กตรอนด้วยประจุไฟฟ้าลบที่ก่อตัวเป็นเปลือกอิเล็กตรอนของอะตอม

บาริออน(จากภาษากรีก βαρυς - หนัก) - กลุ่มของอนุภาคมูลฐาน "หนัก" ที่มีจำนวนเต็มครึ่งจำนวน หมุนและมีมวลไม่ต่ำกว่ามวล โปรตอน- มีส่วนร่วมในปฏิสัมพันธ์พื้นฐานที่ทราบทั้งหมด แบริออนได้แก่ นิวคลีออน(โปรตอนและ นิวตรอน),ไฮเปอร์รอนรวมทั้งอีกมากมาย เสียงสะท้อนและ " อนุภาคที่มีเสน่ห์.

ความใกล้ชิด– แนวคิดที่ว่าปฏิสัมพันธ์ระหว่างวัตถุซึ่งอยู่ห่างจากกันจะดำเนินการผ่านตัวกลางหรือตัวกลางที่เชื่อมโยงซึ่งส่งปฏิสัมพันธ์จากจุดหนึ่งไปยังอีกจุดหนึ่งด้วยความเร็วจำกัด

การยืนยัน(จากภาษาละติน verus - จริงและหน้า - ฉันทำ) - การตรวจสอบ, การยืนยันเชิงประจักษ์ของบทบัญญัติทางทฤษฎีของวิทยาศาสตร์โดยการเปรียบเทียบกับวัตถุที่สังเกตได้, ข้อมูลการทดลอง

ฟังก์ชั่นคลื่น– ในกลศาสตร์ควอนตัม หมายถึงปริมาณที่อธิบายสถานะของวัตถุขนาดเล็กได้อย่างสมบูรณ์ และโดยทั่วไปคือระบบควอนตัมใดๆ ฟังก์ชันกำลังสองของฟังก์ชันคลื่นให้ความน่าจะเป็นของปริมาณที่ฟังก์ชันคลื่นขึ้นอยู่กับตัวมันเอง ฟังก์ชันคลื่นเรียกอีกอย่างว่าแอมพลิจูดของความน่าจะเป็น

สมมติฐาน(จากภาษากรีก υποθεσις - รากฐาน) - ข้อสันนิษฐานทางวิทยาศาสตร์ที่หยิบยกขึ้นมาเพื่ออธิบายปรากฏการณ์และต้องมีการตรวจสอบเชิงทดลองและการให้เหตุผลทางทฤษฎีเพื่อที่จะเป็นทฤษฎีทางวิทยาศาสตร์ที่เชื่อถือได้

ระยะไกล- ความคิดตามที่การกระทำของร่างกายต่อกันถูกส่งทันทีผ่านความว่างเปล่าไปยังระยะทางไกล ๆ โดยพลการ การค้นพบสนามแม่เหล็กไฟฟ้าแสดงให้เห็นว่าแนวคิดของการกระทำระยะไกลนั้นไม่ถูกต้อง

ความมุ่งมั่น(จากภาษาละติน determino - เพื่อกำหนด) - หลักคำสอนเชิงปรัชญาของวัตถุประสงค์ความสัมพันธ์ตามธรรมชาติและความเป็นเหตุเป็นผลของปรากฏการณ์ทั้งหมด

ความรอบคอบ(จากภาษาละติน discretus - แบ่ง) - ไม่ต่อเนื่อง; ตรงกันข้ามกับความต่อเนื่องพร้อมกับจัดเป็นหมวดหมู่ที่แสดงลักษณะของโครงสร้างของสสารและกระบวนการพัฒนา.

การเลี้ยวเบน(จากภาษาละติน diffractus - แตกหัก) - การโก่งตัวของคลื่นที่เกิดขึ้นเมื่อพวกมันแพร่กระจายในสื่อที่ไม่เป็นเนื้อเดียวกันโดยโค้งงอไปตามสิ่งกีดขวาง

ค่าคงที่(จากภาษาละติน invariantis - ไม่เปลี่ยนแปลง) - ค่าคงที่ของปริมาณใดๆ เมื่อสภาวะทางกายภาพเปลี่ยนแปลงหรือสัมพันธ์กับการแปลงบางอย่าง โดยทั่วไปจะเป็นการแปลงพิกัดและเวลา

บูรณาการ(จากภาษาละติน integratio - การฟื้นฟู) - กระบวนการสร้างสายสัมพันธ์และการเชื่อมโยงของวิทยาศาสตร์ที่เกิดขึ้นพร้อมกับกระบวนการของพวกเขา ความแตกต่าง- โดยทั่วไป แนวคิดหมายถึงสถานะของความเชื่อมโยงของแต่ละส่วนของระบบโดยรวม เช่นเดียวกับกระบวนการที่นำไปสู่สถานะดังกล่าว

การรบกวนของคลื่น- ปรากฏการณ์ที่สังเกตได้ในระหว่างการแพร่กระจายของคลื่นสองลูกหรือหลายลูกพร้อมกันในอวกาศ เมื่อเพิ่มคลื่นเหล่านั้นที่จุดต่าง ๆ ในอวกาศ คลื่นที่เกิดจะแรงขึ้นหรืออ่อนลง การรบกวนเป็นเรื่องปกติสำหรับคลื่นในลักษณะใดก็ตาม

ควอนตัม– แนวคิดที่นำเสนอโดย M. Planck เพื่อกำหนดส่วนที่แยกจากกันเบื้องต้นของพลังงาน

ควาร์ก– อนุภาควัสดุสมมุติซึ่งทุกอย่างประกอบด้วยตามแนวคิดสมัยใหม่ ฮาดรอน- ทฤษฎีที่พบบ่อยที่สุดยืนยันการมีอยู่ของควาร์กสี่ตัว (และแอนตีควาร์กที่เกี่ยวข้อง) ซึ่งแต่ละอันสามารถมีอยู่ในสามสถานะซึ่งมีเลขควอนตัมต่างกัน - "สี"

แนวคิด(จากแนวคิดภาษาละติน - ระบบ) - วิธีทำความเข้าใจการตีความปรากฏการณ์ใด ๆ มุมมองหลักแนวคิดในการส่องสว่าง แนวความคิดหลักการสร้างสรรค์กิจกรรมทางปัญญาประเภทต่างๆ

ความเป็นคู่ของคลื่นและอนุภาค– ตำแหน่งที่วัตถุขนาดเล็กใด ๆ ของสสาร ( โฟตอน อิเล็กตรอน โปรตอนฯลฯ) มีคุณสมบัติเป็นทั้งอนุภาค (corpuscle) และคลื่น

เลปตันส์(จากภาษากรีก ladεπτος - แสง) - อนุภาคมูลฐานด้วยจำนวนเต็มครึ่ง หมุนไม่มีส่วนร่วมในการโต้ตอบที่รุนแรง เลปตันได้แก่ อิเล็กตรอน,มึน,นิวตริโนและอนุภาคอื่นๆ

มีซอนส์(จากภาษากรีก μεσος - ปานกลาง, ระดับกลาง) - ไม่เสถียร อนุภาคมูลฐานกับศูนย์หรือจำนวนเต็ม หมุนอยู่ในชั้นเรียน ฮาดรอนและไม่มีประจุแบริออน เป็นพาหะของกองกำลังนิวเคลียร์

นิวตริโน(นิวตริโนของอิตาลี – จิ๋วของ “นิวตรอน”) – อนุภาคมูลฐานที่ไม่มีประจุเสถียรและมีการหมุนรอบตัวเองเป็นครึ่งจำนวนเต็ม และสันนิษฐานว่ามีมวลเป็นศูนย์ หมายถึง เลปตันมีส่วนร่วมเฉพาะในปฏิกิริยาที่อ่อนแอและแรงโน้มถ่วงเท่านั้น

นิวตรอน(นิวตรอนภาษาอังกฤษจากภาษาละติน neuter - ไม่ใช่อย่างใดอย่างหนึ่ง) - เป็นกลางทางไฟฟ้า อนุภาคมูลฐานด้วยจำนวนเต็มครึ่ง หมุนและมีมวลมากกว่ามวลเล็กน้อย โปรตอน- อยู่ในชั้นเรียน ฮาดรอนและเป็นส่วนหนึ่งของกลุ่ม แบริออน- ทุกสิ่งถูกสร้างขึ้นจากนิวตรอนและโปรตอน อะตอมเมล็ดพืช.

หลักความไม่แน่นอน– ตำแหน่งพื้นฐานของทฤษฎีควอนตัม ซึ่งระบุว่าระบบทางกายภาพใดๆ ไม่สามารถอยู่ในสถานะที่พิกัดของจุดศูนย์กลางความเฉื่อยและโมเมนตัมของระบบรับค่าที่กำหนดไว้อย่างชัดเจนพร้อมกัน

นิวคลีออน(จาก Lat. นิวเคลียส - แกนกลาง) - ชื่อสามัญ โปรตอนและ นิวตรอนซึ่งเป็นส่วนประกอบ อะตอมแกน.

กระบวนทัศน์(จากภาษากรีก παραδειγμα - ตัวอย่าง) - แบบจำลองแนวคิดเริ่มต้นสำหรับการวางปัญหาและแนวทางแก้ไข วิธีการวิจัยที่มีชัยในช่วงระยะเวลาประวัติศาสตร์ในชุมชนวิทยาศาสตร์

โพซิตรอน(จากภาษาละติน positivus - บวก) - อนุภาคมูลฐานที่มีประจุไฟฟ้าบวก ต่อต้านอนุภาคเกี่ยวกับ อิเล็กตรอน.

สมมุติ(จากภาษาละติน postulatum - ข้อกำหนด) - ข้อความที่ยอมรับภายในกรอบของทฤษฎีทางวิทยาศาสตร์ใด ๆ ว่าเป็นจริงแม้ว่าจะไม่สามารถพิสูจน์ได้ด้วยวิธีการของมันดังนั้นจึงมีบทบาทเป็นสัจพจน์ในนั้น

โปรตอน(จากภาษากรีก πρωτος - อันแรก) - มั่นคง อนุภาคมูลฐานด้วยการหมุนรอบครึ่งจำนวนเต็ม และมีมวลอิเล็กตรอน 1,836 ก้อน

หลักการโต้ตอบ– หลักการของความสัมพันธ์ระหว่างทฤษฎีที่เปลี่ยนแปลงซึ่งกันและกันอย่างต่อเนื่อง กำหนดโดย N. Bohr ซึ่งประกอบด้วยความจริงที่ว่าทุกทฤษฎีใหม่ไม่ได้ปฏิเสธทฤษฎีก่อนหน้าโดยสิ้นเชิง แต่รวมไว้เป็นกรณีพิเศษ

สปิน(จากการหมุนของภาษาอังกฤษ - การหมุน) - โมเมนตัมเชิงมุมภายใน (โมเมนตัมของการเคลื่อนที่) ของอนุภาคขนาดเล็กซึ่งมีลักษณะเป็นควอนตัมและไม่เกี่ยวข้องกับการเคลื่อนที่ของอนุภาคโดยรวม วัดเป็นหน่วยของค่าคงที่ของพลังค์

หลักการงัดแงะ(จากภาษาละติน falsifico - ถึงของปลอม) - หลักการของการแยกแยะความรู้ทางวิทยาศาสตร์และไม่ใช่วิทยาศาสตร์ซึ่งประกอบด้วยข้อเท็จจริงที่ว่าเกณฑ์สำหรับลักษณะทางวิทยาศาสตร์ของทฤษฎีคือความเท็จได้เช่น ความสามารถในการพิสูจน์ได้

โฟตอน(จากภาษากรีก φωτος - แสง) - ควอนตัมของสนามแม่เหล็กไฟฟ้า เป็นกลาง อนุภาคมูลฐานโดยมีมวลเป็นศูนย์และการหมุนของหน่วย

ความผันผวน(จากความผันผวนของภาษาละติน - ความผันผวน) - การเบี่ยงเบนแบบสุ่มจากค่าเฉลี่ยของปริมาณที่สังเกตได้ซึ่งเป็นลักษณะของระบบของอนุภาคจำนวนมาก เกิดขึ้นสำหรับกระบวนการสุ่มใดๆ

วิวัฒนาการ(จากภาษาละติน evolutio - การใช้งาน) - แนวคิดเกี่ยวกับการเปลี่ยนแปลงในธรรมชาติและสังคมทิศทางลำดับและรูปแบบ

อิเล็กตรอน- อันดับแรก อนุภาคมูลฐานค้นพบในฟิสิกส์ วัตถุพาหะที่มีมวลน้อยที่สุดและมีประจุไฟฟ้าน้อยที่สุดในธรรมชาติ

อนุภาคมูลฐาน

เอนโทรปี(จากภาษากรีก εν + τροπη – การแปลง) – ฟังก์ชันของสถานะของระบบเทอร์โมไดนามิกส์ กระบวนการที่ไม่สมดุลในระบบแยกเดี่ยวจะมาพร้อมกับเอนโทรปีที่เพิ่มขึ้น แนวคิดเรื่องเอนโทรปีใช้กันอย่างแพร่หลายในฟิสิกส์ เคมี ชีววิทยา และทฤษฎีสารสนเทศ

