Këto tre grimca (si dhe të tjera të përshkruara më poshtë) tërhiqen dhe zmbrapsen reciprokisht sipas tyre akuzat, nga të cilat ekzistojnë vetëm katër lloje sipas numrit të forcave themelore të natyrës. Ngarkesat mund të renditen në rend zbritës të forcave përkatëse si më poshtë: ngarkesa me ngjyra (forcat e ndërveprimit ndërmjet kuarkeve); ngarkesa elektrike (forcat elektrike dhe magnetike); ngarkesë e dobët (forcat në disa procese radioaktive); së fundi, masa (forca gravitacionale, ose ndërveprimi gravitacional). Fjala "ngjyrë" këtu nuk ka të bëjë fare me ngjyrën e dritës së dukshme; është thjesht karakteristikë e një ngarkese të fortë dhe e forcave më të mëdha.
Akuzat janë të shpëtuar, d.m.th. ngarkesa që hyn në sistem e barabartë me ngarkesën, duke dalë prej saj. Nëse ngarkesa totale elektrike e një numri të caktuar grimcash para bashkëveprimit të tyre është e barabartë me, të themi, 342 njësi, atëherë pas bashkëveprimit, pavarësisht nga rezultati i tij, do të jetë e barabartë me 342 njësi. Kjo vlen edhe për ngarkesat e tjera: ngjyra (ngarkesa e fortë ndërveprimi), e dobët dhe masa (masa). Grimcat ndryshojnë në ngarkesat e tyre: në thelb, ato "janë" këto ngarkesa. Akuzat janë si një "çertifikatë" e së drejtës për t'iu përgjigjur forcës së duhur. Kështu, vetëm grimcat me ngjyrë ndikohen nga forcat e ngjyrave, vetëm grimcat e ngarkuara elektrike ndikohen nga forcat elektrike, etj. Vetitë e një grimce përcaktohen nga forca më e madhe që vepron mbi të. Vetëm kuarkët janë bartës të të gjitha ngarkesave dhe, për rrjedhojë, i nënshtrohen veprimit të të gjitha forcave, ndër të cilat mbizotëruesja është ngjyra. Elektronet kanë të gjitha ngarkesat përveç ngjyrës, dhe forca mbizotëruese për to është forca elektromagnetike.
Më të qëndrueshmet në natyrë janë, si rregull, kombinimet neutrale të grimcave në të cilat ngarkesa e grimcave të një shenje kompensohet nga ngarkesa totale e grimcave të shenjës tjetër. Kjo korrespondon me energjinë minimale të të gjithë sistemit. (Në të njëjtën mënyrë, dy magnete me shirita janë të vendosur në një vijë, me polin verior të njërit prej tyre përballë poli jugor një tjetër, që korrespondon me energjinë minimale të fushës magnetike.) Graviteti është një përjashtim nga ky rregull: masa negative nuk ekziston. Nuk ka trupa që bien lart.
LLOJET E LËNDËS
Lënda e zakonshme formohet nga elektronet dhe kuarkët, të grupuar në objekte me ngjyrë neutrale dhe më pas në ngarkesë elektrike. Fuqia e ngjyrës neutralizohet, siç do të diskutohet më në detaje më poshtë, kur grimcat kombinohen në treshe. (Prandaj vetë termi "ngjyrë", marrë nga optika: tre ngjyra kryesore kur përzihen prodhojnë të bardhë.) Kështu, kuarkët për të cilët forca e ngjyrës është kryesore formojnë treshe. Por kuarke, dhe ata janë të ndarë në u-quarks (nga anglishtja lart - lart) dhe d-Kuarkët (nga anglishtja poshtë - poshtë), gjithashtu kanë një ngarkesë elektrike të barabartë me u-kuark dhe për d- kuark. Dy u-kuark dhe një d-Kuarkët japin një ngarkesë elektrike +1 dhe formojnë një proton dhe një u-kuark dhe dy d-Kuarkët japin ngarkesë elektrike zero dhe formojnë një neutron.
