Šīs trīs daļiņas (kā arī citas, kas aprakstītas zemāk) ir attiecīgi savstarpēji piesaistītas un atgrūstas. maksas, no kuriem ir tikai četri veidi pēc dabas pamatspēku skaita. Lādiņus var sakārtot atbilstošo spēku dilstošā secībā šādi: krāsu lādiņš (kvarku mijiedarbības spēki); elektriskais lādiņš (elektriskie un magnētiskie spēki); vājš lādiņš (spēki dažos radioaktīvos procesos); visbeidzot, masa (gravitācijas spēki vai gravitācijas mijiedarbība). Vārdam "krāsa" šeit nav nekāda sakara ar redzamās gaismas krāsu; tā vienkārši ir spēcīgākā lādiņa un lielāko spēku īpašība.
Maksas pastāvēt, t.i. lādiņa ienākšana sistēmā vienāds ar lādiņu atstājot to. Ja noteikta skaita daļiņu kopējais elektriskais lādiņš pirms to mijiedarbības ir vienāds, teiksim, 342 vienības, tad pēc mijiedarbības neatkarīgi no tās rezultāta tas būs vienāds ar 342 vienībām. Tas attiecas arī uz citiem lādiņiem: krāsu (spēcīgs mijiedarbības lādiņš), vāju un masu (masu). Daļiņas atšķiras pēc lādiņiem: būtībā tās "ir" šīs lādiņas. Apsūdzības ir kā "sertifikāts" par tiesībām atbildēt uz attiecīgo spēku. Tātad krāsu spēki ietekmē tikai krāsainas daļiņas, elektriskie spēki ietekmē tikai elektriski lādētas daļiņas utt. Daļiņas īpašības nosaka lielākais spēks, kas uz to iedarbojas. Tikai kvarki ir visu lādiņu nesēji, un tāpēc tie ir pakļauti visu spēku iedarbībai, starp kuriem dominējošais ir krāsa. Elektroniem ir visi lādiņi, izņemot krāsu, un tiem dominējošais ir elektromagnētiskais spēks.
Visstabilākās dabā, kā likums, ir neitrālas daļiņu kombinācijas, kurās vienas zīmes daļiņu lādiņš tiek kompensēts ar otras zīmes daļiņu kopējo lādiņu. Tas atbilst visas sistēmas minimālajai enerģijai. (Tāpat divi stieņu magnēti atrodas vienā virzienā ar viena virziena ziemeļpolu dienvidpols otrs, kas atbilst magnētiskā lauka minimālajai enerģijai.) Gravitācija tomēr ir izņēmums no šī noteikuma: nav negatīvas masas. Nav ķermeņu, kas krīt uz augšu.
MATERIĀLU VEIDI
Parastā viela veidojas no elektroniem un kvarkiem, grupējoties objektos, kuriem ir neitrāla krāsa un pēc tam elektriskā lādiņš. Krāsu spēks tiek neitralizēts, par ko sīkāk tiks runāts tālāk, kad daļiņas tiek apvienotas trīskāršos. (No šejienes arī pats termins "krāsa", kas ņemts no optikas: trīs pamatkrāsas, sajaucoties, dod baltu.) Tādējādi kvarki, kuriem krāsu spēks ir galvenais, veido tripletus. Bet kvarki, un tie ir iedalīti sīkāk u-kvarki (no angļu valodas uz augšu - augšējais) un d-kvarkiem (no angļu valodas uz leju - zemāks), tiem ir arī elektriskais lādiņš, kas vienāds ar u-kvarks un par d- kvarks. Divas u-kvarks un viens d-kvarks dod elektrisko lādiņu +1 un veido protonu, un vienu u-kvarks un divi d-kvarki dod nulles elektrisko lādiņu un veido neitronu.
Stabili protoni un neitroni, kurus viens otru piesaista to veidojošo kvarku mijiedarbības atlikušie krāsu spēki, veido krāsai neitrālu atoma kodolu. Bet kodoliem ir pozitīvs elektriskais lādiņš, un, piesaistot negatīvus elektronus, kas griežas ap kodolu, piemēram, planētas, kas griežas ap Sauli, ir tendence veidot neitrālu atomu. To orbītā esošie elektroni tiek noņemti no kodola attālumos, kas desmitiem tūkstošu reižu pārsniedz kodola rādiusu – tas liecina, ka elektriskie spēki, kas tos notur, ir daudz vājāki nekā kodolspēki. Pateicoties krāsu mijiedarbības spēkam, 99,945% no atoma masas atrodas tā kodolā. Svars u- un d-Kvarki ir aptuveni 600 reizes lielāki par elektrona masu. Tāpēc elektroni ir daudz vieglāki un kustīgāki nekā kodoli. Elektriskās parādības izraisa to kustība vielā.
Ir vairāki simti dabiskās šķirnes atomi (ieskaitot izotopus), kas atšķiras ar neitronu un protonu skaitu kodolā un attiecīgi ar elektronu skaitu orbītās. Vienkāršākais ir ūdeņraža atoms, kas sastāv no kodola protona formā un viena elektrona, kas griežas ap to. Visa "redzamā" matērija dabā sastāv no atomiem un daļēji "izjauktiem" atomiem, kurus sauc par joniem. Joni ir atomi, kas, zaudējot (vai ieguvuši) vairākus elektronus, kļūst par lādētām daļiņām. Vielu, kas sastāv no gandrīz visiem joniem, sauc par plazmu. Zvaigznes, kas deg centros notiekošo kodoltermisko reakciju dēļ, sastāv galvenokārt no plazmas, un, tā kā zvaigznes ir visizplatītākā matērijas forma Visumā, var teikt, ka viss Visums galvenokārt sastāv no plazmas. Precīzāk, zvaigznes pārsvarā ir pilnībā jonizēta ūdeņraža gāze; atsevišķu protonu un elektronu maisījums, un tāpēc no tā sastāv gandrīz viss redzamais Visums.
Šī ir redzama lieta. Bet Visumā joprojām ir neredzama matērija. Un ir daļiņas, kas darbojas kā spēku nesēji. Ir antidaļiņas un dažu daļiņu ierosinātie stāvokļi. Tas viss noved pie nepārprotami pārmērīga "elementārdaļiņu" pārpilnības. Šajā pārpilnībā var atrast norādi uz elementārdaļiņu patieso, patieso būtību un spēkiem, kas darbojas starp tām. Saskaņā ar jaunākajām teorijām, daļiņas būtībā var būt paplašināti ģeometriski objekti - "stīgas" desmit dimensiju telpā.
Neredzamā pasaule.
Visumā ir vairāk nekā tikai redzamā matērija (bet arī melnie caurumi un "tumšā matērija", piemēram, aukstās planētas, kas kļūst redzamas, kad tās tiek apgaismotas). Ir arī patiesi neredzama matērija, kas ik sekundi caurstrāvo mūs visus un visu Visumu. Tā ir viena veida daļiņu – elektronu neitrīno – ātri kustīga gāze.
Elektronu neitrīno ir elektrona partneris, bet tam nav elektriskais lādiņš... Neitrīnos ir tikai tā sauktais vājais lādiņš. Viņu atpūtas masa, visticamāk, ir nulle. Bet tie mijiedarbojas ar gravitācijas lauku, jo tiem ir kinētiskā enerģija E, kas atbilst efektīvajai masai m, saskaņā ar Einšteina formulu E = mc 2, kur c Vai gaismas ātrums.
Neitrīno galvenā loma ir tā, ka tas veicina transformāciju un- kvarki iekšā d-kvarki, kuru rezultātā protons pārvēršas par neitronu. Neitrīno darbojas kā "karburatora adata" zvaigžņu termokodolreakcijām, kurās četri protoni (ūdeņraža kodoli) apvienojas, veidojot hēlija kodolu. Bet, tā kā hēlija kodols nesastāv no četriem protoniem, bet gan no diviem protoniem un diviem neitroniem, šādai kodolsintēzei ir nepieciešams, lai divi un-kvarks pārvērtās par diviem d- kvarks. Pārvērtības intensitāte ir atkarīga no tā, cik ātri zvaigznes degs. Un transformācijas procesu nosaka vāji lādiņi un vājas mijiedarbības spēki starp daļiņām. Kurā un-kvarks (elektriskais lādiņš +2/3, vājš lādiņš +1/2), mijiedarbojoties ar elektronu (elektriskais lādiņš - 1, vājais lādiņš -1/2), veidojas d-kvarks (elektriskais lādiņš –1/3, vājš lādiņš –1/2) un elektronu neitrīno (elektriskais lādiņš 0, vājš lādiņš +1/2). Divu kvarku krāsu lādiņi (vai tikai krāsas) šajā procesā tiek kompensēti bez neitrīno. Neitrīno uzdevums ir aiznest nekompensētu vāju lādiņu. Tāpēc transformācijas ātrums ir atkarīgs no tā, cik vāji ir vājie spēki. Ja tie būtu vājāki nekā ir, tad zvaigznes nemaz nedegtu. Ja viņi būtu stiprāki, tad zvaigznes jau sen būtu izdegušas.
Un kā ar neitrīniem? Tā kā šīs daļiņas ārkārtīgi vāji mijiedarbojas ar citām vielām, tās gandrīz nekavējoties atstāj zvaigznes, kurās tās dzimušas. Visas zvaigznes spīd, izstaro neitrīnus, un neitrīno spīd caur mūsu ķermeni un visu Zemi dienu un nakti. Tāpēc viņi klīst pa Visumu, līdz, iespējams, nonāk jaunā ZVAIGZNES mijiedarbībā).
Mijiedarbības nesēji.
