Yüksüz bir temel parçacık olabilir mi? Elektrik yükü ve temel parçacıklar

« Fizik - 10. sınıf"

İlk olarak, elektrik yüklü cisimlerin hareketsiz olduğu en basit durumu ele alalım.

Elektrik yüklü cisimlerin denge koşullarının incelenmesine ayrılan elektrodinamik dalına denir. elektrostatik.

Elektrik yükü nedir?
Hangi suçlamalar var?

Kelimelerle elektrik, elektrik yükü, elektrik akımı defalarca karşılaştınız ve alışmayı başardınız. Ancak şu soruyu cevaplamaya çalışın: "Elektrik yükü nedir?" Konseptin kendisi şarj- bu indirgenemeyecek temel, birincil bir kavramdır modern seviye bilgimizin bazı daha basit, temel kavramlara doğru gelişmesi.

Öncelikle "Bu cisim veya parçacığın elektrik yükü vardır" ifadesinden ne kastedildiğini bulmaya çalışalım.

Tüm vücutlar yapılmıştır küçük parçacıklar daha basit olanlara bölünemez ve bu nedenle denir temel.

Temel parçacıklar kütleye sahiptir ve bu nedenle kanuna göre birbirlerini çekerler. evrensel yerçekimi. Parçacıklar arasındaki mesafe arttıkça çekim kuvveti bu mesafenin karesi ile ters orantılı olarak azalır. Hepsi olmasa da temel parçacıkların çoğu, mesafenin karesiyle ters orantılı olarak azalan bir kuvvetle birbirleriyle etkileşime girme yeteneğine de sahiptir, ancak bu kuvvet, yerçekimi kuvvetinden kat kat daha büyüktür.

Böylece, Şekil 14.1'de şematik olarak gösterilen hidrojen atomunda, elektron, çekim kuvvetinden 10 39 kat daha büyük bir kuvvetle çekirdeğe (proton) çekilir.

Parçacıklar, evrensel çekim kuvvetleri gibi mesafe arttıkça azalan, ancak çekim kuvvetlerini birçok kez aşan kuvvetlerle birbirleriyle etkileşime giriyorsa, bu parçacıkların elektrik yüküne sahip olduğu söylenir. Parçacıkların kendilerine denir ücretlendirildi.

Elektrik yükü olmayan parçacıklar vardır, ancak parçacık olmadan elektrik yükü yoktur.

Yüklü parçacıkların etkileşimine denir elektromanyetik.

Elektrik yükü Kütlenin yerçekimsel etkileşimlerin yoğunluğunu belirlemesi gibi, elektromanyetik etkileşimlerin yoğunluğunu da belirler.

Temel bir parçacığın elektrik yükü, parçacıkta ondan ayrılabilen, bileşen parçalarına ayrılabilen ve yeniden birleştirilebilen özel bir mekanizma değildir. Bir elektron ve diğer parçacıklar üzerinde bir elektrik yükünün varlığı, yalnızca aralarında belirli kuvvet etkileşimlerinin varlığı anlamına gelir.

Bu etkileşimlerin yasalarını bilmiyorsak, özünde yük hakkında hiçbir şey bilmiyoruz. Etkileşim yasalarının bilgisi, yük hakkındaki fikirlerimize dahil edilmelidir. Bu yasalar basit değildir ve bunları birkaç kelimeyle özetlemek imkansızdır. Bu nedenle yeterince tatmin edici bir sonuç vermek mümkün değildir. kısa çözünürlüklü kavram elektrik yükü.


İki elektrik yükü belirtisi.


Bütün cisimlerin kütlesi vardır ve bu nedenle birbirlerini çekerler. Yüklü cisimler birbirini hem çekebilir hem de itebilir. Bu en önemli gerçek size tanıdık gelen, doğada zıt işaretli elektrik yüklerine sahip parçacıkların olduğu anlamına gelir; yüklerin aynı işaretli olması durumunda parçacıklar birbirini iter, farklı işaretli olması durumunda ise çeker.