Protonet dhe neutronet e qëndrueshme, të tërhequr nga njëri-tjetri nga forcat e mbetura të ngjyrave të ndërveprimit midis kuarkeve të tyre përbërëse, formojnë një bërthamë atomike neutrale ndaj ngjyrave. Por bërthamat mbajnë një ngarkesë elektrike pozitive dhe, duke tërhequr elektrone negative që rrotullohen rreth bërthamës si planetët që rrotullohen rreth Diellit, priren të formojnë një atom neutral. Elektronet në orbitat e tyre hiqen nga bërthama në distanca dhjetëra mijëra herë më të mëdha se rrezja e bërthamës - dëshmi se forcat elektrike që i mbajnë ato janë shumë më të dobëta se ato bërthamore. Falë fuqisë së ndërveprimit të ngjyrave, 99,945% e masës së një atomi gjendet në bërthamën e tij. Pesha u- Dhe d-Kuarkët janë rreth 600 herë më shumë se masa e një elektroni. Prandaj, elektronet janë shumë më të lehta dhe më të lëvizshme se bërthamat. Lëvizja e tyre në materie shkaktohet nga fenomene elektrike.
Janë disa qindra varieteteve natyrore atome (përfshirë izotopet) që ndryshojnë në numrin e neutroneve dhe protoneve në bërthamë dhe, në përputhje me rrethanat, në numrin e elektroneve në orbita. Më i thjeshti është atomi i hidrogjenit, i përbërë nga një bërthamë në formën e një protoni dhe një elektron të vetëm që rrotullohet rreth tij. E gjithë lënda "e dukshme" në natyrë përbëhet nga atome dhe atome pjesërisht "të çmontuara", të cilat quhen jone. Jonet janë atome që, pasi kanë humbur (ose fituar) disa elektrone, janë bërë grimca të ngarkuara. Lënda që përbëhet pothuajse tërësisht nga jone quhet plazma. Yjet që digjen për shkak të reaksioneve termonukleare që ndodhin në qendra përbëhen kryesisht nga plazma, dhe duke qenë se yjet janë forma më e zakonshme e materies në Univers, mund të themi se i gjithë Universi përbëhet kryesisht nga plazma. Më saktësisht, yjet janë kryesisht gaz hidrogjen i jonizuar plotësisht, d.m.th. një përzierje e protoneve dhe elektroneve individuale, dhe për këtë arsye, pothuajse i gjithë Universi i dukshëm përbëhet prej tij.
Kjo është një çështje e dukshme. Por ka edhe materie të padukshme në Univers. Dhe ka grimca që veprojnë si bartës të forcës. Ekzistojnë antigrimca dhe gjendje të ngacmuara të disa grimcave. E gjithë kjo çon në një bollëk qartësisht të tepruar të grimcave "elementare". Në këtë bollëk mund të gjesh një tregues të natyrës aktuale, të vërtetë të grimcave elementare dhe forcave që veprojnë ndërmjet tyre. Sipas teorive më të fundit, grimcat mund të jenë në thelb objekte gjeometrike të zgjeruara - "vargje" në hapësirën dhjetë-dimensionale.
Bota e padukshme.
Nuk ka vetëm materie të dukshme në Univers (por edhe vrima të zeza dhe "materie e errët", siç janë planetët e ftohtë që bëhen të dukshëm kur ndriçohen). Ekziston gjithashtu një lëndë vërtet e padukshme që përshkon të gjithë ne dhe gjithë universin çdo sekondë. Është një gaz me lëvizje të shpejtë grimcash të një lloji - neutrinot elektronike.
Neutrinoja elektronike është partner i elektronit, por nuk ka ngarkesë elektrike. Neutrinot mbajnë vetëm një të ashtuquajtur ngarkesë të dobët. Masa e tyre e pushimit është, sipas të gjitha gjasave, zero. Por ato ndërveprojnë me fushën gravitacionale sepse kanë energji kinetike E, që korrespondon me masën efektive m, sipas formulës së Ajnshtajnit E = mc 2 ku c- shpejtësia e dritës.
Roli kryesor i neutrinës është se ai kontribuon në transformimin Dhe- kuarke në d-kuarke, si rezultat i të cilave një proton shndërrohet në një neutron. Neutrinot veprojnë si "gjilpërë karburatori" për reaksionet e shkrirjes yjore, në të cilat katër protone (bërthamat e hidrogjenit) kombinohen për të formuar një bërthamë heliumi. Por meqenëse bërthama e heliumit nuk përbëhet nga katër protone, por nga dy protone dhe dy neutrone, për një shkrirje të tillë bërthamore është e nevojshme që dy Dhe-Kuarkët u kthyen në dy d- kuark. Intensiteti i transformimit përcakton se sa shpejt do të digjen yjet. Dhe procesi i transformimit përcaktohet nga ngarkesat e dobëta dhe forcat e dobëta të ndërveprimit midis grimcave. ku Dhe-kuark (ngarkesa elektrike +2/3, ngarkesa e dobët +1/2), duke bashkëvepruar me një elektron (ngarkesa elektrike - 1, ngarkesa e dobët –1/2), formon d-kuarku (ngarkesa elektrike –1/3, ngarkesa e dobët –1/2) dhe neutrinoja e elektroneve (ngarkesa elektrike 0, ngarkesa e dobët +1/2). Ngarkesat e ngjyrave (ose thjesht ngjyrat) e dy kuarkeve anulohen në këtë proces pa neutrinën. Roli i neutrinës është të largojë ngarkesën e dobët të pakompensuar. Prandaj, shkalla e transformimit varet nga sa të dobëta janë forcat e dobëta. Nëse do të ishin më të dobët se sa janë, yjet nuk do të digjen fare. Nëse do të ishin më të fortë, yjet do të ishin djegur shumë kohë më parë.
