үндсэн бөөмс. Үндсэн (бүтэцгүй) бөөмс. Энгийн бөөмсийн ангилал

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.

Квант 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 бүрддэг. Жишээлбэл, барионуудтай холбоотой протон ба нейтронууд нь дараахь кваркийн найрлагатай байдаг.

х = (үүд) Мөн, n = (дду) Мөн .

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 тоосонцор (D ++, D +, D 0, D –) нээгдсэн бөгөөд резонансын шинж чанартай, 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, бТэгээд 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.

МАТЕРИАЛЫН ХӨДӨЛГӨӨН, ТҮҮНИЙГ ӨӨРИЙГӨӨ ХӨГЖҮҮЛЭХ ЧАДВАР, МӨН ОРЧИН ҮЕИЙН БАЙГАЛИЙН ШИНЖЛЭХ УХААН дахь МАТЕРИАЛ БАЙГУУЛЛАГЫН ХОЛБОО, ХАРИЛЦАН ҮЙЛЧИЛГЭЭНИЙГ ОЙЛГОХ ТУХАЙ

Цюпка В.П.

Дээд боловсролын холбооны улсын автономит боловсролын байгууллага Мэргэжлийн боловсролБелгород улсын үндэсний судалгааны их сургууль"(NRU "BelSU")

1. Бодисын хөдөлгөөн

“Материйн салшгүй шинж чанар бол хөдөлгөөн” 1 , энэ нь материйн оршихуйн нэг хэлбэр бөгөөд түүний аливаа өөрчлөлтөд илэрдэг. Материйн болон түүний шинж чанарууд, түүний дотор хөдөлгөөний үл эвдэшгүй, үл эвдэшгүй байдлаас үзэхэд материйн хөдөлгөөн мөнхөд оршдог бөгөөд түүний илрэлийн хэлбэрээр хязгааргүй олон янз байдаг.

Аливаа материаллаг объектын оршин тогтнох нь түүний хөдөлгөөнд, өөрөөр хэлбэл түүнтэй холбоотой аливаа өөрчлөлтөд илэрдэг. Өөрчлөлтийн явцад материаллаг объектын зарим шинж чанар үргэлж өөрчлөгддөг. Материаллаг объектын тодорхой цаг мөчид түүний тодорхой байдал, өвөрмөц байдал, онцлог шинж чанарыг тодорхойлдог бүх шинж чанаруудын нийлбэр нь түүний төлөв байдалд тохирсон байдаг тул материаллаг объектын хөдөлгөөн нь түүний төлөв байдлын өөрчлөлт дагалддаг. . Шинж чанарыг өөрчлөх нь нэг материаллаг объект өөр материаллаг объект болж хувирах боломжтой. "Гэхдээ материаллаг объект хэзээ ч өмч болж хувирч чадахгүй" (жишээлбэл, масс, энерги), "өмч - материаллаг объект" 2, учир нь зөвхөн хөдөлж буй бодис нь өөрчлөгдөж байдаг. Байгалийн шинжлэх ухаанд материйн хөдөлгөөнийг байгалийн үзэгдэл (байгалийн үзэгдэл) гэж бас нэрлэдэг.

"Хөдөлгөөнгүй бол матери байхгүй" 3, түүнчлэн материгүйгээр хөдөлгөөн байж болохгүй гэдгийг мэддэг.

Материйн хөдөлгөөнийг тоон хэлбэрээр илэрхийлж болно. Аливаа материаллаг объектын нэгэн адил материйн хөдөлгөөний бүх нийтийн тоон хэмжүүр нь материйн болон аливаа материаллаг объектын өөрийн үйл ажиллагааг илэрхийлдэг энерги юм. Иймээс энерги нь хөдөлж буй материйн шинж чанаруудын нэг бөгөөд энерги нь материйн гадна, түүнээс тусдаа байж болохгүй. Эрчим хүч нь масстай эквивалент харьцаатай байдаг. Тиймээс масс нь зөвхөн бодисын хэмжээг төдийгүй түүний үйл ажиллагааны зэргийг тодорхойлж чаддаг. Материйн хөдөлгөөн нь мөнхөд оршдог бөгөөд түүний илрэлийн хэлбэрээр хязгааргүй олон янз байдгаас үзэхэд материйн хөдөлгөөнийг тоон байдлаар тодорхойлдог энерги нь мөнхөд (бүтээгдээгүй, устаж үгүй ​​болдог) мөн түүний илрэлийн хэлбэрээр хязгааргүй олон янз байдаг гэдгийг үгүйсгэх аргагүй юм. . "Тиймээс энерги нь хэзээ ч алга болдоггүй бөгөөд дахин гарч ирдэггүй, зөвхөн нэг хэлбэрээс нөгөөд шилждэг" 1 хөдөлгөөний төрлүүдийн өөрчлөлтийн дагуу.

Ажигласан янз бүрийн төрөлматерийн хөдөлгөөний (хэлбэрүүд). Материаллаг объектын шинж чанарын өөрчлөлт, бие биедээ үзүүлэх нөлөөллийн шинж чанарыг харгалзан тэдгээрийг ангилж болно.

Физик вакуумын хөдөлгөөн (хэвийн төлөвт байгаа чөлөөт үндсэн талбарууд) нь "чичирч" байгаа мэт тэнцвэрт байдлаасаа өөр өөр чиглэлд байнга хазайдаг болтлоо буурдаг. Ийм аяндаа бага энергитэй өдөөлтүүдийн (хазайлт, цочрол, хэлбэлзэл) үр дүнд виртуал бөөмс үүсдэг бөгөөд тэдгээр нь физик вакуумд шууд уусдаг. Энэ бол хөдөлж буй физик вакуумын энергийн хамгийн бага (үндсэн) төлөв бөгөөд түүний энерги нь тэгтэй ойролцоо байна. Гэхдээ физик вакуум нь хэсэг хугацаанд тодорхой илүүдэл энергиэр тодорхойлогддог сэтгэлийн хөөрөлтэй байдалд ордог. Физик вакуумын ийм мэдэгдэхүйц, өндөр энергитэй өдөөлтүүд (хазайлт, цочрол, хэлбэлзэл) үед виртуал бөөмс нь гадаад төрхөө дуусгаж, дараа нь янз бүрийн хэлбэрийн бодит үндсэн хэсгүүд физик вакуумаас гарч, дүрмээр бол хосоороо ( бөөмс хэлбэрээр цахилгаан цэнэгтэй, эсрэг тэмдэгтэй цахилгаан цэнэгтэй эсрэг бөөмтэй, жишээлбэл, электрон-позитрон хос хэлбэрээр).

Төрөл бүрийн чөлөөт суурь талбайн нэг квант өдөөлт нь үндсэн бөөмс юм.

Фермионы (спинор) үндсэн талбарууд нь гурван үе (гэр бүл) хуваагдсан 24 фермион (6 кварк ба 6 антикварк, түүнчлэн 6 лептон ба 6 антилептон) үүсгэдэг. Эхний үед дээш доош кваркууд (мөн антикваркууд), мөн лептонууд, электрон ба электрон нейтрино (мөн электрон антинейтринотой позитрон) нь энгийн бодис (мөн ховор илэрсэн антиматер) үүсгэдэг. Хоёр дахь үеийн дур булаам, хачирхалтай кваркууд (мөн антикваркууд), мөн лептонууд, мюон ба муон нейтрино (мөн мюон антинейтринотой антимуон) нь илүү их масстай (илүү их таталцлын цэнэгтэй) байдаг. Гурав дахь үеийнхэнд жинхэнэ, сайхан кваркууд (мөн антикваркууд), мөн лептонууд таон ба таон нейтрино (мөн таон антинейтринотой антитаон) байдаг. Хоёр ба гурав дахь үеийн фермионууд нь энгийн бодис үүсэхэд оролцдоггүй, тогтворгүй бөгөөд эхний үеийн фермионууд үүсэх үед ялзардаг.

Босоны үндсэн талбарууд нь 18 төрлийн бозон үүсгэдэг: таталцлын орон - гравитон, цахилгаан соронзон орон - фотон, харилцан үйлчлэлийн сул орон - 3 төрлийн "вион" 1 , глюоны орон - 8 төрлийн глюон, Хиггсийн талбай - 5 төрлийн Хиггс. бозонууд.

Хангалттай өндөр энергитэй (өдөөгдөх) төлөвт байгаа физик вакуум нь жижиг ертөнц хэлбэрээр чухал энерги бүхий олон үндсэн бөөмсийг үүсгэх чадвартай.

Бичил ертөнцийн бодисын хувьд хөдөлгөөн багасна:

тархах, мөргөлдөх, бие биедээ хувирах энгийн бөөмс;

протон ба нейтроноос атомын цөм үүсэх, тэдгээрийн хөдөлгөөн, мөргөлдөөн, өөрчлөлт;

атомын цөм ба электронуудаас атом үүсэх, тэдгээрийн хөдөлгөөн, мөргөлдөөн, өөрчлөлт, үүнд электронууд нэг атомын орбиталаас нөгөө рүү үсрэх, атомаас салгах, илүүдэл электрон нэмэх;

атомаас молекул үүсэх, тэдгээрийн хөдөлгөөн, мөргөлдөөн, өөрчлөлт, үүнд шинэ атом нэмэгдэх, атомууд гарах, зарим атомыг бусад хүмүүсээр солих, молекул дахь атомуудын бие биентэйгээ харьцангуй байрлал өөрчлөгдөх.

Макро ертөнц ба мега ертөнцийн мөн чанарын хувьд хөдөлгөөн нь нүүлгэн шилжүүлэлт, мөргөлдөөн, хэв гажилт, эвдрэл, янз бүрийн биетүүдийг нэгтгэх, түүнчлэн тэдгээрийн хамгийн олон янзын өөрчлөлтөд хүргэдэг.

