Grunnleggende partikler av materie i vår tid. Om å forstå materiens bevegelse, dens evne til selvutvikling, samt forbindelsen og interaksjonen mellom materielle objekter i moderne naturvitenskap

VED FORSTÅELSE AV MATERIENS BEVEGELSE, DENS EVNE TIL SELVUTVIKLING, OG OGSÅ TILKOBLING OG SAMSPILLING AV MATERIALE OBJEKTER I MODERNE NATUVITENSKAP

Tsyupka V.P.

Selvstendig føderal stat utdanningsinstitusjon høyere yrkesopplæring"Belgorod State National forskningsuniversitet"(National Research University "BelSU")

1. Bevegelse av materie

"En integrert egenskap av materie er bevegelse" 1, som er en form for eksistens av materie og manifesterer seg i enhver av dens endringer. Fra materiens uskapelighet og uforgjengelighet og dens egenskaper, inkludert bevegelse, følger det at materiens bevegelse eksisterer for alltid og er uendelig mangfoldig i form av dens manifestasjoner.

Eksistensen av ethvert materiell objekt manifesteres i dets bevegelse, det vil si i enhver endring som skjer med det. Under endringen endres alltid noen egenskaper til det materielle objektet. Siden totaliteten av alle egenskapene til et materiell objekt, som karakteriserer dets sikkerhet, individualitet og særegenhet på et bestemt tidspunkt, tilsvarer dens tilstand, viser det seg at bevegelsen til et materiell objekt er ledsaget av en endring i dets tilstander. . Endringen i egenskaper kan gå så langt at en materialgjenstand kan bli en annen materialgjenstand. "Men et materiell objekt kan aldri bli til en egenskap" (for eksempel masse, energi), og "en egenskap til et materiell objekt" 2, fordi bare bevegelig materie kan være et stoff i endring. I naturvitenskapen kalles bevegelse av materie også et naturfenomen ( naturfenomen).

Det er kjent at "uten bevegelse er det ingen materie", 3 akkurat som uten materie kan det ikke være noen bevegelse.

Materiens bevegelse kan uttrykkes kvantitativt. Det universelle kvantitative målet for bevegelse av materie, så vel som ethvert materiell objekt, er energi, som uttrykker den iboende aktiviteten til materiell og ethvert materiell objekt. Derfor er energi en av egenskapene til å bevege materie, og energi kan ikke være utenfor materie, atskilt fra den. Energi har et tilsvarende forhold til masse. Følgelig kan masse karakterisere ikke bare mengden av et stoff, men også graden av dets aktivitet. Fra det faktum at materiens bevegelse eksisterer evig og er uendelig mangfoldig i form av dens manifestasjoner, følger det ubønnhørlig at energi, som karakteriserer materiens bevegelse kvantitativt, også eksisterer evig (uskapt og uforgjengelig) og er uendelig mangfoldig i formen. av dens manifestasjoner. "Dermed forsvinner energi aldri eller dukker opp igjen, den forvandles bare fra en type til en annen" 1 i samsvar med endringen i bevegelsestyper.

Ulike typer (former) av bevegelse av materie er observert. De kan klassifiseres under hensyntagen til endringer i egenskapene til materielle gjenstander og egenskapene til deres effekter på hverandre.

Bevegelsen av det fysiske vakuumet (frie fundamentale felt i normal tilstand) koker ned til det faktum at det hele tiden avviker litt i forskjellige retninger fra sin likevekt, som om det "skjelver". Som et resultat av slike spontane lavenergieksitasjoner (avvik, forstyrrelser, fluktuasjoner) dannes virtuelle partikler som umiddelbart oppløses i det fysiske vakuumet. Dette er den laveste (grunnleggende) energitilstanden til et bevegelig fysisk vakuum, energien er nær null. Men et fysisk vakuum kan for en stund på et sted forvandles til en opphisset tilstand, preget av et visst overskudd av energi. Med slike betydelige høyenergieksitasjoner (avvik, forstyrrelser, fluktuasjoner) av det fysiske vakuumet, kan virtuelle partikler fullføre utseendet sitt og så bryter virkelige fundamentale partikler ut av det fysiske vakuumet forskjellige typer, og som regel i par (har elektrisk ladning i form av en partikkel og antipartikkel med elektriske ladninger med motsatte fortegn, for eksempel i form av et elektron-positron-par).

Enkeltkvanteeksitasjoner av forskjellige frie fundamentale felt er fundamentale partikler.

Fermion (spinor) fundamentale felt kan generere 24 fermioner (6 kvarker og 6 antikvarker, samt 6 leptoner og 6 antileptoner), delt inn i tre generasjoner (familier). I den første generasjonen danner opp- og nedkvarker (og antikvarker), samt leptoner, et elektron og et elektronnøytrino (og et positron med et elektron-antinøytrino), vanlig materie (og den sjelden oppdagede antimaterie). I andre generasjon er sjarm og merkelige kvarker (og antikvarker), samt leptoner, myon og myonnøytrino (og antimuon med myon antinøytrino), med en større masse (større gravitasjonsladning) til stede. I tredje generasjon er det sanne og sjarmerende kvarker (og antikvarker), samt leptoner taon og taon neutrino (og antitaon med taon antineutrino). Fermioner av andre og tredje generasjon deltar ikke i dannelsen av vanlig materie, er ustabile og forfaller med dannelsen av fermioner av første generasjon.

Bosoniske (måle) fundamentale felt kan generere 18 typer bosoner: gravitasjonsfelt - gravitoner, elektromagnetisk felt - fotoner, svakt interaksjonsfelt - 3 typer "vions" 1, gluonfelt - 8 typer gluoner, Higgs-felt - 5 typer Higgs bosoner.

Et fysisk vakuum i en tilstand med tilstrekkelig høy energi (eksitert) er i stand til å generere mange fundamentale partikler med betydelig energi, i form av et mini-univers.

For substansen i mikroverdenen er bevegelse redusert til:

til spredning, kollisjon og transformasjon av elementære partikler til hverandre;

dannelsen av atomkjerner fra protoner og nøytroner, deres bevegelse, kollisjon og endring;

dannelsen av atomer fra atomkjerner og elektroner, deres bevegelse, kollisjon og endring, inkludert hopping av elektroner fra en atomorbital til en annen og deres separasjon fra atomer, tillegg av ekstra elektroner;

dannelsen av molekyler fra atomer, deres bevegelse, kollisjon og endring, inkludert tillegg av nye atomer, frigjøring av atomer, utskifting av noen atomer med andre, og en endring i rekkefølgen av atomer i forhold til hverandre i et molekyl.

For substansen i makroverdenen og megaverdenen kommer bevegelse ned til forskyvning, kollisjon, deformasjon, ødeleggelse, forening av ulike kropper, så vel som til deres mest varierte endringer.

Hvis bevegelsen av et materiell objekt (kvantisert felt eller materiell objekt) er ledsaget av en endring bare i dens fysiske egenskaper for eksempel frekvens eller bølgelengde for et kvantisert felt, øyeblikkelig hastighet, temperatur, elektrisk ladning for en materiell gjenstand, så blir en slik bevegelse referert til som en fysisk form. Hvis bevegelsen til en materiell gjenstand er ledsaget av en endring i dens kjemiske egenskaper, for eksempel løselighet, brennbarhet, surhet, klassifiseres slik bevegelse som en kjemisk form. Hvis bevegelsen gjelder endringer i objekter i megaverdenen (kosmiske objekter), klassifiseres slik bevegelse som en astronomisk form. Hvis bevegelsen gjelder endringer i objekter av de dype jordskjellene (jordens indre), så klassifiseres slik bevegelse som en geologisk form. Hvis bevegelsen gjelder endringer i objektene til det geografiske skallet, som forener alle overflateskallene på jorden, klassifiseres slik bevegelse som en geografisk form. Bevegelsen av levende kropper og deres systemer i form av deres ulike livsmanifestasjoner er klassifisert som biologisk form. Forflytning av materielle gjenstander, ledsaget av en endring i sosialt betydningsfulle egenskaper med obligatorisk deltakelse av mennesker, for eksempel utvinning av jernmalm og produksjon av jern og stål, dyrking av sukkerroer og produksjon av sukker, er klassifisert som en sosialt bestemt bevegelsesform.

