Их главные свойства,

Элементарные частицы.

взаимодействие и классификация

В качестве первого приближения под элементарной частицей можно понимать такую микрочастицу, внутреннюю структуру которой нельзя представить в виде объе­динения других свободных частиц.

Современная физика установи­ла сложную структуру многих «элементарных частиц», введя по­нятие «фундаментальные частицы».

Во всех взаимодействиях элементарные частицы ведут себя как единое це­лое. Существует несколько групп элементарных частиц, разли­чающихся по своим свойствам и характеру взаимодействия.

Элементарные частицы кроме обычных свойств — масса покоя, электрический заряд, спин - характеризуются рядом специфиче­ских величин (квантовых чисел ):

барионный заряд,

лептонный за­ряд,

гиперзаряд,

странность,

изотопический спин и др

Между эле­ментарными частицами могут осуществляться четыре типа взаимодействий:

сильное,

электромагнитное,

слабое,

гравитацион­ное.

Каждое из взаимодействий характеризуется так называемой константой взаимодействия, которая определяет его сравнитель­ную интенсивность, временем протекания и радиусом действия.

Сильное взаимодействие обеспечивает связь нуклонов в ядре. Константа взаимодействия равна , радиус его действия , время протекания .

Электромагнитное взаимодействие: постоянная взаимодейст­вия порядка 10^-2, радиус взаимодействия не ограничен, . Оно реализуется между заряженными частицами.

Слабым взаимодействием объясняются все виды -распада, многие распады элементарных частиц, а также взаимодействие нейтрино с веществом. Константа взаимодействия имеет порядка 10^-10, . Это взаимодействие, как и сильное, является ко­роткодействующим: радиус взаимодействия .

Гравитационное взаимодействие, хотя и является универсаль­ным, в микромире может не учитываться, т.к. его константа равна (,- не ограничено).

Все фундаментальные взаимодей­ствия по современным представлениям имеют обменный харак­тер, т.е. реализуются обменом частицами — переносчиками взаимодействий.

Для сильного взаимодействия — это восемь электрически нейтральных безмассовых глюонов .

Переносчи­ком электромагнитного взаимодействия является нейтральный безмассовый фотон .

Переносчики слабого взаимодействия - промежуточные бозоны W⁺, W^-, Z° —- это частицы с большой массой (~ 1,7•10⁵ т_е).

Переносчик гравитационного взаимодействия - нейтральный и безмассовый гравитон G, -- на сегодня это пока гипотетическая частица.

Для более наглядного представления о фундаментальных взаимодействиях их характеристики сведены в таблицу:

По мере развития экспериментальной ядерной техни­ки и технологии, с появлением мощных ускорителей чис­ло открытых частиц все возрастало. Возник вопрос, на­сколько элементарная частица на самом деле элементарна. В понятие элементарности включали первоначально два аспекта: неизменность и неделимость. Как выяснилось, неизменных частиц не существует. Но идея неделимости, то есть неразложимости на составные части, до сих пор остается.

Все многообразие частиц, открытых к настоящему вре­мени, охватывается классификацией, представленной в таблице 3.1.

Микромир __________________________________________________

Элементарные частицы можно разделить на два клас­са: фермионы (в честь Энрико Ферми) и бозоны (в честь Шатьендраната Бозе).

Фермионы составляют вещество,

бозоны переносят взаимодействие.

Фермионы в свою оче­редь делятся на лептоны (грен, leptos — «легкий») и адроны (грен, adros — «сильный»). В состав адронов входят кварки. Название «кварк» дал частицам американский физик Марри Гел-Ман, заимствовав его из романа Дж. Джойса «По­минки по Финнегану», где это слово означало нечто нео­пределенное.

В квантовой теории установлено, что любому полю соответствуют частицы, осуществляющие взаимо­действия. Эти взаимодействия переносятся четырьмя ти­пами бозонов.

Фотон представляет собой квант излуче­ния и переносит электромагнитные взаимодействия.

Силу тяготения между телами, имеющими массу, переносит гравитон.

Глюоны переносят сильные ядерные взаимо­действия.

Векторные бозоны осуществляют перенос сла­бых взаимодействии.

Напомним, что

сильные или ядер­ные взаимодействия реализуются внутри ядра атома.

Слабые взаимодействия во 10¹⁴ раз слабее ядерных и не способны удерживать частицы. Они вызывают распады элементарных частиц, например, нейтронов. Считается, что к этим четырем типам взаимодействия сводятся все силы в природе.

Современная наука ищет пути теорети­ческого объединения четырех фундаментальных типов взаимодействий. Максвеллу удалось объединить элект­рическое и магнитное взаимодействие в один тип — элек­тромагнитное.

В настоящее время существуют теории, объединяющие электромагнитное и слабое взаимодей­ствия, теория Великого объединения (общая теория объе­динения электромагнитного, сильного и слабого взаи­модействия) и Теория Всего Сущего, объединяющая все типы взаимодействия.

Считается теоретически доказан­ным, что фундаментальные взаимодействия объединяют­ся при очень высоких энергиях или температурах, экспе­риментальное получение которых в настоящее время не возможно.

Фундаментальные частицы

Число частиц, именуемых элементарными, достигло в на­стоящее время почти 400.

«Самые элементарные», из которых можно было бы составить все остальные.

Гипотеза кварков Гелл-Манна (р. 1929) и Цвейга (р. 1937), выдвинутая ими в 1964 г.:

По современным представлениям существует 6 типов кварков по аромату, в каждом из которых различается три цвета (красный, зеленый, синий). Смесь этих цветов дает нулевой белый цвет. У каждого кварка есть антикварк.

Все мезоны состоят из пары кварк-антикварк, все барионы состоят из трех кварков. Идея кварков позволила не только систематизировать элементарные частицы, но и предсказать новые, что затем подтвердилось экспе­риментально. Заряд кварков равен — е и — е.

Невозможность наблюдать кварки в свободном со­стоянии по современным представлениям объясняется поведе­нием сил, действующих между ними. При малых расстояниях (порядка размеров ядра) эти силы очень малы и практически не влияют на свободу движения кварков внутри адронов. С увели­чением расстояния эти силы, обусловленные обменом глюонами, очень быстро растут, не давая кваркам возможности выле­теть из адрона.

Применительно к кваркам появился специальный термин — «конфайнмент», что в переводе с английского означает «тюремное заключение».

По совре­менным представлениям

фундаментальные частицы:

Дата добавления: 2014-01-06