Elementārdaļiņa ir mazākā, nedalāmā daļiņa, kurai nav struktūras.

ELEKTRODINAMIKAS PAMATI

Elektrodinamika- fizikas nozare, kas pēta elektromagnētisko mijiedarbību. Elektromagnētiskā mijiedarbība- uzlādētu daļiņu mijiedarbība. Galvenie elektrodinamikas studiju objekti ir elektriskās un magnētiskie lauki ko rada elektriskie lādiņi un strāvas.

1. tēma. Elektriskais lauks (elektrostatika)

Elektrostatika - elektrodinamikas nozare, kas pēta stacionāro (statisko) lādiņu mijiedarbību.

Elektriskais lādiņš.

Visi korpusi ir elektrificēti.

Ķermeņa elektrizēšana nozīmē elektriskā lādiņa piešķiršanu.

Elektrificētie ķermeņi mijiedarbojas – piesaista un atgrūž.

Jo vairāk ir elektrificētas struktūras, jo vairāk tās mijiedarbojas.

Elektriskais lādiņš ir fiziskais daudzums, kas raksturo daļiņu vai ķermeņu īpašību iesaistīties elektromagnētiskajā mijiedarbībā un ir šīs mijiedarbības kvantitatīvais mērs.

Visu zināmo eksperimentālo faktu kopums ļauj izdarīt šādus secinājumus:

· Ir divu veidu elektriskie lādiņi, ko parasti sauc par pozitīvo un negatīvo.

Lādiņi neeksistē bez daļiņām

· Lādiņus var pārnest no viena ķermeņa uz otru.

· Atšķirībā no ķermeņa svara, elektriskais lādiņš nav noteikta ķermeņa neatņemama īpašība. Tas pats ķermenis iekšā dažādi apstākļi var būt cita maksa.

· Elektriskais lādiņš nav atkarīgs no atskaites sistēmas izvēles, kurā tas tiek mērīts. Elektriskais lādiņš nav atkarīgs no lādiņa nesēja kustības ātruma.

· Tāpat kā lādiņi atgrūž, atšķirībā no lādiņiem pievelk.

Mērvienība SI - kulons

Elementārdaļiņa ir mazākā, nedalāmā daļiņa, kurai nav struktūras.

Piemēram, atomā: elektrons ( , protons ( , neitronu ( .

Elementārdaļiņai var būt vai var nebūt lādiņa: , ,

Elementārā maksa- elementārdaļiņai piederošais lādiņš, mazākais, nedalāms.

Elementārais lādiņš – elektronu lādiņa modulis.

Elektrona un protona lādiņi ir skaitliski vienādi, bet pēc zīmes pretēji:

Elektrifikācija tālr.
Ko nozīmē “makroskopisks ķermenis uzlādēts”? Kas nosaka jebkura ķermeņa lādiņu?

Visi ķermeņi sastāv no atomiem, kas ietver pozitīvi lādētus protonus, negatīvi lādētus elektronus un neitrālas daļiņas - neitronus . Protoni un neitroni ir daļa no atomu kodoliem, elektroni veido atomu elektronu apvalku.

Neitrālā atomā protonu skaits kodolā ir vienāds ar elektronu skaitu čaulā.

Makroskopiskie ķermeņi, kas sastāv no neitrāliem atomiem, ir elektriski neitrāli.

Dotās vielas atoms var zaudēt vienu vai vairākus elektronus vai iegūt papildu elektronu. Šajos gadījumos neitrāls atoms pārvēršas par pozitīvi vai negatīvi lādētu jonu.

Elektrificējošie ķermeņi– elektriski lādētu ķermeņu iegūšanas process no elektriski neitrāliem.

Saskaroties viens ar otru, ķermeņi elektrizējas.

Saskaroties, daļa elektronu no viena ķermeņa tiek pārnesta uz otru, abi ķermeņi tiek elektrizēti, t.i. saņemt lādiņus, kas vienādi pēc lieluma un pretējās zīmes:
Elektronu "pārmērība" salīdzinājumā ar protoniem rada "-" lādiņu organismā;
Elektronu "trūkums" salīdzinājumā ar protoniem rada "+" lādiņu organismā.
Jebkura ķermeņa lādiņu nosaka lieko vai nepietiekamo elektronu skaits salīdzinājumā ar protoniem.