Хэрэв материаллаг объектын хөдөлгөөн (квантлагдсан орон эсвэл материаллаг объект) зөвхөн физик шинж чанарын өөрчлөлт дагалддаг бол жишээлбэл, квантлагдсан талбайн давтамж эсвэл долгионы урт, агшин зуурын хурд, температур, материаллаг объектын цахилгаан цэнэг, дараа нь ийм хөдөлгөөнийг физик хэлбэр гэж нэрлэдэг. Хэрэв материаллаг объектын хөдөлгөөн нь түүний химийн шинж чанар, жишээлбэл, уусах чадвар, шатах чадвар, хүчиллэг байдал өөрчлөгддөг бол ийм хөдөлгөөнийг химийн хэлбэр гэж нэрлэдэг. Хэрэв хөдөлгөөн нь мега ертөнцийн объектуудын өөрчлөлттэй холбоотой бол ( сансрын объектууд), тэгвэл ийм хөдөлгөөнийг одон орны хэлбэр гэж нэрлэдэг. Хэрэв хөдөлгөөн нь дэлхийн гүний бүрхүүлийн объектуудын өөрчлөлттэй холбоотой бол (дэлхийн дотоод хэсэг) ийм хөдөлгөөнийг геологийн хэлбэр гэж нэрлэдэг. Хэрэв хөдөлгөөн нь газрын гадаргуугийн бүх бүрхүүлийг нэгтгэдэг газарзүйн бүрхүүлийн объектын өөрчлөлттэй холбоотой бол ийм хөдөлгөөнийг газарзүйн хэлбэр гэж нэрлэдэг. Амьд бие махбодь, тэдгээрийн тогтолцооны янз бүрийн амин чухал илрэл хэлбэрээр хөдөлгөөнийг биологийн хэлбэр гэж нэрлэдэг. Хүний зайлшгүй оролцоотойгоор нийгмийн ач холбогдол бүхий эд хөрөнгийн өөрчлөлт, жишээлбэл, төмрийн хүдэр олборлох, төмөр, ган үйлдвэрлэх, чихрийн нишингэ тариалах, элсэн чихэр үйлдвэрлэх зэрэг материаллаг объектын хөдөлгөөнийг хэлнэ. нийгмийн тодорхойлогдсон хөдөлгөөний хэлбэр гэж нэрлэдэг.

Аливаа материаллаг объектын хөдөлгөөнийг үргэлж аль нэг хэлбэрт хамааруулж болохгүй. Энэ нь нарийн төвөгтэй, олон янз байдаг. Квантлагдсан талбараас бие рүү материаллаг объектод хамаарах бие махбодийн хөдөлгөөн хүртэл хэд хэдэн хэлбэрийг агуулж болно. Жишээлбэл, билльярдын бөмбөг хэлбэртэй хоёр хатуу биетийн уян харимхай мөргөлдөөн (мөргөлдөөн) нь цаг хугацааны явцад бие биенээсээ болон ширээтэй харьцуулахад бөмбөлгүүдийн байрлалын өөрчлөлт, бөмбөгний эргэлт, үрэлтийн аль алиныг агуулдаг. Ширээ ба агаарын гадаргуу дээрх бөмбөлгүүд, бөмбөлөг бүрийн хэсгүүдийн хөдөлгөөн, уян харимхай мөргөлдөөний үед бөмбөлгүүдийн хэлбэр бараг урвуу өөрчлөгдөх, кинетик энергийн солилцоо, түүний дотоод энерги болгон хэсэгчлэн хувирах. уян харимхай мөргөлдөх үед бөмбөг, бөмбөг, агаар ба ширээний гадаргуу хооронд дулаан дамжуулах, бөмбөлөгт агуулагдах тогтворгүй изотопуудын цөмийн цацраг идэвхт задрал, нейтрино сансрын туяа бөмбөгөөр дамжин нэвтрэх гэх мэт. .Матери хөгжиж, хими, одон орон, геологи, газар зүй, биологи, нийгмийн нөхцөлт материаллаг биетүүд бий болсноор хөдөлгөөний хэлбэрүүд улам нарийн төвөгтэй, олон янз болж байна. Тиймээс химийн хөдөлгөөнд хүн хөдөлгөөний физик хэлбэр, чанарын хувьд шинэ, физик, химийн хэлбэрт хувирдаггүй аль алиныг нь харж болно. Одон орон, геологи, газар зүй, биологи, нийгмийн нөхцөлдсөн объектуудын хөдөлгөөнд физик, химийн хэлбэрийн хөдөлгөөний аль алиныг нь харж болно, мөн чанарын хувьд шинэ, физик, химийн хувьд буурдаггүй, одон орон, геологи, газар зүй, биологи, нийгмийн хувьд. хөдөлгөөний нөхцөлт хэлбэрүүд. Хаана доод хэлбэрүүдянз бүрийн түвшний нарийн төвөгтэй материаллаг объектуудад материйн хөдөлгөөн нь ялгаатай байдаггүй. Жишээлбэл, энгийн бөөмс, атомын цөм, атомын физик хөдөлгөөн нь одон орон, геологи, газарзүйн, биологийн болон нийгмийн нөхцөлт материаллаг объектуудад ялгаатай байдаггүй.

Хөдөлгөөний нарийн төвөгтэй хэлбэрийг судлахдаа хоёр туйлшралаас зайлсхийх хэрэгтэй. Нэгдүгээрт, хөдөлгөөний нийлмэл хэлбэрийн судалгааг энгийн хөдөлгөөний хэлбэр болгон бууруулж болохгүй, энгийн хэлбэрээс хөдөлгөөний нарийн төвөгтэй хэлбэрийг гаргаж авах боломжгүй. Жишээлбэл, биологийн хөдөлгөөнийг зөвхөн хөдөлгөөний физик, химийн хэлбэрээс гаргаж авах боломжгүй, харин хөдөлгөөний биологийн хэлбэрийг үл тоомсорлодог. Хоёрдугаарт, энгийн зүйлийг үл тоомсорлож, зөвхөн хөдөлгөөний нарийн төвөгтэй хэлбэрийг судлахаар өөрийгөө хязгаарлаж болохгүй. Жишээлбэл, биологийн хөдөлгөөнийг судлах нь энэ тохиолдолд илэрдэг хөдөлгөөний физик, химийн хэлбэрийг судлахад сайн нэмэлт юм.

2. Материйн өөрийгөө хөгжүүлэх чадвар

Мэдэгдэж байгаагаар материйн өөрөө өөрийгөө хөгжүүлэх чадвартай, матери нь өөрөө өөрийгөө хөгжүүлэх чадвартай бөгөөд хөдөлгөөнт материйн хэлбэрийн аяндаа, чиглэсэн, эргэлт буцалтгүй аажмаар хүндрэлээр тодорхойлогддог.

Материйн аяндаа өөрөө хөгжих гэдэг нь материйн хөдөлгөөнт хэлбэрүүд аажмаар хүндрэлтэй болох үйл явц нь дотоод, байгалийн шалтгааны улмаас Бүтээгч ямар нэгэн ер бусын болон ер бусын хүчний оролцоогүйгээр аяндаа явагддаг гэсэн үг юм.

Материйн өөрийгөө хөгжүүлэх чиглэл гэдэг нь материйг хөдөлгөх хэлбэрийг түүний урьд өмнө байсан нэг хэлбэрээс хожим үүссэн өөр хэлбэрт шилжүүлэх үйл явцын нэг төрлийн сувагчлалыг хэлнэ: хөдөлж буй материйн аливаа шинэ хэлбэрийн хувьд та. хөдөлж буй материйн эхлэлийг өгсөн өмнөх хэлбэрийг олж чадна, мөн эсрэгээр, хөдөлж буй материйн өмнөх хэлбэрийн хувьд та түүнээс үүссэн хөдөлгөөнт материйн шинэ хэлбэрийг олж чадна. Үүний зэрэгцээ, хөдөлж буй материйн өмнөх хэлбэр нь түүнээс үүссэн хөдөлгөөнт материйн шинэ хэлбэрээс өмнө үргэлж оршин тогтнож байсан бөгөөд өмнөх хэлбэр нь түүнээс үүссэн шинэ хэлбэрээс үргэлж хуучин байдаг. Хөдөлгөөнт материйн бие даасан хөгжлийн сувагчлалын улмаас түүний хэлбэрүүд нь аажмаар хүндрэлтэй байдаг бөгөөд энэ нь аль чиглэлд, ямар завсрын (шилжилтийн) хэлбэрүүд, нэг буюу өөр хэлбэрийн түүхэн хөгжлийг харуулдаг. хөдөлж буй асуудал.

Материйн өөрөө хөгжих эргэлт буцалтгүй гэдэг нь хөдөлж буй материйн хэлбэрүүдийн аажмаар хүндрэлтэй болох үйл явц нь эсрэг чиглэлд, хойшоо явж болохгүй гэсэн үг юм: хөдөлж буй материйн шинэ хэлбэр нь түүний өмнөх хөдөлгөөнт материйн хэлбэрийг үүсгэж чадахгүй. үүнээс үүссэн боловч энэ нь шинэ хэлбэрийн өмнөх хэлбэр болж чаддаг. Хэрэв гэнэт хөдөлж буй материйн аливаа шинэ хэлбэр нь түүний өмнөх хэлбэрүүдтэй маш төстэй болж хувирвал энэ нь хөдөлж буй материйн эсрэг чиглэлд өөрөө хөгжиж эхэлсэн гэсэн үг биш юм: хөдөлж буй материйн өмнөх хэлбэр гарч ирэв. илүү эрт байсан бөгөөд хөдөлгөөнт материйн шинэ хэлбэр нь бүр, үүнтэй маш төстэй байсан нь хамаагүй хожуу гарч ирсэн бөгөөд ижил төстэй боловч хөдөлгөөнт материйн үндсэн өөр хэлбэр юм.