นิวเคลียสของอะตอม– ส่วนมวลขนาดใหญ่ที่อยู่ตรงกลางของอะตอมประกอบด้วย นิวคลีออน(โปรตอนและนิวตรอน) ที่จับกันด้วยแรงนิวเคลียร์

การค้นพบอนุภาคมูลฐานเป็นผลตามธรรมชาติของความสำเร็จโดยทั่วไปในการศึกษาโครงสร้างของสสารที่ฟิสิกส์ทำได้เมื่อปลายศตวรรษที่ 19

จัดทำขึ้นโดยการศึกษาสเปกตรัมเชิงแสงของอะตอมอย่างครอบคลุม การศึกษาปรากฏการณ์ทางไฟฟ้าในของเหลวและก๊าซ การค้นพบโฟโตอิเล็กทริก รังสีเอกซ์ และกัมมันตภาพรังสีตามธรรมชาติ ซึ่งบ่งชี้ถึงการมีอยู่ของโครงสร้างที่ซับซ้อนของสสาร

ในอดีต อนุภาคมูลฐานแรกที่ค้นพบคืออิเล็กตรอน ซึ่งเป็นพาหะของประจุไฟฟ้ามูลฐานลบในอะตอม ในปี พ.ศ. 2440 เจ. เจ. ทอมสันค้นพบว่ารังสีแคโทดเกิดจากกระแสอนุภาคขนาดเล็กที่เรียกว่าอิเล็กตรอน

ในปีพ. ศ. 2454 อี. รัทเทอร์ฟอร์ดส่งอนุภาคอัลฟ่าจากแหล่งกัมมันตภาพรังสีตามธรรมชาติผ่านฟอยล์บาง ๆ ของสารต่าง ๆ พบว่าประจุบวกในอะตอมนั้นกระจุกตัวอยู่ในรูปแบบที่มีขนาดกะทัดรัด - นิวเคลียสและในปี 1919 เขาค้นพบโปรตอนในอนุภาคที่ถูกกระแทกออกจากอะตอม นิวเคลียส - อนุภาคที่มีหน่วยประจุบวกและมีมวล 1,840 เท่าของมวลอิเล็กตรอน อนุภาคอีกชนิดหนึ่งที่เป็นส่วนหนึ่งของนิวเคลียสคือนิวตรอนถูกค้นพบในปี 1932 โดย J. Chadwick ขณะศึกษาปฏิสัมพันธ์ของอนุภาคแอลฟากับเบริลเลียม นิวตรอนมีมวลใกล้เคียงกับโปรตอน แต่ไม่มีประจุไฟฟ้า การค้นพบนิวตรอนช่วยระบุอนุภาคซึ่งเป็นองค์ประกอบโครงสร้างของอะตอมและนิวเคลียสของพวกมันได้เสร็จสิ้น

ข้อสรุปเกี่ยวกับการมีอยู่ของอนุภาคของสนามแม่เหล็กไฟฟ้า - โฟตอน - มาจากงานของ M. Planck (1900) สมมติว่าพลังงานของรังสีแม่เหล็กไฟฟ้าจากวัตถุสีดำสนิทถูกหาปริมาณ พลังค์ได้สูตรสเปกตรัมรังสีที่ถูกต้อง ในการพัฒนาแนวคิดของพลังค์ A. Einstein (1905) ตั้งสมมติฐานว่ารังสีแม่เหล็กไฟฟ้า (แสง) แท้จริงแล้วเป็นการไหลของควอนตา (โฟตอน) แต่ละตัว และบนพื้นฐานนี้ก็ได้อธิบายกฎของเอฟเฟกต์โฟโตอิเล็กทริก หลักฐานการทดลองโดยตรงของการมีอยู่ของโฟตอนได้รับจาก R. Millikan (1912-1915) และ A. Compton (1922)

การค้นพบนิวตริโนซึ่งเป็นอนุภาคที่แทบจะไม่มีปฏิกิริยากับสสารนั้นเกิดจากการคาดเดาทางทฤษฎีของ W. Pauli (1930) ซึ่งเนื่องจากการสันนิษฐานว่ากำเนิดของอนุภาคดังกล่าวทำให้สามารถขจัดปัญหาทางกฎหมายได้ การอนุรักษ์พลังงานในกระบวนการสลายเบต้าของนิวเคลียสกัมมันตภาพรังสี การมีอยู่ของนิวทริโนได้รับการยืนยันจากการทดลองในปี พ.ศ. 2496 เท่านั้น (F. Reines และ K. Cowan, USA)

ตั้งแต่ยุค 30 ถึงต้นยุค 50 การศึกษาอนุภาคมูลฐานมีความสัมพันธ์อย่างใกล้ชิดกับการศึกษารังสีคอสมิก ในปี 1932 เค. แอนเดอร์สันค้นพบโพซิตรอน (e+) ในรังสีคอสมิก ซึ่งเป็นอนุภาคที่มีมวลอิเล็กตรอน แต่มีประจุไฟฟ้าเป็นบวก โพซิตรอนเป็นปฏิอนุภาคแรกที่ค้นพบ การดำรงอยู่ของ e+ ตามมาโดยตรงจากทฤษฎีสัมพัทธภาพของอิเล็กตรอน ซึ่งพัฒนาโดย P. Dirac (1928-31) ไม่นานก่อนการค้นพบโพซิตรอน ในปี 1936 นักฟิสิกส์ชาวอเมริกัน K. Anderson และ S. Neddermeyer ค้นพบในขณะที่ศึกษารังสีคอสมิก มิวออน (สัญญาณทั้งสองของประจุไฟฟ้า) - อนุภาคที่มีมวลประมาณ 200 มวลอิเล็กตรอน แต่อย่างอื่นก็มีคุณสมบัติใกล้เคียงกับ e-, e+ อย่างน่าประหลาดใจ

ในปี 1947 ในกลุ่มรังสีคอสมิกเช่นกัน กลุ่มของเอส. พาวเวลล์ค้นพบ p+ และ p-meson ที่มีมวลอิเล็กตรอน 274 ซึ่งมีบทบาทสำคัญในอันตรกิริยาของโปรตอนกับนิวตรอนในนิวเคลียส การมีอยู่ของอนุภาคดังกล่าวได้รับการเสนอแนะโดย H. Yukawa ในปี 1935

ช่วงปลายยุค 40 - ต้นยุค 50 ถูกค้นพบด้วยการค้นพบอนุภาคกลุ่มใหญ่ที่มีคุณสมบัติผิดปกติที่เรียกว่า “แปลก” อนุภาคแรกของกลุ่มนี้ K+- และ K- มีซอน, L-, S+ -, S- -, X- ไฮเปอร์รอน ถูกค้นพบในรังสีคอสมิก ต่อมามีการค้นพบอนุภาคแปลก ๆ ที่เครื่องเร่งความเร็ว - การติดตั้งที่สร้างกระแสที่รุนแรงของ โปรตอนและอิเล็กตรอนเร็ว เมื่อชนกับสสาร โปรตอนและอิเล็กตรอนที่มีความเร่งจะทำให้เกิดอนุภาคมูลฐานใหม่ ซึ่งกลายมาเป็นหัวข้อของการศึกษา

ตั้งแต่ต้นทศวรรษที่ 50 เครื่องเร่งปฏิกิริยาได้กลายเป็นเครื่องมือหลักในการศึกษาอนุภาคมูลฐาน ในยุค 70 พลังงานของอนุภาคที่ถูกเร่งในตัวเร่งความเร็วมีจำนวนนับหมื่นและหลายร้อยพันล้านอิเล็กตรอนโวลต์ (GeV) ความปรารถนาที่จะเพิ่มพลังงานของอนุภาคนั้นเกิดจากการที่พลังงานสูงเปิดโอกาสให้ศึกษาโครงสร้างของสสารในระยะทางที่สั้นลง พลังงานของอนุภาคที่ชนกันก็จะยิ่งสูงขึ้นเท่านั้น ตัวเร่งความเร็วได้เพิ่มอัตราการรับข้อมูลใหม่อย่างมีนัยสำคัญและในเวลาอันสั้นก็ขยายและเพิ่มพูนความรู้ของเราเกี่ยวกับคุณสมบัติของโลกใบเล็ก การใช้เครื่องเร่งปฏิกิริยาเพื่อศึกษาอนุภาคแปลก ๆ ทำให้สามารถศึกษาคุณสมบัติของพวกมันได้ละเอียดมากขึ้น โดยเฉพาะคุณสมบัติของการสลายตัว และในไม่ช้าก็นำไปสู่การค้นพบที่สำคัญ: การชี้แจงความเป็นไปได้ในการเปลี่ยนแปลงลักษณะของไมโครโพรเซสบางตัวระหว่างการทำงานของกระจก การสะท้อนกลับ - การละเมิดช่องว่าง ความเท่าเทียมกัน (1956) การทำงานของเครื่องเร่งโปรตอนด้วยพลังงานหลายพันล้านอิเล็กตรอนโวลต์ ทำให้สามารถค้นพบปฏิภาคหนักได้ เช่น แอนติโปรตอน (1955) แอนตินิวตรอน (1956) แอนติ-ซิกมาไฮเปอร์รอน (1960) ในปี พ.ศ. 2507 ได้มีการค้นพบ W- ไฮเปอร์รอนที่หนักที่สุด (ซึ่งมีมวลประมาณสองมวลโปรตอน) ในช่วงทศวรรษที่ 1960 ที่เครื่องเร่งความเร็ว มีการค้นพบอนุภาคที่ไม่เสถียรอย่างยิ่งจำนวนมาก (เมื่อเทียบกับอนุภาคมูลฐานที่ไม่เสถียรอื่นๆ) ที่เรียกว่า "เสียงสะท้อน" มวลของการสั่นพ้องส่วนใหญ่จะมากกว่ามวลของโปรตอน ตัวแรก D1 เป็นที่รู้จักมาตั้งแต่ปี 1953 ปรากฎว่าเสียงสะท้อนประกอบขึ้นเป็นอนุภาคมูลฐานจำนวนมาก

ในปี พ.ศ. 2505 พบว่ามีนิวตริโนอยู่ 2 ชนิด ได้แก่ อิเล็กตรอนและมิวออน ในปี 1964 สิ่งที่เรียกว่าการไม่อนุรักษ์ถูกค้นพบในการสลายตัวของ K-มีซอนที่เป็นกลาง ความเท่าเทียมกันแบบรวม (แนะนำโดย Li Tsung-dao และ Yang Zhen-ning และเป็นอิสระโดย L.D. Landau ในปี 1956) หมายถึงความจำเป็นในการแก้ไขมุมมองปกติเกี่ยวกับพฤติกรรมของกระบวนการทางกายภาพในระหว่างการดำเนินการของการสะท้อนเวลา

ในปี พ.ศ. 2517 อนุภาค y ที่มีมวลมาก (3-4 มวลโปรตอน) และในเวลาเดียวกันก็ถูกค้นพบ ซึ่งมีอายุการใช้งานยาวนานผิดปกติสำหรับการสั่นพ้อง พวกมันกลายเป็นความสัมพันธ์อย่างใกล้ชิดกับอนุภาคมูลฐานตระกูลใหม่ - อนุภาคที่ "มีเสน่ห์" ซึ่งตัวแทนกลุ่มแรก (D0, D+, Lc) ถูกค้นพบในปี 1976 ในปี 1975 ได้รับข้อมูลแรกเกี่ยวกับการมีอยู่ของ อะนาล็อกหนักของอิเล็กตรอนและมิวออน (เลปตันหนัก t) ในปี พ.ศ. 2520 ค้นพบอนุภาค Ў ที่มีมวลประมาณสิบโปรตอน

วางแผน

การแนะนำ

1. การค้นพบอนุภาคมูลฐาน

2. ทฤษฎีอนุภาคมูลฐาน

2.1. ไฟฟ้าพลศาสตร์ควอนตัม (QED)

2.2. ทฤษฎีควาร์ก

2.3. ทฤษฎีไฟฟ้าอ่อน

2.4. โครโมไดนามิกส์ควอนตัม

บทสรุป

วรรณกรรม

การแนะนำ.