Po neutrinot? Për shkak se këto grimca ndërveprojnë jashtëzakonisht dobët me materiet e tjera, ato pothuajse menjëherë largohen nga yjet në të cilët kanë lindur. Të gjithë yjet shkëlqejnë, duke lëshuar neutrino, dhe neutrinot shkëlqejnë nëpër trupat tanë dhe gjithë Tokën ditë e natë. Kështu ata enden rreth Universit derisa të hyjnë, ndoshta, në një YLL të ri ndërveprim).
Bartësit e ndërveprimeve.
Çfarë i shkakton forcat që veprojnë ndërmjet grimcave në distancë? Përgjigjet e fizikës moderne: për shkak të shkëmbimit të grimcave të tjera. Imagjinoni dy patinatorë të shpejtësisë që hedhin një top përreth. Duke i dhënë vrull topit kur hidhet dhe duke marrë vrull me topin e marrë, të dy marrin një shtytje në një drejtim larg njëri-tjetrit. Kjo mund të shpjegojë shfaqjen e forcave repulsive. Por në mekanikën kuantike, e cila merr në konsideratë fenomenet në mikrobotë, lejohet shtrirja dhe delokalizimi i pazakontë i ngjarjeve, gjë që çon në të pamundurën në dukje: njëri nga patinatorët e hedh topin në drejtim. nga të ndryshme, por megjithatë atë Ndoshta kap këtë top. Nuk është e vështirë të imagjinohet se nëse kjo do të ishte e mundur (dhe në botën e grimcave elementare është e mundur), do të lindte tërheqje midis patinatorëve.
Grimcat, për shkak të shkëmbimit të të cilave forcat e ndërveprimit midis katër "grimcave të materies" të diskutuara më sipër, quhen grimca matës. Secili nga katër ndërveprimet – i fortë, elektromagnetik, i dobët dhe gravitacional – ka grupin e vet të grimcave matës. Grimcat bartëse të ndërveprimit të fortë janë gluonet (janë vetëm tetë prej tyre). Një foton është një bartës i ndërveprimit elektromagnetik (është vetëm një, dhe ne i perceptojmë fotonet si dritë). Grimcat bartëse të ndërveprimit të dobët janë bozone vektoriale të ndërmjetme (ato u zbuluan në 1983 dhe 1984 W + -, W- - bozone dhe neutrale Z-bozon). Grimca bartëse e ndërveprimit gravitacional është gravitoni ende hipotetik (duhet të jetë vetëm një). Të gjitha këto grimca, përveç fotonit dhe gravitonit, të cilët mund të udhëtojnë në distanca pafundësisht të gjata, ekzistojnë vetëm në procesin e shkëmbimit midis grimcave materiale. Fotonet mbushin Universin me dritë dhe gravitonët mbushin Universin me valë gravitacionale (ende nuk janë zbuluar në mënyrë të besueshme).
Një grimcë e aftë për të emetuar grimca matës thuhet se është e rrethuar nga një fushë përkatëse e forcave. Kështu, elektronet të afta për të emetuar fotone janë të rrethuar nga elektrike dhe fusha magnetike, si dhe fusha të dobëta dhe gravitacionale. Kuarkët janë gjithashtu të rrethuar nga të gjitha këto fusha, por edhe nga fusha e fortë e ndërveprimit. Grimcat me ngarkesë ngjyrash në fushën e forcave të ngjyrave ndikohen nga forca e ngjyrës. E njëjta gjë vlen edhe për forcat e tjera të natyrës. Prandaj, mund të themi se bota përbëhet nga materia (grimcat materiale) dhe fusha (grimcat matës). Më shumë rreth kësaj më poshtë.
Antimateria.
Çdo grimcë ka një antigrimcë, me të cilën grimca mund të asgjësohet reciprokisht, d.m.th. "asgjësoj", duke rezultuar në lirimin e energjisë. Megjithatë, energjia "e pastër" në vetvete nuk ekziston; Si rezultat i asgjësimit, shfaqen grimca të reja (për shembull, fotone) që e mbartin këtë energji.
Në shumicën e rasteve, një antigrimcë ka veti të kundërta me grimcën përkatëse: nëse një grimcë lëviz në të majtë nën ndikimin e fushave të forta, të dobëta ose elektromagnetike, atëherë antigrimca e saj do të lëvizë në të djathtë. Me pak fjalë, antigrimca ka shenja të kundërta të të gjitha ngarkesave (përveç ngarkesës në masë). Nëse një grimcë është e përbërë, siç është një neutron, atëherë antigrimca e saj përbëhet nga përbërës me shenja të kundërta akuzat. Kështu, një antielektron ka një ngarkesë elektrike +1, një ngarkesë të dobët +1/2 dhe quhet pozitron. Antineutron përbëhet nga Dhe-antikuarkë me ngarkesë elektrike –2/3 dhe d-antikuarkë me ngarkesë elektrike +1/3. Grimcat e vërteta neutrale janë antigrimcat e tyre: antigrimca e një fotoni është një foton.
Sipas koncepteve teorike moderne, çdo grimcë që ekziston në natyrë duhet të ketë antigrimcën e saj. Dhe shumë antigrimca, duke përfshirë pozitronet dhe antineutronet, u morën vërtet në laborator. Pasojat e kësaj janë jashtëzakonisht të rëndësishme dhe qëndrojnë në themel të gjithë fizikës eksperimentale të grimcave. Sipas teorisë së relativitetit, masa dhe energjia janë ekuivalente, dhe në kushte të caktuara energjia mund të shndërrohet në masë. Meqenëse ngarkesa është e ruajtur, dhe ngarkesa e vakumit (hapësirë boshe) e barabartë me zero, nga vakuumi, si lepujt nga kapelja e magjistarit, mund të dalin çdo palë grimcash dhe antigrimcash (me ngarkesë totale zero), për sa kohë që energjia është e mjaftueshme për të krijuar masën e tyre.
Gjeneratat e grimcave.
Eksperimentet në përshpejtuesit kanë treguar se një kuartet (katërsh) grimcash materiale përsëriten të paktën dy herë më shumë. vlera të larta masat. Në gjeneratën e dytë, vendin e elektronit e zë muoni (me një masë afërsisht 200 herë më të madhe se masa e elektronit, por me të njëjtat vlera të të gjitha ngarkesave të tjera), vendi i neutrinës së elektronit është marrë nga muoni (i cili shoqëron muonin në ndërveprime të dobëta në të njëjtën mënyrë si elektroni shoqërohet nga neutrina elektronike), Dhe-kuark zë Me- kuark ( i magjepsur), A d- kuark - s- kuark ( e çuditshme). Në gjeneratën e tretë, kuarteti përbëhet nga një tau lepton, një neutrino tau, t-kuark dhe b- kuark.
Pesha t-Një kuark është rreth 500 herë më i madh se masa më e lehtë - d- kuark. Është vërtetuar eksperimentalisht se ekzistojnë vetëm tre lloje të neutrinos të lehta. Kështu, gjenerata e katërt e grimcave ose nuk ekziston fare, ose neutrinot përkatëse janë shumë të rënda. Kjo është në përputhje me të dhënat kozmologjike, sipas të cilave nuk mund të ekzistojnë më shumë se katër lloje të neutrinos të lehta.
Në eksperimentet me grimca me energji të lartë, elektroni, muoni, tau leptoni dhe neutrinot përkatëse veprojnë si grimca të izoluara. Ata nuk mbajnë ngarkesë me ngjyra dhe hyjnë vetëm në ndërveprime të dobëta dhe elektromagnetike. Kolektivisht quhen leptonet.