Bevegelsen av et materiell objekt kan ikke alltid tilskrives en form. Det er komplekst og mangfoldig. Selv den fysiske bevegelsen som ligger i materielle objekter fra det kvantiserte feltet til kropper kan omfatte flere former. For eksempel en elastisk kollisjon (kollisjon) av to faste stoffer i form av biljardballer inkluderer en endring i plasseringen av ballene over tid i forhold til hverandre og bordet, og rotasjonen av ballene, og friksjonen til ballene på overflaten av bordet og luften, og bevegelse av partikler av hver ball, og en praktisk talt reversibel endring i kulenes form under en elastisk kollisjon, og utveksling av kinetisk energi med dens delvise omdannelse til indre energi av kuler under en elastisk kollisjon, og varmeoverføring mellom kuler, luft og overflaten av bordet, og mulig radioaktivt forfall av kjerner av ustabile isotoper inneholdt i kuler, og penetrering av kosmiske strålenøytrinoer gjennom kuler, etc. Med utviklingsstoff og fremveksten av kjemisk, astronomisk, geologisk, geografisk, biologisk og sosialt bestemt materiale gjenstander, bevegelsesformer blir mer komplekse og mer mangfoldige. Dermed kan man i kjemisk bevegelse se både fysiske bevegelsesformer og kvalitativt nye, ikke reduserbare til fysiske, kjemiske former. I bevegelse av astronomiske, geologiske, geografiske, biologiske og sosialt bestemte objekter kan man se både fysiske og kjemiske bevegelsesformer, samt kvalitativt nye, ikke reduserbare til fysiske og kjemiske, henholdsvis astronomiske, geologiske, geografiske, biologiske eller sosialt bestemte bevegelsesformer. Samtidig er de lavere formene for bevegelse av materie ikke forskjellige i materielle objekter av ulik grad av kompleksitet. For eksempel er den fysiske bevegelsen av elementærpartikler, atomkjerner og atomer ikke forskjellig mellom astronomiske, geologiske, geografiske, biologiske eller sosialt bestemte materielle objekter.

I studiet av komplekse bevegelsesformer bør to ytterpunkter unngås. For det første kan studiet av en kompleks bevegelsesform ikke reduseres til enkle bevegelsesformer; en kompleks bevegelsesform kan ikke avledes fra enkle. For eksempel kan biologisk bevegelse ikke bare avledes fra fysiske og kjemiske former for bevegelse, mens man ignorerer de biologiske bevegelsesformene i seg selv. Og for det andre kan du ikke begrense deg til å studere bare komplekse former for bevegelse, ignorere enkle. For eksempel komplementerer studiet av biologisk bevegelse studiet av de fysiske og kjemiske bevegelsesformene som vises i dette tilfellet.

2. Materiens evne til å utvikle seg selv

Som kjent er selvutviklingen av materie, og materie er i stand til selvutvikling, preget av en spontan, rettet og irreversibel steg-for-steg-komplikasjon av formene for bevegelig materie.

Den spontane selvutviklingen av materie betyr at prosessen med gradvis komplikasjon av formene for bevegelig materie skjer av seg selv, naturlig, uten deltagelse av noen unaturlige eller overnaturlige krefter, Skaperen, på grunn av interne, naturlige årsaker.

Retningen for selvutvikling av materie betyr en slags kanalisering av prosessen med gradvis komplikasjon av formene for å bevege materie fra en form som eksisterte tidligere til en annen form som dukket opp senere: for enhver ny form for bevegelig materie kan man finne den forrige. form for bevegelig materie som ga den sitt opphav, og omvendt, for enhver tidligere form for bevegelig materie, kan man finne en ny form for bevegelig materie som oppsto fra den. Dessuten eksisterte den tidligere formen for bevegelig materie alltid før den nye formen for bevegelig materie som oppsto fra den, den forrige formen er alltid eldre enn den nye formen som oppsto fra den. Takket være kanaliseringen av selvutviklingen av bevegelig materie, oppstår særegne serier av gradvis komplikasjoner av dens former, som viser i hvilken retning, så vel som gjennom hvilke mellomliggende (overgangsformer) den gikk historisk utvikling en eller annen form for bevegelig materie.

Ureversibiliteten til selvutviklingen av materie betyr at prosessen med gradvis komplikasjon av formene for bevegelig materie ikke kan gå i motsatt retning, bakover: en ny form for bevegelig materie kan ikke gi opphav til en tidligere form for bevegelig materie hvorfra den oppstod, men det kan bli en tidligere form for nye former. Og hvis plutselig en ny form for bevegelig materie viser seg å være veldig lik en av formene som gikk forut, vil ikke dette bety at bevegelig materie begynte å utvikle seg selv i motsatt retning: den forrige formen for bevegelig materie dukket opp mye tidligere , og den nye formen for bevegelig materie, jevn og veldig lik den, dukket opp mye senere og er, selv om den er lik, men en fundamentalt annen form for bevegelig materie.

3. Kommunikasjon og samhandling av materielle objekter

Materiens iboende egenskaper er forbindelse og interaksjon, som er årsaken til dens bevegelse. Fordi forbindelse og interaksjon er årsaken til materiens bevegelse, er derfor forbindelse og interaksjon, i likhet med bevegelse, universelle, dvs. iboende i alle materielle objekter, uavhengig av deres natur, opprinnelse og kompleksitet. Alle fenomener i den materielle verden er bestemt (i betydningen å være betinget) av naturlige materielle forbindelser og interaksjoner, så vel som objektive naturlover, som gjenspeiler mønstrene for forbindelse og interaksjon. "I denne forstand er det ingenting overnaturlig og absolutt i motsetning til materie i verden." 1 Samhandling er, i likhet med bevegelse, en form for å være (eksistens) av materie.

Eksistensen av alle materielle objekter manifesteres i interaksjon. For ethvert materiellt objekt å eksistere betyr å på en eller annen måte manifestere seg i forhold til andre materielle objekter, samhandle med dem, være i objektive forbindelser og forhold til dem. Hvis et hypotetisk materiale «objekt som ikke ville manifestere seg på noen måte i forhold til noen andre materielle objekter, ikke ville være forbundet med dem på noen måte, ikke ville samhandle med dem, så ville det ikke eksistere for disse andre materielle objektene. "Men vår antagelse om ham kunne heller ikke være basert på noe, siden vi på grunn av mangelen på interaksjon ville ha null informasjon om ham." 2

Interaksjon er prosessen med gjensidig påvirkning av noen materielle objekter på andre med utveksling av energi. Samspillet mellom materielle objekter kan være direkte, for eksempel i form av en kollisjon (sammenstøt) av to faste legemer. Eller det kan skje på avstand. I dette tilfellet er interaksjonen mellom materielle objekter sikret av de bosoniske (måle) grunnleggende feltene knyttet til dem. En endring i en materiell gjenstand forårsaker eksitasjon (avvik, forstyrrelse, fluktuasjon) av det tilsvarende bosoniske (måle) fundamentale feltet knyttet til det, og denne eksitasjonen forplanter seg i form av en bølge med en begrenset hastighet som ikke overstiger lysets hastighet i vakuum (nesten 300 tusen km/ Med). Samspillet mellom materielle objekter på avstand, i henhold til kvantefeltmekanismen for interaksjonsoverføring, er av utvekslingskarakter, siden bærerpartikler overfører interaksjonen i form av kvanter av det tilsvarende bosoniske (måle) fundamentale feltet. Ulike bosoner, som interaksjonsbærerpartikler, er eksitasjoner (avvik, forstyrrelser, fluktuasjoner) av de tilsvarende bosoniske (måle) grunnleggende feltene: under emisjon og absorpsjon av et materiell objekt er de reelle, og under forplantning er de virtuelle.

Det viser seg at i alle fall er samspillet mellom materielle objekter, selv på avstand, kortdistansehandlinger, siden det utføres uten hull eller tomrom.

Samspillet mellom en partikkel og en antipartikkel av et stoff er ledsaget av deres utslettelse, dvs. deres transformasjon til det tilsvarende fermion (spinor) fundamentale feltet. I dette tilfellet blir deres masse (gravitasjonsenergi) omdannet til energien til det tilsvarende fermioniske (spinor) fundamentale feltet.

