Головна > Ідеї > Позитивна елементарна частка. Маса у елементарних частинок


Позитивна елементарна частка. Маса у елементарних частинок




В якому є інформація про те, що всі елементарні частинки, що входять до складу будь-якого хімічного елемента, складаються з різного числаНеподільних фантомних частинок По мені стало цікаво, чому ж у доповіді не йдеться про кварки, адже традиційно вважається, що саме вони є структурними елементами елементарних частинок.

Теорія кварків вже давно стала загальновизнаною серед вчених, які займаються дослідженнями мікросвіту елементарних частинок. І хоча на початку введення поняття «кварк» було суто теоретичним припущенням, існування якого лише ймовірно підтвердилося експериментально, на сьогоднішній день цим поняттям оперують як непохитною істинною. Вчений світ умовився називати кварки фундаментальними частинками, і за кілька десятиліть це поняття стало центральною темою теоретичних та експериментальних досліджень у галузі фізики високих енергій. «Кварк» увійшов до програми навчання всіх природничих ВНЗ світу. На дослідження в цій галузі виділяються величезні кошти - чого тільки вартує будівництво Великого адронного колайдера. Нові покоління вчених, вивчаючи теорію кварків, сприймають їх у тому вигляді, як вона подано у підручниках, мало цікавлячись історією цього питання. Але спробуймо неупереджено і чесно подивитися в корінь «кваркового питання».

До другої половини XX століття завдяки розвитку технічних можливостейприскорювачів елементарних частинок - лінійних та кругових циклотронів, а потім і синхротронів, вченим вдалося відкрити безліч нових частинок. Проте, що робити з цими відкриттями вони не розуміли. Тоді було висунуто ідею, виходячи з теоретичних міркувань, спробувати згрупувати частки у пошуках якогось порядку (подібно до періодичної системи хімічних елементів- Таблиці Менделєєва). Вчені домовилисяважкі та середні за масою частки назвати адронами, а надалі їх розбити на баріониі мезони. Усі адрони брали участь у сильній взаємодії. Менш важкі частки, назвали лептонами, вони брали участь у електромагнітному та слабкому взаємодії . З того часу фізики намагалися пояснити природу всіх цих частинок, намагаючись знайти загальну всім модель, що описує їх поведінка.

1964 року американські фізики Мюррей Гелл-Ман (Лауреат Нобелівської преміїз фізики 1969 р) і Джордж Цвейг незалежно один від одного запропонували новий підхід. Було висунуто суто гіпотетичне припущення, що всі адрони складаються з трьох дрібніших частинок і відповідних античастинок. І Гелл-Ман назвав ці нові частки кварками.Цікаво, що саму назву він запозичив з роману Джеймса Джойса «Поминки по Фіннегану», де герою в снах часто чулися слова про таємничі три кварки. Чи то Гелл-Ман надто емоційно сприйняв цей роман, чи йому просто подобалося число три, але у своїх наукових працях він пропонує ввести у фізику елементарних частинок перші три кварки, що отримали назви верхній (і -від англ. up), нижній (d - down) та дивний (s- strange), які мають дробовим електричним зарядом + 2 / 3, - 1 / 3 і - 1 / 3 відповідно, а для антикварків прийняти, що їх заряди протилежні за знаком.

Згідно з цією моделлю протони і нейтрони, з яких, як припускають вчені, складаються всі ядра хімічних елементів, складені з трьох кварків: uud і udd відповідно (знов ці всюдисущі три кварки). Чому саме із трьох і саме в такому порядку не пояснювалося. Просто так вигадали авторитетні науковці і все тут. Спроби зробити теорію красивою не наближають до Істини, лише викривляють і так криве дзеркало, у якому відбито Її частинка. Ускладнюючи просте, ми віддаляємось від Істини. А все так просто!

Ось так будується «високоточна» загальновизнана офіційна фізика. І хоча спочатку введення кварків пропонувалося як робочої гіпотези, але через короткий час ця абстракція щільно увійшла до теоретичної фізики. З одного боку, вона дозволила з математичної точки зору вирішити питання з упорядкуванням великого ряду відкритих частинок, з іншого ж залишалася лише теорією на папері. Як завжди це робиться в нашому споживчому суспільстві, на експериментальну перевірку гіпотези існування кварків було спрямовано дуже багато людських сил та ресурсів. Кошти платників податків витрачаються, людям треба про щось розповідати, звіти показувати, говорити про свої «великі» відкриття, щоб отримати черговий грант. "Ну раз треба, значить зробимо", - кажуть у таких випадках. І це сталося.

Колектив дослідників Стенфордського відділення Массачусетського технологічного інституту (США) на лінійному прискорювачі займався вивченням ядра, обстрілюючи електронами водень та дейтерій (важкий ізотоп водню, ядро ​​якого містить один протон та один нейтрон). При цьому вимірювалися кут та енергія розсіювання електронів після зіткнення. У разі малих енергій електронів розсіяні протони з нейтронами поводилися як однорідні частинки, злегка відхиляючи електрони. Але у випадку з електронними пучками великої енергії окремі електрони втрачали значну частину своєї початкової енергії, розсіюючись на великі кути. Американські фізики Річард Фейнман (Лауреат Нобелівської премії з фізики 1965 р. і, до речі, один із творців атомної бомбив 1943-1945 роках в Лос-Аламосі) і Джеймс Бьоркен витлумачили дані щодо розсіювання електронів як свідчення складового пристрою протонів і нейтронів, а саме: у вигляді передбачуваних раніше кварків.

Зверніть, будь ласка, увагу на цей ключовий момент. Експериментатори в прискорювачах зіштовхуючи пучки частинок (не поодинокі частки, а пучки!!!), набираючи статистику(!!!) побачили, що протон і нейтрон із чогось там складаються. Але з чого? Адже вони не побачили кварки, та ще й у числа трьохштук, це неможливо, вони просто побачили розподіл енергій та кути розсіювання пучка частинок. А оскільки єдиною на той час теорією будови елементарних частинок, хоч і вельми фантастичною, була теорія кварків, то і вважали цей експеримент першою успішною перевіркою існування кварків.

Пізніше, звичайно ж, були й інші експерименти і нові теоретичні обґрунтування, але суть їх одна й та сама. Будь-який школяр, прочитавши історію цих відкриттів, зрозуміє, наскільки все у цій галузі фізики притягнуте за вуха, наскільки все банально нечесно.

Ось так і ведуться експериментальні дослідження в галузі науки з гарною назвою- Фізика високих енергій. Давайте будемо чесними самі перед собою, на сьогоднішній день немає чітких наукових обґрунтувань існування кварків. Цих часток просто немає у природі. Чи хоч один фахівець розуміє, що насправді відбувається при зіткненні двох пучків заряджених частинок у прискорювачах? Те, що на цій кварковій теорії будувалася так звана Стандартна модель, яка нібито є найточнішою і найправильнішою, ще ні про що не говорить. Фахівцям добре відомі всі вади цієї чергової теорії. Ось тільки чомусь про це прийнято замовчувати. Але чому? «І найбільша критика Стандартної моделі стосується тяжіння та походження маси. Стандартна модель не враховує тяжіння і вимагає, щоб маса, заряд та деякі інші властивості частинок вимірювалися досвідченим шляхом для подальшої постановки рівняння» .

