Fizika ва kimyo” fakulteti “fizika” kafedrasi

Asosiy fermiyalar

O'zaro aloqalar				Avlodlar			To'lov Savol / e
			leptonlar	ν e	ν μ	ν τ
				e	μ	τ
			kvarklar		v	t	+2/3
					s	b	-1/3

Asosiy zarralar spin 1/2 ga ega bo'lgan 6 kvark va 6 lepton (1-jadval) va spin 1 (gluon, foton, bosonlar W ± va Z) bo'lgan bir nechta zarralar, shuningdek graviton (spin 2), fundamental bozonlar deb nomlangan (2-jadval). Fundamental fermionlar uchta guruhga (avlodlarga) bo'linadi, ularning har birida 2 kvark va 2 lepton mavjud. Barcha kuzatiladigan moddalar birinchi avlod zarralaridan iborat (u, d, elektron e -): nuklonlar u va d kvarklardan, nuklonlar nuklonlardan iborat. Elektronlari orbitada bo'lgan yadrolar atomlarni hosil qiladi va hokazo.
2-jadval

Asosiy o'zaro ta'sirlar
O'zaro ta'sir	Maydonning kvanti	Radius, sm	Birlashma doimiy (kattalik tartibi)	Misol namoyishlar
kuchli	glyon	10 -13	1	yadro, adronlar
elektromagnit	b-kvant		10 -2	atom
zaif	W ±, Z	10 -16	10 -6	γ yemirilish
tortishish kuchi	graviton	∞	10 -38	tortishish kuchi

Asosiy bozonlarning roli shundaki, ular o'zaro ta'sirlarning "tashuvchisi" bo'lib, zarralar orasidagi o'zaro ta'sirni amalga oshiradilar. Turli xil ta'sir o'tkazish jarayonida zarrachalar asosiy bozonlar bilan almashadilar. Zarralar to'rtta asosiy o'zaro ta'sirda ishtirok etadi - kuchli (1), elektromagnit (10 -2), kuchsiz (10 -6) va tortishish (10 -38). Qavslar ichidagi raqamlar 1 GeV dan past bo'lgan energiya diapazonidagi har bir o'zaro ta'sirning nisbiy kuchini tavsiflaydi. Kvarklar (va adronlar) barcha o'zaro ta'sirlarda ishtirok etadi. Leptonlar kuchli ta'sir o'tkazishda qatnashmaydi. Kuchli ta'sir o'tkazish tashuvchisi glyon (8 xil), elektromagnit - foton, zaif - bosonlar W ± va Z, gravitatsion - graviton.
Erkin holatdagi zarrachalarning aksariyati beqaror, ya'ni. parchalanadi. Zarrachalarning xarakterli umr ko'rish muddati 10 -24 -10 -6 sek. Erkin neytronning ishlash muddati taxminan 900 sek. Elektron, foton, elektron neytrino va ehtimol proton (va ularning zarrachalari) barqarordir.
Zarralarning nazariy tavsifi kvant maydon nazariyasiga asoslangan. Elektromagnit o'zaro ta'sirlarni tavsiflash uchun kvant elektrodinamikasi (QED) ishlatiladi, kuchsiz va elektromagnit o'zaro ta'sirlar birlashtirilgan nazariya - elektroakl model (EFM), kuchli ta'sir esa kvant xromodinamikasi (QCD) tomonidan birgalikda tavsiflanadi. Qark va leptonlarning kuchli, elektromagnit va kuchsiz o'zaro ta'sirini birgalikda tavsiflovchi QCD va EFM standart model deb nomlangan nazariy sxemani hosil qiladi.

E elementar zarralar elektromagnit, kuchsiz, kuchli va tortishish ta'sirida qatnashadi. Elementar zarrachalarning kichik massalari tufayli ularning tortish kuchlari bilan o'zaro ta'siri. odatda hisobga olinmaydi. Barcha elementar zarralar uchta asosiyga bo'linadi. guruhlar. Birinchisi, deyiladi. bozonlar - bu elektro zaif ta'sir o'tkazish tashuvchisi. Bunga foton yoki elektromagnit nurlanish kvanti kiradi. Fotonning qolgan massasi nolga teng, shuning uchun vakuumda elektromagnit to'lqinlarning tarqalish tezligi (shu jumladan yorug'lik to'lqinlari) - bu fizikaning maksimal tarqalish tezligi. zarba va funtlardan biridir. jismoniy doimiy; c \u003d (299792458 1.2) m / s deb taxmin qilinadi.