Virtuelle partikler av det eksiterte (avvikende, forstyrrende, "skjelvende") fysiske vakuumet kan samhandle med ekte partikler, som om de omslutter dem, ledsager dem i form av såkalt kvanteskum. For eksempel, som et resultat av samspillet mellom elektronene til et atom med virtuelle partikler av det fysiske vakuumet, oppstår et visst skift i energinivåene deres i atomene, og elektronene selv utfører oscillerende bevegelser med en liten amplitude.

Det er fire typer grunnleggende interaksjoner: gravitasjon, elektromagnetisk, svak og sterk.

"Gravitasjonsinteraksjon manifesterer seg i gjensidig tiltrekning ... av materielle objekter som har masse" 1 i hvile, det vil si materielle objekter, på alle store avstander. Det antas at det eksiterte fysiske vakuumet, som genererer mange fundamentale partikler, er i stand til å manifestere gravitasjonsfrastøting. Gravitasjonsinteraksjon bæres av gravitoner i gravitasjonsfeltet. Gravitasjonsfeltet forbinder kropper og partikler med hvilemasse. Det kreves ikke noe medium for forplantning av et gravitasjonsfelt i form av gravitasjonsbølger (virtuelle gravitoner). Gravitasjonsinteraksjon er den svakeste i sin styrke, derfor er den ubetydelig i mikroverdenen på grunn av ubetydeligheten til partikkelmasser; i makroverdenen er dens manifestasjon merkbar, og den forårsaker for eksempel fall av kropper til jorden, og i megaverdenen den spiller en ledende rolle på grunn av de enorme massene av kropper i megaverdenen og den sørger for eksempel for rotasjon av Månen og kunstige satellitter rundt jorden; dannelsen og bevegelsen av planeter, planetoider, kometer og andre kropper i solsystemet og dets integritet; dannelsen og bevegelsen av stjerner i galakser - gigantiske stjernesystemer, inkludert opptil hundrevis av milliarder stjerner, forbundet med gjensidig tyngdekraft og felles opprinnelse, så vel som deres integritet; integriteten til galaksehoper - systemer med relativt tettliggende galakser forbundet med gravitasjonskrefter; integriteten til Metagalaxy - systemet av alle kjente klynger av galakser forbundet med gravitasjonskrefter, som en studert del av universet, integriteten til hele universet. Gravitasjonsinteraksjon bestemmer konsentrasjonen av materie spredt i universet og dets inkludering i nye utviklingssykluser.

"Elektromagnetisk interaksjon er forårsaket av elektriske ladninger og overføres" 1 av fotoner av det elektromagnetiske feltet over store avstander. Et elektromagnetisk felt binder kropper og partikler som har elektriske ladninger. Dessuten er stasjonære elektriske ladninger bare forbundet med den elektriske komponenten av det elektromagnetiske feltet i form elektrisk felt, og bevegelige elektriske ladninger er forbundet med både de elektriske og magnetiske komponentene i det elektromagnetiske feltet. For forplantning av et elektromagnetisk felt i form av elektromagnetiske bølger er det ikke nødvendig med noe ekstra medium, siden "et skiftende magnetfelt genererer et vekslende elektrisk felt, som igjen er en kilde til et vekslende magnetfelt" 2. "Elektromagnetisk interaksjon kan manifestere seg både som tiltrekning (mellom ulik ladninger) og som frastøting (mellom" 3 lignende ladninger). Elektromagnetisk interaksjon er mye sterkere enn gravitasjonsinteraksjon. Den manifesterer seg både i mikrokosmos og i makrokosmos og megaverdenen, men hovedrollen tilhører den i makrokosmos. Elektromagnetisk interaksjon sikrer samspillet mellom elektroner og kjerner. Interatomisk og intermolekylær interaksjon er elektromagnetisk, takket være den eksisterer for eksempel molekyler og utføres kjemisk form bevegelser av materie, kropper eksisterer og bestemmes av dem aggregeringstilstander, elastisitet, friksjon, overflatespenning av væske, synsfunksjoner. Dermed sikrer elektromagnetisk interaksjon stabiliteten til atomer, molekyler og makroskopiske legemer.

Elementærpartikler som har en hvilemasse deltar i svak interaksjon; den bæres av "visjoner" av 4 sporvidde felt. Svake interaksjonsfelt forbinder ulike elementærpartikler med hvilemasse. Den svake interaksjonen er mye svakere enn den elektromagnetiske kraften, men sterkere enn gravitasjonskraften. På grunn av sin korte virkning, manifesterer den seg bare i mikrokosmos, og forårsaker for eksempel flertallet av selvdesintegrasjoner av elementærpartikler (for eksempel desintegrerer et fritt nøytron med deltakelse av en negativt ladet gauge boson til et proton , elektron og elektron antineutrino, noen ganger produserer dette også et foton), interaksjonen av nøytrinoer med resten av stoffet.

Sterk interaksjon manifesterer seg i den gjensidige tiltrekningen av hadroner, som inkluderer kvarkstrukturer, for eksempel to-kvark mesoner og tre-kvark nukleoner. Det overføres av gluoner av gluonfelt. Gluonfelt binder hadroner. Dette er den sterkeste interaksjonen, men på grunn av sin korte virkning manifesterer den seg bare i mikrokosmos, og sikrer for eksempel koblingen av kvarker i nukleoner, koblingen av nukleoner i atomkjerner, og sikrer deres stabilitet. Den sterke interaksjonen er 1000 ganger sterkere enn den elektromagnetiske interaksjonen og tillater ikke lignende ladede protoner forent i kjernen å fly bort. Termonukleære reaksjoner, der flere kjerner kombineres til én, er også mulig på grunn av den sterke interaksjonen. Naturlig termonukleære reaktorer er stjernene som skaper alt kjemiske elementer tyngre enn hydrogen. Tunge multinukleonkjerner blir ustabile og fisjon, fordi størrelsene deres allerede overstiger avstanden som den sterke interaksjonen manifesterer seg på.

"Som et resultat eksperimentell forskning interaksjoner av elementærpartikler ... det ble oppdaget at ved høye kollisjonsenergier av protoner - omtrent 100 GeV - ... er de svake og elektromagnetiske interaksjonene ikke forskjellige - de kan betraktes som en enkelt elektrosvak interaksjon." 1 Det antas at "ved en energi på 10 15 GeV er de forbundet med en sterk interaksjon, og ved" 2 "enda høyere energier for interaksjon av partikler (opptil 10 19 GeV) eller ved en ekstremt høy temperatur av materie, alt fire fundamentale interaksjoner er preget av samme styrke, dvs. representerer én interaksjon" 3 i form av en "supermakt". Kanskje eksisterte slike høyenergiforhold i begynnelsen av utviklingen av universet, som dukket opp fra et fysisk vakuum. I prosessen med videre ekspansjon av universet, ledsaget av rask avkjøling av det resulterende stoffet, ble den integrerte interaksjonen først delt inn i elektrosvak, gravitasjon og sterk, og deretter ble den elektrosvake interaksjonen delt inn i elektromagnetisk og svak, dvs. i fire fundamentalt forskjellige interaksjoner.

BIBLIOGRAFI:

Karpenkov, S. Kh. Grunnleggende naturvitenskapelige begreper [Tekst]: lærebok. manual for universiteter / S. Kh. Karpenkov. – 2. utg., revidert. og tillegg – M.: Akademisk prosjekt, 2002. – 368 s.

Konsepter om moderne naturvitenskap [Tekst]: lærebok. for universiteter / Ed. V. N. Lavrinenko, V. P. Ratnikova. – 3. utgave, revidert. og tillegg – M.: UNITY-DANA, 2005. – 317 s.

Filosofiske naturvitenskapelige problemer [Tekst]: lærebok. håndbok for hovedfagsstudenter og filosofistudenter. og naturlig fak. un-tov / Ed. S. T. Melyukhina. – M.: forskerskolen, 1985. – 400 s.

Tsyupka, V.P. Naturvitenskapelig bilde av verden: konsepter for moderne naturvitenskap [Tekst]: lærebok. godtgjørelse / V. P. Tsyupka. – Belgorod: IPK NRU “BelSU”, 2012. – 144 s.