Kas izraisa spēkus, kas darbojas starp daļiņām no attāluma? Mūsdienu fizika ir atbildīga: ar citu daļiņu apmaiņu. Iedomājieties, ka divi slidotāji met bumbu. Piešķirot impulsu bumbiņai metiena laikā un saņemot impulsu ar saņemto bumbu, abi saņem grūdienu virzienā, kas atrodas prom viens no otra. Tas var izskaidrot atgrūšanas spēku parādīšanos. Bet kvantu mehānikā, kas aplūko parādības mikropasaulē, ir pieļaujama neparasta notikumu stiepšanās un delokalizācija, kas noved pie šķietami neiespējamā: viens no slidotājiem met bumbu virzienā. no cits, bet viens tomēr var būt noķer šo bumbu. Ir viegli saprast, ka, ja tas būtu iespējams (un elementārdaļiņu pasaulē tas ir iespējams), starp slidotājiem rastos pievilcība.
Daļiņas, kuru apmaiņas dēļ rodas mijiedarbības spēki starp četrām iepriekš aplūkotajām "matērijas daļiņām", sauc par mērdaļiņām. Katrai no četrām mijiedarbībām – spēcīgai, elektromagnētiskai, vājai un gravitācijas iedarbībai – ir savs gabarītdaļiņu kopums. Spēcīgas mijiedarbības daļiņas-nesēji ir gluoni (to ir astoņi). Fotons ir elektromagnētiskās mijiedarbības nesējs (tas ir viens, un mēs fotonus uztveram kā gaismu). Vājas mijiedarbības daļiņas-nesēji ir starpposma vektorbozoni (atklāti 1983. un 1984. W + -, W- bozoni un neitrāls Z-bozons). Gravitācijas mijiedarbības daļiņu nesējs joprojām ir hipotētisks gravitons (tam jābūt vienam). Visas šīs daļiņas, izņemot fotonu un gravitonu, kas var pārvarēt bezgalīgi lielus attālumus, pastāv tikai apmaiņas procesā starp materiāla daļiņām. Fotoni piepilda Visumu ar gaismu, un gravitoni piepilda Visumu ar gravitācijas viļņiem (vēl nav noteikti).
Tiek uzskatīts, ka daļiņu, kas spēj emitēt gabarīta daļiņas, ieskauj atbilstošs spēka lauks. Tātad elektronus, kas spēj izstarot fotonus, ieskauj elektriskie un magnētiskie lauki, kā arī vājie un gravitācijas lauki. Kvarkus ieskauj arī visi šie lauki, bet arī spēcīgas mijiedarbības lauks. Daļiņas ar krāsas lādiņu krāsu spēku laukā ietekmē krāsas spēks. Tas pats attiecas uz citiem dabas spēkiem. Tāpēc mēs varam teikt, ka pasaule sastāv no matērijas (materiāla daļiņām) un lauka (gabarīta daļiņām). Vairāk par to zemāk.
Antimatērija.
Katrai daļiņai atbilst antidaļiņa, ar kuru daļiņa var savstarpēji anihilēties, t.i. "Iznīcināt", kā rezultātā tiek atbrīvota enerģija. "Tīrā" enerģija pati par sevi tomēr neeksistē; iznīcināšanas rezultātā parādās jaunas daļiņas (piemēram, fotoni), kas šo enerģiju nes prom.
Antidaļiņai vairumā gadījumu ir īpašības, kas ir pretējas attiecīgajai daļiņai: ja daļiņa stipra, vāja vai elektromagnētiskā lauka ietekmē virzās pa kreisi, tad tās antidaļiņa virzīsies pa labi. Īsāk sakot, antidaļiņai ir pretējas visu lādiņu pazīmes (izņemot masas lādiņu). Ja daļiņa ir salikta, piemēram, neitrons, tad tās antidaļiņa sastāv no komponentiem ar pretējas zīmes maksas. Tātad antielektronam ir elektriskais lādiņš +1, vājais lādiņš +1/2, un to sauc par pozitronu. Antineutrons sastāv no un-antikvarki ar elektrisko lādiņu –2/3 un d- antikvarki ar elektrisko lādiņu +1/3. Patiesi neitrālas daļiņas ir savas antidaļiņas: fotona antidaļiņa ir fotons.
Saskaņā ar mūsdienu teorētiskajām koncepcijām katrai dabā esošajai daļiņai ir jābūt savai antidaļiņai. Un daudzas antidaļiņas, tostarp pozitroni un antineitroni, faktiski tika ražotas laboratorijā. Tā sekas ir ārkārtīgi svarīgas, un tās ir visas elementārdaļiņu eksperimentālās fizikas pamatā. Saskaņā ar relativitātes teoriju masa un enerģija ir līdzvērtīgas, un noteiktos apstākļos enerģiju var pārvērst masā. Tā kā lādiņš ir saglabāts, un vakuuma lādiņš (tukša vieta) ir nulle, no vakuuma, tāpat kā truši no burvju cepures, var rasties jebkurš daļiņu un antidaļiņu pāris (ar nulles kopējo lādiņu), ja vien enerģijas pietiek, lai izveidotu to masu.
Daļiņu paaudzes.
Eksperimenti ar paātrinātājiem ir parādījuši, ka materiāla daļiņu četras (kvartets) atkārtojas vismaz divas reizes ilgāk par augstas vērtības masu. Otrajā paaudzē elektrona vietu ieņem mions (ar masu aptuveni 200 reižu lielāku par elektrona masu, bet ar vienādām visu pārējo lādiņu vērtībām), elektrona neitrīno vieta ir muoniska ( kas pavada mionu vājās mijiedarbībās tāpat kā elektronu pavada elektronu neitrīno), vieta un-kvarks ņem ar- kvarks ( apburts), a d- kvarks - s- kvarks ( dīvaini). Trešajā paaudzē kvartets sastāv no tau leptona, tau neitrīno, t-kvarks un b- kvarks.
Svars t- kvarka masa ir aptuveni 500 reizes lielāka par vieglākā masa d- kvarks. Eksperimentāli ir noskaidrots, ka ir tikai trīs veidu gaismas neitrīno. Tādējādi ceturtās paaudzes daļiņas vai nu vispār nepastāv, vai arī attiecīgie neitrīno ir ļoti smagi. Tas atbilst kosmoloģiskajiem datiem, saskaņā ar kuriem var pastāvēt ne vairāk kā četri gaismas neitrīno veidi.
Eksperimentos ar lielas enerģijas daļiņām elektrons, mions, tau leptons un attiecīgie neitrīno darbojas kā atsevišķas daļiņas. Tiem nav krāsu lādiņa un tie nonāk tikai vājā un elektromagnētiskā mijiedarbībā. Kopā tos sauc leptoni.
| 2. tabula. FUNDAMENTĀLO DAĻĻU RAŽOŠANA | ||||
| Daļiņa | Masa miera stāvoklī, MeV / ar 2 | Elektriskais lādiņš | Krāsu lādiņš | Vāja uzlāde |
| OTRĀ PAAUDE | ||||
| ar- kvarks | 1500 | +2/3 | Sarkans, zaļš vai zils | +1/2 |
| s- kvarks | 500 | –1/3 | Arī | –1/2 |
| Muona neitrīno | 0 | 0 | +1/2 | |
| Muon | 106 | 0 | 0 | –1/2 |
| TREŠĀ PAAUDE | ||||
| t- kvarks | 30000–174000 | +2/3 | Sarkans, zaļš vai zils | +1/2 |
| b- kvarks | 4700 | –1/3 | Arī | –1/2 |
| Tau neitrīno | 0 | 0 | +1/2 | |
| Tau | 1777 | –1 | 0 | –1/2 |
No otras puses, kvarki krāsu spēku ietekmē apvienojas spēcīgi mijiedarbīgās daļiņās, kas dominē lielākajā daļā augstas enerģijas fizikas eksperimentu. Šādas daļiņas sauc hadroni... Tie ietver divas apakšklases: barioni(piemēram, protonu un neitronu), kas sastāv no trim kvarkiem un mezoni kas sastāv no kvarka un antikvarka. 1947. gadā kosmiskajos staros tika atklāts pirmais mezons, ko sauca par pionu (vai pi-mezonu), un kādu laiku tika uzskatīts, ka šo daļiņu apmaiņa - galvenais iemesls kodolspēki. Omega-mīnus hadroni, kas tika atklāti 1964. gadā Brūkhavenas Nacionālajā laboratorijā (ASV), un j-psi daļiņa ( Dž/y-mezons), kas tika atklāts vienlaikus Brūkhavenā un Stenfordas Lineārā paātrinātāja centrā (arī ASV) 1974. gadā. Omega-mīnus daļiņas esamību prognozēja M. Gell-Mann savā t.s. SU 3 -teorijas "(cits nosaukums -" oktālais ceļš"), Kurā tika izdarīts pirmais pieņēmums par kvarku pastāvēšanas iespējamību (un viņiem tika dots šis nosaukums). Desmitgade pēc daļiņu atklāšanas Dž/y apstiprināja esamību ar-kvarks un beidzot lika ikvienam noticēt gan kvarka modelim, gan teorijai, kas apvieno elektromagnētiskos un vājos spēkus ( Skatīt zemāk).
Otrās un trešās paaudzes daļiņas ir ne mazāk reālas kā pirmās. Tiesa, pēc rašanās sekundes miljondaļā vai miljarddaļā tie sadalās parastās pirmās paaudzes daļiņās: elektronā, elektronu neitrīno un un- un d- kvarki. Jautājums par to, kāpēc dabā ir vairākas daļiņu paaudzes, joprojām ir noslēpums.
Par dažādām kvarku un leptonu paaudzēm bieži runā (kas, protams, ir zināmā mērā ekscentriski) kā par dažādām daļiņu "garšām". Nepieciešamību tos izskaidrot sauc par "garšas" problēmu.
BOSONI UN FERMIONI, LAUKS UN VIELA
Viena no būtiskām daļiņu atšķirībām ir atšķirība starp bozoniem un fermioniem. Visas daļiņas ir sadalītas šajās divās galvenajās klasēs. Identiski bozoni var pārklāties vai pārklāties, bet identiski fermioni nevar. Superpozīcija notiek (vai nenotiek) diskrētos enerģijas stāvokļos, kuros kvantu mehānika sadala dabu. Šie stāvokļi it kā ir atsevišķas šūnas, kurās var ievietot daļiņas. Tātad vienā šūnā var ievietot tik daudz identisku bozonu, cik vēlaties, bet tikai vienu fermionu.