Temel parçacıkların yükü - protonlar Tüm atom çekirdeklerinin bir parçası olan pozitif olarak adlandırılır ve yük elektronlar- olumsuz. Pozitif ve negatif yükler arasında hiçbir iç fark yoktur. Parçacık yüklerinin işaretleri tersine dönseydi, elektromanyetik etkileşimlerin doğası hiç değişmezdi.


Temel ücret.


Elektronlara ve protonlara ek olarak, başka türde yüklü temel parçacıklar da vardır. Ancak yalnızca elektronlar ve protonlar süresiz olarak serbest durumda bulunabilirler. Yüklü parçacıkların geri kalanı saniyenin milyonda birinden daha az yaşar. Hızlı temel parçacıkların çarpışmaları sırasında doğarlar ve çok kısa bir süre boyunca var olduklarından, bozunarak diğer parçacıklara dönüşürler. Bu parçacıklara 11. sınıfta aşina olacaksınız.

Elektrik yükü olmayan parçacıklar şunları içerir: nötron. Kütlesi protonun kütlesinden sadece biraz daha büyüktür. Nötronlar, protonlarla birlikte, atom çekirdeği. Temel bir parçacığın yükü varsa, değeri kesin olarak tanımlanır.

Yüklü cisimler Doğadaki elektromanyetik kuvvetler, tüm cisimlerin elektrik yüklü parçacıklar içermesi nedeniyle büyük bir rol oynamaktadır. Atomları oluşturan parçalar (çekirdek ve elektronlar) elektrik yüküne sahiptir.

Doğrudan eylem elektromanyetik kuvvetler Normal durumdaki cisimler elektriksel olarak nötr olduğundan cisimler arası algılanmaz.

Herhangi bir maddenin atomu nötrdür çünkü içindeki elektron sayısı çekirdekteki proton sayısına eşittir. Pozitif ve negatif yüklü parçacıklar birbirine bağlanır elektriksel kuvvetler ve nötr sistemler oluşturur.

Makroskobik bir cisim, herhangi bir yük işaretine sahip aşırı miktarda temel parçacık içeriyorsa, elektrik yüklüdür. Bu yüzden, negatif yük vücut proton sayısına göre fazla elektrondan kaynaklanır ve pozitif olanı elektron eksikliğinden kaynaklanır.

Elektrik yüklü bir makroskobik cisim elde etmek, yani onu elektriklendirmek için, negatif yükün bir kısmını onunla ilişkili pozitif yükten ayırmak veya negatif bir yükü nötr bir cisme aktarmak gerekir.

Bu sürtünme kullanılarak yapılabilir. Tarağı kuru saçın üzerinden geçirirseniz, en hareketli yüklü parçacıkların (elektronlar) küçük bir kısmı saçtan tarağa hareket edecek ve onu negatif olarak yükleyecek ve saç pozitif olarak yüklenecektir.


Elektrifikasyon sırasında ücretlerin eşitliği


Deney yardımıyla, sürtünmeyle elektriklendiğinde her iki cismin de zıt işaretli, ancak büyüklük olarak aynı yükler elde ettiği kanıtlanabilir.

Çubuğu üzerinde delikli metal bir küre ve uzun saplı iki plaka bulunan bir elektrometreyi alalım: biri sert kauçuktan, diğeri pleksiglastan yapılmış. Plakalar birbirine sürtündüğünde elektriklenir.

Plakalardan birini duvarlarına dokunmadan kürenin içerisine getirelim. Plaka pozitif yüklüyse, elektrometrenin iğnesi ve çubuğundan gelen elektronların bir kısmı plakaya çekilecek ve üzerinde toplanacaktır. iç yüzey küreler. Aynı zamanda ok pozitif olarak yüklenecek ve elektrometre çubuğundan uzağa itilecektir (Şekil 14.2, a).

Kürenin içine, ilkini çıkardıktan sonra başka bir plaka getirirseniz, kürenin ve çubuğun elektronları plakadan itilecek ve ok üzerinde fazla miktarda birikecektir. Bu, okun çubuktan sapmasına ve ilk deneydekiyle aynı açıda olmasına neden olacaktır.