Lādiņu var pārnest no viena ķermeņa uz otru tikai daļās, kas satur veselu elektronu skaitu. Tādējādi ķermeņa elektriskais lādiņš ir diskrēts lielums, kas ir elektrona lādiņa daudzkārtnis:

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 lādiņu mijiedarbības spēks ir ļoti liels, salīdzinot ar gravitācijas spēkiem, kas raksturīgi visiem ķermeņiem bez izņēmuma Visumā.

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 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 / Cl.

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, pārvietojot 5 mC lādiņu 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 sarežģītas mikrodaļiņas var novērot to pēdu dēļ, kuras 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.

No aptuveni 1000 sekundēm (brīvam neitronam) līdz niecīgai sekundes daļai (no 10-24 līdz 10-22 s rezonansei).

Elementārdaļiņu uzbūvi un uzvedību pēta elementārdaļiņu fizika.

Visas elementārdaļiņas pakļaujas identitātes principam (visas viena tipa elementārdaļiņas Visumā ir pilnīgi identiskas visās savās īpašībās) un viļņu-daļiņu dualitātes principam (katra elementārdaļiņa atbilst de Broglie vilnim).

Visām elementārdaļiņām ir savstarpējas konversijas īpašība, kas ir to mijiedarbības sekas: spēcīgas, elektromagnētiskas, vājas, gravitācijas. Daļiņu mijiedarbība izraisa daļiņu un to agregātu pārvērtības par citām daļiņām un to agregātiem, ja šādas pārvērtības neaizliedz enerģijas nezūdamības, impulsa, leņķiskā impulsa, elektriskā lādiņa, bariona lādiņa u.c.

Elementārdaļiņu pamatīpašības: kalpošanas laiks, masa, spin, elektriskais lādiņš, magnētiskais moments, bariona lādiņš, leptona lādiņš, dīvainība, izotopu spin, paritāte, lādiņa paritāte, G-paritāte, CP-paritāte.

Klasifikācija

Pēc dzīves laika

• Stabilas elementārdaļiņas - daļiņas ar bezgalīgi ilgu mūžu brīvā stāvoklī (protons, elektrons, neitrīno, fotons un to antidaļiņas).
• Nestabilās elementārdaļiņas - daļiņas, kas ierobežotā laikā brīvā stāvoklī sadalās citās daļiņās (visas pārējās daļiņas).

Pēc masas

Visas elementārdaļiņas iedala divās klasēs:

• Bezmasas daļiņas ir daļiņas ar nulles masu (fotons, gluons).
• Daļiņas ar masu, kas nav nulle (visas pārējās daļiņas).

Lielākā aizmugure

Visas elementārdaļiņas iedala divās klasēs:

Pēc mijiedarbības veidiem

Elementārās daļiņas iedala šādās grupās:

Saliktās daļiņas

• Hadroni ir daļiņas, kas piedalās visu veidu fundamentālās mijiedarbībās. Tie sastāv no kvarkiem un savukārt tiek iedalīti:
  • mezoni - hadroni ar veselu skaitļu spinu, tas ir, tie ir bozoni;
  • barioni ir hadroni ar pusvesela skaitļa spinu, tas ir, fermioni. Tie jo īpaši ietver daļiņas, kas veido atoma kodolu - protonu un neitronu.