ในช่วงกลางและครึ่งหลังของศตวรรษที่ 20 ผลลัพธ์ที่น่าอัศจรรย์อย่างแท้จริงได้รับในสาขาฟิสิกส์ที่ศึกษาโครงสร้างพื้นฐานของสสาร ประการแรกสิ่งนี้แสดงให้เห็นในการค้นพบอนุภาคย่อยอะตอมใหม่ทั้งหมด โดยปกติจะเรียกว่าอนุภาคมูลฐาน แต่ไม่ใช่ทั้งหมดที่เป็นอนุภาคมูลฐานอย่างแท้จริง ในทางกลับกันหลายอนุภาคประกอบด้วยอนุภาคมูลฐานมากกว่าเดิม

โลกแห่งอนุภาคมูลฐานมีความหลากหลายอย่างแท้จริง ซึ่งรวมถึงโปรตอนและนิวตรอนที่ประกอบเป็นนิวเคลียสของอะตอม เช่นเดียวกับอิเล็กตรอนที่โคจรรอบนิวเคลียส แต่ก็มีอนุภาคบางอย่างที่แทบจะไม่เคยพบในสสารรอบตัวเราเลย เวลาชีวิตของพวกเขาสั้นมาก มันเป็นเศษส่วนที่เล็กที่สุดของวินาที หลังจากช่วงเวลาอันแสนสั้นนี้ พวกมันจะสลายตัวเป็นอนุภาคธรรมดา มีอนุภาคอายุสั้นที่ไม่เสถียรจำนวนมากที่น่าทึ่ง ซึ่งหลายร้อยอนุภาคก็ทราบอยู่แล้ว

ในช่วงทศวรรษปี 1960 และ 1970 นักฟิสิกส์รู้สึกงุนงงไปหมดกับจำนวน ความหลากหลาย และความแปลกประหลาดของอนุภาคย่อยอะตอมที่เพิ่งค้นพบ ดูเหมือนจะไม่มีที่สิ้นสุดสำหรับพวกเขา ยังไม่ชัดเจนว่าทำไมจึงมีอนุภาคมากมาย อนุภาคมูลฐานเหล่านี้วุ่นวายและเป็นเศษสสารแบบสุ่มหรือไม่? หรือบางทีพวกเขาอาจเป็นกุญแจสำคัญในการทำความเข้าใจโครงสร้างของจักรวาล? พัฒนาการของฟิสิกส์ในทศวรรษต่อมาแสดงให้เห็นว่าไม่มีข้อสงสัยเกี่ยวกับการมีอยู่ของโครงสร้างดังกล่าว ในช่วงปลายศตวรรษที่ยี่สิบ ฟิสิกส์เริ่มเข้าใจความสำคัญของอนุภาคมูลฐานแต่ละอนุภาคแล้ว

โลกแห่งอนุภาคมูลฐานมีลักษณะเป็นลำดับที่ลึกและมีเหตุผล ลำดับนี้ขึ้นอยู่กับปฏิสัมพันธ์ทางกายภาพขั้นพื้นฐาน

1. การค้นพบอนุภาคมูลฐาน

การค้นพบอนุภาคมูลฐานเป็นผลตามธรรมชาติของความสำเร็จโดยทั่วไปในการศึกษาโครงสร้างของสสารที่ฟิสิกส์ทำได้เมื่อปลายศตวรรษที่ 19 จัดทำขึ้นโดยการศึกษาสเปกตรัมเชิงแสงของอะตอมอย่างครอบคลุม การศึกษาปรากฏการณ์ทางไฟฟ้าในของเหลวและก๊าซ การค้นพบโฟโตอิเล็กทริก รังสีเอกซ์ และกัมมันตภาพรังสีตามธรรมชาติ ซึ่งบ่งชี้ถึงการมีอยู่ของโครงสร้างที่ซับซ้อนของสสาร

ในอดีต อนุภาคมูลฐานแรกที่ค้นพบคืออิเล็กตรอน ซึ่งเป็นพาหะของประจุไฟฟ้ามูลฐานลบในอะตอม ในปี พ.ศ. 2440 เจ. เจ. ทอมสันได้ก่อตั้งสิ่งที่เรียกว่า รังสีแคโทดเกิดจากกระแสอนุภาคเล็กๆ ที่เรียกว่าอิเล็กตรอน ในปีพ. ศ. 2454 อี. รัทเธอร์ฟอร์ดส่งอนุภาคอัลฟ่าจากแหล่งกัมมันตภาพรังสีตามธรรมชาติผ่านฟอยล์บาง ๆ ของสารต่าง ๆ พบว่าประจุบวกในอะตอมนั้นมีความเข้มข้นในการก่อตัวขนาดกะทัดรัด - นิวเคลียสและในปี 1919 เขาค้นพบโปรตอน - อนุภาคที่มีหน่วยประจุบวก และมีมวลมากกว่ามวลอิเล็กตรอนถึง 1,840 เท่า อนุภาคอีกชนิดหนึ่งที่เป็นส่วนหนึ่งของนิวเคลียสคือนิวตรอนถูกค้นพบในปี 1932 โดย J. Chadwick ขณะศึกษาปฏิสัมพันธ์ของอนุภาคแอลฟากับเบริลเลียม นิวตรอนมีมวลใกล้เคียงกับโปรตอน แต่ไม่มีประจุไฟฟ้า การค้นพบนิวตรอนช่วยระบุอนุภาคซึ่งเป็นองค์ประกอบโครงสร้างของอะตอมและนิวเคลียสของพวกมันได้สำเร็จ

การค้นพบนิวตริโนซึ่งเป็นอนุภาคที่แทบจะไม่มีปฏิกิริยากับสสารนั้นเกิดจากการคาดเดาทางทฤษฎีของ W. Pauli (1930) ซึ่งเนื่องจากการสันนิษฐานว่ากำเนิดของอนุภาคดังกล่าวทำให้สามารถขจัดปัญหาทางกฎหมายได้ การอนุรักษ์พลังงานในกระบวนการสลายเบต้าของนิวเคลียสกัมมันตภาพรังสี การมีอยู่ของนิวตริโนได้รับการยืนยันจากการทดลองในปี พ.ศ. 2496 เท่านั้น (F. Reines และ K. Cowan, USA)

ตั้งแต่ยุค 30 ถึงต้นยุค 50 การศึกษาอนุภาคมูลฐานมีความสัมพันธ์อย่างใกล้ชิดกับการศึกษารังสีคอสมิก ในปี 1932 เค. แอนเดอร์สันค้นพบโพซิตรอน (e+) ในรังสีคอสมิก ซึ่งเป็นอนุภาคที่มีมวลอิเล็กตรอน แต่มีประจุไฟฟ้าเป็นบวก โพซิตรอนเป็นปฏิอนุภาคแรกที่ค้นพบ การดำรงอยู่ของ e+ ตามมาโดยตรงจากทฤษฎีสัมพัทธภาพของอิเล็กตรอน ซึ่งพัฒนาโดย P. Dirac (1928-31) ไม่นานก่อนการค้นพบโพซิตรอน ในปี 1936 นักฟิสิกส์ชาวอเมริกัน K. Anderson และ S. Neddermeyer ค้นพบในขณะที่ศึกษารังสีออสมิก มิวออน (สัญญาณทั้งสองของประจุไฟฟ้า) - อนุภาคที่มีมวลประมาณ 200 มวลอิเล็กตรอน แต่อย่างอื่นก็มีคุณสมบัติใกล้เคียงกับ e-, e+ อย่างน่าประหลาดใจ

ตั้งแต่ต้นทศวรรษที่ 50 เครื่องเร่งปฏิกิริยาได้กลายเป็นเครื่องมือหลักในการศึกษาอนุภาคมูลฐาน ในยุค 70 พลังงานของอนุภาคที่ถูกเร่งในตัวเร่งปฏิกิริยามีจำนวนนับหมื่นและหลายร้อยพันล้านอิเล็กตรอนโวลต์ (GeV) ความปรารถนาที่จะเพิ่มพลังงานของอนุภาคนั้นเกิดจากการที่พลังงานสูงเปิดโอกาสให้ศึกษาโครงสร้างของสสารในระยะทางที่สั้นลง พลังงานของอนุภาคที่ชนกันก็จะยิ่งสูงขึ้นเท่านั้น ตัวเร่งความเร็วได้เพิ่มอัตราการรับข้อมูลใหม่อย่างมีนัยสำคัญและในเวลาอันสั้นก็ขยายและเพิ่มพูนความรู้ของเราเกี่ยวกับคุณสมบัติของโลกใบเล็ก การใช้เครื่องเร่งปฏิกิริยาเพื่อศึกษาอนุภาคแปลก ๆ ทำให้สามารถศึกษาคุณสมบัติของพวกมันได้ละเอียดมากขึ้น โดยเฉพาะคุณสมบัติของการสลายตัว และในไม่ช้าก็นำไปสู่การค้นพบที่สำคัญ: การชี้แจงความเป็นไปได้ในการเปลี่ยนแปลงลักษณะของไมโครโพรเซสบางตัวระหว่างการทำงานของกระจก การสะท้อนกลับ - สิ่งที่เรียกว่า การละเมิดช่องว่าง ความเท่าเทียมกัน (1956) การทำงานของเครื่องเร่งโปรตอนด้วยพลังงานหลายพันล้านอิเล็กตรอนโวลต์ ทำให้สามารถค้นพบปฏิภาคหนักได้ เช่น แอนติโปรตอน (1955) แอนตินิวตรอน (1956) แอนติ-ซิกมาไฮเปอร์รอน (1960) ในปี พ.ศ. 2507 ได้มีการค้นพบ W- ไฮเปอร์รอนที่หนักที่สุด (ซึ่งมีมวลประมาณสองมวลโปรตอน) ในช่วงทศวรรษที่ 1960 ที่เครื่องเร่งความเร็ว มีการค้นพบอนุภาคที่ไม่เสถียรอย่างยิ่งจำนวนมาก (เมื่อเทียบกับอนุภาคมูลฐานที่ไม่เสถียรอื่นๆ) ที่เรียกว่า "เสียงสะท้อน" มวลของการสั่นพ้องส่วนใหญ่จะมากกว่ามวลของโปรตอน ตัวแรกคือ D1 (1232) เป็นที่รู้จักมาตั้งแต่ปี 1953 ปรากฎว่าเสียงสะท้อนประกอบขึ้นเป็นอนุภาคมูลฐานจำนวนมาก

ในปี พ.ศ. 2517 อนุภาค y ที่มีมวลมาก (3-4 มวลโปรตอน) และในเวลาเดียวกันก็ถูกค้นพบ ซึ่งมีอายุการใช้งานยาวนานผิดปกติสำหรับการสั่นพ้อง พวกมันกลายเป็นความสัมพันธ์อย่างใกล้ชิดกับอนุภาคมูลฐานตระกูลใหม่ - อนุภาค "มีเสน่ห์" ซึ่งตัวแทนกลุ่มแรก (D0, D+, Lс) ถูกค้นพบในปี 1976 ในปี 1975 ได้รับข้อมูลแรกเกี่ยวกับการมีอยู่ของ อะนาล็อกหนักของอิเล็กตรอนและมิวออน (เลปตันหนัก t) ในปี พ.ศ. 2520 ค้นพบอนุภาค Ў ที่มีมวลประมาณสิบโปรตอน

ดังนั้นในช่วงหลายปีที่ผ่านมานับตั้งแต่การค้นพบอิเล็กตรอน จึงมีการระบุอนุภาคขนาดเล็กที่แตกต่างกันจำนวนมากของสสาร โลกของอนุภาคมูลฐานกลายเป็นเรื่องที่ค่อนข้างซับซ้อน คุณสมบัติของอนุภาคมูลฐานที่ค้นพบกลายเป็นสิ่งที่คาดไม่ถึงในหลาย ๆ ด้าน เพื่ออธิบายสิ่งเหล่านี้ นอกเหนือจากคุณลักษณะที่ยืมมาจากฟิสิกส์คลาสสิก เช่น ประจุไฟฟ้า มวล โมเมนตัมเชิงมุมแล้ว ยังจำเป็นต้องแนะนำคุณลักษณะพิเศษใหม่ ๆ มากมาย โดยเฉพาะอย่างยิ่งในการอธิบายอนุภาคมูลฐานแปลก ๆ - ความแปลกประหลาด (K. Nishijima, M. Gell -ผู้ชาย , 1953), อนุภาคมูลฐาน "มีเสน่ห์" - "เสน่ห์" (นักฟิสิกส์ชาวอเมริกัน J. Bjorken, S. Glashow, 1964); ชื่อของคุณลักษณะที่กำหนดได้สะท้อนถึงความผิดปกติของคุณสมบัติของอนุภาคมูลฐานที่พวกเขาอธิบายไว้แล้ว

การศึกษาโครงสร้างภายในของสสารและคุณสมบัติของอนุภาคมูลฐานตั้งแต่ขั้นตอนแรกนั้นมาพร้อมกับการแก้ไขแนวคิดและแนวความคิดที่กำหนดไว้มากมายอย่างถึงรากถึงโคน กฎที่ควบคุมพฤติกรรมของสสารในสิ่งเล็กนั้นแตกต่างไปจากกฎของกลศาสตร์คลาสสิกและไฟฟ้าไดนามิกส์มากจนต้องมีโครงสร้างทางทฤษฎีใหม่ทั้งหมดในการอธิบาย

2. ทฤษฎีอนุภาคมูลฐาน

2.1. ไฟฟ้าพลศาสตร์ควอนตัม (QED)

กลศาสตร์ควอนตัมช่วยให้เราสามารถอธิบายการเคลื่อนที่ของอนุภาคมูลฐานได้ แต่ไม่ใช่การสร้างหรือการทำลายล้าง กล่าวคือ ใช้เพื่ออธิบายระบบที่มีจำนวนอนุภาคคงที่เท่านั้น ลักษณะทั่วไปของกลศาสตร์ควอนตัมคือทฤษฎีสนามควอนตัม ซึ่งเป็นทฤษฎีควอนตัมของระบบที่มีองศาอิสระเป็นจำนวนอนันต์ (สนามฟิสิกส์) ความต้องการทฤษฎีดังกล่าวเกิดขึ้นจากทวินิยมของคลื่นควอนตัม ซึ่งเป็นคุณสมบัติของคลื่นในอนุภาคทั้งหมด ในทฤษฎีสนามควอนตัม ปฏิสัมพันธ์เกิดขึ้นจากการแลกเปลี่ยนควอนตัมสนาม

