Particulele elementare, Krugosvet Encyclopedia

Particulele elementare

a doua și a treia generație de particule nu este mai puțin real decât prima. Cu toate acestea, au apărut, ele au de milioane sau miliarde de secunde, se va descompune în particule obișnuite din prima generație de un electron, neutrino de electroni, precum și - și cuarci d. Întrebarea de ce, în natură există mai multe generații de particule, rămâne încă un mister.

Pe diferitele generații de cuarci și leptoni spun adesea (care, desigur, oarecum excentric) ca diferite „arome“ de particule. Nevoia de a le explica este numit problema „parfum“.

Bosoni și fermioni, DOMENIU ȘI SUBSTANȚĂ

Una dintre diferențele principale dintre particule este diferența dintre bosoni și fermioni. Toate particulele sunt împărțite în două clase principale. bosoni identice pot fi suprapuse pe reciproc sau se suprapun, și identice fermioni - nr. Suprapunere se întâmplă (sau nu se întâmplă), în stări de energie discrete pentru care mecanicii cuantice segmentează natura. Aceste stări sunt ca celulele individuale, care pot fi plasate în particule. Deci, într-o singură celulă puteți pune orice număr de bozoni identice, dar numai un singur fermion (vezi. Așa cum mecanicii cuantice).

Ca un exemplu, ia în considerare astfel de celule, sau „stare“ de electroni care se rotesc în jurul unui nucleu atomic. Spre deosebire de planete din sistemul solar, electronul in conformitate cu legile mecanicii cuantice nu se pot aplica pentru orice orbită eliptică, există doar un număr discret de permise „condițiile de trafic“ pentru el. Seturi de astfel de stări, grupate în funcție de distanța de electroni din nucleu, se numesc orbitali. Primul orbital există două stări cu diferite impuls unghiular și, în consecință, a permis două celule, și orbitali mai mari - opt sau mai multe celule.

Deoarece electronul se referă la fermionilor, doar un singur electron poate exista în fiecare celulă. Aceasta implică o investigație foarte important - toate chimie, deoarece proprietățile chimice ale substanțelor determinate de interacțiunile dintre atomii. Dacă urmărim sistemul periodic al elementelor de la un atom la altul prin intermediul incrementarea numărul de protoni din nucleu (numărul de electroni vor crește, respectiv), primii doi electroni ocupa primul următoarele orbital opt se află pe al doilea etc. Această variație secvențială a structurii electronice a atomilor de element elementului și sunt cauzate modele în proprietățile lor chimice (a se vedea. De asemenea, tabelul periodic al elementelor).

În cazul în care electronii au fost bozoni, toti electronii dintr-un atom ar putea ocupa același orbital, care corespunde energiei minime. Proprietățile toată materia din univers ar fi fost complet diferite, și forma în care o cunoaștem noi, universul ar fi fost imposibil.

Toate leptoni - electroni, miuonici, leptoni tau și neutrino corespunzătoare - sunt fermioni. Același lucru se poate spune și despre quarci. Astfel, toate particulele care formează o „substanță“, excipientul principal al universului, iar neutrinii invizibile sunt fermioni. Acest lucru este foarte important: fermioni nu pot fi combinate, astfel încât același lucru este valabil și pentru obiectele lumii materiale.

În același timp, toate „particulele de ecartament“, care sunt schimbate între interacționează particulele materiale și care creează un câmp de forță (a se vedea. Mai sus), sunt bosoni, care este, de asemenea, foarte importantă. De exemplu, mulți fotoni pot fi în starea unul pentru a forma un câmp magnetic în jurul magnetului sau câmpul electric din jurul sarcinii electrice. Cu acest laser este de asemenea posibil (a se vedea. De asemenea, cu laser).

Diferența dintre bosoni și fermioni conectat la o altă caracteristică a particulelor elementare - de spin. Este surprinzător, dar toate particulele fundamentale au propriul lor impuls unghiular sau, mai simplu, se rotesc în jurul axei sale. Momentului cinetic - caracteristică a mișcării de rotație, precum și impulsul totală - translațională. În orice interacțiune impuls și impuls sunt conservate.

În momentul cinetic micro este cuantificată, adică Este nevoie de valori discrete. În adecvat unități leptonilor și quarc sunt spin 1/2, iar particulele gauge - învârtire egal cu 1 (cu excepția gravitonului care experimental nu a fost încă observat, și teoretic ar trebui să aibă un spin egal cu 2). Deoarece leptonilor și quarc - fermionilor și calibrare particule - bozoni, putem presupune că „fermioni“ asociate cu rotire 1/2 și „bosonii“ - cu spin-1 (sau 2). Într-adevăr, atât experiment și teorie sugerează că în cazul în care particulele de spin-jumătate-număr întreg, este - un fermion, iar în cazul în care întreg - bosonului.

Teoria și geometria gauge

În toate cazurile, forțele apar ca urmare a schimbului de bosoni între fermioni. Astfel, forța de culoare între doi quarci (quarcii - fermioni) are loc prin schimbul de gluoni. Un astfel de schimb se întâmplă în mod constant în protoni, neutroni și nucleele atomice. In mod similar, fotonii, electronii sunt schimbate și quark, creează forță electrică de atracție care deține electronii din atom, iar bosonii vectoriale intermediare schimbate leptoni și quarci, exercită forțe de interacțiune slabă responsabile pentru conversia protonilor în neutroni în reacțiile termonucleare în stele.

Teoria unui astfel de schimb este elegant, simplu și este, probabil, corect. Aceasta se numește o teorie gauge. Dar, în prezent, există doar teorie gauge independent de interacțiuni puternice, slabe și electromagnetice, și altele similare acestora, cu toate că, în unele moduri diferite și, măsura teoria gravitației. Una dintre problemele majore este amestecarea fizică a anumitor teorii în teoria comună și totuși simplu, în care ar fi fost aspecte diferite de la o realitate - ca fața cristalului.

Tabel 3. UNELE hadroni