Незважаючи на це, величезні кошти виділяються на цю галузь досліджень, вдумайтеся тільки, на підтвердження Стандартної моделі, а не пошуки Істини. Побудовано Великий адронний колайдер (CERN, Швейцарія), сотні інших прискорювачів по всьому світу, видаються премії, гранти, міститься величезний штат технічних фахівців, але суть всього цього – банальний обман, Голлівуд і не більше. Запитайте будь-яку людину – яку реальну користь суспільству приносять ці дослідження – ніхто вам не відповість, оскільки це тупикова гілка науки. З 2012 року заговорили про відкриття бозона Хіггса на прискорювачі в CERN. Історія цих досліджень - це цілий детектив, в основі якого той самий обман світової громадськості. Цікаво, що цей бозон нібито відкрили саме після того, як зайшлося про припинення фінансування цього дорогого проекту. І щоб показати суспільству важливість цих досліджень, виправдати свою діяльність, щоб отримати нові транші на будівництво ще потужніших комплексів, співробітникам CERN, які працюють у цих дослідженнях, і довелося піти на угоду зі своєю совістю, видаючи бажане за дійсне.

У доповіді «СКОВНА ФІЗИКА АЛАТРА» щодо цього є така цікава інформація: «Вчені виявили частку, імовірно схожу на бозон Хіггса (бозон був передбачений англійським фізиком Пітером Хіггсом (Peter Higgs; 1929), відповідно до теорії, він повинен володіти кінцевою масою і не мати спина). Насправді те, що виявили вчені, не є бозоном Хіггса. Але ці люди, самі того ще не усвідомлюючи, зробили справді важливе відкриттяі виявили набагато більше. Вони експериментально виявили явище, про яке докладно описано в книзі «АллатРа» (Примітка: книга "АллатРа", стор 36 останній абзац). .

Як же насправді влаштований мікросвіт матерії?У доповіді «СКОВНА ФІЗИКА АЛАТРА» є достовірна інформація про справжню будову елементарних частинок, знання, які були відомі і давнім цивілізаціям, чому є незаперечні докази у вигляді артефактів. Елементарні частинки складаються з різного числа фантомних частинок. «Фантомна частинка По - це потік, що складається з септонів, навколо якого знаходиться невелике розріджене власне септонне поле. Фантомна частинка має внутрішній потенціал (є його носієм), що оновлюється в процесі езоосмосу. Відповідно до внутрішнього потенціалу, фантомна частинка має свою пропорційність. Найменшою фантомною частинкою По є унікальна силова фантомна частинка По ‒ Аллат (Примітка: докладніше див. далі за доповіддю). Фантомна частинка По – це впорядкована структура, яка перебуває у постійному спіралеподібному русі. Вона може існувати тільки у зв'язаному стані з іншими фантомними частинками, які в конгломераті утворюють первинні прояви матерії. Внаслідок своїх унікальних функцій є своєрідним фантомом (примарою) для матеріального світу. З огляду на те, що з фантомних частинок По складається вся матерія, це задає їй характеристику ілюзорної конструкції та форми буття, залежної від процесу езоосмосу (наповнення внутрішнього потенціалу).

Фантомні частинки є нематеріальним утворенням. Однак у зчіпці ( послідовному з'єднанні) між собою, вибудовані згідно з інформаційною програмою у певній кількості та порядку, на певній відстані один від одного, вони становлять основу будови будь-якої матерії, задають її різноманітність та властивості завдяки своєму внутрішньому потенціалу (енергії та інформації). Фантомна частинка По - це те, з чого складаються у своїй основі елементарні частинки (фотон, електрон, нейтрино і так далі), а також частинки-переносники взаємодій. Це первинне прояв матерії у світі» .

Провівши після прочитання цієї доповіді таке невелике дослідження історії розвитку теорії кварків і загалом фізики високих енергій, стало зрозуміло, як все-таки мало знає людина, якщо обмежує своє пізнання лише рамками матеріалістичного світогляду. Одні припущення з розуму, теорія ймовірності, умовна статистика, домовленості та відсутність достовірних знань. Адже люди часом на ці дослідження витрачають свої життя. Впевнений, що серед науковців і цієї галузі фізики є безліч людей, які справді прийшли в науку не заради слави, влади та грошей, а заради однієї мети – пізнання Істини. Коли їм стануть доступні знання «СКОЛЬНОЇ ФІЗИКИ АЛЛАТРА», вони самі наведуть лад і зроблять справді епохальні наукові відкриття, які принесуть реальну користь суспільству З появою цієї унікальної доповіді сьогодні відкрито нову сторінку світової науки. Тепер уже стоїть питання не в знаннях як таких, а в тому, чи готові самі люди до створення цих знань. В силах кожної людини зробити все можливе, щоб усі ми подолали нав'язаний нам споживчий формат мислення та дійшли розуміння необхідності створення основ побудови духовно-творчого суспільства майбутнього у майбутню епоху глобальних катаклізмів на планеті Земля.

Валерій Вершигора

Ключові слова:кварки, теорія кварків, елементарні частинки, бозон Хіггса, СПОКОНА ФІЗИКА АЛЛАТРА, Великий адронний колайдер, наука майбутнього, фантомна частинка По, септонне поле, аллат, пізнання істини.

Література:

Коккеде Я., Теорія кварків, М., Видавництво «Світ», 340 с., 1969, http://nuclphys.sinp.msu.ru/books/b/Kokkedee.htm;

Arthur W. Wiggins, Charles M. Wynn, The Five Biggest Unsolved Problems in Science, John Wiley & Sons, Inc., 2003 // Віггінс А., Вінн Ч. «П'ять невирішених проблем науки» в пров. на російську;

Observation of Excess of Events in Search for Standard Model Higgs boson with ATLAS detector at LHC, 09 Jul 2012, CERN LHC, ATLAS, http://cds.cern.ch/record/1460439 ;

Observation of new boson with mass near 125 GeV, 9 Jul 2012, CERN LHC, CMS, http://cds.cern.ch/record/1460438?ln=en ;

Доповідь «СКОВНА ФІЗИКА АЛАТРА» міжнародної групи вчених Міжнародного громадського руху"АЛАТРА" під ред. Анастасії Нових, 2015 р.;

Елементарними називають частинки, у яких на Наразіне виявлено внутрішньої структури. Ще минулого століття елементарними частинками вважалися атоми. Їхня внутрішня структура - ядра і електрони - була виявлена ​​на початку XXв. у дослідах Е. Резерфорда. Розмір атомів - близько 10 -8 см, ядер - у десятки тисяч разів менший, а розмір електронів дуже малий. Він менше ніж 10 -16 см, як це випливає з сучасних теорій та експериментів.

Таким чином, зараз електрон – елементарна частка. Що ж до ядер, їх внутрішня структура виявилася невдовзі після їх відкриття. Вони складаються з нуклонів – протонів та нейтронів. Ядра досить щільні: середня відстань між нуклонами всього в кілька разів більша за них власного розміру. Для того щоб з'ясувати, з чого складаються нуклони, знадобилося близько півстоліття, щоправда, при цьому з'явилися і були дозволені інші загадки природи.

Нуклони складаються з трьох кварків, які елементарні з тією ж точністю, що і електрон, тобто їх радіус менше 10 -16 см. Радіус нуклонів - розмір області, що займає кварки, - близько 10 -13 см. частинок - баріонів, складених із трьох різних (або однакових) кварків. Кварки можуть по-різному зв'язуватися в трійки, і це визначає відмінності у властивостях баріону, наприклад він може мати різний спин.

Крім того, кварки можуть з'єднуватися в пари - мезони, що складаються з кварку та антикварку. Спин мезонів приймає цілі значення, тоді як баріонів він набуває напівцілі значення. Разом баріони та мезони називаються адронами.

У вільному вигляді кварки не знайдені, і згідно з прийнятими в даний час уявленнями вони можуть існувати лише у вигляді адронів. До відкриття кварків деякий час адрони вважалися елементарними частинками (і така їхня назва ще досить часто зустрічається в літературі).