Kā piemēru apsveriet šādas šūnas vai "stāvokus" elektronam, kas griežas ap atoma kodolu. Atšķirībā no planētām Saules sistēma, elektronu saskaņā ar likumiem kvantu mehānika nevar griezties nevienā eliptiskā orbītā, jo tai ir tikai diskrēts skaits atļauto "kustības stāvokļu". Tiek sauktas šādu stāvokļu kopas, kas sagrupētas pēc attāluma no elektrona līdz kodolam orbitāles... Pirmajā orbitālē ir divi stāvokļi ar atšķirīgu leņķisko momentu un līdz ar to divas atļautās šūnas, un augstākās orbitālēs ir astoņas vai vairāk šūnas.
Tā kā elektrons ir fermions, katrā šūnā var būt tikai viens elektrons. No tā izriet ļoti svarīgas sekas - visa ķīmija, jo vielu ķīmiskās īpašības nosaka attiecīgo atomu mijiedarbība. Ja ej līdzi periodiska sistēma elementi no viena atoma uz otru tādā secībā, ka protonu skaits kodolā palielinās par vienu (attiecīgi palielināsies arī elektronu skaits), tad pirmie divi elektroni aizņems pirmo orbitāli, nākamie astoņi atradīsies uz otrais utt. Šīs secīgās izmaiņas atomu elektroniskajā struktūrā no elementa uz elementu ir atbildīgas par to likumsakarībām ķīmiskās īpašības.
Ja elektroni būtu bozoni, tad visi atoma elektroni varētu ieņemt vienu un to pašu orbitāli, kas atbilst minimālajai enerģijai. Turklāt visu matērijas īpašības Visumā būtu pilnīgi atšķirīgas, un tādā formā, kādā mēs to pazīstam, Visums būtu neiespējams.
Visi leptoni – elektrons, mions, tau leptons un tiem atbilstošie neitrīni – ir fermioni. To pašu var teikt par kvarkiem. Tādējādi visas daļiņas, kas veido "matēriju", galveno Visuma pildvielu, kā arī neredzamie neitrīni, ir fermioni. Tas ir ļoti nozīmīgi: fermionus nevar apvienot, tāpēc tas pats attiecas uz materiālās pasaules objektiem.
Tajā pašā laikā visas "gabarīta daļiņas", kas tiek apmainītas starp mijiedarbojošām materiāla daļiņām un kas rada spēku lauku ( Skatīt iepriekš) ir bozoni, kas arī ir ļoti svarīgi. Tā, piemēram, daudzi fotoni var būt vienā stāvoklī, veidojot magnētisko lauku ap magnētu vai elektrisko lauku ap elektrisko lādiņu. Pateicoties tam, iespējams arī lāzers.
Spin.
Atšķirība starp bozoniem un fermioniem ir saistīta ar citu elementārdaļiņu īpašību - spin... Pārsteidzoši, bet visām fundamentālajām daļiņām ir savs leņķiskais impulss vai, vienkāršāk sakot, tās griežas ap savu asi. Impulsa moments ir raksturīgs rotācijas kustībai, kā arī kopējais impulss - translācijas. Jebkurā mijiedarbībā tiek saglabāts leņķiskais impulss un impulss.
Mikrokosmosā leņķiskais impulss ir kvantēts, t.i. ņem diskrētas vērtības. Piemērotās vienībās leptonu un kvarku spins ir vienāds ar 1/2, un gabarīta daļiņām spins ir vienāds ar 1 (izņemot gravitonu, kas vēl nav eksperimentāli novērots, bet teorētiski tam vajadzētu būt vienādam ar 2). Tā kā leptoni un kvarki ir fermioni, bet mērdaļiņas ir bozoni, var pieņemt, ka "fermionitāte" ir saistīta ar spin 1/2, bet "bozoniskums" ir saistīta ar spin 1 (vai 2). Patiešām, gan eksperiments, gan teorija apstiprina, ka, ja daļiņai ir pusvesels skaitļa spins, tad tā ir fermions, un, ja veselums, tad bozons.
MĒRTĪBAS TEORIJAS UN ĢEOMETIJA
Visos gadījumos spēki rodas no bozonu apmaiņas starp fermioniem. Tātad divu kvarku (kvarku - fermionu) mijiedarbības krāsu spēks rodas gluonu apmaiņas dēļ. Šī apmaiņa nepārtraukti notiek protonos, neitronos un atomu kodolos. Tāpat fotoni, kas apmainīti starp elektroniem un kvarkiem, rada elektriskus pievilkšanas spēkus, kas notur elektronus atomā, un starpposma vektorbozoni, ar kuriem apmainās leptoni un kvarki, rada vājus spēkus, kas ir atbildīgi par protonu pārvēršanu neitronos termokodolreakcijās zvaigznēs.
Šādas apmaiņas teorija ir eleganta, vienkārša un, iespējams, pareiza. To sauc par mērinstrumentu teorija... Bet pašlaik ir tikai neatkarīgas spēcīgās, vājās un elektromagnētiskās mijiedarbības gabarītu teorijas un līdzīga, kaut arī nedaudz atšķirīga gravitācijas gabarītu teorija. Viena no svarīgākajām fiziskajām problēmām ir šo atsevišķo teoriju samazināšana vienā un tajā pašā laikā vienkārša teorija, kurā tie visi kļūtu par dažādiem vienas realitātes aspektiem – kā kristāla šķautnes.
| 3. tabula. DAŽI HADRONI | ||||
| Daļiņa | Simbols | Kvarka sastāvs * | Atpūtas masa, MeV / ar 2 | Elektriskais lādiņš |
| BARIONI | ||||
| Protons | lpp | uud | 938 | +1 |
| Neitrons | n | udd | 940 | 0 |
| Omega mīnuss | W - | sss | 1672 | –1 |
| MESONES | ||||
| Pi-plus | lpp + | u | 140 | +1 |
| Pī mīnuss | lpp – | du | 140 | –1 |
| Fi | f | sє | 1020 | 0 |
| Jay-psi | Dž/ g | cў | 3100 | 0 |
| Upsilon | Ў | b | 9460 | 0 |
| * Kvarka sastāvs: u- tops; d- apakšā; s- dīvaini; c- apburts; b- skaists. Antikvarki ir apzīmēti ar domuzīmi virs burta. | ||||
Vienkāršākā un vecākā mērinstrumentu teorija ir elektromagnētiskās mijiedarbības mērinstrumentu teorija. Tajā elektrona lādiņš tiek salīdzināts (kalibrēts) ar cita elektrona lādiņu, kas atrodas tālu no tā. Kā var salīdzināt maksas? Jūs varat, piemēram, tuvināt otro elektronu pirmajam un salīdzināt to mijiedarbības spēkus. Bet vai elektrona lādiņš nemainās, kad tas pārvietojas uz citu telpas punktu? Vienīgais veids, kā pārbaudīt, ir nosūtīt signālu no tuvākā uz tālāko elektronu un redzēt, kā tas reaģē. Signāls ir kalibrēšanas daļiņa - fotons. Lai varētu pārbaudīt attālu daļiņu lādiņu, ir nepieciešams fotons.
Matemātiski šī teorija ir ārkārtīgi precīza un skaista. Visa kvantu elektrodinamika (elektromagnētisma kvantu teorija) izriet no iepriekš aprakstītā "gabarīta principa", kā arī teorijas. elektromagnētiskais lauks Maksvels ir viens no lielākajiem 19. gadsimta zinātnes sasniegumiem.
Kāpēc tik vienkāršs princips ir tik auglīgs? Acīmredzot tas pauž noteiktu korelāciju starp dažādām Visuma daļām, ļaujot veikt mērījumus Visumā. Matemātiski lauks tiek interpretēts ģeometriski kā kādas iedomājamas "iekšējās" telpas izliekums. Lādiņa mērīšana ir kopējā "iekšējā izliekuma" mērīšana ap daļiņu. Spēcīgas un vājas mijiedarbības mērierīču teorijas atšķiras no elektromagnētisko mērinstrumentu teorijas tikai ar atbilstošā lādiņa iekšējo ģeometrisko "struktūru". Kad jautāja, kur tieši tas atrodas iekšējā telpa mēģiniet atbildēt daudzdimensionāli vienotas teorijas lauki, kas šeit nav ietverti.
| 4. tabula. FUNDAMENTĀLĀS MIJIEDARBĪBAS | |||||
| Mijiedarbība | Relatīvā intensitāte 10-13 cm attālumā | Darbības rādiuss | Mijiedarbības nesējs | Nesēja miera masa, MeV / ar 2 | Spin pārvadātājs |
| Spēcīgs | 1 | Gluons | 0 | 1 | |
| elektro- magnētisks |
0,01 | Ґ | Fotons | 0 | 1 |
| Vāja | 10 –13 | W + | 80400 | 1 | |
| W – | 80400 | 1 | |||
| Z 0 | 91190 | 1 | |||
| Gravita- nacionālo |
10 –38 | Ґ | Gravitons | 0 | 2 |
Daļiņu fizika vēl nav pabeigta. Joprojām ne tuvu nav skaidrs, vai pieejamie dati ir pietiekami, lai pilnībā izprastu daļiņu un spēku būtību, kā arī telpas un laika patieso dabu un dimensiju. Vai šim nolūkam ir vajadzīgi eksperimenti ar enerģijām 10 15 GeV, vai arī pietiks ar domu pūlēm? Atbildes vēl nav. Bet mēs varam ar pārliecību teikt, ka gala attēls būs vienkāršs, graciozs un skaists. Iespējams, ka nebūs tik daudz fundamentālu ideju: gabarīta princips, augstākas dimensijas telpas, sabrukums un paplašināšanās, un, galvenais, ģeometrija.
Vai varat īsi un kodolīgi atbildēt uz jautājumu: "Kas ir elektriskais lādiņš?" No pirmā acu uzmetiena tas var šķist vienkārši, bet patiesībā tas izrādās daudz sarežģītāk.