ในช่วงกลางศตวรรษที่ยี่สิบ มีการสร้างทฤษฎีปฏิสัมพันธ์ทางแม่เหล็กไฟฟ้า - พลศาสตร์ไฟฟ้าควอนตัม QED เป็นทฤษฎีปฏิสัมพันธ์ระหว่างโฟตอนและอิเล็กตรอนที่คิดในรายละเอียดที่เล็กที่สุดและติดตั้งเครื่องมือทางคณิตศาสตร์ที่สมบูรณ์แบบ QED ขึ้นอยู่กับคำอธิบายของการโต้ตอบทางแม่เหล็กไฟฟ้าโดยใช้แนวคิดของโฟตอนเสมือน - พาหะของมัน ทฤษฎีนี้เป็นไปตามหลักการพื้นฐานของทั้งทฤษฎีควอนตัมและทฤษฎีสัมพัทธภาพ

จุดศูนย์กลางของทฤษฎีคือการวิเคราะห์การกระทำของการปล่อยหรือการดูดกลืนโฟตอนหนึ่งโดยอนุภาคที่มีประจุหนึ่งอนุภาค เช่นเดียวกับการทำลายล้างคู่อิเล็กตรอน-โพซิตรอนให้เป็นโฟตอน หรือการสร้างโฟตอนคู่ดังกล่าว

ถ้าอธิบายแบบคลาสสิกว่าอิเล็กตรอนถูกแสดงเป็นลูกบอลจุดแข็ง ดังนั้นใน QED สนามแม่เหล็กไฟฟ้าที่อยู่รอบ ๆ อิเล็กตรอนจะถือว่าเป็นกลุ่มเมฆของโฟตอนเสมือนที่ติดตามอิเล็กตรอนอย่างไม่หยุดยั้ง และล้อมรอบมันด้วยควอนตัมพลังงาน หลังจากที่อิเล็กตรอนปล่อยโฟตอนออกมา มันจะสร้างรูพรุนอิเล็กตรอน-โพซิตรอน (เสมือน) ซึ่งสามารถทำลายล้างเพื่อสร้างโฟตอนใหม่ได้ อย่างหลังสามารถดูดซับโดยโฟตอนดั้งเดิม แต่สามารถสร้างคู่ใหม่ได้ ฯลฯ ดังนั้นอิเล็กตรอนจึงถูกปกคลุมไปด้วยเมฆโฟตอน อิเล็กตรอน และโพซิตรอนเสมือน ซึ่งอยู่ในสภาวะสมดุลไดนามิก โฟตอนปรากฏขึ้นและหายไปอย่างรวดเร็ว และอิเล็กตรอนไม่เคลื่อนที่ในอวกาศตามวิถีที่กำหนดไว้อย่างชัดเจน ยังคงเป็นไปได้ไม่ทางใดก็ทางหนึ่งเพื่อกำหนดจุดเริ่มต้นและจุดสิ้นสุดของเส้นทาง - ก่อนและหลังการกระเจิง แต่เส้นทางในช่วงระหว่างจุดเริ่มต้นและจุดสิ้นสุดของการเคลื่อนไหวยังคงไม่แน่นอน

คำอธิบายปฏิสัมพันธ์โดยใช้อนุภาคพาหะนำไปสู่การขยายแนวคิดเรื่องโฟตอน ได้มีการนำเสนอแนวคิดเกี่ยวกับโฟตอนของจริง (ควอนตัมของแสงที่มองเห็นได้) และโฟตอนที่เสมือน (ที่วูบวาบ น่ากลัว) ซึ่ง "มองเห็น" ได้โดยอนุภาคที่มีประจุเท่านั้นที่กระเจิง

เพื่อทดสอบว่าทฤษฎีนี้สอดคล้องกับความเป็นจริงหรือไม่ นักฟิสิกส์จึงมุ่งเน้นไปที่ผลกระทบสองประการที่น่าสนใจเป็นพิเศษ ประเด็นแรกเกี่ยวข้องกับระดับพลังงานของอะตอมไฮโดรเจน ซึ่งเป็นอะตอมที่ง่ายที่สุด จากข้อมูลของ QED ระดับควรถูกเลื่อนเล็กน้อยโดยสัมพันธ์กับตำแหน่งที่พวกมันจะอยู่ในกรณีที่ไม่มีโฟตอนเสมือน การทดสอบขั้นเด็ดขาดครั้งที่สองของ QED เกี่ยวข้องกับการแก้ไขโมเมนต์แม่เหล็กของอิเล็กตรอนเองเพียงเล็กน้อยเท่านั้น ผลลัพธ์ทางทฤษฎีและการทดลองของการทดสอบ QED ตรงกับความแม่นยำสูงสุด - มีทศนิยมมากกว่าเก้าตำแหน่ง จดหมายโต้ตอบที่โดดเด่นดังกล่าวให้สิทธิ์ในการพิจารณา QED ซึ่งเป็นทฤษฎีวิทยาศาสตร์ธรรมชาติที่ก้าวหน้าที่สุดที่มีอยู่

หลังจากชัยชนะนี้ QED ถูกนำมาใช้เป็นแบบจำลองสำหรับคำอธิบายควอนตัมของการโต้ตอบพื้นฐานอีกสามรายการ แน่นอนว่า ฟิลด์ที่เกี่ยวข้องกับปฏิสัมพันธ์อื่นๆ จะต้องสอดคล้องกับอนุภาคพาหะอื่นๆ

2.2. ทฤษฎีควาร์ก

ทฤษฎีควาร์กเป็นทฤษฎีโครงสร้างของฮาดรอน แนวคิดหลักของทฤษฎีนี้ง่ายมาก ฮาดรอนทั้งหมดประกอบด้วยอนุภาคขนาดเล็กกว่าที่เรียกว่าควาร์ก ซึ่งหมายความว่าควาร์กเป็นอนุภาคมูลฐานมากกว่าฮาดรอน ควาร์กมีประจุไฟฟ้าแบบเศษส่วน โดยจะมีประจุที่มีค่าเป็น -1/3 หรือ +2/3 ของหน่วยพื้นฐาน นั่นคือประจุของอิเล็กตรอน การรวมกันของสองและสามควาร์กสามารถมีประจุรวมเป็นศูนย์หรือหนึ่งได้ ควาร์กทุกตัวมีสปิน S จึงจัดเป็นเฟอร์มิออน ผู้ก่อตั้งทฤษฎีควาร์กคือ Gell-Mann และ Zweig เพื่อพิจารณาทุกสิ่งที่รู้จักในยุค 60 ฮาดรอนได้แนะนำควาร์กสามประเภท (รสชาติ) ได้แก่ u (จากบน-บน), d (จากล่าง-ล่าง) และ s (จากแปลก-แปลก)

ควาร์กสามารถรวมเข้าด้วยกันได้ด้วยวิธีใดวิธีหนึ่งที่เป็นไปได้: ในแฝดสามหรือคู่ควาร์ก-แอนติควาร์ก ควาร์กสามตัวประกอบกันเป็นอนุภาคที่ค่อนข้างหนัก - แบริออน ซึ่งแปลว่า "อนุภาคหนัก" แบริออนที่รู้จักกันดีที่สุดคือนิวตรอนและโปรตอน คู่ควาร์ก-แอนติควาร์กที่เบากว่าก่อตัวเป็นอนุภาคที่เรียกว่ามีซอน - "อนุภาคระดับกลาง" ตัวอย่างเช่น โปรตอนประกอบด้วยยู-ควาร์ก 2 ตัว และ d-ควาร์ก 1 ตัว (uud) และนิวตรอน 1 ตัวประกอบด้วย d-ควาร์ก 2 ตัวและยู-ควาร์ก 1 ตัว (udd) เพื่อไม่ให้ควาร์ก “ทั้งสาม” นี้สลายตัว จำเป็นต้องมีแรงยึดเกาะ "กาว" บางอย่าง

ปรากฎว่าปฏิกิริยาที่เกิดขึ้นระหว่างนิวตรอนและโปรตอนในนิวเคลียสเป็นเพียงผลตกค้างของปฏิสัมพันธ์ที่ทรงพลังกว่าระหว่างควาร์กเอง สิ่งนี้อธิบายว่าทำไมการโต้ตอบที่รุนแรงจึงดูซับซ้อนมาก เมื่อโปรตอน "เกาะติด" กับนิวตรอนหรือโปรตอนตัวอื่น ปฏิกิริยาดังกล่าวจะเกี่ยวข้องกับควาร์ก 6 ตัว ซึ่งแต่ละตัวมีปฏิกิริยากับตัวอื่นๆ ทั้งหมด แรงส่วนสำคัญถูกใช้ไปกับการติดควาร์กสามตัวให้แน่น และส่วนเล็กๆ ถูกใช้ไปกับการยึดควาร์กสองตัวเข้าด้วยกัน (แต่ปรากฏว่าควาร์กยังมีส่วนร่วมในปฏิกิริยาแบบอ่อนด้วย ปฏิกิริยาแบบอ่อนสามารถเปลี่ยนรสชาติของควาร์กได้ นี่คือวิธีที่นิวตรอนสลายตัว หนึ่งใน d-ควาร์กในนิวตรอนกลายเป็นยูควาร์ก และ ประจุส่วนเกินจะถูกพาออกไปโดยอิเล็กตรอนที่เกิดในเวลาเดียวกัน การเปลี่ยนแปลงรสชาติ ปฏิกิริยาที่อ่อนแอจะนำไปสู่การสลายฮาดรอนอื่นๆ)

ความจริงที่ว่าฮาดรอนที่รู้จักทั้งหมดสามารถหาได้จากการรวมกันของอนุภาคพื้นฐานทั้งสามชนิด ถือเป็นชัยชนะของทฤษฎีควาร์ก แต่ในยุค 70 มีการค้นพบแฮดรอนใหม่ (อนุภาค psi, อัพไซลอนมีซอน ฯลฯ) สิ่งนี้กระทบต่อทฤษฎีควาร์กเวอร์ชันแรก เนื่องจากไม่มีที่ว่างสำหรับอนุภาคใหม่ในนั้นอีกต่อไป การรวมกันของควาร์กและแอนติควาร์กที่เป็นไปได้ทั้งหมดได้หมดลงแล้ว

ปัญหาได้รับการแก้ไขด้วยการนำเสนอรสชาติใหม่สามรสชาติ พวกเขาได้รับชื่อ - เสน่ห์ (เสน่ห์) หรือด้วย; b -quark (จากล่าง - ล่างและบ่อยครั้งที่ความงาม - ความงามหรือเสน่ห์); ต่อจากนั้นก็มีการแนะนำรสชาติอื่น - t (จากบน - บน)

ควาร์กถูกยึดไว้ด้วยกันโดยการมีปฏิสัมพันธ์ที่รุนแรง พาหะของปฏิกิริยารุนแรงคือกลูออน (ประจุสี) สาขาฟิสิกส์ของอนุภาคที่ศึกษาปฏิสัมพันธ์ของควาร์กและกลูออนเรียกว่าควอนตัมโครโมไดนามิกส์ เช่นเดียวกับที่ไฟฟ้าพลศาสตร์ควอนตัมเป็นทฤษฎีปฏิสัมพันธ์ทางแม่เหล็กไฟฟ้า ควอนตัมโครโมไดนามิกส์ก็เป็นทฤษฎีปฏิสัมพันธ์ที่รุนแรง

แม้ว่าจะมีความไม่พอใจกับโครงการควาร์กอยู่บ้าง แต่นักฟิสิกส์ส่วนใหญ่ถือว่าควาร์กเป็นอนุภาคมูลฐานอย่างแท้จริง ซึ่งมีลักษณะคล้ายจุด แบ่งแยกไม่ได้ และไม่มีโครงสร้างภายใน ในแง่นี้พวกมันมีลักษณะคล้ายเลปตัน และเชื่อกันมานานแล้วว่าจะต้องมีความสัมพันธ์อันลึกซึ้งระหว่างสองตระกูลที่แตกต่างกันแต่มีโครงสร้างคล้ายคลึงกัน

ดังนั้น จำนวนอนุภาคมูลฐานที่แท้จริงที่เป็นไปได้มากที่สุด (ไม่นับพาหะของปฏิกิริยาพื้นฐาน) ในช่วงปลายศตวรรษที่ 20 คือ 48 ในจำนวนนี้: เลปตัน (6x2) = 12 บวกควาร์ก (6x3)x2 = 36