Her iki plakayı da kürenin içine indirdikten sonra okun herhangi bir sapmasını tespit etmeyeceğiz (Şekil 14.2, b). Bu, plakalardaki yüklerin büyüklük olarak eşit ve zıt işaretli olduğunu kanıtlar.

Bedenlerin elektrifikasyonu ve tezahürleri. Sentetik kumaşların sürtünmesi sırasında önemli miktarda elektriklenme meydana gelir. Sentetik malzemeden yapılmış bir gömleği kuru havada çıkardığınızda karakteristik bir çatırtı sesi duyabilirsiniz. Sürtünen yüzeylerin yüklü alanları arasında küçük kıvılcımlar sıçrar.

Matbaalarda baskı sırasında kağıt elektriklendirilir ve sayfalar birbirine yapışır. Bunun olmasını önlemek için şarjı boşaltmak için özel cihazlar kullanılır. Ancak yakın temas halindeki cisimlerin elektrifikasyonu bazen örneğin çeşitli elektrokopi kurulumlarında vb. kullanılır.


Elektrik yükünün korunumu kanunu.


Plakaların elektrifikasyonu ile ilgili deneyimler, sürtünme yoluyla elektrifikasyon sırasında, daha önce nötr olan gövdeler arasında mevcut yüklerin yeniden dağılımının meydana geldiğini kanıtlamaktadır. Elektronların küçük bir kısmı bir vücuttan diğerine hareket eder. Bu durumda yeni parçacıklar ortaya çıkmaz ve önceden var olanlar kaybolmaz.

Bedenler elektriklendiğinde elektrik yükünün korunumu kanunu. Bu kanun, yüklü parçacıkların dışarıdan girmediği ve çıkmadığı bir sistem için geçerlidir. izole sistem.

Yalıtılmış bir sistemde cebirsel toplam tüm cisimlerin yükleri korunur.

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

burada q 1, q 2, vb. bireysel yüklü cisimlerin ücretleridir.

Yükün korunumu kanunu vardır derin anlam. Yüklü temel parçacıkların sayısı değişmezse, yükün korunumu yasasının yerine geldiği açıktır. Ancak temel parçacıklar birbirine dönüşebilir, doğup yok olabilir ve yeni parçacıklara hayat verebilir.

Bununla birlikte, her durumda, yüklü parçacıklar yalnızca aynı büyüklükte ve zıt işaretli yüklere sahip çiftler halinde doğarlar; Yüklü parçacıklar da yalnızca çiftler halinde kaybolarak nötr olanlara dönüşür. Ve tüm bu durumlarda yüklerin cebirsel toplamı aynı kalır.

Yükün korunumu yasasının geçerliliği, temel parçacıkların çok sayıda dönüşümünün gözlemlenmesiyle doğrulanır. Bu yasa elektrik yükünün en temel özelliklerinden birini ifade eder. Şarjın tutulmasının nedeni hala bilinmiyor.

Sayfa 1

Ücretin her bakımdan tatmin edici kısa bir tanımını vermek mümkün değildir. Çok anladığımız açıklamalar bulmaya alışığız karmaşık oluşumlar ve atom gibi süreçler, sıvı kristaller, moleküllerin hıza göre dağılımı vb. Ancak günümüz bilimine göre herhangi bir iç mekanizmadan yoksun, daha basit kavramlara bölünemeyen en temel, temel kavramlar artık tatmin edici bir şekilde kısaca açıklanamaz. Özellikle nesneler doğrudan duyularımız tarafından algılanmıyorsa. Elektrik yükünün ifade ettiği bu temel kavramlardır.

Öncelikle elektrik yükünün ne olduğunu değil, bu ifadenin arkasında neyin saklı olduğunu bulmaya çalışalım. verilen vücut veya parçacığın elektrik yükü vardır.

