อนุภาคพื้นฐาน อนุภาคพื้นฐาน (ไม่มีโครงสร้าง) การจำแนกประเภทของอนุภาคมูลฐาน

นำเสนอในรูปที่ 1 fermions พื้นฐานด้วยการหมุน ½ เป็น "ก้อนอิฐก้อนแรก" ของสสาร พวกเขาเป็นตัวแทน เลปตอน(อิเล็กตรอน อี, นิวตริโน ฯลฯ ) - อนุภาคที่ไม่มีส่วนร่วม แข็งแกร่งปฏิกิริยานิวเคลียร์และ ควาร์กซึ่งมีส่วนในการปฏิสัมพันธ์ที่รุนแรง อนุภาคนิวเคลียร์ประกอบด้วยควาร์ก ฮาดรอน(โปรตอน นิวตรอน และเมซอน) แต่ละอนุภาคเหล่านี้มีปฏิปักษ์ของตัวเอง ซึ่งต้องอยู่ในเซลล์เดียวกัน การกำหนดปฏิปักษ์นั้นโดดเด่นด้วยเครื่องหมายตัวหนอน (~)

จากควาร์กหกชนิดหรือหก น้ำหอมประจุไฟฟ้า 2/3 (ในหน่วยของประจุพื้นฐาน อี) ครอบครองบน ​​( ยู) หลงเสน่ห์ ( ค) และจริง ( t) ควาร์กและมีประจุ –1/3 – ต่ำกว่า ( d), แปลก ( ส) และสวยงาม ( ข) ควาร์ก แอนติควาร์กที่มีรสชาติเหมือนกันจะมีประจุไฟฟ้าอยู่ที่ -2/3 และ 1/3 ตามลำดับ

ในควอนตัมโครโมไดนามิกส์ (ทฤษฎีปฏิสัมพันธ์รุนแรง) ประจุไฟฟ้าอันแรงกล้าสามประเภทเกิดจากควาร์กและแอนติควาร์ก: สีแดง R(ป้องกันสีแดง); เขียว จี(ต่อต้านสีเขียว); สีน้ำเงิน บี(แอนตี้บลู). ปฏิสัมพันธ์ของสี (เข้ม) ผูกควาร์กในฮาดรอน หลังแบ่งออกเป็น baryonsประกอบด้วยสามควาร์กและ มีซอนประกอบด้วยสองควาร์ก ตัวอย่างเช่น โปรตอนและนิวตรอนที่เกี่ยวข้องกับแบริออนมีองค์ประกอบของควาร์กดังต่อไปนี้:

พี = (อู๊ด) และ , น = (ดู่) และ .

ตัวอย่างเช่น เรานำเสนอองค์ประกอบของ pi-meson triplet:

, ,

จากสูตรเหล่านี้สังเกตได้ง่ายว่าประจุของโปรตอนคือ +1 ในขณะที่แอนติโปรตอนคือ -1 นิวตรอนและแอนตินิวตรอนมีประจุเป็นศูนย์ เพิ่มสปินของควาร์กในอนุภาคเหล่านี้เพื่อให้สปินทั้งหมดมีค่าเท่ากับ ½ การผสมผสานของควาร์กเดียวกันดังกล่าวก็เป็นไปได้เช่นกัน ซึ่งจำนวนสปินทั้งหมดจะเท่ากับ 3/2 อนุภาคมูลฐานดังกล่าว (D ++ , D + , D 0 , D –) ได้ถูกค้นพบและเป็นของเรโซแนนซ์ กล่าวคือ ฮาดรอนอายุสั้น

กระบวนการที่ทราบของการสลายตัวของกัมมันตภาพรังสี b ซึ่งแสดงโดยโครงร่าง

น ® พี + อี + ,

จากมุมมองของทฤษฎีควาร์กดูเหมือนว่า

(udd) ® ( อู๊ด) + อี+ หรือ d ® ยู + อี + .

แม้จะพยายามตรวจหาควาร์กอิสระซ้ำหลายครั้งในการทดลอง แต่ก็ไม่สามารถทำได้ นี่แสดงให้เห็นว่าควาร์กปรากฏเฉพาะในองค์ประกอบของอนุภาคที่ซับซ้อนมากขึ้นเท่านั้น ( ดักจับควาร์ก). ยังไม่มีคำอธิบายที่สมบูรณ์ของปรากฏการณ์นี้

รูปที่ 1 แสดงว่ามีความสมมาตรระหว่างเลปตันและควาร์ก เรียกว่าสมมาตรของควาร์ก-เลปตัน อนุภาคในแถวบนสุดมีประจุมากกว่าอนุภาคในแถวล่างหนึ่งประจุ อนุภาคของคอลัมน์แรกเป็นของรุ่นแรก อนุภาคที่สองถึงรุ่นที่สอง และคอลัมน์ที่สามถึงรุ่นที่สาม ควาร์กที่เหมาะสม ค, ขและ tถูกทำนายตามความสมมาตรนี้ สิ่งรอบตัวเราประกอบด้วยอนุภาคของรุ่นแรก อะไรคือบทบาทของอนุภาครุ่นที่สองและสาม? ยังไม่มีคำตอบที่ชัดเจนสำหรับคำถามนี้

ความเข้าใจการเคลื่อนที่ของสสาร ความสามารถในการพัฒนาตนเอง ตลอดจนการสื่อสารและปฏิสัมพันธ์ของวัตถุในวิทยาศาสตร์ธรรมชาติสมัยใหม่

Tsyupka V.P.

สถาบันการศึกษาระดับอุดมศึกษาอิสระของรัฐบาลกลาง อาชีวศึกษาชาติแห่งรัฐเบลโกรอด มหาวิทยาลัยวิจัย"(NRU "BelSU")

1. การเคลื่อนที่ของสสาร

“สมบัติเชิงปริพันธ์ของสสารคือการเคลื่อนที่” 1 ซึ่งเป็นรูปแบบของการมีอยู่ของสสารและปรากฏให้เห็นในการเปลี่ยนแปลงใดๆ ของสสาร จากความไม่สามารถทำลายได้และการทำลายไม่ได้ของสสารและคุณลักษณะของสสาร รวมถึงการเคลื่อนที่ การเคลื่อนที่ของสสารจะคงอยู่ตลอดไปและมีความหลากหลายอย่างไม่สิ้นสุดในรูปแบบของการสำแดงของสสาร

การมีอยู่ของวัตถุวัตถุใด ๆ ปรากฏในการเคลื่อนไหวของมัน กล่าวคือ ในการเปลี่ยนแปลงใด ๆ ที่เกิดขึ้นกับมัน ในระหว่างการเปลี่ยนแปลง คุณสมบัติบางอย่างของวัตถุวัสดุจะเปลี่ยนแปลงอยู่เสมอ เนื่องจากผลรวมของคุณสมบัติทั้งหมดของวัตถุที่เป็นวัตถุซึ่งแสดงถึงความแน่นอน ความเป็นเอกเทศ ลักษณะเฉพาะในช่วงเวลาหนึ่ง ๆ สอดคล้องกับสถานะของวัตถุนั้น ปรากฎว่าการเคลื่อนไหวของวัตถุนั้นมาพร้อมกับการเปลี่ยนแปลงในสถานะของมัน . การเปลี่ยนแปลงคุณสมบัติสามารถไปไกลถึงวัตถุวัสดุหนึ่งสามารถกลายเป็นวัตถุวัสดุอื่นได้ “แต่วัตถุที่เป็นวัตถุไม่สามารถเปลี่ยนเป็นคุณสมบัติได้” (เช่น มวล พลังงาน) และ “คุณสมบัติ - ให้กลายเป็นวัตถุ” 2 เพราะมีเพียงสสารที่เคลื่อนที่เท่านั้นที่สามารถเป็นสารที่เปลี่ยนแปลงได้ ในวิทยาศาสตร์ธรรมชาติ การเคลื่อนที่ของสสารเรียกอีกอย่างว่าปรากฏการณ์ทางธรรมชาติ (ปรากฏการณ์ทางธรรมชาติ)

เป็นที่ทราบกันดีอยู่แล้วว่า “ไม่มีการเคลื่อนไหว ย่อมไม่มี” 3 และไม่ว่าไม่มีสิ่งใดก็ไม่มีการเคลื่อนไหว

การเคลื่อนที่ของสสารสามารถแสดงได้ในเชิงปริมาณ การวัดเชิงปริมาณสากลของการเคลื่อนที่ของสสาร เช่นเดียวกับวัตถุที่เป็นวัตถุใดๆ คือ พลังงาน ซึ่งแสดงถึงกิจกรรมของสสารและวัตถุใดๆ ดังนั้นพลังงานจึงเป็นคุณสมบัติอย่างหนึ่งของสสารเคลื่อนที่ และพลังงานไม่สามารถแยกออกจากสสารภายนอกได้ พลังงานมีความสัมพันธ์เทียบเท่ากับมวล ดังนั้นมวลสามารถแสดงลักษณะไม่เฉพาะปริมาณของสาร แต่ยังรวมถึงระดับของกิจกรรมด้วย จากข้อเท็จจริงที่ว่าการเคลื่อนที่ของสสารดำรงอยู่ตลอดกาลและมีความหลากหลายอย่างไม่สิ้นสุดในรูปแบบของการปรากฎของมัน มันจึงตามมาอย่างไม่ลดละที่พลังงานที่แสดงลักษณะการเคลื่อนที่ของสสารในเชิงปริมาณก็ดำรงอยู่ชั่วนิรันดร์ (ไม่ได้สร้างและทำลายไม่ได้) และมีความหลากหลายอย่างไม่สิ้นสุดในรูปแบบของการปรากฎตัวของมัน . “ดังนั้น พลังงานไม่เคยหายไปและไม่ปรากฏขึ้นอีก มันเปลี่ยนจากรูปแบบหนึ่งเป็นอีกรูปแบบหนึ่งเท่านั้น” 1 ตามการเปลี่ยนแปลงของประเภทของการเคลื่อนไหว

สังเกต ประเภทต่างๆ(รูปแบบ) ของการเคลื่อนที่ของสสาร สามารถจำแนกได้โดยคำนึงถึงการเปลี่ยนแปลงคุณสมบัติของวัตถุที่เป็นวัสดุและลักษณะของผลกระทบที่มีต่อกัน

การเคลื่อนที่ของสุญญากาศทางกายภาพ (สนามพื้นฐานอิสระในสภาวะปกติ) จะลดลงตามข้อเท็จจริงที่ว่ามันเบี่ยงเบนไปจากสมดุลเล็กน้อยในทิศทางที่ต่างกันเล็กน้อยตลอดเวลา ราวกับว่า "ตัวสั่น" อันเป็นผลมาจากการกระตุ้นพลังงานต่ำที่เกิดขึ้นเอง (การเบี่ยงเบน การรบกวน ความผันผวน) อนุภาคเสมือนจะก่อตัวขึ้น ซึ่งจะละลายทันทีในสุญญากาศทางกายภาพ นี่คือสถานะพลังงานต่ำสุด (พื้นฐาน) ของสุญญากาศทางกายภาพที่กำลังเคลื่อนที่ พลังงานของมันใกล้เป็นศูนย์ แต่สูญญากาศทางกายภาพในบางแห่งอาจเข้าสู่สภาวะตื่นเต้นได้ในบางครั้ง โดยมีพลังงานส่วนเกินอยู่ ด้วยแรงกระตุ้นที่มีพลังงานสูงอย่างมีนัยสำคัญ (การเบี่ยงเบน การรบกวน ความผันผวน) ของสุญญากาศทางกายภาพ อนุภาคเสมือนสามารถทำให้รูปร่างสมบูรณ์ได้ จากนั้นอนุภาคพื้นฐานที่แท้จริงของประเภทต่างๆ จะแตกออกจากสุญญากาศทางกายภาพ และตามกฎแล้ว เป็นคู่ ( มีประจุไฟฟ้าในรูปของอนุภาคและปฏิปักษ์ที่มีประจุไฟฟ้าตรงข้ามกัน เช่น ในรูปของคู่อิเล็กตรอน-โพซิตรอน)

การกระตุ้นด้วยควอนตัมเดี่ยวของเขตข้อมูลพื้นฐานอิสระต่างๆ เป็นอนุภาคพื้นฐาน

สนามพื้นฐานของ Fermionic (สปิเนอร์) สามารถก่อให้เกิด fermion ได้ 24 ตัว (ควาร์ก 6 ตัวและแอนติควาร์ก 6 ตัว รวมทั้งเลปตอน 6 ตัวและแอนติเลปตอน 6 ตัว) ซึ่งแบ่งออกเป็นสามชั่วอายุคน (ครอบครัว) ในรุ่นแรก ควาร์กขึ้นและลง (และแอนติควาร์ก) เช่นเดียวกับเลปตอน อิเล็กตรอนและนิวตริโนอิเล็กตรอน (และโพซิตรอนที่มีแอนตินิวตริโนอิเล็กตรอน) ก่อให้เกิดเรื่องธรรมดา (และไม่ค่อยพบปฏิสสาร) ในรุ่นที่สอง ควาร์กที่มีเสน่ห์และแปลกประหลาด (และแอนติควาร์ก) เช่นเดียวกับเลปตอน มิวออน และมิวออน มิวออน (และแอนติมิวออนที่มีมิวออนแอนตินิวตริโน) มีมวลมากกว่า (ประจุความโน้มถ่วงมากกว่า) ในรุ่นที่สาม ควาร์กที่แท้จริงและน่ารัก (และแอนติควาร์ก) เช่นเดียวกับ leptons taon และ taon neutrino (และ antitaon กับ taon antineutrino) Fermions ของรุ่นที่สองและสามไม่มีส่วนร่วมในการก่อตัวของเรื่องธรรมดาไม่เสถียรและสลายตัวด้วยการก่อตัวของเฟิร์นรุ่นแรก

สนามพื้นฐานของโบโซนิก (เกจ) สามารถสร้างโบซอนได้ 18 ประเภท: สนามโน้มถ่วง - กราวิตอน, สนามแม่เหล็กไฟฟ้า - โฟตอน, สนามปฏิสัมพันธ์ที่อ่อนแอ - "วิออน" 3 ประเภท 1 , สนามกลูออน - กลูออน 8 ประเภท, สนามฮิกส์ - ฮิกส์ 5 ประเภท โบซอน

สูญญากาศทางกายภาพในสภาวะที่มีพลังงานสูงเพียงพอ (ตื่นเต้น) สามารถสร้างอนุภาคพื้นฐานจำนวนมากที่มีพลังงานที่สำคัญได้ ในรูปแบบของจักรวาลขนาดเล็ก

สำหรับเนื้อหาของพิภพเล็ก ๆ การเคลื่อนไหวจะลดลง:

ให้กระจาย ชนกัน และแปรสภาพเป็นกันและกัน อนุภาคมูลฐาน;

การก่อตัวของนิวเคลียสของอะตอมจากโปรตอนและนิวตรอน การเคลื่อนที่ การชนกันและการเปลี่ยนแปลง

การก่อตัวของอะตอมจากนิวเคลียสของอะตอมและอิเล็กตรอน การเคลื่อนที่ การชนกันและการเปลี่ยนแปลง รวมถึงการกระโดดของอิเล็กตรอนจากวงโคจรของอะตอมหนึ่งไปยังอีกวงโคจรหนึ่ง และการแยกออกจากอะตอม การเพิ่มอิเล็กตรอนส่วนเกิน

การก่อตัวของโมเลกุลจากอะตอม การเคลื่อนที่ การชนกันและการเปลี่ยนแปลง รวมทั้งการเพิ่มอะตอมใหม่ การปลดปล่อยอะตอม การแทนที่อะตอมบางส่วนโดยผู้อื่น การเปลี่ยนแปลงการจัดเรียงของอะตอมที่สัมพันธ์กันในโมเลกุล

สำหรับเนื้อหาของมหภาคและเมกะเวิร์ล การเคลื่อนไหวจะลดลงเป็นการกระจัด การชน การเสียรูป การทำลาย การรวมตัวของวัตถุต่างๆ รวมถึงการเปลี่ยนแปลงที่หลากหลายที่สุด

หากการเคลื่อนที่ของวัตถุวัสดุ (สนามควอนไทซ์หรือวัตถุวัสดุ) มาพร้อมกับการเปลี่ยนแปลงเฉพาะในคุณสมบัติทางกายภาพของวัตถุ เช่น ความถี่หรือความยาวคลื่นสำหรับสนามควอนไทซ์ ความเร็วชั่วขณะ อุณหภูมิ ประจุไฟฟ้าสำหรับวัตถุวัสดุ จากนั้นการเคลื่อนไหวดังกล่าวจะเรียกว่ารูปแบบทางกายภาพ หากการเคลื่อนที่ของวัตถุนั้นมาพร้อมกับการเปลี่ยนแปลงคุณสมบัติทางเคมีของวัตถุ เช่น ความสามารถในการละลาย การติดไฟได้ ความเป็นกรด การเคลื่อนที่ดังกล่าวจะเรียกว่ารูปแบบทางเคมี หากการเคลื่อนไหวเกี่ยวข้องกับการเปลี่ยนแปลงในวัตถุของโลกขนาดใหญ่ ( วัตถุอวกาศ) จากนั้นการเคลื่อนไหวดังกล่าวเรียกว่ารูปแบบทางดาราศาสตร์ หากการเคลื่อนไหวเกี่ยวข้องกับการเปลี่ยนแปลงในวัตถุของเปลือกโลกลึก (ภายในโลก) การเคลื่อนไหวดังกล่าวจะเรียกว่ารูปแบบทางธรณีวิทยา หากการเคลื่อนที่เกี่ยวข้องกับการเปลี่ยนแปลงในวัตถุของเปลือกทางภูมิศาสตร์ที่รวมเปลือกหอยที่เป็นพื้นผิวโลกทั้งหมดเข้าด้วยกัน การเคลื่อนที่ดังกล่าวจะเรียกว่ารูปแบบทางภูมิศาสตร์ การเคลื่อนไหวของร่างกายและระบบต่างๆ ของสิ่งมีชีวิตในรูปแบบของอาการสำคัญต่างๆ ที่เรียกว่ารูปแบบทางชีวภาพ การเคลื่อนที่ของวัตถุซึ่งมาพร้อมกับการเปลี่ยนแปลงคุณสมบัติที่สำคัญทางสังคมโดยมีส่วนร่วมของบุคคลเช่นการสกัดแร่เหล็กและการผลิตเหล็กและเหล็กกล้าการเพาะปลูกหัวบีตน้ำตาลและการผลิตน้ำตาลคือ เรียกว่าเป็นรูปแบบการเคลื่อนไหวทางสังคมที่กำหนดขึ้น