2.3. ทฤษฎีไฟฟ้าอ่อน

ในช่วงทศวรรษที่ 70 ของศตวรรษที่ 20 เหตุการณ์ที่โดดเด่นเกิดขึ้นในวิทยาศาสตร์ธรรมชาติ: ปฏิสัมพันธ์ทางฟิสิกส์สองในสี่ถูกรวมเข้าเป็นหนึ่งเดียว ภาพของหลักการพื้นฐานของธรรมชาติค่อนข้างง่ายขึ้น ปฏิกิริยาทางแม่เหล็กไฟฟ้าและปฏิกิริยาที่อ่อนแอซึ่งดูเหมือนจะแตกต่างกันมากในธรรมชาติจริง ๆ แล้วกลายเป็นสิ่งที่เรียกว่าสิ่งเดียวสองแบบ ปฏิสัมพันธ์ทางไฟฟ้าอ่อน ทฤษฎีปฏิสัมพันธ์ระหว่างอิเล็กโทรอ่อนแอมีอิทธิพลชี้ขาดต่อการพัฒนาต่อไปของฟิสิกส์อนุภาคเบื้องต้นในช่วงปลายศตวรรษที่ 20

แนวคิดหลักในการสร้างทฤษฎีนี้คือการอธิบายปฏิสัมพันธ์ที่อ่อนแอในภาษาของแนวคิดของสนามเกจ ซึ่งกุญแจสำคัญในการทำความเข้าใจธรรมชาติของการโต้ตอบคือสมมาตร หนึ่งในแนวคิดพื้นฐานทางฟิสิกส์ในช่วงครึ่งหลังของศตวรรษที่ยี่สิบ - นี่คือความเชื่อที่ว่าปฏิสัมพันธ์ทั้งหมดมีอยู่เพื่อรักษาชุดของความสมมาตรเชิงนามธรรมในธรรมชาติเท่านั้น ความสมมาตรเกี่ยวอะไรกับการโต้ตอบพื้นฐาน? เมื่อมองแวบแรก ข้อสันนิษฐานของการมีอยู่ของการเชื่อมต่อดังกล่าวดูเหมือนจะขัดแย้งและไม่สามารถเข้าใจได้

ก่อนอื่น เกี่ยวกับความหมายของความสมมาตร เป็นที่ยอมรับกันโดยทั่วไปว่าวัตถุมีความสมมาตรหากวัตถุยังคงไม่เปลี่ยนแปลงอันเป็นผลมาจากการดำเนินการอย่างใดอย่างหนึ่งในการแปลงวัตถุ ดังนั้น ทรงกลมจึงสมมาตรเพราะมันดูเหมือนกันเมื่อหมุนไปมุมใดก็ตามที่สัมพันธ์กับศูนย์กลาง กฎของไฟฟ้ามีความสมมาตรเกี่ยวกับการแทนที่ประจุบวกด้วยประจุลบและในทางกลับกัน ดังนั้น โดยความสมมาตร เราหมายถึงค่าคงที่ภายใต้การดำเนินการบางอย่าง

ความสมมาตรมีหลายประเภท: เรขาคณิต, กระจกเงา, ไม่ใช่เรขาคณิต ในบรรดาสิ่งที่ไม่ใช่เรขาคณิตมีสิ่งที่เรียกว่า สมมาตรของเกจ- สมมาตรของมาตรวัดมีลักษณะเป็นนามธรรมและไม่ได้รับการแก้ไขโดยตรง มีความเกี่ยวข้องกับการเปลี่ยนแปลงข้อมูลอ้างอิง ระดับ ขนาด หรือมูลค่าปริมาณทางกายภาพบางส่วน - ระบบจะมีเกจสมมาตรหากธรรมชาติของมันยังคงไม่เปลี่ยนแปลงภายใต้การเปลี่ยนแปลงประเภทนี้ตัวอย่างเช่น ในวิชาฟิสิกส์ งานขึ้นอยู่กับส่วนสูงที่แตกต่างกัน ไม่ใช่ส่วนสูงสัมบูรณ์ แรงดันไฟฟ้า - จากความต่างศักย์และไม่ใช่จากค่าสัมบูรณ์ ฯลฯ สมมาตรที่การแก้ไขความเข้าใจของการโต้ตอบพื้นฐานทั้งสี่นั้นเป็นไปตามประเภทนี้อย่างแม่นยำ การแปลงเกจอาจเป็นแบบโกลบอลหรือระดับท้องถิ่นก็ได้ การแปลงเกจที่แตกต่างกันไปในแต่ละจุดเรียกว่าการแปลงเกจ "เฉพาะที่" โดยธรรมชาติแล้วมีความสมมาตรของเกจท้องถิ่นจำนวนหนึ่ง และจำเป็นต้องมีฟิลด์จำนวนที่เหมาะสมเพื่อชดเชยการเปลี่ยนแปลงเกจเหล่านี้ สนามแรงถือได้ว่าเป็นวิธีหนึ่งในการสร้างความสมมาตรของเกจท้องถิ่นซึ่งมีอยู่ในธรรมชาติความสำคัญของแนวคิดเรื่องสมมาตรเกจก็คือ ในทางทฤษฎีแล้ว มันจำลองปฏิสัมพันธ์พื้นฐานทั้งสี่ที่พบในธรรมชาติในทางทฤษฎี ทั้งหมดถือได้ว่าเป็นเขตข้อมูลเกจ

นักฟิสิกส์เป็นตัวแทนของปฏิสัมพันธ์ที่อ่อนแอในฐานะสนามเกจ โดยเริ่มจากข้อเท็จจริงที่ว่าอนุภาคทั้งหมดที่มีส่วนร่วมในปฏิกิริยาที่อ่อนแอนั้นทำหน้าที่เป็นแหล่งกำเนิดของสนามประเภทใหม่ - สนามของแรงที่อ่อนแอ อนุภาคที่มีปฏิกิริยาโต้ตอบอย่างอ่อน เช่น อิเล็กตรอนและนิวทริโน จะมี "ประจุอ่อน" ซึ่งคล้ายคลึงกับประจุไฟฟ้าและจับอนุภาคเหล่านี้เข้ากับสนามอ่อน

ในการแสดงฟิลด์ปฏิสัมพันธ์ที่อ่อนแอเป็นฟิลด์เกจ ขั้นแรกจำเป็นต้องสร้างรูปแบบที่แน่นอนของสมมาตรเกจที่สอดคล้องกัน ความจริงก็คือความสมมาตรของปฏิสัมพันธ์ที่อ่อนแอนั้นซับซ้อนกว่าแม่เหล็กไฟฟ้ามาก ท้ายที่สุดกลไกของการโต้ตอบนี้ก็มีความซับซ้อนมากขึ้น ประการแรก เมื่อนิวตรอนสลายตัว ปฏิกิริยาที่อ่อนแอจะเกี่ยวข้องกับอนุภาคอย่างน้อยสี่ประเภทที่แตกต่างกัน (นิวตรอน โปรตอน อิเล็กตรอน และนิวตริโน) ประการที่สอง การกระทำของกองกำลังที่อ่อนแอทำให้เกิดการเปลี่ยนแปลงในธรรมชาติ (การเปลี่ยนแปลงของอนุภาคบางส่วนไปเป็นอนุภาคอื่นเนื่องจากการมีปฏิสัมพันธ์ที่อ่อนแอ) ในทางตรงกันข้าม ปฏิสัมพันธ์ทางแม่เหล็กไฟฟ้าจะไม่เปลี่ยนลักษณะของอนุภาคที่เข้าร่วม

สิ่งนี้กำหนดความจริงที่ว่าปฏิสัมพันธ์ที่อ่อนแอนั้นสอดคล้องกับสมมาตรเกจที่ซับซ้อนมากขึ้นซึ่งสัมพันธ์กับการเปลี่ยนแปลงลักษณะของอนุภาค ปรากฎว่าเพื่อรักษาความสมมาตร จำเป็นต้องมีสนามแรงใหม่สามสนามที่นี่ ซึ่งต่างจากสนามแม่เหล็กไฟฟ้าสนามเดียว ได้รับคำอธิบายควอนตัมของทั้งสามฟิลด์นี้ด้วย: ควรมีอนุภาคใหม่สามประเภท - พาหะของการโต้ตอบหนึ่งอันสำหรับแต่ละฟิลด์ พวกมันทั้งหมดเรียกว่าเฮฟวี่เวคเตอร์โบซอนที่มีสปิน 1 และเป็นพาหะของปฏิกิริยาที่อ่อนแอ

อนุภาค W + และ W - เป็นพาหะของสองในสามฟิลด์ที่เกี่ยวข้องกับปฏิสัมพันธ์ที่อ่อนแอ ช่องที่สามสอดคล้องกับอนุภาคพาหะที่เป็นกลางทางไฟฟ้า เรียกว่าอนุภาค Z การมีอยู่ของอนุภาค Z หมายความว่าปฏิกิริยาที่อ่อนแออาจไม่มาพร้อมกับการถ่ายโอนประจุไฟฟ้า

แนวคิดเรื่องการทำลายสมมาตรที่เกิดขึ้นเองมีบทบาทสำคัญในการสร้างทฤษฎีปฏิสัมพันธ์แบบอิเล็กโทรอ่อนแอ ไม่ใช่ทุกวิธีแก้ปัญหาจะต้องมีคุณสมบัติทั้งหมดในระดับเดิม ดังนั้นอนุภาคที่แตกต่างกันอย่างสิ้นเชิงที่พลังงานต่ำอาจกลายเป็นอนุภาคเดียวกันได้จริงที่พลังงานสูง แต่อยู่ในสถานะที่ต่างกัน จากแนวคิดเรื่องการทำลายสมมาตรที่เกิดขึ้นเอง ผู้เขียนทฤษฎีปฏิสัมพันธ์แบบอิเล็กโตรอ่อนแอ Weinberg และ Salam สามารถแก้ไขปัญหาทางทฤษฎีที่ยิ่งใหญ่ได้ - พวกเขารวมสิ่งต่าง ๆ ที่ดูเหมือนจะเข้ากันไม่ได้ (มวลสำคัญของผู้ให้บริการปฏิสัมพันธ์ที่อ่อนแอในอีกด้านหนึ่ง และแนวคิดเรื่องความไม่แปรปรวนของเกจ ซึ่งถือว่าธรรมชาติในระยะยาวของสนามเกจ และหมายถึงมวลนิ่งของอนุภาคพาหะเป็นศูนย์ ในทางกลับกัน) และด้วยเหตุนี้จึงรวมแม่เหล็กไฟฟ้าและปฏิสัมพันธ์ที่อ่อนแอในทฤษฎีสนามเกจแบบรวม

ทฤษฎีนี้นำเสนอเพียงสี่ฟิลด์: สนามแม่เหล็กไฟฟ้าและสามฟิลด์ที่สอดคล้องกับปฏิกิริยาที่อ่อนแอ นอกจากนี้ ยังมีการใช้สนามสเกลาร์คงที่ (ที่เรียกว่าสนามฮิกส์) ซึ่งอนุภาคมีปฏิสัมพันธ์ต่างกัน ซึ่งเป็นตัวกำหนดความแตกต่างของมวล (ควอนตัมสนามสเกลาร์เป็นอนุภาคมูลฐานชนิดใหม่ที่มีการหมุนเป็นศูนย์ เรียกว่า Higgs (ตั้งชื่อตามนักฟิสิกส์ P. Higgs ผู้แนะนำว่ามีอยู่จริง) จำนวนของ Higgs boson ดังกล่าวสามารถมีได้หลายโหล โบซอนดังกล่าวยังไม่ได้ถูกค้นพบในการทดลอง ยิ่งไปกว่านั้น นักฟิสิกส์จำนวนหนึ่งพิจารณาว่าการมีอยู่ของพวกมันนั้นไม่จำเป็น แต่ยังไม่พบแบบจำลองทางทฤษฎีที่สมบูรณ์แบบที่ไม่มีฮิกส์โบซอน) ในตอนแรก ควอนตัม W และ Z ไม่มีมวล แต่การทำลายแบบสมมาตรนำไปสู่ความจริงที่ว่าอนุภาคฮิกส์บางตัวผสานกับ W และ อนุภาค Z ทำให้พวกมันมีมวล

ทฤษฎีอธิบายความแตกต่างในคุณสมบัติของแม่เหล็กไฟฟ้าและปฏิกิริยาที่อ่อนแอโดยการทำลายสมมาตร หากความสมมาตรไม่เสีย ปฏิสัมพันธ์ทั้งสองจะมีขนาดที่เทียบเคียงได้ การทำลายแบบสมมาตรส่งผลให้ปฏิสัมพันธ์ที่อ่อนแอลดลงอย่างมาก เราสามารถพูดได้ว่าปฏิสัมพันธ์ที่อ่อนแอนั้นมีน้อยมากเพราะอนุภาค W และ Z นั้นมีมวลมาก Leptons ไม่ค่อยมารวมตัวกันในระยะทางสั้น ๆ เช่นนี้ (r< 1 0 n см., где n = - 1 6). Но при больших энергиях (>1 0 0 GeV) เมื่ออนุภาค W และ Z สามารถผลิตได้อย่างอิสระ การแลกเปลี่ยนโบซอนของ W และ Z จะเกิดขึ้นได้ง่ายพอๆ กับการแลกเปลี่ยนโฟตอน (อนุภาคไร้มวล) ความแตกต่างระหว่างโฟตอนและโบซอนจะถูกลบทิ้งไป ภายใต้เงื่อนไขเหล่านี้ ปฏิกิริยาระหว่างแม่เหล็กไฟฟ้าและปฏิกิริยาอ่อนควรมีความสมมาตรโดยสมบูรณ์ นั่นคือปฏิสัมพันธ์ทางแม่เหล็กไฟฟ้าที่อ่อนแอ