Tüm cisimlerin, daha basit (bilimin artık bildiği kadarıyla) parçacıklara bölünemeyen küçük parçacıklardan oluştuğunu ve bu nedenle bunlara temel adı verildiğini biliyorsunuz. Tüm temel parçacıkların kütlesi vardır ve bu nedenle birbirlerini çekerler. Evrensel çekim yasasına göre, aralarındaki mesafe arttıkça çekim kuvveti nispeten yavaş bir şekilde azalır: mesafenin karesiyle ters orantılıdır. Ek olarak, temel parçacıkların çoğu, hepsi olmasa da, mesafenin karesiyle ters orantılı olarak azalan bir kuvvetle birbirleriyle etkileşime girme yeteneğine sahiptir, ancak bu kuvvet, yerçekimi kuvvetinden çok daha büyüktür. . Böylece, Şekil 1'de şematik olarak gösterilen hidrojen atomunda elektron, çekim kuvvetinden 1039 kat daha büyük bir kuvvetle çekirdeğe (proton) çekilir.

Parçacıklar birbirleriyle, mesafe arttıkça yavaş yavaş azalan ve yerçekimi kuvvetinden kat kat daha büyük kuvvetlerle etkileşime giriyorsa, bu parçacıkların elektrik yüküne sahip olduğu söylenir. Parçacıkların kendilerine yüklü denir. Elektrik yükü olmayan parçacıklar vardır, ancak parçacık olmadan elektrik yükü yoktur.

Yüklü parçacıklar arasındaki etkileşimlere elektromanyetik denir. Elektronların ve protonların elektriksel olarak yüklü olduğunu söylediğimizde, bu onların belirli bir türde (elektromanyetik) etkileşime girebilecekleri anlamına gelir, başka bir şey değil. Parçacıkların yükünün olmaması, bu tür etkileşimleri tespit edemediği anlamına gelir. Kütlenin yerçekimsel etkileşimlerin yoğunluğunu belirlemesi gibi, elektrik yükü de elektromanyetik etkileşimlerin yoğunluğunu belirler. Elektrik yükü, temel parçacıkların çevredeki dünyadaki davranışlarını belirleyen ikinci (kütleden sonra) en önemli özelliğidir.

Böylece

Elektrik yükü– bu fiziksel skaler miktar parçacıkların veya cisimlerin elektromanyetik kuvvet etkileşimlerine girme özelliğini karakterize eder.

Elektrik yükü q veya Q harfleriyle gösterilir.

Tıpkı mekanikte olduğu gibi kavram sıklıkla kullanılır maddi nokta Birçok problemin çözümünü önemli ölçüde basitleştirmeyi mümkün kılan, yüklerin etkileşimi incelenirken nokta yükü fikrinin etkili olduğu ortaya çıkıyor. Nokta yükü, boyutları bu gövdeden gözlem noktasına ve diğer yüklü cisimlere olan mesafeden önemli ölçüde daha az olan yüklü bir cisimdir. Özellikle iki kişinin etkileşiminden bahsedersek puan ücretleri daha sonra söz konusu iki yüklü cisim arasındaki mesafenin doğrusal boyutlarından önemli ölçüde daha büyük olduğunu varsayarlar.

Temel bir parçacığın elektrik yükü

Temel bir parçacığın elektrik yükü, parçacıkta ondan ayrılabilecek, bileşen parçalarına ayrılabilecek ve yeniden birleştirilebilecek özel bir "mekanizma" değildir. Bir elektron ve diğer parçacıklar üzerinde bir elektrik yükünün varlığı, yalnızca aralarında belirli etkileşimlerin varlığı anlamına gelir.

Doğada zıt işaretli yüklere sahip parçacıklar vardır. Protonun yüküne pozitif, elektronun yüküne ise negatif denir. Bir parçacık üzerindeki yükün pozitif işareti elbette onun herhangi bir özel avantajı olduğu anlamına gelmez. İki işaretli yüklerin eklenmesi, yüklü parçacıkların hem çekebildiği hem de itebildiği gerçeğini ifade eder. Şu tarihte: aynı işaretler parçacıklar birbirini iter, ancak farklılarsa birbirlerini çekerler.

Şu anda iki tür elektrik yükünün varlığının nedenlerine ilişkin bir açıklama bulunmamaktadır. Her durumda, hiçbiri temel farklılıklar Pozitif ve negatif yükler arasında tespit edilmez. Parçacıkların elektrik yüklerinin işaretleri ters yönde değişseydi, doğadaki elektromanyetik etkileşimlerin doğası değişmezdi.