การเคลื่อนที่ของวัตถุวัตถุไม่สามารถนำมาประกอบกับรูปแบบใดรูปแบบหนึ่งได้เสมอไป มันซับซ้อนและหลากหลาย แม้แต่การเคลื่อนไหวทางกายภาพที่มีอยู่ในวัตถุที่เป็นวัตถุตั้งแต่เขตข้อมูลเชิงปริมาณไปยังเนื้อความก็สามารถมีได้หลายรูปแบบ ตัวอย่างเช่น การชนกันแบบยืดหยุ่น (การชนกัน) ของวัตถุแข็งสองชิ้นในรูปของลูกบิลเลียด รวมถึงการเปลี่ยนตำแหน่งของลูกที่สัมพันธ์กันและโต๊ะในช่วงเวลาหนึ่ง และการหมุนของลูกและการเสียดสีของ ลูกบอลที่อยู่บนพื้นผิวโต๊ะและอากาศ และการเคลื่อนที่ของอนุภาคของลูกบอลแต่ละลูก และการเปลี่ยนแปลงรูปร่างของลูกบอลในระหว่างการชนกันแบบยืดหยุ่นได้ในทางปฏิบัติ และการแลกเปลี่ยนพลังงานจลน์กับการแปลงบางส่วนเป็นพลังงานภายในของ ลูกบอลระหว่างการชนกันแบบยืดหยุ่นและการถ่ายเทความร้อนระหว่างลูกบอล อากาศและพื้นผิวของโต๊ะ และการสลายตัวของกัมมันตภาพรังสีที่เป็นไปได้ของนิวเคลียสของไอโซโทปที่ไม่เสถียรที่มีอยู่ในลูกบอล และการแทรกซึมของรังสีคอสมิกนิวทริโนผ่านลูกบอล ฯลฯ ด้วยการพัฒนาของสสารและการเกิดขึ้นของวัตถุทางเคมี ดาราศาสตร์ ธรณีวิทยา ภูมิศาสตร์ ชีวภาพ และสังคม รูปแบบของการเคลื่อนไหวจึงซับซ้อนและหลากหลายมากขึ้น ดังนั้น ในการเคลื่อนที่ทางเคมี เราสามารถมองเห็นทั้งรูปแบบทางกายภาพของการเคลื่อนไหวและรูปแบบใหม่เชิงคุณภาพ ซึ่งไม่สามารถลดขนาดลงในรูปแบบทางกายภาพและทางเคมีได้ ในการเคลื่อนที่ของวัตถุทางดาราศาสตร์ ธรณีวิทยา ภูมิศาสตร์ ชีวภาพ และสังคม เราสามารถมองเห็นการเคลื่อนที่ทั้งทางกายภาพและทางเคมี ตลอดจนรูปแบบใหม่เชิงคุณภาพที่ไม่ลดทอนทางกายภาพและเคมี ตามลำดับ ดาราศาสตร์ ธรณีวิทยา ภูมิศาสตร์ ชีวภาพ หรือสังคม รูปแบบของการเคลื่อนไหวที่มีเงื่อนไข โดยที่ แบบฟอร์มด้านล่างการเคลื่อนที่ของสสารไม่แตกต่างกันในวัตถุวัตถุที่มีระดับความซับซ้อนต่างกัน ตัวอย่างเช่น การเคลื่อนไหวทางกายภาพของอนุภาคมูลฐาน นิวเคลียสของอะตอม และอะตอมไม่แตกต่างกันในวัตถุทางดาราศาสตร์ ธรณีวิทยา ภูมิศาสตร์ ชีวภาพ หรือสภาพสังคม

ในการศึกษารูปแบบการเคลื่อนไหวที่ซับซ้อน ต้องหลีกเลี่ยงสองสุดขั้ว ประการแรกการศึกษารูปแบบการเคลื่อนไหวที่ซับซ้อนไม่สามารถลดลงเป็นรูปแบบการเคลื่อนไหวที่เรียบง่ายได้รูปแบบที่ซับซ้อนไม่สามารถได้มาจากรูปแบบง่ายๆ ตัวอย่างเช่น การเคลื่อนไหวทางชีวภาพไม่สามารถได้มาจากรูปแบบการเคลื่อนไหวทางกายภาพและทางเคมีเพียงอย่างเดียว ในขณะที่ละเลยรูปแบบการเคลื่อนไหวทางชีวภาพด้วยตัวของมันเอง และประการที่สอง เราไม่อาจจำกัดตัวเองให้ศึกษาเฉพาะรูปแบบการเคลื่อนไหวที่ซับซ้อนเท่านั้น โดยไม่สนใจการเคลื่อนไหวที่เรียบง่าย ตัวอย่างเช่น การศึกษาการเคลื่อนไหวทางชีวภาพช่วยเสริมการศึกษารูปแบบการเคลื่อนไหวทางกายภาพและทางเคมีที่แสดงออกในกระบวนการนี้ได้เป็นอย่างดี

2. ความสามารถของสสารในการพัฒนาตนเอง

ดังที่ทราบกันดีว่าการพัฒนาตนเองของสสารและสสารมีความสามารถในการพัฒนาตนเองนั้นมีลักษณะเฉพาะโดยความซับซ้อนที่เกิดขึ้นเองตามธรรมชาติชี้นำและไม่สามารถย้อนกลับได้ของรูปแบบของสสารเคลื่อนไหว

การพัฒนาตนเองโดยธรรมชาติของสสารหมายความว่ากระบวนการของความซับซ้อนที่ค่อยเป็นค่อยไปของรูปแบบของสสารเคลื่อนไหวเกิดขึ้นโดยตัวมันเองโดยธรรมชาติโดยปราศจากการมีส่วนร่วมของพลังที่ผิดธรรมชาติหรือเหนือธรรมชาติผู้สร้างเนื่องจากสาเหตุภายในและธรรมชาติ

ทิศทางของการพัฒนาตนเองของสสารหมายถึงประเภทของกระบวนการที่ซับซ้อนของรูปแบบของสสารที่เคลื่อนไหวอย่างค่อยเป็นค่อยไปจากรูปแบบที่มีอยู่ก่อนหน้านี้ไปสู่รูปแบบอื่นที่ปรากฏในภายหลัง: สำหรับรูปแบบใหม่ของสสารเคลื่อนที่คุณ สามารถค้นหารูปแบบก่อนหน้าของสสารเคลื่อนไหวที่ทำให้มันเริ่มต้น และในทางกลับกัน สำหรับรูปแบบก่อนหน้าของสสารเคลื่อนไหว คุณสามารถค้นหารูปแบบใหม่ของสสารเคลื่อนไหวที่เกิดขึ้นจากมัน ในเวลาเดียวกัน สสารเคลื่อนที่รูปแบบเดิมมักจะมีอยู่ก่อนรูปแบบใหม่ของสสารเคลื่อนไหวที่เกิดขึ้น รูปแบบเดิมมักจะเก่ากว่ารูปแบบใหม่ที่เกิดขึ้นจากมันเสมอ เนื่องจากการสร้างคลองของการพัฒนาตนเองของสสารที่เคลื่อนที่ทำให้เกิดความซับซ้อนแบบค่อยเป็นค่อยไปของรูปแบบซึ่งแสดงให้เห็นว่าทิศทางใดรวมถึงรูปแบบขั้นกลาง (ช่วงเปลี่ยนผ่าน) การพัฒนาทางประวัติศาสตร์ของรูปแบบใดรูปแบบหนึ่งหรืออีกรูปแบบหนึ่ง วัตถุเคลื่อนที่ดำเนินไป

การย้อนกลับไม่ได้ของการพัฒนาตนเองของสสารหมายความว่ากระบวนการของความซับซ้อนแบบค่อยเป็นค่อยไปของรูปแบบของสสารเคลื่อนที่ไม่สามารถไปในทิศทางตรงกันข้ามย้อนกลับได้: รูปแบบใหม่ของสสารเคลื่อนที่ไม่สามารถก่อให้เกิดรูปแบบของสสารเคลื่อนที่ที่อยู่ข้างหน้าได้ จากที่มันเกิดขึ้น แต่มันสามารถกลายเป็นแบบฟอร์มก่อนหน้าสำหรับรูปแบบใหม่ และหากจู่ๆ รูปแบบใหม่ของสสารเคลื่อนที่กลับกลายเป็นว่าคล้ายกับรูปแบบใดรูปแบบหนึ่งที่อยู่ก่อนหน้านั้นมาก นี่ไม่ได้หมายความว่าสสารเคลื่อนที่เริ่มพัฒนาตนเองในทิศทางตรงกันข้าม: รูปแบบก่อนหน้าของสสารเคลื่อนไหวปรากฏขึ้น ก่อนหน้านี้มาก และรูปแบบใหม่ของสสารเคลื่อนที่ แม้และคล้ายกันมากกับมัน ปรากฏมากในภายหลัง และแม้ว่าจะคล้ายกัน แต่เป็นรูปแบบที่แตกต่างกันโดยพื้นฐานแล้วของสสารเคลื่อนไหว

3. การสื่อสารและปฏิสัมพันธ์ของวัตถุวัตถุ

คุณสมบัติที่สำคัญของสสารคือการสื่อสารและการมีปฏิสัมพันธ์ซึ่งเป็นสาเหตุของการเคลื่อนที่ของสสาร เนื่องจากการเชื่อมต่อและปฏิสัมพันธ์เป็นสาเหตุของการเคลื่อนที่ของสสาร ดังนั้นการเชื่อมต่อและปฏิสัมพันธ์ เช่น การเคลื่อนไหว จึงเป็นสากล กล่าวคือ มีอยู่ในวัตถุวัตถุทั้งหมด โดยไม่คำนึงถึงธรรมชาติ ต้นกำเนิด และความซับซ้อนของวัตถุ ปรากฏการณ์ทั้งหมดในโลกวัตถุถูกกำหนด (ในแง่ของการถูกปรับสภาพ) โดยการเชื่อมต่อและปฏิสัมพันธ์ของวัสดุธรรมชาติ เช่นเดียวกับกฎที่เป็นกลางของธรรมชาติ ซึ่งสะท้อนถึงกฎแห่งการเชื่อมต่อและปฏิสัมพันธ์ “ในแง่นี้ ไม่มีอะไรเหนือธรรมชาติและตรงข้ามกับสสารโดยสิ้นเชิงในโลกนี้” 1 ปฏิสัมพันธ์เช่นเดียวกับการเคลื่อนไหวเป็นรูปแบบของการเป็น (การมีอยู่) ของสสาร

การมีอยู่ของวัตถุวัตถุทั้งหมดแสดงออกในการโต้ตอบ สำหรับวัตถุ "วัตถุใด ๆ การมีอยู่หมายถึงการแสดงตัวที่เกี่ยวข้องกับวัตถุวัตถุอื่น ๆ มีปฏิสัมพันธ์กับวัตถุนั้นอยู่ในการเชื่อมโยงวัตถุประสงค์และความสัมพันธ์กับพวกเขา หากวัตถุสมมติ “วัตถุที่จะไม่ปรากฏให้เห็นในความสัมพันธ์กับวัตถุวัตถุอื่น ๆ ในทางใดทางหนึ่ง จะไม่เกี่ยวข้องกับวัตถุเหล่านี้ในทางใดทางหนึ่ง ไม่โต้ตอบกับวัตถุเหล่านั้น วัตถุนั้นก็จะไม่มีอยู่จริงสำหรับวัตถุวัตถุอื่น ๆ เหล่านี้ “แต่ข้อสันนิษฐานของเราเกี่ยวกับเขาไม่สามารถอิงสิ่งใดได้เลย เนื่องจากขาดการโต้ตอบ เราจึงไม่มีข้อมูลเกี่ยวกับเขาเลย” 2

ปฏิสัมพันธ์เป็นกระบวนการที่มีอิทธิพลร่วมกันของวัตถุบางอย่างกับวัตถุอื่นด้วยการแลกเปลี่ยนพลังงาน ปฏิสัมพันธ์ของวัตถุจริงสามารถเกิดขึ้นได้โดยตรง ตัวอย่างเช่น ในรูปแบบของการชนกัน (การชนกัน) ของวัตถุแข็งสองชิ้น และสามารถเกิดขึ้นได้ในระยะไกล ในกรณีนี้ ปฏิสัมพันธ์ของวัตถุจริงมีให้โดยฟิลด์พื้นฐาน bosonic (เกจ) ที่เกี่ยวข้อง การเปลี่ยนแปลงในวัตถุวัตถุหนึ่งทำให้เกิดการกระตุ้น (ความเบี่ยงเบน การรบกวน ความผันผวน) ของสนามพื้นฐาน bosonic (มาตรวัด) ที่เกี่ยวข้องกัน และการกระตุ้นนี้จะแพร่กระจายในรูปของคลื่นที่มีความเร็วจำกัดไม่เกินความเร็วของแสงในสุญญากาศ (เกือบ 300,000 กม. / พร้อม) ปฏิสัมพันธ์ของวัตถุจริงในระยะไกลตามกลไกการถ่ายโอนการโต้ตอบของสนามควอนตัมมีลักษณะการแลกเปลี่ยนเนื่องจากการโต้ตอบถูกถ่ายโอนโดยอนุภาคพาหะในรูปแบบของควอนตัมของสนามพื้นฐานโบโซนิก (เกจ) ที่สอดคล้องกัน โบซอนที่แตกต่างกันในฐานะอนุภาคพาหะของปฏิสัมพันธ์คือการกระตุ้น (การเบี่ยงเบน การรบกวน ความผันผวน) ของฟิลด์พื้นฐานโบโซนิก (มาตรวัด) ที่สอดคล้องกัน: ในระหว่างการปล่อยและการดูดซับของวัตถุวัตถุ พวกมันเป็นของจริง และระหว่างการขยายพันธุ์ พวกมันจะเป็นเสมือน

ปรากฎว่าในกรณีใด ๆ ปฏิสัมพันธ์ของวัตถุที่เป็นวัตถุแม้ในระยะไกลเป็นการกระทำระยะสั้นเนื่องจากจะดำเนินการโดยไม่มีช่องว่างและช่องว่าง

ปฏิสัมพันธ์ของอนุภาคกับปฏิปักษ์ของสสารนั้นมาพร้อมกับการทำลายล้าง กล่าวคือ การเปลี่ยนแปลงของพวกมันเป็นสนามพื้นฐานของเฟอร์มิออน (สปิเนอร์) ที่สอดคล้องกัน ในกรณีนี้ มวลของพวกมัน (พลังงานโน้มถ่วง) จะถูกแปลงเป็นพลังงานของสนามพื้นฐานของเฟอร์มิโอนิก (สปิเนอร์) ที่สอดคล้องกัน

อนุภาคเสมือนของสุญญากาศทางกายภาพที่ตื่นเต้น (เบี่ยงเบน, รบกวน, "ตัวสั่น") สามารถโต้ตอบกับอนุภาคจริง ราวกับว่าห่อหุ้มพวกมัน ประกอบกับพวกมันในรูปแบบของโฟมควอนตัมที่เรียกว่า ตัวอย่างเช่นอันเป็นผลมาจากปฏิสัมพันธ์ของอิเล็กตรอนของอะตอมกับอนุภาคเสมือนของสูญญากาศทางกายภาพ การเปลี่ยนแปลงระดับพลังงานในอะตอมเกิดขึ้นในขณะที่อิเล็กตรอนเองก็ทำการเคลื่อนที่แบบสั่นด้วยแอมพลิจูดเล็กน้อย

ปฏิสัมพันธ์พื้นฐานมีสี่ประเภท: ความโน้มถ่วง แม่เหล็กไฟฟ้า อ่อนและแรง

"ปฏิกิริยาโน้มถ่วงปรากฏอยู่ในแรงดึงดูดซึ่งกันและกัน ... ของวัตถุที่มีมวล" 1 ของส่วนที่เหลือคือวัตถุวัตถุในระยะทางไกล ๆ สันนิษฐานว่าสูญญากาศทางกายภาพที่ถูกกระตุ้นซึ่งสร้างอนุภาคพื้นฐานจำนวนมากสามารถแสดงแรงผลักโน้มถ่วงได้ ปฏิสัมพันธ์แรงโน้มถ่วงดำเนินการโดยแรงโน้มถ่วงของสนามโน้มถ่วง สนามโน้มถ่วงเชื่อมโยงวัตถุและอนุภาคกับมวลพัก ไม่จำเป็นต้องใช้สื่อในการแพร่กระจายของสนามโน้มถ่วงในรูปของคลื่นโน้มถ่วง (gravitons เสมือน) ปฏิสัมพันธ์แรงโน้มถ่วงเป็นจุดอ่อนที่สุดในความแรงของมัน ดังนั้นจึงไม่มีนัยสำคัญในโลกจุลภาคเนื่องจากไม่มีความสำคัญของมวลของอนุภาค ในมหภาคจะสังเกตเห็นการปรากฎตัวของมันและทำให้ ตัวอย่างเช่น การล่มสลายของร่างกายสู่โลก และ ในเมกะเวิร์ลนั้นมีบทบาทนำเนื่องจากมีมวลมหาศาลของร่างกายของเมกะเวิร์ลและให้ตัวอย่างเช่นการหมุนของดวงจันทร์และดาวเทียมประดิษฐ์รอบโลก การก่อตัวและการเคลื่อนที่ของดาวเคราะห์ ดาวเคราะห์น้อย ดาวหาง และวัตถุอื่นๆ ในระบบสุริยะและความสมบูรณ์ของมัน การก่อตัวและการเคลื่อนที่ของดาวฤกษ์ในดาราจักร - ระบบดาวขนาดยักษ์ ซึ่งรวมถึงดาวฤกษ์หลายแสนล้านดวงที่เชื่อมต่อกันด้วยความโน้มถ่วงซึ่งกันและกันและแหล่งกำเนิดร่วม ตลอดจนความสมบูรณ์ของดาวฤกษ์ ความสมบูรณ์ของกระจุกดาราจักร - ระบบของดาราจักรที่มีระยะห่างค่อนข้างใกล้ซึ่งเชื่อมต่อกันด้วยแรงโน้มถ่วง ความสมบูรณ์ของเมตากาแล็กซี - ระบบของกระจุกดาราจักรทั้งหมดที่รู้จัก ซึ่งเชื่อมต่อกันด้วยแรงโน้มถ่วง ซึ่งเป็นส่วนหนึ่งของการศึกษาของจักรวาล ความสมบูรณ์ของทั้งจักรวาล ปฏิสัมพันธ์ของแรงโน้มถ่วงกำหนดความเข้มข้นของสสารที่กระจัดกระจายในจักรวาลและการรวมอยู่ในวัฏจักรใหม่ของการพัฒนา

