Эдгээр гурван бөөмс (мөн доор тайлбарласан бусад хэсгүүд) өөрсдийнхөө дагуу бие биенээ татаж, түлхэж байдаг хураамж, эдгээр нь байгалийн үндсэн хүчний тоогоор ердөө дөрөвхөн төрөл юм. Цэнэгүүдийг харгалзах хүчийг бууруулах дарааллаар дараах байдлаар байрлуулж болно: өнгөт цэнэг (кваркуудын харилцан үйлчлэх хүч); цахилгаан цэнэг (цахилгаан ба соронзон хүч); сул цэнэг (зарим цацраг идэвхт процесст хүч чадал); эцэст нь масс (таталцлын хүч, эсвэл таталцлын харилцан үйлчлэл). Энд байгаа "өнгө" гэдэг үг нь харагдах гэрлийн өнгөтэй ямар ч хамаагүй; Энэ нь ердөө л хамгийн хүчтэй цэнэг, хамгийн агуу хүчний шинж чанар юм.
Төлбөр тууштай байх, өөрөөр хэлбэл Системд орох цэнэг нь түүнээс гарах цэнэгтэй тэнцүү байна. Хэрэв тодорхой тооны бөөмсийн харилцан үйлчлэлийн өмнөх нийт цахилгаан цэнэг 342 нэгж байвал харилцан үйлчлэлийн дараа үр дүнгээс үл хамааран 342 нэгжтэй тэнцэнэ. Энэ нь бусад цэнэгүүдэд мөн хамаарна: өнгө (хүчтэй харилцан үйлчлэлийн цэнэг), сул ба масс (масс). Бөөмүүд нь цэнэгээрээ ялгаатай: үндсэндээ эдгээр нь эдгээр цэнэгүүд юм. Төлбөр нь зохих хүчинд хариу өгөх эрхийн "гэрчилгээ" юм. Тиймээс зөвхөн өнгөт хэсгүүдэд өнгөт хүч нөлөөлнө, зөвхөн цахилгаан цэнэгтэй хэсгүүдэд цахилгаан хүч нөлөөлнө гэх мэт. Бөөмийн шинж чанарыг түүн дээр үйлчлэх хамгийн их хүчээр тодорхойлно. Зөвхөн кваркууд л бүх цэнэгийг зөөвөрлөдөг тул өнгө нь давамгайлж байгаа бүх хүчний үйлчлэлд өртдөг. Электронууд нь өнгөнөөс бусад бүх цэнэгтэй бөгөөд тэдгээрийн давамгайлах хүч нь цахилгаан соронзон хүч юм.
Байгалийн хувьд хамгийн тогтвортой нь дүрмээр бол нэг тэмдгийн бөөмсийн цэнэгийг өөр тэмдгийн бөөмсийн нийт цэнэгээр нөхдөг бөөмсийн төвийг сахисан хослолууд юм. Энэ нь бүхэл системийн хамгийн бага энергитэй тохирч байна. (Үүнтэй адил хоёр баар соронз нь нэг шугаманд байрладаг бөгөөд нэгнийх нь хойд туйл нь нөгөөгийн өмнөд туйл руу чиглэсэн байх ба энэ нь соронзон орны энергийн хамгийн бага хэмжээтэй тохирч байна.) Таталцал нь энэ дүрэмд үл хамаарах зүйл юм: сөрөг масс байхгүй. Унах бие байхгүй.
ЭДИЙН ТӨРӨЛ
Энгийн бодис нь электрон ба кваркуудаас бүрэлдэж, өнгө нь саармаг, дараа нь цахилгаан цэнэгтэй биетүүдэд хуваагддаг. Өнгөний хүчийг саармагжуулдаг бөгөөд энэ нь бөөмсийг гурвалсан болгон нэгтгэх үед доор дэлгэрэнгүй авч үзэх болно. (Тиймээс "өнгө" гэсэн нэр томъёо нь өөрөө оптикаас авсан: үндсэн гурван өнгө холилдоход цагаан өнгөтэй болдог.) Тиймээс өнгөний хүч давамгайлсан кваркууд гурвалсан хэлбэрийг үүсгэдэг. Гэхдээ кваркууд бөгөөд тэдгээр нь хэд хэдэн хэсэгт хуваагддаг у-кваркууд (англи хэлнээс дээш - дээд) ба г-кваркууд (англи хэлнээс доош - бага), тэдгээр нь мөн тэнцүү цахилгаан цэнэгтэй байдаг у-кварк ба төлөө г- кварк. Хоёр у- кварк ба нэг г-кварк нь +1 цахилгаан цэнэг өгч протон үүсгэдэг ба нэг у- кварк ба хоёр г-кваркууд тэг цахилгаан цэнэг өгч, нейтрон үүсгэдэг.
Тогтвортой протон ба нейтронууд нь тэдгээрийн бүрдүүлэгч кваркуудын хоорондын харилцан үйлчлэлийн үлдэгдэл өнгөний хүчээр бие биедээ татагдаж, өнгөт саармаг атомын цөмийг үүсгэдэг. Гэхдээ цөмүүд нь эерэг цахилгаан цэнэгтэй байдаг ба нарны эргэн тойронд эргэдэг гаригууд шиг цөмийг тойрон эргэдэг сөрөг электронуудыг өөртөө татах замаар төвийг сахисан атом үүсгэдэг. Тэдний тойрог замд байгаа электронууд нь цөмийн радиусаас хэдэн арван мянга дахин их зайд цөмөөс салгагдсан нь тэдгээрийг барьж буй цахилгаан хүч нь цөмийнхөөс хамаагүй сул болохыг нотолж байна. Өнгөний харилцан үйлчлэлийн хүчээр атомын массын 99.945% нь цөмд нь оршдог. Жин у- ба г-кваркууд нь электроноос 600 дахин их масстай. Тиймээс электронууд нь цөмөөс хамаагүй хөнгөн бөгөөд хөдөлгөөнтэй байдаг. Тэдний бодис дахь хөдөлгөөн нь цахилгаан үзэгдлийг үүсгэдэг.
Цөм дэх нейтрон ба протоны тоо, үүний дагуу тойрог зам дахь электронуудын тоогоор ялгаатай хэдэн зуун байгалийн атомууд (изотопуудыг оруулаад) байдаг. Хамгийн энгийн нь протон хэлбэртэй цөм ба түүнийг тойрон эргэдэг нэг электроноос бүрдэх устөрөгчийн атом юм. Байгаль дээрх бүх "харагдахуйц" бодисууд нь атомууд болон хэсэгчлэн "заалагдсан" атомуудаас бүрддэг бөгөөд тэдгээрийг ион гэж нэрлэдэг. Ионууд нь хэд хэдэн электроноо алдаж (эсвэл олж авсан) цэнэгтэй бөөмс болсон атомууд юм. Бараг нэг ионоос бүрдэх бодисыг плазм гэж нэрлэдэг. Төвүүдэд явагдаж буй термоядролын урвалын улмаас шатаж буй одод нь ихэвчлэн плазмаас бүрддэг ба одод нь орчлон ертөнцийн хамгийн түгээмэл материйн хэлбэр тул бүх ертөнц нь ихэвчлэн плазмаас бүрддэг гэж хэлж болно. Илүү нарийвчлалтайгаар одод бүрэн ионжсон хийн устөрөгч, өөрөөр хэлбэл. бие даасан протон ба электронуудын холимог тул бараг бүх харагдахуйц ертөнц үүнээс бүрддэг.
Энэ бол харагдах зүйл. Гэвч орчлон ертөнцөд үл үзэгдэх бодис байсаар байна. Мөн хүч зөөвөрлөгчийн үүрэг гүйцэтгэдэг бөөмс байдаг. Зарим бөөмсийн эсрэг бөөм ба өдөөгдсөн төлөв байдаг. Энэ бүхэн нь "анхан шатны" тоосонцорыг хэт их хэмжээгээр бий болгоход хүргэдэг. Энэхүү элбэг дэлбэг байдлаас энгийн бөөмс болон тэдгээрийн хооронд үйлчилж буй хүчний бодит, жинхэнэ мөн чанарын шинж тэмдгийг олж болно. Хамгийн сүүлийн үеийн онолын дагуу бөөмс нь үндсэндээ геометрийн объектууд болох арван хэмжээст орон зайд "мөр" байж болно.
Үл үзэгдэх ертөнц.
Орчлон ертөнцөд зөвхөн харагдахуйц матери байдаггүй (мөн хар нүхнүүд, гэрэлтэхэд харагдахуйц хүйтэн гаригууд гэх мэт "хар бодис" байдаг). Бид бүгдэд болон бүх ертөнцийг секунд тутамд нэвт шингээдэг үнэхээр үл үзэгдэх бодис бас байдаг. Энэ нь нэг төрлийн бөөмс болох электрон нейтриногийн хурдан хөдөлдөг хий юм.
Электрон нейтрино нь электроны хамтрагч боловч цахилгаан цэнэггүй. Нейтрино нь зөвхөн сул цэнэгийг л тээдэг. Тэдний амрах масс нь магадгүй тэг юм. Гэхдээ тэд таталцлын оронтой харилцан үйлчилдэг, учир нь тэд кинетик энергитэй байдаг Э, энэ нь үр дүнтэй масстай тохирч байна м, Эйнштейний томъёоны дагуу Э = mc 2, хаана внь гэрлийн хурд юм.
Нейтриногийн гол үүрэг бол хувиргахад хувь нэмэр оруулах явдал юм болон- кваркууд гкваркууд нь протоныг нейтрон болгон хувиргахад хүргэдэг. Нейтрино нь оддын термоядролын урвалын "карбюраторын зүү"-ийн үүргийг гүйцэтгэдэг бөгөөд үүнд дөрвөн протон (устөрөгчийн цөм) нийлж гелий цөм үүсгэдэг. Гэхдээ гелийн цөм нь дөрвөн протоноос биш, харин хоёр протон, хоёр нейтроноос бүрддэг тул ийм цөмийн нэгдэлд хоёр байх шаардлагатай. болон- кваркууд хоёр болж хувирав г- кварк. Өөрчлөлтийн эрч хүч нь одод хэр хурдан шатахыг тодорхойлдог. Мөн хувиргах үйл явц нь бөөмс хоорондын сул цэнэг, сул харилцан үйлчлэлийн хүчээр тодорхойлогддог. Хаана болон-кварк (цахилгаан цэнэг +2/3, сул цэнэг +1/2), электронтой харилцан үйлчлэх (цахилгаан цэнэг - 1, сул цэнэг -1/2), үүсдэг. г-кварк (цахилгаан цэнэг -1/3, сул цэнэг -1/2) ба электрон нейтрино (цахилгаан цэнэг 0, сул цэнэг +1/2). Энэ процесст нейтриногүйгээр хоёр кваркийн өнгөний цэнэг (эсвэл зүгээр л өнгө) арилдаг. Нейтриногийн үүрэг бол нөхөн олгогдоогүй сул цэнэгийг зайлуулах явдал юм. Тиймээс өөрчлөлтийн хурд нь сул хүч хэр сул байгаагаас хамаарна. Хэрэв тэд өөрсдөөсөө сул байсан бол одод огт шатахгүй байх байсан. Хэрэв тэд илүү хүчтэй байсан бол одод аль хэдийн шатах байсан.
Харин нейтриногийн талаар юу хэлэх вэ? Эдгээр бөөмс нь бусад бодисуудтай маш сул харилцан үйлчилдэг тул төрсөн оддоо бараг тэр даруй орхидог. Бүх одод гэрэлтэж, нейтрино ялгаруулж, нейтрино нь бидний бие болон дэлхий даяар өдөр шөнөгүй гэрэлтдэг. Тиймээс тэд Оддын шинэ харилцан үйлчлэлд орох хүртлээ орчлон ертөнцөөр тэнүүчлэх болно).
Харилцааны тээвэрлэгчид.
Алсын зайд бөөмсийн хооронд үйлчлэх хүч юунаас үүдэлтэй вэ? Орчин үеийн физикийн хариулт: бусад бөөмсийн солилцооны улмаас. Хоёр уран гулгагч бөмбөг шидэж байна гэж төсөөлөөд үз дээ. Бөмбөгийг шидэх болон хүлээн авсан бөмбөгөөр импульсийг хүлээн авах үед хоёулаа бие биенээсээ чиглэлд түлхэлт өгдөг. Энэ нь зэвүүн хүч гарч ирснийг тайлбарлаж болно. Гэхдээ бичил ертөнц дэх үзэгдлийг авч үздэг квант механикт үйл явдлын ер бусын суналт, нүүлгэн шилжүүлэлтийг зөвшөөрдөг бөгөөд энэ нь боломжгүй зүйлд хүргэдэг: тэшүүрчдийн нэг нь бөмбөгийг тэр чиглэлд шиддэг. -ааснөгөө нь, гэхдээ нэг нь магадгүйэнэ бөмбөгийг барьж ав. Хэрэв энэ нь боломжтой байсан бол (мөн энгийн бөөмсийн ертөнцөд боломжтой) тэшүүрчдийн хооронд таталцал бий болно гэж төсөөлөхөд хэцүү биш юм.
Дээр дурдсан дөрвөн “материалын бөөмс”-ийн хооронд харилцан үйлчлэлийн хүч үүсдэг бөөмсийг хэмжигч бөөмс гэж нэрлэдэг. Хүчтэй, цахилгаан соронзон, сул ба таталцлын гэсэн дөрвөн харилцан үйлчлэл тус бүр өөрийн гэсэн хэмжигч бөөмстэй байдаг. Хүчтэй харилцан үйлчлэлийн тээвэрлэгч хэсгүүд нь глюонууд (тэдгээрийн зөвхөн найм нь байдаг). Фотон бол цахилгаан соронзон харилцан үйлчлэлийн тээвэрлэгч (энэ нь нэг бөгөөд бид фотоныг гэрэл гэж хүлээн зөвшөөрдөг). Сул харилцан үйлчлэлийн тээвэрлэгч бөөмс нь завсрын вектор бозонууд юм (1983, 1984 онд нээгдсэн. В + -, В- -бозон ба саармаг З-бозон). Таталцлын харилцан үйлчлэлийн бөөмс тээвэрлэгч нь таамагласан гравитон хэвээр байна (энэ нь нэг байх ёстой). Хязгааргүй хол зайг туулж чаддаг фотон ба гравитоноос бусад эдгээр бүх бөөмс нь зөвхөн материалын бөөмс хоорондын солилцооны явцад л оршдог. Фотонууд орчлон ертөнцийг гэрлээр, гравитонууд нь таталцлын долгионоор дүүргэдэг (одоохондоо баттай илрээгүй).
Хэмжилтийн тоосонцор ялгаруулах чадвартай бөөмсийг зохих хүчний талбараар хүрээлэгдсэн гэж хэлдэг. Тиймээс фотон ялгаруулах чадвартай электронууд нь цахилгаан ба соронзон орон, түүнчлэн сул ба таталцлын оронгоор хүрээлэгдсэн байдаг. Кваркууд нь эдгээр бүх талбаруудаар хүрээлэгдсэн боловч хүчтэй харилцан үйлчлэлийн талбараар хүрээлэгдсэн байдаг. Өнгөний хүчний талбарт өнгөний цэнэгтэй бөөмс нь өнгөний хүчинд нөлөөлдөг. Байгалийн бусад хүчинд мөн адил хамаарна. Тиймээс бид ертөнц нь матери (материалын бөөмс) ба орон (хэмжээний бөөмс) хоёроос бүрддэг гэж хэлж болно. Энэ талаар доор дэлгэрэнгүй үзнэ үү.
Эсрэг бодис.
Бөөм бүр нь эсрэг бөөмтэй тохирч, бөөмс нь харилцан устгаж чаддаг, өөрөөр хэлбэл. "устгах", үүний үр дүнд энерги ялгардаг. Гэсэн хэдий ч "цэвэр" энерги дангаараа байдаггүй; устгалын үр дүнд шинэ бөөмс (жишээлбэл, фотон) гарч ирж, энэ энергийг авч явдаг.
Ихэнх тохиолдолд эсрэг бөөмс нь харгалзах бөөмийн эсрэг шинж чанартай байдаг: хэрэв бөөмс хүчтэй, сул эсвэл цахилгаан соронзон орны нөлөөн дор зүүн тийш хөдөлдөг бол түүний эсрэг бөөмс баруун тийш шилжих болно. Товчхондоо, эсрэг бөөм нь бүх цэнэгийн эсрэг шинж тэмдэгтэй байдаг (массын цэнэгээс бусад). Хэрэв бөөм нь жишээлбэл, нейтрон гэх мэт нийлмэл бол түүний эсрэг бөөмс нь эсрэг цэнэгийн шинж тэмдэг бүхий бүрэлдэхүүн хэсгүүдээс бүрдэнэ. Иймд эсрэг электрон нь +1 цахилгаан цэнэгтэй, +1/2 сул цэнэгтэй бөгөөд позитрон гэж нэрлэгддэг. Антинейтрон нь үүнээс бүрдэнэ болон-цахилгаан цэнэгтэй антикваркууд –2/3 ба г-цахилгаан цэнэгтэй антикваркууд +1/3. Жинхэнэ төвийг сахисан бөөмсүүд нь өөрсдийн эсрэг бөөмс юм: фотоны эсрэг бөөмс нь фотон юм.
Орчин үеийн онолын үзэл баримтлалын дагуу байгальд байгаа бөөмс бүр өөрийн гэсэн эсрэг бөөмстэй байх ёстой. Мөн позитрон ба антинейтрон зэрэг олон тооны эсрэг бөөмсийг лабораторид үнэхээр олж авсан. Үүний үр дагавар нь онцгой чухал бөгөөд энгийн бөөмсийн бүх туршилтын физикийн үндэс суурь болдог. Харьцангуйн онолын дагуу масс ба энерги нь тэнцүү бөгөөд тодорхой нөхцөлд энерги нь масс болж хувирдаг. Цэнэг хадгалагдаж, вакуум (хоосон орон зай) цэнэг нь 0 байх тул энерги нь тэдгээрийг үүсгэхэд хангалттай бол илбэчний малгайнаас туулайнууд шиг вакуумаас дурын хос бөөмс ба эсрэг хэсгүүд (тэг цэвэр цэнэгтэй) гарч ирж болно. масс.
Бөөмийн үүслүүд.
Хурдасгуурын туршилтууд нь материалын бөөмсийн дөрвөлжин (дөрвөл) нь илүү их массын утгуудад дор хаяж хоёр удаа давтагддаг болохыг харуулсан. Хоёр дахь үеийн хувьд электроны байрыг мюон эзэлдэг (масс нь электроны массаас 200 дахин их, гэхдээ бусад бүх цэнэгийн ижил утгатай) электрон нейтриногийн байр юм. мюон (электрон нь электрон нейтрино дагалддагтай адил сул харилцан үйлчлэлд мюоныг дагалддаг), байрлуулна. болон- кварк эзэлдэг хамт-кварк ( сэтгэл татам), a г-кварк- с-кварк ( хачин). Гурав дахь үеийн дөрвөл нь тау лептон, тау нейтрино, т-кварк ба б- кварк.
Жин т- кварк нь хамгийн хөнгөнөөс 500 дахин их масстай - г- кварк. Гурван төрлийн хөнгөн нейтрино байдгийг туршилтаар тогтоосон. Тиймээс дөрөв дэх үеийн бөөмс нь огт байхгүй, эсвэл харгалзах нейтрино нь маш хүнд байдаг. Энэ нь сансар судлалын өгөгдөлтэй нийцэж байгаа бөгөөд үүний дагуу дөрвөн төрлийн гэрлийн нейтрино байж болохгүй.
Өндөр энергитэй тоосонцортой туршилт хийхэд электрон, мюон, тау-лептон болон харгалзах нейтрино нь тусдаа бөөмсийн үүрэг гүйцэтгэдэг. Тэд өнгөт цэнэгийг авч явдаггүй бөгөөд зөвхөн сул, цахилгаан соронзон харилцан үйлчлэлд ордог. Тэднийг хамтдаа дууддаг лептонууд.
| Хүснэгт 2. ҮНДСЭН БӨӨМСИЙН ҮЕИЙН ҮЕ | ||||
| Бөөм | Амралтын масс, MeV/ хамт 2 | Цахилгаан цэнэг | өнгөний цэнэг | Сул цэнэг |
| ХОЁРДУГААР ҮЕ | ||||
| хамт- кварк | 1500 | +2/3 | Улаан, ногоон эсвэл цэнхэр | +1/2 |
| с- кварк | 500 | –1/3 | Үүнтэй адил | –1/2 |
| Муон нейтрино | 0 | 0 | +1/2 | |
| Муон | 106 | 0 | 0 | –1/2 |
| ГУРАВДУГААР ҮЕ | ||||
| т- кварк | 30000–174000 | +2/3 | Улаан, ногоон эсвэл цэнхэр | +1/2 |
| б- кварк | 4700 | –1/3 | Үүнтэй адил | –1/2 |
| Тау нейтрино | 0 | 0 | +1/2 | |
| Тау | 1777 | –1 | 0 | –1/2 |
Харин кваркууд өнгөт хүчний нөлөөн дор нэгдэж, өндөр энергийн физикийн ихэнх туршилтуудад давамгайлж буй хүчтэй харилцан үйлчлэл бүхий бөөмс болж хувирдаг. Ийм бөөмсийг нэрлэдэг адронууд. Эдгээрт хоёр дэд анги багтдаг: барионууд(жишээ нь протон ба нейтрон), гурван кваркаас тогтдог ба мезонкварк ба антикваркаас бүрддэг. 1947 онд сансрын туяанаас пион (эсвэл пи-мезон) гэж нэрлэгддэг анхны мезон нээгдсэн бөгөөд хэсэг хугацаанд эдгээр хэсгүүдийн солилцоо нь цөмийн хүчний гол шалтгаан болсон гэж үздэг. 1964 онд Брукхавены үндэсний лабораторид (АНУ) нээсэн омега хасах адронууд ба j-psy бөөмс ( Ж/y-мезон), 1974 онд Брукхейвен болон Стэнфордын шугаман хурдасгуурын төвд (АНУ-д) нэгэн зэрэг нээсэн. Омега-хасах бөөмсийн оршин тогтнохыг М.Гелл-Манн "" гэж нэрлэсэн " СУ 3-онол" (өөр нэр нь "найман үе") бөгөөд үүнд кваркууд оршин тогтнох боломжийг анх санал болгосон (мөн энэ нэрийг тэдэнд өгсөн). Арван жилийн дараа бөөмийн нээлт Ж/yоршин байгааг баталсан хамт-кварк, эцэст нь хүн бүрийг кваркийн загвар болон цахилгаан соронзон ба сул хүчийг нэгтгэсэн онолын аль алинд нь итгүүлэв ( доороос үзнэ үү).
Хоёр ба гурав дахь үеийн бөөмс нь эхний үеийнхээс дутахгүй бодитой юм. Үнэн бол үүссэний дараа тэд секундын сая эсвэл тэрбумын нэгээр задарч, эхний үеийн энгийн бөөмүүд болох электрон, электрон нейтрино, мөн түүнчлэн болон- ба г- кваркууд. Байгальд бөөмсүүд яагаад хэд хэдэн үе байдаг вэ гэсэн асуулт одоог хүртэл нууц хэвээр байна.
Янз бүрийн үеийн кваркууд болон лептонуудыг бөөмсийн өөр өөр "амт" гэж ихэвчлэн ярьдаг (энэ нь мэдээжийн хэрэг зарим талаараа хазгай). Тэдгээрийг тайлбарлах хэрэгцээг "амт" асуудал гэж нэрлэдэг.
БОЗОН БА ФЕРМИОНУУД, ХЭЭР БА БОДИС
Бөөмийн үндсэн ялгаануудын нэг бол бозон ба фермионуудын ялгаа юм. Бүх бөөмсийг эдгээр хоёр үндсэн ангилалд хуваадаг. Бозонууд давхцаж эсвэл давхцаж болох ч фермион шиг давхцаж чаддаггүй. Суперпозиция нь квант механик байгалийг хуваадаг салангид энергийн төлөвт тохиолддог (эсвэл тохиолддоггүй). Эдгээр төлөвүүд нь бөөмсийг байрлуулж болох тусдаа эсүүд юм. Тиймээс, нэг нүдэнд та хэдэн ч ижил бозонуудыг байрлуулж болно, гэхдээ зөвхөн нэг фермион.
Жишээ болгон атомын цөмийг тойрон эргэдэг электроны хувьд ийм эс буюу "төлөв"-ийг авч үзье. Гаригуудаас ялгаатай нарны систем, квант механикийн хуулиудын дагуу электрон ямар ч зууван тойрог замд эргэлдэж чадахгүй, учир нь түүнд зөвхөн зөвшөөрөгдсөн "хөдөлгөөний төлөв"-ийн тодорхой тоо байдаг. Электроноос цөм хүртэлх зайгаар бүлэглэсэн ийм төлөвүүдийн багцыг нэрлэдэг тойрог замууд. Эхний тойрог замд өөр өөр өнцгийн момент бүхий хоёр төлөв байдаг тул зөвшөөрөгдсөн хоёр эс, дээд тойрог замд найм ба түүнээс дээш эсүүд байдаг.
Электрон нь фермион учраас эс бүр зөвхөн нэг электрон агуулж болно. Бодисын химийн шинж чанарыг харгалзах атомуудын харилцан үйлчлэлээр тодорхойлдог тул бүхэл бүтэн химийн үр дагавар нь маш чухал үр дагавар юм. Хэрэв та цөм дэх протоны тоог нэгжээр нэмэгдүүлэх дарааллаар нэг атомаас нөгөө атом руу элементүүдийн үечилсэн системээр дамжвал (цахилгаан электронуудын тоо нэмэгдэх болно) эхний хоёр электрон эхний тойрог замыг эзлэх болно. дараагийн найм нь хоёрдугаарт байрлана гэх мэт. Элементээс элемент рүү атомын электрон бүтцийн энэхүү дараалсан өөрчлөлт нь тэдгээрийн химийн шинж чанарын зүй тогтлыг тодорхойлдог.
Хэрэв электронууд бозон байсан бол атомын бүх электронууд хамгийн бага энергитэй ижил тойрог замд байрлаж болно. Энэ тохиолдолд Орчлон ертөнцийн бүх материйн шинж чанарууд огт өөр байх бөгөөд бидний мэдэх хэлбэрээр Орчлон ертөнц боломжгүй болно.
Бүх лептонууд - электрон, мюон, тау-лептон ба тэдгээрийн харгалзах нейтрино нь фермионууд юм. Кваркуудын талаар ижил зүйлийг хэлж болно. Ийнхүү орчлон ертөнцийн үндсэн дүүргэгч болох "матери"-ийг бүрдүүлдэг бүх бөөмс, мөн үл үзэгдэх нейтрино нь фермионууд юм. Энэ нь маш чухал юм: фермионууд нэгдэж чадахгүй тул материаллаг ертөнцийн объектуудад мөн адил хамаарна.
Үүний зэрэгцээ бүх "хэмжигч хэсгүүд" харилцан үйлчлэгч материалын хэсгүүдийн хооронд солилцож, хүчний талбарыг үүсгэдэг ( дээрээс үзнэ үү), бозонууд бөгөөд энэ нь бас маш чухал юм. Жишээлбэл, олон фотонууд ижил төлөвт байж, соронзон орны эргэн тойронд соронзон орон эсвэл цахилгаан цэнэгийн эргэн тойронд цахилгаан орон үүсгэж болно. Үүний ачаар лазер хийх боломжтой.
Ээрэх.
Бозон ба фермионуудын ялгаа нь энгийн бөөмсийн өөр нэг шинж чанартай холбоотой юм. буцаж. Гайхалтай мэт санагдсан ч бүх үндсэн бөөмс нь өөрийн гэсэн өнцгийн импульстэй буюу өөрөөр хэлбэл өөрийн тэнхлэгээ тойрон эргэлддэг. Нийт импульс нь хөрвүүлэх хөдөлгөөний нэгэн адил өнцгийн импульс нь эргэлтийн хөдөлгөөний шинж чанар юм. Аливаа харилцан үйлчлэлийн үед өнцгийн импульс ба импульс хадгалагдана.
Бичил ертөнцийн хувьд өнцгийн импульс нь квантчлагдсан, өөрөөр хэлбэл. дискрет утгыг авдаг. Тохиромжтой нэгжид лептон ба кваркууд 1/2-тэй тэнцэх спиралтай, хэмжүүрийн тоосонцор 1-тэй тэнцүү спинтэй (туршилтаар хараахан ажиглагдаагүй гравитоноос бусад боловч онолын хувьд 2-той тэнцэх спинтэй байх ёстой). Лептон ба кваркууд нь фермионууд, хэмжигч хэсгүүд нь бозонууд байдаг тул "фермионик чанар" нь 1/2 спинтэй, "бозоник чанар" нь 1 (эсвэл 2) спинтэй холбоотой гэж үзэж болно. Үнэн хэрэгтээ хэрэв бөөмс хагас бүхэл спинтэй бол энэ нь фермион, хэрэв бүхэл тоо бол бозон болохыг туршилт, онол хоёулаа баталж байна.
ХЭМЖИГЧИЙН ОНОЛ БА ГЕОМЕТР
Бүх тохиолдолд фермионуудын хооронд бозоны солилцооны улмаас хүч үүсдэг. Ийнхүү хоёр кварк (кварк - фермион) хоорондын харилцан үйлчлэлийн өнгөт хүч нь глюонуудын солилцооны улмаас үүсдэг. Ийм солилцоо нь протон, нейтрон, атомын цөмд байнга явагддаг. Үүний нэгэн адил электрон ба кваркуудын хооронд солигдсон фотонууд нь атом дахь электронуудыг барих цахилгаан татах хүчийг үүсгэдэг ба лептон ба кваркуудын хооронд солилцсон завсрын вектор бозонууд нь оддын нэгдэх урвалд протоныг нейтрон болгон хувиргах үүрэгтэй сул харилцан үйлчлэлийн хүчийг үүсгэдэг.
Ийм солилцооны онол нь гоёмсог, энгийн бөгөөд магадгүй зөв юм. гэж нэрлэдэг хэмжүүрийн онол. Гэхдээ одоогийн байдлаар зөвхөн хүчтэй, сул, цахилгаан соронзон харилцан үйлчлэлийн бие даасан хэмжүүрийн онолууд ба тэдгээртэй төстэй таталцлын хэмжүүрийн онолууд байдаг боловч зарим талаараа ялгаатай байдаг. Физикийн хамгийн чухал асуудлуудын нэг бол эдгээр тусдаа онолыг нэг бөгөөд нэгэн зэрэг энгийн онол болгон бууруулж, тэдгээр нь бүгд болорын тал шиг нэг бодит байдлын өөр өөр талууд болох явдал юм.
| Хүснэгт 3. ЗАРИМ ХАДРОН | ||||
| Бөөм | Тэмдэг | Кваркийн найрлага * | амрах масс, MeV/ хамт 2 | Цахилгаан цэнэг |
| БАРЁОНС | ||||
| Протон | х | үүд | 938 | +1 |
| Нейтрон | n | udd | 940 | 0 |
| Омега хасах | W- | сс | 1672 | –1 |
| MESONS | ||||
| Pi нэмэх | х + | у | 140 | +1 |
| Пи-хасах | х – | ду | 140 | –1 |
| fi | е | сє | 1020 | 0 |
| JPS | Ж/ж | в | 3100 | 0 |
| Upsilon | Ў | б | 9460 | 0 |
| * Кваркийн найрлага: у- дээд; г- доод; с- хачин; в- илбэдсэн б- үзэсгэлэнтэй. Үсгийн дээрх мөр нь антикваркуудыг илэрхийлдэг. | ||||
Царигийн онолуудаас хамгийн энгийн бөгөөд хамгийн эртний нь цахилгаан соронзон харилцан үйлчлэлийн хэмжүүрийн онол юм. Үүнд электроны цэнэгийг түүнээс алслагдсан өөр электроны цэнэгтэй харьцуулж (шалгалт тохируулна). Төлбөрийг хэрхэн харьцуулах вэ? Жишээлбэл, та хоёр дахь электроныг эхнийх рүү ойртуулж, тэдгээрийн харилцан үйлчлэлийн хүчийг харьцуулж болно. Гэхдээ электрон сансар огторгуйн өөр цэг рүү шилжихэд түүний цэнэг өөрчлөгддөггүй гэж үү? Шалгах цорын ганц арга бол ойрын электроноос алслагдсан электрон руу дохио илгээж, хэрхэн хариу үйлдэл үзүүлэхийг харах явдал юм. Дохио нь хэмжигч бөөмс - фотон юм. Алсын бөөмсийн цэнэгийг шалгахын тулд фотон хэрэгтэй.
Математикийн хувьд энэ онол нь туйлын нарийвчлал, гоо үзэсгэлэнгээр ялгагдана. Дээр өгүүлсэн “хэмжээний зарчим”-аас бүх квант электродинамик (цахилгаан соронзонгийн квант онол) мөн 19-р зууны шинжлэх ухааны хамгийн том ололтуудын нэг болох цахилгаан соронзон орны Максвеллийн онолыг дагадаг.
Ийм энгийн зарчим яагаад ийм үр дүнтэй байдаг вэ? Энэ нь Орчлон ертөнцийн янз бүрийн хэсгүүдийн тодорхой хамаарлыг илэрхийлж, Орчлон ертөнцөд хэмжилт хийх боломжийг олгодог бололтой. Математикийн хэллэгээр талбарыг геометрийн хувьд ямар нэгэн төсөөлж болох "дотоод" орон зайн муруйлт гэж тайлбарладаг. Цэнэглэх хэмжилт нь бөөмийн эргэн тойрон дахь нийт "дотоод муруйлт" -ын хэмжилт юм. Хүчтэй ба сул харилцан үйлчлэлийн хэмжүүрийн онолууд нь цахилгаан соронзон хэмжүүрийн онолоос зөвхөн харгалзах цэнэгийн дотоод геометрийн "бүтэц"-ээр ялгаатай байдаг. Энэ дотоод орон зай яг хаана байрладаг вэ гэсэн асуултад энд авч үзэхгүй олон хэмжээст нэгдмэл талбарын онолууд хариулж байна.
| Хүснэгт 4. ҮНДСЭН ХАРИУЦЛАГА | |||||
| Харилцаа холбоо | 10-13 см-ийн зайд харьцангуй эрч хүч | Үйлдлийн радиус | Харилцааны тээвэрлэгч | Зөөгчийн амрах масс, MeV/ хамт 2 | Тээвэрлэгч эргэх |
| хүчтэй | 1 | Глюон | 0 | 1 | |
| Цахилгаан- соронзон |
0,01 | Ґ | Фотон | 0 | 1 |
| Сул дорой | 10 –13 | В + | 80400 | 1 | |
| В – | 80400 | 1 | |||
| З 0 | 91190 | 1 | |||
| Таталцал - оновчтой |
10 –38 | Ґ | гравитон | 0 | 2 |
Энгийн бөөмсийн физик хараахан дуусаагүй байна. Одоо байгаа өгөгдөл нь бөөмс ба хүчний мөн чанар, орон зай, цаг хугацааны жинхэнэ мөн чанар, хэмжээсийг бүрэн ойлгоход хангалттай эсэх нь тодорхойгүй хэвээр байна. Үүний тулд 10 15 ГВ-ын энергитэй туршилт хэрэгтэй юу, эсвэл бодлын хүчин чармайлт хангалттай байх болов уу? Одоогоор хариулт алга байна. Гэхдээ эцсийн зураг нь энгийн, гоёмсог, үзэсгэлэнтэй байх болно гэж бид итгэлтэйгээр хэлж чадна. Хэмжээний зарчим, өндөр хэмжээст орон зай, уналт ба тэлэлт, юуны түрүүнд геометр гэсэн олон үндсэн санаа байхгүй байж магадгүй юм.
Бичил ертөнцөд болж буй үзэгдлийн тайлбарт физик хэмжигдэхүүний хэмжигдэхүүнийг физикийн хуулиудын математик тэмдэглэгээгээр тодорхойлдог үндсэн ба дериватив гэж хуваадаг.
Бүх физик үзэгдлүүд орон зай, цаг хугацааны хувьд явагддаг тул урт, цаг хугацааны нэгжийг үндсэн нэгж болгон авч, массын нэгжийг нэмдэг. Үндсэн нэгжүүд: урт л, цаг t, масс m − тодорхой хэмжээсийг авна. Гарсан нэгжийн хэмжээсийг тодорхой физик хуулийг илэрхийлсэн томъёогоор тодорхойлно.
Үндсэн физик нэгжийн хэмжээсийг практик дээр ашиглахад тохиромжтой байхаар сонгосон.
SI системд дараах хэмжигдэхүүнүүдийг хүлээн зөвшөөрдөг: урт [ л] = м (метр), цаг [t] = s (секунд), масс [t] = кг (килограмм).
CGS системд үндсэн нэгжийн хувьд дараах хэмжигдэхүүнүүдийг хүлээн зөвшөөрдөг: урт [/] \u003d см (сантиметр), хугацаа [t] \u003d с (секунд) ба масс [t] \u003d г (грамм). Бичил ертөнцөд тохиолдох үзэгдлийг дүрслэхийн тулд SI ба CGS нэгжийн системийг хоёуланг нь ашиглаж болно.
Бичил ертөнцийн үзэгдлүүдийн урт, цаг, массын дарааллыг тооцоолъё.
Олон улсын нийтээр хүлээн зөвшөөрөгдсөн SI ба CGS нэгжийн системээс гадна бүх нийтийн физик тогтмол дээр үндэслэсэн "нэгжүүдийн байгалийн систем" -ийг бас ашигладаг. Эдгээр нэгжийн системүүд нь ялангуяа хамааралтай бөгөөд янз бүрийн физик онолд ашиглагддаг. Байгалийн нэгжийн системд үндсэн тогтмолуудыг үндсэн нэгж болгон авдаг: вакуум дахь гэрлийн хурд - c, Планкийн тогтмол - ћ, таталцлын тогтмол G N , Больцманы тогтмол - k: Авогадрогийн тоо - N A гэх мэт. Байгалийн системд Планкийн нэгжийн тоо, c = ћ = G N = k = 1. Энэхүү нэгжийн системийг сансар судлалд квант болон таталцлын нөлөө хоёулаа чухал ач холбогдолтой үйл явцыг (хар нүхний онол, орчлон ертөнцийн эхэн үеийн онол) тодорхойлоход ашигладаг.
Байгалийн нэгжийн системд уртын байгалийн нэгжийн асуудлыг шийддэг. Үүнийг Комптон долгионы урт λ 0 гэж үзэж болох бөгөөд энэ нь бөөмийн массаар тодорхойлогддог M: λ 0 = ћ/Ms.
Уртобъектын хэмжээг тодорхойлдог. Тиймээс электроны хувьд сонгодог радиус r 0 \u003d e 2 /m e c 2 \u003d 2.81794 10 -13 см (e, m e нь электроны цэнэг ба масс юм). Электроны сонгодог радиус нь е цэнэгтэй цэнэглэгдсэн бөмбөгний радиус (тархалт нь бөмбөрцөг тэгш хэмтэй) гэсэн утгатай бөгөөд энэ үед бөмбөгний электростатик талбайн энерги ε = γе 2 / r 0 бусадтай тэнцүү байна. электроны энерги m e c 2 (Томпсоны гэрлийн сарнилыг авч үзэхэд ашигладаг).
Бор тойрог замын радиусыг мөн ашигладаг. Энэ нь өдөөгдөөгүй устөрөгчийн атомд электрон хамгийн их байх магадлалтай цөмөөс зай гэж тодорхойлогддог.
a 0 = ћ 2 /m e e 2 (CGS системд) ба a 0 = (α/4π)R = 0.529 10 -10 м (SI системд), α = 1/137.
Нуклоны хэмжээ r ≈ 10 -13 см (1 фемтометр). Атомын системийн шинж чанарын хэмжээсүүд нь 10 -8 , цөмийн системүүд - 10 -12 ÷ 10 -13 см байна.
Цаг хугацааөргөн хүрээнд хэлбэлздэг ба R зайг объектын v хурдтай харьцуулсан харьцаагаар тодорхойлогддог. Бичил объектын хувьд τ хор = R/v = 5·10 -12 см/10 9 см/с ~ 5·10 -22 с;
τ элемент h \u003d 10 -13 см / 3 10 10 см / с \u003d 3 10 -24 сек.
Массобъектууд 0-ээс M хооронд хэлбэлздэг. Иймээс электроны масс m e ≈ 10 -27 г, протоны масс
m p ≈ 10 -24 г (CGS систем). Атом ба цөмийн физикт ашигладаг нэг атомын массын нэгж, 1.00. = Нүүрстөрөгчийн атомын массын нэгжээр M(C)/12.
Бичил биетүүдийн үндсэн шинж чанарууд нь цахилгаан цэнэг, түүнчлэн энгийн бөөмсийг тодорхойлоход шаардлагатай шинж чанаруудыг агуулдаг.
Цахилгаан цэнэг
бөөмс Q нь ихэвчлэн электрон цэнэгийн нэгжээр хэмжигддэг. Электрон цэнэг e = 1.6 10 -19 унжлагатай. Чөлөөт төлөвт байгаа бөөмсийн хувьд Q/e = ±1, 0, адрон бүрдүүлдэг кваркуудын хувьд Q/e = ±2/3 ба ±1/3 байна.
Цөм дэх цэнэгийг цөмд агуулагдах Z протоны тоогоор тодорхойлно. Протоны цэнэг үнэмлэхүй утгаараа электроны цэнэгтэй тэнцүү байна.
Энгийн бөөмсийг тодорхойлохын тулд та дараахь зүйлийг мэдэх хэрэгтэй.
Би бол изотопын эргэлт;
J - импульсийн дотоод момент - эргэх;
R - орон зайн паритет;
C нь цэнэгийн паритет;
G - G-паритет.
Энэ мэдээллийг I G (J PC) томъёогоор бичсэн болно.
Ээрэхнь бөөмийн хамгийн чухал шинж чанаруудын нэг бөгөөд үүнийг Планкийн үндсэн тогтмол h буюу ћ = h/2π = 1.0544·10 -27 [erg-s] ашиглан хэмждэг. Бозонууд нь ћ-ийн нэгжээр бүхэл тоо спинтэй байна: (0,1, 2,...)ћ, фермионууд хагас бүхэл тоо (1/2, 3/2,... .)ћ байна. Хэт тэгш хэмтэй бөөмсийн ангилалд фермион ба бозоны эргэлтийн утгууд хоорондоо солигддог.
Цагаан будаа. Зураг 4-т r = радиустай тойргийн дагуу v = 1 см/с хурдтайгаар хөдөлж буй m = 1 г масстай бөөмийн өнцгийн импульсийн сонгодог санаатай адилтгаж J эргүүлгийн физик утгыг харуулсан болно. 1 см.Сонгодог физикт өнцгийн импульс J = mvr = L (L нь тойрог замын импульс). Квант механикт тойрог дотор хөдөлж буй объектын ижил параметрийн хувьд J = 10 27 ћ = 1 эрг·с байх ба энд ћ = 1.05·10 -27 эрг·с байна.
Элемент бөөмийн эргэлтийн импульсийн чиглэлийн проекцийг спираль гэж нэрлэдэг. Дурын эргэлттэй массгүй бөөмийн эргэлт нь бөөмийн импульсийн чиглэлийн дагуу эсвэл эсрэг гэсэн хоёр утгыг л авна. Фотоны хувьд эргэлтийн боломжит утга нь ±1-тэй тэнцүү, массгүй нейтриногийн хувьд спираль нь ±1/2-тэй тэнцүү байна.
Атомын цөмийн импульсийн эргэлтийн момент нь квант системийг бүрдүүлэгч элементар бөөмсийн эргэлтийн вектор нийлбэр ба эдгээр бөөмсийн систем доторх хөдөлгөөнөөс шалтгаалсан тойрог замын моментоор тодорхойлогддог. Орбитын момент ||, эргэх мөч || салангид утгыг олж авах. Орбитын момент || = ћ[ л(л+1)] 1/2 , хаана л− тойрог замын квант тоо (0, 1,2,... утгыг авч болно), импульсийн дотоод момент || = ћ 1/2 Энд s нь спин квант тоо (энэ нь тэг, бүхэл эсвэл хагас бүхэл тоо J байж болно, нийт өнцгийн импульс нь нийлбэр + = -тэй тэнцүү байна.
Гарсан нэгжид: бөөмийн энерги, харьцангуйн бөөмсийн хурдыг орлох хурд, соронзон момент гэх мэт орно.
Эрчим хүчамарч буй бөөмс: E = mc 2; хөдөлж буй бөөмс: E \u003d m 2 c 4 + p 2 c 2.
Харьцангуй бус бөөмсийн хувьд: E = mc 2 + p 2 /2m; m = 0 масстай харьцангуй хэсгүүдийн хувьд: E = харьц.
Эрчим хүчний нэгжүүд - eV, keV, MeV, GeV, TeV, ... 1 GeV = 10 9 eV, 1 TeV = 10 12 eV,
1 эВ = 1.6 10 -12 эрг.
Бөөмийн хурд
β = v/c, энд c = 3 10 10 см/с нь гэрлийн хурд юм. Бөөмийн хурдыг тодорхойлдог хамгийн чухал шинж чанарбөөмийн Лоренц хүчин зүйл гэж γ = 1/(1-β 2) 1/2 = E/mc 2. Үргэлж γ > 1- Харьцангуй бус бөөмсийн хувьд 1< γ < 2, а для релятивистских частиц γ > 2.
Өндөр энергийн физикийн хувьд бөөмийн хурд β нь 1-тэй ойролцоо байдаг бөгөөд харьцангуй тоосонцорыг тодорхойлоход хэцүү байдаг. Иймд хурдны оронд y хурдыг ашигладаг бөгөөд энэ нь y = (1/2)ln[(1+β)/(1-β)] = (1/2)ln[(E) харьцаагаар хурдтай холбоотой. +p)/(E-p) ]. Хурд 0-ээс ∞ хүртэл өөрчлөгдөнө.
Бөөмийн хурд ба хурдны хоорондох функциональ хамаарлыг Зураг дээр үзүүлэв. 5. Харьцангуй β → 1, Е → р хэсгүүдийн хувьд хурдны оронд бөөмийн зугтах өнцгөөр θ, η = (1/2) ln tan(θ/2) тодорхойлогддог псевдо хурдыг η ашиглаж болно. . Хурднаас ялгаатай нь хурд нь нэмэлт хэмжигдэхүүн юм, i.e. y 2 = y 0 + y 1 дурын лавлагааны систем болон аливаа харьцангуй ба харьцангуй бус бөөмсийн хувьд.
Соронзон момент
μ = Iπr 2 /c, энд гүйдэл I = ev/2πr, цахилгаан цэнэгийн эргэлтээс болж үүсдэг. Тиймээс аливаа цэнэглэгдсэн бөөмс нь соронзон моменттэй байдаг. Электроны соронзон моментийг авч үзэхдээ Бор магнетоныг ашигладаг
μ B = eћ/2m e c = 0.5788·10 -14 МэВ/Гс, электрон соронзон момент = g·μ B ·. g коэффициентийг гиромагнитын харьцаа гэж нэрлэдэг. Электроны хувьд g = /μ B · = 2, учир нь J = ћ/2, = μ B электрон нь цэгийн бүтэцгүй бөөмс байх нөхцөлд. Гиромагнитын харьцаа g нь бөөмийн бүтцийн талаарх мэдээллийг агуулдаг. Хэмжигдэхүүнийг (g − 2) лептоноос бусад хэсгүүдийн бүтцийг судлахад чиглэсэн туршилтаар хэмждэг. Лептонуудын хувьд энэ хэмжигдэхүүн нь илүү өндөр цахилгаан соронзон залруулгын үүргийг илэрхийлдэг (доорх 7.1-р хэсгийг үзнэ үү).
Цөмийн физикт цөмийн магнетон μ i = eћ/2m p c ашигладаг ба энд m p нь протоны масс юм.
2.1.1. Heaviside систем ба түүний CGS системтэй харилцах харилцаа
Heaviside системд гэрлийн хурд c ба Планкийн тогтмол ћ нь нэгдмэл байдалтай тэнцүү байна, өөрөөр хэлбэл. c = ћ = 1. Хэмжилтийн үндсэн нэгжүүд нь эрчим хүчний нэгжүүд - MeV эсвэл MeV -1 байдаг бол CGS системд хэмжилтийн үндсэн нэгжүүд нь [г, см, s] байна. Дараа нь харилцааг ашиглан: E \u003d mc 2 \u003d m \u003d MeV, л= ћ/mc = MeV -1 , t = ћ/mc 2 = MeV -1 , бид Heaviside систем ба CGS системийн хоорондын хамаарлыг дараах хэлбэрээр авна.- м(г) = м(МеВ) 2 10 -27 ,
- л(см) = л(MeV -1) 2 10 -11 ,
- t (c) \u003d t (MeV -1) b.b 10 -22.
Heaviside системийг өндөр энергийн физикт бичил огторгуйд тохиолдох үзэгдлийг дүрслэх зорилгоор ашигладаг бөгөөд харьцангуй ба квант механикт шийдвэрлэх хүчин зүйл болох с ба ћ байгалийн тогтмолуудыг ашиглахад суурилдаг.
Электрон ба протоны CGS систем дэх харгалзах хэмжигдэхүүний тоон утгыг Хүснэгтэнд үзүүлэв. 3 бөгөөд нэг системээс нөгөөд шилжихэд ашиглаж болно.
Хүснэгт 3. Электрон ба протоны CGS систем дэх хэмжигдэхүүний тоон утгууд
2.1.2. Планк (байгалийн) нэгжүүд
Таталцлын нөлөөг авч үзэхдээ энерги, масс, урт, цаг хугацааг хэмжихийн тулд Планкийн хуваарийг нэвтрүүлсэн. Хэрэв объектын таталцлын энерги нь түүний нийт энергитэй тэнцүү бол, i.e.
тэгээд
урт = 1.6 10 -33 см,
масс = 2.2 10 -5 г = 1.2 10 19 ГэВ,
цаг = 5.4 10 -44 сек,
хаана 
\u003d 6.67 10 -8 см 2 г -1 с -2.
Таталцлын нөлөө нь объектын таталцлын энергийг түүний нийт энергитэй харьцуулах боломжтой үед чухал ач холбогдолтой.
2.2. Энгийн бөөмсийн ангилал
Микроскопийн түвшинд материйн бүтцийн салангид шинж чанарыг тогтоосноор "элементар бөөмс" гэсэн ойлголт үүссэн.
Атом → цөм → нуклон → партон (кварк ба глюон)
Орчин үеийн физикт "элементар бөөмс" гэсэн нэр томъёог жижиг хэсгүүдийн том бүлгийг нэрлэхэд ашигладаг. ажиглагдсанбодисын хэсгүүд. Энэ бүлгийн бөөмс нь маш өргөн хүрээтэй: p протон, n нейтрон, π- ба К-мезон, гиперон, дур булаам бөөмс (J/ψ...) болон олон резонанс (нийт).
~ 350 ширхэг). Эдгээр хэсгүүдийг "хадрон" гэж нэрлэдэг.
Эдгээр бөөмс нь энгийн биш, харин бүрэлдэхүүн хэсгүүд нь үнэхээр энгийн буюу тэдгээрийг нэрлэж эхэлсэн шигээ нийлмэл системүүд болох нь тогтоогджээ. суурь
"бөөмс - партионууд, протоны бүтцийг судлах явцад нээсэн. Партоны шинж чанарыг судлах нь тэдгээрийг тодорхойлох боломжийг олгосон кваркуудболон глюонуудГелл-Манн, Цвейг нар ажиглагдсан энгийн бөөмсийн ангилалд авч үзсэн. Кваркууд нь J = 1/2 спинтэй фермионууд болж хувирав. B = 1-тэй барион нь гурван кваркаас бүрддэг тул тэдэнд бутархай цахилгаан цэнэгүүд болон барион тоо B = 1/3 оноогдсон. Үүнээс гадна зарим барионуудын шинж чанарыг тайлбарлахын тулд шинэ квант тоо - өнгө оруулах шаардлагатай болсон. Кварк бүр нь 1, 2, 3 индекс эсвэл улаан (R), ногоон (G), цэнхэр (B) гэсэн үгсээр тэмдэглэгдсэн гурван өнгөний төлөвтэй байдаг. Өнгө нь ажиглагдсан адронуудад ямар ч байдлаар илэрдэггүй бөгөөд зөвхөн тэдгээрийн дотор ажилладаг.
Өнөөдрийг хүртэл кваркуудын 6 амт (төрөл) олдсон байна.
Хүснэгтэнд. 4-т нэг өнгөний төлөвт зориулсан кваркуудын шинж чанарыг харуулав.
Хүснэгт 4. Кваркуудын шинж чанар
| Үнэр | Масс, MeV/s 2 | I | би 3 | Q q /e | с | хамт | б | т |
| чи дээшээ | 330; (5) | 1/2 | 1/2 | 2/3 | 0 | 0 | 0 | 0 |
| d доош | 340; (7) | 1/2 | -1/2 | -1/3 | 0 | 0 | 0 | 0 |
| хачирхалтай | 450; (150) | 0 | 0 | -1/3 | -1 | 0 | 0 | 0 |
| сэтгэл татам | 1500 | 0 | 0 | 2/3 | 0 | 1 | 0 | 0 |
| б гоо сайхан | 5000 | 0 | 0 | -1/3 | 0 | 0 | -1 | 0 |
| үнэн | 174000 | 0 | 0 | 2/3 | 0 | 0 | 0 | 1 |
Кваркийн амт тус бүрийн хувьд түүний массыг (бүрдүүлэгч кваркуудын массыг өгч, одоогийн кваркуудын массыг хаалтанд бичнэ), изотопын спин I ба изотопын 3-р проекцийг I 3, кваркийн цэнэгийг Q q /e гэж үзнэ. ба квант тоо s, c, b, t. Эдгээр квант тоонуудын зэрэгцээ хэт цэнэгийн квант тоо Y = B + s + c + b + t ихэвчлэн ашиглагддаг. Изотопын эргэлтийн I 3 проекц, Q цахилгаан цэнэг ба Y хэт цэнэгийн хооронд холболт бий: Q = I 3 + (1/2) Y.
Кварк бүр 3 өнгөтэй тул 18 кваркыг авч үзэх шаардлагатай. Кваркууд ямар ч бүтэцгүй байдаг.
Үүний зэрэгцээ энгийн бөөмсүүдийн дунд " лептонууд". Тэд мөн үндсэн бөөмс, өөрөөр хэлбэл ямар ч бүтэцгүй. Тэдгээрийн зургаа нь: гурван цэнэгтэй e, μ, τ ба гурван саармаг ν e, ν μ, ν τ. Лептонууд зөвхөн цахилгаан соронзон ба сул харилцан үйлчлэлд оролцдог. J = (n+1/2)ћ, n = 0, 1,... хагас бүхэл спинтэй лептон ба кваркууд нь үндсэн фермионууд юм. Лептон ба кваркуудын хооронд гайхалтай тэгш хэм байдаг: зургаан лептон, зургаан кварк.
Хүснэгтэнд. 5-д үндсэн фермионуудын шинж чанарыг харуулав: цахилгаан цэнэг Q i электрон цэнэгийн нэгжээр ба бөөмийн масс m. Лептон ба кваркууд гурван үе (I, II, III) -д нийлдэг. Үе бүрд кварк бүрийн 3 өнгөт цэнэгийг харгалзан цахилгаан цэнэгийн нийлбэр ∑Q i = 0 байна. Фермион бүр нь антифермионтой байдаг.
Хүснэгтэнд заасан хэсгүүдийн шинж чанараас гадна чухал үүрэглептонуудын хувьд лептоны тоо тоглодог: электрон L e нь e - ба ν e -ийн хувьд +1-тэй тэнцүү, мюон L μ нь μ - ба ν μ-ийн хувьд +1-тэй тэнцүү ба таон L τ нь τ - ба ν τ-ийн хувьд +1-тэй тэнцүү. Энэ нь тодорхой урвалд оролцдог лептонуудын амттай тохирч, хадгалагдсан хэмжээ юм. Лептонуудын хувьд барионы тоо B = 0 байна.
Хүснэгт 5. Үндсэн фермионуудын шинж чанар
Бидний эргэн тойрон дахь бодис нь 0 биш масстай эхний үеийн фермионуудаас бүрддэг. Хоёр ба гурав дахь үеийн бөөмсийн нөлөө нь Орчлон ертөнцийн эхэн үед илэрсэн. Суурь бөөмсүүдийн дотроос үндсэн хэмжигч бозонууд онцгой үүрэг гүйцэтгэдэг бөгөөд эдгээр нь бүхэл тоон дотоод квант тоо спирин J = nћ, n = 0, 1, .... Царигийн бозонууд нь дөрвөн төрлийн үндсэн харилцан үйлчлэлийг хариуцдаг: хүчтэй (глюон) g), цахилгаан соронзон (фотон γ) , сул (бозонууд W ± , Z 0), таталцлын (гравитон G). Эдгээр нь мөн бүтэцгүй, үндсэн хэсгүүд юм.
Хүснэгтэнд. 6-д царигийн онолын талбайн квант болох суурь бозонуудын шинж чанарыг харуулав.
Хүснэгт 6. Суурь бозоны шинж чанар
| Нэр | Цэнэглэх | Жин | Ээрэх | Харилцаа холбоо |
| Гравитон, Г | 0 | 0 | 2 | таталцлын |
| Фотон, γ | 0 | < 3·10 -27 эВ | 1 | цахилгаан соронзон |
| Цэнэглэгдсэн вектор бозонууд, Вт ± | ±1 | 80.419 ГеВ/с 2 | 1 | Сул дорой |
| Нейтрал вектор бозон, Z 0 | 0 | 91.188 ГеВ/с 2 | 1 | Сул дорой |
| Глюонууд, g 1 , ... , g 8 | 0 | 0 | 0 | хүчтэй |
| Хиггс, H 0, H ± | 0 | > 100 ГеВ/с 2 | 0 |
Олдсон γ, W ± , Z 0, g 1 ,... , g 8 хэмжигч бозонуудын шинж чанараас гадна хараахан нээгдээгүй байгаа бозонуудын шинж чанаруудыг хүснэгтэд үзүүлэв: G гравитон ба Хиггс бозонууд H. 0, H ± .
Одоо кваркуудын тухай ойлголтыг бий болгосон бүтцийг тайлбарлахын тулд хүчтэй харилцан үйлчилдэг энгийн бөөмсүүдийн хамгийн олон бүлэг болох адронуудыг авч үзье.
Адронууд нь мезон ба барион гэж хуваагддаг. Мезонууд нь кварк ба антикваркаас (q) үүсдэг. Барионууд нь гурван кваркаас бүрдэнэ (q 1 q 2 q 3).
Хүснэгтэнд. 7-д үндсэн адронуудын шинж чанарыг жагсаав. (Дэлгэрэнгүй хүснэгтийг The European Physical Journal C, Rev. of Particle Phys., v.15, №1 - 4, 2000-аас үзнэ үү.)
Хүснэгт 7. Адроны шинж чанарууд
| Нэр | Масс, MeV/s 2 | Амьдралын хугацаа, с | Муудсан загварууд | Кваркийн найрлага | |||||||||||
| Цээнэ цэцэг π ± 1 - (0 -+) π 0 |
139.567 134.965 |
2.6 10 -8 |
π ± → μ ± + ν π 0 → γ + γ |
(у), (г) (u − d)/√2 |
|||||||||||
| η мезон η 0 0 + (0 -+) |
548.8 | Г=1.18±0.11 кеВ | η 0 → γ + γ; 3π 0 →π + + π -0 + π -- |
c 1 (u + d) + c 2 (s) | |||||||||||
|
|||||||||||||||
| D ± D0 |
1869.3 1864.5 |
10.69 10 -13 4.28 10 -13 |
D ± → e ± + X |
(в), (г) (в) |
|||||||||||
| F±= | 1969.3 | 4.36 10 -13 | → ρ 0 + π ± | (в, с) | |||||||||||
| B ± 0-д |
5277.6 5279.4 | 13.1 10 -13 13.1 10 -13 |
B ± → + π ± B 0 →+ π -0 + |
(у), (б) (г), (б) |
|||||||||||
| б | Протон х нейтрон n |
938.3 939.5 |
> 10 33 настай 898±16 |
n → p + e - + |
үүд udd |
||||||||||
| Λ | 2.63 10 -10 | Λ→p + π - | удс | ||||||||||||
|
Σ + Σ 0 Σ - |
1189.4 1192 1197 |
0.8 10 -10 5.8 10 -20 1.48 10 -10 |
Σ + →p + π 0 Σ 0 → Λ+ γ Σ - →n + π - |
уус удс dds |
|||||||||||
|
Ξ 0 Ξ - |
1314.9 1321 |
2.9 10 -10 1.64 10 -10 |
Ξ 0 → Λ+ π 0 Ξ - → Λ + π - |
uss dss |
|||||||||||
| Ω - | 1672 | 0.8 10 -10 | Ω - → Λ+ K - | сс | |||||||||||
|
|
|
Адронуудын кварк бүтэц нь хачирхалтай бус кваркууд (u, d), хачирхалтай адронууд, үүнд хачирхалтай кварк с, с агуулсан дур булаам адронуудаас бүрдэх хачирхалтай бус адронуудыг энэ том бөөмсөөс ялгах боломжийг олгодог. -кварк, б кварктай чамин адрон (доод адрон).
Хүснэгтэд адронуудын зөвхөн багахан хэсэг болох мезон ба барионуудын шинж чанарыг харуулав. Тэдний масс, ашиглалтын хугацаа, задралын үндсэн горим, кваркийн найрлагыг харуулав. Мезонуудын хувьд барионы тоо B \u003d O ба лептоны тоо L \u003d 0. Барионуудын хувьд барионы тоо B \u003d 1, лептоны тоо L \u003d 0. Мезонууд нь бозонууд (бүхэл тоогоор эргэх), барионууд нь фермионууд ( хагас бүхэл тоо эргэх).
Адронуудын шинж чанарыг цаашид авч үзэх нь тэдгээрийг ижил квант тоо (барионы тоо, спин, дотоод паритет, хачирхалтай байдал) ба ижил төстэй масстай, гэхдээ өөр өөр цахилгаан цэнэгтэй бөөмсөөс бүрдэх изотопын мультиплетт болгон нэгтгэх боломжийг олгодог. Изотопын мультиплет бүр нь изотопын I-ээр тодорхойлогддог бөгөөд энэ нь мультиплет дахь бөөмсийн нийт тоог 2I + 1-тэй тэнцүү тодорхойлдог. Изопин нь 0, 1/2, 1, 3/2, 2 утгыг авч болно. , . .., өөрөөр хэлбэл изотоп сингл, давхар, гурвалсан, дөрвөл гэх мэт байх боломжтой. Тиймээс протон ба нейтрон нь изотопын давхаргыг бүрдүүлдэг бөгөөд π + -, π - -, π 0 -мезонуудыг изотопын гурвалсан гэж үздэг.
Бичил ертөнцийн илүү төвөгтэй объектууд нь атомын цөмүүд юм. Атомын цөм нь Z протон ба N нейтроноос бүрдэнэ. Z + N = A нийлбэр нь өгөгдсөн изотоп дахь нуклонуудын тоо юм. Ихэнхдээ хүснэгтүүд нь бүх изотопуудын дундаж утгыг өгдөг бөгөөд дараа нь энэ нь бутархай болдог. Заасан утгууд нь дараах дотор байдаг цөмийг мэддэг: 1< А < 289, 1 < Z < 116.
Дээр дурдсан тоосонцорыг Стандарт загварын хүрээнд авч үзнэ. Стандарт загвараас гадна үндсэн бөөмсийн өөр бүлэг болох хэт тэгш хэмтэй хэсгүүд (SUSY) байж болно гэж үздэг. Тэд фермион ба бозоны хоорондох тэгш хэмийг хангах ёстой. Хүснэгтэнд. 8-д энэ тэгш хэмийн таамагласан шинж чанаруудыг харуулав.
2.3. Харилцааны асуудалд хээрийн хандлага
2.3.1 Үндсэн харилцан үйлчлэлийн шинж чанарууд
Энгийн бөөмсийн мөргөлдөөний үед тохиолддог асар олон янзын физик үзэгдлүүд нь цахилгаан соронзон, сул, хүчтэй, таталцлын гэсэн дөрвөн төрлийн харилцан үйлчлэлээр тодорхойлогддог. Квантын онолд харилцан үйлчлэлийг өгөгдсөн төрлийн харилцан үйлчлэлтэй холбоотой тусгай квантуудын (бозонуудын) солилцоогоор тайлбарладаг.
Бөөмүүдийн харилцан үйлчлэлийн дүр төрхийг харуулахын тулд Америкийн физикч Р.Фейнман өөрийн нэрийг хүлээн авсан диаграммыг ашиглахыг санал болгов. Фейнманы диаграммууд нь хоёр бөөмс мөргөлдөх үед ямар ч харилцан үйлчлэлийн үйл явцыг дүрсэлдэг. Процесст оролцож буй бөөмс бүрийг Фейнманы диаграммд шугамаар дүрсэлсэн. Шугамын чөлөөт зүүн эсвэл баруун төгсгөл нь бөөмс нь эхний эсвэл эцсийн төлөвт байгааг илтгэнэ. Диаграмм дахь дотоод шугамууд (өөрөөр хэлбэл чөлөөт төгсгөлгүй шугамууд) нь виртуал бөөмс гэж нэрлэгддэг хэсгүүдтэй тохирч байна. Эдгээр нь харилцан үйлчлэлийн явцад төрж, шингэдэг бөөмс юм. Бодит бөөмсөөс ялгаатай нь тэдгээрийг бүртгэх боломжгүй. Диаграмм дахь бөөмсийн харилцан үйлчлэлийг зангилаа (эсвэл орой) хэлбэрээр дүрсэлсэн болно. Харилцан үйлчлэлийн төрөл нь холболтын тогтмол α-аар тодорхойлогддог бөгөөд үүнийг дараах байдлаар бичиж болно: α = g 2 /ћc, энд g нь харилцан үйлчлэлийн эх үүсвэрийн цэнэг бөгөөд бөөмсийн хооронд үйлчлэх хүчний гол тоон шинж чанар юм. Цахилгаан соронзон харилцан үйлчлэлд α e \u003d e 2 / ћc \u003d 1/137.
 Зураг 6. Фейнманы диаграм. |
Фейнманы диаграмм хэлбэрээр a + b →с + d процесс (Зураг 6) дараах байдалтай байна: R нь α = g 2 /ћc харилцан үйлчлэлийн тогтмолоор тодорхойлогддог харилцан үйлчлэлийн явцад a ба b бөөмсүүд солилцдог виртуал бөөмс юм. , энэ нь харилцан үйлчлэлийн радиустай тэнцүү зайд харилцан үйлчлэлийн хүчийг тодорхойлдог.
Виртуал бөөм нь M x масстай байж болох ба энэ бөөмийг солилцоход 4-моментийг t = −q 2 = Q 2 шилжүүлдэг.
Хүснэгтэнд. 9-д янз бүрийн төрлийн харилцан үйлчлэлийн шинж чанарыг харуулав.
Цахилгаан соронзон харилцан үйлчлэл
. Бүх цэнэгтэй бөөмс ба фотонуудын хамаарах цахилгаан соронзон харилцан үйлчлэлийг хамгийн бүрэн гүйцэд, тууштай судалдаг. Харилцааны тээвэрлэгч нь фотон юм. Цахилгаан соронзон хүчний хувьд харилцан үйлчлэлийн тогтмол нь тоон хувьд нарийн бүтцийн тогтмол α e = e 2 /ћc = 1/137-тэй тэнцүү байна.
Хамгийн энгийн цахилгаан соронзон процессуудын жишээ бол фотоэлектрик эффект, Комптон эффект, электрон-позитрон хос үүсэх, цэнэглэгдсэн бөөмсийн хувьд иончлолын тархалт, бремстрахлунг юм. Эдгээр харилцан үйлчлэлийн онол - квант электродинамик нь хамгийн үнэн зөв физик онол юм.
Сул харилцан үйлчлэл.
Атомын цөмийн β задралд анх удаа сул харилцан үйлчлэл ажиглагдсан. Эдгээр задрал нь цөм дэх протоныг нейтрон болгон хувиргахтай холбоотой бөгөөд эсрэгээр нь:
p → n + e + + ν e , n → p + e - + e . Урвуу урвал бас боломжтой: электрон барих e - + p → n + ν e эсвэл антинейтрино e + p → e + + n. Сул харилцан үйлчлэлийг 1934 онд Энрико Ферми Ферми тогтмолоор тодорхойлсон дөрвөн фермионы контактын харилцан үйлчлэлээр тодорхойлсон байдаг.
G F \u003d 1.4 10 -49 эрг см 3.
Маш өндөр энергитэй үед Ферми контактын харилцан үйлчлэлийн оронд сул харилцан үйлчлэлийг солилцооны харилцан үйлчлэл гэж тодорхойлдог бөгөөд энэ нь сул цэнэг g w (цахилгаан цэнэгийн адилаар) ба фермионуудын хооронд үйлчилдэг квантын солилцоо явагддаг. Ийм квантуудыг анх 1983 онд SppS Collider (CERN) дээр Карл Руббиа тэргүүтэй баг нээжээ. Эдгээр нь цэнэгтэй бозонууд - W ± ба саармаг бозонууд - Z 0 бөгөөд тэдгээрийн масс нь тус тус тэнцүү байна: m W± = 80 GeV/c 2 ба m Z = 90 GeV/c 2. Энэ тохиолдолд харилцан үйлчлэлийн тогтмол α W нь Ферми тогтмолоор илэрхийлэгдэнэ.
Хүснэгт 9. Харилцааны үндсэн төрлүүд, тэдгээрийн шинж чанарууд
| Үе үе | Цэнэгтэй кваркууд (+2/3) | Цэнэгтэй кваркууд (−1/3) | ||||||
| Кварк/антикваркийн тэмдэг | Масс (MeV) | Кварк/антикваркийн нэр/амт | Кварк/антикваркийн тэмдэг | Масс (MeV) | ||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| 1 | у-кварк (up-кварк) / анти-у-кварк | texvcолдсонгүй; Тохируулгын тусламжийг math/README-с харна уу.): u / \, \overline(u)
|
1.5-аас 3 хүртэл | d-кварк (down-кварк) / анти-д-кварк | Илэрхийлэлийг задлан шинжлэх боломжгүй (гүйцэтгэх боломжтой файл texvcолдсонгүй; Тохируулгын тусламжийг math/README-с харна уу.): d / \, \overline(d)
|
4.79±0.07 | ||
| 2 | c-кварк (сэтгэл татам-кварк) / анти-к-кварк | Илэрхийлэлийг задлан шинжлэх боломжгүй (гүйцэтгэх боломжтой файл texvcолдсонгүй; Тохируулгын тусламжийг math/README-с үзнэ үү.): c / \, \overline(c)
|
1250±90 | с-кварк (хачин кварк) / анти-с-кварк | Илэрхийлэлийг задлан шинжлэх боломжгүй (гүйцэтгэх боломжтой файл texvcолдсонгүй; Тохируулгын тусламжийг math/README-с харна уу.): s / \, \overline(s)
|
95±25 | ||
| 3 | т-кварк (топ-кварк) / анти-т-кварк | Илэрхийлэлийг задлан шинжлэх боломжгүй (гүйцэтгэх боломжтой файл texvcолдсонгүй; Тохируулгын тусламжийг math/README-с харна уу.): t / \, \overline(t)
|
174 200 ± 3300 | б-кварк (доод-кварк) / анти-б-кварк | Илэрхийлэлийг задлан шинжлэх боломжгүй (гүйцэтгэх боломжтой файл texvcолдсонгүй; Тохируулгын тусламжийг math/README-с харна уу.): b / \, \overline(b)
|
4200±70 | ||
бас үзнэ үү
"Үндсэн тоосонцор" нийтлэлд шүүмж бичнэ үү.
Тэмдэглэл
Холбоосууд
- S. A. Славатинский// Москвагийн Физик технологийн дээд сургууль (Долгопрудный, Москва муж)
- Славатинский С.А. // SOZH, 2001, No 2, х. 62–68 архив http://web.archive.org/web/20060116134302/http://journal.issep.rssi.ru/annot.php?id=S1176
- // nuclphys.sinp.msu.ru
- // second-physics.ru
- // physics.ru
- // nature.web.ru
- // nature.web.ru
- // nature.web.ru
| Харьцангуй ерөнхий онолын хамгийн алдартай томъёо бол энерги-масс хадгалагдах хууль юм | Физикийн энэ нийтлэл нь бүдүүлэг юм. Та төсөл дээр нэмж тусалж чадна. |
| |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Зураг 1-д үзүүлэв үндсэн фермионууд½ ээрэх нь материйн "анхны тоосго" юм. Тэднийг төлөөлдөг лептонууд(электрон д, нейтрино гэх мэт) - оролцдоггүй хэсгүүд хүчтэйцөмийн харилцан үйлчлэл, ба кваркууд, хүчтэй харилцан үйлчлэлд оролцдог. Цөмийн бөөмс нь кваркуудаас тогтдог адронууд(протон, нейтрон, мезон). Эдгээр тоосонцор бүр өөрийн гэсэн эсрэг бөөмстэй бөгөөд тэдгээрийг нэг эсэд байрлуулах ёстой. Эсрэг бөөмийн тэмдэглэгээ нь гулдмай (~) тэмдгээр ялгагдана.
Зургаан төрлийн кваркаас зургаа нь үнэртэнцахилгаан цэнэг 2/3 (энгийн цэнэгийн нэгжээр). д) дээд ( у), дур булаам ( в) ба үнэн ( т) кваркууд ба цэнэгтэй -1/3 - бага ( г), хачин ( с) ба үзэсгэлэнтэй ( б) кваркууд. Ижил амттай антикваркууд нь -2/3 ба 1/3 цахилгаан цэнэгтэй байх болно.
| үндсэн хэсгүүд | |||||||||||||||||||
| Үндсэн фермионууд (хагас бүхэл тоо эргэх) | Үндсэн бозонууд (бүхэл тоо) | ||||||||||||||||||
| Лептонууд | Кваркууд | ||||||||||||||||||
| n д | н м | n т | у | в | т | 2/3 | хүчтэй | Эл.-соронзон | Сул дорой | таталцлын | |||||||||
| д | м | т | –1 | г | с | б | –1/3 | 8 g Ж = 1 м = 0 | g Ж = 1 м = 0 | В ± ,З 0 Ж = 1 м@100 | Г Ж = 2 м = 0 | ||||||||
| I | II | III | I | II | III | ||||||||||||||
| Electrowweak харилцан үйлчлэл | |||||||||||||||||||
| агуу нэгдэл | |||||||||||||||||||
| хэт нэгдэл | |||||||||||||||||||
Квантын хромодинамикийн хувьд (хүчтэй харилцан үйлчлэлийн онол) гурван төрлийн хүчтэй харилцан үйлчлэлийн цэнэгийг кварк ба антикваркуудад хамааруулдаг: улаан. Р(улаан эсрэг); ногоон Г(ногоон эсрэг); цэнхэр Б(цэнхэр эсрэг). Өнгөний (хүчтэй) харилцан үйлчлэл нь адрон дахь кваркуудыг холбодог. Сүүлийнх нь хуваагдана барионууд, гурван кваркаас бүрдэх ба мезонхоёр кваркаас бүрдэнэ. Жишээлбэл, барионуудтай холбоотой протон ба нейтронууд нь дараахь кваркийн найрлагатай байдаг.
х = (үүд) ба, n = (дду) ба .
Жишээ болгон бид пи-мезон гурвалсан найрлагыг танилцуулж байна.
, , 
Эдгээр томьёоноос протоны цэнэг +1, харин антипротоны цэнэг -1 байгааг хялбархан харж болно. Нейтрон ба антинейтрон нь тэг цэнэгтэй. Эдгээр тоосонцор дахь кваркуудын эргэлтийг нэмснээр тэдний нийт спин нь ½-тэй тэнцүү байна. Ижил кваркуудын ийм хослолууд бас боломжтой бөгөөд нийт эргэлт нь 3/2-тэй тэнцүү байна. Ийм энгийн бөөмсүүд (D ++, D +, D 0, D –) нээгдэж, резонансын шинж чанартай байдаг, өөрөөр хэлбэл. богино насалсан адронууд.
Схемээр дүрслэгдсэн цацраг идэвхт b задралын мэдэгдэж буй үйл явц
n ® х + д + ,
кваркийн онолын үүднээс харахад ийм байна
(udd) ® ( үүд) + д+ эсвэл г ® у + д + .
Туршилтаар чөлөөт кваркуудыг илрүүлэх гэж олон удаа оролдсон ч боломжгүй байсан. Энэ нь кваркууд зөвхөн илүү нарийн төвөгтэй хэсгүүдийн найрлагад гарч ирдэг болохыг харуулж байна ( кваркуудыг барих). Энэ үзэгдлийн талаар бүрэн тайлбар хараахан өгөөгүй байна.
Зураг 1-ээс харахад лептон ба кваркуудын хооронд тэгш хэм байгааг кварк-лептоны тэгш хэм гэж нэрлэдэг. Дээд эгнээнд байгаа бөөмс нь доод эгнээний хэсгүүдээс нэгээр илүү цэнэгтэй байдаг. Эхний баганын тоосонцор нь эхний үе, хоёр дахь нь хоёр дахь үе, гурав дахь багана нь гурав дахь үеийнх юм. Зөв кваркууд в, бболон тЭнэ тэгш хэм дээр үндэслэн таамагласан. Бидний эргэн тойрон дахь бодис нь эхний үеийн бөөмсөөс бүрддэг. Хоёр ба гурав дахь үеийн бөөмс ямар үүрэгтэй вэ? Энэ асуултад тодорхой хариулт хараахан гараагүй байна.
Сонирхолтой нийтлэл
Саяхан Том Адрон Коллайдер дээр дахин нэг туршилт хийж байгааг ажиглаж байсан физикчид эцэст нь Хиггс бозоны буюу олон сэтгүүлчдийн хэлснээр "бурханлаг бөөмс"-ийн ул мөрийг олж чаджээ. Энэ нь коллайдерын бүтээн байгуулалт нь өөрийгөө бүрэн зөвтгөсөн гэсэн үг юм - эцэст нь энэ баригдашгүй бозоныг барихын тулд яг нарийн хийсэн.