การทดสอบทฤษฎีใหม่ประกอบด้วยการยืนยันการมีอยู่ของอนุภาค W และ Z สมมุติฐาน การค้นพบของพวกเขาเกิดขึ้นได้ก็ต่อเมื่อมีการสร้างเครื่องเร่งความเร็วขนาดใหญ่มากประเภทใหม่ล่าสุดเท่านั้น การค้นพบอนุภาค W และ Z ในปี 1983 ถือเป็นชัยชนะของทฤษฎีปฏิสัมพันธ์อิเล็กโทรอ่อนแอ ไม่จำเป็นต้องพูดถึงปฏิสัมพันธ์พื้นฐานทั้งสี่อีกต่อไป เหลืออยู่สามคน

2.4. โครโมไดนามิกส์ควอนตัม

ขั้นตอนต่อไปบนเส้นทางสู่การรวมเป็นหนึ่งอันยิ่งใหญ่ของปฏิสัมพันธ์พื้นฐานคือการรวมปฏิสัมพันธ์ที่เข้มแข็งเข้ากับปฏิสัมพันธ์ทางไฟฟ้าที่อ่อนแอ ในการทำเช่นนี้จำเป็นต้องให้คุณสมบัติของสนามเกจแก่ปฏิสัมพันธ์ที่แข็งแกร่งและแนะนำแนวคิดทั่วไปเกี่ยวกับสมมาตรของไอโซโทป ปฏิสัมพันธ์ที่รุนแรงอาจถือได้ว่าเป็นผลมาจากการแลกเปลี่ยนกลูออน ซึ่งทำให้ควาร์กจับตัวกัน (เป็นคู่หรือแฝดสาม) เข้ากับแฮดรอนได้

แนวคิดที่นี่มีดังนี้ ควาร์กแต่ละตัวมีประจุไฟฟ้าแบบอะนาล็อก ซึ่งทำหน้าที่เป็นแหล่งกำเนิดของสนามกลูออน มันถูกเรียกว่าสี (แน่นอนว่าชื่อนี้ไม่เกี่ยวข้องกับสีธรรมดา) หากสนามแม่เหล็กไฟฟ้าถูกสร้างขึ้นจากประจุประเภทเดียว ก็จำเป็นต้องใช้ประจุสีที่แตกต่างกันสามประจุเพื่อสร้างสนามกลูออนที่ซับซ้อนมากขึ้น ควาร์กแต่ละตัวมี "สี" หนึ่งในสามสีที่เป็นไปได้ ซึ่งค่อนข้างจะเรียกว่าสีแดง เขียว และน้ำเงิน ดังนั้นของเก่าจึงต่อต้านสีแดง ต่อต้านสีเขียว และต่อต้านสีน้ำเงิน

ในขั้นต่อไป ทฤษฎีปฏิสัมพันธ์ที่รุนแรงได้รับการพัฒนาตามรูปแบบเดียวกันกับทฤษฎีปฏิสัมพันธ์ที่อ่อนแอ ข้อกำหนดของสมมาตรเกจเฉพาะที่ (เช่น ค่าคงที่เกี่ยวกับการเปลี่ยนสีในแต่ละจุดในปริภูมิ) นำไปสู่ความจำเป็นในการแนะนำสนามแรงชดเชย จำเป็นต้องมีสนามพลังชดเชยใหม่ทั้งหมดแปดสนาม อนุภาคที่พาสนามเหล่านี้คือกลูออน ดังนั้นทฤษฎีจึงบอกเป็นนัยว่าควรมีกลูออนที่แตกต่างกันมากถึงแปดประเภท (ในขณะที่มีตัวพาเพียงตัวเดียวของปฏิกิริยาทางแม่เหล็กไฟฟ้า (โฟตอน) และมีตัวพาสามตัวของอันตรกิริยาแบบอ่อน) กลูออนมีมวลนิ่งและการหมุนเป็นศูนย์ 1 กลูออนก็มีสีที่แตกต่างกันเช่นกัน แต่ไม่บริสุทธิ์ แต่ผสมกัน (เช่น , สีน้ำเงิน- ต่อต้านสีเขียว) ดังนั้นการปล่อยหรือการดูดซึมกลูออนจึงเกิดขึ้นพร้อมกับการเปลี่ยนแปลงสีของควาร์ก (“การเล่นของสี”) ตัวอย่างเช่น ควาร์กสีแดงสูญเสียกลูออนสีแดงต้านสีน้ำเงิน กลายเป็นควาร์กสีน้ำเงิน และควาร์กสีเขียวที่ดูดซับกลูออนสีน้ำเงินต้านสีเขียว กลายเป็นควาร์กสีน้ำเงิน ตัวอย่างเช่น ในโปรตอน ควาร์กสามตัวแลกเปลี่ยนกลูออนอยู่ตลอดเวลา และเปลี่ยนสีของมัน อย่างไรก็ตาม การเปลี่ยนแปลงดังกล่าวไม่ได้เป็นไปตามอำเภอใจ แต่อยู่ภายใต้กฎที่เข้มงวด: ในเวลาใดก็ตาม สี "ทั้งหมด" ของควาร์กสามตัวจะต้องเป็นแสงสีขาว กล่าวคือ ผลรวม "แดง + เขียว + น้ำเงิน" นอกจากนี้ยังใช้กับมีซอนที่ประกอบด้วยคู่ควาร์ก-แอนติควาร์กด้วย เนื่องจากแอนติควาร์กมีลักษณะเป็นแอนติสี การรวมกันดังกล่าวจึงไม่มีสี (“สีขาว”) อย่างเห็นได้ชัด ตัวอย่างเช่น ควาร์กสีแดงเมื่อรวมกับแอนติเรดควาร์กจะทำให้เกิดมีซอนไม่มีสี

จากมุมมองของโครโมไดนามิกส์ควอนตัม (ทฤษฎีสีควอนตัม) ปฏิสัมพันธ์ที่แข็งแกร่งนั้นไม่มีอะไรมากไปกว่าความปรารถนาที่จะรักษาความสมมาตรเชิงนามธรรมของธรรมชาติ: การรักษาสีขาวของแฮดรอนทั้งหมดในขณะที่เปลี่ยนสีของส่วนประกอบของมัน โครโมไดนามิกส์ควอนตัมอธิบายกฎเกณฑ์ที่ว่าควาร์กทุกตัวเป็นไปตามกฎ ปฏิกิริยาของกลูออนซึ่งกันและกัน (กลูออนสามารถสลายตัวเป็นสองกลูออนหรือรวมกลูออนสองอันเป็นหนึ่งเดียวได้ นั่นคือสาเหตุที่เงื่อนไขที่ไม่เป็นเชิงเส้นปรากฏในสมการสนามกลูออน) โครงสร้างที่ซับซ้อน ของฮาดรอนที่ประกอบด้วย "แต่งตัว" เป็นกลุ่มเมฆควาร์ก ฯลฯ

อาจเร็วเกินไปที่จะประเมินโครโมไดนามิกส์ควอนตัมว่าเป็นทฤษฎีที่สมบูรณ์และสมบูรณ์ของการมีปฏิสัมพันธ์ที่รุนแรง แต่ความสำเร็จของมันก็มีแนวโน้มที่ดี

บทสรุป.

ต้นกำเนิดของคุณสมบัติหลายประการของอนุภาคมูลฐานและธรรมชาติของปฏิกิริยาระหว่างกันยังคงไม่ชัดเจนมากนัก อาจเป็นไปได้ว่าจำเป็นต้องมีการปรับโครงสร้างความคิดทั้งหมดมากกว่าหนึ่งครั้งและความเข้าใจที่ลึกซึ้งมากขึ้นเกี่ยวกับความสัมพันธ์ระหว่างคุณสมบัติของอนุภาคขนาดเล็กและคุณสมบัติทางเรขาคณิตของกาลอวกาศก่อนที่จะสร้างทฤษฎีอนุภาคมูลฐาน

วรรณกรรม

Alekseev V.P. การก่อตัวของมนุษยชาติ ม., 1984. บอร์ เอ็น. ฟิสิกส์อะตอมกับการรับรู้ของมนุษย์ M. , 1961 เกิดทฤษฎีสัมพัทธภาพของ M. Einstein

ดอร์ฟแมน ยาจี ประวัติศาสตร์ฟิสิกส์โลกตั้งแต่ต้นศตวรรษที่ 19 ถึงกลางศตวรรษที่ 20 ม., 1979.

Kempfer F. เส้นทางสู่ฟิสิกส์สมัยใหม่ ม., 1972.

เนย์ดิช วี.เอ็ม. แนวความคิดของวิทยาศาสตร์ธรรมชาติสมัยใหม่ คู่มือการศึกษา ม., 1999.

บาเชนอฟ แอล.บี. โครงสร้างและหน้าที่ของทฤษฎีวิทยาศาสตร์ธรรมชาติ ม., 1978.

โรเซนธาล อิล. อนุภาคมูลฐานและโครงสร้างของจักรวาล ม. 2527

แนวคิดที่ว่าโลกประกอบด้วยอนุภาคมูลฐานมีประวัติอันยาวนาน เป็นครั้งแรกที่แนวคิดเรื่องการมีอยู่ของอนุภาคที่มองไม่เห็นที่เล็กที่สุดซึ่งประกอบเป็นวัตถุรอบข้างทั้งหมดถูกแสดงออกมาเมื่อ 400 ปีก่อนคริสตกาลโดยเดโมคริตุส นักปรัชญาชาวกรีก เขาเรียกอนุภาคเหล่านี้ว่าอะตอม ซึ่งก็คืออนุภาคที่แบ่งแยกไม่ได้ วิทยาศาสตร์เริ่มใช้แนวคิดเรื่องอะตอมเมื่อต้นศตวรรษที่ 19 เท่านั้นเมื่อบนพื้นฐานนี้จึงสามารถอธิบายปรากฏการณ์ทางเคมีจำนวนหนึ่งได้ ในช่วงทศวรรษที่ 30 ของศตวรรษที่ 19 ในทฤษฎีอิเล็กโทรไลซิสที่พัฒนาโดย M. Faraday แนวคิดของไอออนปรากฏขึ้นและวัดประจุเบื้องต้น แต่ตั้งแต่ประมาณกลางศตวรรษที่ 19 ข้อเท็จจริงเชิงทดลองเริ่มปรากฏให้เห็นซึ่งทำให้เกิดความสงสัยในแนวคิดเรื่องการแบ่งแยกอะตอมไม่ได้ ผลการทดลองเหล่านี้ชี้ให้เห็นว่าอะตอมมีโครงสร้างที่ซับซ้อนและมีอนุภาคที่มีประจุไฟฟ้าอยู่ด้วย สิ่งนี้ได้รับการยืนยันโดยนักฟิสิกส์ชาวฝรั่งเศส Henri Becquerel ผู้ค้นพบปรากฏการณ์กัมมันตภาพรังสีในปี พ.ศ. 2439

ตามมาด้วยการค้นพบอนุภาคมูลฐานตัวแรกโดยนักฟิสิกส์ชาวอังกฤษ ทอมสัน ในปี พ.ศ. 2440 ในที่สุดอิเล็กตรอนก็ได้รับสถานะของวัตถุทางกายภาพจริงและกลายเป็นอนุภาคมูลฐานตัวแรกที่รู้จักในประวัติศาสตร์ของมนุษย์ มวลของมันน้อยกว่ามวลอะตอมไฮโดรเจนประมาณ 2,000 เท่าและเท่ากับ:

ม. = 9.11*10^(-31) กก.

ประจุไฟฟ้าลบของอิเล็กตรอนเรียกว่า ประจุไฟฟ้าเบื้องต้น และมีค่าเท่ากับ:

อี = 0.60*10^(-19) Cl.

การวิเคราะห์สเปกตรัมของอะตอมแสดงให้เห็นว่าการหมุนของอิเล็กตรอนเท่ากับ 1/2 และโมเมนต์แม่เหล็กของมันเท่ากับหนึ่งแมกนีตันบอร์ อิเล็กตรอนเป็นไปตามสถิติของแฟร์มีเนื่องจากมีการหมุนเป็นจำนวนครึ่งจำนวนเต็ม ซึ่งสอดคล้องกับข้อมูลการทดลองเกี่ยวกับโครงสร้างของอะตอมและพฤติกรรมของอิเล็กตรอนในโลหะ อิเล็กตรอนมีส่วนร่วมในปฏิกิริยาทางแม่เหล็กไฟฟ้า ความอ่อนแอ และแรงโน้มถ่วง

อนุภาคมูลฐานชนิดที่สองที่ค้นพบคือโปรตอน (จากโปรโตสของกรีก - ตัวแรก) อนุภาคมูลฐานนี้ถูกค้นพบในปี 1919 โดยรัทเทอร์ฟอร์ด ขณะศึกษาผลิตภัณฑ์จากฟิชชันของนิวเคลียสของอะตอมขององค์ประกอบทางเคมีต่างๆ แท้จริงแล้วโปรตอนคือนิวเคลียสของอะตอมของไอโซโทปที่เบาที่สุดของไฮโดรเจน - โปรเทียม การหมุนของโปรตอนคือ 1/2 โปรตอนมีประจุบวก +e มวลของมันคือ:

ม. = 1.67*10^(-27) กก.

หรือประมาณ 1,836 มวลอิเล็กตรอน โปรตอนเป็นส่วนหนึ่งของนิวเคลียสของอะตอมทั้งหมดขององค์ประกอบทางเคมี หลังจากนั้นในปี พ.ศ. 2454 รัทเทอร์ฟอร์ดได้เสนอแบบจำลองดาวเคราะห์ของอะตอม ซึ่งช่วยให้นักวิทยาศาสตร์สามารถวิจัยเพิ่มเติมเกี่ยวกับองค์ประกอบของอะตอมได้

ในปี พ.ศ. 2475 เจ. แชดวิกได้ค้นพบอนุภาคมูลฐานที่สาม ซึ่งก็คือนิวตรอน (มาจากภาษาละตินว่านิวเตอร์ - ไม่ใช่อย่างใดอย่างหนึ่ง) ซึ่งไม่มีประจุไฟฟ้าและมีมวลประมาณ 1,839 เท่าของมวลอิเล็กตรอน การหมุนของนิวตรอนก็เป็น 1/2 เช่นกัน

ข้อสรุปเกี่ยวกับการมีอยู่ของอนุภาคของสนามแม่เหล็กไฟฟ้า - โฟตอน - มาจากงานของ M. Planck (1900) สมมติว่าพลังงานของรังสีแม่เหล็กไฟฟ้าจากวัตถุสีดำสนิทถูกหาปริมาณ (เช่น ประกอบด้วยควอนตัม) พลังค์จะได้สูตรที่ถูกต้องสำหรับสเปกตรัมรังสี ในการพัฒนาแนวคิดของพลังค์ A. Einstein (1905) ตั้งสมมติฐานว่ารังสีแม่เหล็กไฟฟ้า (แสง) แท้จริงแล้วเป็นการไหลของควอนตา (โฟตอน) แต่ละตัว และบนพื้นฐานนี้ก็ได้อธิบายกฎของเอฟเฟกต์โฟโตอิเล็กทริก หลักฐานการทดลองโดยตรงของการมีอยู่ของโฟตอนได้รับจาก R. Millikan ในปี 1912 - 1915 และ A. Compton ในปี 1922

การค้นพบนิวตริโนซึ่งเป็นอนุภาคที่แทบจะไม่มีปฏิกิริยากับสสารนั้นเกิดขึ้นตั้งแต่การเดาทางทฤษฎีของ W. Pauli ในปี 1930 ซึ่งเนื่องจากการสันนิษฐานว่ากำเนิดของอนุภาคดังกล่าว ทำให้สามารถขจัดความยากลำบากตามกฎการอนุรักษ์ได้ ของพลังงานในกระบวนการสลายเบต้าของนิวเคลียสกัมมันตภาพรังสี การมีอยู่ของนิวทริโนได้รับการยืนยันจากการทดลองในปี พ.ศ. 2496 โดย F. Reines และ K. Cowan เท่านั้น

แต่สสารประกอบด้วยมากกว่าอนุภาค นอกจากนี้ยังมีปฏิปักษ์ - อนุภาคมูลฐานที่มีมวล, การหมุน, อายุการใช้งานและลักษณะภายในอื่น ๆ เช่นเดียวกับ "ฝาแฝด" - อนุภาค แต่แตกต่างจากอนุภาคในสัญญาณของประจุไฟฟ้าและโมเมนต์แม่เหล็ก, ประจุแบริออน, ประจุเลปตัน, ความแปลกประหลาด และอื่นๆ อนุภาคมูลฐานทั้งหมด ยกเว้นอนุภาคที่เป็นกลางอย่างยิ่ง จะมีปฏิปักษ์ในตัวเอง

ปฏิปักษ์แรกที่ค้นพบคือโพซิตรอน (จากภาษาละติน โพซิติวัส - บวก) ซึ่งเป็นอนุภาคที่มีมวลอิเล็กตรอน แต่มีประจุไฟฟ้าเป็นบวก ปฏิปักษ์นี้ถูกค้นพบในรังสีคอสมิกโดยนักฟิสิกส์ชาวอเมริกัน คาร์ล เดวิด แอนเดอร์สัน ในปี พ.ศ. 2475 ที่น่าสนใจคือ Paul Dirac นักฟิสิกส์ชาวอังกฤษทำนายการมีอยู่ของโพซิตรอนได้ในทางทฤษฎีเกือบหนึ่งปีก่อนที่จะค้นพบการทดลอง นอกจากนี้ Dirac ยังทำนายกระบวนการที่เรียกว่าการทำลายล้าง (การหายตัวไป) และการกำเนิดของคู่อิเล็กตรอน-โพซิตรอน การทำลายล้างของคู่นั้นเป็นหนึ่งในประเภทของการเปลี่ยนแปลงของอนุภาคมูลฐานที่เกิดขึ้นเมื่ออนุภาคชนกับปฏิปักษ์ ในระหว่างการทำลายล้าง อนุภาคและปฏิภาคอนุภาคจะหายไป และกลายเป็นอนุภาคอื่นๆ จำนวนและประเภทของอนุภาคที่ถูกจำกัดโดยกฎหมายการอนุรักษ์ กระบวนการทำลายล้างแบบย้อนกลับคือการเกิดของคู่รัก ตัวโพซิตรอนนั้นมีความเสถียร แต่สสารนั้นมีอยู่ในช่วงเวลาสั้นมากเนื่องจากการทำลายล้างด้วยอิเล็กตรอน การทำลายล้างของอิเล็กตรอนและโพซิตรอนคือเมื่อพวกมันมาพบกัน พวกมันจะหายไปและกลายเป็น γ- ควอนตัม (โฟตอน) และในการชนกัน γ- เมื่อควอนตัมเกิดขึ้นกับนิวเคลียสขนาดใหญ่ คู่อิเล็กตรอน-โพซิตรอนจะถือกำเนิดขึ้น

ในปี พ.ศ. 2498 มีการค้นพบปฏิปักษ์อีกชนิดหนึ่งคือแอนติโปรตอนและต่อมาอีกเล็กน้อยคือแอนตินิวตรอน แอนตินิวตรอนเช่นเดียวกับนิวตรอนไม่มีประจุไฟฟ้า แต่ไม่ต้องสงสัยเลยว่ามันเป็นของปฏิปักษ์เนื่องจากมันมีส่วนร่วมในกระบวนการทำลายล้างและการกำเนิดของคู่นิวตรอน - แอนตินิวตรอน

ความเป็นไปได้ในการได้รับปฏิปักษ์ทำให้นักวิทยาศาสตร์มีแนวคิดในการสร้างปฏิสสาร ควรสร้างอะตอมปฏิสสารในลักษณะนี้: ในใจกลางของอะตอมจะมีนิวเคลียสที่มีประจุลบซึ่งประกอบด้วยแอนติโปรตอนและแอนตินิวตรอนและโพซิตรอนที่มีประจุบวกหมุนรอบนิวเคลียส โดยทั่วไปแล้วอะตอมก็จะมีความเป็นกลางเช่นกัน แนวคิดนี้ได้รับการยืนยันจากการทดลองที่ยอดเยี่ยม ในปี 1969 ที่เครื่องเร่งโปรตอนในเมือง Serpukhov นักฟิสิกส์โซเวียตได้รับนิวเคลียสของอะตอมแอนติฮีเลียม นอกจากนี้ในปี พ.ศ. 2545 มีการผลิตอะตอมแอนติไฮโดรเจนจำนวน 50,000 อะตอมที่เครื่องเร่งปฏิกิริยาของ CERN ในเจนีวา แต่อย่างไรก็ตาม ยังไม่มีการค้นพบการสะสมของปฏิสสารในจักรวาล เป็นที่ชัดเจนว่าเมื่อมีปฏิสัมพันธ์น้อยที่สุดของปฏิสสารกับสารใด ๆ การทำลายล้างจะเกิดขึ้นซึ่งจะมาพร้อมกับการปล่อยพลังงานมหาศาลซึ่งมากกว่าพลังงานของนิวเคลียสของอะตอมหลายเท่าซึ่งไม่ปลอดภัยอย่างยิ่งต่อผู้คนและสิ่งแวดล้อม .

ในปัจจุบัน การทดลองค้นพบปฏิปักษ์ของอนุภาคมูลฐานเกือบทั้งหมดที่รู้จัก

กฎการอนุรักษ์มีบทบาทสำคัญในฟิสิกส์ของอนุภาคมูลฐานซึ่งสร้างความเท่าเทียมกันระหว่างการรวมกันของปริมาณบางอย่างที่กำหนดลักษณะเฉพาะของสถานะเริ่มต้นและขั้นสุดท้ายของระบบ คลังแสงของกฎการอนุรักษ์ในฟิสิกส์ควอนตัมมีขนาดใหญ่กว่าในฟิสิกส์คลาสสิก มันถูกเติมเต็มด้วยกฎการอนุรักษ์ของความเท่าเทียมกัน (เชิงพื้นที่, ประจุ), ประจุ (leptonic, แบริออน ฯลฯ ) ลักษณะสมมาตรภายในของการโต้ตอบประเภทใดประเภทหนึ่ง

การแยกคุณลักษณะของอนุภาคมูลฐานแต่ละอนุภาคเป็นสิ่งสำคัญ แต่เป็นเพียงแค่ระยะเริ่มต้นในการทำความเข้าใจโลกของอนุภาคเหล่านั้นเท่านั้น ในขั้นต่อไป เรายังต้องเข้าใจว่าแต่ละอนุภาคมีบทบาทอย่างไร และมีหน้าที่อะไรในโครงสร้างของสสาร

นักฟิสิกส์พบว่าประการแรก คุณสมบัติของอนุภาคนั้นถูกกำหนดโดยความสามารถ (หรือการไร้ความสามารถ) ของมันในการมีส่วนร่วมในปฏิกิริยาที่รุนแรง อนุภาคที่มีปฏิสัมพันธ์รุนแรงจะก่อตัวเป็นคลาสพิเศษและเรียกว่าฮาดรอน อนุภาคที่มีปฏิกิริยาโต้ตอบแบบอ่อนและไม่มีส่วนร่วมในปฏิกิริยารุนแรงเรียกว่าเลปตัน นอกจากนี้ยังมีอนุภาคที่มีปฏิกิริยาโต้ตอบอีกด้วย

เลปตันส์

เลปตันถือเป็นอนุภาคมูลฐานอย่างแท้จริง แม้ว่าเลปตันอาจมีหรือไม่มีประจุไฟฟ้า แต่พวกมันทั้งหมดมีการหมุน 1/2 ในบรรดาเลปตัน สิ่งที่มีชื่อเสียงที่สุดคืออิเล็กตรอน อิเล็กตรอนเป็นอนุภาคมูลฐานชนิดแรกที่ค้นพบ เช่นเดียวกับเลปตันอื่นๆ อิเล็กตรอนดูเหมือนจะเป็นวัตถุเบื้องต้น (ในความหมายที่เหมาะสมของคำนี้) เท่าที่ทราบ อิเล็กตรอนไม่ได้ประกอบด้วยอนุภาคอื่นใดเลย

เลปตันที่รู้จักกันดีอีกชนิดหนึ่งคือนิวตริโน นิวตริโนเป็นอนุภาคที่พบได้บ่อยที่สุดในจักรวาล จักรวาลสามารถจินตนาการได้ว่าเป็นทะเลนิวตริโนที่ไร้ขอบเขต ซึ่งบางครั้งอาจพบเกาะต่างๆ ในรูปอะตอม แต่ถึงแม้จะมีความชุกของนิวตริโน แต่ก็เป็นเรื่องยากมากที่จะศึกษาพวกมัน ดังที่เราได้กล่าวไปแล้ว นิวตริโนแทบจะเข้าใจยาก โดยไม่ได้มีส่วนร่วมในปฏิกิริยาที่รุนแรงหรือแม่เหล็กไฟฟ้า พวกมันจะทะลุผ่านสสารราวกับว่ามันไม่ได้อยู่ที่นั่นเลย นิวตริโนเป็น "ผีแห่งโลกกายภาพ" ชนิดหนึ่ง

มิวออนค่อนข้างแพร่หลายในธรรมชาติ โดยมีส่วนสำคัญของรังสีคอสมิก มิวออนมีลักษณะคล้ายอิเล็กตรอนหลายประการ โดยมีประจุและการหมุนเท่ากัน มีส่วนร่วมในปฏิกิริยาเหล่านั้น แต่มีมวลมาก (ประมาณ 207 มวลอิเล็กตรอน) และไม่เสถียร ในเวลาประมาณสองในล้านของวินาที มิวออนจะสลายตัวเป็นอิเล็กตรอนหนึ่งตัวและนิวตริโนสองตัว ในช่วงปลายยุค 70 มีการค้นพบเลปตันที่มีประจุตัวที่สามเรียกว่าเทาเลปตัน นี่เป็นอนุภาคที่หนักมาก มีมวลประมาณ 3,500 อิเล็กตรอน แต่ในแง่อื่น ๆ มันจะมีพฤติกรรมเหมือนอิเล็กตรอนและมิวออน