3. Материаллаг объектуудын харилцаа холбоо, харилцан үйлчлэл

Материйн салшгүй шинж чанарууд нь түүний хөдөлгөөний шалтгаан болох харилцаа холбоо, харилцан үйлчлэл юм. Холболт ба харилцан үйлчлэл нь материйн хөдөлгөөний шалтгаан болдог тул хөдөлгөөнтэй адил холболт ба харилцан үйлчлэл нь бүх нийтийн шинж чанартай, өөрөөр хэлбэл шинж чанар, гарал үүсэл, нарийн төвөгтэй байдлаас үл хамааран бүх материаллаг объектод байдаг. Материаллаг ертөнцийн бүх юмс үзэгдлүүд нь байгалийн материаллаг холбоо, харилцан үйлчлэлээр тодорхойлогддог (нөхцөлтэй гэдэг утгаараа), түүнчлэн холбоо, харилцан үйлчлэлийн хуулиудыг тусгасан байгалийн объектив хуулиудаар тодорхойлогддог. "Энэ утгаараа дэлхий дээр ер бусын, материйн эсрэг тэсрэг зүйл гэж байдаггүй." 1 Хөдөлгөөний нэгэн адил харилцан үйлчлэл нь материйн оршихуйн (оршихуйн) хэлбэр юм.

Бүх материаллаг объектуудын оршихуй нь харилцан үйлчлэлээр илэрдэг. Аливаа материаллаг объектын хувьд оршихуй гэдэг нь бусад материаллаг объектуудтай харьцах, тэдэнтэй харилцах, объектив харилцаа холбоо, харилцаа холбоо тогтоох замаар ямар нэгэн байдлаар илэрдэг гэсэн үг юм. Хэрэв таамагласан материаллаг объект нь бусад материаллаг объектуудтай холбоотой ямар ч байдлаар илэрдэггүй, тэдгээртэй ямар ч байдлаар холбоогүй, тэдэнтэй харьцдаггүй байсан бол эдгээр бусад материаллаг объектуудын хувьд энэ нь байхгүй болно. "Гэхдээ түүний талаарх бидний таамаглал юунд ч үндэслэгдэх боломжгүй, учир нь харилцан үйлчлэлгүй байсан тул бид түүний талаар тэг мэдээлэлтэй байх болно." 2

Харилцан үйлчлэл гэдэг нь энерги солилцох замаар зарим материаллаг объектуудын бусад зүйлд харилцан үйлчлэх үйл явц юм. Бодит объектуудын харилцан үйлчлэл нь жишээлбэл, хоёр хатуу биетийн мөргөлдөх (мөргөлдөх) хэлбэрээр шууд байж болно. Мөн энэ нь хол зайд тохиолдож болно. Энэ тохиолдолд бодит объектуудын харилцан үйлчлэл нь тэдгээртэй холбоотой бозоник (хэмжигч) үндсэн талбаруудаар хангагдана. Нэг материаллаг объектын өөрчлөлт нь түүнтэй холбоотой харгалзах бозоник (хэмжигч) үндсэн талбайн өдөөлтийг (хазайлт, цочрол, хэлбэлзэл) үүсгэдэг бөгөөд энэ өдөөлт нь вакуум дахь гэрлийн хурдаас хэтрэхгүй хязгаарлагдмал хурдтай долгион хэлбэрээр тархдаг. (бараг 300 мянган км / аас). Квант-талбарын харилцан үйлчлэлийн механизмын дагуу алсын зайд байгаа бодит объектуудын харилцан үйлчлэл нь солилцооны шинж чанартай байдаг, учир нь харилцан үйлчлэл нь харгалзах бозоник (хэмжигч) үндсэн талбайн квант хэлбэрээр тээвэрлэгч хэсгүүдээр дамждаг. Өөр өөр бозонууд нь харилцан үйлчлэлийн тээвэрлэгч хэсгүүдийн хувьд харгалзах бозоны (хэмжигч) үндсэн талбайн өдөөлт (хазайлт, цочрол, хэлбэлзэл) юм: материаллаг объектыг ялгаруулах, шингээх үед тэдгээр нь бодит, тархалтын үед виртуал байдаг.

Энэ нь ямар ч тохиолдолд материаллаг объектуудын харилцан үйлчлэл, тэр ч байтугай зайд ч гэсэн богино хугацааны үйлдэл болох нь тодорхой болсон, учир нь энэ нь ямар ч цоорхой, хоосон зайгүй явагддаг.

Материйн эсрэг бөөмстэй бөөмсийн харилцан үйлчлэл нь тэдгээрийн устах, өөрөөр хэлбэл тэдгээр нь харгалзах фермион (спинор) үндсэн талбар болж хувирах замаар дагалддаг. Энэ тохиолдолд тэдгээрийн масс (таталцлын энерги) нь харгалзах фермионик (спинор) үндсэн талбайн энерги болж хувирдаг.

Сэтгэл хөдлөм (газайлгах, цочроох, "чичиргээ") физик вакуумын виртуал хэсгүүд нь бодит бөөмстэй харилцан үйлчилж, тэдгээрийг бүрхэж, квант хөөс хэлбэрээр дагалддаг. Жишээлбэл, атомын электронууд физик вакуумын виртуал хэсгүүдтэй харилцан үйлчлэлийн үр дүнд атом дахь энергийн түвшний тодорхой шилжилт үүсдэг бол электронууд өөрсдөө бага далайцтай хэлбэлзлийн хөдөлгөөнийг гүйцэтгэдэг.

Таталцлын, цахилгаан соронзон, сул, хүчтэй гэсэн дөрвөн төрлийн үндсэн харилцан үйлчлэл байдаг.

"Таталцлын харилцан үйлчлэл нь ... масстай материаллаг биетүүдийн харилцан таталцлаар илэрдэг" 1 амралт, өөрөөр хэлбэл материаллаг объектууд, ямар ч хол зайд байдаг. Олон тооны үндсэн тоосонцор үүсгэдэг сэтгэл хөдөлсөн физик вакуум нь таталцлын түлхэц үзүүлэх чадвартай гэж үздэг. Таталцлын харилцан үйлчлэлийг таталцлын талбайн гравитонууд гүйцэтгэдэг. Таталцлын орон нь бие ба бөөмсийг тайван масстай холбодог. Таталцлын долгион (виртуал гравитон) хэлбэрээр таталцлын талбайг тараахад орчин шаардлагагүй. Таталцлын харилцан үйлчлэл нь хүч чадлаараа хамгийн сул байдаг тул бөөмсийн массын ач холбогдол багатай тул бичил ертөнцөд ач холбогдол багатай, макро сансарт түүний илрэл нь мэдэгдэхүйц бөгөөд энэ нь жишээлбэл, биеийг Дэлхий рүү унах, мөн мега ертөнцөд энэ нь том ертөнцийн биетүүдийн асар их массын улмаас тэргүүлэх үүрэг гүйцэтгэдэг бөгөөд жишээлбэл, Сар болон хиймэл дагуулуудыг дэлхийг тойрон эргүүлэх боломжийг олгодог; нарны аймгийн гариг, гариг, сүүлт од болон бусад биетүүдийн үүсэх, хөдөлгөөн, түүний бүрэн бүтэн байдал; галактик дахь оддын үүсэх, хөдөлгөөн - харилцан таталцал, нийтлэг гарал үүслээр холбогдсон олон зуун тэрбум оддыг багтаасан аварга том оддын системүүд, түүнчлэн тэдгээрийн бүрэн бүтэн байдал; галактикийн бөөгнөрөлүүдийн нэгдмэл байдал - таталцлын хүчээр холбогдсон харьцангуй ойрхон галактикуудын системүүд; Метагалактикийн бүрэн бүтэн байдал - таталцлын хүчээр холбогдсон бүх мэдэгдэж буй галактикийн кластеруудын систем, орчлон ертөнцийн судлагдсан хэсэг болох бүх ертөнцийн бүрэн бүтэн байдал. Таталцлын харилцан үйлчлэл нь орчлон ертөнцөд тархсан материйн концентрацийг тодорхойлж, хөгжлийн шинэ мөчлөгт хамрагдахыг тодорхойлдог.

"Цахилгаан соронзон харилцан үйлчлэл нь цахилгаан цэнэгээс үүдэлтэй бөгөөд цахилгаан соронзон орны фотоноор ямар ч том зайд дамждаг" 1. Цахилгаан соронзон орон нь цахилгаан цэнэгтэй бие ба бөөмсийг холбодог. Түүнчлэн суурин цахилгаан цэнэгүүд нь зөвхөн цахилгаан соронзон орны цахилгаан бүрэлдэхүүнээр цахилгаан орон хэлбэрээр, хөдөлгөөнт цахилгаан цэнэгүүд нь цахилгаан соронзон орны цахилгаан ба соронзон бүрэлдэхүүн хэсгүүдээр холбогддог. Цахилгаан соронзон долгион хэлбэрээр цахилгаан соронзон орны тархалтад нэмэлт орчин шаардлагагүй, учир нь "өөрчлөгдөж буй соронзон орон нь хувьсах цахилгаан орон үүсгэдэг бөгөөд энэ нь эргээд хувьсах соронзон орны эх үүсвэр болдог" 2 . "Цахилгаан соронзон харилцан үйлчлэл нь таталцал (эсрэг цэнэгийн хооронд) болон түлхэлт (ижил төстэй 3 цэнэгийн хооронд") хэлбэрээр илэрч болно. Цахилгаан соронзон харилцан үйлчлэл нь таталцлынхаас хамаагүй хүчтэй байдаг. Энэ нь бичил ертөнц, макро болон мега ертөнцөд хоёуланд нь илэрдэг боловч макро ертөнцөд тэргүүлэх үүрэг гүйцэтгэдэг. Цахилгаан соронзон харилцан үйлчлэл нь электронуудын цөмтэй харилцан үйлчлэлийг баталгаажуулдаг. Атом хоорондын болон молекул хоорондын харилцан үйлчлэл нь цахилгаан соронзон бөгөөд үүний ачаар молекулууд оршин тогтнож, бодисын хөдөлгөөний химийн хэлбэр явагддаг, биетүүд оршин тогтнож, тэдгээрийн нэгтгэх, уян хатан байдал, үрэлт, шингэний гадаргуугийн хурцадмал байдал тодорхойлогддог. функцууд. Тиймээс цахилгаан соронзон харилцан үйлчлэл нь атом, молекул, макроскоп биетүүдийн тогтвортой байдлыг хангадаг.