Першим експериментальним вказівкою на складову структуруадронів були досліди з розсіювання електронів на протонах на лінійному прискорювачі в Станфорді (США), які можна було пояснити лише припустивши наявність усередині протона якихось точкових об'єктів.

Незабаром стало зрозуміло, що це - кварки, існування яких передбачалося раніше теоретиками.

Тут представлено таблицю сучасних елементарних частинок. Окрім шести видів кварків (у дослідах поки що проявляються лише п'ять, але теоретики припускають, що є і шостий) у цій таблиці наведено лептони - частки, до сім'ї яких належить і електрон. Ще в цій родині виявлено мюон і (зовсім недавно) t-лептон. У кожного є своє нейтрино, отже лептони природним чином розбиваються на три пари е, n е; m, n m; t, n t.

Кожна з цих пар поєднується з відповідною парою кварків у четвірку, яка називається поколінням. Властивості частинок повторюються з покоління до покоління, як це видно з таблиці. Відрізняються лише маси. Друге покоління важче першого, а третє покоління важче другого.

У природі зустрічаються переважно частки першого покоління, інші створюються штучно на прискорювачах заряджених частинок або за взаємодії космічних променів в атмосфері.

Крім спін, що мають 1/2 кварків і лептонів, разом званих частинками речовини, в таблиці наведені частинки зі спином 1. Це кванти полів, створюваних частинками речовини. З них найвідоміша частка - фотон, квант електромагнітного поля.

Так звані проміжні бозони W+ та W- , Що володіють дуже великими масами, були нещодавно виявлені в експериментах на зустрічних р-пучках при енергіях кілька сотень ГеВ. Це переносники слабких взаємодій між кварками та лептонами. І нарешті, глюони – переносники сильних взаємодій між кварками. Як і самі кварки, глюони не виявлено у вільному вигляді, але проявляються на проміжних стадіях реакцій народження та знищення адронів. Нещодавно було зареєстровано струмені адронів, породжені глюонами. Оскільки всі прогнози теорії кварків і глюонів - квантової хромодинаміки - сходяться з досвідом, майже немає сумнівів щодо існування глюонів.

Частка зі спином 2 – це гравітон. Його існування випливає з теорії тяжіння Ейнштейна, принципів квантової механіки та теорії відносності. Виявити гравітон експериментально буде надзвичайно важко, оскільки він дуже слабко взаємодіє із речовиною.

Нарешті, у таблиці зі знаком питання наведені частинки зі спином 0 (Н-мезони) та 3/2 (гравітіно); вони не виявлені на досвіді, але їхнє існування передбачається у багатьох сучасних теоретичних моделях.

Елементарні частки

спин 0? 1/2 1 3/2 2?
назва Частки Хіггса Частинки речовини Кванти полів
кварки лептони фотон векторні бозони глюон гравітіно гравітон
символ H u d n e e g Z W g
(Маса) (?) (?) (0,5) (0) (~95Гев) (~80Гев) (?) (?)
символ з s n m m
(Маса) (0?) (106)
символ t b n t t
(Маса) (0?) (1784)
Баріонний заряд 0 1/3 1/3 0 0 0 0 0 0 0 0
Електричний заряд 0, ±1 2/3 1/3 0 -1 0 0 ±1 0 0 0
колір - 3 3 - - - - - 8 - -

Адрони - загальна назвадля частинок, що беруть участь у сильних взаємодіях . Назва походить від грецького слова, що означає "сильний, великий". Усі адрони поділяються на дві великі групи- мезони та баріони.

Баріони(Від грецького слова, що означає «важкий») - це адрони з напівцілим спином . Найвідоміші баріони - протоні нейтрон . До баріонів належить також ряд частинок із квантовим числом, названим колись дивністю. Одиницею дивності мають баріон лямбда (L°) і сімейство баріонів сигма (S - , S+ та S°). Індекси +, - ,0 вказують на знак електричного заряду чи нейтральність частинки. Двома одиницями дивацтва мають баріони ксі (X - і X °). Баріон W - має дивність, рівну трьом. Маси перерахованих баріонів приблизно в півтора рази більші за масу протона, а їх характерний часжиття становить близько 10 -10 с. Нагадаємо, що протон практично стабільний, а нейтрон живе понад 15 хв. Здавалося б, важчі баріони дуже недовговічні, але за масштабами мікросвіту це не так. Така частка, навіть рухаючись відносно повільно, зі швидкістю, скажімо, рівною 10% від світлової швидкості, встигає пройти шлях кілька міліметрів і залишити свій слід у детекторі елементарних частинок. Однією з властивостей баріонів, що відрізняють їх від інших видів частинок, можна вважати наявність у них барійного заряду, що зберігається. Ця величина введена для опису досвідченого факту сталості у всіх відомих процесах різниці між числом баріонів та антибаріонів.

Протон- Стабільна частка з класу адронів, ядро ​​атома водню. Важко сказати, яку подію можна вважати відкриттям протона: адже як іон водню він був відомий вже давно. У відкритті протона зіграли роль створення Е. Резерфордом планетарної моделі атома (1911), і відкриття ізотопів (Ф. Содді, Дж. Томсон, Ф. Астон, 1906-1919), і спостереження ядер водню, вибитих альфа-частинками з ядер азоту (Е. Резерфорд, 1919). У 1925 р. П. Блекетт отримав у камері Вільсона (див. Детектори ядерних випромінювань) перші фотографії слідів протона, підтвердивши відкриття штучного перетворення елементів. У цих дослідах a-частка захоплювалася ядром азоту, яке випускало протон і перетворювалося на ізотоп кисню.

Разом з нейтронами протони утворюють атомні ядра всіх хімічних елементів, причому число протонів у ядрі визначає атомний номер цього елемента. Протон має позитивний електричний заряд, що дорівнює елементарному заряду, тобто абсолютної величини заряду електрона. Це перевірено на експерименті з точністю до 10-21. Маса протону m p = (938,2796 ± 0,0027) МеВ або ~ 1,6-10 -24 г, тобто протон у 1836 разів важчий за електрон! З сучасного погляду протон не є істинно елементарною частинкою: він складається з двох u-кварків з електричними зарядами +2/3 (в одиницях елементарного заряду) та одного d-кварка з електричним зарядом -1/3 Кварки пов'язані між собою обміном іншими гіпотетичними частинками – глюонами, квантами поля, яке переносить сильні взаємодії. Дані експериментів, у яких розглядалися процеси розсіювання електронів на протонах, дійсно свідчать про наявність усередині протонів точкових центрів, що розсіюють. Ці досліди у певному сенсі дуже схожі на досліди Резерфорда, що призвели до відкриття атомного ядра. Будучи складовою, протон має кінцеві розміри ~ 10 -13 см, хоча, зрозуміло, його не можна представляти як тверда кулька. Скоріше, протон нагадує хмару з розмитим кордоном, що складається з віртуальних частинок, що народжуються і анігілюють.

Протон, як і всі адрони, бере участь у кожній із фундаментальних взаємодій. Так. сильні взаємодії пов'язують протони та нейтрони в ядрах, електромагнітні взаємодії - протони та електрони в атомах. Прикладами слабких взаємодій можуть служити бета-розпад нейтрону або внутрішньоядерне перетворення протона в нейтрон з випромінюванням позитрону і нейтрино (для вільного протона такий процес неможливий в силу закону збереження та перетворення енергії, оскільки нейтрон має дещо більшу масу). Спин протону дорівнює 1/2. Адрони з напівцілим спином називаються баріонами (від грецького слова, що означає "важкий"). До баріонів відносяться протон, нейтрон, різні гіперони (L, S, X, W) та ряд частинок з новими квантовими числами, більшість з яких ще не відкрито. Для характеристики баріонів введено особливу кількість - баріонний заряд, рівний 1 для баріонів, - 1 - для антибаріонів і - для всіх інших частинок. Баріонний заряд не є джерелом баріонного поля, він введений лише для опису закономірностей, що спостерігалися в реакціях з частинками. Ці закономірності виражаються як закону збереження баріонного заряду: різниця між числом баріонів і антибаріонів у системі зберігається у будь-яких реакціях. Збереження баріонного заряду унеможливлює розпад протона, бо він найлегший з баріонів. Цей закон має емпіричний характер і, безумовно, повинен бути перевірений на експерименті. Точність закону збереження баріонного заряду характеризується стабільністю протона, експериментальна оцінка часу життя якого дає значення щонайменше 1032 років.