"อันตรกิริยาทางแม่เหล็กไฟฟ้าเกิดจากประจุไฟฟ้าและถูกส่งผ่าน" 1 โดยโฟตอนของสนามแม่เหล็กไฟฟ้าในระยะทางไกลๆ สนามแม่เหล็กไฟฟ้าเชื่อมต่อวัตถุและอนุภาคที่มีประจุไฟฟ้า นอกจากนี้ ประจุไฟฟ้าที่อยู่กับที่จะเชื่อมต่อโดยส่วนประกอบทางไฟฟ้าของสนามแม่เหล็กไฟฟ้าในรูปแบบของสนามไฟฟ้าเท่านั้น และประจุไฟฟ้าเคลื่อนที่จะเชื่อมต่อด้วยส่วนประกอบไฟฟ้าและแม่เหล็กของสนามแม่เหล็กไฟฟ้า สำหรับการแพร่กระจายของสนามแม่เหล็กไฟฟ้าในรูปของคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้า ไม่จำเป็นต้องใช้สื่อเพิ่มเติม เนื่องจาก "สนามแม่เหล็กที่เปลี่ยนแปลงจะสร้างสนามไฟฟ้ากระแสสลับซึ่งในทางกลับกันก็เป็นแหล่งของสนามแม่เหล็กไฟฟ้ากระแสสลับ" 2 . “อันตรกิริยาทางแม่เหล็กไฟฟ้าสามารถแสดงออกได้ทั้งในรูปของแรงดึงดูด (ระหว่างประจุที่ตรงข้ามกัน) และแบบผลัก (ระหว่าง” 3 ประจุที่คล้ายคลึงกัน) ปฏิสัมพันธ์ทางแม่เหล็กไฟฟ้านั้นแข็งแกร่งกว่าแรงโน้มถ่วงมาก มันปรากฏตัวทั้งในพิภพเล็กและในมหภาคและเมกะเวิร์ล แต่บทบาทนำเป็นของมันในมหภาค ปฏิสัมพันธ์ทางแม่เหล็กไฟฟ้าช่วยให้มั่นใจได้ถึงปฏิสัมพันธ์ของอิเล็กตรอนกับนิวเคลียส ปฏิสัมพันธ์ระหว่างอะตอมและระหว่างโมเลกุลเป็นแม่เหล็กไฟฟ้า ต้องขอบคุณโมเลกุลที่มีอยู่และรูปแบบทางเคมีของการเคลื่อนที่ของสสาร ร่างกายมีอยู่และสถานะของการรวมตัว ความยืดหยุ่น แรงเสียดทาน แรงตึงผิวของของเหลวถูกกำหนด การมองเห็น ฟังก์ชั่น. ดังนั้นปฏิสัมพันธ์ทางแม่เหล็กไฟฟ้าจึงทำให้มั่นใจได้ถึงความเสถียรของอะตอม โมเลกุล และวัตถุที่มีขนาดมหึมา

ปฏิสัมพันธ์ที่อ่อนแอนั้นเกี่ยวข้องกับอนุภาคมูลฐานที่มีมวลพัก มันถูกอุ้มโดย "วิออน" ของสนามเกจ 4 แห่ง สนามที่มีปฏิสัมพันธ์ที่อ่อนแอจะผูกอนุภาคมูลฐานต่างๆกับมวลพัก ปฏิสัมพันธ์ที่อ่อนแอนั้นอ่อนแอกว่าปฏิกิริยาแม่เหล็กไฟฟ้า แต่แข็งแกร่งกว่าแรงโน้มถ่วง เนื่องจากการกระทำสั้น ๆ มันจึงปรากฏเฉพาะในพิภพเล็ก ๆ เท่านั้นทำให้เกิดการสลายตัวของอนุภาคมูลฐานส่วนใหญ่ (ตัวอย่างเช่นนิวตรอนอิสระสลายตัวด้วยการมีส่วนร่วมของเกจโบซอนที่มีประจุลบเป็นโปรตอน , อิเล็กตรอนและแอนตินิวตริโนอิเล็กตรอน บางครั้งเกิดโฟตอนอีกตัวขึ้น) อันตรกิริยาของนิวตริโนกับสารที่เหลือ

อันตรกิริยาที่แข็งแกร่งแสดงออกในการดึงดูดซึ่งกันและกันของฮาดรอน ซึ่งรวมถึงโครงสร้างของควาร์ก เช่น มีซอนสองควาร์กและนิวเคลียสสามควาร์ก มันถูกถ่ายทอดโดยกลูออนของทุ่งกลูออน ทุ่งกลูออนผูกมัดฮาดรอน นี่เป็นปฏิกิริยาที่รุนแรงที่สุด แต่เนื่องจากการกระทำสั้นๆ ของมันจึงแสดงออกเฉพาะในพิภพเล็กเท่านั้น เช่น การยึดเหนี่ยวของควาร์กในนิวคลีออน การยึดเหนี่ยวของนิวคลีออนในนิวเคลียสของอะตอม ทำให้เกิดความเสถียร อันตรกิริยาที่รุนแรงนั้นแข็งแกร่งกว่าแม่เหล็กไฟฟ้าถึง 1,000 เท่า และไม่อนุญาตให้โปรตอนที่มีประจุเหมือนกันรวมกันในนิวเคลียสกระจัดกระจาย ปฏิกิริยาเทอร์โมนิวเคลียร์ซึ่งมีหลายนิวเคลียสรวมกันเป็นหนึ่งเดียวก็เป็นไปได้เช่นกันเนื่องจากปฏิสัมพันธ์ที่รุนแรง เครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์แบบเทอร์โมนิวเคลียร์ตามธรรมชาติคือดาวที่สร้างองค์ประกอบทางเคมีทั้งหมดที่หนักกว่าไฮโดรเจน นิวเคลียสหลายนิวคลีออนหนักจะไม่เสถียรและแตกตัวเนื่องจากขนาดของพวกมันเกินระยะทางที่ปฏิกิริยารุนแรงปรากฏขึ้นแล้ว

"จากการศึกษาทดลองเกี่ยวกับปฏิสัมพันธ์ของอนุภาคมูลฐาน ... พบว่าที่พลังงานการชนกันของโปรตอนสูง - ประมาณ 100 GeV - ... ปฏิกิริยาที่อ่อนแอและแม่เหล็กไฟฟ้าไม่แตกต่างกัน - ถือได้ว่าเป็นไฟฟ้าอ่อนตัวเดียว ปฏิสัมพันธ์." 1 สันนิษฐานว่า “ด้วยพลังงาน 10 15 GeV ปฏิกิริยารุนแรงรวมเข้าด้วยกัน และที่” 2 กระทั่ง “พลังงานปฏิสัมพันธ์ที่สูงกว่าของอนุภาค (มากถึง 10 19 GeV) หรือที่อุณหภูมิของสสารที่สูงมาก ทั้งสี่ปัจจัยพื้นฐาน ปฏิสัมพันธ์มีลักษณะเฉพาะด้วยความแข็งแกร่งเดียวกัน กล่าวคือ เป็นตัวแทนของปฏิสัมพันธ์เดียว” 3 ในรูปแบบของ “มหาอำนาจ” บางทีสภาวะพลังงานสูงดังกล่าวอาจมีอยู่ในช่วงเริ่มต้นของการพัฒนาจักรวาล ซึ่งเกิดขึ้นจากสุญญากาศทางกายภาพ ในกระบวนการขยายตัวต่อไปของจักรวาล พร้อมกับการเย็นตัวลงอย่างรวดเร็วของสสารที่ก่อตัวขึ้น อันตรกิริยาเชิงปริพันธ์ถูกแบ่งออกเป็นอิเล็กโทรอ่อนแอ แรงโน้มถ่วงและแรงรุนแรง จากนั้นปฏิกิริยาอิเล็กโตรวีกถูกแบ่งออกเป็นคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าและแบบอ่อน กล่าวคือ ออกเป็นสี่ส่วน ปฏิสัมพันธ์ที่แตกต่างกันโดยพื้นฐานจากกันและกัน

บรรณานุกรม:

Karpenkov, S.Kh. แนวคิดพื้นฐานของวิทยาศาสตร์ธรรมชาติ [ข้อความ]: ตำราเรียน เบี้ยเลี้ยงสำหรับมหาวิทยาลัย / S. Kh. Karpenkov - ครั้งที่ 2, แก้ไข. และเพิ่มเติม - ม. : โครงการวิชาการ, 2545. - 368 น.

แนวคิดของวิทยาศาสตร์ธรรมชาติสมัยใหม่ [ข้อความ]: หนังสือเรียน สำหรับมหาวิทยาลัย / อ. V.N. Lavrinenko, V.P. Ratnikova - ครั้งที่ 3, แก้ไข. และเพิ่มเติม - ม. : UNITI-DANA, 2548. - 317 น.

ปัญหาเชิงปรัชญาของวิทยาศาสตร์ธรรมชาติ [ข้อความ]: หนังสือเรียน. เบี้ยเลี้ยงสำหรับนักศึกษาระดับบัณฑิตศึกษาและนักศึกษาปรัชญา และธรรมชาติ ปลอม un-tov / เอ็ด ส.ต.เมยุกินา. - ม. : ม.ต้น, 2528. - 400 น.

Tsyupka, V.P. ภาพวิทยาศาสตร์ธรรมชาติของโลก: แนวคิดของวิทยาศาสตร์ธรรมชาติสมัยใหม่ [ข้อความ]: ตำราเรียน เบี้ยเลี้ยง / V. P. Tsyupka - Belgorod: IPK NRU "BelGU", 2555. - 144 หน้า

Tsyupka, V.P. แนวคิดของฟิสิกส์สมัยใหม่ประกอบภาพทางกายภาพสมัยใหม่ของโลก [ทรัพยากรอิเล็กทรอนิกส์] // เอกสารอิเล็กทรอนิกส์ทางวิทยาศาสตร์ Russian Academyวิทยาศาสตร์ธรรมชาติ: นอกเวลา. อิเล็กตรอน. วิทยาศาสตร์ คอนเฟิร์ม URL "แนวคิดของวิทยาศาสตร์ธรรมชาติสมัยใหม่หรือภาพวิทยาศาสตร์ธรรมชาติของโลก": http://site/article/6315(โพสต์เมื่อ: 10/31/2011)

ยานเดกซ์ พจนานุกรม. [ทรัพยากรอิเล็กทรอนิกส์] URL: http://slovari.yandex.ru/

1Karpenkov S. Kh.แนวคิดพื้นฐานของวิทยาศาสตร์ธรรมชาติ ม.โครงการวิชาการ. 2545 น. 60.

2ปัญหาทางปรัชญาของวิทยาศาสตร์ธรรมชาติ ม.อุดมศึกษา. 2528 ส. 181

3Karpenkov S. Kh.แนวคิดพื้นฐานของวิทยาศาสตร์ธรรมชาติ ... ส. 60.

1Karpenkov S. Kh.แนวคิดพื้นฐานของวิทยาศาสตร์ธรรมชาติ ... S. 79.

1Karpenkov S. Kh.

1ปัญหาทางปรัชญาของวิทยาศาสตร์ธรรมชาติ ... S. 178.

2Ibid. ส. 191.

1Karpenkov S. Kh.แนวคิดพื้นฐานของวิทยาศาสตร์ธรรมชาติ ... S. 67.

1Karpenkov S. Kh.แนวคิดพื้นฐานของวิทยาศาสตร์ธรรมชาติ ... S. 68.

3ปัญหาทางปรัชญาของวิทยาศาสตร์ธรรมชาติ ... S. 195.

4Karpenkov S. Kh.แนวคิดพื้นฐานของวิทยาศาสตร์ธรรมชาติ ... S. 69.

1Karpenkov S. Kh.แนวคิดพื้นฐานของวิทยาศาสตร์ธรรมชาติ ... S. 70.

2แนวคิดของวิทยาศาสตร์ธรรมชาติสมัยใหม่ M. UNITY-DANA. 2548 ส. 119.

3Karpenkov S. Kh.แนวคิดพื้นฐานของวิทยาศาสตร์ธรรมชาติ ... S. 71.

Tsyupka V.P. ในการทำความเข้าใจการเคลื่อนไหวของสสาร ความสามารถในการพัฒนาตนเอง เช่นเดียวกับการเชื่อมต่อและปฏิสัมพันธ์ของวัตถุในวิทยาศาสตร์ธรรมชาติสมัยใหม่ // เอกสารอิเล็กทรอนิกส์ทางวิทยาศาสตร์
URL: (วันที่เข้าถึง: 03/17/2020)

อนุภาคทั้งสามนี้ (รวมถึงอนุภาคอื่นๆ ที่อธิบายไว้ด้านล่าง) จะดึงดูดและผลักซึ่งกันและกันตาม ค่าใช้จ่ายซึ่งมีเพียงสี่ประเภทตามจำนวนพลังพื้นฐานของธรรมชาติ ประจุสามารถจัดเรียงตามลำดับการลดแรงที่สัมพันธ์กันดังนี้ ประจุสี (แรงปฏิกิริยาระหว่างควาร์ก) ประจุไฟฟ้า (แรงไฟฟ้าและแม่เหล็ก); ประจุอ่อน (ความแรงในกระบวนการกัมมันตภาพรังสีบางอย่าง); ในที่สุดมวล (แรงโน้มถ่วงหรือปฏิสัมพันธ์แรงโน้มถ่วง) คำว่า "สี" ในที่นี้ไม่เกี่ยวกับสีของแสงที่มองเห็นได้ มันเป็นเพียงลักษณะของประจุที่แข็งแกร่งที่สุดและพลังที่ยิ่งใหญ่ที่สุด

ค่าใช้จ่าย ยังคงมีอยู่, เช่น. ประจุที่เข้าสู่ระบบเท่ากับประจุที่ปล่อยทิ้งไว้ หากประจุไฟฟ้าทั้งหมดของอนุภาคจำนวนหนึ่งก่อนปฏิกิริยาของพวกมันคือ 342 หน่วย จากนั้นหลังจากการโต้ตอบ โดยไม่คำนึงถึงผลลัพธ์จะเท่ากับ 342 หน่วย นอกจากนี้ยังใช้กับค่าใช้จ่ายอื่นๆ: สี (ประจุปฏิกิริยารุนแรง) อ่อนและมวล (มวล) อนุภาคมีประจุต่างกัน: โดยพื้นฐานแล้ว พวกมัน "คือ" ประจุเหล่านี้ ค่าใช้จ่ายเป็น "ใบรับรอง" ของสิทธิ์ในการตอบสนองต่อกองกำลังที่เกี่ยวข้อง ดังนั้น เฉพาะอนุภาคสีเท่านั้นที่ได้รับผลกระทบจากแรงสี เฉพาะอนุภาคที่มีประจุไฟฟ้าเท่านั้นที่ได้รับผลกระทบจากแรงไฟฟ้า และอื่นๆ คุณสมบัติของอนุภาคถูกกำหนดโดยแรงที่ยิ่งใหญ่ที่สุดที่กระทำต่ออนุภาคนั้น เฉพาะควาร์กเท่านั้นที่เป็นพาหะของประจุทั้งหมด ดังนั้นจึงขึ้นอยู่กับการกระทำของกองกำลังทั้งหมด ซึ่งสีจะมีผลเหนือกว่า อิเล็กตรอนมีประจุทั้งหมดยกเว้นสี และแรงเด่นของอิเล็กตรอนคือแรงแม่เหล็กไฟฟ้า

ในธรรมชาติที่มีเสถียรภาพมากที่สุดคือการรวมกันของอนุภาคที่เป็นกลางซึ่งประจุของอนุภาคของเครื่องหมายหนึ่งจะถูกชดเชยด้วยประจุทั้งหมดของอนุภาคของสัญลักษณ์อื่น ซึ่งสอดคล้องกับพลังงานขั้นต่ำของทั้งระบบ (ในทำนองเดียวกัน แม่เหล็กแท่งสองแท่งอยู่ในแนวเดียวกัน โดยที่ขั้วเหนือของขั้วหนึ่งหันไปทางขั้วใต้ของอีกขั้วหนึ่ง ซึ่งสอดคล้องกับพลังงานสนามแม่เหล็กขั้นต่ำสุด) แรงโน้มถ่วงเป็นข้อยกเว้นสำหรับกฎนี้: ไม่มีมวลติดลบ ไม่มีร่างใดที่จะล้มลงได้

ประเภทของสสาร

สสารสามัญเกิดขึ้นจากอิเล็กตรอนและควาร์ก จัดกลุ่มเป็นวัตถุที่มีสีเป็นกลาง แล้วจึงเกิดเป็นประจุไฟฟ้า แรงสีจะถูกทำให้เป็นกลาง ซึ่งจะกล่าวถึงในรายละเอียดเพิ่มเติมด้านล่าง เมื่อรวมอนุภาคเป็นแฝดสาม (ด้วยเหตุนี้ คำว่า "สี" เอง ซึ่งนำมาจากทัศนศาสตร์: เมื่อผสมสีหลักสามสี ให้สีขาว) ดังนั้น ควาร์กซึ่งกำลังของสีเป็นสีหลักจะก่อตัวเป็นแฝดสาม แต่ควาร์กและแบ่งออกเป็น ยู-quarks (จากภาษาอังกฤษขึ้นไป) และ d-quarks (จากภาษาอังกฤษลง - ล่าง) พวกมันยังมีประจุไฟฟ้าเท่ากับ ยู-quark และสำหรับ d-ควาร์ก สอง ยู-quark และหนึ่ง d-quark ให้ประจุไฟฟ้า +1 และก่อตัวเป็นโปรตอนและหนึ่ง ยู-quark และสอง d-ควาร์กให้ประจุไฟฟ้าเป็นศูนย์และสร้างนิวตรอน