Сул харилцан үйлчлэл нь тайван масстай энгийн бөөмсийг хамардаг бөгөөд үүнийг 4 царигийн талбайн "вионууд" дамжуулдаг. Сул харилцан үйлчлэлийн талбарууд нь янз бүрийн энгийн бөөмсийг тайван масстай холбодог. Сул харилцан үйлчлэл нь цахилгаан соронзоноос хамаагүй сул, харин таталцлынхаас илүү хүчтэй байдаг. Богино хугацаанд үйлчилдэг тул энэ нь зөвхөн бичил ертөнцөд илэрдэг бөгөөд жишээлбэл, энгийн бөөмсийн задралын ихэнхийг үүсгэдэг (жишээлбэл, чөлөөт нейтрон нь сөрөг цэнэгтэй хэмжигч бозоны оролцоотойгоор протон болж өөрөө задрахад хүргэдэг. , электрон ба электрон антинейтрино, заримдаа өөр фотон үүсдэг), нейтрино бусад бодистой харилцан үйлчлэлцдэг.

Хүчтэй харилцан үйлчлэл нь адронуудын харилцан таталцлаар илэрдэг бөгөөд үүнд кваркийн бүтэц, жишээлбэл, хоёр кварк мезон, гурван кварк нуклон орно. Энэ нь глюоны талбайн глюоноор дамждаг. Глюоны талбайнууд адронуудыг холбодог. Энэ бол хамгийн хүчтэй харилцан үйлчлэл боловч богино хугацаанд үйлчилдэг тул энэ нь зөвхөн бичил ертөнцөд илэрдэг бөгөөд жишээлбэл, нуклон дахь кваркуудын холбоо, атомын цөм дэх нуклонуудын холбоо, тэдгээрийн тогтвортой байдлыг хангадаг. Хүчтэй харилцан үйлчлэл нь цахилгаан соронзоноос 1000 дахин хүчтэй бөгөөд цөмд нэгдсэн ижил цэнэгтэй протонуудыг тараахыг зөвшөөрдөггүй. Хүчтэй харилцан үйлчлэлийн улмаас хэд хэдэн цөм нэг болж нийлдэг термоядролын урвалууд бас боломжтой байдаг. Байгалийн термоядролын реакторууд нь устөрөгчөөс илүү хүнд химийн элементүүдийг үүсгэдэг од юм. Хүнд multinucleon цөмүүд тогтворгүй болж, хуваагддаг, учир нь тэдгээрийн хэмжээсүүд нь хүчтэй харилцан үйлчлэл үзүүлэх зайнаас аль хэдийн давсан байдаг.

"Энгийн бөөмсийн харилцан үйлчлэлийн туршилтын судалгааны үр дүнд ... өндөр протоны мөргөлдөөний энергитэй үед - ойролцоогоор 100 ГэВ - ... сул ба цахилгаан соронзон харилцан үйлчлэл нь ялгаатай байдаггүй - тэдгээрийг нэг цахилгаан сул гэж үзэж болно. харилцан үйлчлэл." 1 "10 15 ГэВ-ийн энергитэй үед хүчтэй харилцан үйлчлэл нь тэдгээртэй нэгддэг ба" 2-т "бөөмийн харилцан үйлчлэлийн эрч хүч илүү өндөр (10 19 ГэВ хүртэл) эсвэл бодисын туйлын өндөр температурт бүх үндсэн дөрвөн хүчин чадалтай" гэж үздэг. харилцан үйлчлэл нь ижил хүч чадлаар тодорхойлогддог, өөрөөр хэлбэл нэг харилцан үйлчлэлийг илэрхийлдэг” 3 “сүпер гүрэн” хэлбэрээр. Биеийн вакуумаас үүссэн Орчлон ертөнцийн хөгжлийн эхэн үед ийм өндөр энергитэй нөхцөлүүд байсан байж магадгүй юм. Орчлон ертөнцийн цаашдын тэлэлтийн явцад үүссэн бодисыг хурдан хөргөх явцад интеграл харилцан үйлчлэлийг эхлээд цахилгаан сул, таталцлын болон хүчтэй гэж хувааж, дараа нь цахилгаан сул харилцан үйлчлэлийг цахилгаан соронзон ба сул, өөрөөр хэлбэл дөрөв болгон хуваасан. үндсэндээ өөр харилцан үйлчлэл.

НОМ ЗҮЙ:

Карпенков, С.Х. Байгалийн ухааны үндсэн ойлголтууд [Текст]: сурах бичиг. их дээд сургуулийн тэтгэмж / С.Х.Карпенков. - 2-р хэвлэл, шинэчилсэн. болон нэмэлт - М. : Эрдмийн төсөл, 2002. - 368 х.

Орчин үеийн байгалийн шинжлэх ухааны үзэл баримтлал [Текст]: сурах бичиг. их дээд сургуулиудад зориулсан / Ed. В.Н.Лавриненко, В.П.Ратникова. - 3-р хэвлэл, шинэчилсэн. болон нэмэлт - М.: ЮНИТИ-ДАНА, 2005. - 317 х.

Байгалийн шинжлэх ухааны философийн асуудлууд [Текст]: сурах бичиг. магистрант, философийн оюутнуудад зориулсан тэтгэмж. мөн байгаль. хуурамч. un-tov / Ред. С.Т.Мелюхина. - М. : Дээд сургууль, 1985. - 400 х.

Цюпка, V.P. Дэлхийн байгалийн шинжлэх ухааны зураг: орчин үеийн байгалийн шинжлэх ухааны үзэл баримтлал [Текст]: сурах бичиг. тэтгэмж / V. P. Цюпка. - Белгород: IPK NRU "BelGU", 2012. - 144 х.

Цюпка, V.P. Дэлхийн орчин үеийн физик дүр төрхийг бүрдүүлдэг орчин үеийн физикийн үзэл баримтлал [Цахим нөөц] // Шинжлэх ухааны цахим архив Оросын академиБайгалийн шинжлэх ухаан: хагас цагаар. электрон. шинжлэх ухааны conf. "Орчин үеийн байгалийн шинжлэх ухааны үзэл баримтлал эсвэл дэлхийн байгалийн шинжлэх ухааны зураг" URL: http://site/article/6315(нийлэгдсэн: 2011/10/31)

Yandex. Толь бичиг. [Цахим нөөц] URL: http://slovari.yandex.ru/

1Карпенков С.Х.Байгалийн шинжлэх ухааны үндсэн ойлголтууд. M. Эрдмийн төсөл. 2002, 60-р тал.

2Байгалийн шинжлэх ухааны философийн асуудлууд. М. Дээд сургууль. 1985. S. 181.

3Карпенков С.Х.Байгалийн ухааны үндсэн ойлголтууд ... S. 60.

1Карпенков С.Х.Байгалийн ухааны үндсэн ойлголтууд ... S. 79.

1Карпенков С.Х.

1Байгалийн шинжлэх ухааны философийн асуудлууд ... S. 178.

2 Мөн түүнчлэн. S. 191.

1Карпенков С.Х.Байгалийн ухааны үндсэн ойлголтууд ... S. 67.

1Карпенков С.Х.Байгалийн ухааны үндсэн ойлголтууд ... S. 68.

3Байгалийн шинжлэх ухааны философийн асуудлууд ... S. 195.

4Карпенков С.Х.Байгалийн ухааны үндсэн ойлголтууд ... S. 69.

1Карпенков С.Х.Байгалийн ухааны үндсэн ойлголтууд ... S. 70.

2 Орчин үеийн байгалийн шинжлэх ухааны үзэл баримтлал. M. UNITY-DANA. 2005. S. 119.

3Карпенков С.Х.Байгалийн ухааны үндсэн ойлголтууд ... S. 71.

Цюпка В.П. МАТЕРИАЛЫН ХӨДӨЛГӨӨНИЙГ ОЙЛГОХ ТУХАЙ, ТҮҮНИЙГ ӨӨРИЙГӨӨ ХӨГЖҮҮЛЭХ ЧАДВАР, түүнчлэн ОРЧИН ҮЕИЙН БАЙГАЛИЙН ШИНЖЛЭХ УХААН дахь МАТЕРИАЛ БАЙГУУЛЛАГЫН ХОЛБОО, ХАРИЛЦААНЫ ТУХАЙ // Шинжлэх ухааны цахим архив.
URL: (хандах огноо: 2020/03/17).

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 зөөвөрлөж байдаг 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 бөгөөд 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: гурван үндсэн өнгө холилдсон үед цагаан өнгөтэй болдог.) Тиймээс өнгөний хүч нь гол нь байдаг кваркууд гурвалсан өнгийг 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 эргэлддэг 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- Тэгээд 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 Тэгээд- 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. Тэгээд- 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 Тэгээд-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 бөөмс нь жишээлбэл, нейтрон гэх мэт нийлмэл бол түүний эсрэг бөөмс нь дараах бүрэлдэхүүн хэсгүүдээс бүрдэнэ. эсрэг шинж тэмдэгхураамж. Иймд эсрэг электрон нь +1 цахилгаан цэнэгтэй, +1/2 сул цэнэгтэй бөгөөд позитрон гэж нэрлэгддэг. Антинейтрон нь үүнээс бүрдэнэ Тэгээд-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), газар Тэгээд- кварк эзэлдэг -аас-кварк ( сэтгэл татам), гэхдээ 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.