Мало хто не знає такого поняття як «електрон», адже саме він і означає «елементарна частка». Звичайно, більшість людей слабо уявляють, що це і навіщо воно потрібне. По телевізору, книгах, газетах і журналах ці частинки зображуються як маленьких точок чи кульок. Через це неосвічені люди вважають, що форма частинок і справді куляста, і що вони вільно літають, взаємодіють, стикаються тощо. Але таке судження докорінно неправильне. Поняття елементарної частинки вкрай складне для усвідомлення, але ніколи не пізно постаратися придбати хоча б вельми приблизне уявлення про сутність цих частинок.

На початку минулого століття вчені всерйоз спантеличилися тим, чому електрон не падає на те, що, згідно з Ньютонівською механікою, при віддачі всієї своєї енергії, він повинен просто впасти на ядро. На подив, цього не відбувається. Як це пояснити?

Справа в тому, що фізика у своєму класичному тлумаченні та елементарна частка – речі малосумісні. Вона підпорядковується ніяким законам нормальної фізики, оскільки діє за принципами Основним принципом у своїй є невизначеність. Він каже, що неможливо точно та одночасно визначити дві взаємопов'язані величини. Чим більшою мірою визначена перша, тим менше можна визначити другу. З цього визначення випливають квантові кореляції, корпускулярно-хвильовий дуалізм, хвильова функція та багато іншого.

Перший важливий фактор- це невизначеність координати-імпульсу. Виходячи з основ класичної механіки можна згадати, що поняття імпульсу та траєкторії тіла нероздільні та завжди чітко визначаються. Спробуємо перенести цю закономірність у мікроскопічний світ. Наприклад, елементарна частка має точний імпульс. Тоді при спробі визначити траєкторію пересування ми зіткнемося з невизначеністю координати. Це означає, що електрон виявляється у всіх точках невеликого обсягу простору. Якщо постаратися зосередитися саме на траєкторії його руху, то імпульс набуває розмитого значення.

З цього випливає, що як би не намагалися визначити якусь конкретну величину, друга відразу стає невизначеною. Цей принцип закладено основою хвильового властивості частинок. Електрон не має чіткої координати. Можна сказати, що він одночасно розташований у всіх точках простору, який обмежений довжиною хвилі. Таке уявлення дозволяє нам чіткіше зрозуміти, що є елементарна частка.

Приблизно така ж невизначеність виникає у співвідношенні енергія-час. Частка постійно взаємодіє, навіть за наявності такої взаємодії триває протягом деякого часу. Якщо уявити, що даний показникбільш-менш визначено, то енергія стає невизначеною. Це порушує прийняті у закладених невеликих проміжках.

Представлена ​​закономірність породжує низькоенергетичні частки – кванти фундаментальних полів. Таке поле є не безперервною субстанцією. Воно складається з найдрібніших частинок. Взаємодія між ними забезпечується завдяки випромінюванню фотонів, які поглинаються іншими частинками. Це підтримує рівень енергії та утворюються стабільні елементарні частинки, які не можуть впасти на ядро.

Елементарні частинки по суті своїй нероздільні, хоча відрізняються одна від одної своєю масою та певними характеристиками. Тому було розроблено певні класифікації. Наприклад, на кшталт взаємодії можна назвати лептони і адрони. Адрони, своєю чергою, поділяються на мезони, які з двох кварків, і баріони, у складі яких є три кварки. Найбільш відомі баріони - це нейтрони та протони.

Елементарні частинки та їх властивості дозволяють виділити ще два класи: бозони (з цілочисловим та нульовим спином), ферміони (з напівцілим спином). Кожна частка має свою античастинку з протилежними характеристиками. Стійкими є лише протони, лептони та нейтрони. Всі інші частки схильні до розпаду і перетворюються на стабільні частинки.

Подальше проникнення глибини мікросвіту пов'язані з переходом від рівня атомів до рівня елементарних частинок. Як перша елементарна частка в наприкінці XIXв. було відкрито електрон, та був у перші десятиліття XX в. – фотон, протон, позитрон та нейтрон.

Після Другої світової війни, завдяки використанню сучасної експериментальної техніки, і насамперед потужним прискорювачам, у яких створюються умови високих енергій та величезних швидкостей, було встановлено існування великої кількості елементарних частинок – понад 300. Серед них є як експериментально виявлені, так і теоретично обчислені, включаючи резонанси, кварки та віртуальні частки.

Термін елементарна часткаспочатку означав найпростіші, далі ні на що не розкладаються частинки, що лежать в основі будь-яких матеріальних утворень. Пізніше фізики усвідомили всю умовність терміна "елементарний" стосовно мікрооб'єктів. Зараз уже не підлягає сумніву, що частинки мають ту чи іншу структуру, але, проте, назва, що історично склалася, продовжує існувати.

Основними характеристиками елементарних частинок є маса, заряд, середнє життя, спин і квантові числа.

Масу спокою елементарних частинок визначають по відношенню до маси спокою електрона. Існують елементарні частинки, що не мають маси спокою, – фотони. Інші частинки за цією ознакою поділяються на лептони– легкі частинки (електрон та нейтрино); мезони- Середні частки з масою в межах від однієї до тисячі мас електрона; баріони– важкі частки, чия маса перевищує тисячу мас електрона та до складу яких входять протони, нейтрони, гіперони та багато резонансів.

Електричний заряд є іншою найважливішою характеристикою елементарних частинок. Всі відомі частинки мають позитивний, негативний або нульовий заряд. Кожній частинці, крім фотону та двох мезонів, відповідають античастинки з протилежним зарядом. Приблизно у 1963–1964 роках. була висловлена ​​гіпотеза про існування кварків- Часток з дробовим електричним зарядом. Експериментального підтвердження ця гіпотеза поки що не знайшла.

За часом життя частинки поділяються на стабільні і нестабільні . Стабільних частинок п'ять: фотон, два різновиди нейтрино, електрон та протон. Саме стабільні частинки грають найважливішу рольу структурі макротіл. Всі інші частки нестабільні, вони існують близько 10-10-10-24 с, після чого розпадаються. Елементарні частинки із середнім часом життя 10 –23 –10 –22 с називають резонансами. Внаслідок короткого часу життя вони розпадаються ще до того, як встигнуть залишити атом чи атомне ядро. Резонансні стани обчислені теоретично, зафіксувати їх у реальних експериментах не вдається.

Крім заряду, маси та часу життя, елементарні частинки описуються також поняттями, які не мають аналогів у класичній фізиці: поняттям спина . Спиномназивається власний момент імпульсу частинки, не пов'язаний з її переміщенням. Спин характеризується спиновим квантовим числом s, яке може набувати цілі (±1) або напівцілі (±1/2) значення. Частинки з цілим спином – бозони, з напівцілим - ферміони. Електрон відноситься до ферміонів. Відповідно до принципу Паулі в атомі не може бути більше одного електрона з одним і тим же набором квантових чисел n,m,l,s. p align="justify"> Електрони, яким відповідає хвильові функції з однаковим числомn, дуже близькі за енергіями і утворюють в атомі електронну оболонку. Відмінності в числеl визначають "подоболочку", інші квантові числа визначають її заповнення, про що було сказано вище.

У характеристиці елементарних частинок є ще одне важливе уявлення взаємодії. Як зазначалося раніше, відомо чотири види взаємодій між елементарними частинками: гравітаційне,слабке,електромагнітнеі сильне(ядерне).

Усі частки, що мають масу спокою ( m 0), беруть участь у гравітаційному взаємодії, заряджені – й у електромагнітному. Лептони беруть участь ще й у слабкій взаємодії. Адрони беруть участь у всіх чотирьох фундаментальних взаємодіях.

Згідно з квантовою теорією поля, всі взаємодії здійснюються завдяки обміну віртуальними частинками тобто частинками, про існування яких можна судити лише опосередковано, за деякими їх проявами через якісь вторинні ефекти ( реальні частки можна безпосередньо зафіксувати за допомогою приладів).

Виявляється, що всі відомі чотири типи взаємодій - гравітаційна, електромагнітна, сильна і слабка - мають калібрувальну природу і описуються калібрувальними симетріями. Тобто всі взаємодії зроблені "з однієї болванки". Це вселяє надію, що можна буде знайти "єдиний ключ до всіх відомих замків" і описати еволюцію Всесвіту зі стану, представленого єдиним суперсиметричним суперполем, зі стану, в якому відмінності між типами взаємодій між різними частинками речовини і квантами полів ще не виявлені.

Існує величезна кількістьметодів класифікації елементарних частинок. Так, наприклад, частинки поділяють на ферміони (Фермі-частинки) – частинки речовини та бозони (Бозе-частинки) – кванти полів.

Згідно з іншим підходом, частинки поділяють на 4 класи: фотони, лептони, мезони, баріони.

Фотони (Кванти електромагнітного поля) беруть участь в електромагнітних взаємодіях, але не мають сильної, слабкої, гравітаційної взаємодії.

Лептони отримали свою назву від грецького слова leptos- Легкий. До них відносяться частинки, що не володіють сильною взаємодією мюони (μ - , μ +), електрони (е - , е +), електронні нейтрино (ve - , e +) і мюонні нейтрино (v - m, v + m). Усі лептони мають спин, рівний ½, і, отже, є ферміонами. Всі лептони мають слабку взаємодію. Ті з них, які мають електричний заряд (тобто мюони та електрони), мають також електромагнітну взаємодію.

Мезони - Нестабільні частинки, що сильно взаємодіють, не несуть так званого баріонного заряду. До них належить р-мезони, або півонії (π + , π - , π 0), До-мезони, або каони (К + , К - , К 0), ця-мезони (η) . Маса До-мезонів становить ~970mе (494 МеВ для заряджених та 498 МеВ для нейтральних До-мезонів). Час життя До-мезон має величину порядку 10 -8 с. Вони розпадаються з освітою я-мезонів та лептонів або тільки лептонів. Маса ця-мезонів дорівнює 549 МеВ (1074mе), час життя - близько 10 -19 с. Ця-мезони розпадаються з утворенням π-мезонів та γ-фотонів. На відміну від лептонів, мезони мають не тільки слабку (і, якщо вони заряджені, електромагнітну), але також і сильну взаємодію, що проявляється при взаємодії їх між собою, а також при взаємодії між мезонами і баріонами. Спин усіх мезонів дорівнює нулю, тому вони є бозонами.

Клас баріонів поєднує в собі нуклони (p, n) і нестабільні частинки з масою більше маси нуклонів, що отримали назву гіперонів. Всі баріони мають сильну взаємодію і, отже, активно взаємодіють з атомними ядрами. Спин всіх баріонів дорівнює ½, тому баріони є ферміонами. За винятком протону, усі баріони нестабільні. При розпаді баріонів поряд з іншими частинками обов'язково утворюється баріон. Ця закономірність є одним із проявів закону збереження баріонного заряду.

Крім перерахованих вище частинок виявлено велике числосильно взаємодіючих короткоживучих частинок, які отримали назву резонансів . Ці частинки є резонансними станами, утвореними двома або великим числом елементарних частинок. Час життя резонансів становить лише ~ 10 -23 -10 -22 с.

Елементарні частинки, а також складні мікрочастинки вдається спостерігати завдяки тим слідам, які вони залишають при проходженні через речовину. Характер слідів дозволяє судити про знак заряду частинки, її енергії, імпульс і т. п. Заряджені частинки викликають іонізацію молекул на своєму шляху. Нейтральні частинки слідів не залишають, але вони можуть виявити себе в момент розпаду на заряджені частинки або в момент зіткнення з ядром. Отже, зрештою нейтральні частинки також виявляються по іонізації, викликаної породженими ними зарядженими частинками.

Частинки та античастинки. У 1928 р. англійському фізику П. Дірак вдалося знайти релятивістське квантово-механічне рівняння для електрона, з якого випливає ряд чудових наслідків. Насамперед, із цього рівняння природним чином, без будь-яких додаткових припущень, виходять спин та числове значення власного магнітного моменту електрона. Таким чином, з'ясувалося, що спин є величиною одночасно і квантової, і релятивістської. Але цим не вичерпується значення рівняння Дірака. Воно дозволило також передбачити існування античастки електрона – позитрон. З рівняння Дірака виходять повної енергії вільного електрона як позитивні, а й негативні значення. Дослідження рівняння показують, що при заданому імпульсі частинки існують рішення рівняння, що відповідають енергіям: .

Між найбільшою негативною енергією (– mе з 2) та найменшою позитивною енергією (+ m e c 2) є інтервал значень енергії, які можуть реалізуватися. Ширина цього інтервалу дорівнює 2 mе з 2 . Отже, виходять дві області власних значень енергії: одна починається з + m e з 2 і простягається до +∞, інша починається з – mе з 2 і тягнеться до –∞.

Частка з негативною енергією повинна мати дуже дивні властивості. Переходячи в стани з дедалі меншою енергією (тобто з модулем, що збільшується, негативною енергією), вона могла б виділяти енергію, скажімо, у вигляді випромінювання, причому, оскільки | Е| нічим не обмежений, частка з негативною енергією могла б випромінювати нескінченно велику кількість енергії. Такого висновку можна дійти наступним шляхом: із співвідношення Е=mе з 2 випливає, що у частинки з негативною енергією маса буде негативною. Під дією гальмівної сили частка з негативною масою повинна не сповільнюватися, а прискорюватися, здійснюючи над джерелом сили, що гальмує, нескінченно велика кількість роботи. Зважаючи на ці труднощі слід, здавалося б, визнати, що стан з негативною енергією потрібно виключити з розгляду як приводить до абсурдних результатів. Це проте суперечило б деяким загальним принципам квантової механіки. Тому Дірак вибрав інший шлях. Він запропонував, що переходи електронів у стани з негативною енергією зазвичай не спостерігаються з тієї причини, що всі рівні з негативною енергією вже зайняті електронами.

Згідно з Діраком, вакуум є такий стан, в якому всі рівні негативної енергії заселені електронами, а рівні з позитивною енергією вільні. Оскільки всі без винятку зайняті рівні, що лежать нижче забороненої смуги, електрони на цих рівнях ніяк себе не виявляють. Якщо одному з електронів, що знаходяться на негативних рівнях, повідомити енергію Е≥ 2mе з 2 то цей електрон перейде в стан з позитивною енергією і поводитиметься звичайним чином, як частка з позитивною масою і негативним зарядом. Ця перша з передбачених теоретично частинок була названа позитроном. При зустрічі позитрона з електроном вони анігілюють (зникають) – електрон переходить з позитивного рівня на негативний вакантний. Енергія, що відповідає різниці цих рівнів, виділяється у вигляді випромінювання. На рис. 4 стрілка 1 зображує процес народження пари електрон-позитрон, а стрілка 2 – їх анігіляцію Термін "анігіляція" не слід розуміти буквально. По суті, відбувається не зникнення, а перетворення одних частинок (електрона та позитрону) на інші (γ-фотони).

Існують частинки, які тотожні зі своїми античастинками (тобто не мають античасток). Такі частки називаються абсолютно нейтральними. До них належать фотон, π 0 -мезон і η-мезон. Частинки, тотожні зі своїми античастинками, не здатні до анігіляції. Це, однак, не означає, що вони взагалі не можуть перетворюватися на інші частки.

Якщо баріонам (тобто нуклонам та гіперонам) приписати баріонний заряд (або баріонне число) У= +1, антибаріон – баріонний заряд У= –1, а решті частинок – баріонний заряд У= 0, то для всіх процесів, що протікають за участю баріонів та антибаріонів, буде характерно збереження баріонів заряду, подібно до того як для процесів характерне збереження електричного заряду. Закон збереження баріонного заряду обумовлює стабільність м'якого з баріонів - протона. Перетворення всіх величин, що описують фізичну систему, при якому всі частинки замінюються на античастинки (наприклад, електрони протонами, а протони електронами і т. д.), називається зарядом сполучення.

Дивні частки.До-мезони та гіперони були виявлені у складі космічних променів на початку 50-х рр. XX ст. Починаючи з 1953 р. їх одержують на прискорювачах. Поведінка цих частинок виявилася настільки незвичайною, що вони були названі дивними. Незвичайність поведінки дивних частинок полягала в тому, що народжувалися вони явно за рахунок сильних взаємодій з характерним часом близько 10 -23 с, а життя їх виявилося близько 10 -8 -10 -10 с. Остання обставина вказувала на те, що розпад частинок здійснюється внаслідок слабких взаємодій. Було незрозуміло, чому дивні частки живуть так довго. Оскільки і в народженні, і в розпаді λ-гіперону беруть участь одні й ті ж частинки (π-мезони і протон), дивувалося, що швидкість (тобто ймовірність) обох процесів настільки різна. Подальші дослідження показали, що дивні частки народжуються парами. Це навело на думку, що сильні взаємодії не можуть відігравати ролі в розпаді частинок внаслідок того, що для їх прояву потрібна присутність двох дивних частинок. З тієї ж причини виявляється неможливим поодиноке народження дивних частинок.

Щоб пояснити заборону одиночного народження дивних частинок, М. Гелл-Манн і К. Нішиджима ввели до розгляду нове квантове число, сумарне значення якого має, на їхню думку, зберігатися при сильних взаємодіях. Це квантове число Sбуло названо дивністю частинки. При слабких взаємодіях дивина може зберігатися. Тому вона приписується лише сильно взаємодіючим частинкам – мезонам та баріонам.

Нейтріно.Нейтрино - єдина частка, яка не бере участі ні в сильних, ні в електромагнітних взаємодіях. Виключаючи гравітаційне взаємодія, у якому беруть участь усі частки, нейтрино може брати участь лише у слабких взаємодіях.

Довгий час залишалося незрозумілим, чим відрізняється нейтрино від антинейтрино. Відкриття закону збереження комбінованої парності дало змогу відповісти це питання: вони відрізняються спіральністю. Під спіральністюрозуміється певне співвідношення між напрямами імпульсу Рі спина Sчастки. Спіральність вважається позитивною, якщо спин та імпульс мають однаковий напрямок. У цьому випадку напрямок руху частинки ( Р) і напрямок "обертання", що відповідає спину, утворюють правий гвинт. При протилежно спрямованих спині та імпульсі спіральність буде негативною (поступальний рух та “обертання” утворюють лівий гвинт). Відповідно до розвиненої Янгом, Лі, Ландау і Саламом теорії поздовжнього нейтрино, всі існуючі в природі нейтрино, незалежно від способу їх виникнення, завжди бувають повністю поздовжньо поляризовані (тобто спин їх спрямований паралельно або антипаралельно імпульсу) Р). Нейтрино має негативну(ліву) спіральність (йому відповідає співвідношення напрямів Sі Р, зображене на рис. 5 (б), антинейтрино - позитивну (праву) спіральність (а). Отже, спіральність – те, що відрізняє нейтрино від антинейтрино.

Мал. 5.Схема спіральності елементарних частинок

Систематика елементарних частинок.Закономірності, які у світі елементарних частинок, може бути сформульовані як законів збереження. Таких законів накопичилося вже чимало. Деякі їх виявляються не точними, а лише наближеними. Кожен закон збереження висловлює певну симетрію системи. Закони збереження імпульсу Р, моменту імпульсу Lта енергії Евідображають властивості симетрії простору та часу: збереження Еє наслідок однорідності часу, збереження Робумовлено однорідністю простору, а збереження L- Його ізотропністю. Закон збереження парності пов'язаний із симетрією між правим і лівим ( Р-Інваріантність). Симетрія щодо зарядового сполучення (симетрія частинок та античастинок) призводить до збереження зарядової парності ( З-Інваріантність). Закони збереження електричного, баріонного та лептонного зарядів виражають особливу симетрію. З-функції. Нарешті, закон збереження ізотопічного спина відбиває ізотропність ізотопічного простору. Недотримання одного із законів збереження означає порушення в даній взаємодії відповідного виду симетрії.

У світі елементарних частинок діє правило: дозволено все, що не забороняють закони збереження. Останні відіграють роль правил заборони, що регулюють взаємоперетворення частинок. Насамперед відзначимо закони збереження енергії, імпульсу та електричного заряду. Ці три закони пояснюють стабільність електрона. Зі збереження енергії та імпульсу випливає, що сумарна маса спокою продуктів розпаду повинна бути меншою за масу спокою частки, що розпадається. Отже, електрон міг би розпадатися лише з нейтрино і фотони. Але ці частинки електрично нейтральні. Ось і виходить, що електрону просто нема кому передати свій електричний заряд, тому він стабільний.

Кварки.Часток, званих елементарними, стало так багато, що виникли серйозні сумніви щодо їх елементарності. Кожна із сильно взаємодіючих частинок характеризується трьома незалежними адитивними квантовими числами: зарядом Q, гіперзарядом Ута баріонним зарядом У. У зв'язку з цим виникла гіпотеза у тому, що це частки побудовано з трьох фундаментальних частинок – носіїв цих зарядів. У 1964 р. Гелл-Ман і незалежно від нього швейцарський фізик Цвейг висунули гіпотезу, згідно з якою всі елементарні частинки побудовані з трьох частинок, названих кварками. Цим частинкам приписуються дробові квантові числа, зокрема, електричний заряд, що дорівнює +⅔; -⅓; +⅓ відповідно для кожного із трьох кварків. Ці кварки зазвичай позначаються буквами U,D,S. Крім кварків, розглядаються антикварки ( u,d, S). На сьогоднішній день відомо 12 кварків – 6 кварків та 6 антикварків. Мезони утворюються із пари кварк-антикварк, а баріони – із трьох кварків. Так, наприклад, протон та нейтрон складаються з трьох кварків, що робить протон або нейтрон безбарвними. Відповідно розрізняють три заряди сильних взаємодій - червоний ( R), жовтий ( Y) та зелений ( G).

Кожному кварку приписується однаковий магнітний момент (мкВ), величина якого з теорії не визначається. Розрахунки, зроблені на підставі такого припущення, дають для протона значення магнітного моменту p = μ кв, а для нейтрону μ n = – ⅔μ кв.

Таким чином, для відношення магнітних моментів виходить значення μ p / μ n = –⅔, що чудово узгоджується з експериментальним значенням.

В основному колір кварку (подібно до знака електричного заряду) став виражати відмінність у властивості, що визначає взаємне тяжіння і відштовхування кварків. За аналогією з квантами полів різних взаємодій (фотонами в електромагнітних взаємодіях, р-мезонами у сильних взаємодіях тощо) були введені частинки-переносники взаємодії між кварками. Ці частки були названі глюонами. Вони переносять колір від одного кварку до іншого, внаслідок чого кварки утримуються разом. У фізиці кварків сформульовано гіпотезу конфайнменту (від англ. confinements- Полон) кварків, згідно з якою неможливо віднімання кварку з цілого. Він може існувати лише як елемент цілого. Існування кварків як реальних частинок у фізиці надійно обґрунтоване.

Ідея кварків виявилася дуже плідною. Вона дозволила як систематизувати вже відомі частки, а й передбачити низку нових. Положення, що склалося у фізиці елементарних частинок, нагадують становище, що утворилося у фізиці атома після відкриття в 1869 р. Д. І. Менделєвим періодичного закону. Хоча сутність цього закону була з'ясована лише приблизно через 60 років після створення квантової механіки, він дозволив систематизувати відомі на той час хімічні елементи і, крім того, призвів до передбачення існування нових елементів та їх властивостей. Так само фізики навчилися систематизувати елементарні частинки, причому розроблена систематика в ряді випадків дозволила передбачити існування нових частинок і передбачити їх властивості.

Отже, нині істинно елементарними вважатимуться кварки і лептони; їх 12, або разом з античатицями – 24. Крім того, існують частинки, що забезпечують чотири фундаментальні взаємодії (кванти взаємодії). Цих частинок 13: гравітон, фотон, W± - і Z-частки та 8 глюонів.

Існуючі теорії елементарних частинок не можуть вказати, що є початком низки: атоми, ядра, адрони, кварки. У цьому ряду кожна складніша матеріальна структура включає більш просту як складову частину. Очевидно, так нескінченно продовжуватися не може. Припустили, що описаний ланцюжок матеріальних структур базується на об'єктах іншої природи. Показано, що такими об'єктами можуть бути не точкові, а протяжні, хоч і надзвичайно малі (~10-33 см) освіти, названі суперструнами.Описана ідея у нашому чотиривимірному просторі не реалізована. Ця область фізики взагалі надзвичайно абстрактна, і дуже важко підібрати наочні моделі, що допомагають спрощеному сприйняттю ідей, закладених у теоріях елементарних частинок. Тим не менш, ці теорії дозволяють фізикам висловити взаємоперетворення та взаємозумовленість "найбільш елементарних" мікрооб'єктів, їх зв'язок з властивостями чотиривимірного простору-часу. Найбільш перспективною вважається так звана М-теорія (М – від mystery- Загадка, таємниця). Вона оперує дванадцятимірним простором . Зрештою, при переході до безпосередньо сприйманого нами чотиривимірного світу всі “зайві” виміри “згортаються”. М-теорія поки що єдина теорія, яка дає можливість звести чотири фундаментальні взаємодії до одного – так званої Суперсила.Важливо також, що теорія допускає існування різних світів і встановлює умови, що забезпечують виникнення нашого світу. М-теорія ще недостатньо розроблена. Вважається, що остаточна «теорія всього» на основі М-теорії буде побудована вXXIв.

ЕЛЕМЕНТАРНІ ЧАСТИНИ- первинні, далі нерозкладні частки, у тому числі, як вважають, складається вся матерія. У сучасній фізиці термін «елементарні частинки» зазвичай вживається для позначення великої групи найдрібніших частинок матерії, які не є атомами або атомними ядрами (див. Ядро атомне); виняток становить ядро ​​атома водню – протон.

До 80-х років 20 століття науці було відомо понад 500 елементарних частинок, більшість яких є нестабільними. До елементарних частинок відносяться протон (p), нейтрон (n), електрон (e), фотон (γ), пі-мезони (π), мюони (μ), важкі лептони (τ + , τ -), нейтрино трьох типів - електронні (V e), мюонні (V μ) та пов'язані з так званим важким дептоном (V τ), а також «дивні» частинки (К-мезони та гіперони), різноманітні резонанси, мезони з прихованою чарівністю, «зачаровані» частинки, іпсилон-частки (Υ), «гарні» частинки, проміжні векторні бозони та ін. З'явився самостійний розділ фізики – фізика елементарних частинок.

Історія фізики елементарних частинок почалася з 1897 року, коли Томсоном (J. J. Thomson) було відкрито електрон (див. Електронне випромінювання); 1911 року Міллікен (R. Millikan) виміряв величину його електричного заряду. Поняття «фотон» – квант світла – було введено Планком (М. Planck) у 1900 році. Прямі експериментальні докази існування фотона були отримані Міллікен (1912-1915) і Комптон (A. Н. Compton, 1922). У процесі вивчення атомного ядра Е. Резерфорд відкрив протон (див. Протонне випромінювання), а в 1932 Чедвік (J. Chadwick) - нейтрон (див. Нейтронне випромінювання). 1953 року було експериментально доведено існування нейтрино, яке Паулі (W. Pauli) передбачив ще 1930 року.

Елементарні частинки поділяють на три групи. Перша представлена ​​єдиною елементарною часткою - фотоном, γ-квантом, або квантом електромагнітного випромінювання. Друга група - це лептони (грецький leptos дрібний, легкий), що беруть участь, крім електромагнітних, ще й у слабких взаємодіях. Відомо 6 лептонів: електрон та електронне нейтрино, мюон та мюонне нейтрино, важкий τ-лептон та відповідний нейтрино. Третю - основну групу елементарних частинок становлять адрони (грецький hadros великий, сильний), які беруть участь у всіх видах взаємодій, зокрема у сильних взаємодіях (див. нижче). До адронів відносяться частки двох типів: баріони (грец. barys важкий) - частки з напівцілим спином і масою не менше маси протона, і мезони (грецький середній місяць) - частки з нульовим або цілим спином (див. Електронний парамагнітний резонанс). До баріонів належать протон і нейтрон, гіперони, частина резонансів та «зачарованих» частинок та деякі інші елементарні частинки. Єдиним стабільним баріоном є протон, інші баріони нестабільні (нейтрон у вільному стані - нестабільна частка, проте у зв'язаному стані всередині стабільних атомних ядер він стабільний. Мезони отримали свою назву тому, що маси перших відкритих мезонів - пі-мезону та К-мезону - мали Значення, проміжні між масами протона і електрона. Пізніше були відкриті мезони, маса яких перевищує масу протона. . У 1964 р. Цвейг (G. Zweig) і Гелл-Манн (М. Gell-Mann) незалежно один від одного висловили припущення про кваркову структуру адронів. мають ряд незвичайних властивостей, наприклад дробовим електричним зарядом та ін У вільному стані кварків не спостерігали. Вважають, що це адрони утворюються з допомогою різних поєднань кварків.

Спочатку елементарні частинки досліджували щодо радіоактивного розпаду (див. Радіоактивність) і космічного випромінювання (див.). Однак починаючи з 50-х років 20 століття дослідження елементарних частинок виробляють на прискорювачах заряджених частинок (див.), У яких прискорені частинки бомбардують мішень або стикаються з частинками, що летять назустріч. При цьому частинки взаємодіють між собою, внаслідок чого відбувається їхнє взаємоперетворення. Саме таким чином було відкрито більшість елементарних частинок.