โปรตอนและนิวตรอนที่เสถียรซึ่งดึงดูดซึ่งกันและกันโดยแรงสีตกค้างของปฏิกิริยาระหว่างควาร์กที่เป็นส่วนประกอบ ทำให้เกิดนิวเคลียสอะตอมที่มีสีเป็นกลาง แต่นิวเคลียสมีประจุไฟฟ้าบวก และดึงดูดอิเล็กตรอนเชิงลบที่โคจรรอบนิวเคลียสเหมือนดาวเคราะห์ที่โคจรรอบดวงอาทิตย์ มีแนวโน้มที่จะก่อตัวเป็นอะตอมที่เป็นกลาง อิเล็กตรอนในวงโคจรของพวกมันจะถูกลบออกจากนิวเคลียสด้วยระยะทางที่ไกลกว่ารัศมีของนิวเคลียสหลายหมื่นเท่า - หลักฐานที่แสดงว่าแรงไฟฟ้าที่ยึดพวกมันไว้นั้นอ่อนกว่าแรงนิวเคลียร์มาก เนื่องจากพลังของปฏิกิริยาของสี 99.945% ของมวลอะตอมจึงถูกปิดล้อมอยู่ในนิวเคลียส น้ำหนัก ยู- และ d-ควาร์กมีมวลประมาณ 600 เท่าของอิเล็กตรอน ดังนั้นอิเล็กตรอนจึงเบาและเคลื่อนที่ได้ดีกว่านิวเคลียสมาก การเคลื่อนที่ของพวกมันในสสารทำให้เกิดปรากฏการณ์ทางไฟฟ้า

มีอะตอมตามธรรมชาติหลายร้อยชนิด (รวมถึงไอโซโทป) ที่แตกต่างกันไปตามจำนวนนิวตรอนและโปรตอนในนิวเคลียสและตามจำนวนอิเล็กตรอนในวงโคจร ที่ง่ายที่สุดคืออะตอมของไฮโดรเจนซึ่งประกอบด้วยนิวเคลียสในรูปของโปรตอนและอิเล็กตรอนตัวเดียวหมุนรอบมัน สสารที่ "มองเห็นได้" ทั้งหมดในธรรมชาติประกอบด้วยอะตอมและอะตอมที่ "แยกส่วน" บางส่วนซึ่งเรียกว่าไอออน ไอออนเป็นอะตอมที่สูญเสีย (หรือได้รับ) อิเล็กตรอนสองสามตัวกลายเป็นอนุภาคที่มีประจุ สสารซึ่งประกอบด้วยไอออนเกือบหนึ่งตัวเรียกว่าพลาสมา ดาวที่เผาไหม้เนื่องจากปฏิกิริยาเทอร์โมนิวเคลียร์ที่เกิดขึ้นในศูนย์ประกอบด้วยพลาสมาเป็นส่วนใหญ่ และเนื่องจากดาวฤกษ์เป็นรูปแบบของสสารที่พบบ่อยที่สุดในจักรวาล จึงกล่าวได้ว่าทั้งจักรวาลประกอบด้วยพลาสมาเป็นส่วนใหญ่ อย่างแม่นยำยิ่งขึ้น ดาวฤกษ์ส่วนใหญ่เป็นก๊าซไฮโดรเจนที่แตกตัวเป็นไอออนอย่างสมบูรณ์ กล่าวคือ ส่วนผสมของโปรตอนและอิเล็กตรอนแต่ละตัว ดังนั้นจักรวาลเกือบทั้งหมดที่มองเห็นได้จึงประกอบด้วยมัน

นี้เป็นเรื่องที่มองเห็นได้ แต่ยังมีสสารที่มองไม่เห็นในจักรวาล และมีอนุภาคที่ทำหน้าที่เป็นพาหะของกองกำลัง มีปฏิปักษ์และสถานะตื่นเต้นของอนุภาคบางตัว ทั้งหมดนี้นำไปสู่อนุภาค "พื้นฐาน" ที่มากเกินไปอย่างเห็นได้ชัด ในความอุดมสมบูรณ์นี้ เราสามารถค้นพบสิ่งบ่งชี้ถึงธรรมชาติที่แท้จริงของอนุภาคมูลฐานและแรงที่กระทำระหว่างพวกมัน ตามทฤษฎีล่าสุด อนุภาคสามารถขยายวัตถุทางเรขาคณิตโดยทั่วไป - "สตริง" ในพื้นที่สิบมิติ

โลกที่มองไม่เห็น

ไม่เพียงมีสสารที่มองเห็นได้เท่านั้นในจักรวาล (แต่ยังมีหลุมดำและ "สสารมืด" เช่น ดาวเคราะห์เย็นที่มองเห็นได้เมื่อส่องสว่าง) นอกจากนี้ยังมีสสารที่มองไม่เห็นอย่างแท้จริงซึ่งแทรกซึมพวกเราทุกคนและทั่วทั้งจักรวาลทุกวินาที มันเป็นก๊าซที่เคลื่อนที่เร็วของอนุภาคชนิดหนึ่ง - อิเล็กตรอนนิวตริโน

อิเล็กตรอนนิวตริโนเป็นหุ้นส่วนของอิเล็กตรอน แต่ไม่มีประจุไฟฟ้า นิวตริโนมีประจุที่เรียกว่าอ่อนเท่านั้น มวลที่เหลือของพวกเขาคือศูนย์ แต่พวกมันมีปฏิสัมพันธ์กับสนามโน้มถ่วงเพราะพวกมันมีพลังงานจลน์ อีซึ่งสอดคล้องกับมวลที่มีประสิทธิภาพ มตามสูตรไอน์สไตน์ อี = mc 2 ที่ไหน คคือความเร็วแสง

บทบาทสำคัญของนิวตริโนคือมีส่วนทำให้เกิดการเปลี่ยนแปลง และ-ควาร์กใน dควาร์ก ส่งผลให้โปรตอนแปลงเป็นนิวตรอน นิวตริโนเล่นบทบาทของ "เข็มคาร์บูเรเตอร์" สำหรับปฏิกิริยาเทอร์โมนิวเคลียร์ที่เป็นตัวเอก ซึ่งโปรตอนสี่ตัว (นิวเคลียสของไฮโดรเจน) รวมกันเพื่อสร้างนิวเคลียสของฮีเลียม แต่เนื่องจากนิวเคลียสของฮีเลียมไม่ได้ประกอบด้วยโปรตอนสี่ตัว แต่ประกอบด้วยโปรตอนสองตัวและนิวตรอนสองนิวตรอน สำหรับนิวเคลียร์ฟิวชันดังกล่าว จำเป็นต้องมีสองโปรตอน และ-ควาร์กกลายเป็นสอง d-ควาร์ก ความเข้มของการเปลี่ยนแปลงจะเป็นตัวกำหนดว่าดวงดาวจะเผาไหม้ได้เร็วแค่ไหน และกระบวนการเปลี่ยนแปลงถูกกำหนดโดยประจุที่อ่อนแอและแรงของปฏิกิริยาที่อ่อนแอระหว่างอนุภาค โดยที่ และ-quark (ประจุไฟฟ้า +2/3 ประจุอ่อน +1/2) โต้ตอบกับอิเล็กตรอน (ประจุไฟฟ้า - 1 ประจุอ่อน -1/2) แบบฟอร์ม d-quark (ประจุไฟฟ้า -1/3 ประจุอ่อน -1/2) และอิเล็กตรอนนิวตริโน (ประจุไฟฟ้า 0, ประจุอ่อน +1/2) ประจุสี (หรือเพียงแค่สี) ของควาร์กทั้งสองจะตัดกันในกระบวนการนี้โดยไม่มีนิวตริโน หน้าที่ของนิวตริโนคือการนำประจุอ่อนที่ไม่ได้รับการชดเชยออกไป ดังนั้นอัตราการเปลี่ยนแปลงขึ้นอยู่กับความอ่อนแอของกองกำลังที่อ่อนแอ ถ้าพวกมันอ่อนแอกว่าที่เป็นอยู่ ดวงดาวก็จะไม่ไหม้เลย ถ้าพวกมันแข็งแกร่งกว่านี้ ดวงดาวคงมอดไปนานแล้ว

แต่แล้วนิวตริโนล่ะ? เนื่องจากอนุภาคเหล่านี้มีปฏิกิริยาต่อสสารอื่นน้อยมาก พวกมันจึงเกือบจะทิ้งดาวฤกษ์ที่เกิดในทันที ดาวทุกดวงส่องแสง เปล่งนิวตริโน และนิวตริโนส่องผ่านร่างกายของเราและทั่วทั้งโลกทั้งกลางวันและกลางคืน ดังนั้นพวกเขาจึงท่องไปในจักรวาลจนกว่าพวกเขาจะเข้าสู่ปฏิสัมพันธ์ใหม่ของ STAR)

ผู้ให้บริการการโต้ตอบ

อะไรทำให้เกิดแรงที่กระทำระหว่างอนุภาคในระยะไกล? คำตอบฟิสิกส์สมัยใหม่: เนื่องจากการแลกเปลี่ยนอนุภาคอื่น ลองนึกภาพนักสเก็ตสองคนโยนลูกบอลไปมา ให้โมเมนตัมของลูกบอลเมื่อขว้างและรับโมเมนตัมกับลูกบอลที่ได้รับทั้งคู่ได้รับแรงผลักดันจากกันและกัน นี้สามารถอธิบายการเกิดขึ้นของกองกำลังน่ารังเกียจ แต่ในกลศาสตร์ควอนตัมซึ่งพิจารณาปรากฏการณ์ในไมโครเวิร์ลอนุญาตให้มีการยืดและแยกส่วนของเหตุการณ์ที่ผิดปกติซึ่งนำไปสู่สิ่งที่เป็นไปไม่ได้: นักสเก็ตคนหนึ่งขว้างลูกบอลไปในทิศทาง จากอีกอันหนึ่ง แต่อันหนึ่งกระนั้น อาจจะจับลูกบอลนี้ ไม่ยากเลยที่จะจินตนาการว่าถ้าสิ่งนี้เป็นไปได้ (และในโลกของอนุภาคมูลฐานก็เป็นไปได้) ก็จะมีแรงดึงดูดระหว่างผู้เล่นสเก็ต

อนุภาคเนื่องจากการแลกเปลี่ยนแรงปฏิสัมพันธ์ที่เกิดขึ้นระหว่าง "อนุภาคของสสาร" สี่ตัวที่กล่าวถึงข้างต้น เรียกว่าอนุภาคเกจ ปฏิสัมพันธ์ทั้งสี่แบบ - แรง, แม่เหล็กไฟฟ้า, อ่อนแอ และความโน้มถ่วง - มีชุดอนุภาคเกจของตัวเอง อนุภาคพาหะที่มีปฏิสัมพันธ์รุนแรงคือกลูออน (มีเพียงแปดตัวเท่านั้น) โฟตอนเป็นพาหะของปฏิสัมพันธ์ทางแม่เหล็กไฟฟ้า (เป็นหนึ่งและเรารับรู้ว่าโฟตอนเป็นแสง) ตัวพาอนุภาคของปฏิสัมพันธ์ที่อ่อนแอคือโบซอนเวกเตอร์ระดับกลาง (ในปี 1983 และ 1984 ถูกค้นพบ W + -, W- -โบซอนและเป็นกลาง Z-โบซอน). ตัวพาอนุภาคของปฏิสัมพันธ์แรงโน้มถ่วงยังคงเป็นแรงโน้มถ่วงตามสมมุติฐาน (ต้องเป็นหนึ่งเดียว) อนุภาคเหล่านี้ทั้งหมด ยกเว้นโฟตอนและกราวิตอน ซึ่งสามารถเดินทางในระยะทางไกลได้ไม่จำกัด มีอยู่ในกระบวนการแลกเปลี่ยนระหว่างอนุภาคของวัสดุเท่านั้น โฟตอนเติมจักรวาลด้วยแสงและแรงโน้มถ่วง - ด้วยคลื่นความโน้มถ่วง (ยังไม่ตรวจพบอย่างแน่ชัด)

กล่าวกันว่าอนุภาคที่สามารถเปล่งอนุภาคเกจถูกล้อมรอบด้วยสนามแรงที่เหมาะสม ดังนั้นอิเล็กตรอนที่สามารถเปล่งโฟตอนจึงถูกล้อมรอบด้วยสนามไฟฟ้าและสนามแม่เหล็กตลอดจนสนามอ่อนและสนามโน้มถ่วง ควาร์กยังถูกล้อมรอบด้วยเขตข้อมูลเหล่านี้ทั้งหมด แต่ยังรวมถึงสาขาที่มีปฏิสัมพันธ์รุนแรงด้วย อนุภาคที่มีประจุสีในด้านแรงสีจะได้รับผลกระทบจากแรงสี เช่นเดียวกับพลังธรรมชาติอื่นๆ ดังนั้นเราจึงสามารถพูดได้ว่าโลกประกอบด้วยสสาร (อนุภาควัสดุ) และสนาม (อนุภาคเกจ) เพิ่มเติมเกี่ยวกับเรื่องนี้ด้านล่าง

ปฏิสสาร

แต่ละอนุภาคสอดคล้องกับปฏิปักษ์ซึ่งอนุภาคสามารถทำลายล้างซึ่งกันและกันเช่น "ทำลายล้าง" อันเป็นผลมาจากพลังงานที่ปล่อยออกมา อย่างไรก็ตาม พลังงาน "บริสุทธิ์" นั้นไม่มีอยู่จริง อันเป็นผลมาจากการทำลายล้าง อนุภาคใหม่ (เช่น โฟตอน) ปรากฏขึ้น นำพลังงานนี้ออกไป

ปฏิปักษ์ในกรณีส่วนใหญ่มีคุณสมบัติตรงกันข้ามกับอนุภาคที่เกี่ยวข้อง: หากอนุภาคเคลื่อนที่ไปทางซ้ายภายใต้การกระทำของสนามแม่เหล็กแรง อ่อนหรือสนามแม่เหล็กไฟฟ้า ปฏิปักษ์ของอนุภาคจะเคลื่อนไปทางขวา กล่าวโดยสรุป ปฏิปักษ์มีสัญญาณตรงข้ามของประจุทั้งหมด (ยกเว้นประจุมวล) หากอนุภาคเป็นองค์ประกอบ เช่น นิวตรอน ปฏิปักษ์ของอนุภาคจะประกอบด้วยส่วนประกอบด้วย สัญญาณตรงข้ามค่าใช้จ่าย ดังนั้น แอนติอิเล็กตรอนจึงมีประจุไฟฟ้า +1 ประจุอ่อนที่ +1/2 และเรียกว่าโพซิตรอน แอนตินิวตรอนประกอบด้วย และ-แอนติควาร์กที่มีประจุไฟฟ้า –2/3 และ d-antiquarks ที่มีประจุไฟฟ้า +1/3 อนุภาคที่เป็นกลางอย่างแท้จริงคือปฏิปักษ์ของพวกมันเอง: ปฏิปักษ์ของโฟตอนคือโฟตอน

ตามแนวคิดทางทฤษฎีสมัยใหม่ แต่ละอนุภาคที่มีอยู่ในธรรมชาติต้องมีปฏิปักษ์ของตัวเอง และได้ปฏิปักษ์อนุภาคจำนวนมาก รวมทั้งโพซิตรอนและแอนตินิวตรอนในห้องปฏิบัติการ ผลที่ตามมามีความสำคัญเป็นพิเศษและรองรับฟิสิกส์ทดลองทั้งหมดของอนุภาคมูลฐาน ตามทฤษฎีสัมพัทธภาพ มวลและพลังงานมีค่าเท่ากัน และภายใต้เงื่อนไขบางประการ พลังงานสามารถเปลี่ยนเป็นมวลได้ เนื่องจากประจุถูกสงวนไว้และประจุของสุญญากาศ (พื้นที่ว่าง) เป็นศูนย์ อนุภาคและปฏิปักษ์คู่ใดๆ (ที่มีประจุสุทธิเป็นศูนย์) สามารถโผล่ออกมาจากสุญญากาศได้ เช่นเดียวกับกระต่ายจากหมวกของนักมายากล ตราบใดที่พลังงานเพียงพอที่จะสร้างพวกมัน มวล.

รุ่นของอนุภาค

การทดลองด้วยเครื่องเร่งอนุภาคได้แสดงให้เห็นว่าอนุภาควัสดุสี่เท่า (สี่) ถูกทำซ้ำอย่างน้อยสองครั้งที่ค่ามวลที่สูงขึ้น ในรุ่นที่สองตำแหน่งของอิเล็กตรอนถูกครอบครองโดย muon (มีมวลมากกว่ามวลของอิเล็กตรอนประมาณ 200 เท่า แต่มีค่าเท่ากันของประจุอื่น ๆ ทั้งหมด) ตำแหน่งของอิเล็กตรอนนิวตริโนคือ มิวออน (ซึ่งมาพร้อมกับมิวออนในปฏิกิริยาที่อ่อนแอในลักษณะเดียวกับที่อิเล็กตรอนมากับนิวตริโนอิเล็กตรอน) วาง และ-ควาร์กครอบครอง กับ-ควาร์ก ( หลงเสน่ห์) แ d-ควาร์ก- ส-ควาร์ก ( แปลก). ในรุ่นที่สาม สี่ประกอบด้วยเอกภาพ lepton, a tau neutrino, t-quark และ ข-ควาร์ก

น้ำหนัก t-ควาร์กมีมวลประมาณ 500 เท่าของมวลที่เบาที่สุด- d-ควาร์ก จากการทดลองพบว่ามีนิวตริโนแสงเพียงสามประเภทเท่านั้น ดังนั้น อนุภาครุ่นที่สี่จึงไม่มีอยู่เลย หรือนิวตริโนที่สอดคล้องกันนั้นหนักมาก ซึ่งสอดคล้องกับข้อมูลจักรวาลวิทยาตามที่นิวตริโนแสงมีได้ไม่เกินสี่ประเภท

ในการทดลองกับอนุภาคพลังงานสูง อิเล็กตรอน มิวออน เทา-เลปตอน และนิวตริโนที่เกี่ยวข้องจะทำหน้าที่เป็นอนุภาคที่แยกจากกัน พวกเขาไม่มีประจุสีและเข้าสู่ปฏิกิริยาที่อ่อนแอและแม่เหล็กไฟฟ้าเท่านั้น เรียกรวมกันว่า เลปตอน.