Харин кваркууд өнгөт хүчний нөлөөн дор нэгдэж, өндөр энергийн физикийн ихэнх туршилтуудад давамгайлж буй хүчтэй харилцан үйлчлэлцдэг 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 дахин зам") бөгөөд үүнд кваркууд оршин тогтнох боломжийг анх санал болгосон (мөн энэ нэрийг тэдэнд өгсөн). Арван жилийн дараа бөөмийн нээлт Ж/yоршин байгааг баталсан -аас-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 Тэгээд- Тэгээд г- кваркууд. Байгальд бөөмсүүд яагаад хэд хэдэн үе байдаг вэ гэсэн асуулт одоог хүртэл нууц хэвээр байна.

Янз бүрийн үеийн кварк ба 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 энэ нь зөвхөн зөвшөөрөгдсөн "хөдөлгөөний төлөв"-ийн салангид тоотой 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 бөөмсүүд өөрийн гэсэн өнцгийн импульстэй буюу өөрөөр хэлбэл 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 ертөнцөд өнцгийн импульс нь квантлагдсан байдаг, өөрөөр хэлбэл. дискрет утгыг авдаг. Тохиромжтой нэгжид лептон ба кваркуудын эргэлт 1/2, хэмжүүрийн тоосонцор 1 спи (туршилтаар хараахан ажиглагдаагүй боловч онолын хувьд 2 спинтэй байх ёстой гравитоноос бусад) байна. 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 термоядролын 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. Гэвч 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.

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.

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.

Харьцангуй саяхныг хүртэл хэдэн зуун бөөмс ба эсрэг бөөмсийг энгийн гэж үздэг байв. Тэдний шинж чанар, бусад бөөмстэй харилцан үйлчлэлийн талаар нарийвчилсан судалгаа, онолыг хөгжүүлэх нь тэдний ихэнх нь хамгийн энгийн буюу одоогийн хэлснээр үндсэн бөөмсөөс бүрддэг тул үнэндээ энгийн биш болохыг харуулсан. Суурь бөөмс нь өөрөө юунаас ч бүрдэхээ больсон. Олон тооны туршилтууд нь бүх үндсэн бөөмс нь дотоод бүтэцгүй, хэмжээсгүй цэгэн биетүүд шиг аашилж, дор хаяж одоо судалж буй хамгийн бага зайд ~10-16 см хүртэл ажилладаг болохыг харуулсан.

Танилцуулга

Бөөмүүдийн хоорондын харилцан үйлчлэлийн тоо томшгүй олон янзын үйл явцын дунд хүчтэй (цөмийн), цахилгаан соронзон, таталцлын гэсэн дөрвөн үндсэн буюу үндсэн харилцан үйлчлэл байдаг. Бөөмийн ертөнцөд таталцлын харилцан үйлчлэл маш сул, үүрэг нь тодорхойгүй хэвээр байгаа бөгөөд бид энэ талаар цаашид ярихгүй.

Байгальд бүх үндсэн харилцан үйлчлэлд оролцдог адрон, зөвхөн хүчтэй харилцан үйлчлэлд оролцдоггүй лептон гэсэн хоёр бүлэг бөөмс байдаг.

дагуу орчин үеийн санаанууд, бөөмс хоорондын харилцан үйлчлэл нь бөөмийг тойрсон харгалзах талбайн (хүчтэй, сул, цахилгаан соронзон) квантуудыг ялгаруулах, дараа нь шингээх замаар явагддаг. Ийм кванттар нь хэмжигч бозонууд бөгөөд тэдгээр нь мөн үндсэн бөөмс юм. Бозонууд нь Планкийн тогтмол $h = 1.05 \cdot 10^(-27) erg \cdot c$-ын бүхэл тоотой тэнцэх өөрийн гэсэн өнцгийн импульстэй бөгөөд үүнийг spin гэж нэрлэдэг. Талбайн квантууд ба үүний дагуу хүчтэй харилцан үйлчлэлийн тээвэрлэгчид нь g тэмдгээр тэмдэглэгдсэн глюонууд, цахилгаан соронзон орны квантууд нь гэрлийн сайн мэддэг квантууд - $\гамма $-оор тэмдэглэгдсэн фотонууд ба сул талбайн квантууд ба үүний дагуу сул харилцан үйлчлэлийн тээвэрлэгчид байдаг В± (давхар ve) - ба З 0 (zet тэг)-бозонууд.

Бозонуудаас ялгаатай нь бусад бүх үндсэн бөөмсүүд нь фермионууд, өөрөөр хэлбэл хагас бүхэл тоотой тэнцүү спинтэй хэсгүүд юм. h/2.

Хүснэгтэнд. 1-д үндсэн фермионуудын тэмдэглэгээг харуулав - лептон ба кварк.

Бөөм бүрийг хүснэгтэд өгсөн болно. 1 нь эсрэг бөөмстэй тохирч байгаа бөгөөд энэ нь бөөмсөөс зөвхөн цахилгаан цэнэгийн тэмдэг болон бусад квант тоонуудын (Хүснэгт 2-ыг үзнэ үү) болон бөөмийн импульсийн чиглэлтэй харьцуулахад эргэлтийн чиглэлд ялгаатай байдаг. Бид эсрэг бөөмсийг бөөмстэй ижил тэмдэгтэй, гэхдээ тэмдгийн дээгүүр долгионтой шугамаар тэмдэглэнэ.

Хүснэгт дэх тоосонцор. 1-г Грек, Латин үсгээр тэмдэглэсэн, тухайлбал: $\nu$ үсэг - гурван өөр нейтрино, e - электрон үсэг, $\му$ - муон, $\тау$ - таон, u, c, t, d, s үсэг , b нь кваркуудыг илэрхийлдэг; Тэдний нэрс, шинж чанарыг хүснэгтэд үзүүлэв. 2.

Хүснэгт дэх тоосонцор. 1-ийг орчин үеийн онолын бүтцээр нь I, II, III гэсэн гурван үе гэж ангилдаг. Манай орчлон ертөнц эхний үеийн бөөмс болох лептон, кварк, хэмжигч бозонуудаас бүрддэг, гэхдээ орчин үеийн шинжлэх ухаанОрчлон ертөнцийн хөгжлийн талаар, түүний хөгжлийн эхний үе шатанд чухал үүрэгбүх гурван үеийн тоосонцор тоглосон.

Лептонууд

Эхлээд лептонуудын шинж чанарыг илүү нарийвчлан авч үзье. Хүснэгтийн дээд мөрөнд 1 нь гурван өөр нейтрино агуулдаг: электрон $\nu_e$, муон $\nu_m$, тау нейтрино $\nu_t$. Тэдний масс хараахан нарийн хэмжигдээгүй байгаа боловч түүний дээд хязгаарыг, жишээлбэл, электрон массын 10-5-тай тэнцэх ne (өөрөөр хэлбэл, $\leq 10^(-32)$ g)-ийн хувьд тодорхойлсон байна.

Хүснэгтийг харж байна. 1 нь яагаад байгальд гурван өөр нейтрино үүсгэх шаардлагатай болсон тухай асуултыг өөрийн эрхгүй гаргаж ирдэг. Суурь бөөмсийн тухай ийм иж бүрэн онол бүтээгдээгүй байгаа тул энэ асуултын хариулт хараахан гараагүй байгаа бөгөөд энэ нь эдгээр бүх бөөмсийн хэрэгцээ, хүрэлцээг илтгэж, тэдгээрийн үндсэн шинж чанарыг тайлбарлах болно. Магадгүй энэ асуудал 21-р зуунд (эсвэл дараа нь) шийдэгдэх байх.

Хүснэгтийн доод шугам. 1 нь бидний хамгийн их судалсан бөөмс болох электроноос эхэлдэг. Электроныг өнгөрсөн зууны сүүлчээр Английн физикч Ж.Томсон нээжээ. Манай ертөнцөд электронуудын үүрэг асар их юм. Эдгээр нь атомын цөмтэй хамт бидний мэддэг үелэх системийн элементүүдийн бүх атомыг бүрдүүлдэг сөрөг цэнэгтэй бөөмс юм. Атом бүрийн электронуудын тоо нь атомын цөм дэх протоны тоотой яг тэнцүү байдаг нь атомыг цахилгаанаар саармагжуулдаг.

Электрон нь тогтвортой, электроныг устгах гол боломж нь эсрэг бөөм - позитрон e + -тэй мөргөлдөхөд үхэх явдал юм. Энэ үйл явцыг устгах гэж нэрлэдэг:

$$e^- + e^+ \to \gamma + \gamma .$$

Устгасны үр дүнд хоёр гамма квант (өндөр энергитэй фотон гэж нэрлэгддэг) үүсдэг бөгөөд эдгээр нь үлдсэн энерги нь e + ба e - ба тэдгээрийн кинетик энергийг хоёуланг нь авч явдаг. Өндөр энергитэй үед e + ба e - адрон ба кварк хосууд үүсдэг (жишээлбэл, (5) ба 4-р зургийг үз).

Урвал (1) нь масс ба энергийн эквивалентийн тухай А.Эйнштейний алдартай томьёоны үнэн зөвийг тодорхой харуулж байна: Э = mc 2 .

Үнэн хэрэгтээ, материд зогссон позитрон болон тайван байдалд байгаа электроныг устгах явцад тэдгээрийн амарч буй бүх масс (1.22 МэВ-тэй тэнцүү) амрах массгүй $ \ гамма $ - квант энергид шилждэг.