Elementar zarralarning ikkinchi guruhi - elektromagnit va kuchsiz o'zaro ta'sirlarda qatnashadigan leptonlar. 6 ta lepton ma'lum: elektron, elektron neytrino, muon, muonik neytrin, og'ir lepton va unga mos keladigan neytrin. Elektron (e belgisi) tabiatdagi m s eng kichik massaning, 9,1 x 10 -28 g ga teng bo'lgan (0,511 MeV energiya birliklarida) va eng kichik salbiyning moddiy tashuvchisi hisoblanadi. elektr zaryad e \u003d 1,6 x 10 -19 Cl. Muonlar (belgi) - massasi taxminan bo'lgan zarralar. 207 elektron massasi (105,7 MeV) va elektr. elektronning zaryadiga teng zaryad; og'ir-lepton taxminan massaga ega. 1.8 GeV. Ushbu zarralarga mos keladigan uchta turdagi neytrinlar mavjud - elektron (v v belgisi), muonik (belgi) va neytrin (belgi) - engil (ehtimol massasiz) elektr neytral zarralar.
Barcha leptonlar spinga ega (- Plank doimiysi), ya'ni statistik. Muqaddas sen fermionlar (qarang Statistik termodinamika).
Leptonlarning har biri massa, spin va boshqa xususiyatlarning bir xil qiymatlariga ega bo'lgan, ammo elektr belgisi bilan farq qiluvchi antipartikulga mos keladi. zaryadlash. Pozitron (belgi e +) - elektronga nisbatan antipartikula, musbat zaryadlangan muon (belgi) va antineutrino (belgi) ning uch turi mavjud bo'lib, ularga maxsus kvant sonining qarama-qarshi belgisi berilgan. lepton zaryadi (pastga qarang).
Uchinchi guruh elementar zarralar - adronlar, ular kuchli, kuchsiz va elektromagnit o'zaro ta'sirlarda qatnashadilar. Hadronlar massasi elektronnikidan ancha katta bo'lgan "og'ir" zarralardir. Bu naib. elementar zarralarning katta guruhi. Adronlar barionlarga bo'linadi - spin mezonli zarralar - butun spinli zarralar (0 yoki 1); shuningdek, deb nomlangan. rezonanslar - bu adronlarning qisqa muddatli hayajonlangan holatlari. Barionlarga proton (p belgisi) - vodorod atomining yadrosi, massasi m s dan 1836 marta kattaroq va 1,672648 x 10 -24 g (938,3 MeV) ga teng va musbat kiradi. elektr elektronning zaryadiga teng bo'lgan zaryad, shuningdek neytron (n belgisi) - massasi proton massasidan biroz kattaroq bo'lgan elektr neytral zarracha. Barcha atom yadrolari proton va neytronlardan qurilgan, ya'ni kuchli ta'sir o'tkazish. bu zarrachalarning bir-biri bilan aloqasini aniqlaydi. Kuchli ta'sir o'tkazish jarayonida proton va neytron bir xil xususiyatlarga ega va bitta zarrachaning ikkita kvant holati - izotopik nuklon deb hisoblanadi. Spin (pastga qarang). Barionlarga giperonlar ham kiradi - massasi nuklondan katta bo'lgan elementar zarralar: -giperonning massasi 1116 MeV, -peron-1190 MeV, -giperon -1320 MeV, -giperon -1670 MeV. Mesonlarda proton va elektron (-meson, K-mezon) massalari orasida oraliq massalar mavjud. Neytral va zaryadlangan mezonlar mavjud (musbat va manfiy elementar elektr zaryadi bilan). Barcha mezonlar statistik jihatdan. Sen bozonlarga tegishli.
Har bir elementar zarracha diskret fizik qiymatlar to'plami bilan tavsiflanadi. miqdorlar (kvant sonlar). Barcha elementar zarralarning umumiy xarakteristikalari massa, umr ko'rish, spin, elektr. zaryadlash.
Hayotiy muddatiga qarab elementar zarralar barqaror, yarim barqaror va beqaror (rezonanslar) ga bo'linadi. Barqaror (zamonaviy o'lchovlarning aniqligi doirasida) quyidagilar: elektron (5 -10 21 yoshdan yuqori umr ko'rish muddati), proton (10 31 yoshdan yuqori), foton va neytrin. Kvazibil barqaror zarrachalarga elektromagnit va kuchsiz ta'sir o'tkazish natijasida parchalanadigan zarralar kiradi, ularning ishlash muddati 10 -20 s dan oshadi. Kuchli ta'sir o'tkazish natijasida rezonanslar parchalanadi, ularning xarakterli umr ko'rish muddati 10 -22 -10 -24 s.
Elementar zarralarning ichki xarakteristikalari (kvant sonlari) - lepton (L belgisi) va bariyonik (B belgisi) zaryadlari; ushbu raqamlar barcha turdagi mablag'lar uchun qat'iy saqlanadigan qiymatlar deb hisoblanadi. o'zaro ta'sir Lepton neytrinoslari va ularning zarrachalari uchun L qarama-qarshi belgilarga ega; bariyonlar uchun B \u003d 1, mos keladigan antipartikullar uchun B \u003d -1.
Maxsus kvant raqamlarining mavjudligi hadronlarga xosdir: "g'alati", "jozibali", "go'zallik". Oddiy (g'alati bo'lmagan) adronlar - proton, neytron, -mesonlar. Adronlarning turli guruhlari ichida massasi yaqin bo'lgan va kuchli o'zaro ta'sirga o'xshash xususiyatlarga ega bo'lgan zarrachalar oilalari mavjud., Ammo parchalanish bilan. elektr qiymatlari zaryad; eng oddiy misol - proton va neytron. Bunday elementar zarrachalar uchun umumiy kvant soni deb ataladi. izotopik odatdagi spin singari, butun va yarim tamsayı qiymatlarini oladigan spin. Qiymatlar1ni qabul qiladigan ichki tenglik, shuningdek, hadronlarning o'ziga xos xususiyatlariga tegishli.
Elementar zarralarning muhim xususiyati ularning elektromagnit yoki boshqa o'zaro ta'sirlari natijasida o'zaro konvertatsiya qilish qobiliyatidir. O'zaro aloqalar turlaridan biri - shunday deb ataladi. juftlikni yaratish yoki zarrachaning ham, antipartikulaning ham hosil bo'lishi (umuman olganda, qarama-qarshi lepton yoki barion zaryadli juft elementar zarrachalarning hosil bo'lishi). Leptonlarning to'qnashuvida elektron-pozitron e - e +, yangi og'ir zarralarning muon juftlarini yaratish, cc- va bb-holatlarining kvarklarini hosil bo'lishining mumkin bo'lgan jarayonlari (pastga qarang). Elementar zarrachalarning o'zaro konversiyasining yana bir turi bu sonli sonli fotonlar (kvantlar) hosil bo'lishi bilan zarralarning to'qnashuvida juftlikni yo'q qilishdir. Odatda to'qnashgan zarrachalarning nol umumiy aylanishida 2 ta foton va 1 ga teng umumiy aylanada 3 ta foton hosil bo'ladi (zaryad paritetining saqlanish qonunining namoyon bo'lishi).
Muayyan sharoitlarda, xususan to'qnashgan zarrachalarning past tezligida bog'langan tizim - pozitronium e - e + va muonyum hosil bo'lishi mumkin, bu beqaror tizimlar ko'pincha deyiladi. vodorodga o'xshash atomlar, ularning orolda yashash muddati ko'p jihatdan oroldagi aloqaga bog'liq bo'lib, bu kondansatör tuzilishini o'rganish uchun vodorodga o'xshash atomlardan foydalanishga imkon beradi. orol ichidagi va tezkor kimyoviy kinetikasi. p-tions (qarang. Mezon kimyosi, Yadro kimyosi).