ในช่วงทศวรรษที่ 60 รายชื่อเลปตอนขยายตัวอย่างมาก พบว่ามีนิวตริโนอยู่หลายประเภท ได้แก่ นิวตริโนอิเล็กตรอน มิวออนนิวตริโน และเทานิวตริโน ดังนั้น จำนวนนิวทริโนพันธุ์ทั้งหมดคือ 3 ชนิด และจำนวนเลปตันทั้งหมดคือ 6 ชนิด แน่นอนว่าเลปตันแต่ละตัวมีปฏิภาคของมันเอง ดังนั้นจำนวนเลปตอนที่แตกต่างกันทั้งหมดคือสิบสอง เลปตันที่เป็นกลางมีส่วนร่วมในปฏิสัมพันธ์ที่อ่อนแอเท่านั้น มีประจุ - ในจุดอ่อนและแม่เหล็กไฟฟ้า เลปตันทุกตัวมีส่วนร่วมในปฏิกิริยาแรงโน้มถ่วง แต่ไม่สามารถสร้างปฏิกิริยาที่รุนแรงได้

ฮาดรอนส์

ถ้ามีเลปตันมากกว่าหนึ่งโหล ก็จะมีแฮดรอนเป็นร้อยๆ ตัว ฮาดรอนจำนวนมากดังกล่าวแสดงให้เห็นว่าฮาดรอนไม่ใช่อนุภาคมูลฐาน แต่ถูกสร้างขึ้นจากอนุภาคขนาดเล็กกว่า ฮาดรอนทั้งหมดมีอยู่สองประเภท - มีประจุไฟฟ้าและเป็นกลาง ในบรรดาฮาดรอน สิ่งที่มีชื่อเสียงและแพร่หลายที่สุดคือนิวตรอนและโปรตอน ซึ่งจัดอยู่ในประเภทนิวคลีออน ฮาดรอนที่เหลือมีอายุสั้นและสลายตัวอย่างรวดเร็ว Hadrons มีส่วนร่วมในการโต้ตอบพื้นฐานทั้งหมด พวกมันแบ่งออกเป็นแบริออนและมีซอน แบริออน ได้แก่ นิวคลีออนและไฮเปอร์รอน

เพื่ออธิบายการมีอยู่ของแรงนิวเคลียร์ในอันตรกิริยาระหว่างนิวคลีออน ทฤษฎีควอนตัมจำเป็นต้องมีอนุภาคมูลฐานพิเศษซึ่งมีมวลมากกว่ามวลของอิเล็กตรอน แต่น้อยกว่ามวลของโปรตอน อนุภาคเหล่านี้ซึ่งทำนายโดยทฤษฎีควอนตัม ต่อมาถูกเรียกว่ามีซอน มีซอนถูกค้นพบโดยการทดลอง ปรากฏว่ามีทั้งครอบครัว พวกมันทั้งหมดกลายเป็นอนุภาคที่ไม่เสถียรที่มีอายุสั้น โดยอาศัยอยู่ในสถานะอิสระเป็นเวลาหนึ่งในพันล้านวินาที ตัวอย่างเช่น ไพ-มีซอนหรือไพออนที่มีประจุจะมีมวลนิ่งเท่ากับ 273 มวลอิเล็กตรอนและอายุการใช้งาน:

เสื้อ = 2.6*10^(-8) วิ

นอกจากนี้ ในระหว่างการศึกษาเกี่ยวกับเครื่องเร่งอนุภาคที่มีประจุ พบว่าอนุภาคที่มีมวลเกินมวลของโปรตอนถูกค้นพบ อนุภาคเหล่านี้เรียกว่าไฮเปอร์รอน มีการค้นพบมากกว่ามีซอนด้วยซ้ำ ตระกูลไฮเปอร์รอนประกอบด้วย: แลมบ์ดา-, ซิกมา-, ซิ- และโอเมก้าลบไฮเปอร์รอน

การดำรงอยู่และคุณสมบัติของแฮดรอนที่รู้จักส่วนใหญ่ถูกสร้างขึ้นในการทดลองเครื่องเร่งความเร็ว การค้นพบฮาดรอนที่แตกต่างกันจำนวนมากในช่วงทศวรรษที่ 50-60 ทำให้นักฟิสิกส์งงงวยอย่างมาก แต่เมื่อเวลาผ่านไป ฮาดรอนก็ถูกจำแนกตามมวล ประจุ และการหมุน ก็เริ่มมีภาพที่ชัดเจนมากขึ้นเรื่อยๆ มีแนวคิดเฉพาะเกี่ยวกับวิธีจัดระบบความสับสนวุ่นวายของข้อมูลเชิงประจักษ์และเปิดเผยความลึกลับของฮาดรอนในทฤษฎีทางวิทยาศาสตร์ ขั้นตอนที่เด็ดขาดเกิดขึ้นในปี 1963 เมื่อมีการเสนอทฤษฎีควาร์ก

ทฤษฎีควาร์ก

ทฤษฎีควาร์กเป็นทฤษฎีโครงสร้างของฮาดรอน แนวคิดหลักของทฤษฎีนี้ง่ายมาก ฮาดรอนทั้งหมดประกอบด้วยอนุภาคขนาดเล็กกว่าที่เรียกว่าควาร์ก ซึ่งหมายความว่าควาร์กเป็นอนุภาคมูลฐานมากกว่าฮาดรอน ควาร์กเป็นอนุภาคสมมุติเพราะว่า ไม่พบในรัฐอิสระ ประจุแบริออนของควาร์กคือ 1/3 พวกมันมีประจุไฟฟ้าแบบเศษส่วน: พวกมันมีประจุที่มีค่าเป็น -1/3 หรือ +2/3 ของหน่วยพื้นฐาน - ประจุของอิเล็กตรอน การรวมกันของสองและสามควาร์กสามารถมีประจุรวมเป็นศูนย์หรือหนึ่งได้ ควาร์กทุกตัวมีสปิน S จึงจัดเป็นเฟอร์มิออน ผู้ก่อตั้งทฤษฎีควาร์ก Gell-Mann และ Zweig เพื่อคำนึงถึงฮาดรอนทั้งหมดที่รู้จักในยุค 60 ได้แนะนำควาร์กสามประเภท (สี): u (จากบน - บน), d (จากล่าง - ล่าง) และ s (จากแปลก-แปลก) .

ควาร์กสามารถรวมเข้าด้วยกันได้ด้วยวิธีใดวิธีหนึ่งที่เป็นไปได้: ในแฝดสามหรือคู่ควาร์ก-แอนติควาร์ก อนุภาคที่ค่อนข้างหนัก - แบริออน - ประกอบด้วยควาร์กสามตัว แบริออนที่รู้จักกันดีที่สุดคือนิวตรอนและโปรตอน คู่ควาร์ก-แอนติควาร์กที่เบากว่าก่อตัวเป็นอนุภาคที่เรียกว่ามีซอน - "อนุภาคระดับกลาง" ตัวอย่างเช่น โปรตอนประกอบด้วยยู-ควาร์ก 2 ตัว และ d-ควาร์ก 1 ตัว (uud) และนิวตรอน 1 ตัวประกอบด้วย d-ควาร์ก 2 ตัว และยู-ควาร์ก 1 ตัว (udd) เพื่อไม่ให้ควาร์ก "ทั้งสาม" นี้สลายตัว จำเป็นต้องมีแรงยึดหรือ "กาว" บางชนิด

ปรากฎว่าปฏิกิริยาที่เกิดขึ้นระหว่างนิวตรอนและโปรตอนในนิวเคลียสเป็นเพียงผลตกค้างของปฏิสัมพันธ์ที่ทรงพลังกว่าระหว่างควาร์กเอง สิ่งนี้อธิบายว่าทำไมการโต้ตอบที่รุนแรงจึงดูซับซ้อนมาก เมื่อโปรตอน "เกาะติด" กับนิวตรอนหรือโปรตอนตัวอื่น ปฏิกิริยาดังกล่าวจะเกี่ยวข้องกับควาร์ก 6 ตัว ซึ่งแต่ละตัวมีปฏิกิริยากับตัวอื่นๆ ทั้งหมด แรงส่วนสำคัญถูกใช้ไปกับการติดควาร์กสามตัวให้แน่น และส่วนเล็กๆ ถูกใช้ไปกับการยึดควาร์กสองตัวเข้าด้วยกัน แต่ต่อมาปรากฎว่าควาร์กก็มีส่วนร่วมในการโต้ตอบที่อ่อนแอเช่นกัน ปฏิสัมพันธ์ที่อ่อนแอสามารถเปลี่ยนสีของควาร์กได้ นี่คือลักษณะการสลายตัวของนิวตรอน d-ควาร์กตัวหนึ่งในนิวตรอนจะกลายเป็นยูควาร์ก และประจุส่วนเกินจะพาอิเล็กตรอนที่เกิดในเวลาเดียวกันออกไป ในทำนองเดียวกัน เมื่อเปลี่ยนรสชาติ ปฏิกิริยาที่อ่อนแอจะนำไปสู่การสลายฮาดรอนอื่นๆ

ความจริงที่ว่าฮาดรอนที่รู้จักทั้งหมดสามารถหาได้จากการรวมกันของอนุภาคพื้นฐานทั้งสามชนิด ถือเป็นชัยชนะของทฤษฎีควาร์ก แต่ในช่วงทศวรรษที่ 70 มีการค้นพบฮาดรอนใหม่ๆ (อนุภาค psi, อัพไซลอนเมสัน ฯลฯ) สิ่งนี้กระทบต่อทฤษฎีควาร์กเวอร์ชันแรก เนื่องจากไม่มีที่ว่างสำหรับอนุภาคใหม่ในนั้นอีกต่อไป การรวมกันของควาร์กและแอนติควาร์กที่เป็นไปได้ทั้งหมดได้หมดลงแล้ว

ปัญหาได้รับการแก้ไขด้วยการแนะนำสีใหม่สามสี พวกเขาถูกตั้งชื่อว่า c - quark (เสน่ห์), b - quark (จากล่าง - ล่างและบ่อยครั้งที่ความงาม - ความงามหรือเสน่ห์) และต่อมาก็มีการนำสีอื่นมาใช้ - t (จากบน - บน)

จนถึงขณะนี้ ยังไม่มีการสำรวจควาร์กและแอนตีควาร์กในรูปแบบอิสระ อย่างไรก็ตามไม่มีข้อสงสัยใด ๆ เกี่ยวกับความเป็นจริงของการดำรงอยู่ของพวกเขา นอกจากนี้ การค้นหาอนุภาคมูลฐาน "ของจริง" ที่อยู่ถัดจากควาร์ก - กลูออนกำลังดำเนินการอยู่ ซึ่งเป็นพาหะของอันตรกิริยาระหว่างควาร์ก เนื่องจาก ควาร์กถูกยึดไว้ด้วยกันโดยปฏิกิริยารุนแรง และกลูออน (ประจุสี) เป็นพาหะของปฏิกิริยารุนแรง สาขาฟิสิกส์ของอนุภาคที่ศึกษาปฏิสัมพันธ์ของควาร์กและกลูออนเรียกว่าควอนตัมโครโมไดนามิกส์ เช่นเดียวกับที่ไฟฟ้าพลศาสตร์ควอนตัมเป็นทฤษฎีปฏิสัมพันธ์ทางแม่เหล็กไฟฟ้า ควอนตัมโครโมไดนามิกส์ก็เป็นทฤษฎีปฏิสัมพันธ์ที่รุนแรง ควอนตัมโครโมไดนามิกส์เป็นทฤษฎีสนามควอนตัมของปฏิสัมพันธ์ที่แข็งแกร่งของควาร์กและกลูออนซึ่งดำเนินการผ่านการแลกเปลี่ยนระหว่างพวกมัน - กลูออน (อะนาล็อกของโฟตอนในไฟฟ้าพลศาสตร์ควอนตัม) ต่างจากโฟตอน กลูออนมีปฏิสัมพันธ์ซึ่งกันและกัน ซึ่งนำไปสู่การเพิ่มความแข็งแกร่งของปฏิสัมพันธ์ระหว่างควาร์กและกลูออนในขณะที่พวกมันเคลื่อนตัวออกจากกัน สันนิษฐานว่าเป็นคุณสมบัติที่กำหนดการกระทำระยะสั้นของกองกำลังนิวเคลียร์และการไม่มีควาร์กและกลูออนอิสระในธรรมชาติ

ตามแนวคิดสมัยใหม่ ฮาดรอนมีโครงสร้างภายในที่ซับซ้อน แบริออนประกอบด้วยควาร์ก 3 ตัว มีซอนของควาร์กและแอนติควาร์ก

ดังนั้น จำนวนอนุภาคมูลฐานที่แท้จริงที่เป็นไปได้มากที่สุด (ไม่นับพาหะของปฏิกิริยาพื้นฐาน) ในช่วงปลายศตวรรษที่ 20 คือ 48 ในจำนวนนี้: เลปตัน (6x2) = 12 และควาร์ก (6x3)x2 = 36