Хүснэгтийн доод эгнээний хоёр дахь үе. 1 нь байрладаг > мюон - бүх шинж чанараараа электроны аналог боловч хэвийн бус том масстай бөөмс. Мюоны масс нь электроны массаас 207 дахин их байна. Мюон нь электроноос ялгаатай нь тогтворгүй байдаг. Түүний амьдралын цаг үе т= 2.2 10 -6 сек. Мюон нь схемийн дагуу голчлон электрон ба хоёр нейтрино болж задардаг

$$\mu^- \to e^- + \tilde \nu_e +\nu_(\mu)$$

Электроны илүү хүнд аналог нь $\tau$-lepton (taon) юм. Түүний масс нь электроны массаас ($m_(\tau) = 1777$ MeV/c 2) 3 мянга гаруй дахин их, өөрөөр хэлбэл, таон нь протон, нейтроноос хүнд юм. Түүний ашиглалтын хугацаа нь 2.9 10 -13 секунд бөгөөд түүний задралын зуу гаруй өөр схемээс (сувагуудаас) дараахь зүйлийг хийх боломжтой.

$$\tau^-\left\langle\begin(матриц) \to e^- + \tilde \nu_e +\nu_(\tau)\\ \to \mu^- + \tilde \nu_\mu +\nu_ (\tau)\төгсгөл(матриц)\баруун.$$

Лептонуудын тухай ярихдаа тодорхой зайд байгаа сул ба цахилгаан соронзон хүчийг харьцуулах нь сонирхолтой юм. Р\u003d 10 -13 см Ийм зайд цахилгаан соронзон хүч нь сул хүчнээс бараг 10 тэрбум дахин их байдаг. Гэхдээ энэ нь байгальд сул хүчний үүрэг бага гэсэн үг биш юм. Түүнээс хол.

Энэ нь янз бүрийн бөөмсийг бусад бөөмс болгон хувиргах олон тооны харилцан хувиргалтыг хариуцдаг сул хүч юм, жишээлбэл, урвал (2), (3) ба ийм харилцан хувиргалт нь бөөмийн физикийн хамгийн онцлог шинж чанаруудын нэг юм. (2), (3) урвалаас ялгаатай нь цахилгаан соронзон хүч нь (1) урвалд ажилладаг.

Лептонуудын тухай ярихдаа бид үүнийг нэмэх ёстой орчин үеийн онолцахилгаан соронзон ба сул харилцан үйлчлэлийг нэгдсэн цахилгаан сул онолыг ашиглан дүрсэлдэг. Үүнийг 1967 онд С.Вайнберг, А.Салам, С.Глашоу нар боловсруулсан.

Кваркууд

Кваркуудын тухай санаа нь адрон гэж нэрлэгддэг хүчтэй харилцан үйлчлэлд оролцдог олон тооны бөөмсийг ангилах гайхалтай оролдлогын үр дүнд бий болсон. М.Гелл-Ман, Г.Цвейг нар бүх адронууд нь үндсэн бөөмс болох кваркууд, тэдгээрийн антикваркууд ба хүчтэй харилцан үйлчлэлийн тээгч глюонуудаас бүрддэг гэж үзсэн.

Одоогоор ажиглагдаж буй адронуудын нийт тоо зуу гаруй бөөмс (мөн ижил тооны эсрэг бөөмс) байна. Олон арван тоосонцор хараахан бүртгэгдээгүй байна. Бүх адронууд нь хүнд хэсгүүдэд хуваагддаг барионууд, мөн дундажийг нэрлэсэн мезон.

Барионууд нь барионуудын тоогоор тодорхойлогддог б= 1 тоосонцор болон б = -1 антибарионы хувьд. Тэдний төрөлт ба устах нь үргэлж хос хосоороо явагддаг: барион ба антибарион. Мезон нь барион цэнэгтэй байдаг б = 0. Гелл-Манн, Цвейг нарын үзэл баримтлалын дагуу бүх барионууд нь гурван кваркаас, антибарионууд нь гурван антикваркуудаас бүрддэг. Тиймээс кварк бүрд 1/3-ийн барион тоог өгсөн бөгөөд ингэснээр нийт барион нь б= 1 (эсвэл гурван антикваркаас бүрдэх антибарионы хувьд -1). Мезон нь барион тоотой байдаг б= 0, тиймээс тэдгээр нь ямар ч кварк ба ямар ч антикваркийн хос хосолсон хослолоос бүрдэж болно. Бүх кваркуудын хувьд ижил байдаг квант тоонууд - спин ба барионуудын тооноос гадна тэдгээрийн амарч буй массын хэмжээ гэх мэт бусад чухал шинж чанарууд байдаг. м, цахилгаан цэнэгийн хэмжээ Q/д(электрон цэнэгийн фракцаар д\u003d 1.6 · 10 -19 кулон) ба квант тоонуудын тодорхой багц гэж нэрлэгддэг кварк амт. Үүнд:

1) изотопын эргэлтийн утга Iмөн түүний гурав дахь төсөөллийн хэмжээ, өөрөөр хэлбэл I 3 . Тэгэхээр, у-кварк ба г-кварк нь изотопын давхар бүрдэл үүсгэдэг бөгөөд тэдгээр нь бүрэн изотопын эргэлттэй байдаг I= 1/2 проекцтой I 3 = +1/2 харгалзах у-кварк, ба I 3 = -1/2 харгалзах г- кварк. Давхар бүрхүүлийн хоёр бүрэлдэхүүн хэсэг нь ижил масстай бөгөөд цахилгаан цэнэгээс бусад бүх шинж чанараараа ижил байдаг;

2) квант тоо С- хачирхалтай байдал нь цөмийн цаг хугацаатай (~10 -23 сек) харьцуулахад хэвийн бус урт наслалттай (~10 -8 - 10 -13 сек) зарим бөөмсийн хачирхалтай зан үйлийг тодорхойлдог. Нэг буюу хэд хэдэн хачирхалтай кварк, хачирхалтай антикваркуудыг агуулсан бөөмсийг хачирхалтай гэж нэрлэдэг. Хүчтэй харилцан үйлчлэлийн улмаас хачирхалтай тоосонцор үүсэх эсвэл алга болох нь хос хосоороо явагддаг, өөрөөр хэлбэл аливаа цөмийн урвалын үед урвалын өмнөх $\Sigma$S-ийн нийлбэр нь урвалын дараах $\Sigma$S-тэй тэнцүү байх ёстой. Гэсэн хэдий ч сул харилцан үйлчлэлд хачирхалтай байдлыг хадгалах хууль үйлчилдэггүй.

Хурдасгагч дээр хийсэн туршилтуудад ашиглахыг тайлбарлах боломжгүй бөөмс ажиглагдсан у-, г- Тэгээд с- кваркууд. Хачирхалтай зүйрлэвэл шинэ квант тоо бүхий гурван шинэ кваркыг нэвтрүүлэх шаардлагатай байв FROM = +1, IN= -1 ба Т= +1. Эдгээр кваркуудаас бүрдэх бөөмс нь илүү том масстай (> 2 GeV/c2). Тэд ~10-13 секундын ашиглалтын хугацаатай олон төрлийн задралын схемтэй. Бүх кваркуудын шинж чанарын хураангуйг Хүснэгтэнд өгөв. 2.

Хүснэгт дэх кварк бүр. 2 нь түүний антикварктай тохирч байна. Антикваркуудын хувьд бүх квант тоо нь кваркийн эсрэг тэмдэгтэй байдаг. Кваркуудын массын хэмжээний талаар дараахь зүйлийг хэлэх ёстой. Хүснэгтэнд өгсөн. 2 утга нь нүцгэн кваркуудын масстай тохирч байна, өөрөөр хэлбэл кваркууд өөрсдийгөө тойрсон глюонуудыг харгалзахгүй. Глюоноор дамждаг энергийн улмаас хувцасласан кваркуудын масс илүү их байдаг. Энэ нь ялангуяа хамгийн хөнгөн хүмүүст мэдэгдэхүйц юм у- Тэгээд г-глюон бүрхэвч нь 300 МэВ орчим энергитэй кваркууд.

Үндсэн зүйлийг тодорхойлдог кваркууд физик шинж чанарбөөмсийг валент кварк гэж нэрлэдэг. Адронууд нь валентын кваркуудаас гадна виртуал хос бөөмс - кварк ба антикваркуудыг агуулдаг бөгөөд тэдгээр нь маш удаан хугацаанд глюоноор ялгарч, шингэдэг. богино хугацаа

(хаана Энь виртуал хосын энерги) бөгөөд энэ нь Гейзенбергийн тодорхойгүй байдлын харилцааны дагуу энерги хадгалагдах хуулийг зөрчсөн тохиолдолд үүсдэг. Виртуал хос кваркуудыг нэрлэдэг далайн кваркуудэсвэл далайн кваркууд. Ийнхүү адронуудын бүтцэд валент болон далайн кварк, глюонууд орно.

Бүх кваркуудын гол онцлог нь тэдгээр нь харгалзах хүчтэй цэнэгийн эзэд байдаг. Хүчтэй талбайн цэнэг нь гурван тэнцүү сорттой (цахилгаан хүчний онолд нэг цахилгаан цэнэгийн оронд). Түүхэн нэр томъёонд эдгээр гурван төрлийн цэнэгийг кваркуудын өнгө гэж нэрлэдэг, тухайлбал: улаан, ногоон, цэнхэр. Тиймээс Хүснэгт дэх кварк бүр. 1 ба 2 нь гурван хэлбэртэй байж болох ба өнгөт бөөмс юм. Гурван өнгийг холих нь оптикт тохиолддог шиг цагаан өнгөтэй, өөрөөр хэлбэл бөөмийг цайруулдаг. Ажиглагдсан бүх адронууд өнгөгүй байдаг.

Кваркийн харилцан үйлчлэлийг найман өөр глюон гүйцэтгэдэг. "Глюон" гэсэн нэр томъёо нь орчуулсан гэсэн үг юм Англи хэлэндцавуу, өөрөөр хэлбэл эдгээр талбайн квантууд нь кваркуудыг хооронд нь нааж байдаг бөөмс юм. Кваркуудын нэгэн адил глюонууд нь өнгөт бөөмс боловч глюон бүр хоёр кваркийн өнгийг нэгэн зэрэг өөрчилдөг тул (глюон ялгаруулдаг кварк ба глюоныг шингээдэг кварк) глюон нь ихэвчлэн өнгө, эсрэг өнгө агуулсан хоёр удаа өнгөтэй байдаг. өнгөнөөс ялгаатай.