Pozitif ve negatif yükler evrende çok iyi dengelenmiştir. Ve eğer Evren sonluysa, o zaman toplam elektrik yükü büyük ihtimalle sıfıra eşit olacaktır.

En dikkat çekici şey, tüm temel parçacıkların elektrik yükünün kesinlikle aynı büyüklükte olmasıdır. Tüm yüklü temel parçacıkların sahip olduğu, temel adı verilen bir minimum yük vardır. Yük, proton gibi pozitif veya elektron gibi negatif olabilir, ancak yük modülü her durumda aynıdır.

Yükün bir kısmını örneğin bir elektrondan ayırmak imkansızdır. Bu belki de en şaşırtıcı şey. Hiçbiri modern teori neden tüm parçacıkların yüklerinin aynı olduğunu açıklayamıyor ve minimum elektrik yükünün değerini hesaplayamıyor. Çeşitli deneyler kullanılarak deneysel olarak belirlenir.

1960'larda, yeni keşfedilen temel parçacıkların sayısı endişe verici derecede artmaya başladıktan sonra, güçlü etkileşime giren tüm parçacıkların bileşik olduğu hipotezi öne sürüldü. Daha temel parçacıklara kuark adı verildi. Kuarkların kesirli bir elektrik yüküne sahip olması şaşırtıcıydı: 1/3 ve 2/3 temel yük. Proton ve nötron oluşturmak için iki tür kuark yeterlidir. Ve görünüşe göre maksimum sayıları altıyı geçmiyor.

Elektrik yükünün ölçü birimi

“Elektrik yükü nedir?” Sorusuna kısa ve öz bir şekilde cevap verebilir misiniz? Bu ilk bakışta basit görünebilir, ancak gerçekte çok daha karmaşık olduğu ortaya çıkıyor.

Elektrik yükünün ne olduğunu biliyor muyuz?

Gerçek şu ki, mevcut bilgi düzeyinde "yük" kavramını henüz daha basit bileşenlere ayıramıyoruz. Bu tabiri caizse temel bir kavramdır.

Bunun olduğunu biliyoruz belirli özellik temel parçacıklar, yüklerin etkileşim mekanizması bilinmektedir, yükü ölçebilir ve özelliklerini kullanabiliriz.

Ancak tüm bunlar deneysel olarak elde edilen verilerin bir sonucudur. Bu olgunun doğası bizim için hala net değil. Bu nedenle elektrik yükünün ne olduğunu kesin olarak belirleyemeyiz.

Bunu yapmak için bir dizi kavramı genişletmek gerekir. Yükler arasındaki etkileşimin mekanizmasını açıklayın ve özelliklerini açıklayın. Dolayısıyla şu ifadenin ne anlama geldiğini anlamak daha kolaydır: “ bu parçacık bir elektrik yüküne sahiptir (taşır).

Bir parçacık üzerinde elektrik yükünün varlığı

Ancak daha sonra temel parçacıkların sayısının çok daha fazla olduğu ve proton, elektron ve nötronun evrenin ayrılmaz ve temel yapı malzemeleri olmadığı tespit edildi. Kendileri bileşenlere ayrışabilir ve diğer parçacık türlerine dönüşebilirler.

Bu nedenle, "temel parçacık" adı şu anda atomlardan ve atom çekirdeğinden daha küçük olan oldukça büyük bir parçacık sınıfını içermektedir. Bu durumda parçacıklar çeşitli özellik ve niteliklere sahip olabilir.

Bununla birlikte, elektrik yükü gibi bir özelliğin, geleneksel olarak pozitif ve negatif olarak adlandırılan yalnızca iki türü vardır. Bir parçacık üzerinde bir yükün varlığı, onun kendisi de yük taşıyan başka bir parçacığı itme veya çekme yeteneğidir. Etkileşimin yönü yüklerin türüne bağlıdır.

Benzer yükler iter, farklı yükler çeker. Dahası, yükler arasındaki etkileşimin kuvveti, istisnasız Evrendeki tüm cisimlerin doğasında bulunan yerçekimi kuvvetleriyle karşılaştırıldığında çok büyüktür.