ในทางกลับกัน ควาร์กภายใต้อิทธิพลของแรงสี จะรวมกันเป็นอนุภาคที่มีปฏิสัมพันธ์รุนแรงซึ่งครอบงำการทดลองส่วนใหญ่ในฟิสิกส์พลังงานสูง อนุภาคดังกล่าวเรียกว่า ฮาดรอน. ประกอบด้วยสองคลาสย่อย: baryons(เช่น โปรตอนและนิวตรอน) ซึ่งประกอบด้วยควาร์กสามตัว และ มีซอนประกอบด้วยควาร์กและแอนติควาร์ก ในปี 1947 meson ตัวแรกที่เรียกว่า pion (หรือ pi-meson) ถูกค้นพบในรังสีคอสมิกและบางครั้งเชื่อว่าการแลกเปลี่ยนอนุภาคเหล่านี้เป็นสาเหตุหลักของกองกำลังนิวเคลียร์ โอเมก้า-ลบฮาดรอน ค้นพบในปี 2507 ที่ห้องปฏิบัติการแห่งชาติบรู๊คฮาเวน (สหรัฐอเมริกา) และอนุภาคเจ-พีซี ( เจ/y-meson) ค้นพบพร้อมกันใน Brookhaven และที่ Stanford Center for Linear Accelerators (เช่นในสหรัฐอเมริกา) ในปี 1974 การมีอยู่ของอนุภาคโอเมก้า - ลบถูกทำนายโดย M. Gell-Mann ในสิ่งที่เรียกว่า " ซูทฤษฎี 3 ประการ” (อีกชื่อหนึ่งคือ “วิธีแปดเท่า”) ซึ่งเสนอแนะความเป็นไปได้ของการมีอยู่ของควาร์กเป็นครั้งแรก (และได้ตั้งชื่อนี้ให้กับพวกเขา) ทศวรรษต่อมา การค้นพบอนุภาค เจ/yยืนยันการมีอยู่ กับ-quark และสุดท้ายทำให้ทุกคนเชื่อทั้งแบบจำลองควาร์กและทฤษฎีที่รวมแรงแม่เหล็กไฟฟ้าและแรงอ่อน ( ดูด้านล่าง).

อนุภาคของรุ่นที่สองและสามนั้นมีอยู่จริงไม่น้อยไปกว่ารุ่นแรก จริงเมื่อเกิดขึ้นแล้วพวกมันสลายตัวเป็นล้านหรือพันล้านวินาทีเป็นอนุภาคธรรมดาของรุ่นแรก: อิเล็กตรอนอิเล็กตรอนนิวตริโนและยัง และ- และ d-ควาร์ก. คำถามที่ว่าทำไมจึงมีอนุภาคในธรรมชาติหลายชั่วอายุคนยังคงเป็นปริศนา

ควาร์กและเลปตอนรุ่นต่างๆ มักถูกกล่าวถึง (ซึ่งแน่นอนว่าค่อนข้างผิดปกติ) ว่าเป็น "รสชาติ" ของอนุภาคที่แตกต่างกัน ความจำเป็นในการอธิบายสิ่งเหล่านี้เรียกว่าปัญหา "รสชาติ"

โบซอนและเฟอร์เมียน สนามและสาร

ความแตกต่างพื้นฐานประการหนึ่งระหว่างอนุภาคคือความแตกต่างระหว่างโบซอนและเฟอร์มิออน อนุภาคทั้งหมดถูกแบ่งออกเป็นสองคลาสหลักนี้ เช่นเดียวกับโบซอนสามารถทับซ้อนกันหรือทับซ้อนกันได้ แต่เหมือนเฟอร์มิออนทำไม่ได้ การทับซ้อนเกิดขึ้น (หรือไม่เกิดขึ้น) ในสถานะพลังงานที่ไม่ต่อเนื่องซึ่งกลศาสตร์ควอนตัมแบ่งธรรมชาติ สถานะเหล่านี้เป็นเซลล์ที่แยกจากกันซึ่งสามารถวางอนุภาคได้ ดังนั้น ในเซลล์เดียว คุณสามารถใส่โบซอนที่เหมือนกันจำนวนเท่าใดก็ได้ แต่ให้เฟอร์เมียนเพียงตัวเดียว

ตัวอย่างเช่น ให้พิจารณาเซลล์ดังกล่าวหรือ "สถานะ" สำหรับอิเล็กตรอนที่หมุนรอบนิวเคลียสของอะตอม ต่างจากดาวเคราะห์ ระบบสุริยะอิเล็กตรอนตามกฎของกลศาสตร์ควอนตัมไม่สามารถหมุนเวียนในวงโคจรวงรีใด ๆ ได้ เพราะมันมี "สถานะการเคลื่อนที่" ที่อนุญาตจำนวนไม่ต่อเนื่องเท่านั้น เซตของสถานะดังกล่าวซึ่งจัดกลุ่มตามระยะห่างจากอิเล็กตรอนไปยังนิวเคลียสเรียกว่า ออร์บิทัล. ในวงโคจรแรก มีสองสถานะที่มีโมเมนตาเชิงมุมต่างกัน ดังนั้น เซลล์ที่อนุญาตสองเซลล์ และในออร์บิทัลที่สูงกว่า แปดเซลล์ขึ้นไป

เนื่องจากอิเล็กตรอนเป็นเฟอร์มิออน แต่ละเซลล์สามารถมีอิเล็กตรอนได้เพียงตัวเดียว จากนี้ไปเป็นผลที่ตามมาที่สำคัญมาก - เคมีทั้งหมดเนื่องจากคุณสมบัติทางเคมีของสารถูกกำหนดโดยปฏิกิริยาระหว่างอะตอมที่สอดคล้องกัน หากคุณผ่านระบบธาตุเป็นระยะจากอะตอมหนึ่งไปยังอีกอะตอมหนึ่งเพื่อเพิ่มจำนวนโปรตอนในนิวเคลียสตามหน่วย (จำนวนอิเล็กตรอนจะเพิ่มขึ้นตามลำดับ) จากนั้นอิเล็กตรอนสองตัวแรกจะครอบครองวงโคจรแรก แปดถัดไปจะอยู่ในที่สอง ฯลฯ การเปลี่ยนแปลงอย่างต่อเนื่องในโครงสร้างอิเล็กทรอนิกส์ของอะตอมจากองค์ประกอบหนึ่งไปอีกองค์ประกอบหนึ่ง เป็นตัวกำหนดความสม่ำเสมอในคุณสมบัติทางเคมีของอะตอม

หากอิเล็กตรอนเป็นโบซอน อิเล็กตรอนทั้งหมดของอะตอมอาจมีวงโคจรเดียวกันซึ่งสอดคล้องกับพลังงานขั้นต่ำ ในกรณีนี้ คุณสมบัติของสสารทั้งหมดในจักรวาลจะแตกต่างไปจากเดิมอย่างสิ้นเชิง และในรูปแบบที่เรารู้จัก จักรวาลจะเป็นไปไม่ได้

เลปตอนทั้งหมด - อิเล็กตรอน มิวออน เทา-เลปตอน และนิวตริโนที่เกี่ยวข้องกัน - เป็นเฟอร์มิออน สามารถพูดได้เช่นเดียวกันเกี่ยวกับควาร์ก ดังนั้นอนุภาคทั้งหมดที่ก่อตัวเป็น "สสาร" ซึ่งเป็นสารตัวเติมหลักของจักรวาลรวมถึงนิวตริโนที่มองไม่เห็นจึงเป็นเฟอร์มิออน สิ่งนี้สำคัญมาก: fermions ไม่สามารถรวมกันได้ ดังนั้นจึงใช้กับวัตถุในโลกวัตถุเช่นเดียวกัน

ในเวลาเดียวกัน "อนุภาคเกจ" ทั้งหมดแลกเปลี่ยนกันระหว่างอนุภาควัสดุที่มีปฏิสัมพันธ์และสร้างสนามแห่งแรง ( ดูด้านบน) เป็นโบซอนซึ่งสำคัญมากเช่นกัน ตัวอย่างเช่น โฟตอนจำนวนมากสามารถอยู่ในสถานะเดียวกัน สร้างสนามแม่เหล็กรอบแม่เหล็กหรือสนามไฟฟ้ารอบประจุไฟฟ้า ด้วยเหตุนี้เลเซอร์จึงเป็นไปได้

สปิน.

ความแตกต่างระหว่างโบซอนและเฟอร์มิออนนั้นเชื่อมโยงกับลักษณะพิเศษอื่นของอนุภาคมูลฐาน - กลับ. อาจดูน่าประหลาดใจ แต่อนุภาคพื้นฐานทั้งหมดมีโมเมนตัมเชิงมุมของตัวเองหรือกล่าวอีกนัยหนึ่งคือหมุนรอบแกนของพวกมันเอง โมเมนตัมเชิงมุมเป็นคุณลักษณะของการเคลื่อนที่แบบหมุน เช่นเดียวกับโมเมนตัมรวมของการเคลื่อนที่เชิงแปล ในการโต้ตอบใดๆ โมเมนตัมเชิงมุมและโมเมนตัมจะถูกสงวนไว้

ในพิภพเล็ก โมเมนตัมเชิงมุมจะถูกหาปริมาณ กล่าวคือ ใช้ค่าที่ไม่ต่อเนื่อง ในหน่วยที่เหมาะสม เลปตอนและควาร์กมีสปิน 1/2 และอนุภาคเกจมีสปินที่ 1 (ยกเว้นกราวิตอน ซึ่งยังไม่มีการสังเกตจากการทดลอง แต่ในทางทฤษฎีควรมีสปินที่ 2) เนื่องจากเลปตอนและควาร์กเป็นเฟอร์มิออน และอนุภาคเกจเป็นโบซอน จึงสันนิษฐานได้ว่า "ภาวะเจริญพันธุ์" สัมพันธ์กับสปิน 1/2 และ "โบโซนิซิตี้" สัมพันธ์กับสปิน 1 (หรือ 2) อันที่จริง ทั้งการทดลองและทฤษฎียืนยันว่าหากอนุภาคมีสปินครึ่งจำนวนเต็ม แสดงว่าเป็นเฟอร์เมียน และหากเป็นจำนวนเต็ม แสดงว่าเป็นโบซอน

ทฤษฎีเกจและเรขาคณิต

ในทุกกรณี แรงเกิดขึ้นจากการแลกเปลี่ยนโบซอนระหว่างเฟอร์เมียน ดังนั้นแรงสีของปฏิสัมพันธ์ระหว่างสองควาร์ก (ควาร์ก - เฟอร์มิออน) เกิดขึ้นเนื่องจากการแลกเปลี่ยนกลูออน การแลกเปลี่ยนดังกล่าวเกิดขึ้นอย่างต่อเนื่องในโปรตอน นิวตรอน และนิวเคลียสของอะตอม ในทำนองเดียวกัน โฟตอนที่แลกเปลี่ยนระหว่างอิเล็กตรอนและควาร์กจะสร้างแรงดึงดูดทางไฟฟ้าที่ยึดอิเล็กตรอนไว้ในอะตอม และโบซอนเวกเตอร์ระดับกลางที่แลกเปลี่ยนระหว่างเลปตอนและควาร์กจะสร้างแรงปฏิสัมพันธ์ที่อ่อนแอซึ่งรับผิดชอบในการเปลี่ยนโปรตอนเป็นนิวตรอนในปฏิกิริยาฟิวชันในดาวฤกษ์

ทฤษฎีการแลกเปลี่ยนดังกล่าวมีความสง่างาม เรียบง่าย และอาจถูกต้อง มันถูกเรียกว่า ทฤษฎีเกจ. แต่ในปัจจุบัน มีเพียงทฤษฎีเกจที่เป็นอิสระเกี่ยวกับปฏิสัมพันธ์ที่รุนแรง อ่อนแอ และแม่เหล็กไฟฟ้า และทฤษฎีเกจของแรงโน้มถ่วงที่คล้ายกัน แม้ว่าจะแตกต่างกันในบางวิธี ปัญหาทางกายภาพที่สำคัญที่สุดประการหนึ่งคือการลดทฤษฎีที่แยกจากกันเหล่านี้ให้เป็นทฤษฎีง่ายๆ เดียวและในเวลาเดียวกัน ซึ่งทั้งหมดจะกลายเป็นแง่มุมที่แตกต่างกันของความเป็นจริงเดียว - เช่นเดียวกับแง่มุมของคริสตัล

ทฤษฎีเกจที่ง่ายและเก่าแก่ที่สุดคือทฤษฎีเกจของปฏิกิริยาทางแม่เหล็กไฟฟ้า ในนั้นจะมีการเปรียบเทียบประจุของอิเล็กตรอน (สอบเทียบ) กับประจุของอิเล็กตรอนอีกตัวหนึ่งที่อยู่ห่างไกลจากมัน สามารถเปรียบเทียบค่าใช้จ่ายได้อย่างไร? ตัวอย่างเช่น คุณสามารถนำอิเล็กตรอนตัวที่สองเข้ามาใกล้อิเล็กตรอนตัวแรกและเปรียบเทียบแรงปฏิสัมพันธ์ของอิเล็กตรอนได้ แต่ประจุของอิเล็กตรอนจะไม่เปลี่ยนแปลงเมื่อเคลื่อนที่ไปยังจุดอื่นในอวกาศใช่หรือไม่? วิธีเดียวที่จะตรวจสอบได้คือการส่งสัญญาณจากอิเล็กตรอนที่อยู่ใกล้ไปยังอิเล็กตรอนที่อยู่ไกลและดูว่ามีปฏิกิริยาอย่างไร สัญญาณคืออนุภาคเกจ - โฟตอน เพื่อให้สามารถตรวจสอบประจุของอนุภาคที่อยู่ห่างไกลได้ จำเป็นต้องใช้โฟตอน

ในทางคณิตศาสตร์ ทฤษฎีนี้มีความโดดเด่นด้วยความแม่นยำและความสวยงามอย่างยิ่ง จาก "หลักการเกจ" ที่อธิบายข้างต้น ควอนตัมอิเล็กโทรไดนามิกส์ (ทฤษฎีควอนตัมของแม่เหล็กไฟฟ้า) ตามมา เช่นเดียวกับทฤษฎีสนามแม่เหล็กไฟฟ้าของแมกซ์เวลล์ ซึ่งเป็นหนึ่งในความสำเร็จทางวิทยาศาสตร์ที่ยิ่งใหญ่ที่สุดของศตวรรษที่ 19

เหตุใดหลักการง่ายๆ เช่นนี้จึงมีผลมาก เห็นได้ชัดว่ามันแสดงความสัมพันธ์บางอย่างของส่วนต่าง ๆ ของจักรวาลทำให้สามารถวัดในจักรวาลได้ ในทางคณิตศาสตร์ สนามจะถูกตีความในเชิงเรขาคณิตว่าเป็นความโค้งของพื้นที่ "ภายใน" ที่เป็นไปได้ การวัดประจุเป็นการวัด "ความโค้งภายใน" ทั้งหมดรอบอนุภาค ทฤษฎีเกจของการโต้ตอบที่รุนแรงและอ่อนแอนั้นแตกต่างจากทฤษฎีเกจแม่เหล็กไฟฟ้าเฉพาะใน "โครงสร้าง" ทางเรขาคณิตภายในของประจุที่สอดคล้องกัน คำถามที่ว่าพื้นที่ภายในนี้ตั้งอยู่ตรงไหนนั้นได้รับคำตอบจากทฤษฎีสนามรวมหลายมิติซึ่งไม่ได้พิจารณาที่นี่

ฟิสิกส์ของอนุภาคมูลฐานยังไม่เสร็จสมบูรณ์ ยังคงไม่ชัดเจนนักว่าข้อมูลที่มีอยู่เพียงพอที่จะเข้าใจธรรมชาติของอนุภาคและแรง ตลอดจนธรรมชาติและมิติที่แท้จริงของอวกาศและเวลาหรือไม่ เราต้องการการทดลองด้วยพลังงาน 10 15 GeV สำหรับสิ่งนี้หรือความพยายามในการคิดจะเพียงพอหรือไม่? ยังไม่มีคำตอบ แต่เราสามารถพูดได้อย่างมั่นใจว่าภาพสุดท้ายจะเรียบง่าย สง่างาม และสวยงาม เป็นไปได้ว่าจะไม่มีแนวคิดพื้นฐานมากมาย เช่น หลักการเกจ พื้นที่ในมิติที่สูงกว่า การยุบและการขยายตัว และเหนือสิ่งอื่นใด เรขาคณิต

จนกระทั่งเมื่อไม่นานมานี้ อนุภาคและปฏิปักษ์หลายร้อยชนิดถือเป็นองค์ประกอบพื้นฐาน การศึกษาโดยละเอียดเกี่ยวกับคุณสมบัติและการมีปฏิสัมพันธ์กับอนุภาคอื่น ๆ และการพัฒนาทฤษฎีพบว่าส่วนใหญ่ไม่ใช่องค์ประกอบพื้นฐานเนื่องจากตัวมันเองประกอบด้วยอนุภาคพื้นฐานที่ง่ายที่สุดหรืออย่างที่พวกเขาพูดในตอนนี้ อนุภาคพื้นฐานเองไม่ประกอบด้วยสิ่งใดอีกต่อไป การทดลองหลายครั้งแสดงให้เห็นว่าอนุภาคพื้นฐานทั้งหมดมีพฤติกรรมเหมือนวัตถุที่ไม่มีมิติและไม่มีโครงสร้างภายใน อย่างน้อยก็จนถึงระยะทางที่เล็กที่สุดที่ศึกษาในขณะนี้ ~10 -16 ซม.

บทนำ

ในบรรดากระบวนการปฏิสัมพันธ์ระหว่างอนุภาคนับไม่ถ้วนและหลากหลาย มีปฏิสัมพันธ์พื้นฐานหรือพื้นฐานสี่ประการ: แรง (นิวเคลียร์) แม่เหล็กไฟฟ้า และความโน้มถ่วง ในโลกของอนุภาค ปฏิสัมพันธ์ของแรงโน้มถ่วงนั้นอ่อนแอมาก บทบาทของมันยังไม่ชัดเจน และเราจะไม่พูดถึงมันต่อไป

ในธรรมชาติ อนุภาคมีอยู่สองกลุ่ม: ฮาดรอนซึ่งมีส่วนร่วมในปฏิสัมพันธ์พื้นฐานทั้งหมด และเลปตอนซึ่งไม่ได้มีส่วนร่วมในปฏิสัมพันธ์ที่รุนแรงเท่านั้น

ตาม ความคิดสมัยใหม่, ปฏิกิริยาระหว่างอนุภาคจะดำเนินการผ่านการปลดปล่อยและการดูดซับควอนตาของสนามที่สอดคล้องกัน (แรง, อ่อนแอ, แม่เหล็กไฟฟ้า) รอบอนุภาค ควอนตั้มดังกล่าวเป็นเกจโบซอน ซึ่งเป็นอนุภาคพื้นฐานเช่นกัน Bosons มีโมเมนตัมเชิงมุมของตัวเอง เรียกว่า สปิน เท่ากับค่าจำนวนเต็มของค่าคงที่ของพลังค์ $h = 1.05 \cdot 10^(-27) erg \cdot c$ ควอนตาของสนามและดังนั้นพาหะของปฏิกิริยารุนแรงคือกลูออนแสดงด้วยสัญลักษณ์ g, ควอนตัมของสนามแม่เหล็กไฟฟ้าเป็นควอนตัมที่รู้จักกันดีของแสง - โฟตอนเขียนด้วย $\gamma $ และ ควอนตั้มของสนามอ่อนแอและดังนั้นพาหะของการโต้ตอบที่อ่อนแอคือ W± (ดับเบิ้ลวี) - และ Z 0 (zet zero) - โบซอน

ซึ่งแตกต่างจากโบซอน อนุภาคพื้นฐานอื่นๆ ทั้งหมดคือเฟอร์มิออน กล่าวคือ อนุภาคที่มีสปินครึ่งจำนวนเต็มเท่ากับ ชม./2.

ในตาราง. 1 แสดงสัญลักษณ์ของเฟอร์มิออนพื้นฐาน - เลปตอนและควาร์ก

แต่ละอนุภาคที่ระบุในตาราง 1 สอดคล้องกับปฏิปักษ์ซึ่งแตกต่างจากอนุภาคเฉพาะในสัญญาณของประจุไฟฟ้าและตัวเลขควอนตัมอื่น ๆ (ดูตารางที่ 2) และในทิศทางของการหมุนที่สัมพันธ์กับทิศทางของโมเมนตัมของอนุภาค เราจะแสดงถึงปฏิปักษ์ที่มีสัญลักษณ์เดียวกับอนุภาค แต่มีเส้นหยักเหนือสัญลักษณ์

อนุภาคในตาราง 1 แทนด้วยตัวอักษรกรีกและละติน กล่าวคือ: ตัวอักษร $\nu$ - สามนิวตริโนที่แตกต่างกัน ตัวอักษร e - อิเล็กตรอน $\mu$ - muon $\tau$ - taon ตัวอักษร u, c, t, d, s , b หมายถึงควาร์ก; ชื่อและคุณลักษณะของพวกเขาแสดงไว้ในตาราง 2.

อนุภาคในตาราง 1 แบ่งออกเป็นสามรุ่น I, II และ III ตามโครงสร้างของทฤษฎีสมัยใหม่ จักรวาลของเราถูกสร้างขึ้นจากอนุภาคของรุ่นแรก - เลปตอนและควาร์กและเกจโบซอน แต่ดังที่แสดง วิทยาศาสตร์สมัยใหม่เกี่ยวกับการพัฒนาของจักรวาลในระยะเริ่มต้นของการพัฒนา บทบาทสำคัญอนุภาคของทั้งสามรุ่นเล่น

Leptons

ให้เราพิจารณาคุณสมบัติของเลปตันโดยละเอียดก่อน ในบรรทัดบนสุดของตาราง 1 ประกอบด้วยสามนิวตริโนที่แตกต่างกัน: อิเล็กตรอน $\nu_e$, muon $\nu_m$ และ tau neutrino $\nu_t$ มวลของพวกมันยังไม่ได้รับการวัดอย่างแม่นยำ แต่มีการกำหนดขีดจำกัดบนแล้ว ตัวอย่างเช่น สำหรับ ne เท่ากับ 10 -5 ของมวลอิเล็กตรอน (นั่นคือ $\leq 10^(-32)$ g)

มองไปที่ตาราง 1 ทำให้เกิดคำถามโดยไม่ได้ตั้งใจว่าทำไมธรรมชาติถึงต้องการการสร้างนิวตริโนที่แตกต่างกันสามตัว ยังไม่มีคำตอบสำหรับคำถามนี้ เนื่องจากยังไม่มีการสร้างทฤษฎีที่ครอบคลุมเกี่ยวกับอนุภาคพื้นฐาน ซึ่งจะบ่งบอกถึงความจำเป็นและความเพียงพอของอนุภาคดังกล่าวทั้งหมด และจะอธิบายคุณสมบัติหลักของอนุภาคดังกล่าว บางทีปัญหานี้จะได้รับการแก้ไขในศตวรรษที่ 21 (หรือหลังจากนั้น)

บรรทัดล่างสุดของตาราง 1 เริ่มต้นด้วยอนุภาคที่เราศึกษามากที่สุด - อิเล็กตรอน อิเล็กตรอนถูกค้นพบเมื่อปลายศตวรรษที่ผ่านมาโดย J. Thomson นักฟิสิกส์ชาวอังกฤษ บทบาทของอิเล็กตรอนในโลกของเรานั้นยิ่งใหญ่มาก พวกมันคืออนุภาคที่มีประจุลบซึ่งเมื่อรวมกับนิวเคลียสของอะตอม ก่อตัวเป็นอะตอมทั้งหมดขององค์ประกอบในตารางธาตุที่เรารู้จัก ในแต่ละอะตอม จำนวนอิเล็กตรอนจะเท่ากับจำนวนโปรตอนในนิวเคลียสของอะตอม ซึ่งทำให้อะตอมเป็นกลางทางไฟฟ้า

อิเล็กตรอนมีความเสถียรความเป็นไปได้หลักในการทำลายอิเล็กตรอนคือการตายของมันในการชนกับปฏิปักษ์ - โพซิตรอน อี + . กระบวนการนี้เรียกว่าการทำลายล้าง:

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

ผลของการทำลายล้าง ทำให้เกิดแกมมาควอนตาสองอัน (โฟตอนพลังงานสูงที่เรียกว่าโฟตอน) ซึ่งนำพลังงานที่เหลือ e + และ e - และพลังงานจลน์ของพวกมันออกไป ที่พลังงานสูง e + และ e - แฮดรอนและควาร์กคู่จะเกิดขึ้น (ดูตัวอย่าง (5) และรูปที่ 4)

ปฏิกิริยา (1) แสดงให้เห็นอย่างชัดเจนถึงความถูกต้องของสูตรที่มีชื่อเสียงของ A. Einstein เกี่ยวกับการสมมูลของมวลและพลังงาน: อี = mc 2 .

แท้จริงแล้ว ในระหว่างการทำลายล้างโพซิตรอนจะหยุดในสสารและอิเล็กตรอนหยุดนิ่ง มวลทั้งหมดที่เหลือ (เท่ากับ 1.22 MeV) จะส่งผ่านพลังงานของ $\gamma$-quanta ซึ่งไม่มีมวลพัก

ในรุ่นที่สองของแถวล่างสุดของตาราง 1 ตั้งอยู่ > มิวออน - อนุภาคซึ่งในทุกคุณสมบัติของมันเป็นอะนาล็อกของอิเล็กตรอน แต่มีมวลขนาดใหญ่ผิดปกติ มวลของมิวออนมีมวล 207 เท่าของมวลอิเล็กตรอน มิวออนไม่เสถียรไม่เหมือนกับอิเล็กตรอน ช่วงเวลาแห่งชีวิต t= 2.2 10 -6 วิ มิวออนส่วนใหญ่สลายตัวเป็นอิเล็กตรอนและนิวตริโนสองนิวตริโนตามแบบแผน

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

อะนาล็อกที่หนักกว่าของอิเล็กตรอนก็คือ $\tau$-lepton (taon) มวลของมันมากกว่ามวลของอิเล็กตรอนมากกว่า 3,000 เท่า ($m_(\tau) = 1777$ MeV/c 2) นั่นคือ taon นั้นหนักกว่าโปรตอนและนิวตรอน อายุการใช้งานของมันคือ 2.9 10 -13 วินาทีและจากการสลายตัวที่แตกต่างกันมากกว่าหนึ่งร้อยแบบ (ช่องทาง) เป็นไปได้ดังต่อไปนี้:

$$\tau^-\left\langle\begin(matrix) \to e^- + \tilde \nu_e +\nu_(\tau)\\ \to \mu^- + \tilde \nu_\mu +\nu_ (\tau)\end(เมทริกซ์)\right.$$

เมื่อพูดถึงเลปตอน การเปรียบเทียบกำลังอ่อนและแรงแม่เหล็กไฟฟ้าที่ระยะห่างเฉพาะเจาะจงเป็นเรื่องที่น่าสนใจ เช่น R\u003d 10 -13 ซม. ในระยะทางดังกล่าวแรงแม่เหล็กไฟฟ้านั้นมากกว่าแรงอ่อนเกือบ 10 พันล้านเท่า แต่นี่ไม่ได้หมายความว่าบทบาทของพลังที่อ่อนแอในธรรมชาตินั้นมีน้อย ไกลจากมัน.

เป็นแรงที่อ่อนแอซึ่งรับผิดชอบในการเปลี่ยนแปลงหลายอย่างร่วมกันของอนุภาคต่างๆ ไปเป็นอนุภาคอื่น เช่น ในปฏิกิริยา (2), (3) และการเปลี่ยนแปลงร่วมกันดังกล่าวเป็นคุณลักษณะเฉพาะอย่างหนึ่งของฟิสิกส์อนุภาค ตรงกันข้ามกับปฏิกิริยา (2), (3) แรงแม่เหล็กไฟฟ้าทำปฏิกิริยา (1)

พูดถึงเลปตอนต้องเสริมว่า ทฤษฎีสมัยใหม่อธิบายการโต้ตอบทางแม่เหล็กไฟฟ้าและแบบอ่อนโดยใช้ทฤษฎีอิเล็กโตรวีกแบบรวมเป็นหนึ่ง ได้รับการพัฒนาโดย S. Weinberg, A. Salam และ S. Glashow ในปี 1967

ควาร์ก

ความคิดของควาร์กเกิดขึ้นจากความพยายามที่ยอดเยี่ยมในการจำแนกอนุภาคจำนวนมากที่เกี่ยวข้องกับปฏิสัมพันธ์ที่รุนแรงและเรียกว่าฮาดรอน M. Gell-Man และ G. Zweig เสนอว่า Hadrons ทั้งหมดประกอบด้วยชุดอนุภาคพื้นฐานที่สอดคล้องกัน - ควาร์ก แอนติควาร์กของพวกมัน และตัวพาของปฏิกิริยารุนแรง - กลูออน

จำนวนฮาดรอนทั้งหมดที่ตรวจพบในปัจจุบันมีมากกว่าร้อยอนุภาค (และมีจำนวนแอนติอนุภาคเท่ากัน) ยังไม่ได้ลงทะเบียนอนุภาคจำนวนมาก ฮาดรอนทั้งหมดถูกแบ่งออกเป็นอนุภาคหนักที่เรียกว่า baryonsและค่าเฉลี่ยชื่อ มีซอน.

แบริออน มีลักษณะเฉพาะด้วยเลขแบริออน ข= 1 สำหรับอนุภาคและ ข = -1 สำหรับแอนติแบริออน การเกิดและการทำลายล้างมักเกิดขึ้นเป็นคู่: แบริออนและแอนติแบริออน มีซอนมีประจุแบริออน ข = 0 ตามแนวคิดของ Gell-Mann และ Zweig แบริออนทั้งหมดประกอบด้วยสามควาร์ก แอนติแบริออน - สามแอนติควาร์ก ดังนั้น ควาร์กแต่ละตัวจึงกำหนดจำนวนแบริออนเป็น 1/3 เพื่อให้รวมแบริออนมี ข= 1 (หรือ -1 สำหรับแอนติแบริออนที่ประกอบด้วยแอนติควาร์กสามตัว) เมสันมีเลขแบริออน ข= 0 ดังนั้นพวกมันจึงสามารถประกอบขึ้นจากคู่ของควาร์กและแอนติควาร์กใดๆ ก็ได้ นอกจากจำนวนควอนตัมที่เหมือนกันสำหรับควาร์กทั้งหมด - จำนวนสปินและแบริออน ยังมีคุณลักษณะที่สำคัญอื่นๆ อีก เช่น ขนาดของมวลพัก ม, ขนาดของประจุไฟฟ้า คิว/อี(ในเศษส่วนของประจุอิเล็กตรอน อี\u003d 1.6 · 10 -19 คูลอมบ์) และชุดของตัวเลขควอนตัมบางชุดที่ระบุลักษณะที่เรียกว่า รสควาร์ก. ซึ่งรวมถึง:

1) ค่าของการหมุนรอบไอโซโทป ฉันและขนาดของเส้นโครงที่สาม นั่นคือ ฉัน 3 . ดังนั้น, ยู-quark และ d-quark สร้างไอโซโทป doublet พวกมันถูกกำหนดให้หมุนไอโซโทปแบบเต็ม ฉัน= 1/2 พร้อมประมาณการ ฉัน 3 = +1/2 ที่สอดคล้องกัน ยู-quark และ ฉัน 3 = -1/2 ที่สอดคล้องกัน d-ควาร์ก ส่วนประกอบทั้งสองของดับเบิ้ลเล็ตมีมวลใกล้เคียงกันและเหมือนกันในคุณสมบัติอื่นๆ ทั้งหมด ยกเว้นประจุไฟฟ้า

2) จำนวนควอนตัม ส- ความแปลกประหลาดกำหนดลักษณะพฤติกรรมแปลก ๆ ของอนุภาคบางตัวที่มีอายุการใช้งานยาวนานอย่างผิดปกติ (~10 -8 - 10 -13 วินาที) เมื่อเทียบกับลักษณะเฉพาะของเวลานิวเคลียร์ (~10 -23 วินาที) อนุภาคเหล่านี้ถูกเรียกว่าแปลก ซึ่งประกอบด้วยควาร์กที่แปลกประหลาดและแอนติควาร์กที่แปลกประหลาดตั้งแต่หนึ่งตัวขึ้นไป การสร้างหรือการหายไปของอนุภาคแปลก ๆ อันเนื่องมาจากปฏิกิริยาที่รุนแรงเกิดขึ้นเป็นคู่ กล่าวคือ ในปฏิกิริยานิวเคลียร์ใดๆ ผลรวมของ $\Sigma$S ก่อนปฏิกิริยาจะต้องเท่ากับ $\Sigma$S หลังปฏิกิริยา อย่างไรก็ตาม ในการโต้ตอบที่อ่อนแอ กฎแห่งการอนุรักษ์ความแปลกประหลาดจะไม่ยึดถือ

ในการทดลองกับเครื่องเร่งอนุภาค สังเกตอนุภาคที่ไม่สามารถอธิบายได้โดยใช้ ยู-, d- และ ส-ควาร์ก. โดยการเปรียบเทียบกับความแปลก จำเป็นต้องแนะนำควาร์กใหม่อีกสามตัวด้วยตัวเลขควอนตัมใหม่ กับ = +1, ที่= -1 และ ตู่= +1 อนุภาคที่ประกอบด้วยควาร์กเหล่านี้มีมวลมากกว่ามาก (> 2 GeV/c2) มีรูปแบบการสลายตัวที่หลากหลายด้วยอายุการใช้งานประมาณ 10 -13 วินาที สรุปคุณสมบัติของควาร์กทั้งหมดอยู่ในตาราง 2.

แต่ละควาร์กในตาราง 2 สอดคล้องกับโบราณวัตถุของมัน สำหรับแอนติควาร์ก ตัวเลขควอนตัมทั้งหมดมีเครื่องหมายตรงข้ามกับที่ระบุสำหรับควาร์ก ต่อไปนี้จะต้องกล่าวถึงขนาดของมวลควาร์ก ให้ไว้ในตาราง 2 ค่าที่สอดคล้องกับมวลของควาร์กเปล่านั่นคือควาร์กเองโดยไม่คำนึงถึงกลูออนที่อยู่รอบตัวพวกเขา มวลของควาร์กแต่งตัวเนื่องจากพลังงานที่ส่งโดยกลูออนนั้นมากกว่า สิ่งนี้ชัดเจนเป็นพิเศษสำหรับผู้ที่มีน้ำหนักเบาที่สุด ยู- และ d-quarks ซึ่งเป็นชั้นเคลือบกลูออนซึ่งมีพลังงานประมาณ 300 MeV

ควาร์กที่กำหนดพื้นฐาน คุณสมบัติทางกายภาพอนุภาคเรียกว่า วาเลนซ์ควาร์ก นอกจากวาเลนซ์ควาร์กแล้ว ฮาดรอนยังมีอนุภาคเสมือน - ควาร์กและแอนติควาร์กซึ่งกลูออนปล่อยออกมาและดูดซับเป็นเวลานานมาก เวลาอันสั้น

(ที่ไหน อีเป็นพลังงานของคู่เสมือน) ซึ่งเกิดขึ้นโดยมีการละเมิดกฎการอนุรักษ์พลังงานตามความสัมพันธ์ที่ไม่แน่นอนของไฮเซนเบิร์ก คู่เสมือนของควาร์กเรียกว่า ควาร์กทะเลหรือ ควาร์กทะเล. ดังนั้นโครงสร้างของเฮดรอนจึงรวมถึงวาเลนซ์และซีควาร์กและกลูออน

คุณสมบัติหลักของควาร์กทั้งหมดคือพวกมันเป็นเจ้าของประจุที่แข็งแกร่งที่สอดคล้องกัน ประจุสนามแรงมีสามแบบเท่ากัน (แทนที่จะเป็นประจุไฟฟ้าเดียวในทฤษฎีแรงไฟฟ้า) ในศัพท์เฉพาะทางประวัติศาสตร์ ประจุทั้งสามประเภทนี้เรียกว่าสีของควาร์ก ได้แก่ สีแดง สีเขียว และสีน้ำเงินตามเงื่อนไข ดังนั้นแต่ละควาร์กในตาราง 1 และ 2 สามารถอยู่ในสามรูปแบบและเป็นอนุภาคสี การผสมทั้งสามสี เหมือนกับที่เกิดขึ้นในออปติก ทำให้เกิดสีขาว กล่าวคือ มันทำให้อนุภาคฟอกขาว ฮาดรอนที่สังเกตได้ทั้งหมดไม่มีสี

ปฏิกิริยาของควาร์กดำเนินการโดยกลูออนที่แตกต่างกันแปดตัว คำว่า "กลูออน" แปลว่า แปลจาก เป็นภาษาอังกฤษกาว กล่าวคือ ควอนตั้มภาคสนามเหล่านี้เป็นอนุภาคที่ติดควาร์กเข้าด้วยกัน เช่นเดียวกับควาร์ก กลูออนเป็นอนุภาคที่มีสี แต่เนื่องจากกลูออนแต่ละอันเปลี่ยนสีของควาร์กสองตัวพร้อมกัน (ควาร์กที่ปล่อยกลูออนและควาร์กที่ดูดซับกลูออน) กลูออนจึงมีสีสองครั้ง มีสีและสารต้านสี โดยปกติแล้ว แตกต่างจากสี

มวลที่เหลือของกลูออน เช่น โฟตอน เป็นศูนย์ นอกจากนี้ กลูออนยังเป็นกลางทางไฟฟ้าและไม่มีประจุอ่อน

ฮาดรอนมักจะถูกแบ่งออกเป็นอนุภาคและเรโซแนนซ์ที่เสถียร: แบริออนและเมซอน
เรโซแนนซ์มีลักษณะเฉพาะโดยอายุขัยสั้นมาก (~10 -20 -10 -24 วินาที) เนื่องจากการเสื่อมของคลื่นนั้นเกิดจากการโต้ตอบที่รุนแรง

นักฟิสิกส์ชาวอเมริกัน L.V. อัลวาเรซ เนื่องจากเส้นทางของอนุภาคดังกล่าวไปสู่การสลายตัวนั้นสั้นมากจนไม่สามารถสังเกตได้ในเครื่องตรวจจับที่บันทึกร่องรอยของอนุภาค (เช่น ห้องฟองสบู่ เป็นต้น) พวกมันทั้งหมดจะถูกตรวจจับทางอ้อมโดยการปรากฏตัวของยอดในการพึ่งพาอาศัยกันของ ความน่าจะเป็นของปฏิกิริยาระหว่างอนุภาคต่างๆ กับพลังงาน ภาพที่ 1 อธิบายสิ่งที่พูด รูปแสดงการพึ่งพาของการโต้ตอบข้ามส่วน (สัดส่วนกับค่าความน่าจะเป็น) ของไพออนบวก $\pi^+$ กับโปรตอน พีจากพลังงานจลน์ของไพออน ที่พลังงานประมาณ 200 MeV จะเห็นจุดสูงสุดในช่วงตัดขวาง ความกว้างของมันคือ $\Gamma = 110$ MeV และมวลอนุภาคทั้งหมด $\Delta^(++)$ เท่ากับ $T^(")_(max)+M_p c^2+M_\pi c^2 =1232$ MeV /с 2 โดยที่ $T^(")_(max)$ คือพลังงานจลน์ของการชนกันของอนุภาคในระบบจุดศูนย์กลางมวลของพวกมัน เรโซแนนซ์ส่วนใหญ่ถือได้ว่าเป็นสถานะตื่นเต้นของอนุภาคที่เสถียร เนื่องจากมีองค์ประกอบของควาร์กเหมือนกันกับอนุภาคที่เสถียร แม้ว่ามวลของเรโซแนนซ์จะมากกว่าเนื่องจากพลังงานกระตุ้น

แบบจำลองควาร์กของฮาดรอน

เราจะเริ่มอธิบายรูปแบบควาร์กของฮาดรอนจากการวาดเส้นสนามที่เล็ดลอดออกมาจากแหล่งกำเนิด - ควาร์กที่มีประจุสีและสิ้นสุดที่แอนติควาร์ก (รูปที่ 2, ข). สำหรับการเปรียบเทียบ ในรูป 2 และเราแสดงให้เห็นว่าในกรณีของปฏิกิริยาทางแม่เหล็กไฟฟ้า เส้นของแรงแยกจากแหล่งกำเนิด - ประจุไฟฟ้าเหมือนพัดลม เนื่องจากโฟตอนเสมือนที่ปล่อยออกมาพร้อมกันโดยแหล่งกำเนิดไม่มีปฏิสัมพันธ์ซึ่งกันและกัน ผลที่ได้คือกฎของคูลอมบ์

ตรงกันข้ามกับภาพนี้ กลูออนนั้นมีประจุสีและมีปฏิสัมพันธ์อย่างรุนแรงต่อกัน เป็นผลให้แทนที่จะเป็นแฟนของเส้นแรง เรามีมัด ดังแสดงในรูปที่ 2, ข. เชือกถูกยืดออกระหว่างควาร์กและแอนติควาร์ก แต่สิ่งที่น่าแปลกใจที่สุดคือกลูออนเองซึ่งมีประจุเป็นสี กลายเป็นแหล่งกำเนิดของกลูออนใหม่ ซึ่งจำนวนจะเพิ่มขึ้นเมื่อเคลื่อนออกจากควาร์ก
รูปแบบของปฏิสัมพันธ์ดังกล่าวสอดคล้องกับการพึ่งพาพลังงานศักย์ของปฏิกิริยาระหว่างควาร์กกับระยะห่างระหว่างพวกมัน ดังแสดงในรูปที่ 3. คือ: ไกล R> 10 -13 ซม. U(R) การพึ่งพาอาศัยกันมีลักษณะเป็นกรวย และความแข็งแรงของประจุสีในช่วงระยะทางนี้ค่อนข้างเล็ก ดังนั้นควาร์กจึงอยู่ที่ R> 10 -15 ซม. ในการประมาณครั้งแรกถือได้ว่าเป็นอนุภาคที่ไม่มีปฏิกิริยาโต้ตอบ ปรากฏการณ์นี้มีชื่อพิเศษของเสรีภาพของควาร์ก asymptotic ที่ small R. อย่างไรก็ตาม เมื่อ Rมากกว่าค่าวิกฤต $R_(cr) \ประมาณ 10^(-13)$ cm ยู(R) กลายเป็นสัดส่วนโดยตรงกับค่า R. มันตามมาโดยตรงจากสิ่งนี้ว่าแรง F = -ตู่/dR= const คือไม่ขึ้นกับระยะทาง ไม่มีปฏิสัมพันธ์อื่นใดที่นักฟิสิกส์ได้ศึกษามาก่อนหน้านี้แล้วมีคุณสมบัติที่ผิดปกติเช่นนี้

การคำนวณแสดงว่าแรงที่กระทำระหว่างควาร์กกับแอนติควาร์ก เริ่มต้นจาก $R_(cr) \ประมาณ 10_(-13)$ ซม. หยุดขึ้นอยู่กับระยะทาง ยังคงอยู่ที่ระดับค่ามหาศาลใกล้กับ 20 ตัน ที่ระยะทาง R~ 10 -12 ซม. (เท่ากับรัศมีของนิวเคลียสของอะตอมเฉลี่ย) แรงสีมากกว่าแรงแม่เหล็กไฟฟ้ามากกว่า 100,000 เท่า หากเราเปรียบเทียบแรงสีกับแรงนิวเคลียร์ระหว่างโปรตอนและนิวตรอนภายในนิวเคลียสของอะตอม ปรากฎว่าแรงสีนั้นมากกว่าหลายพันเท่า! ดังนั้น ภาพใหม่ของพลังสีในธรรมชาติจึงเปิดออกต่อหน้านักฟิสิกส์ ซึ่งมีลำดับความสำคัญมากกว่าแรงนิวเคลียร์ที่รู้จักในปัจจุบัน แน่นอน คำถามเกิดขึ้นทันทีว่าพลังดังกล่าวสามารถทำงานเป็นแหล่งพลังงานได้หรือไม่ ขออภัย คำตอบสำหรับคำถามนี้คือไม่

ย่อมมีคำถามตามมาอีกว่า ระยะทางเท่าไร Rระหว่างควาร์ก พลังงานศักย์จะเพิ่มขึ้นเชิงเส้นตามการเพิ่มขึ้น R?
คำตอบนั้นง่าย: ในระยะทางไกล กลุ่มของเส้นสนามจะขาด เพราะมันทำกำไรได้มากกว่าที่จะทำให้เกิดการแตกของอนุภาคควาร์กกับแอนติควาร์ก สิ่งนี้เกิดขึ้นเมื่อพลังงานศักย์ที่จุดแตกหักมากกว่ามวลที่เหลือของควาร์กและแอนติควาร์ก กระบวนการทำลายมัดของเส้นแรงของสนามกลูออนแสดงไว้ในรูปที่ 2, ใน.

แนวคิดเชิงคุณภาพดังกล่าวเกี่ยวกับการกำเนิดของควาร์ก-แอนตีควาร์กทำให้เข้าใจได้ว่าเหตุใดจึงไม่มีการสังเกตควาร์กเดี่ยวเลยและไม่สามารถสังเกตได้ในธรรมชาติ ควาร์กติดอยู่ในฮาดรอนตลอดกาล ปรากฏการณ์ของการไม่ขับควาร์กนี้เรียกว่า การกักขัง. ที่พลังงานสูง อาจเป็นประโยชน์มากกว่าสำหรับบันเดิลที่จะแตกพร้อมกันในหลาย ๆ ที่ โดยสร้างชุดของ $q \tilde q$-pairs ด้วยวิธีนี้เราได้เข้าถึงปัญหาการคลอดบุตรหลายครั้ง คู่ควาร์ก-แอนติควาร์กและการก่อตัวของฮาร์ดควาร์กเจ็ต

ก่อนอื่นให้เราพิจารณาโครงสร้างของแฮดรอนแสงนั่นคือมีซอน พวกมันประกอบด้วยควาร์กหนึ่งตัวและแอนติควาร์กหนึ่งตัวดังที่เราได้กล่าวไปแล้ว

เป็นสิ่งสำคัญอย่างยิ่งที่ทั้งคู่ของทั้งคู่จะมีประจุสีเดียวกันและต่อต้านประจุเดียวกัน (เช่น ควาร์กสีน้ำเงินและแอนติควาร์กต้านสีน้ำเงิน) เพื่อให้คู่ของพวกเขาไม่มีสีโดยไม่คำนึงถึงรสชาติของควาร์ก (และเราสังเกตเฉพาะอนุภาคที่ไม่มีสี)

ควาร์กและแอนติควาร์กทั้งหมดมีการหมุน (ในเศษส่วนของ ชม.) เท่ากับ 1/2 ดังนั้น สปินรวมของการรวมควาร์กกับแอนติควาร์กจะเป็น 0 เมื่อสปินไม่ขนานกัน หรือ 1 เมื่อสปินขนานกัน แต่การหมุนของอนุภาคอาจมากกว่า 1 หากควาร์กเองหมุนไปตามวงโคจรภายในอนุภาค

ในตาราง. รูปที่ 3 แสดงชุดค่าผสมของควาร์กที่จับคู่และซับซ้อนกว่าบางส่วนโดยบ่งชี้ว่าควาร์กที่รู้จักกันก่อนหน้านี้ชุดค่าผสมของควาร์กนี้ตรงกับควาร์กใด

ในบรรดาเมซอนและเรโซแนนซ์ที่มีการศึกษาที่ดีที่สุดในปัจจุบัน กลุ่มที่ใหญ่ที่สุดประกอบด้วยอนุภาคแสงที่ไม่มีอะโรมาติกซึ่งมีจำนวนควอนตัม ส = ค = บี= 0 กลุ่มนี้มีประมาณ 40 อนุภาค ตารางที่ 3 เริ่มต้นด้วย pions $\pi$ ±,0 ค้นพบโดยนักฟิสิกส์ชาวอังกฤษ S.F. พาวเวลล์ในปี 2492 พีออนที่มีประจุจะมีชีวิตอยู่ประมาณ 10 -8 วินาที สลายตัวเป็นเลปตอนตามรูปแบบต่อไปนี้:

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

"ญาติ" ของพวกเขาในตาราง 3 - เสียงสะท้อน $\rho$ ±,0 (rho mesons) ซึ่งแตกต่างจาก pion ที่มีการหมุน เจ= 1 พวกมันไม่เสถียรและมีชีวิตอยู่เพียงประมาณ 10 -23 วินาที สาเหตุของการลดลง $\rho$ ±,0 คือปฏิกิริยาที่รุนแรง

สาเหตุของการสลายตัวของพีออนที่มีประจุนั้นเกิดจากการมีปฏิสัมพันธ์ที่อ่อนแอ กล่าวคือ ความจริงที่ว่าควาร์กที่ประกอบเป็นอนุภาคนั้นสามารถปล่อยและดูดซับอันเป็นผลมาจากปฏิกิริยาที่อ่อนแอในช่วงเวลาสั้นๆ tตามความสัมพันธ์ (4) โบซอนเกจเสมือน: $u \to d + W^+$ หรือ $d \to u + W^-$ และแตกต่างจาก leptons นอกจากนี้ยังมีการเปลี่ยนควาร์กของคนรุ่นหนึ่งเป็น ควาร์กของอีกรุ่นหนึ่ง เช่น $u \to b + W^+$ หรือ $u \to s + W^+$ เป็นต้น แม้ว่าทรานสิชั่นดังกล่าวจะหายากกว่าทรานซิชันภายในรุ่นเดียวมาก ในเวลาเดียวกัน ในระหว่างการเปลี่ยนแปลงดังกล่าว ประจุไฟฟ้าในปฏิกิริยาจะถูกสงวนไว้

การศึกษา mesons รวมทั้ง ส- และ ค-quarks นำไปสู่การค้นพบอนุภาคที่แปลกประหลาดและมีเสน่ห์หลายสิบชนิด การวิจัยของพวกเขากำลังดำเนินการในหลาย ๆ ด้าน ศูนย์วิทยาศาสตร์สันติภาพ.

การศึกษา mesons รวมทั้ง ข- และ t-quarks เริ่มต้นอย่างเข้มข้นที่เครื่องเร่งความเร็ว และเราจะไม่พูดถึงรายละเอียดเพิ่มเติมในตอนนี้

มาดูการพิจารณาของเฮดรอนหนักๆ กัน นั่นคือแบริออน พวกมันทั้งหมดประกอบด้วยควาร์กสามตัว แต่มีทั้งสามสี เนื่องจากแบริออนทั้งหมดไม่มีสี เช่นเดียวกับมีซอน ควาร์กภายในแบริออนสามารถมีการเคลื่อนที่แบบโคจรได้ ในกรณีนี้ สปินทั้งหมดของอนุภาคจะเกินสปินทั้งหมดของควาร์ก เท่ากับ 1/2 หรือ 3/2 (หากสปินของทั้งสามควาร์กขนานกัน)

แบริออนที่มีมวลน้อยที่สุดคือโปรตอน พี(ดูตารางที่ 3) นิวเคลียสของอะตอมทั้งหมดประกอบด้วยโปรตอนและนิวตรอน องค์ประกอบทางเคมี. จำนวนโปรตอนในนิวเคลียสกำหนดประจุไฟฟ้าทั้งหมด Z.

อนุภาคหลักอีกตัวหนึ่งในนิวเคลียสของอะตอมคือนิวตรอน น. นิวตรอนหนักกว่าโปรตอนเล็กน้อย มันไม่เสถียร และในสภาวะอิสระที่มีอายุการใช้งานประมาณ 900 วินาที จะสลายตัวเป็นโปรตอน อิเล็กตรอน และนิวตริโน ในตาราง. 3 แสดงสถานะควาร์กของโปรตอน อู๊ดและนิวตรอน udd. แต่ด้วยการหมุนของควาร์กรวมกันนี้ เจ= 3/2 เรโซแนนซ์ $\Delta^+$ และ $D^0$ ถูกสร้างขึ้นตามลำดับ แบริออนอื่นๆ ทั้งหมดประกอบด้วยควาร์กที่หนักกว่า ส, ข, tและมีมวลมากกว่ามาก ในหมู่พวกเขามีความสนใจเป็นพิเศษคือ W- -hyperon ประกอบด้วยควาร์กแปลก ๆ สามตัว มันถูกค้นพบครั้งแรกบนกระดาษนั่นคือโดยการคำนวณโดยใช้แนวคิดของโครงสร้างควาร์กของแบริออน คุณสมบัติหลักทั้งหมดของอนุภาคนี้ถูกทำนายและยืนยันโดยการทดลอง

ข้อเท็จจริงจากการทดลองจำนวนมากที่สังเกตได้ในขณะนี้พูดได้อย่างน่าเชื่อถือถึงการมีอยู่ของควาร์ก โดยเฉพาะอย่างยิ่ง เรากำลังพูดถึงการค้นพบกระบวนการใหม่ในปฏิกิริยาการชนกันของอิเล็กตรอนและโพซิตรอน ซึ่งนำไปสู่การก่อตัวของไอพ่นของควาร์กและแอนติควาร์ก โครงร่างของกระบวนการนี้แสดงในรูปที่ 4. ทำการทดลองกับเครื่องชนกันในเยอรมนีและสหรัฐอเมริกา ลูกศรแสดงทิศทางของคานในรูป อี+ และ อี- และควาร์กถูกปล่อยออกมาจากจุดที่ชนกัน qและวัตถุโบราณ $\tilde q$ ที่มุมสุดยอด $\Theta$ ไปยังทิศทางการบิน อี+ และ อี- . คู่ $q+\tilde q$ นี้ถูกสร้างขึ้นในปฏิกิริยา

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

ดังที่เราได้กล่าวไปแล้ว สายรัดของเส้นแรง (บ่อยครั้งที่พวกเขาเรียกว่าสายอักขระ) แตกออกเป็นส่วนประกอบด้วยความตึงเครียดที่มากพอ
ที่พลังงานสูงของควาร์กและแอนติควาร์กดังที่ได้กล่าวไว้ก่อนหน้านี้สตริงจะแตกในหลาย ๆ ที่อันเป็นผลมาจากการที่ลำแสงแคบ ๆ สองลำของอนุภาคไม่มีสีทุติยภูมิก่อตัวขึ้นในทั้งสองทิศทางตามแนวการบินของควาร์กและแอนติควาร์ก แสดงในรูป 4. คานอนุภาคดังกล่าวเรียกว่าไอพ่น การก่อตัวของอนุภาคสาม, สี่หรือมากกว่านั้นพร้อมกันนั้นสังเกตได้ค่อนข้างบ่อยในการทดลอง

ในการทดลองที่ดำเนินการด้วยพลังงานความเร่งยิ่งยวดในรังสีคอสมิกซึ่งผู้เขียนบทความนี้มีส่วนร่วมด้วยภาพถ่ายของกระบวนการของการก่อตัวของไอพ่นจำนวนมากได้รับเหมือนเดิม ความจริงก็คือว่าเชือกหรือเชือกเป็นมิติเดียว ดังนั้นจุดศูนย์กลางของการก่อตัวของไอพ่นสาม สี่ตัวขึ้นไปจึงตั้งอยู่บนเส้นตรงเช่นกัน