Tsyupka, V. P. Konsepter om moderne fysikk som utgjør det moderne fysiske bildet av verden [Elektronisk ressurs] // Vitenskapelig elektronisk arkiv Det russiske akademiet Naturvitenskap: korrespondanse. elektron. vitenskapelig konf. "Begreper om moderne naturvitenskap eller det naturvitenskapelige bildet av verden" URL: http://site/article/6315(publisert: 31.10.2011)

Yandex. Ordbøker. [Elektronisk ressurs] URL: http://slovari.yandex.ru/

1Karpenkov S. Kh. Grunnleggende naturvitenskapelige begreper. M. Akademisk prosjekt. 2002. S. 60.

2 Naturvitenskapelige naturvitenskapelige problemer. M. Videregående skole. 1985. S. 181.

3Karpenkov S. Kh. Grunnleggende naturvitenskapelige begreper... S. 60.

1Karpenkov S. Kh. Grunnleggende naturvitenskapelige begreper... S. 79.

1Karpenkov S. Kh.

1 Naturvitenskapens filosofiske problemer... S. 178.

2Ibid. S. 191.

1Karpenkov S. Kh. Grunnleggende naturvitenskapelige begreper... S. 67.

1Karpenkov S. Kh. Grunnleggende naturvitenskapelige begreper... S. 68.

3 Naturvitenskapens filosofiske problemer... S. 195.

4Karpenkov S. Kh. Grunnleggende naturvitenskapelige begreper... S. 69.

1Karpenkov S. Kh. Grunnleggende naturvitenskapelige begreper... S. 70.

2 Konsepter for moderne naturvitenskap. M. UNITY-DANA. 2005. S. 119.

3Karpenkov S. Kh. Grunnleggende naturvitenskapelige begreper... S. 71.

Tsyupka V.P. OM FORSTÅELSEN AV MATERIENS BEVEGELSE, DENS EVNE TIL SELVUTVIKLING, OG OGSÅ KOMMUNIKASJON OG SAMSPILLING AV MATERIALE OBJEKTER I MODERNE NATURFAG // Vitenskapelig elektronisk arkiv.
URL: (tilgangsdato: 17.03.2020).

±1 1 80,4 Svak interaksjon Z 0 0 1 91,2 Svak interaksjon Gluon 0 1 0 Sterk interaksjon Higgs boson 0 0 ≈125,09±0,24 Inert masse

Generasjon		Quarks med ladning (+2/3)				Quarks med ladning (−1/3)
			Kvark/antikvark symbol	Masse (MeV)		Navn/smak på kvark/antikvark	Kvark/antikvark symbol	Masse (MeV)
1		u-kvark (opp-kvark) / anti-u-kvark	$u\; /\; \backslash ,\; \backslash overline(u)$	fra 1,5 til 3		d-kvark (ned-kvark) / anti-d-kvark	$d\; /\; \backslash ,\; \backslash overline(d)$	4,79±0,07
2		c-kvark (sjarm-kvark) / anti-c-kvark	$c\; /\; \backslash ,\; \backslash overline(c)$	1250 ± 90		s-kvark (merkelig kvark) / anti-s-kvark	$s\; /\; \backslash ,\; \backslash overline(r)$	95 ± 25
3		t-kvark (toppkvark) / anti-t-kvark	$t\; /\; \backslash ,\; \backslash overline(t)$	174 200 ± 3300		b-kvark (bunn-kvark) / anti-b-kvark	$b\; /\; \backslash ,\; \backslash overline(b)$	4200±70

se også

Skriv en anmeldelse om artikkelen "Fundamental partikkel"

Notater

Linker

• S. A. Slavatinsky// Moscow Institute of Physics and Technology (Dolgoprudny, Moskva-regionen)
• Slavatinsky S.A. // SOZH, 2001, nr. 2, s. 62–68 archive web.archive.org/web/20060116134302/journal.issep.rssi.ru/annot.php?id=S1176
• // nuclphys.sinp.msu.ru
• // second-physics.ru
• //physics.ru
• // nature.web.ru
• // nature.web.ru
• // nature.web.ru

Fundamental partikler Sammensatte partikler Tilkoblinger grunnleggende og/eller komposittpartikler Regelmessig Uvanlig Annen klassifiseringer partikler

Utdrag som karakteriserer den grunnleggende partikkelen

Dagen etter våknet han sent. Ved å fornye inntrykkene fra fortiden, husket han først og fremst at han i dag måtte presentere seg for keiser Franz, han husket krigsministeren, den høflige østerrikske adjutanten Bilibin og samtalen i går kveld. Fullkledd kjole uniform, som han ikke hadde brukt på lenge, for en tur til palasset, gikk han, frisk, livlig og kjekk, med armen bundet inn på Bilibins kontor. Det var fire herrer fra det diplomatiske korpset på kontoret. Bolkonsky var kjent med prins Ippolit Kuragin, som var sekretær for ambassaden; Bilibin introduserte ham for andre.
Herrene som besøkte Bilibin, sekulære, unge, rike og blide mennesker, dannet en egen krets både i Wien og her, som Bilibin, som var leder for denne kretsen, kalte vår, les nftres. Denne kretsen, som nesten utelukkende besto av diplomater, hadde tilsynelatende sine egne interesser som ikke hadde noe med krig og politikk å gjøre, høysamfunnets interesser, forholdet til visse kvinner og den geistlige siden av tjenesten. Disse herrene tok tilsynelatende villig prins Andrei inn i sin krets som en av sine egne (en ære de gjorde til få). Av høflighet, og som samtaleemne, ble han stilt flere spørsmål om hæren og slaget, og samtalen smuldret igjen opp i inkonsekvente, muntre vitser og sladder.
"Men det er spesielt bra," sa en og fortalte at en meddiplomat mislyktes, "det som er spesielt bra er at kansleren direkte fortalte ham at hans utnevnelse til London var en forfremmelse, og at han burde se på det på den måten." Ser du figuren hans samtidig?...
"Men hva som er verre, mine herrer, jeg gir dere Kuragin: mannen er i ulykke, og denne Don Juan, denne forferdelige mannen, utnytter det!"
Prins Hippolyte lå i en Voltaire-stol med bena i kryss over armen. Han lo.
«Parlez moi de ca, [Kom igjen, kom igjen,]» sa han.
- Å, Don Juan! Å slange! – stemmer ble hørt.
"Du vet ikke, Bolkonsky," vendte Bilibin seg til prins Andrei, "at alle grusomhetene fransk hær(Jeg sa nesten - den russiske hæren) - ingenting sammenlignet med hva denne mannen gjorde mellom kvinner.
«La femme est la compagne de l"homme, [En kvinne er en manns venn],» sa prins Hippolyte og begynte å se gjennom lorgnetten på de hevede bena hans.
Bilibin og våre brøt ut i latter og så inn i øynene til Ippolit. Prins Andrei så at denne Ippolit, som han (måtte innrømme) nesten var sjalu på sin kone, var en narr i dette samfunnet.
«Nei, jeg må unne deg Kuragin,» sa Bilibin stille til Bolkonsky. – Han er sjarmerende når han snakker om politikk, du må se denne betydningen.
Han satte seg ved siden av Hippolytus og samlet folder på pannen og begynte en samtale med ham om politikk. Prins Andrei og andre omringet begge.
"Le cabinet de Berlin ne peut pas exprimer un sentiment d" alliance," begynte Hippolyte og så på alle betydelig, "sans exprimer... comme dans sa derieniere note... vous comprenez... vous comprenez... et puis si sa Majeste l"Empereur ne deroge pas au principe de notre-alliansen... [Berlin-kabinettet kan ikke uttrykke sin mening om alliansen uten å uttrykke... som i sin siste note... du forstår... du forstår.. Men hvis Hans Majestet Keiseren ikke endrer essensen av alliansen vår...]
«Attendez, je n"ai pas fini...," sa han til prins Andrei og tok tak i hånden hans. "Jeg antar at det er que l"intervention sera plus forte que la non intervention." Et...» Han stoppet. – On ne pourra pas imputer a la fin de non recevoir notre depeche du 28 novembre. Voila kommentar tout cela finira. [Vent, jeg er ikke ferdig. Jeg tror at intervensjon vil være sterkere enn ikke-intervensjon.Og... Det er umulig å vurdere saken over dersom vår utsendelse av 28. november ikke blir akseptert. Hvordan vil alt dette ende?]
Og han slapp Bolkonskys hånd, og indikerte at han nå var helt ferdig.
"Demosthenes, je te reconnais au caillou que tu as cache dans ta bouche d"or! [Demosthenes, jeg kjenner deg igjen på rullesteinen som du gjemmer i dine gylne lepper!] - sa Bilibin, hvis hårlokk beveget seg på hodet hans med glede.
Alle lo. Hippolytus lo høyest av alle. Han led tilsynelatende, ble kvalt, men kunne ikke motstå den ville latteren som strakte det alltid ubevegelige ansiktet hans.
«Vel, mine herrer,» sa Bilibin, «Bolkonskij er min gjest i huset og her i Brunn, og jeg vil unne ham, så mye jeg kan, med alle livets gleder her.» Hvis vi var i Brunn, ville det vært enkelt; men her, dans ce vilain trou morave [i dette ekle moraviske hullet], er det vanskeligere, og jeg ber dere alle om hjelp. Il faut lui faire les honneurs de Brunn. [Vi må vise ham Brunn.] Du overtar teatret, jeg – samfunnet, du, Hippolytus, selvfølgelig – kvinner.
– Vi må vise ham Amelie, hun er nydelig! - sa en av våre og kysset fingertuppene.
"Generelt bør denne blodtørstige soldaten," sa Bilibin, "omvendes til mer humane synspunkter."
«Jeg kommer neppe til å dra nytte av deres gjestfrihet, mine herrer, og nå er det på tide for meg å dra,» sa Bolkonsky og så på klokken.
- Hvor?
- Til keiseren.
- OM! O! O!
- Vel, farvel, Bolkonsky! Farvel, prins; «Kom til middag tidligere,» ble stemmer hørt. – Vi tar vare på deg.
"Prøv å prise rekkefølgen i leveringen av proviant og ruter så mye som mulig når du snakker med keiseren," sa Bilibin og eskorterte Bolkonsky til fronthallen.
"Og jeg vil gjerne rose, men jeg kan ikke, så mye jeg vet," svarte Bolkonsky smilende.
– Vel, generelt, snakk så mye som mulig. Hans lidenskap er publikum; men han selv liker ikke å snakke og vet ikke hvordan, som du vil se.

Disse tre partiklene (så vel som andre beskrevet nedenfor) blir gjensidig tiltrukket og frastøtt i henhold til deres kostnader, hvorav det bare er fire typer i henhold til antall grunnleggende naturkrefter. Ladningene kan ordnes i avtagende rekkefølge av de tilsvarende kreftene som følger: fargeladning (vekselvirkningskrefter mellom kvarker); elektrisk ladning (elektriske og magnetiske krefter); svak ladning (krefter i noen radioaktive prosesser); til slutt, masse (gravitasjonskraft eller gravitasjonsinteraksjon). Ordet "farge" her har ingenting å gjøre med fargen på synlig lys; det er rett og slett et kjennetegn på en sterk ladning og de største kreftene.

Avgifter er lagret, dvs. ladning kommer inn i systemet lik ladning, kommer ut av det. Hvis den totale elektriske ladningen til et visst antall partikler før deres interaksjon er lik for eksempel 342 enheter, vil den etter interaksjonen, uavhengig av resultatet, være lik 342 enheter. Dette gjelder også andre ladninger: farge (sterk interaksjonsladning), svak og masse (masse). Partikler er forskjellige i ladningene: i hovedsak "er" de disse ladningene. Anklager er som et "sertifikat" på retten til å svare på den aktuelle styrken. Det er altså kun fargede partikler som påvirkes av fargekrefter, kun elektrisk ladede partikler påvirkes av elektriske krefter osv. Egenskapene til en partikkel bestemmes av den største kraften som virker på den. Bare kvarker er bærere av alle ladninger og er derfor underlagt virkningen av alle krefter, blant dem er den dominerende fargen. Elektroner har alle ladninger unntatt farge, og den dominerende kraften for dem er den elektromagnetiske kraften.

De mest stabile i naturen er som regel nøytrale kombinasjoner av partikler der ladningen av partikler av det ene tegnet kompenseres av den totale ladningen av partikler av det andre tegnet. Dette tilsvarer minimumsenergien til hele systemet. (På samme måte er to stangmagneter arrangert i en linje, med Nordpolen en av dem vender mot sørpolen til den andre, som tilsvarer minimumsenergien til magnetfeltet.) Tyngdekraften er et unntak fra denne regelen: negativ masse eksisterer ikke. Det er ingen kropper som faller oppover.

TYPER SAKER

Vanlig materie er dannet av elektroner og kvarker, gruppert i objekter som er nøytrale i fargen og deretter i elektrisk ladning. Fargekraften nøytraliseres, som vil bli diskutert mer detaljert nedenfor, når partiklene kombineres til tripletter. (Derav begrepet "farge" i seg selv, hentet fra optikk: tre primærfarger når de blandes produserer hvitt.) Dermed danner kvarker der fargestyrken er den viktigste, trillinger. Men kvarker, og de er delt inn i u-kvarker (fra det engelske opp - toppen) og d-kvarker (fra engelske ned - bunn), har også en elektrisk ladning lik u-kvark og for d-kvark. To u-kvark og en d-kvarker gir en elektrisk ladning på +1 og danner et proton, og ett u-kvark og to d-kvarker gir null elektrisk ladning og danner et nøytron.

Stabile protoner og nøytroner, tiltrukket av hverandre av gjenværende fargekrefter av interaksjon mellom deres konstituerende kvarker, danner en fargenøytral atomkjerne. Men kjerner har en positiv elektrisk ladning og tiltrekker negative elektroner som går i bane rundt kjernen som planeter som går i bane rundt solen, og har en tendens til å danne et nøytralt atom. Elektroner i banene deres fjernes fra kjernen i avstander som er titusenvis av ganger større enn radiusen til kjernen - bevis på at de elektriske kreftene som holder dem er mye svakere enn kjernefysiske. Takket være kraften til fargeinteraksjon er 99,945 % av et atoms masse inneholdt i kjernen. Vekt u- Og d-kvarker er omtrent 600 ganger massen til et elektron. Derfor er elektroner mye lettere og mer mobile enn kjerner. Deres bevegelse i materie er forårsaket av elektriske fenomener.

Det er flere hundre naturlige varianter av atomer (inkludert isotoper), som varierer i antall nøytroner og protoner i kjernen og følgelig i antall elektroner i deres baner. Det enkleste er hydrogenatomet, som består av en kjerne i form av et proton og et enkelt elektron som roterer rundt det. All "synlig" materie i naturen består av atomer og delvis "demonterte" atomer, som kalles ioner. Ioner er atomer som, etter å ha mistet (eller fått) flere elektroner, har blitt ladede partikler. Materie som nesten utelukkende består av ioner kalles plasma. Stjerner som brenner på grunn av termonukleære reaksjoner som skjer i sentrene består hovedsakelig av plasma, og siden stjerner er den vanligste formen for materie i universet, kan vi si at hele universet hovedsakelig består av plasma. Mer presist er stjerner overveiende fullionisert hydrogengass, dvs. en blanding av individuelle protoner og elektroner, og derfor består nesten hele det synlige universet av det.

Dette er en synlig sak. Men det er også usynlig materie i universet. Og det er partikler som fungerer som kraftbærere. Det er antipartikler og eksiterte tilstander for noen partikler. Alt dette fører til en klart overdreven overflod av "elementære" partikler. I denne overfloden kan man finne en indikasjon på den faktiske, sanne naturen til elementærpartikler og kreftene som virker mellom dem. I følge de nyeste teoriene kan partikler i hovedsak være utvidede geometriske objekter - "strenger" i ti-dimensjonalt rom.

Den usynlige verden.

Universet inneholder ikke bare synlig materie (men også svarte hull og " mørk materie", for eksempel kalde planeter som blir synlige hvis de er opplyst). Det er også virkelig usynlig materie som gjennomsyrer oss alle og hele universet hvert sekund. Det er en raskt bevegelig gass av partikler av én type - elektronnøytrinoer.

En elektronnøytrino er en partner til et elektron, men har ingen elektrisk ladning. Nøytrinoer bærer kun en såkalt svak ladning. Deres hvilemasse er, etter all sannsynlighet, null. Men de samhandler med gravitasjonsfeltet fordi de har kinetisk energi E, som tilsvarer den effektive massen m, ifølge Einsteins formel E = mc 2 hvor c- lysets hastighet.

Nøytrinoens nøkkelrolle er at den bidrar til transformasjonen Og-kvarker inn d-kvarker, som et resultat av at et proton blir til et nøytron. Nøytrinoer fungerer som "forgassernålen" for stjernefusjonsreaksjoner, der fire protoner (hydrogenkjerner) kombineres for å danne en heliumkjerne. Men siden heliumkjernen ikke består av fire protoner, men av to protoner og to nøytroner, er det for slik kjernefusjon nødvendig at to Og-kvarker ble til to d-kvark. Intensiteten av transformasjonen avgjør hvor raskt stjernene vil brenne. Og transformasjonsprosessen bestemmes av svake ladninger og svake interaksjonskrefter mellom partikler. Hvori Og-kvark (elektrisk ladning +2/3, svak ladning +1/2), interagerer med et elektron (elektrisk ladning - 1, svak ladning -1/2), danner d-kvark (elektrisk ladning –1/3, svak ladning –1/2) og elektronnøytrino (elektrisk ladning 0, svak ladning +1/2). Fargeladningene (eller bare fargene) til de to kvarkene opphever seg i denne prosessen uten nøytrinoen. Nøytrinoens rolle er å bære bort den ukompenserte svake ladningen. Derfor avhenger transformasjonshastigheten av hvor svake de svake kreftene er. Hvis de var svakere enn de er, ville ikke stjernene brenne i det hele tatt. Hvis de var sterkere, ville stjernene ha brent ut for lenge siden.

Hva med nøytrinoer? Fordi disse partiklene samhandler ekstremt svakt med annen materie, forlater de nesten umiddelbart stjernene der de ble født. Alle stjerner skinner, og sender ut nøytrinoer, og nøytrinoer skinner gjennom kroppene våre og hele jorden dag og natt. Så de vandrer rundt i universet til de kanskje går inn i en ny interaksjon STJERNER).

Bærere av interaksjoner.

Hva forårsaker krefter som virker mellom partikler på avstand? Moderne fysikk svar: på grunn av utveksling av andre partikler. Se for deg to hurtigløpere som kaster en ball rundt. Ved å gi ballen momentum når den kastes og motta momentum med den mottatte ballen, mottar begge et dytt i en retning bort fra hverandre. Dette kan forklare fremveksten av frastøtende krefter. Men i kvantemekanikken, som tar for seg fenomener i mikroverdenen, tillates uvanlig strekking og delokalisering av hendelser, noe som fører til det tilsynelatende umulige: en av skaterne kaster ballen i retningen fra annerledes, men den likevel Kan være fange denne ballen. Det er ikke vanskelig å forestille seg at hvis dette var mulig (og i elementærpartiklers verden er det mulig), ville det oppstå tiltrekning mellom skaterne.

Partiklene, på grunn av utvekslingen som interaksjonskreftene mellom de fire "stoffpartiklene" diskutert ovenfor, kalles gauge-partikler. Hver av de fire interaksjonene – sterk, elektromagnetisk, svak og gravitasjon – har sitt eget sett med målepartikler. Bærerpartiklene til den sterke interaksjonen er gluoner (det er bare åtte av dem). Et foton er en bærer av elektromagnetisk interaksjon (det er bare ett, og vi oppfatter fotoner som lys). Bærerpartiklene til den svake interaksjonen er mellomvektorbosoner (de ble oppdaget i 1983 og 1984 W + -, W- - bosoner og nøytrale Z-boson). Bærerpartikkelen for gravitasjonsinteraksjon er den fortsatt hypotetiske gravitonen (det skal bare være en). Alle disse partiklene, bortsett fra fotonet og graviton, som kan reise uendelig lange avstander, eksisterer bare i prosessen med utveksling mellom materielle partikler. Fotoner fyller universet med lys, og gravitoner fyller gravitasjonsbølger(ennå ikke pålitelig oppdaget).

En partikkel som er i stand til å sende ut målepartikler sies å være omgitt av et tilsvarende kraftfelt. Dermed er elektroner som er i stand til å sende ut fotoner omgitt av elektriske og magnetiske felt, samt svake og gravitasjonsfelt. Quarks er også omgitt av alle disse feltene, men også av det sterke interaksjonsfeltet. Partikler med en fargeladning i feltet for fargekrefter påvirkes av fargekraften. Det samme gjelder andre naturkrefter. Derfor kan vi si at verden består av materie (materielle partikler) og felt (gauge partikler). Mer om dette nedenfor.

Antimaterie.

Hver partikkel har en antipartikkel, som partikkelen gjensidig kan utslette, dvs. "utslette", noe som resulterer i frigjøring av energi. "Ren" energi i seg selv eksisterer imidlertid ikke; Som et resultat av utslettelse dukker det opp nye partikler (for eksempel fotoner) som frakter bort denne energien.

I de fleste tilfeller har en antipartikkel egenskaper motsatt av den tilsvarende partikkelen: hvis en partikkel beveger seg til venstre under påvirkning av sterke, svake eller elektromagnetiske felt, vil antipartikkelen bevege seg til høyre. Kort sagt, antipartiklen har motsatte fortegn av alle ladninger (unntatt masseladningen). Hvis en partikkel er sammensatt, for eksempel et nøytron, består antipartikkelen av komponenter med motsatte ladningstegn. Dermed har et antielektron en elektrisk ladning på +1, en svak ladning på +1/2 og kalles et positron. Antinøytron består av Og-antikvarker med elektrisk ladning –2/3 og d-antikvarker med elektrisk ladning +1/3. Ekte nøytrale partikler er deres egne antipartikler: antipartikkelen til et foton er et foton.

I følge moderne teoretiske konsepter bør hver partikkel som eksisterer i naturen ha sin egen antipartikkel. Og mange antipartikler, inkludert positroner og antinøytroner, ble faktisk oppnådd i laboratoriet. Konsekvensene av dette er ekstremt viktige og ligger til grunn for all eksperimentell partikkelfysikk. I følge relativitetsteorien er masse og energi ekvivalente, og under visse forhold kan energi omdannes til masse. Siden ladning er bevart, og ladningen av vakuum (tomt rom) er null, kan alle par av partikler og antipartikler (med null netto ladning) komme ut av vakuumet, som kaniner fra en tryllekunstnerhatt, så lenge det er nok energi til å skape sin masse.

Generasjoner av partikler.

Akseleratorforsøk har vist at kvartetten av materialpartikler gjentas minst to ganger ved høyere masseverdier. I andre generasjon blir elektronets plass tatt av myonen (med en masse som er omtrent 200 ganger større enn massen til elektronet, men med samme verdier av alle andre ladninger), er stedet for elektronnøytrinoen tatt av myonet (som følger med myonet i svake interaksjoner på samme måte som elektronet ledsages av elektronnøytrinoet), plasser Og-kvark opptar Med-kvark ( sjarmert), A d-kvark - s-kvark ( rar). I tredje generasjon består kvartetten av en tau lepton, en tau neutrino, t-kvark og b-kvark.

Vekt t-en kvark er omtrent 500 ganger massen av den letteste - d-kvark. Det er eksperimentelt fastslått at det bare finnes tre typer lette nøytrinoer. Dermed eksisterer den fjerde generasjonen av partikler enten ikke i det hele tatt, eller de tilsvarende nøytrinoene er veldig tunge. Dette stemmer overens med kosmologiske data, ifølge hvilke ikke mer enn fire typer lette nøytrinoer kan eksistere.

I forsøk med høyenergipartikler fungerer elektronet, myonet, tau leptonet og tilsvarende nøytrinoer som isolerte partikler. De har ingen fargeladning og inngår kun svake og elektromagnetiske interaksjoner. Samlet kalles de leptoner.

Tabell 2. GENERASJONER AV FUNDAMENTELLE Partikler
Partikkel	Hvilemasse, MeV/ Med 2	Elektrisk ladning	Fargeladning	Svak ladning
ANDRE GENERASJON
Med-kvark	1500	+2/3	Rød, grønn eller blå	+1/2
s-kvark	500	–1/3	Samme	–1/2
Myonnøytrino		0	0	+1/2
Muon	106	0	0	–1/2
TREDJE GENERASJON
t-kvark	30000–174000	+2/3	Rød, grønn eller blå	+1/2
b-kvark	4700	–1/3	Samme	–1/2
Tau nøytrino		0	0	+1/2
Tau	1777	–1	0	–1/2

Kvarker, under påvirkning av fargekrefter, kombineres til sterkt samvirkende partikler som dominerer de fleste høyenergifysikkeksperimenter. Slike partikler kalles hadroner. De inkluderer to underklasser: baryoner(som et proton og et nøytron), som består av tre kvarker, og mesoner, bestående av en kvark og en antikvark. I 1947 ble den første mesonen, kalt pion (eller pi-meson), oppdaget i kosmiske stråler, og i noen tid ble det antatt at utvekslingen av disse partiklene var hovedårsaken til kjernefysiske krefter. Omega-minus hadroner, oppdaget i 1964 ved Brookhaven National Laboratory (USA), og JPS-partikkelen ( J/y-meson), oppdaget samtidig ved Brookhaven og ved Stanford Linear Accelerator Center (også i USA) i 1974. Eksistensen av omega minus-partikkelen ble spådd av M. Gell-Mann i hans såkalte " S.U. 3 teori" (et annet navn er den "åttedelte banen"), der muligheten for eksistensen av kvarker først ble foreslått (og dette navnet ble gitt til dem). Et tiår senere, oppdagelsen av partikkelen J/y bekreftet eksistensen Med-kvark og fikk til slutt alle til å tro på både kvarkmodellen og teorien som forente elektromagnetiske og svake krefter ( se nedenfor).

Partikler av andre og tredje generasjon er ikke mindre ekte enn den første. Etter å ha oppstått, forfaller de i milliondeler eller milliarddeler av et sekund til vanlige partikler av den første generasjonen: elektron, elektronnøytrino og også Og- Og d-kvarker. Spørsmålet om hvorfor det er flere generasjoner med partikler i naturen er fortsatt et mysterium.

Ulike generasjoner av kvarker og leptoner snakkes ofte om (som selvfølgelig er noe eksentrisk) som forskjellige "smaker" av partikler. Behovet for å forklare dem kalles "smak"-problemet.

BOSONER OG FERMIONER, FELT OG MATERIE

En av de grunnleggende forskjellene mellom partikler er forskjellen mellom bosoner og fermioner. Alle partikler er delt inn i disse to hovedklassene. Identiske bosoner kan overlappe eller overlappe, men identiske fermioner kan ikke. Superposisjon forekommer (eller forekommer ikke) i de diskrete energitilstandene som kvantemekanikken deler naturen inn i. Disse tilstandene er som separate celler som partikler kan plasseres i. Så du kan legge så mange identiske bosoner du vil i én celle, men bare én fermion.

Som et eksempel kan du vurdere slike celler, eller "tilstander", for et elektron som kretser rundt kjernen til et atom. I motsetning til planeter solsystemet, kan elektronet, i henhold til kvantemekanikkens lover, ikke sirkulere i noen elliptisk bane; for det er det bare en diskret serie av tillatte "bevegelsestilstander." Sett med slike tilstander, gruppert i henhold til avstanden fra elektronet til kjernen, kalles orbitaler. I den første orbitalen er det to tilstander med forskjellig vinkelmomentum og derfor to tillatte celler, og i høyere orbitaler er det åtte eller flere celler.

Siden elektronet er en fermion, kan hver celle bare inneholde ett elektron. Svært viktige konsekvenser følger av dette - hele kjemien, siden de kjemiske egenskapene til stoffer bestemmes av interaksjonene mellom de tilsvarende atomene. Hvis du følger med periodiske tabell elementer fra ett atom til et annet i rekkefølgen til å øke antallet protoner i kjernen med ett (antall elektroner vil også øke tilsvarende), deretter vil de to første elektronene okkupere den første orbitalen, de neste åtte vil være lokalisert i andre osv. Denne konsekvente endringen i den elektroniske strukturen til atomer fra element til element bestemmer mønstrene i deres kjemiske egenskaper.

Hvis elektroner var bosoner, kunne alle elektronene i et atom okkupere samme orbital, tilsvarende minimumsenergien. I dette tilfellet vil egenskapene til all materie i universet være helt annerledes, og universet i den formen vi vet det ville være umulig.

Alle leptoner - elektron, myon, tau lepton og deres tilsvarende nøytrinoer - er fermioner. Det samme kan sies om kvarker. Dermed er alle partikler som danner "materie", universets hovedfyllstoff, så vel som usynlige nøytrinoer, fermioner. Dette er ganske betydelig: fermioner kan ikke kombineres, så det samme gjelder gjenstander i den materielle verden.

Samtidig vil alle "gauge-partiklene" som utveksles mellom interagerende materialpartikler og som skaper et felt av krefter ( se ovenfor), er bosoner, noe som også er veldig viktig. Så for eksempel kan mange fotoner være i samme tilstand og danne et magnetfelt rundt en magnet eller et elektrisk felt rundt en elektrisk ladning. Takket være dette er laser også mulig.

Snurre rundt.

Forskjellen mellom bosoner og fermioner er assosiert med en annen egenskap ved elementærpartikler - snurre rundt. Overraskende nok har alle fundamentale partikler sitt eget vinkelmoment eller, enklere sagt, roterer rundt sin egen akse. Momentum - karakteristisk rotasjonsbevegelse, samt den totale impulsen – translasjonell. I enhver interaksjon er vinkelmomentum og momentum bevart.

I mikrokosmos kvantiseres vinkelmomentet, dvs. tar diskrete verdier. I passende måleenheter har leptoner og kvarker et spinn på 1/2, og gauge-partikler har et spinn på 1 (bortsett fra gravitonen, som ennå ikke er observert eksperimentelt, men teoretisk sett burde ha et spinn på 2). Siden leptoner og kvarker er fermioner, og gauge-partikler er bosoner, kan vi anta at "fermionitet" er assosiert med spinn 1/2, og "bosonisitet" er assosiert med spinn 1 (eller 2). Faktisk bekrefter både eksperimentet og teorien at hvis en partikkel har et halvt heltallsspinn, så er det en fermion, og hvis den har et heltallsspinn, så er det et boson.

MÅLETEORIER OG GEOMETRI

I alle tilfeller oppstår kreftene på grunn av utveksling av bosoner mellom fermioner. Dermed oppstår fargekraften til interaksjon mellom to kvarker (kvarker - fermioner) på grunn av utveksling av gluoner. En lignende utveksling skjer konstant i protoner, nøytroner og atomkjerner. Tilsvarende skaper fotonene som utveksles mellom elektroner og kvarker de elektriske tiltrekningskreftene som holder elektronene i atomet, og de mellomvektorbosonene som utveksles mellom leptoner og kvarker skaper de svake interaksjonskreftene som er ansvarlige for å konvertere protoner til nøytroner kl. termonukleære reaksjoner i stjernene.

Teorien bak denne utvekslingen er elegant, enkel og sannsynligvis korrekt. Det kalles måle teori. Men for tiden er det bare uavhengige gauge-teorier om sterke, svake og elektromagnetiske interaksjoner og en lignende, men noe annerledes, måle-teori om tyngdekraften. Et av de viktigste fysiske problemene er reduksjonen av disse individuelle teoriene til en enkelt og samtidig enkel teori, der de alle ville bli ulike aspekter en enkelt virkelighet - som kantene på en krystall.

Tabell 3. NOEN HADRONER

Tabell 3. NOEN HADRONER
Partikkel	Symbol	Quark komposisjon *	Hvilemasse, MeV/ Med 2	Elektrisk ladning
BARIONER
Proton	s	uud	938	+1
Nøytron	n	udd	940	0
Omega minus	W –	sss	1672	–1
MESONER
Pi-pluss	s +	u	140	+1
Pi minus	s –	du	140	–1
Fi	f	sє	1020	0
JP	J/y	cў	3100	0
Upsilon	Ў	b	9460	0
* Quark komposisjon: u– toppen; d- Nedre; s- rar; c- fortryllet; b- Vakkert. Antikviteter er angitt med en linje over bokstaven.