Örneğin hidrojen çekirdeğinde, negatif yük taşıyan bir elektron, bir protondan oluşan ve yük taşıyan bir çekirdeğe çekilir. pozitif yük, aynı elektronun bir proton tarafından çekildiği kuvvetten 1039 kat daha büyük bir kuvvetle yerçekimi etkileşimi.

Parçacıkların türüne bağlı olarak parçacıklar yük taşıyabilir veya taşımayabilir. Ancak parçacığın dışında bir yükün varlığının imkansız olması gibi, yükü parçacıktan "ortadan kaldırmak" da imkansızdır.

Proton ve nötronun yanı sıra diğer bazı temel parçacık türleri de yük taşır, ancak yalnızca bu iki parçacık sonsuza kadar var olabilir.

Yaklaşık 1000 saniyeden (serbest bir nötron için) saniyenin ihmal edilebilir bir kesrine kadar (rezonanslar için 10 -24'ten 10 -22 saniyeye).

Temel parçacıkların yapısı ve davranışları parçacık fiziği tarafından incelenir.

Tüm temel parçacıklar özdeşlik ilkesine (Evrendeki aynı türdeki tüm temel parçacıklar, tüm özellikleri bakımından tamamen aynıdır) ve parçacık-dalga düalizmi ilkesine (her temel parçacık bir de Broglie dalgasına karşılık gelir) tabidir.

Tüm temel parçacıklar, etkileşimlerinin bir sonucu olan birbirine dönüştürülebilirlik özelliğine sahiptir: güçlü, elektromanyetik, zayıf, yerçekimi. Parçacık etkileşimleri, enerjinin korunumu, momentum, açısal momentum, elektrik yükü, baryon yükü vb. kanunları tarafından yasaklanmadığı takdirde, parçacıkların ve bunların topluluklarının diğer parçacıklara ve bunların topluluklarına dönüşmesine neden olur.

Temel parçacıkların temel özellikleri:ömür, kütle, spin, elektrik yükü, manyetik moment, baryon yükü, lepton yükü, gariplik, izotopik spin, parite, yük paritesi, G-paritesi, CP-paritesi.

sınıflandırma

Ömür boyu

  • Kararlı temel parçacıklar sonsuz taneciklere sahip parçacıklardır. büyük zaman serbest durumdaki yaşam (proton, elektron, nötrino, foton ve bunların antipartikülleri).
  • Kararsız temel parçacıklar, sınırlı bir süre içinde serbest haldeki diğer parçacıklara (diğer tüm parçacıklara) bozunan parçacıklardır.

Ağırlığa göre

Tüm temel parçacıklar iki sınıfa ayrılır:

  • Kütlesiz parçacıklar sıfır kütleli parçacıklardır (foton, gluon).
  • Sıfır olmayan kütleye sahip parçacıklar (diğer tüm parçacıklar).

En büyük arkaya göre

Tüm temel parçacıklar iki sınıfa ayrılır:

Etkileşim türüne göre

Temel parçacıklar aşağıdaki gruplara ayrılır:

Bileşik parçacıklar

  • Hadronlar her türlü temel etkileşime katılan parçacıklardır. Kuarklardan oluşurlar ve sırasıyla aşağıdakilere ayrılırlar:
    • mezonlar tamsayı spinli hadronlardır, yani bozonlardır;
    • Baryonlar yarı tamsayı spinli hadronlardır, yani fermiyonlardır. Bunlar özellikle bir atomun çekirdeğini oluşturan proton ve nötron parçacıklarını içerir.