Vai mēs zinām, kas ir elektriskais lādiņš
Fakts ir tāds, ka mūsdienu zināšanu līmenī mēs joprojām nevaram sadalīt jēdzienu “lādiņš” vienkāršākos komponentos. Tas ir fundamentāls, tā sakot, primārais jēdziens.
Mēs zinām, ka tā ir noteikta elementārdaļiņu īpašība, ir zināms lādiņu mijiedarbības mehānisms, varam izmērīt lādiņu un izmantot tā īpašības.
Taču tas viss ir empīriski iegūto datu sekas. Šīs parādības būtība mums joprojām nav skaidra. Tāpēc mēs nevaram viennozīmīgi noteikt, kas ir elektriskais lādiņš.
Šim nolūkam ir jāatklāj vesela virkne jēdzienu. Izskaidrot lādiņu mijiedarbības mehānismu un raksturot to īpašības. Tāpēc ir vieglāk saprast, ko nozīmē apgalvojums: "dotajai daļiņai ir (nes) elektriskais lādiņš."
Elektriskā lādiņa klātbūtne uz daļiņas
Tomēr vēlāk izdevās konstatēt, ka elementārdaļiņu skaits ir daudz lielāks un ka protons, elektrons un neitrons nav nedalāmi un fundamentāli Visuma būvmateriāli. Tie paši var sadalīties sastāvdaļās un pārvērsties cita veida daļiņās.
Tāpēc nosaukums "elementārdaļiņa" pašlaik ietver diezgan lielu daļiņu klasi, kuru izmērs ir mazāks nekā atomu atomi un kodoli. Tajā pašā laikā daļiņām var būt ļoti dažādas īpašības un īpašības.
Tomēr tādai īpašībai kā elektriskais lādiņš ir tikai divu veidu, kurus nosacīti sauc par pozitīvo un negatīvo. Daļiņas lādiņa klātbūtne ir tās īpašība atvairīt vai piesaistīt citu daļiņu, kas arī nes lādiņu. Mijiedarbības virziens šajā gadījumā ir atkarīgs no lādiņu veida.
Tāda paša nosaukuma lādiņi tiek atvairīti, atšķirībā no lādiņiem tiek piesaistīti. Šajā gadījumā mijiedarbības spēks starp lādiņiem ir ļoti liels, salīdzinot ar gravitācijas spēki, kas raksturīgs visiem Visuma ķermeņiem bez izņēmuma.
Piemēram, ūdeņraža kodolā elektrons, kuram ir negatīvs lādiņš, tiek piesaistīts kodolam, kas sastāv no protona un kam ir pozitīvs lādiņš, ar spēku, kas ir 1039 reizes lielāks par spēku, ar kādu to pašu elektronu piesaista protons. gravitācijas mijiedarbība.
Daļiņas var būt vai nebūt uzlādētas atkarībā no daļiņu veida. Taču lādiņu no daļiņas “noņemt” nav iespējams, tāpat kā nav iespējama arī lādiņa eksistence ārpus daļiņas.
Papildus protonam un neitronam daži citi elementārdaļiņu veidi nes sev lādiņu, tomēr tikai šīs divas daļiņas var pastāvēt bezgalīgi ilgu laiku.
719 Elektriskā lādiņa nezūdamības likums
720. Ķermeņi ar elektriskajiem lādiņiem atšķirīga zīme, …
Viņi ir piesaistīti viens otram.
721. Identiskas metāla lodītes, kas uzlādētas ar pretējiem lādiņiem q 1 = 4q un q 2 = -8q, nonāk saskarē un pārvietojas viena no otras līdz tādam pašam attālumam. Katrai no bumbiņām ir lādiņš
q 1 = -2q un q 2 = -2q
723. Piliens ar pozitīvu lādiņu (+ 2e) apgaismots zaudēja vienu elektronu. Piliena maksa kļuva vienāda ar
724. Identiskas metāla lodītes, kas uzlādētas ar lādiņiem q 1 = 4q, q 2 = - 8q un q 3 = - 2q, nogādātas saskarē un pārvietotas viena no otras līdz tādam pašam attālumam. Katrai no bumbiņām būs lādiņš
q 1 = - 2q, q 2 = - 2q un q 3 = - 2q
725. Identiskas metāla lodītes, kas uzlādētas ar lādiņiem q 1 = 5q un q 2 = 7q, ir nonākušas saskarē un nobīdītas viena no otras tādā pašā attālumā, un pēc tam saskārās ar otro un trešo lodi ar lādiņu q 3 = -2q un pārvietoja viena no otras. tāds pats attālums. Katrai no bumbiņām būs lādiņš
q 1 = 6q, q 2 = 2q un q 3 = 2q
726. Identiskas metāla lodītes, kas uzlādētas ar lādiņiem q 1 = - 5q un q 2 = 7q, kas nonāk saskarē un nobīdījās viena no otras līdz tādam pašam attālumam, un pēc tam saskaras ar otro un trešo lodi ar lādiņu q 3 = 5q un pārvietoja vienu no otra uz tāds pats attālums. Katrai no bumbiņām būs lādiņš
q 1 = 1q, q 2 = 3q un q 3 = 3q
727. Ir četras vienādas metāla lodītes ar lādiņiem q 1 = 5q, q 2 = 7q, q 3 = -3q un q 4 = -1q. Pirmkārt, tie saskārās un atdalīja lādiņus q 1 un q 2 (1 lādiņu sistēma), un pēc tam saskārās ar lādiņiem q 4 un q 3 (2. lādiņu sistēma). Pēc tam viņi paņēma vienu lādiņu no 1. un 2. sistēmas un uzpotēja tos kontaktā un pārvietoja tos tādā pašā attālumā. Šīm divām bumbiņām būs lādiņš
728. Ir četras vienādas metāla lodītes ar lādiņiem q 1 = -1q, q 2 = 5q, q 3 = 3q un q 4 = -7q. Pirmkārt, tie saskārās un atdalīja lādiņus q 1 un q 2 (1 lādiņu sistēma) un pēc tam saskārās ar lādiņiem q 4 un q 3 (2 lādiņu sistēma). Pēc tam viņi paņēma vienu lādiņu no 1. un 2. sistēmas, saskārās un pārvietoja tos vienu no otras līdz tādam pašam attālumam. Šīm divām bumbiņām būs lādiņš
729. Atomā pozitīvam lādiņam ir
Kodols.
730. Ap skābekļa atoma kodolu pārvietojas 8 elektroni. Protonu skaits skābekļa atoma kodolā ir
731.Elektrona elektriskais lādiņš ir
-1,6 10 -19 Cl.
732.Protona elektriskais lādiņš ir
1,6 10 -19 Cl.
733. Litija atoma kodols satur 3 protonus. Ja ap kodolu griežas 3 elektroni, tad
Atoms ir elektriski neitrāls.
734 Fluora kodolā ir 19 daļiņas, no kurām 9 ir protoni. Neitronu skaits kodolā un elektronu skaits neitrālā fluora atomā
Neitroni un 9 elektroni.
735. Ja kādā ķermenī protonu skaits vairāk skaitļu elektroni, tad ķermenis kopumā
Uzlādējies pozitīvi.
736. Piliens ar pozitīvu lādiņu + 3e apstarošanas laikā zaudēja 2 elektronus. Piliena maksa kļuva vienāda ar
8 10 -19 Cl.
737. Negatīvs lādiņš atomā nes
Apvalks.
738. Ja skābekļa atoms pārvēršas par pozitīvu jonu, tad tas
Pazaudēts elektrons.
739. Tam ir liela masa
Negatīvs ūdeņraža jons.
740. Berzes rezultātā no stikla stieņa virsmas tika noņemti 5 × 10 10 elektroni. Elektriskais lādiņš uz kociņa
(e = -1,6 10 -19 C)
8 · 10 -9 Cl.
741. Berzes rezultātā melnkoka kociņš saņēma 5 × 10 10 elektronus. Elektriskais lādiņš uz kociņa
(e = -1,6 10 -19 C)
-8 10 -9 Cl.
742 Divu punktu elektrisko lādiņu Kulona mijiedarbības spēks, attālumam starp tiem samazinoties 2 reizes
Palielināsies 4 reizes.
743 Divu punktu elektrisko lādiņu Kulona mijiedarbības spēks, attālumam starp tiem samazinoties par 4 reizēm
Palielināsies 16 reizes.
744. Divu punktu elektriskie lādiņi iedarbojas viens uz otru saskaņā ar Kulona likumu ar spēku 1N. Ja attālums starp tiem tiek dubultots, tad šo lādiņu Kulona mijiedarbības spēks kļūst vienāds ar
745. Divi punktveida lādiņi iedarbojas viens uz otru ar spēku 1N. Ja katra lādiņa lielumu palielina par koeficientu 4, tad Kulona mijiedarbības spēks kļūst vienāds ar
746. Divu punktveida lādiņu mijiedarbības spēks ir 25 N. Ja attālumu starp tiem samazina 5 reizes, tad šo lādiņu mijiedarbības spēks kļūs
747 Divu punktu lādiņu Kulona mijiedarbības spēks, attālumam starp tiem palielinoties 2 reizes
Tas samazināsies 4 reizes.
748 Divu punktu elektrisko lādiņu Kulona mijiedarbības spēks, attālumam starp tiem palielinoties par 4 reizēm
Tas samazināsies 16 reizes.
749. Kulona likuma formula
.
750. Ja saskaras 2 vienādas metāla lodītes ar lādiņiem + q un + q un pārvieto viena no otras vienādā attālumā, tad mijiedarbības spēka modulis
Nemainīsies.
751. Ja 2 vienādas metāla lodītes ar lādiņiem + q un -q saduras un atstumj tās vienā attālumā, tad mijiedarbības spēks
Būs vienāds ar 0.
752 Gaisā mijiedarbojas divi lādiņi. Ja tos ievieto ūdenī (ε = 81), nemainot attālumu starp tiem, tad Kulona mijiedarbības spēks
Samazināts 81 reizi.