Den enkleste og eldste av gauge-teoriene er gauge-teorien for elektromagnetisk interaksjon. I den blir ladningen til et elektron sammenlignet (kalibrert) med ladningen til et annet elektron fjernt fra det. Hvordan kan du sammenligne kostnader? Du kan for eksempel bringe det andre elektronet nærmere det første og sammenligne deres interaksjonskrefter. Men endres ikke ladningen til et elektron når det beveger seg til et annet punkt i rommet? Den eneste måten å sjekke er å sende et signal fra et nært elektron til et fjernt og se hvordan det reagerer. Signalet er en målepartikkel – et foton. For å kunne teste ladningen på fjerne partikler trengs et foton.

Matematisk er denne teorien ekstremt nøyaktig og vakker. All kvanteelektrodynamikk følger av "måleprinsippet" beskrevet ovenfor ( kvanteteori elektromagnetisme), samt Maxwells teori om det elektromagnetiske feltet - en av de største vitenskapelige prestasjonene på 1800-tallet.

Hvorfor er et så enkelt prinsipp så fruktbart? Tilsynelatende uttrykker det en viss korrelasjon mellom forskjellige deler av universet, slik at det kan gjøres målinger i universet. I matematiske termer tolkes feltet geometrisk som krumningen av et eller annet tenkelig "indre" rom. Å måle ladning er å måle den totale "indre krumningen" rundt partikkelen. Gauge-teoriene om de sterke og svake interaksjonene skiller seg fra den elektromagnetiske gauge-teorien bare i den interne geometriske "strukturen" til den tilsvarende ladningen. Spørsmålet om hvor nøyaktig dette indre rommet er, søkes besvart av flerdimensjonale enhetsfeltteorier, som ikke diskuteres her.

Tabell 4. GRUNNLEGGENDE INTERAKSJONER
Interaksjon	Relativ intensitet i en avstand på 10–13 cm	Handlingsradius	Interaksjonsbærer	Bærer hvilemasse, MeV/ Med 2	Snurr bæreren
Sterk	1		Gluon	0	1
elektro- magnetisk	0,01	Ґ	Foton	0	1
Svak	10 –13		W +	80400	1
			W –	80400	1
			Z 0	91190	1
Gravita- tional	10 –38	Ґ	Graviton	0	2

Partikkelfysikk er ennå ikke fullført. Det er fortsatt langt fra klart om de tilgjengelige dataene er tilstrekkelige til å fullt ut forstå naturen til partikler og krefter, så vel som den sanne naturen og dimensjonen til rom og tid. Trenger vi eksperimenter med energier på 10 15 GeV for dette, eller vil tankeinnsatsen være tilstrekkelig? Ikke noe svar ennå. Men vi kan med sikkerhet si at det endelige bildet vil være enkelt, elegant og vakkert. Det er mulig at det ikke vil være så mange grunnleggende ideer: måleprinsippet, rom med høyere dimensjoner, kollaps og ekspansjon, og fremfor alt geometri.

Mikroverden strukturer

Tidligere ble elementærpartikler kalt partikler som er en del av et atom og ikke kan brytes ned til mer elementære komponenter, nemlig elektroner og kjerner.

Senere ble det funnet at kjerner består av enklere partikler - nukleoner(protoner og nøytroner), som igjen består av andre partikler. Derfor elementærpartikler begynte å bli vurdert små partikler saken , unntatt atomer og deres kjerner .

Til dags dato har hundrevis av elementærpartikler blitt oppdaget, noe som krever deres klassifisering:

– etter type interaksjon

- etter livstidspunkt

– største rygg

Elementærpartikler er delt inn i følgende grupper:

Sammensatte og fundamentale (strukturløse) partikler

Sammensatte partikler

Hadroner (tunge)– partikler som deltar i alle typer grunnleggende interaksjoner. De består av kvarker og er igjen delt inn i: mesoner– hadroner med heltallsspinn, det vil si at de er bosoner; baryoner– hadroner med halvtallsspinn, det vil si fermioner. Disse inkluderer spesielt partiklene som utgjør kjernen til et atom - proton og nøytron, dvs. nukleoner.

Fundamentale (strukturløse) partikler

Leptoner (lette)– fermioner, som har form av punktpartikler (dvs. ikke består av noe) opp til skalaer i størrelsesorden 10 − 18 m. De deltar ikke i sterke interaksjoner. Deltakelse i elektromagnetiske interaksjoner ble eksperimentelt observert bare for ladede leptoner (elektroner, myoner, tau-leptoner) og ble ikke observert for nøytrinoer.

Quarks– fraksjonelt ladede partikler som utgjør hadroner. De ble ikke observert i fristaten.

Målebosoner– partikler gjennom utvekslingen av hvilke interaksjoner utføres:

– foton – en partikkel som bærer elektromagnetisk interaksjon;

– åtte gluoner – partikler som bærer det sterke samspillet;

– tre mellomvektorbosoner W + , W- og Z 0, som tåler svake interaksjoner;

– graviton er en hypotetisk partikkel som overfører gravitasjonsinteraksjon. Eksistensen av gravitoner, selv om det ennå ikke er eksperimentelt bevist på grunn av svakheten i gravitasjonsinteraksjonen, anses som ganske sannsynlig; graviton er imidlertid ikke inkludert i standardmodellen for elementærpartikler.

Ifølge moderne ideer, til fundamentale partikler(eller "ekte" elementærpartikler), som ikke har en indre struktur og endelige dimensjoner, inkluderer:

Kvarker og leptoner

Partikler som gir grunnleggende interaksjoner: gravitoner, fotoner, vektorbosoner, gluoner.

Klassifisering av elementærpartikler etter levetid:

- stabil: partikler hvis levetid er veldig lang (i grensen har den en tendens til uendelig). Disse inkluderer elektroner , protoner , nøytrino . Nøytroner er også stabile inne i kjerner, men de er ustabile utenfor kjernen.

- ustabil (kvasistabile): elementærpartikler er de partiklene som forfaller på grunn av elektromagnetiske og svake interaksjoner, og hvis levetid er mer enn 10–20 sekunder. Slike partikler inkluderer fritt nøytron (dvs. et nøytron utenfor kjernen til et atom)

- resonanser (ustabil, kortvarig). Resonanser inkluderer elementærpartikler som forfaller på grunn av sterke interaksjoner. Levetiden deres er mindre enn 10-20 sekunder.

Klassifisering av partikler etter deltakelse i interaksjoner:

- leptoner : Disse inkluderer nøytroner. Alle av dem deltar ikke i virvelen av intranukleære interaksjoner, dvs. er ikke utsatt for sterke interaksjoner. De deltar i svak interaksjon, og de med elektrisk ladning deltar også i elektromagnetisk interaksjon

- hadroner : partikler som eksisterer inni atomkjernen og delta i sterke interaksjoner. De mest kjente av dem er proton Og nøytron .

Kjent i dag seks leptoner :

I samme familie som elektronet er myoner og tau-partikler, som ligner på elektronet, men mer massive. Myoner og tau-partikler er ustabile og forfaller til slutt til flere andre partikler, inkludert elektronet

Tre elektrisk nøytrale partikler med null (eller nær null, forskerne har ennå ikke bestemt seg for dette punktet) masse, kalt nøytrino . Hver av de tre nøytrinoene (elektronnøytrino, myonnøytrino, tau-nøytrino) er sammenkoblet med en av tre typer partikler i elektronfamilien.

Den mest kjente hadroner , protoner og nøytrinoer det er hundrevis av slektninger, som er født i stort antall og umiddelbart forfall i prosessen med ulike kjernefysiske reaksjoner. Med unntak av protonet er de alle ustabile og kan klassifiseres i henhold til sammensetningen av partiklene de forfaller til:

Hvis det er et proton blant sluttproduktene av partikkelforfall, kalles det baryon

Hvis det ikke er noe proton blant nedbrytningsproduktene, kalles partikkelen meson .

Det kaotiske bildet av den subatomære verden, som ble mer kompleks med oppdagelsen av hver ny hadron, ga plass til et nytt bilde med fremkomsten av konseptet kvarker. I følge kvarkmodellen består alle hadroner (men ikke leptoner) av enda flere elementærpartikler – kvarker. Så baryoner (spesielt protonet) består av tre kvarker, og mesoner - fra paret kvark - antikvark.