Temel (yapısız) parçacıklar

  • Leptonlar, 10−18 m mertebesinde ölçeklere kadar nokta parçacıklar biçiminde (yani hiçbir şeyden oluşmayan) fermiyonlardır. Güçlü etkileşimlere katılmazlar. Katılım elektromanyetik etkileşimler deneysel olarak yalnızca yüklü leptonlar (elektronlar, müonlar, tau leptonlar) için gözlemlendi ve nötrinolar için gözlemlenmedi. Bilinen 6 lepton türü vardır.
  • Kuarklar hadronların bir parçası olan kesirli yüklü parçacıklardır. Serbest durumda gözlemlenmediler (bu tür gözlemlerin yokluğunu açıklamak için bir sınırlama mekanizması önerildi). Leptonlar gibi 6 türe ayrılırlar ve yapısız kabul edilirler, ancak leptonlardan farklı olarak güçlü etkileşimlere katılırlar.
  • Gösterge bozonları, etkileşimlerin gerçekleştirildiği değişim yoluyla parçacıklardır:
    • foton elektromanyetik etkileşimi taşıyan bir parçacıktır;
    • sekiz gluon - güçlü kuvveti taşıyan parçacıklar;
    • üç ara vektör bozonu K + , K- ve Z 0, zayıf etkileşimi tolere eder;
    • graviton - varsayımsal parçacık, yerçekimsel etkileşimin aktarılması. Gravitonların varlığı, yerçekimi etkileşiminin zayıflığı nedeniyle henüz deneysel olarak kanıtlanmamış olsa da oldukça olası kabul ediliyor; ancak graviton, temel parçacıkların Standart Modeline dahil değildir.

Konuyla ilgili video

Temel parçacıkların boyutları

Temel parçacıkların çok çeşitli olmasına rağmen boyutları iki gruba ayrılır. Hadronların (hem baryonlar hem de mezonlar) boyutları yaklaşık 10−15 m'dir ve bu, içerdikleri kuarklar arasındaki ortalama mesafeye yakındır. Deneysel hata içindeki temel, yapısız parçacıkların (gauge bozonları, kuarklar ve leptonlar) boyutları, nokta doğalarıyla tutarlıdır ( üst sınırçapı yaklaşık 10−18 m'dir) ( açıklamaya bakın). Daha sonraki deneylerde bu parçacıkların nihai boyutları keşfedilmezse, bu durum ayar bozonlarının, kuarkların ve leptonların boyutlarının temel uzunluğa yakın olduğunu gösterebilir (bunun büyük olasılıkla 1,6'ya eşit Planck uzunluğu olduğu ortaya çıkabilir). −35 m) .

Bununla birlikte, temel bir parçacığın boyutunun oldukça karmaşık bir kavram olduğu ve her zaman klasik kavramlarla tutarlı olmadığı unutulmamalıdır. İlk olarak belirsizlik ilkesi, fiziksel bir parçacığın tam olarak lokalizasyonunun belirlenmesine izin vermez. Kesin olarak lokalize edilmiş kuantum durumlarının süperpozisyonu olarak bir parçacığı temsil eden bir dalga paketi her zaman sonlu boyutlara ve belirli bir uzamsal yapıya sahiptir ve paketin boyutları oldukça makroskobik olabilir - örneğin iki elektronun girişimiyle yapılan bir deneydeki bir elektron. yarıklar interferometrenin makroskobik bir mesafeyle ayrılmış her iki yarığını da "hisseder". İkincisi, fiziksel parçacık Kendi etrafındaki vakumun yapısını değiştirerek kısa vadeli sanal parçacıklardan (fermiyon-antifermiyon çiftleri (bkz. Vakumun polarizasyonu) ve etkileşimleri taşıyan bozonlardan) oluşan bir "kaplama" oluşturur. Bu bölgenin uzaysal boyutları, parçacığın sahip olduğu ayar yüklerine ve ara bozonların kütlelerine bağlıdır (büyük kütleli sanal bozonların kabuğunun yarıçapı, Compton dalga boylarına yakındır ve bu da onların bozonlarıyla ters orantılıdır). yığın). Yani, nötrinolar açısından elektron yarıçapı (aralarında sadece mümkündür) zayıf etkileşim) yaklaşık olarak W bozonlarının Compton dalga boyuna, ~3×10 −18 m'ye ve bölgenin boyutlarına eşittir. güçlü etkileşim Hadronlar, burada bir etkileşim taşıyıcısı olarak görev yapan en hafif hadronun, pi mezonunun (~10 −15 m) Compton dalga boyu tarafından belirlenir.