Том адрон коллайдер дээр ажиллаж байсан физикчид CMS детектор ашиглан анх удаа хоёр Z-бозоны төрөлтийг тэмдэглэсэн нь Хиггс бозоны "хүнд" хувилбар байгаагийн нотолгоо байж болох үйл явдлын нэг хэлбэр юм. Нарийн яривал 10-р сарын 10-нд CMS детектор дөрвөн мюоны харагдах байдлыг анх илрүүлсэн. Сэргээн босголтын урьдчилсан үр дүн нь эрдэмтэд энэ үйл явдлыг хоёр төвийг сахисан хэмжигч Z-бозон үйлдвэрлэхэд нэр дэвшигч гэж тайлбарлах боломжийг олгосон.
Одоо бид бага зэрэг ухарч, эдгээр мюон, бозон болон бусад энгийн бөөмс гэж юу болох талаар ярих хэрэгтэй гэж би бодож байна. Квант механикийн стандарт загварын дагуу дэлхий бүхэлдээ янз бүрийн энгийн бөөмсөөс бүрддэг бөгөөд тэдгээр нь хоорондоо шүргэлцэн бүх мэдэгдэж буй масс, энергийг үүсгэдэг.
Жишээлбэл, бүх бодис нь 12 үндсэн фермионы хэсгүүдээс бүрддэг: электрон, мюон, тау лептон зэрэг 6 лептон, гурван төрлийн нейтрино, 6 кварк (u, d, s, c, b, t) гурван үеийн фермионуудыг нэгтгэнэ. Фермионууд нь чөлөөт төлөвт байж болох бөөмс боловч кваркууд тийм биш, тэдгээр нь бусад бөөмсийн нэг хэсэг, жишээлбэл, сайн мэддэг протон ба нейтрон юм.
Түүнээс гадна бөөмс тус бүр нь тодорхой төрлийн харилцан үйлчлэлд оролцдог бөгөөд бидний санаж байгаагаар зөвхөн дөрөв байдаг: цахилгаан соронзон, сул (атомын цөмийн β задралын үед бөөмсийн харилцан үйлчлэл), хүчтэй (энэ нь барьж байх шиг байна). атомын цөм хамтдаа) ба таталцлын . Сүүлчийнх нь үр дүн нь жишээлбэл таталцлыг стандарт загварт тооцдоггүй, учир нь гравитон (түүнийг хангадаг бөөмс) хараахан олдоогүй байна.
Бусад төрлүүдийн хувьд бүх зүйл илүү хялбар байдаг - тэдгээрт оролцдог бөөмсийг физикчид "хараагаар" мэддэг. Тиймээс, жишээлбэл, кваркууд хүчтэй, сул, цахилгаан соронзон харилцан үйлчлэлд оролцдог; цэнэглэгдсэн лептонууд (электрон, мюон, тау-лептон) - сул ба цахилгаан соронзонд; нейтрино - зөвхөн сул харилцан үйлчлэлд.
Гэсэн хэдий ч эдгээр "масс" бөөмсөөс гадна виртуал бөөмс гэж нэрлэгддэг хэсгүүд байдаг бөгөөд тэдгээрийн зарим нь (жишээлбэл, фотон) огт массгүй байдаг. Үнэнийг хэлэхэд виртуал бөөмс нь физик бодит байдлаас илүү математикийн үзэгдэл юм, учир нь өнөөг хүртэл хэн ч тэднийг "үзээгүй". Гэсэн хэдий ч янз бүрийн туршилтаар физикчид тэдний оршин тогтнох ул мөрийг анзаарч чаддаг, учир нь харамсалтай нь энэ нь маш богино настай юм.
Эдгээр сонирхолтой хэсгүүд юу вэ? Тэд зөвхөн харилцан үйлчлэлийн үед (дээр дурдсан зүйлсээс) төрдөг бөгөөд үүний дараа тэдгээр нь задрах эсвэл зарим үндсэн хэсгүүдэд шингэдэг. Тэд харилцан үйлчлэлийг "шилжүүлдэг" гэж үздэг, өөрөөр хэлбэл үндсэн бөөмстэй холбоо тогтоосноор тэдгээр нь шинж чанараа өөрчилдөг бөгөөд үүнээс болж харилцан үйлчлэл үүсдэг.
Тиймээс, жишээлбэл, хамгийн сайн судлагдсан цахилгаан соронзон харилцан үйлчлэлд электронууд фотон, виртуал массгүй бөөмсийг байнга шингээж, ялгаруулдаг бөгөөд үүний үр дүнд электронуудын шинж чанар нь зарим талаараа өөрчлөгдөж, жишээлбэл, чиглүүлэлт хийх чадвартай болдог. хөдөлгөөн (өөрөөр хэлбэл цахилгаан гүйдэл), эсвэл өөр эрчим хүчний түвшинд "үсрэх" (ургамал дахь фотосинтезийн үед тохиолддог). Виртуал бөөмс нь бусад төрлийн харилцан үйлчлэлийн хувьд ижил аргаар ажилладаг.
Орчин үеийн физикт фотоноос гадна бозон ба глюон гэж нэрлэгддэг өөр хоёр төрлийн виртуал бөөмсийг мэддэг. Бидний хувьд бозонууд одоо онцгой анхаарал татаж байна - бүх харилцан үйлчлэлд үндсэн бөөмсүүд тэдгээрийг байнга солилцож, улмаар бие биедээ нөлөөлдөг гэж үздэг. Бозонууд өөрсдөө массгүй бөөмс гэж тооцогддог боловч зарим туршилтууд энэ нь бүрэн үнэн биш гэдгийг харуулж байна - W ба Z-бозонууд богино хугацаанд масстай болно.
Хамгийн нууцлаг бозонуудын нэг бол Хиггс бозон бөгөөд түүний ул мөрийг илрүүлэхийн тулд үнэндээ Том Адрон Коллайдер баригдсан юм. Энэхүү нууцлаг бөөмс нь орчлон ертөнцийн хамгийн түгээмэл бөгөөд чухал бозонуудын нэг гэж үздэг.
1960-аад оны үед Английн профессор Питер Хиггс орчлон ертөнцийн бүх бодис нь анхны суурь зарчимтай (Их тэсрэлтийн үр дүнд бий болсон) янз бүрийн бөөмсийн харилцан үйлчлэлээр бий болсон гэсэн таамаглал дэвшүүлсэн бөгөөд үүнийг хожим түүний нэрээр нэрлэжээ. Тэрээр орчлон ертөнц үл үзэгдэх талбараар нэвчиж, түүгээр дамжин зарим энгийн бөөмсүүд зарим бозонуудыг "ургаж", улмаар массыг олж авдаг бол фотон гэх мэт бусад хэсгүүд нь жингийн ачаалалгүй хэвээр үлддэг гэж тэр санал болгов.
Эрдэмтэд одоо "хөнгөн" ба "хүнд" гэсэн хоёр хувилбарыг авч үзэж байна. 135-200 гигаэлектронвольт масстай "хөнгөн" Хиггс нь хос W-бозонууд болон задрах ёстой бөгөөд хэрэв бозоны масс нь 200 гигаэлектронвольт ба түүнээс дээш бол хос Z-бозонууд болж задрах ёстой бөгөөд энэ нь эргээд үүсдэг. хос электрон эсвэл мюон руу.
Эндээс харахад нууцлаг Хиггс бозон нь орчлон ертөнцийн бүх зүйлийг "бүтээгч" юм. Тийм ч учраас Нобелийн шагналт Леон Ледерман түүнийг “бөөмийн бурхан” гэж нэрлэсэн байх. Гэвч хэвлэл мэдээллийн хэрэгслээр энэ мэдэгдлийг бага зэрэг гуйвуулж, "Бурханы бөөмс" эсвэл "тэнгэрлэг бөөмс" мэт сонсогдож эхэлсэн.
"Бөөмс-бурхан" оршихуйн ул мөрийг хэрхэн олж авах вэ? Хиггс бозон нь коллайдерын хурдатгалын цагираг дахь протоны нейтринотой мөргөлдөх явцад үүсч болно гэж үздэг. Энэ тохиолдолд, бидний санаж байгаагаар, тэр даруй бүртгэгдэж болох бусад тоосонцор (ялангуяа Z-бозон) болж задрах ёстой.
Үнэн бол эдгээр энгийн бөөмсийн ашиглалтын хугацаа маш богино (ойролцоогоор 3 × 10-25 секунд) тул детекторууд өөрсдөө Z-бозонуудыг илрүүлж чадахгүй ч Z-бозонууд хувирдаг мюонуудыг "барьж" чаддаг.
Мюон бол сөрөг цахилгаан цэнэгтэй, ½ эргэлттэй тогтворгүй энгийн бөөмс гэдгийг сануулъя. Энэ нь энгийн атомуудад байдаггүй бөгөөд үүнээс өмнө гэрлийн хурдтай ойролцоо хурдтай сансрын туяанаас л олддог байв. Мюоны амьдрах хугацаа маш богино байдаг - энэ нь ердөө 2.2 микросекунд оршин тогтнож, дараа нь электрон, электрон антинейтрино, мюон нейтрино болж задардаг.
Протон ба нейтрино хоёрыг өндөр хурдтайгаар мөргөлдүүлэх замаар мюоныг зохиомлоор гаргаж авч болно. Гэсэн хэдий ч удаан хугацааны туршид ийм хурдад хүрэх боломжгүй байв. Энэ нь зөвхөн том адрон коллайдерыг бүтээх явцад хийгдсэн.
Тэгээд эцэст нь анхны үр дүн гарсан. Энэ оны аравдугаар сарын 10-нд болсон туршилтын үеэр протон нейтринотой мөргөлдсөний үр дүнд дөрвөн мюон төрсөн нь бүртгэгдсэн байна. Энэ нь хоёр төвийг сахисан хэмжигч Z-бозонууд гарч ирснийг нотолж байна (тэд ийм үйл явдалд үргэлж гарч ирдэг). Тэгэхээр Хиггс бозоны оршин тогтнох нь домог биш, харин бодит байдал юм.
Эрдэмтэд энэ үйл явдал нь Хиггс бозоны төрөлтийг илтгэдэггүй, учир нь бусад үйл явдал дөрвөн мюон үүсэхэд хүргэдэг гэдгийг эрдэмтэд тэмдэглэж байна. Гэсэн хэдий ч энэ нь эцэстээ Хиггс бөөмийг үүсгэж болох эдгээр төрлийн үйл явдлуудын эхнийх нь юм. Тодорхой массын мужид Хиггс бозоны оршин тогтнох талаар итгэлтэйгээр ярихын тулд ийм олон тооны үйл явдлыг хуримтлуулж, үүссэн бөөмсийн масс хэрхэн тархаж байгааг шинжлэх шаардлагатай.
Гэсэн хэдий ч та юу ч хэлсэн "бөөмс-бурхан" байдаг гэдгийг батлах эхний алхам аль хэдийн хийгдсэн. Магадгүй цаашдын туршилтууд нь нууцлаг Хиггс бозоны талаар илүү их мэдээлэл өгөх боломжтой. Эрдэмтэд үүнийг эцэст нь "барьж" чадвал тэд Их тэсрэлтийн дараа 13 тэрбум жилийн өмнө байсан, өөрөөр хэлбэл манай орчлон ертөнц үүссэн нөхцөл байдлыг дахин бий болгох боломжтой болно.