753. Divu 10 nC lādiņu, kas atrodas gaisā 3 cm attālumā viens no otra, mijiedarbības spēks ir vienāds ar
(
)
754 1 μC un 10 nC lādiņi mijiedarbojas gaisā ar 9 mN spēku no attāluma
()
755. Divus elektronus, kas atrodas 3 · 10 -8 cm attālumā viens no otra, atgrūž ar spēku ( ; e = -1,6 10 -19 C)
2,56 · 10 -9 N.
756. Palielinoties attālumam no lādiņa 3 reizes, intensitātes modulis elektriskais lauks
Tas samazināsies 9 reizes.
757. Lauka stiprums punktā ir 300 N/C. Ja lādiņš ir 1 · 10 -8 C, tad attālums līdz punktam
()
758. Ja attālums no punktveida lādiņa, kas rada elektrisko lauku, palielinās 5 reizes, tad elektriskā lauka stiprums
Tas samazināsies 25 reizes.
759. Punkta lādiņa lauka stiprums kādā punktā ir 4 N/C. Ja attālums no lādiņa tiek palielināts 2 reizes, tad intensitāte būs vienāda ar
760. Norādiet elektriskā lauka stipruma formulu vispārējā gadījumā.
761: Elektrisko lauku superpozīcijas principa matemātiskais apzīmējums
762. Kāda ir punktveida elektriskā lādiņa Q intensitātes formula
.
763. Elektriskā lauka intensitātes modulis lādiņa atrašanās vietā
1 · 10 -10 C ir vienāds ar 10 V / m. Spēks, kas iedarbojas uz lādiņu, ir
1 · 10 -9 N.
765. Ja uz metāla lodītes ar 0,2 m rādiusu virsmas ir sadalīts lādiņš 4 · 10 -8 C, tad lādiņa blīvums.
2,5 · 10 -7 C / m 2.
766. Vertikāli virzītā viendabīgā elektriskais lauks ir putekļu plankums ar masu 1 · 10 -9 g un lādiņu 3,2 · 10-17 Cl. Ja putekļu grauda smagumu līdzsvaro elektriskā lauka stiprums, tad lauka stiprums ir
3 · 10 5 N/C.
767 Kvadrāta, kura mala ir 0,4 m, trīs virsotnēs ir identiski pozitīvi lādiņi 5 · 10 -9 C. Atrodiet spriedzi ceturtajā virsotnē
() 540 N/C
768. Ja divi lādiņi 5 · 10 -9 un 6 · 10 -9 C, tā, ka tie atgrūž ar spēku 12 · 10 -4 N, tad tie atrodas attālumā
768. Ja punktveida lādiņa moduli samazina 2 reizes un attālumu līdz lādiņam samazina 4 reizes, tad elektriskā lauka stiprums šajā punktā
Palielināsies 8 reizes.
Samazinās.
770. Elektronu lādiņa reizinājumam ar potenciālu ir dimensija
Enerģija.
771. Elektriskā lauka punktā A potenciāls ir 100V, potenciāls punktā B ir 200V. Darbs, ko veic elektriskā lauka spēki, kad 5 mC lādiņš pārvietojas no punkta A uz punktu B, ir vienāds ar
-0,5 J.
772. Daļiņai ar lādiņu + q un masu m, kas atrodas elektriskā lauka punktos ar stiprumu E un potenciālu, ir paātrinājums
773 Elektrons pārvietojas vienmērīgā elektriskajā laukā pa sprieguma līniju no punkta ar augstu potenciālu uz punktu ar zemāku potenciālu. Tā ātrums tajā pašā laikā
Palielinās.
774 Atoms, kura kodolā ir viens protons, zaudē vienu elektronu. Šajā gadījumā,
Ūdeņraža jons.
775. Elektrisko lauku vakuumā rada četri punkti pozitīvi lādiņi novietotas kvadrāta virsotnēs ar malu a. Potenciāls laukuma centrā ir
776. Ja attālums no punktveida lādiņa samazinās 3 reizes, tad lauka potenciāls
Palielināsies 3 reizes.
777. Pārvietojot punktveida elektrisko lādiņu q starp punktiem ar potenciālu starpību 12 V, tiek veikts darbs 3 J. Šajā gadījumā lādiņš tiek pārvietots.
778. Uzlāde q pārvietota no punkta elektrostatiskais lauks uz punktu ar potenciālu. Kura no šīm formulām:
1) 
2) ; 3) 
Jūs varat atrast darbu, pārvietojot lādiņu.
779 Vienmērīgā elektriskā laukā ar stiprumu 2 N / C lādiņš 3 C pārvietojas pa lauka spēka līnijām 0,5 m attālumā. Elektriskā lauka spēku darbs lādiņa pārvietošanā ir
780. Elektrisko lauku veido četri punktu pretēji lādiņi, kas novietoti kvadrāta ar malu a virsotnēs. Līdzīgi lādiņi atrodas pretējās virsotnēs. Potenciāls laukuma centrā ir
781. Potenciālā starpība starp punktiem, kas atrodas vienā un tajā pašā vietā elektropārvades līnija 6 cm attālumā viens no otra ir 60 V. Ja lauks ir vienmērīgs, tad tā intensitāte ir
782 Potenciālās starpības vienība
1 V = 1 J / 1 Cl.
783. Ļaujiet lādiņam kustēties vienmērīgā laukā ar intensitāti E = 2 V / m pa spēka līniju 0,2 m. Atrodiet šo potenciālu starpību.
U = 0,4 V.
784. Saskaņā ar Planka hipotēzi absolūti melns ķermenis izstaro enerģiju
Pa porcijām.
785. Fotona enerģiju nosaka pēc formulas
1. E = pс 2. E = hv / c 3. E = h 4. E = mc 2. 5. E = hv. 6.E = hc /
1, 4, 5, 6.
786. Ja kvanta enerģija ir dubultojusies, tad starojuma frekvence
palielinājās 2 reizes.
787. Ja uz volframa plāksnes virsmas nokrīt fotoni ar 6 eV enerģiju, tad to izsistā elektronu maksimālā kinētiskā enerģija ir 1,5 eV. Minimālā fotonu enerģija, pie kuras ir iespējams fotoefekts, ir volframam:
788. Pareizs apgalvojums:
1. Fotona ātrums ir lielāks par gaismas ātrumu.
2. Fotona ātrums jebkurā vielā ir mazāks par gaismas ātrumu.
3. Fotona ātrums vienmēr ir vienāds ar gaismas ātrumu.
4. Fotona ātrums ir lielāks vai vienāds ar gaismas ātrumu.
5. Fotona ātrums jebkurā vielā ir mazāks vai vienāds ar gaismas ātrumu.
789. Radiācijas fotoniem ir liels impulss
Zils.
790.Pazeminoties sakarsētā ķermeņa temperatūrai, maksimālā starojuma intensitāte
© 2015-2019 vietne
Visas tiesības pieder to autoriem. Šī vietne nepretendē uz autorību, bet nodrošina bezmaksas izmantošanu.
Lapas izveides datums: 2016-02-13
Tālāka iekļūšana mikropasaules dziļumos ir saistīta ar pāreju no atomu līmeņa uz elementārdaļiņu līmeni. Kā pirmā elementārdaļiņa 19. gadsimta beigās. elektrons tika atklāts, un pēc tam XX gadsimta pirmajās desmitgadēs. - fotons, protons, pozitrons un neitrons.
Pēc Otrā pasaules kara, pateicoties moderno eksperimentālo tehnoloģiju izmantošanai un galvenokārt jaudīgajiem paātrinātājiem, kuros tiek radīti augstas enerģijas un milzīgu ātrumu apstākļi, tika konstatēts liels skaits elementārdaļiņu - vairāk nekā 300. To skaitā. ir gan eksperimentāli atklāti, gan teorētiski aprēķināti, tostarp rezonanses, kvarki un virtuālās daļiņas.
Jēdziens elementārdaļiņa sākotnēji nozīmēja vienkāršākās, tālāk nesadalāmās daļiņas, kas ir visu materiālu veidojumu pamatā. Vēlāk fiziķi saprata visu termina “elementārs” konvencionalitāti, ko attiecināja uz mikroobjektiem. Tagad vairs nav šaubu, ka daļiņām ir tāda vai tāda struktūra, taču, neskatoties uz to, vēsturiski iedibinātais nosaukums turpina pastāvēt.
Elementārdaļiņu galvenie raksturlielumi ir masa, lādiņš, vidējais kalpošanas laiks, griešanās un kvantu skaitļi.
Atpūtas masa elementārdaļiņas nosaka attiecībā pret elektrona miera masu.Ir elementārdaļiņas, kurām nav miera masas, - fotoni... Saskaņā ar šo kritēriju pārējās daļiņas tiek sadalītas leptoni- gaismas daļiņas (elektrons un neitrīno); mezoni- vidējās daļiņas ar masu no vienas līdz tūkstoš elektronu masām; barioni- smagas daļiņas, kuru masa pārsniedz tūkstoš elektronu masas un kas ietver protonus, neitronus, hiperonus un daudzas rezonanses.
Elektriskais lādiņš ir vēl viena svarīga elementārdaļiņu īpašība. Visām zināmajām daļiņām ir pozitīvs, negatīvs vai nulles lādiņš. Katra daļiņa, izņemot fotonu un divus mezonus, atbilst antidaļiņām ar pretēju lādiņu. Apmēram 1963.-1964. tika izvirzīta hipotēze par eksistenci kvarki- daļiņas ar frakcionētu elektrisko lādiņu. Šī hipotēze vēl nav atradusi eksperimentālu apstiprinājumu.
Pēc dzīves laika daļiņas ir sadalītas stabils un nestabils . Ir piecas stabilas daļiņas: fotons, divu veidu neitrīno, elektrons un protons. Tieši stabilajām daļiņām ir vissvarīgākā loma makroķermeņu struktūrā. Visas pārējās daļiņas ir nestabilas, tās pastāv apmēram 10 -10 -10 -24 s, pēc tam tās sadalās. Elementārdaļiņas ar vidējo kalpošanas laiku 10 –23 –10 –22 s sauc rezonanses... Īsā dzīves ilguma dēļ tie sadalās pat pirms tiem ir laiks atstāt atomu vai atoma kodols... Teorētiski tiek aprēķināti rezonanses stāvokļi, taču reālos eksperimentos tos nav iespējams fiksēt.
Papildus lādiņam, masai un dzīves laikam elementārdaļiņas raksturo arī jēdzieni, kuriem klasiskajā fizikā nav analogu: jēdziens atpakaļ . Griešanās ir pareizais daļiņas leņķiskais impulss, kas nav saistīts ar tās kustību. Spin raksturo griešanās kvantu skaitlis s, kam var būt vesela skaitļa (± 1) vai pusvesela skaitļa (± 1/2) vērtības. Daļiņas ar veselu skaitļu griešanos - bozoni, ar pusveselu skaitli - fermions... Elektrons pieder fermioniem. Saskaņā ar Pauli principu atomam nevar būt vairāk par vienu elektronu ar vienādu kvantu skaitļu kopu n,m,l,s... Elektroni, kas atbilst viļņu funkcijām ar tādu pašu skaitli n, ir ļoti tuvi pēc enerģijas un veido atomā elektronu apvalku. Skaitļa l atšķirības nosaka "apakščaulu", pārējie kvantu skaitļi nosaka tā piepildījumu, kas tika minēts iepriekš.
Elementārdaļiņu raksturojumā ir vēl viens svarīgs jēdziens mijiedarbības... Kā minēts iepriekš, pastāv četri elementārdaļiņu mijiedarbības veidi: gravitācijas,vājš,elektromagnētiskais un stiprs(kodolenerģija).
Visas daļiņas ar miera masu ( m 0), piedalās gravitācijas mijiedarbībā, lādētie - un elektromagnētiskajā. Leptoni piedalās arī vājā mijiedarbībā. Hadroni ir iesaistīti visās četrās pamata mijiedarbībās.
Saskaņā ar kvantu lauka teoriju visas mijiedarbības notiek apmaiņas dēļ virtuālās daļiņas , tas ir, daļiņas, par kuru esamību var spriest tikai netieši, pēc dažām to izpausmēm caur kādu sekundāru iedarbību ( īstas daļiņas var tieši fiksēt ar instrumentiem).
Izrādās, ka visiem četriem zināmajiem mijiedarbības veidiem – gravitācijas, elektromagnētisko, stipro un vājo – ir mērierīču raksturs un tos raksturo gabarītu simetrijas. Tas ir, visas mijiedarbības it kā tiek veidotas “no vienas tukšas”. Tas rada cerību, ka izdosies atrast “vienīgo atslēgu visām zināmajām slēdzenēm” un aprakstīt Visuma evolūciju no stāvokļa, ko attēlo viens supersimetrisks superlauks, no stāvokļa, kurā pastāv atšķirības starp mijiedarbības veidiem. , starp visu veidu matērijas daļiņām un lauka kvantiem vēl nav izpaudušies.
Ir ļoti daudz veidu, kā klasificēt elementārdaļiņas. Tā, piemēram, daļiņas tiek sadalītas fermionos (Fermi daļiņas) - vielas daļiņās un bozonos (Bose daļiņas) - lauku kvantos.
Pēc citas pieejas daļiņas iedala 4 klasēs: fotoni, leptoni, mezoni, barioni.
Fotoni (elektromagnētiskā lauka kvanti) piedalās elektromagnētiskajā mijiedarbībā, bet tiem nav spēcīgas, vājas, gravitācijas mijiedarbības.
Leptoni ieguva savu vārdu no Grieķu vārds leptos-gaisma. Tajos ietilpst daļiņas, kurām nav spēcīgas mijiedarbības, mioni (μ -, μ +), elektroni (e -, e +), elektronu neitrīni (ve -, ve +) un mionu neitrīni (v - m, v + m) . Visiem leptoniem ir ½ spins, un tāpēc tie ir fermioni. Visiem leptoniem ir vāja mijiedarbība. Tiem no tiem, kuriem ir elektriskais lādiņš (tas ir, mioniem un elektroniem), ir arī elektromagnētiskā mijiedarbība.
Mezoni - spēcīgi mijiedarbojošas nestabilas daļiņas, kas nenes tā saukto bariona lādiņu. Tie ietver R-mezoni vai pioni (π +, π -, π 0), UZ-mezoni vai kaons (K +, K -, K 0), un šis-mezoni (η) . Svars UZ-mesons ir ~ 970 me (494 MeV uzlādētam un 498 MeV neitrālam UZ-mezoni). Mūžs UZ-mezonu lielums ir 10–8 s. Tie sadalās, veidojoties ES esmu-mezoni un leptoni vai tikai leptoni. Svars šis-mesons ir 549 MeV (1074me), kalpošanas laiks ir aptuveni 10–19 s. Šis-mezoni sadalās, veidojoties π-mezoniem un γ-fotoniem. Atšķirībā no leptoniem mezoniem ir ne tikai vāja (un, ja tie ir uzlādēti, tad arī elektromagnētiskā), bet arī spēcīga mijiedarbība, kas izpaužas to savstarpējā mijiedarbībā, kā arī mezonu un barionu mijiedarbībā. Visiem mezoniem ir nulles spins, tāpēc tie ir bozoni.
Klase barioni apvieno nukleonus (p, n) un nestabilas daļiņas, kuru masa ir lielāka par nukleonu masu, ko sauc par hiperoniem. Visiem barioniem ir spēcīga mijiedarbība, un tāpēc tie aktīvi mijiedarbojas ar atomu kodoliem. Visiem barioniem ir griešanās ½, tāpēc barioni ir fermioni. Visi barioni, izņemot protonu, ir nestabili. Barioniem sadaloties kopā ar citām daļiņām, obligāti veidojas barions. Šis modelis ir viena no izpausmēm bariona lādiņa saglabāšanas likums.
Papildus iepriekš uzskaitītajām daļiņām ir atklāts liels skaits spēcīgas mijiedarbības īslaicīgu daļiņu, kuras sauc par rezonanses ... Šīs daļiņas ir rezonanses stāvokļi, ko veido divas vai vairākas elementārdaļiņas. Rezonanses kalpošanas laiks ir tikai ~ 10 –23 –10 –22 s.
Elementārās daļiņas, kā arī var novērot sarežģītas mikrodaļiņas, pateicoties pēdām, ko tās atstāj, šķērsojot vielu. Pēdu raksturs ļauj spriest par daļiņas lādiņa zīmi, tās enerģiju, impulsu utt. Uzlādētas daļiņas savā ceļā izraisa molekulu jonizāciju. Neitrālas daļiņas neatstāj pēdas, bet tās var atklāties sabrukšanas brīdī lādētās daļiņās vai sadursmes brīdī ar jebkuru kodolu. Tāpēc galu galā neitrālās daļiņas tiek atklātas arī ar jonizāciju, ko izraisa to radītās uzlādētās daļiņas.
Daļiņas un antidaļiņas... 1928. gadā angļu fiziķim P. Dirakam izdevās elektronam atrast relativistisku kvantu mehānisko vienādojumu, no kura izriet vairākas ievērojamas sekas. Pirmkārt, no šī vienādojuma dabiskā veidā, bez papildu pieņēmumiem, tiek iegūts elektrona spins un iekšējā magnētiskā momenta skaitliskā vērtība. Tādējādi izrādījās, ka spins ir gan kvantu, gan relativistisks. Taču tas neizsmeļ Diraka vienādojuma nozīmi. Tas arī ļāva paredzēt elektronu antidaļiņu esamību - pozitrons... No Diraka vienādojuma brīvā elektrona kopējai enerģijai tiek iegūtas ne tikai pozitīvas, bet arī negatīvas vērtības. Vienādojuma pētījumi liecina, ka noteiktam daļiņas impulsam ir vienādojuma risinājumi, kas atbilst enerģijām: .
Starp lielāko negatīvo enerģiju (- m e ar 2) un vismazāk pozitīvās enerģijas (+ m e c 2) ir enerģijas vērtību intervāls, ko nevar realizēt. Šī intervāla platums ir 2 m e ar 2. Līdz ar to tiek iegūti divi enerģijas īpatnējo vērtību apgabali: viens sākas ar + m e ar 2 un stiepjas līdz + ∞, otrs sākas ar - m e ar 2 un stiepjas līdz –∞.
Daļiņai ar negatīvu enerģiju jābūt ļoti dīvainām īpašībām. Pārejot stāvokļos ar arvien mazāku enerģiju (tas ir, ar negatīvo enerģiju, kas pieaug absolūtā vērtībā), tas varētu atbrīvot enerģiju, teiksim, starojuma veidā, un kopš | E| nekas neierobežo, daļiņa ar negatīvu enerģiju varētu izstarot bezgala lielu enerģijas daudzumu. Līdzīgu secinājumu var izdarīt šādi: no attiecības E=m e ar 2 nozīmē, ka daļiņai ar negatīvu enerģiju būs arī negatīva masa. Palēninošā spēka ietekmē daļiņai ar negatīvu masu nevajadzētu palēnināt, bet gan paātrināties, veicot bezgalīgi lielu darbu pie palēninājuma spēka avota. Ņemot vērā šīs grūtības, šķiet, ka būtu jāatzīst, ka valsts ar negatīvu enerģiju ir jāizslēdz no apsvēruma kā tāda, kas rada absurdus rezultātus. Tomēr tas būtu pretrunā dažiem vispārīgiem kvantu mehānikas principiem. Tāpēc Diraks izvēlējās citu ceļu. Viņš ierosināja, ka elektronu pārejas uz stāvokļiem ar negatīvu enerģiju parasti netiek novērotas, jo visi pieejamie līmeņi ar negatīvu enerģiju jau ir aizņemti ar elektroniem. 
Pēc Diraka domām, vakuums ir stāvoklis, kurā visus negatīvās enerģijas līmeņus apdzīvo elektroni, un līmeņi ar pozitīvu enerģiju ir brīvi. Tā kā visi līmeņi zem aizliegtās joslas ir aizņemti bez izņēmuma, elektroni šajos līmeņos sevi nekādā veidā neuzrāda. Ja vienam no elektroniem negatīvā līmenī tiek dota enerģija E≥ 2m e ar 2, tad šis elektrons nonāks stāvoklī ar pozitīvu enerģiju un izturēsies parastajā veidā kā daļiņa ar pozitīvu masu un negatīvu lādiņu. Šo pirmo no teorētiski prognozētajām daļiņām sauca par pozitronu. Kad pozitrons satiekas ar elektronu, tie anihilē (pazūd) - elektrons pāriet no pozitīva līmeņa uz brīvu negatīvu. Enerģija, kas atbilst šo līmeņu starpībai, tiek atbrīvota starojuma veidā. attēlā. 4 bultiņa 1 attēlo elektronu-pozitronu pāra radīšanas procesu, bet bultiņa 2 - to iznīcināšanu. Termins “iznīcināšana” nav jāsaprot burtiski. Būtībā notiek nevis izzušana, bet gan dažu daļiņu (elektronu un pozitronu) pārvēršanās citās (γ-fotonos).
Ir daļiņas, kas ir identiskas to antidaļiņām (tas ir, tām nav antidaļiņu). Šādas daļiņas sauc par absolūti neitrālām. Tie ietver fotonu, π 0 mezonu un η mezonu. Daļiņas, kas ir identiskas to antidaļiņām, nav spējīgas iznīcināt. Tomēr tas nenozīmē, ka tie vispār nevar pārveidoties par citām daļiņām.
Ja barioniem (t.i., nukleoniem un hiperoniem) tiek piešķirts bariona lādiņš (vai bariona numurs), V= +1, antibarioni - bariona lādiņš V= –1, un visām pārējām daļiņām ir bariona lādiņš V= 0, tad visi procesi, kuros ir iesaistīti barioni un antibarioni, tiks raksturoti ar lādiņu barionu saglabāšanos, tāpat kā procesus raksturo elektriskā lādiņa saglabāšanās. Bariona lādiņa nezūdamības likums nosaka mīkstākā no barioniem - protona - stabilitāti. Visu fizisko sistēmu raksturojošo lielumu transformāciju, kurā visas daļiņas ir aizstātas ar antidaļiņām (piemēram, elektroni ar protoniem, protoni ar elektroniem utt.), sauc par konjugācijas lādiņu.
Dīvainas daļiņas.UZ-Mezoni un hiperoni tika atklāti kosmisko staru sastāvā XX gadsimta 50. gadu sākumā. Kopš 1953. gada tos ražo akseleratoros. Šo daļiņu uzvedība izrādījās tik neparasta, ka tās sauca par dīvainām. Dīvaino daļiņu neparasta uzvedība bija tāda, ka tās acīmredzami radās spēcīgas mijiedarbības dēļ ar raksturīgo laiku 10–23 s, un to dzīves ilgums izrādījās 10–8–10–10 s. Pēdējais apstāklis norādīja, ka daļiņu sabrukšana notiek vājas mijiedarbības rezultātā. Bija pilnīgi nesaprotami, kāpēc dīvainās daļiņas saglabājas tik ilgi. Tā kā vienas un tās pašas daļiņas (π-mezoni un protoni) ir iesaistītas gan λ-hiperona ražošanā, gan sabrukšanā, šķita pārsteidzoši, ka abu procesu ātrumi (tas ir, varbūtība) ir tik atšķirīgi. Turpmākie pētījumi parādīja, ka dīvainas daļiņas dzimst pa pāriem. Tas liecināja, ka spēcīgai mijiedarbībai nevar būt nozīme daļiņu sabrukšanā, jo to izpausmei ir nepieciešama divu dīvainu daļiņu klātbūtne. Tā paša iemesla dēļ vienreizēja dīvainu daļiņu ražošana izrādās neiespējama.
Lai izskaidrotu vienas dīvainu daļiņu ražošanas aizliegumu, M. Gell-Mann un K. Nishijima ņēma vērā jaunu kvantu skaitli, kura kopējā vērtība, pēc viņu pieņēmuma, ir jāsaglabā spēcīgas mijiedarbības apstākļos. Šis ir kvantu skaitlis S tika nosaukts daļiņu dīvainība... Vājas mijiedarbības gadījumā dīvainības var nepalikt. Tāpēc tas tiek attiecināts tikai uz spēcīgi mijiedarbojošām daļiņām - mezoniem un barioniem.
Neitrīno. Neitrīno ir vienīgā daļiņa, kas nepiedalās ne spēcīgā, ne elektromagnētiskā mijiedarbībā. Izņemot gravitācijas mijiedarbību, kurā piedalās visas daļiņas, neitrīno var piedalīties tikai vājā mijiedarbībā.
Ilgu laiku nebija skaidrs, kā neitrīno atšķiras no antineitrīniem. Kombinētās paritātes saglabāšanas likuma atklāšana ļāva atbildēt uz šo jautājumu: tie atšķiras pēc spirāles. Zem helisitāte tiek saprasta noteikta saistība starp impulsa virzieniem R un atpakaļ S daļiņas. Spiralitāte tiek uzskatīta par pozitīvu, ja griešanās un impulss ir vienā virzienā. Šajā gadījumā daļiņas kustības virziens ( R) un griešanās virziens, kas atbilst griešanās virzienam, veido labās puses skrūvi. Ar pretēji vērstu atpakaļgaitu un impulsu spirāle būs negatīva (translācijas kustība un "rotācija" veido kreiso skrūvi). Saskaņā ar Yang, Lee, Landau un Salam izstrādāto garenvirziena neitrīno teoriju, visi dabā esošie neitrīno neatkarīgi no to izcelsmes metodes vienmēr ir pilnībā gareniski polarizēti (tas ir, to spins ir vērsts paralēli vai antiparalēli). impulsu R). Neitrīno ir negatīvs(kreisā) spirāle (tas atbilst virzienu attiecībai S un R attēlā parādīts. 5 (b), antineutrino - pozitīva (labā) spirāle (a). Tādējādi spirāle ir tas, kas atšķir neitrīnus no antineitrīniem.
Rīsi. 5. Elementārdaļiņu spirāles diagramma
Elementārdaļiņu sistemātika. Elementārdaļiņu pasaulē novērotās likumsakarības var formulēt saglabāšanas likumu veidā. Tādu likumu jau sakrājies diezgan daudz. Daži no tiem nav precīzi, bet tikai aptuveni. Katrs saglabāšanas likums izsaka noteiktu sistēmas simetriju. Impulsa saglabāšanas likumi R, leņķiskais impulss L un enerģija E atspoguļo telpas un laika simetrijas īpašības: saglabāšanu E ir laika viendabīguma, saglabāšanās sekas R telpas viendabīguma un saglabāšanas dēļ L- tā izotropija. Paritātes saglabāšanas likums ir saistīts ar simetriju starp labo un kreiso ( R-nemainība). Simetrija attiecībā uz lādiņu konjugāciju (daļiņu un antidaļiņu simetrija) noved pie lādiņa paritātes saglabāšanās ( AR-nemainība). Elektrisko, barionu un leptonu lādiņu saglabāšanas likumi izsaka īpašu simetriju AR-funkcijas. Visbeidzot, izotopu spina saglabāšanas likums atspoguļo izotopu telpas izotropiju. Viena no saglabāšanas likumiem neievērošana nozīmē atbilstošā simetrijas veida pārkāpumu šajā mijiedarbībā.
Elementārdaļiņu pasaulē ir spēkā noteikums: viss ir atļauts, kas nav aizliegts ar dabas aizsardzības likumiem... Pēdējie spēlē izslēgšanas noteikumu lomu, kas regulē daļiņu savstarpēju pārveidošanu. Pirmkārt, mēs atzīmējam enerģijas, impulsa un elektriskā lādiņa nezūdamības likumus. Šie trīs likumi izskaidro elektrona stabilitāti. No enerģijas un impulsa saglabāšanas izriet, ka sabrukšanas produktu kopējai miera masai jābūt mazākai par sabrukšanas daļiņas atlikušo masu. Tas nozīmē, ka elektrons var sadalīties tikai neitrīnos un fotonos. Bet šīs daļiņas ir elektriski neitrālas. Tātad izrādās, ka elektronam vienkārši nav neviena, kam nodot savu elektrisko lādiņu, tāpēc tas ir stabils.
Kvarki. Par elementārām saukto daļiņu bija tik daudz, ka radās nopietnas šaubas par to elementāro raksturu. Katru no spēcīgi mijiedarbojošām daļiņām raksturo trīs neatkarīgi aditīvi kvantu skaitļi: lādiņš J, hiperuzlāde Ir un bariona lādiņš V... Šajā sakarā parādījās hipotēze, ka visas daļiņas ir veidotas no trim pamatdaļiņām - šo lādiņu nesējiem. 1964. gadā Gell-Mann un neatkarīgi no viņa Šveices fiziķis Cveigs izvirzīja hipotēzi, saskaņā ar kuru visas elementārdaļiņas ir veidotas no trim daļiņām, ko sauc par kvarkiem. Šīm daļiņām tiek piešķirti daļēji kvantu skaitļi, jo īpaši elektriskais lādiņš, kas vienāds ar +; –⅓; + ⅓ attiecīgi katram no trim kvarkiem. Šos kvarkus parasti apzīmē ar burtiem U,D,S... Papildus kvarkiem antikvarki ( u,d, s). Mūsdienās ir zināmi 12 kvarki – 6 kvarki un 6 antikvarki. Mezoni veidojas no kvarku un antikvarku pāra, bet barioni veidojas no trim kvarkiem. Tā, piemēram, protonu un neitronu veido trīs kvarki, kas padara protonu vai neitronu bezkrāsainu. Attiecīgi tiek izdalīti trīs spēcīgas mijiedarbības lādiņi - sarkans ( R), dzeltens ( Y) un zaļš ( G).