Hikaye

Başlangıçta, "temel parçacık" terimi kesinlikle temel bir şey, maddenin ilk tuğlası anlamına geliyordu. Ancak 1950'li ve 1960'lı yıllarda benzer özelliklere sahip yüzlerce hadron keşfedildiğinde, hadronların en azından iç serbestlik derecesine sahip olduğu, yani kelimenin tam anlamıyla temel olmadıkları ortaya çıktı. Daha sonra hadronların kuarklardan oluştuğu ortaya çıkınca bu şüphe doğrulandı.

Böylece fizikçiler maddenin yapısında biraz daha derinlere indiler: leptonlar ve kuarklar artık maddenin en temel, nokta benzeri parçaları olarak kabul ediliyor. Onlar için (ayar bozonlarıyla birlikte) “ esas parçacıklar".

Yaklaşık 1980'lerin ortasından bu yana aktif olarak geliştirilen sicim teorisinde, temel parçacıkların ve bunların etkileşimlerinin sonuç olduğu varsayılmaktadır. çeşitli türlerözellikle küçük “tellerin” titreşimleri.

Standart model

Temel parçacıkların Standart Modeli, fermiyonların 12 çeşidini, bunlara karşılık gelen antiparçacıkları ve ayar bozonlarını (fotonlar, gluonlar, K- Ve Z Parçacıklar arasındaki etkileşimleri taşıyan bozonlar ve 2012 yılında keşfedilen Higgs bozonunun varlığından sorumlu olan bozon atıl kütle parçacıklarda. Bununla birlikte, Standart Model, yerçekimini içermediğinden ve değerleri doğrudan takip edilmeyen birkaç düzine serbest parametre (parçacık kütleleri vb.) içerdiğinden, gerçekten temel bir teoriden ziyade büyük ölçüde geçici bir teori olarak görülüyor. teori. Belki de tanımlanmayan temel parçacıklar vardır. Standart model- örneğin, graviton (varsayımsal olarak taşıyan bir parçacık) gibi yerçekimi kuvvetleri) veya sıradan parçacıkların süpersimetrik ortakları. Toplamda model 61 parçacığı tanımlıyor.

Fermiyonlar

Fermiyonların 12 çeşidi, her biri 4 parçacıktan oluşan 3 aileye (nesiller) bölünmüştür. Bunlardan altısı kuarktır. Diğer altısı leptondur, bunların üçü nötrinodur ve geri kalan üçü bir birim negatif yük taşır: elektron, müon ve tau lepton.

Nesil parçacıklar
Birinci nesil İkinci nesil Üçüncü nesil
Elektron: e− Muon: μ − Tau leptonu: τ −
Elektron nötrinosu: ve e Müon nötrinosu: ν μ Tau nötrinosu: ν τ (\displaystyle \nu _(\tau ))
u-kuark (“yukarı”): sen c-kuark (“büyülenmiş”): C t-kuark (“doğru”): T
d-kuark (“aşağı”): D s-kuark (“garip”): S b-kuark (“güzel”): B

Antipartiküller

Yukarıdaki on iki parçacığa karşılık gelen 12 fermiyonik antiparçacık da vardır.

Antipartiküller
Birinci nesil İkinci nesil Üçüncü nesil
pozitron: e+ Pozitif müon: μ + Pozitif tau lepton: τ +
Elektron antinötrino: ν ¯ e (\displaystyle (\bar (\nu ))_(e)) Müon antinötrino: ν ¯ μ (\displaystyle (\bar (\nu ))_(\mu )) Tau antinötrino: ν ¯ τ (\displaystyle (\bar (\nu ))_(\tau ))
sen-antika: u ¯ (\ displaystyle (\ bar (u))) C-antika: c¯ (\displaystyle (\bar (c))) T-antika: t¯ (\displaystyle (\bar (t)))
D-antika: d¯ (\displaystyle (\bar (d))) S-antika: s ¯ (\displaystyle (\bar (s))) B-antika: b ¯ (\displaystyle (\bar (b)))

Kuarklar

Kuarklar ve antikuarklar hiçbir zaman serbest halde keşfedilmemiştir; bu durum şu fenomenle açıklanmaktadır: