Елементарні частини

Элементарные частки

Элементарные частки, точному значенні цього терміна, — це первинні, далі неразложимые частки, у тому числі, за припущенням, полягає вся матерія.

Элементарные частки сучасної фізики не задовольняють суворому визначенню елементарності, оскільки більшість їх по сучасними уявленнями є складовими системами. Загальне властивість цих систем у тому. Що є атомами чи ядрами (виняток становить протон). Тому іноді їх називають субъядерными частинками.

Частицы, які претендують роль первинних елементів матерії, іноді називають «істинно елементарні частки » .

Первой відкритої елементарної часткою був електрон. Його відкрив англійський фізик Томсон в 1897 року.

Первой відкритої антицастицей був позитрон — частка з безліччю електрона, але позитивним електричним зарядом. Це античастка було виявлено у складі космічного проміння американським фізиком Андерсоном в 1932 року.

В сучасному фізиці у групу елементарних ставляться більш 350 частинок, переважно нестабільних, і їхня кількість продовжує зростати.

Если раніше елементарні частки зазвичай виявляли в космічних променях, те з початку 50-х все років прискорювачі перетворилися на основний інструмент для дослідження елементарних частинок.

Микроскопические є і розміри елементарних частинок зумовлюють квантову специфіку їх поведінки: квантові закономірності відмінні визначальними поведінці елементарних частинок.

Наиболее важливе квантове властивість всіх елементарних частинок — це здатність народжуватися і знищуватись (испускаться і поглинатися) при взаємодії коїться з іншими частинками. Усі з елементарними частинками протікають через послідовність актів їх поглинання і испускания.

.

Различные процеси з елементарними частинками помітно відрізняються за інтенсивністю перебігу.

В відповідність до різної інтенсивністю перебігу взаємодії елементарних частинок феноменологически ділять сталася на кілька класів: сильне, електромагнітне і слабке. З іншого боку, все елементарні частки мають гравітаційним взаємодією.

Сильное взаємодія елементарних частинок викликає процеси, що проходять із найбільшої проти іншими процесами інтенсивністю і призводить до найсильнішої зв’язку елементарних частинок. І воно обумовлює зв’язок протонів і нейтронів в ядрах атомів.

Электромагнитное взаємодія відрізняється з інших участю електромагнітного поля. Електромагнітне полі (в квантової фізиці - фотон) або випромінюється, або поглинається при взаємодії, або переносить взаємодія між тілами.

Электромагнитное взаємодія забезпечує зв’язок ядер і електронів в атомах і молекулах речовини, і тим самим визначає (з урахуванням законів квантової механіки) можливість стійкого стану таких микросистем.

Слабое взаємодія елементарних частинок викликає надто повільно які відбуваються процеси з елементарними частинками, зокрема розпади квазистабильных частинок.

Слабое взаємодія значно слабшими як сильного, а й електромагнітного взаємодії, але набагато більше гравітаційного.

Гравитационное взаємодія елементарних частинок є найслабшою із усіх відомих. Гравітаційне взаємодія на притаманних елементарних частинок відстанях дає надзвичайно малі ефекти через дрібниці мас елементарних частинок.

Слабое взаємодія набагато більше гравітаційного, але у повсякденні роль гравітаційного взаємодії набагато помітнішою ролі слабкого взаємодії. Це тому, що гравітаційна взаємодія (як, втім, і електромагнітне) має нескінченно великий радіус дії. Тому, наприклад, на тіла, що перебувають у Землі, діє гравітаційне тяжіння із боку всіх атомів, із яких складається Земля. Слабка ж взаємодія має настільки малим радіусом дії, що до цього часу не заміряний.

В сучасної фізиці фундаментальну роль грає релятивістська квантова теорія фізичних систем із нескінченним числом ступенів свободи — квантова теорія поля. Ця теорія побудована для описи однієї з загальних властивостей мікросвіту — універсальної взаємної превращаемости елементарних частинок. Для описи що така процесів була потрібна перехід до квантовому хвильовому полю. Квантова теорія половіючі жита із необхідністю є релятивістської, бо якщо система складається з повільно рухомих частинок, їх енергія може бути недостатньою для освіти нових часток отримують за ненульовий масою спокою. Частинки ж з травня нульової масою спокою (фотон, можливо нейтрино) завжди релятивістські, тобто. завжди рухаються зі швидкістю світла.

Универсальный спосіб ведення всіх взаємодій, заснований на каліброваної симетрії, дає можливість їх об'єднання.

Квантовая теорія поля виявилася найбільш адекватним апаратом розуміння природи взаємодії елементарних частинок об'єднання всіх видів взаємодій.

Квантовая електродинаміка — не та частина квантової теорії поля, у якій розглядається взаємодія електромагнітного поля і заряджених частинок (чи электронно-позитронного поля).

В час квантова електродинаміка сприймається як складова частина єдиної теорії слабкого і електромагнітного взаємодій.

В залежність від участі у тих чи інших видах взаємодії все вивчені елементарні частки, крім фотона, розбиваються на дві основні групи — адрони і лептони.

Адроны (від грецьк. — великий, сильний) — клас елементарних частинок, що у сильному взаємодії (поруч із електромагнітним і слабким). Лептони (від грецьк. — тонкий, легкий) — клас елементарних частинок, котрі мають сильним взаємодією, що беруть участь лише у електромагнітному і слабкій взаємодії. (Наявність гравітаційного взаємодії в усіх елементарних частинок, включаючи фотон, мається на увазі).

Законченная теорія адронов, сильного взаємодії з-поміж них поки що відсутня, проте є теорія, яка, яка є ні закінченою, ні загальновизнаною, дозволяє пояснити їх основні властивості. Ця теорія — квантова хромодинамика, за якою адрони складаються з кварків, а сили між кварками обумовлені обміном глюонами. Усі виявлені адрони складаються з кварків п’яти різних типів («пахощів »). Кварк кожного «пахощів «може перебувати у трьох «колірних «станах, чи мати трьома різними «колірними зарядами » .

Если закони, встановлюють співвідношення між величинами, котрі характеризують фізичну систему, чи що визначають зміна цих величин згодом, не змінюються за певних перетвореннях, котрим може бути зазнала система, то кажуть, що це закони мають симетрією (чи инвариантны) стосовно згаданих перетворень. У математичному відношенні перетворення симетрії становлять групу.

В сучасної теорії елементарних частинок концепція симетрії законів щодо деяких перетворень головна. Симетрія сприймається як чинник, визначальний існування різних груп, і сімейств елементарних частинок.

Сильное взаємодія симетрично щодо поворотів в особливому «изотопическом просторі «. З математичної погляду изотопическая симетрія відповідає перетворенням групи унітарною симетрії SU (2). Изотопическая симетрія перестав бути точної симетрією природи, т.к. вона порушується електромагнітним взаємодією і відмінностями у масах кварків.

Изотопическая симетрія є частина ширшим наближеною симетрії сильного взаємодії - унітарною SU (3) — симетрії. Унітарна симетрія виявляється значно більше порушеною, ніж изотопическая. Проте висловлюється припущення, що це симетрії, які дуже сильно порушеними при досягнутих енергії, будуть відновлюватися при енергії, відповідальних так званому «великому об'єднанню » .

Для класу внутрішніх симетрій рівнянь теорії поля (тобто. симетрій, пов’язаних із властивостями елементарних частинок, а чи не зі властивостями простору-часу), застосовується під назвою — калибровочная симетрія.

Калибровочная симетрія призводить до необхідності існування векторних калібрувальних полів, обмін квантами яких обумовлює взаємодії частинок.

Идея каліброваної симетрії виявилася найпліднішою у єдиній теорії слабкого і електромагнітного взаємодій.

Интересной проблемою квантової теорії поля є включення до єдину калибровочную схему та образу сильної взаємодії («велике об'єднання »).

Другим найперспективнішим напрямом об'єднання вважається суперкалибровочная симетрія, чи навіть суперсиметрія.

В 60-ті роки американськими фізиками С. Вайнбергом, Ш. Глэшоу, пакистанським фізиком А. Саламом та інших. було створено єдина теорія слабкого і електромагнітного взаємодій, пізніше названа стандартної теорії електрослабкої взаємодії. У цьому теорії поруч із фотоном, що забезпечує електромагнітне взаємодія, з’являються проміжні векторні бозоны — частки, які переносять слабке взаємодія. Ці частки були експериментально виявлено 1983 року у ЦЕРН.

Открытие на досвіді проміжних векторних бозонов підтверджує правильність основний (каліброваної) ідеї стандартної теорії електрослабкої взаємодії.

Однако для перевірки теорії повному обсязі слід також експериментально досліджувати механізм спонтанного порушення симетрії. Якщо це механізм справді ввозяться природі, маємо існувати елементарні скалярні бозоны — звані хиггсовы бозоны. Стандартна теорія електрослабкої взаємодії пророкує існування, принаймні, одного скалярного бозона.

Механизм спонтанного порушення симетрії, який є у різноманітних фізичних ситуаціях, набув широкого поширення квантової теорії поля. Було показано, що у калібрувальних теоріях цей механізм може спричинить появі кінцевої маси у безмассовых калібрувальних частинок (т.зв. ефект Хіггса).

В моделях «Великого об'єднання «група симетрії електрослабкої взаємодії і велика група симетрії сильного взаємодії є подгруппами єдиної групи, яка характеризується єдиної константою калибровочного взаємодії.

В основі «Великого об'єднання «- те що, що з перехід до малим відстаней (тобто. до найвищих енергій) збільшується константа електрослабкої взаємодії і зменшується константа сильного взаємодії. Екстраполяція такий тенденції на надвисокі енергії призводить до рівності констант всіх трьох взаємодій попри деякий енергетичному масштабі, коли відбувається спонтанне порушення симетрії «великого об'єднання », що веде до виникненню мас у частинок, що описують змішані калібровані поля.

В різних моделях «великого объединеия «передвіщається різна величина енергетичного масштабу, але у будь-якому разі такі енергії недосяжні у майбутньому і прискорювачах, ні з космічних променях. Для перевірки моделей «Великого об'єднання «можна використовувати чи їх передбачення в низкоэнергетической області, або космологічні слідства цих моделей (по сучасними уявленнями, на дуже ранніх стадіях розширення Всесвіту могли досягатися температури набагато більші, ніж енергетичний масштаб «Великого об'єднання »).

Одним з пророцтв моделей «Великого об'єднання «є незберігання барионного заряду як наслідок, нестабільність протона.

Супергравитация — калибровочная теорія суперсиметрії, що є суперсимметричное узагальнення загальної теорії відносності (теорії тяжіння).

Расширенная теорія супергравитации має симетрією, у принципі яка б поєднати всі відомі види взаємодій — гравітаційне, слабке, електромагнітне і сильне. Проте наявні моделі поки що далекі від реальної буденної дійсності (в частковості, вони не містять місця деяким фундаментальним частицам).

Список литературы

Для підготовки даної праці були використані матеріали із сайту internet.