Katram kvarkam ir piešķirts viens un tas pats magnētiskais moments (μV), kura vērtību nevar noteikt pēc teorijas. Aprēķini, kas veikti, pamatojoties uz šo pieņēmumu, dod protonam magnētiskā momenta vērtību μ p = μ kv, un neitronam μ n = – ⅔μ kv.
Tādējādi magnētisko momentu attiecībai iegūstam vērtību μ p / μ n = –⅔, kas lieliski saskan ar eksperimentālo vērtību.
Būtībā kvarka krāsa (tāpat kā elektriskā lādiņa zīme) sāka izteikt atšķirību īpašībā, kas nosaka kvarku savstarpējo pievilcību un atgrūšanu. Pēc analoģijas ar dažādu mijiedarbību lauku kvantiem (fotoni elektromagnētiskajā mijiedarbībā, R-mezoni spēcīgā mijiedarbībā u.c.) tika ieviestas daļiņas-mijiedarbības nesēji starp kvarkiem. Šīs daļiņas tika nosauktas gluons... Tie pārnes krāsu no viena kvarka uz otru, kā rezultātā kvarki tiek turēti kopā. Kvarku fizikā tiek formulēta ieslodzījuma hipotēze (no angļu valodas. ieslodzījuma vietas- slazdošanas) kvarki, saskaņā ar kuriem nav iespējams atņemt kvarku no veseluma. Tā var pastāvēt tikai kā veseluma elements. Kvarku kā reālu daļiņu esamība fizikā ir ticami pamatota.
Ideja par kvarkiem izrādījās ļoti auglīga. Tas ļāva ne tikai sistematizēt jau zināmās daļiņas, bet arī paredzēt vairākas jaunas. Situācija elementārdaļiņu fizikā atgādina situāciju atoma fizikā pēc periodiskā likuma atklāšanas 1869. gadā, ko veica D. I. Mendeļevs. Lai gan šī likuma būtība tika noskaidrota tikai aptuveni 60 gadus pēc kvantu mehānikas radīšanas, tas ļāva sistematizēt līdz tam laikam zināmos ķīmiskos elementus un turklāt ļāva prognozēt jaunu elementu esamību un to īpašības. Tieši tādā pašā veidā fiziķi ir iemācījušies sistematizēt elementārdaļiņas, un izstrādātā sistemātika vairākos gadījumos ļāva paredzēt jaunu daļiņu esamību un paredzēt to īpašības.
Tātad šobrīd kvarkus un leptonus var uzskatīt par patiesi elementāriem; to ir 12, vai kopā ar anticaticu - 24. Turklāt ir daļiņas, kas nodrošina četras fundamentālas mijiedarbības (mijiedarbības kvanti). Ir 13 no šīm daļiņām: gravitons, fotons, W± - un Z-daļiņas un 8 gluoni.
Esošās elementārdaļiņu teorijas nevar norādīt, kas ir sērijas sākums: atomi, kodoli, hadroni, kvarki Šajā sērijā katra sarežģītāka materiāla struktūra ietver vienkāršāku, piemēram, sastāvdaļa... Acīmredzot tas nevar turpināties bezgalīgi. Tika pieņemts, ka aprakstītā materiālo struktūru ķēde ir balstīta uz principiāli atšķirīga rakstura priekšmetiem. Parādīts, ka šādi objekti var būt nevis punktveida, bet izvērsti, kaut arī ārkārtīgi nelieli (~ 10 -33 cm) veidojumi, t.s. superstīgas. Aprakstītā ideja nav realizējama mūsu četrdimensiju telpā. Šī fizikas joma parasti ir ārkārtīgi abstrakta, un ir ļoti grūti atrast vizuālus modeļus, kas palīdzētu vienkāršot elementārdaļiņu teorijai raksturīgo ideju uztveri. Neskatoties uz to, šīs teorijas ļauj fiziķiem izteikt "viselementārāko" mikroobjektu savstarpējo pārveidi un savstarpējo atkarību, to saistību ar četrdimensiju telpas-laika īpašībām. Visperspektīvākā ir t.s M-teorija (M - no noslēpums- mīkla, noslēpums). Viņa operē divpadsmit dimensiju telpa ... Galu galā, pārejot uz mūsu tieši uztveramo četrdimensiju pasauli, visas “papildu” dimensijas “sabrūk”. M-teorija joprojām ir vienīgā teorija, kas ļauj reducēt četras fundamentālās mijiedarbības līdz vienai – tā sauktajai Superspēks. Svarīgi ir arī tas, ka M-teorija pieļauj dažādu pasauļu pastāvēšanu un nosaka apstākļus, kas nodrošina mūsu pasaules rašanos. M-teorija vēl nav pietiekami attīstīta. Tiek uzskatīts, ka fināls "Teorija par visu" uz M-teorijas pamata tiks būvēts XXI gs.
Visumā katrs ķermenis dzīvo savā laikā un arī pamata elementārdaļiņas. Lielākajai daļai elementārdaļiņu kalpošanas laiks ir diezgan īss.
Dažas sadalās uzreiz pēc piedzimšanas, tāpēc mēs tās saucam par nestabilām daļiņām.
Viņi ir cauri īsu laiku sadalās stabilos: protonos, elektronos, neitrīnos, fotonos, gravitonos un to antidaļiņās.
Svarīgākie mikroobjekti mūsu tuvajā kosmosā ir protoni un elektroni... Dažas no attālajām Visuma daļām var sastāvēt no antimatērijas, svarīgākās daļiņas tur būs antiprotons un antielektrons (pozitrons).
Kopumā atklāti vairāki simti elementārdaļiņu: protons (p), neitrons (n), elektrons (e -), kā arī fotons (g), pi-mezoni (p), mioni (m), neitrīno. trīs veidi(elektroniskais v e, muonic v m, ar leptonu v t) utt. acīmredzot atnesīs vairāk jaunu mikrodaļiņu.
Daļiņu nārsts:
Protoni un elektroni
Protonu un elektronu pirmsākumi meklējami aptuveni desmit miljardu gadu laikā.
Cits mikroobjektu veids, kam ir būtiska loma tuvās telpas struktūrā, ir neitroni, kuriem ir kopīgs nosaukums ar protonu: nukleoni. Pats par sevi neitroni ir nestabili, tie sadalās apmēram desmit minūtes pēc rašanās. Tie var būt stabili tikai atoma kodolā. Zvaigžņu dziļumos, kur no protoniem dzimst atomu kodoli, pastāvīgi parādās milzīgs skaits neitronu.
Neitrīno
Visums arī pastāvīgi ražo neitrīnus, kas ir līdzīgi elektronam, bet bez lādiņa un ar mazu masu. 1936. gadā tika atklāts sava veida neitrīno: mionu neitrīno, kas rodas, protoniem pārvēršoties neitronos, supermasīvu zvaigžņu iekšienē un daudzu nestabilu mikroobjektu sabrukšanas laikā. Tie rodas, kad starpzvaigžņu telpā saduras kosmiskie stari.
Lielais sprādziens izraisīja milzīgu neitrīno un mionu neitrīno parādīšanos. To skaits kosmosā nepārtraukti pieaug, jo tos neuzsūc praktiski neviena matērija.
Fotons
Tāpat kā fotoni, neitrīni un muoniskie neitrīni aizpilda visu telpu. Šo parādību sauc par "neitrīnu jūru".
Kopš Lielā sprādziena laikiem ir saglabājies ļoti daudz fotonu, ko mēs saucam par relikviju vai fosiliju. Visa kosmosa ir piepildīta ar tiem, un to frekvence un līdz ar to arī enerģija nepārtraukti samazinās, Visumam izplešoties.
Šobrīd Visuma fotoniskās daļas veidošanā piedalās visi kosmiskie ķermeņi, galvenokārt zvaigznes un miglāji. Fotoni rodas uz zvaigžņu virsmas no elektronu enerģijas.
Daļiņu savienošana
V sākuma stadija Visuma veidošanās laikā visas pamata elementārdaļiņas bija brīvas. Tad nebija ne atomu kodolu, ne planētu, ne zvaigžņu.
Atomi, un no tiem planētas, zvaigznes un visa matērija, radās vēlāk, kad pagāja 300 000 gadu un izplešanās laikā kvēlojošā viela pietiekami atdzisa. 
Tikai neitrīns, mioniskais neitrīno un fotons neiekļuva nevienā sistēmā: to savstarpējā pievilcība ir pārāk vāja. Tās palika brīvas daļiņas.
Pat sākotnējā Visuma veidošanās stadijā (300 000 gadus pēc tā dzimšanas) brīvie protoni un elektroni apvienojās, veidojot ūdeņraža atomus (vienu protonu un vienu elektronu, kas saistīti ar elektrisku spēku).
Protons tiek uzskatīts par galveno elementārdaļiņu ar lādiņu +1 un masu 1,672 · 10 −27 kg (nedaudz mazāk nekā 2000 reižu smagāks par elektronu). Protoni, ieslodzīti masīvā zvaigznē, pamazām pārvērtās par Visuma galveno ēkas "dzelzi". Tajā pašā laikā katrs no viņiem atbrīvoja vienu procentu no savas miera masas. Supermasīvās zvaigznēs, kuras dzīves beigās tiek saspiestas mazos apjomos to pašu gravitācijas rezultātā, protons var zaudēt gandrīz piekto daļu savas miera enerģijas (un līdz ar to piekto daļu no miera masas).Ir zināms, ka Visuma "ēkas mikrobloki" ir protoni un elektroni.
Visbeidzot, kad protons un antiprotons satiekas, sistēma nerodas, bet visa to atpūtas enerģija tiek atbrīvota fotonu veidā (). 
Zinātnieki apgalvo, ka it kā eksistē arī spocīga pamata elementārdaļiņa, gravitons, kas veic gravitācijas mijiedarbību, kas līdzīga elektromagnētismam. Tomēr gravitona klātbūtne ir pierādīta tikai teorētiski.
Tādējādi mūsu Visums, tostarp Zeme, radās un tagad pārstāv galvenās elementārdaļiņas: protonus, elektronus, neitrīno, fotonus, gravitonus un daudzus citus atklātus un neatklātus mikroobjektus.