Кожна елементарна частка разом зі специфікою властивих їй взаємодій описується набором дискретних значень певних фізичних величин, що виражаються цілими чи дробовими числами (квантовими числами). Загальними характеристикамивсіх елементарних частинок є маса (m), час життя (т), спин (J) - власний момент кількості руху елементарних частинок, що має квантову природу і не пов'язаний із переміщенням частинки як цілого, електричний заряд (Ω) та магнітний момент (μ) . Електричні заряди вивчених елементарних частинок за абсолютною величиною є цілими кратними числами від заряду електрона (е?1,6 * 10 -10 к). У відомих елементарних частинок електричні заряди дорівнюють 0, ±1 і ±2.

Всі елементарні частинки мають відповідні античастинки, маса і спин яких дорівнюють масі та спину частинки, а електричний заряд, магнітний момент та інші характеристики рівні за абсолютною величиною та протилежні за знаком. Наприклад, античастинкою електрона є позитрон - електрон із позитивним електричним зарядом. Елементарна частка, Тотожна своїй античастинці, називається істинно нейтральною, наприклад нейтрон і антинейтрон, нейтрино і антинейтрино і т. д. При взаємодії античасток один з одним відбувається їх анігіляція (див.).

При попаданні елементарної частки у матеріальне середовище вони взаємодіють із нею. Розрізняють сильну, електромагнітну, слабку та гравітаційну взаємодії. Сильна взаємодія (сильніша за електромагнітну) виникає між елементарними частинками, що знаходяться на відстані менше 10 -15 м (1 фермі). При відстанях понад 1,5 ферм сила взаємодії між частинками близька до нуля. Саме сильні взаємодії між елементарними частинками забезпечують виняткову міцність атомних ядер, яка лежить в основі стабільності речовини у земних умовах. Характерною особливістюсильної взаємодії є його незалежність від електричного заряду. До сильної взаємодії здатні адрони. Сильні взаємодії зумовлюють розпад короткоживучих частинок (час життя близько 10 -23 - 10 -24 сек.), Які називають резонансами.

Електромагнітної взаємодії схильні до всіх заряджених елементарних частинок, фотонів і нейтральних частинок, що володіють магнітним моментом (наприклад, нейтрони). В основі електромагнітних взаємодій лежить зв'язок з електромагнітним полем. Сили електромагнітної взаємодії приблизно в 100 разів слабші за силу сильної взаємодії. Основна сфера дії електромагнітної взаємодії – атоми та молекули (див. Молекула). Така взаємодія визначає структуру твердих тіл, характер хім. процесів. Воно не обмежується відстанню між елементарними частинками, тому розмір атома приблизно 10 4 разів більше розміруатомного ядра.

Слабкі взаємодії лежать в основі надзвичайно повільних процесів за участю елементарних частинок. Наприклад, нейтрино, що мають слабку взаємодію, можуть безперешкодно пронизувати товщу Землі та Сонця. Слабкі взаємодії зумовлюють також повільні розпади про квазистабильных елементарних частинок, час життя яких перебуває у межах 10 8 - 10 -10 сек. Елементарні частинки, народжені при сильній взаємодії (за час 10 -23 -10 -24 сек.), але повільно, що розпадаються (10 -10 сек.), називають дивними.

Гравітаційні взаємодії між елементарними частинками дають надзвичайно малі ефекти через мізерність мас частинок. Цей вид взаємодії добре вивчений макрооб'єктах, мають велику масу.

Різноманітність елементарних частинок з різними фізичними характеристикамипояснює складність їх систематизації. З усіх елементарних частинок тільки фотони, електрони, нейтрино, протони та їх античастинки фактично є стабільними, оскільки мають великий час життя. Ці частинки є кінцевими продуктами мимовільного перетворення інших елементарних частинок. Народження елементарних частинок може відбуватися внаслідок перших трьох типів взаємодій. Для сильно взаємодіючих частинок джерелом народження реакції сильної взаємодії. Лептони, що найімовірніше, з'являються при розпадах інших елементарних частинок або народжуються парами (частка + античастка) під впливом фотонів.

Потоки елементарних частинок формують іонізуючі випромінювання, що викликають іонізацію нейтральних молекул середовища. Біологічний ефект елементарних частинок пов'язують з утворенням у опромінених тканинах та рідинах організму речовин із високою хімічною активністю. До таких речовин належать вільні радикали (див. вільні Радикали), перекиси (див.) та інші. Елементарні частинки можуть надавати і пряму дію на біо-молекули і надмолекулярні структури, викликати розрив внутрішньомолекулярних зв'язків, деполімеризацію високомолекулярних сполук тощо. тривалого збереження стану збудження у деяких макромолекулярних субстратах. У клітинах пригнічується або перекручується активність ферментних систем, змінюється структура клітинних мембран та поверхневих клітинних рецепторів, що призводить до підвищення проникності мембран та зміни дифузійних процесів, що супроводжуються явищами денатурації білків, дегідратації тканин, порушенням внутрішнього середовища клітини. Ураженість клітин значною мірою залежить від інтенсивності їхнього мітотичного поділу (див. Мітоз) та обміну речовин: з підвищенням цієї інтенсивності радіоушкодження тканин збільшується (див. Радіочутливість). На цій властивості потоків елементарні частинки – іонізуючого опромінення – засноване їх застосування для променевої терапії (див.), особливо при лікуванні злоякісних новоутворень. Проникаюча здатність заряджених елементарних частинок великою мірою залежить від лінійної передачі енергії (див.), тобто від середньої енергії, що поглинається середовищем у місці проходження зарядженої частинки, віднесеної до одиниці її шляху.

Пошкоджуюча дія потоку елементарних частинок особливо позначається на стовбурових клітинах кровотворної тканини, епітелії яєчок, тонкої кишки, шкіри (див. Променева хвороба, Променеві ушкодження). Насамперед уражаються системи, що знаходяться під час опромінення у стані активного органогенезу та диференціювання (див. Критичний орган).

Біологічна та терапевтична дія елементарних частинок залежить від їх виду та дози випромінювання (див. Дози іонізуючих випромінювань). Так, наприклад, при дії рентгенівського випромінювання(див. Рентгенотерапія), гамма-випромінювання і протонного випромінювання на все тіло людини в дозі близько 100 рад спостерігається тимчасова зміна кровотворення; зовнішній впливнейтронного випромінювання (див. Нейтронне випромінювання) веде до утворення в організмі різних радіоактивних речовин, наприклад радіонуклідів натрію, фосфору та ін. опромінення організму (див. Інкорпорування радіоактивних речовин). Особливо небезпечні в цьому відношенні радіонукліди, що швидко резорбуються, з рівномірним розподілом в організмі, напр. тритій (3H) та полоній-210.

Радіонукліди, що є джерелами елементарних частинок і беруть участь в обміні речовин, використовують у радіоізотопній діагностиці (див.).

Бібліогр.:Ахієзер А. І. та Рекало М. П. Біографія елементарних частинок, Київ, 1983, бібліогр.; Боголюбов Н. Н. і Широков Д. Ст Ст Квантові поля, М., 1980; Борн М. Атомна фізика, пров. з англ., М., 1965; Джонс X. Фізика радіології, пров. з англ. М., 1965; Кронгауз А. Н., Ляпідевський Ст До. і Фролова А. Ст Фізичні основи клінічної дозиметрії, М., 1969; Променева терапія з допомогою випромінювань високої енергії, під ред. І. Беккера та Г. Шуберта, пров. з ньому., М., 1964; Тюбіана М. та ін. Фізичні основи променевої терапії та радіобіології, пров. з франц., М., 1969; Шпольський Е. Ст Атомна фізика, т. 1, М., 1984; Янг Ч. Елементарні частки, пров. з англ. М., 1963.

Р. В. Ставнцький.