Фотоных шиг глюонуудын үлдсэн масс нь тэг байна. Үүнээс гадна глюонууд нь цахилгаан саармаг бөгөөд сул цэнэггүй байдаг.

Адронууд нь ихэвчлэн тогтвортой бөөмс, резонансаар хуваагддаг: барион ба мезон.
Резонанс нь маш богино хугацаанд (~10 -20 -10 -24 сек) тодорхойлогддог, учир нь тэдгээрийн задрал нь хүчтэй харилцан үйлчлэлийн улмаас үүсдэг.

Ийм олон арван бөөмсийг Америкийн физикч Л.В. Альварес. Ийм бөөмсийн задрах зам нь маш богино тул бөөмийн ул мөрийг (хөөсний камер гэх мэт) бүртгэдэг детекторуудад ажиглагдах боломжгүй тул тэдгээрийг бүгдийг нь шууд бус байдлаар, тэдгээрийн нөлөөгөөр оргил цэгүүд байгаа эсэхийг илрүүлсэн. энерги дээр янз бүрийн бөөмсийн харилцан үйлчлэлийн магадлал. Зураг 1-д юу хэлснийг тайлбарлав. Зурагт эерэг пионы $\pi^+$ протонтой харилцан үйлчлэлийн хөндлөн огтлолын хамаарлыг (магадлалын утгатай пропорциональ) харуулав. хпионы кинетик энергиээс. 200 МэВ орчим энергитэй үед хөндлөн огтлолын явцад оргил нь харагдана. Түүний өргөн нь $\Гамма = 110$ МеВ бөгөөд бөөмийн нийт масс $\Дельта^(++)$ нь $T^(")_(max)+M_p c^2+M_\pi c^2-тэй тэнцүү байна. =1232$ MeV /с 2 , энд $T^(")_(max)$ нь тэдгээрийн массын төвийн систем дэх бөөмийн мөргөлдөх кинетик энерги юм. Ихэнх резонансын тогтворжсон хэсгүүдийн өдөөгдсөн төлөв гэж үзэж болно, учир нь тэдгээр нь өдөөх энергийн улмаас резонансын масс илүү их байдаг ч тогтворжсон хэсгүүдтэйгээ ижил кварк найрлагатай байдаг.

Адронуудын кварк загвар

Бид өнгөт цэнэгтэй кварк, антикваркаар төгсдөг эх үүсвэрээс үүссэн талбайн шугамын зургаас адронуудын кварк загварыг дүрсэлж эхэлнэ (Зураг 2, б). Харьцуулбал, Зураг дээр. 2, мөн бид цахилгаан соронзон харилцан үйлчлэлийн тохиолдолд хүчний шугамууд нь эх үүсвэрээсээ салж байгааг харуулж байна - сэнс шиг цахилгаан цэнэг, учир нь эх үүсвэрээс нэгэн зэрэг ялгардаг виртуал фотонууд хоорондоо харилцан үйлчлэлцдэггүй. Үр дүн нь Кулоны хууль юм.

Энэ зургаас ялгаатай нь глюонууд өөрсдөө өнгөт цэнэгтэй бөгөөд бие биетэйгээ хүчтэй харьцдаг. Үүний үр дүнд, хүчний шугамын сэнсний оронд бид зурагт үзүүлсэн багцтай болсон. 2, б. Олс нь кварк ба антикваркуудын хооронд сунасан боловч хамгийн гайхалтай нь глюонууд нь өнгөт цэнэгтэй тул шинэ глюонуудын эх үүсвэр болж, кваркаас холдох тусам тэдний тоо нэмэгддэг.
Ийм харилцан үйлчлэлийн загвар нь кваркуудын харилцан үйлчлэлийн боломжит энерги нь тэдгээрийн хоорондох зайнаас хамааралтай болохыг Зураг дээр үзүүлэв. 3. Тухайлбал: зай хүртэл Р> 10 -13 см, U(R) хамаарал нь юүлүүр хэлбэртэй бөгөөд энэ зайд өнгөний цэнэгийн хүч харьцангуй бага тул кваркууд Р> 10 -15 см-ийг эхний ойролцоолсон чөлөөт, харилцан үйлчлэлгүй бөөмс гэж үзэж болно. Энэ үзэгдэл нь жижиг хэмжээтэй кваркуудын асимптот эрх чөлөөний тусгай нэртэй байдаг Р. Гэсэн хэдий ч хэзээ Рзарим нэг чухал утгаас илүү $R_(cr) \ойролцоогоор 10^(-13)$ см У(Р) утгатай шууд пропорциональ болно Р. Үүнээс шууд гарч байгаа нь хүч Ф = -dU/dR= const, өөрөөр хэлбэл зайнаас хамаардаггүй. Физикчдийн өмнө нь судалж байсан өөр ямар ч харилцан үйлчлэл ийм ер бусын шинж чанартай байсангүй.

Тооцооллоос харахад кварк ба антикваркийн хооронд үйлчилж буй хүчнүүд үнэхээр $R_(cr) \ойролцоогоор 10_(-13)$ см-ээс эхлэн зайнаас хамаарахаа больж, 20 орчим асар их утгын түвшинд үлддэг. тонн. хол зайд Р~ 10 -12 см (дундаж атомын цөмийн радиустай тэнцүү) өнгөний хүч нь цахилгаан соронзон хүчнээс 100 мянга дахин их байдаг. Хэрэв бид өнгөний хүчийг атомын цөм доторх протон ба нейтроны хоорондох цөмийн хүчтэй харьцуулж үзвэл өнгөний хүч хэдэн мянга дахин их байх болно! Ийнхүү физикчдийн өмнө одоогийн мэдэгдэж байгаа цөмийн хүчнээс хэд дахин том хэмжээтэй байгалийн өнгөт хүчний шинэ агуу дүр зураг нээгдэв. Мэдээжийн хэрэг, ийм хүчийг эрчим хүчний эх үүсвэр болгон ажиллуулж болох уу гэсэн асуулт шууд гарч ирнэ. Харамсалтай нь энэ асуултын хариулт нь үгүй.

Мэдээжийн хэрэг, өөр нэг асуулт гарч ирнэ: ямар зайд Ркваркуудын хооронд потенциал энерги нэмэгдэхийн хэрээр шугаман нэмэгддэг Р?
Хариулт нь энгийн: хол зайд талбайн шугамын багц тасардаг, учир нь кварк-антикварк хос бөөмс үүсэхэд завсарлага үүсгэх нь эрч хүчтэй байдаг. Энэ нь тасрах үеийн боломжит энерги нь кварк ба антикваркийн үлдсэн массаас их байх үед тохиолддог. Глюоны талбайн хүчний шугамын багцыг таслах үйл явцыг Зураг дээр үзүүлэв. 2, in.

Кварк-антикварк үүсэх тухай ийм чанарын санаанууд нь яагаад ганц кваркууд огт ажиглагддаггүй, байгальд ажиглагддаггүйг ойлгох боломжийг олгодог. Кваркууд адрон дотор үүрд баригдана. Кваркуудыг гадагшлуулахгүй байх энэ үзэгдлийг гэнэ хорих. Өндөр энергитэй үед багц нь нэг дор олон газар тасарч, $q \tilde q$-хос бүрдэх нь илүү ашигтай байж болно. Энэ мэтчилэн олон төрөлттэй холбоотой асуудалд хандсан. кварк-антикварк хосуудмөн хатуу кваркийн тийрэлтэт онгоц үүсэх.

Эхлээд гэрлийн адрон, өөрөөр хэлбэл мезонуудын бүтцийг авч үзье. Эдгээр нь бидний хэлсэнчлэн нэг кварк ба нэг антикваркаас бүрддэг.

Энэ хосын хамтрагч хоёулаа ижил өнгийн цэнэгтэй, ижил эсрэг цэнэгтэй байх нь маш чухал юм (жишээлбэл, цэнхэр кварк ба цэнхэр антикварк) нь тэдний хос кваркийн амтаас үл хамааран өнгөгүй байх болно. (мөн бид зөвхөн өнгөгүй тоосонцорыг ажигладаг).

Бүх кваркууд болон антикваркууд нь ээрэх чадвартай (бутархай h) 1/2-тай тэнцүү. Иймд кваркыг антикварктай хослуулах нийлбэр спин нь эсрэг параллель байх үед 0, эсвэл спин нь хоорондоо параллель байх үед 1 байна. Харин бөөмийн доторх зарим тойрог замд кваркууд өөрсдөө эргэдэг бол бөөмийн эргэлт 1-ээс их байж болно.

Хүснэгтэнд. Зураг 3-т кваркуудын зарим хосолсон, илүү төвөгтэй хослолуудыг харуулсан бөгөөд энэ кваркуудын хослол нь урьд нь мэдэгдэж байсан адронуудтай тохирч байгааг харуулж байна.

Одоогийн байдлаар хамгийн сайн судлагдсан мезон ба мезон резонансын хамгийн том бүлэг нь анхилуун үнэрт бус хөнгөн хэсгүүдээс бүрддэг бөгөөд тэдгээрийн квант тоо нь С = C = Б= 0. Энэ бүлэгт 40 орчим бөөмс багтана. Хүснэгт 3-ыг Английн физикч С.Ф.-ын нээсэн $\pi$ ±,0 пионоор эхэлж байна. Пауэлл 1949 онд. Цэнэглэгдсэн пионууд 10-8 секундын турш амьдардаг бөгөөд дараах схемийн дагуу лептон болж задардаг.

$\pi^+ \to \mu + \nu_(\mu)$ болон $\pi^- \to \mu^- + \tilde \nu_(\mu)$.

Хүснэгтэд байгаа тэдний "хамаатан садан". 3 - резонанс $\rho$ ±,0 (rho mesons) нь пионуудаас ялгаатай нь эргэлттэй байдаг. Ж= 1, тэд тогтворгүй бөгөөд ердөө 10 -23 секунд амьдардаг. $\rho$ ±,0 задралын шалтгаан нь хүчтэй харилцан үйлчлэл юм.