ทฤษฎีที่อธิบายปฏิสัมพันธ์ที่รุนแรงเรียกว่า โครโมไดนามิกควอนตัมหรือตัวย่อ QCD. มันซับซ้อนกว่าทฤษฎีปฏิสัมพันธ์ด้วยไฟฟ้าแรงสูง QCD ประสบความสำเร็จเป็นพิเศษในการอธิบายกระบวนการที่เรียกว่ายาก นั่นคือ กระบวนการปฏิสัมพันธ์ของอนุภาคกับการถ่ายโอนโมเมนตัมขนาดใหญ่ระหว่างอนุภาค แม้ว่าการสร้างทฤษฎีจะยังไม่เสร็จสมบูรณ์ แต่นักฟิสิกส์เชิงทฤษฎีหลายคนกำลังยุ่งอยู่กับการสร้าง "การรวมเป็นหนึ่งเดียว" - การรวมกันของโครโมไดนามิกของควอนตัมและทฤษฎีปฏิสัมพันธ์ของอิเล็กโตรวีกเป็นทฤษฎีเดียว

โดยสรุป ให้เราพิจารณาโดยสังเขปว่า เลปตันหกตัวและควาร์กหลากสี 18 ตัว (และปฏิปักษ์ของพวกมัน) หรือไม่ เช่นเดียวกับควอนตาของสนามพื้นฐาน ทำให้โฟตอนหมดลง W ± -, Z 0 -โบซอน แปดกลูออน และในที่สุด ควอนตาของสนามโน้มถ่วง - กราวิตอน - คลังแสงทั้งหมดของอนุภาคพื้นฐานอย่างแท้จริง แม่นยำกว่า แม่นยำกว่า ชัดเจนว่าไม่. เป็นไปได้มากว่ารูปภาพที่อธิบายของอนุภาคและทุ่งนาเป็นเพียงภาพสะท้อนของความรู้ในปัจจุบันของเรา ไม่ใช่เพื่ออะไรที่มีแนวคิดเชิงทฤษฎีมากมายอยู่แล้วซึ่งมีการนำเสนอกลุ่มอนุภาคขนาดใหญ่ที่เรียกว่าสมมาตรยิ่งยวด ออคเต็ตของควาร์กหนักยิ่งยวด และอื่นๆ อีกมากมาย

เห็นได้ชัดว่าฟิสิกส์สมัยใหม่ยังห่างไกลจากการสร้างทฤษฎีอนุภาคที่สมบูรณ์ บางที อัลเบิร์ต ไอน์สไตน์ นักฟิสิกส์ผู้ยิ่งใหญ่อาจพูดถูก โดยเชื่อว่าการคำนึงถึงแรงโน้มถ่วงเท่านั้น แม้จะดูเหมือนมีบทบาทเล็กน้อยในพิภพเล็ก ๆ ในขณะนี้ก็ตาม ก็จะยอมให้สร้าง ทฤษฎีที่เข้มงวดอนุภาค แต่ทั้งหมดนี้มีอยู่แล้วในศตวรรษที่ 21 หรือหลังจากนั้น

วรรณกรรม

1. โอคุน แอล.บี. ฟิสิกส์ของอนุภาคมูลฐาน มอสโก: เนาก้า, 1988.

2. Kobzarev I.Yu. ผู้ได้รับรางวัลโนเบลในปี 2522: S. Weinberg, S. Glashow, A. Salam // Priroda 1980. N 1. S. 84.

3. Zeldovich Ya.B. การจำแนกประเภทของอนุภาคมูลฐานและควาร์กในการนำเสนอสำหรับคนเดินเท้า // Uspekhi nat. วิทยาศาสตร์ 2508 ต. 8 ส. 303.

4. Krainov V.P. ความสัมพันธ์ไม่แน่นอนของพลังงานและเวลา // วารสารการศึกษาโซรอส. 1998. N 5. S. 77-82.

5. I. Nambu“ ทำไมไม่มีควาร์กอิสระ” Usp. Phys. วิทยาศาสตร์ 2521. ว. 124. ส. 146.

6. Zhdanov G.B. , Maksimenko V.M. , Slavatinsky S.A. การทดลอง "ปามีร์" // ธรรมชาติ 2527 ลำดับที่ 11 ส. 24

ผู้ตรวจทานบทความแอล.ไอ. Sarychev

S.A. Slavatinskyสถาบันฟิสิกส์และเทคโนโลยีมอสโก Dolgoprudny ภูมิภาคมอสโก

บทความที่น่าสนใจ

เมื่อเร็ว ๆ นี้ นักฟิสิกส์ที่กำลังดูการทดลองอื่นที่ Large Hadron Collider ในที่สุดก็สามารถพบร่องรอยของ Higgs boson หรือที่นักข่าวหลายคนเรียกมันว่า "อนุภาคศักดิ์สิทธิ์" ซึ่งหมายความว่าการสร้างคอลไลเดอร์ได้พิสูจน์ตัวเองอย่างสมบูรณ์ - ท้ายที่สุดมันถูกสร้างขึ้นมาอย่างแม่นยำเพื่อจับโบซอนที่เข้าใจยากนี้

นักฟิสิกส์ที่ทำงานที่ Large Hadron Collider โดยใช้เครื่องตรวจจับ CMS เป็นครั้งแรกได้บันทึกการเกิดของ Z-boson สองตัว ซึ่งเป็นหนึ่งในประเภทของเหตุการณ์ที่อาจเป็นหลักฐานของการมีอยู่ของ Higgs boson รุ่น "หนัก" เพื่อให้แม่นยำยิ่งขึ้นในวันที่ 10 ตุลาคมเครื่องตรวจจับ CMS ตรวจพบการปรากฏตัวของมิวออนสี่ครั้งแรก ผลเบื้องต้นของการสร้างใหม่ทำให้นักวิทยาศาสตร์สามารถตีความเหตุการณ์นี้ในฐานะผู้สมัครสำหรับการผลิต Z-boson เกจเป็นกลางสองตัว

ฉันคิดว่าตอนนี้เราควรพูดนอกเรื่องเล็กน้อยและพูดถึงว่ามิวออน โบซอน และอนุภาคมูลฐานอื่นๆ คืออะไร ตามแบบจำลองมาตรฐานของกลศาสตร์ควอนตัม โลกทั้งโลกประกอบด้วยอนุภาคมูลฐานต่างๆ ซึ่งเมื่อสัมผัสกันจะทำให้เกิดมวลและพลังงานทุกประเภทที่ทราบ

ตัวอย่างเช่น สสารทั้งหมดประกอบด้วยอนุภาคเฟอร์เมียนพื้นฐาน 12 อนุภาค ได้แก่ เลปตอน 6 ตัว เช่น อิเล็กตรอน มิวออน เทา เลปตัน และนิวตริโน 3 ชนิด และควาร์ก 6 ตัว (u, d, s, c, b, t) ซึ่งสามารถ รวมกันสามชั่วอายุคน เฟอร์เมียนเป็นอนุภาคที่สามารถอยู่ในสถานะอิสระได้ แต่ควาร์กไม่ใช่ พวกมันเป็นส่วนหนึ่งของอนุภาคอื่นๆ เช่น โปรตอนและนิวตรอนที่รู้จักกันดี
ยิ่งกว่านั้นอนุภาคแต่ละตัวมีส่วนร่วมในปฏิสัมพันธ์บางประเภทซึ่งดังที่เราจำได้มีเพียงสี่: แม่เหล็กไฟฟ้าอ่อนแอ (ปฏิกิริยาของอนุภาคระหว่างการสลายตัวของนิวเคลียสของอะตอม) แข็งแกร่ง (ดูเหมือนว่าจะถือ นิวเคลียสของอะตอมเข้าด้วยกัน) และความโน้มถ่วง อย่างหลังซึ่งผลลัพธ์คือตัวอย่างเช่นแรงโน้มถ่วงไม่ได้รับการพิจารณาโดยแบบจำลองมาตรฐานเนื่องจากยังไม่พบ Graviton (อนุภาคที่ให้มา)

สำหรับประเภทอื่น ๆ ทุกอย่างง่ายกว่า - อนุภาคที่มีส่วนร่วมในพวกมันนักฟิสิกส์รู้ "โดยการมองเห็น" ตัวอย่างเช่น ควาร์กมีส่วนร่วมในปฏิสัมพันธ์ที่รุนแรง อ่อนแอ และแม่เหล็กไฟฟ้า lepton ที่มีประจุ (อิเล็กตรอน, muon, tau-lepton) - อ่อนแอและเป็นแม่เหล็กไฟฟ้า นิวตริโน - เฉพาะในการโต้ตอบที่อ่อนแอ

อย่างไรก็ตาม นอกจากอนุภาค "มวล" เหล่านี้แล้ว ยังมีสิ่งที่เรียกว่าอนุภาคเสมือน ซึ่งบางส่วน (เช่น โฟตอน) ไม่มีมวลเลย ความจริงแล้ว อนุภาคเสมือนเป็นปรากฏการณ์ทางคณิตศาสตร์มากกว่าความเป็นจริงทางกายภาพ เนื่องจากยังไม่มีใคร "เห็น" พวกมันมาจนถึงตอนนี้ อย่างไรก็ตามในการทดลองต่างๆ นักฟิสิกส์สามารถสังเกตเห็นร่องรอยของการมีอยู่ของมันได้ เนื่องจากมันมีอายุสั้นมาก

ชิ้นที่น่าสนใจเหล่านี้คืออะไร? พวกมันเกิดในช่วงเวลาของปฏิสัมพันธ์บางอย่างเท่านั้น (จากสิ่งที่อธิบายข้างต้น) หลังจากนั้นพวกมันจะสลายตัวหรือถูกดูดซับโดยอนุภาคพื้นฐานบางส่วน เป็นที่เชื่อกันว่าพวกเขา "ถ่ายโอน" การโต้ตอบนั่นคือโดยการสัมผัสอนุภาคพื้นฐานพวกมันเปลี่ยนลักษณะของพวกเขาเนื่องจากการโต้ตอบเกิดขึ้นจริง

ตัวอย่างเช่น ในปฏิกิริยาทางแม่เหล็กไฟฟ้าที่ได้รับการศึกษาดีที่สุด อิเล็กตรอนจะดูดซับและปล่อยโฟตอนอย่างต่อเนื่อง อนุภาคไร้มวลเสมือน อันเป็นผลมาจากคุณสมบัติของอิเล็กตรอนเองที่เปลี่ยนแปลงบ้างและสามารถดำเนินการได้ เช่น กำกับ การเคลื่อนไหว (นั่นคือ กระแสไฟฟ้า ) หรือ "กระโดด" ไปยังระดับพลังงานอื่น (ดังที่เกิดขึ้นในการสังเคราะห์แสงในพืช) อนุภาคเสมือนทำงานในลักษณะเดียวกันกับการโต้ตอบประเภทอื่น

นอกจากโฟตอนแล้ว ฟิสิกส์สมัยใหม่ยังรู้จักอนุภาคเสมือนอีกสองประเภทที่เรียกว่าโบซอนและกลูออน สำหรับเรา โบซอนเป็นที่สนใจเป็นพิเศษในตอนนี้ - เชื่อกันว่าในทุกปฏิสัมพันธ์ อนุภาคพื้นฐานจะแลกเปลี่ยนพวกมันอย่างต่อเนื่องและด้วยเหตุนี้จึงส่งผลกระทบซึ่งกันและกัน โบซอนเองนั้นถือเป็นอนุภาคไร้มวล แม้ว่าการทดลองบางอย่างแสดงให้เห็นว่าสิ่งนี้ไม่เป็นความจริงทั้งหมด - W- และ Z-boson สามารถรับมวลได้ในระยะเวลาอันสั้น

หนึ่งในโบซอนที่ลึกลับที่สุดคือฮิกส์โบซอนเดียวกันสำหรับการตรวจจับร่องรอยซึ่งอันที่จริงแล้ว Large Hadron Collider ถูกสร้างขึ้น เชื่อกันว่าอนุภาคลึกลับนี้เป็นหนึ่งในโบซอนที่สำคัญและพบได้บ่อยที่สุดในจักรวาล

ย้อนกลับไปในทศวรรษ 1960 ศาสตราจารย์ชาวอังกฤษ ปีเตอร์ ฮิกส์ เสนอสมมติฐานตามที่สสารทั้งหมดในจักรวาลสร้างขึ้นโดยปฏิสัมพันธ์ของอนุภาคต่างๆ กับหลักการพื้นฐานเบื้องต้นบางอย่าง (ซึ่งเป็นผลมาจากบิ๊กแบง) ซึ่งต่อมาตั้งชื่อตามเขา เขาแนะนำว่าจักรวาลเต็มไปด้วยสนามที่มองไม่เห็น ซึ่งอนุภาคมูลฐานบางตัว "เติบโต" โบซอนบางตัวผ่านเข้าไป ทำให้มีมวลเพิ่มขึ้น ในขณะที่ส่วนอื่นๆ เช่น โฟตอน ยังคงไม่มีภาระผูกพันกับน้ำหนัก

ขณะนี้นักวิทยาศาสตร์กำลังพิจารณาความเป็นไปได้สองประการ - การมีอยู่ของตัวเลือก "เบา" และ "หนัก" ฮิกส์ "เบา" ที่มีมวล 135 ถึง 200 gigaelectronvolts ควรสลายตัวเป็นคู่ของ W-boson และหากมวลของโบซอนเท่ากับ 200 gigaelectronvolts หรือมากกว่า จะกลายเป็นคู่ของ Z-boson ซึ่งในทางกลับกันจะทำให้เกิด เป็นคู่ของอิเล็กตรอนหรือมิวออน

ปรากฎว่าฮิกส์โบซอนผู้ลึกลับเป็นเหมือน "ผู้สร้าง" ของทุกสิ่งในจักรวาล บางทีนั่นอาจเป็นสาเหตุที่ Leon Lederman ผู้ได้รับรางวัลโนเบลเคยเรียกเขาว่า "เทพแห่งอนุภาค" แต่ในสื่อ คำกล่าวนี้ค่อนข้างบิดเบือน และเริ่มฟังดูเหมือน "อนุภาคของพระเจ้า" หรือ "อนุภาคของพระเจ้า"

เราจะหาร่องรอยของการมีอยู่ของ "อนุภาคเทพ" ได้อย่างไร? เป็นที่เชื่อกันว่าฮิกส์โบซอนสามารถเกิดขึ้นได้ในระหว่างการชนกันของโปรตอนกับนิวตริโนในวงแหวนเร่งของเครื่องชนกัน ในกรณีนี้ ดังที่เราจำได้ มันควรจะสลายตัวเป็นอนุภาคอื่นๆ จำนวนหนึ่งทันที (โดยเฉพาะ Z-boson) ซึ่งสามารถลงทะเบียนได้

จริงอยู่ ตัวตรวจจับเองไม่สามารถตรวจจับ Z-bosons ได้เนื่องจากอนุภาคมูลฐานเหล่านี้มีอายุสั้นมาก (ประมาณ 3 × 10-25 วินาที) แต่พวกมันสามารถ "จับ" มิวออนที่ Z-boson หมุนได้

ผมขอเตือนคุณว่ามิวออนเป็นอนุภาคมูลฐานที่ไม่เสถียรที่มีประจุไฟฟ้าลบและสปิน ½ มันไม่ได้เกิดขึ้นในอะตอมธรรมดา ก่อนหน้านั้นพบในรังสีคอสมิกที่มีความเร็วใกล้เคียงกับความเร็วแสงเท่านั้น อายุของมิวออนนั้นสั้นมาก - มันมีอยู่เพียง 2.2 ไมโครวินาที แล้วสลายตัวเป็นอิเล็กตรอน แอนตินิวตริโนอิเล็กตรอน และมิวออนนิวตริโน

สามารถรับมิวออนได้จากการชนโปรตอนและนิวตริโนด้วยความเร็วสูง อย่างไรก็ตามไม่สามารถบรรลุความเร็วดังกล่าวได้เป็นเวลานาน สิ่งนี้ทำระหว่างการก่อสร้าง Large Hadron Collider เท่านั้น

และสุดท้ายก็ได้ผลลัพธ์แรก ในระหว่างการทดลองซึ่งเกิดขึ้นเมื่อวันที่ 10 ตุลาคมปีนี้ อันเป็นผลมาจากการชนกันของโปรตอนกับนิวตริโน บันทึกการเกิดของมิวออนสี่ตัว นี่เป็นการพิสูจน์ว่าการปรากฏตัวของ Z-bosons เกจเป็นกลางสองตัวเกิดขึ้น (พวกมันมักจะปรากฏในเหตุการณ์ดังกล่าว) ดังนั้น การมีอยู่ของฮิกส์โบซอนจึงไม่ใช่ตำนาน แต่เป็นความจริง

จริงอยู่ นักวิทยาศาสตร์สังเกตว่าเหตุการณ์นี้ในตัวเองไม่ได้บ่งบอกถึงการเกิดของฮิกส์โบซอนเสมอไป เนื่องจากเหตุการณ์อื่นสามารถนำไปสู่การปรากฏของมิวออนสี่ตัว อย่างไรก็ตาม นี่เป็นครั้งแรกของเหตุการณ์ประเภทนี้ที่สามารถผลิตอนุภาคฮิกส์ได้ในที่สุด เพื่อที่จะพูดด้วยความมั่นใจเกี่ยวกับการมีอยู่ของ Higgs boson ในช่วงมวลเฉพาะ จำเป็นต้องสะสมเหตุการณ์ดังกล่าวเป็นจำนวนมากและวิเคราะห์ว่ามวลของอนุภาคที่ผลิตขึ้นนั้นถูกกระจายอย่างไร

อย่างไรก็ตาม สิ่งที่คุณพูด ขั้นตอนแรกในการพิสูจน์การมีอยู่ของ "เทพแห่งอนุภาค" ได้เกิดขึ้นแล้ว บางทีการทดลองเพิ่มเติมสามารถให้ข้อมูลเพิ่มเติมเกี่ยวกับฮิกส์โบซอนลึกลับได้ หากนักวิทยาศาสตร์สามารถ "จับ" ได้ในที่สุด พวกเขาจะสามารถสร้างเงื่อนไขที่มีอยู่เดิมเมื่อ 13 พันล้านปีก่อนหลังบิ๊กแบง ซึ่งก็คือสภาวะที่เกิดภายใต้จักรวาลของเรา