Fundamentālās (bezstrukturālās) daļiņas

• Leptoni ir fermioni, kuriem ir punktveida daļiņu forma (tas ir, tie nesastāv no nekā) līdz mērogiem 10–18 m. Tie nepiedalās spēcīgā mijiedarbībā. Līdzdalība elektromagnētiskajā mijiedarbībā tika eksperimentāli novērota tikai uzlādētiem leptoniem (elektroniem, mioniem, tau leptoniem), un netika novērota neitrīno. Ir 6 leptonu veidi.
• Kvarki ir frakcionēti lādētas daļiņas, kas veido hadronus. Brīvā stāvoklī tie netika novēroti (lai izskaidrotu šādu novērojumu neesamību, tika piedāvāts ieslodzījuma mehānisms). Tāpat kā leptoni, tos iedala 6 tipos un uzskata par bezstrukturāliem, tomēr atšķirībā no leptoniem tie piedalās spēcīgā mijiedarbībā.
• Mērbozoni ir daļiņas, caur kurām notiek mijiedarbība:
  • fotons - daļiņa, kas veic elektromagnētisko mijiedarbību;
  • astoņi gluoni - daļiņas, kas veic spēcīgu mijiedarbību;
  • trīs starpposma vektora bozoni W + , W- un Z 0, kas nodrošina vāju mijiedarbību;
  • gravitons ir hipotētiska daļiņa, kas veic gravitācijas mijiedarbību. Gravitonu esamība, lai gan vēl nav eksperimentāli pierādīta gravitācijas mijiedarbības vājuma dēļ, tiek uzskatīta par diezgan iespējamu; tomēr gravitons neietilpst elementārdaļiņu standarta modelī.

Saistītie video

Elementāro daļiņu izmēri

Neskatoties uz lielo elementārdaļiņu daudzveidību, to izmēri ietilpst divās grupās. Hadronu (gan barionu, gan mezonu) izmēri ir aptuveni 10-15 m, kas ir tuvu vidējam attālumam starp tajos ienākošajiem kvarkiem. Fundamentālo, bezstruktūras daļiņu - mērbozonu, kvarku un leptonu - izmēri sakrīt eksperimentālās kļūdas robežās ar to punktveida izmēru (diametra augšējā robeža ir aptuveni 10–18 m) ( skatīt skaidrojumu). Ja turpmākajos eksperimentos šo daļiņu galīgie izmēri netiek atrasti, tas var liecināt, ka gabarītbozonu, kvarku un leptonu izmēri ir tuvu fundamentālajam garumam (kas, ļoti iespējams, var izrādīties Planka garums, kas vienāds ar 1,6 × 10–35 m) ...

Tomēr jāatzīmē, ka elementārdaļiņas izmērs ir diezgan sarežģīts jēdziens, kas ne vienmēr atbilst klasiskajiem jēdzieniem. Pirmkārt, nenoteiktības princips neļauj stingri lokalizēt fizisko daļiņu. Viļņu paketei, kas attēlo daļiņu kā precīzi lokalizētu kvantu stāvokļu superpozīciju, vienmēr ir ierobežots izmērs un noteikta telpiskā struktūra, un paketes izmērs var būt diezgan makroskopisks - piemēram, elektrons eksperimentā ar traucējumiem divās spraugās “jūtas” abas interferometra spraugas, kas izvietotas makroskopiskā attālumā ... Otrkārt, fiziska daļiņa izmaina vakuuma struktūru ap sevi, radot īslaicīgu virtuālo daļiņu "mēteli" - fermionu-antifermionu pārus (skat. Vakuuma polarizācija) un bozonus - mijiedarbības nesējus. Šī apgabala telpiskie izmēri ir atkarīgi no daļiņām piemītošajiem lādiņiem un starpbozonu masām (masīvu virtuālo bozonu čaulas rādiuss ir tuvu to Komptona viļņa garumam, kas savukārt ir apgriezti proporcionāls to masai ). Tādējādi elektrona rādiuss no neitrīno viedokļa (starp tiem iespējama tikai vāja mijiedarbība) ir aptuveni vienāds ar W bozonu Komptona viļņa garumu ~ 3 × 10 −18 m un stiprā apgabala lielumu. hadrona mijiedarbību nosaka vieglākā hadrona, pi-mezona (~ 10 −15 m) Komptona viļņa garums, kas šeit darbojas kā mijiedarbības nesējs.