Цэнэглэгдсэн пионуудын задралын шалтгаан нь харилцан үйлчлэлийн сул, тухайлбал бөөмсийг бүрдүүлдэг кваркууд нь богино хугацаанд сул харилцан үйлчлэлийн үр дүнд ялгарч, шингээх чадвартай байдагтай холбоотой юм. т(4) хамаарлын дагуу виртуал хэмжигч бозонууд: $u \to d + W^+$ эсвэл $d \to u + W^-$, мөн лептонуудаас ялгаатай нь нэг үеийн кварк шилжилтүүд бас байдаг. өөр үеийн кварк, жишээ нь $u \to b + W^+$ эсвэл $u \to s + W^+$ гэх мэт, гэхдээ ийм шилжилт нь нэг үеийн шилжилтээс хамаагүй ховор байдаг. Үүний зэрэгцээ ийм бүх өөрчлөлтийн үед урвал дахь цахилгаан цэнэг хадгалагдана.

Мезоныг судлах, үүнд с- Тэгээд в-кваркууд нь хэдэн арван хачирхалтай, дур булаам бөөмсийг нээхэд хүргэсэн. Тэдний судалгаа одоо олон газарт хийгдэж байна шинжлэх ухааны төвүүдамар амгалан.

Мезоныг судлах, үүнд б- Тэгээд т-кваркууд хурдасгуур дээр эрчимтэй эхэлсэн бөгөөд одоохондоо тэдгээрийн талаар дэлгэрэнгүй ярихгүй.

Хүнд адрон, өөрөөр хэлбэл барионуудын талаар авч үзье. Тэд бүгд гурван кваркаас бүрддэг, гэхдээ гурван өнгөтэй байдаг нь мезонтой адил бүх барионууд нь өнгөгүй байдаг. Барионуудын доторх кваркууд тойрог замын хөдөлгөөнтэй байж болно. Энэ тохиолдолд бөөмийн нийт спин нь кваркуудын нийт спинээс давж, 1/2 эсвэл 3/2-тай тэнцүү байх болно (хэрэв гурван кваркийн спин нь хоорондоо параллель байвал).

Хамгийн бага масстай барион бол протон юм х(Хүснэгт 3-ыг үзнэ үү). Бүх атомын цөм нь протон ба нейтроноос тогтдог. химийн элементүүд. Цөм дэх протоны тоо нь түүний нийт цахилгаан цэнэгийг тодорхойлдог З.

Атомын цөм дэх өөр нэг гол бөөмс бол нейтрон юм. n. Нейтрон нь протоноос арай хүнд, тогтворгүй бөгөөд чөлөөт төлөвт 900 секунд орчим амьдрахдаа протон, электрон, нейтрино болж задардаг. Хүснэгтэнд. 3-т протоны кварк төлөвийг харуулав үүдба нейтрон udd. Гэхдээ кваркуудын энэхүү хослолын эргэлтээр Ж= 3/2, $\Delta^+$ болон $D^0$ тус тус резонанс үүсдэг. Бусад бүх барионууд нь илүү хүнд кваркуудаас тогтдог с, б, т, мөн хамаагүй том масстай. Тэдний дунд онцгой анхаарал татсан ВГурван хачирхалтай кваркаас бүрдэх - -гиперон. Үүнийг анх цаасан дээр, өөрөөр хэлбэл барионуудын кваркийн бүтцийн санааг ашиглан тооцоолсноор нээсэн. Энэ бөөмийн бүх үндсэн шинж чанарыг урьдчилан таамаглаж, дараа нь туршилтаар баталгаажуулсан.

Туршилтаар ажиглагдсан олон баримтууд одоо кваркууд байдгийг баттай хэлж байна. Тэр дундаа электрон ба позитронуудын мөргөлдөх урвалын шинэ процессыг нээж, кварк-антикварк тийрэлтэт онгоц үүсэх тухай ярьж байна. Энэ процессын схемийг зурагт үзүүлэв. 4. Герман, АНУ-ын коллайдерууд дээр туршилт хийсэн. Сумнууд нь зураг дээрх цацрагуудын чиглэлийг харуулж байна д+ ба д- , мөн тэдгээрийн мөргөлдөх цэгээс кварк ялгардаг qба антикварк $\tilde q$ нь нислэгийн чиглэл рүү $\Theta$ зенитийн өнцөгт байрладаг. д+ ба д- . Энэхүү $q+\tilde q$ хос урвалын явцад үүсдэг

$$e^+ + e^- \to \gamma_(virt) \to q + \tilde q$$

Өмнө дурьдсанчлан, хүчний шугамын эргүүлэг (ихэвчлэн тэд утас гэж хэлдэг) хангалттай их хурцадмал байдалтайгаар түүний бүрэлдэхүүн хэсгүүдэд ордог.
Кварк ба антикваркийн өндөр энергитэй үед өмнө дурдсанчлан утас олон газарт тасарч, үүний үр дүнд хоёрдогч өнгөгүй бөөмсийн хоёр нарийн цацраг q кварк ба антикваркийн нислэгийн шугамын дагуу хоёр чиглэлд үүсдэг. Зурагт үзүүлэв. 4. Ийм бөөмийн цацрагийг тийрэлтэт гэж нэрлэдэг. Гурав, дөрөв ба түүнээс дээш тооны тийрэлтэт бөөмс үүсэх нь туршилтанд нэлээд олон удаа ажиглагддаг.

Энэхүү нийтлэлийн зохиогч оролцсон сансрын туяан дахь хэт хурдатгалын энерги дээр хийсэн туршилтуудад олон тооны тийрэлтэт онгоц үүсэх үйл явцын гэрэл зургуудыг олж авсан. Баримт нь олс эсвэл утас нь нэг хэмжээст тул гурав, дөрөв ба түүнээс дээш тийрэлтэт онгоц үүсэх төвүүд нь шулуун шугамын дагуу байрладаг.

Хүчтэй харилцан үйлчлэлийг тодорхойлсон онолыг гэж нэрлэдэг квант хромодинамикэсвэл товчилсон QCD. Энэ нь цахилгаан сул харилцан үйлчлэлийн онолоос хамаагүй илүү төвөгтэй юм. QCD нь хатуу процесс гэж нэрлэгддэг, өөрөөр хэлбэл бөөмс хоорондын их хэмжээний импульс дамжуулалт бүхий бөөмийн харилцан үйлчлэлийн үйл явцыг тайлбарлахдаа амжилттай байдаг. Хэдийгээр онолыг бүтээх ажил хараахан дуусаагүй байгаа ч олон онолын физикчид "их нэгдэл" буюу квант хромодинамик ба цахилгаан сул харилцан үйлчлэлийн онолыг нэг онол болгон нэгтгэх ажил хэдийнэ завгүй байна.

Эцэст нь хэлэхэд, зургаан лептон, 18 олон өнгийн кварк (болон тэдгээрийн эсрэг бөөмс), түүнчлэн үндсэн талбайн квантууд фотоныг шавхаж байгаа эсэх талаар товчхон дурдъя. В ± -, З 0 -бозонууд, найман глюонууд, эцэст нь таталцлын талбайн кванттар - гравитонууд - жинхэнэ энгийн, илүү нарийвчлалтай, үндсэн бөөмсүүдийн бүхэл бүтэн арсенал. Үгүй бололтой. Бөөмс, талбайн дүрсэлсэн зургууд нь зөвхөн бидний одоогийн мэдлэгийн тусгал байх магадлалтай. Хэт тэгш хэмт бөөмс гэж нэрлэгддэг том бүлэг, хэт хүнд кваркуудын октет болон бусад олон зүйлийг нэвтрүүлж байгаа олон онолын санаанууд оршиж байгаа нь хоосон биш юм.

Орчин үеийн физик нь бөөмсийн бүрэн онолыг бүтээхээс хол байгаа нь ойлгомжтой. Магадгүй агуу физикч Альберт Эйнштейн бичил сансарт өчүүхэн үүрэг гүйцэтгэж байгаа хэдий ч таталцлын хүчийг харгалзан үзэх нь хүн бүрийг бүтээх боломжийг олгоно гэж үзсэн нь зөв байж магадгүй юм. хатуу онолтоосонцор. Гэхдээ энэ бүхэн аль хэдийн 21-р зуунд эсвэл бүр хожимдсон байна.

Уран зохиол

1. Окун Л.Б. Энгийн бөөмсийн физик. Москва: Наука, 1988.

2. Кобзарев И.Ю. 1979 оны Нобелийн шагналын эзэд: С.Вайнберг, С.Глашоу, А.Салам // Природа. 1980. N 1. S. 84.

3. Зельдович Я.Б. Явган зорчигчдод зориулсан танилцуулга дахь энгийн тоосонцор ба кваркуудын ангилал // Успеки нат. Шинжлэх ухаан. 1965. T. 8. S. 303.

4. Крайнов В.П. Эрчим хүч ба цаг хугацааны тодорхойгүй байдлын хамаарал // Соросын боловсролын сэтгүүл. 1998. N 5. S. 77-82.

5. И.Намбу, “Чөлөөт кваркууд яагаад байдаггүй вэ?” Усп Физик. Шинжлэх ухаан. 1978. V. 124. S. 146.

6. Жданов Г.Б., Максименко В.М., Славатинский С.А. "Памир" туршилт // Байгаль. 1984. No 11. S. 24

Нийтлэл шүүмжлэгчЛ.И. Сарычев

S. A. СлаватинскийМосквагийн Физик технологийн дээд сургууль, Долгопрудный, Москва муж

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. Бозонууд одоо бидний сонирхлыг их татаж байна - бүх харилцан үйлчлэлийн үед 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 бүтээгдсэн 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 хурдыг олж авах 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 болно. 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.