Типы фундаментальных взаимодействий

Основные характеристики и классификация элементарных частиц

Элементарные частицы и кварковая модель строения атома

Новые принципы в исследовании микромира

Итак, принципиально новыми моментами в исследовании микромира стали:

1) каждая элементарная частица обладает как корпускулярными, так и волновы­ми свойствами;

2) вещество может переходить в излучение (аннигиляция частицы и античастицы дает фотон, т.е. квант света);

3) можно предсказать место и импульс элементарной частицы только с опреде­ленной вероятностью;

4) прибор, исследующий реальность влияет на неё;

5) точное измерение возможно только при потоке частиц, но не одной частицы
(статистический подход).

Именно на уровне микромира физика ищет сегодня ответы на вопросы, из че­го состоит материя? Есть ли конечный предел делимости материи? - вопросы, из­давна волновавшие человечество.

Долгое время атом считался конечным пределом делимости материи, а также тем элементарным «кирпичиком» вещества, из которого сложены все предметы и явления нашего мира. Но уже к началу 20в. выяснилось, что это не так. Был открыт электрон, а затем и другие элементарные частицы, число которых постоянно возрас­тает и на сегодняшний день превысило 300 разновидностей.

Понятие элементарной частицы свидетельствует о том, что это предполага­лось простым и бесструктурным. Затем ученые перестали употреблять для каждого нового уровня одно и то же слово элемент - неделимый, и для следующего уровня взяли ничего конкретно не значащее слово из художественного произведения «кварк». Развивается кварковая модель строения атома. Все кажется элементарным, пока не обнаружишь его составные части. Будет ли конец возможности расщепле­ния, определит только прогресс научного знания.

Основными характеристиками элементарных частиц являются масса, за­ряд, среднее время жизни, спин и квантовые числа.

Массу покоя ЭЧ определяют по отношению к массе покоя электрона. Суще­ствуют ЭЧ, не имеющие массы покоя - фотоны. Остальные частицы по этому признаку делятся на:

— лептоны - легкие частицы (электрон и нейтрино)

— мезоны — средние частицы с массой в пределах от одной до тысячи масс электрона

— барионы - тяжелые частицы, чья масса превышает тысячу масс электрона, и в состав которых входят протоны, нейтроны, гипероны и многие резонансы.

Электрический заряд: положительный, отрицательный и нулевой.

Время жизни: стабильные (пять частиц: фотон, 2 разновидности нейтрино, электрон и протон) и нестабильные.

Согласно современным представлениям (по квантовым числам и спину) все элементарные частицы делятся на 2 класса фермионы и бозоны.

К фермионам относятся кварки и лептоны.

К бозонам - кванты полей (фотоны, векторные бозоны, глюоны, гравитино и гравитоны). Эти частицы считаются истинно элементарными, т.е. далее нераз­ложимыми.

Фермионы — составляют вещество, бозоны - переносят взаимодействие.

У большинства элементарных частиц есть античастицы, отличающиеся противоположными знаками электрического заряда и магнитного момента: для электронов - позитроны, для протона - анти протон, для нейтрона - антиней­трон и т.д. Все другие свойства античастиц аналогичны свойствам обычных час­тиц. Из них могут образовываться устойчивые атомные ядра, атомы, молекулы и антивещество, подчиняющиеся тем же законам движения, что и обычное вещест­во. При соприкосновении вещества с антивеществом происходит процесс анниги­ляции — превращения частиц и античастиц в фотоны и мезоны больших энергий.

Элементарные частицы участвуют во всех видах известных взаимодействий.

Известны четыре основных физических взаимодействия, которые определяют структуру нашего мира: сильные, слабые, электромагнитные и гравитационные.

1. Сильное взаимодействие происходит на уровне атомных ядер и представляет собой взаимное притяжение и отталкивание их составных частей. Сильные взаимодействия возможны только на больших расстояниях (радиус примерно 10^-13 см).

При определенных условиях сильное взаимодействие очень прочно связывает частицы, в результате чего образуются материальные системы с высокой энергией связи - атомные ядра, именно по этой причине ядра атомов являются весьма устойчивыми, их трудно разрушить.

2. Электромагнитное взаимодействие в 100-1000 раз слабее сильного взаимодействия. Оно свойственно электрически заряженным частицам. При нем происходят испускание и поглощение «частиц света» - фотонов.

3. Слабые взаимодействия возможно между различными частицами. Оно простирается на расстояние порядка 10^-15 – 10^-22 см и связано главным образом с распадом частиц, например, с происходящим в атомном ядре превращениями нейтрино в протон, электрон и антинейтрино. За счет слабого взаимодействия светит Солнце (протон превращается в нейтрон, позитрон и нейтрино).

4. Гравитационное взаимодействие - самое слабое, не учитываемое в теории элементарных частиц. Однако на ультрамалых расстояниях (порядка 10^-33 см) и при ультрабольших энергиях гравитация вновь приобретает существенное значение. Здесь начинают проявляться необычные свойства физического вакуума. В космических масштабах гравитационное взаимодействие имеет решающее значение.

Дата добавления: 2013-12-13