Vēsture

Sākotnēji termins "elementārdaļiņa" nozīmēja kaut ko absolūti elementāru, matērijas pirmo ķieģeli. Taču, kad pagājušā gadsimta 50. un 60. gados tika atklāti simtiem hadronu ar līdzīgām īpašībām, kļuva skaidrs, ka vismaz hadroniem ir iekšējie grādi brīvība, tas ir, tie nav elementāri šī vārda tiešā nozīmē. Šīs aizdomas vēl vairāk apstiprinājās, kad izrādījās, ka hadroni sastāv no kvarkiem.

Tādējādi fiziķi ir kļuvuši nedaudz tālāk matērijas struktūrā: leptoni un kvarki tagad tiek uzskatīti par elementārākajām, punktveida matērijas daļām. Viņiem (kopā ar gabarīta bozoniem) termins " fundamentāli daļiņas".

Stīgu teorija, kas aktīvi izstrādāta kopš aptuveni 80. gadu vidus, pieņem, ka elementārdaļiņas un to mijiedarbība ir sekas dažādi veidiīpaši mazu "stīgu" vibrācijas.

Standarta modelis

Standarta elementārdaļiņu modelī ir iekļauti 12 fermiona aromāti, tiem atbilstošās antidaļiņas, kā arī mērbozoni (fotons, gluoni, W- un Z-bozoni), kas veic mijiedarbību starp daļiņām, un 2012. gadā atklātais Higsa bozons, kas ir atbildīgs par inertas masas klātbūtni daļiņās. Tomēr standarta modelis lielākoties tiek uzskatīts par laika teoriju, nevis patiesi fundamentālu, jo tas neietver gravitāciju un satur vairākus desmitus brīvu parametru (daļiņu masas utt.), kuru vērtības tieši neizriet no teoriju. Varbūt ir elementārdaļiņas, kuras nav aprakstītas standarta modelī, piemēram, gravitons (daļiņa, kas hipotētiski nes gravitācijas spēki) vai parasto daļiņu supersimetriski partneri. Kopumā modelis apraksta 61 daļiņu.

Fermions

12 fermionu garšas ir sadalītas 3 ģimenēs (paaudzēs) pa 4 daļiņām katrā. Seši no tiem ir kvarki. Pārējie seši ir leptoni, no kuriem trīs ir neitrīno, bet pārējie trīs nes vienību negatīvu lādiņu: elektronu, mionu un tau leptonu.

Daļiņu paaudzes

Pirmā paaudze	Otrā paaudze	Trešā paaudze
Elektrons: e -	Mūns: μ −	Tau leptons: τ −
Elektroniskais neitrīno: ν e	Mūnu neitrīno: ν μ	Tau neitrīno: ν τ (\ displaystyle \ nu _ (\ tau))
u-kvarks ("uz augšu"): u	c-kvarks ("apburts"): c	t-kvarks ("patiess"): t
d-kvarks ("uz leju"): d	s-kvarks ("dīvaini"): s	b-kvarks ("burvīgs"): b

Antidaļiņas

Ir arī 12 fermioniskās antidaļiņas, kas atbilst iepriekšminētajām divpadsmit daļiņām.

Antidaļiņas

Pirmā paaudze	Otrā paaudze	Trešā paaudze
pozitrons: e +	Pozitīvs mūons: μ +	Pozitīvs tau leptons: τ +
Elektroniskā antineitrīna: ν ¯ e (\ displeja stils (\ josla (\ nu)) _ (e))	Muona antineitrīna: ν ¯ μ (\ displaystyle (\ bar (\ nu)) _ (\ mu))	Tau antineitrīno: ν ¯ τ (\ displaystyle (\ bar (\ nu)) _ (\ tau))
u- antikvarks: u ¯ (\ displaystyle (\ bar (u)))	c- antikvarks: c ¯ (\ displaystyle (\ bar (c)))	t- antikvarks: t ¯ (\ displeja stils (\ josla (t)))
d- antikvarks: d ¯ (\ displaystyle (\ bar (d)))	s- antikvarks: s ¯ (\ displaystyle (\ bar (s)))	b- antikvarks: b ¯ (\ displeja stils (\ josla (b)))

Kvarki

Kvarki un antikvarki nekad nav atrasti brīvā stāvoklī – tas tiek skaidrots ar fenomenu