| Tabela 2. GJERIMET E GRIÇIMEVE THEMELORE | ||||
| Grimca | Masa e pushimit, MeV/ Me 2 | Ngarkesa elektrike | Ngarkesa me ngjyra | Ngarkesa e dobët |
| GJENERI I DYTË | ||||
| Me- kuark | 1500 | +2/3 | E kuqe, jeshile ose blu | +1/2 |
| s- kuark | 500 | –1/3 | Njësoj | –1/2 |
| Neutrino muon | 0 | 0 | +1/2 | |
| Muon | 106 | 0 | 0 | –1/2 |
| GJENERI I TRETË | ||||
| t- kuark | 30000–174000 | +2/3 | E kuqe, jeshile ose blu | +1/2 |
| b- kuark | 4700 | –1/3 | Njësoj | –1/2 |
| Tau neutrino | 0 | 0 | +1/2 | |
| Tau | 1777 | –1 | 0 | –1/2 |
Kuarkët, nën ndikimin e forcave të ngjyrave, kombinohen në grimca të forta ndërvepruese që dominojnë shumicën e eksperimenteve të fizikës me energji të lartë. Grimcat e tilla quhen hadronet. Ato përfshijnë dy nënklasa: barionet(të tilla si një proton dhe një neutron), të cilat përbëhen nga tre kuarke, dhe mezonet, i përbërë nga një kuark dhe një antikuark. Në vitin 1947, mezoni i parë, i quajtur pioni (ose pi-meson), u zbulua në rrezet kozmike, dhe për ca kohë besohej se shkëmbimi i këtyre grimcave - arsyeja kryesore forcat bërthamore. Hadronet omega-minus, të zbuluara në vitin 1964 në Laboratorin Kombëtar Brookhaven (SHBA), dhe grimca JPS ( J/y-meson), i zbuluar njëkohësisht në Brookhaven dhe në Qendrën e Përshpejtuesit Linear Stanford (gjithashtu në SHBA) në vitin 1974. Ekzistenca e grimcës omega minus u parashikua nga M. Gell-Mann në të ashtuquajturën " S.U. 3 teori" (një emër tjetër është " rrugë e tetëfishtë"), në të cilin fillimisht u sugjerua mundësia e ekzistencës së kuarkeve (dhe ky emër iu dha atyre). Një dekadë më vonë, zbulimi i grimcës J/y konfirmoi ekzistencën Me-kuark dhe më në fund i bëri të gjithë të besonin si në modelin e kuarkut ashtu edhe në teorinë që bashkonte forcat elektromagnetike dhe ato të dobëta ( Shikoni më poshtë).
Grimcat e gjeneratës së dytë dhe të tretë nuk janë më pak reale se e para. Vërtetë, pasi lindin, në të miliontat ose të miliardat e sekondës ato kalben në grimca të zakonshme të gjeneratës së parë: elektron, neutrinon elektronik dhe gjithashtu Dhe- Dhe d- kuarke. Pyetja se pse ka disa gjenerata të grimcave në natyrë mbetet ende një mister.
Për gjeneratat e ndryshme të kuarkeve dhe leptoneve shpesh flitet (që, natyrisht, është disi e çuditshme) si "shije" të ndryshme të grimcave. Nevoja për t'i shpjeguar ato quhet problemi i "shijes".
BOZONET DHE FERMIONET, FUSHA DHE MATERIA
Një nga ndryshimet themelore midis grimcave është ndryshimi midis bozoneve dhe fermioneve. Të gjitha grimcat ndahen në këto dy klasa kryesore. Bozonet identike mund të mbivendosen ose të mbivendosen, por fermionet identike nuk munden. Superpozicioni ndodh (ose nuk ndodh) në gjendjet diskrete të energjisë në të cilat mekanika kuantike e ndan natyrën. Këto gjendje janë si qeliza të veçanta në të cilat mund të vendosen grimcat. Pra, ju mund të vendosni sa më shumë bozone identike që dëshironi në një qelizë, por vetëm në një fermion.
Si shembull, merrni parasysh qelizat e tilla, ose "gjendjet" për një elektron që rrotullohet rreth bërthamës së një atomi. Ndryshe nga planetët sistem diellor, elektron sipas ligjeve Mekanika kuantike nuk mund të orbitojë në asnjë orbitë eliptike; sepse ekziston vetëm një seri diskrete e "gjendjeve të lëvizjes" të lejuara. Komplet e gjendjeve të tilla, të grupuara sipas distancës nga elektroni në bërthamë, quhen orbitalet. Në orbitalën e parë ka dy gjendje me vrull të ndryshëm këndor dhe, për rrjedhojë, dy qeliza të lejuara, dhe në orbitalet më të larta ka tetë ose më shumë qeliza.
Meqenëse elektroni është një fermion, çdo qelizë mund të përmbajë vetëm një elektron. Nga kjo rrjedhin pasoja shumë të rëndësishme - e gjithë kimia, pasi vetitë kimike të substancave përcaktohen nga ndërveprimet midis atomeve përkatëse. Nëse vazhdoni tabelë periodike elementet nga një atom në tjetrin në rendin e rritjes me një të numrit të protoneve në bërthamë (numri i elektroneve gjithashtu do të rritet në përputhje me rrethanat), atëherë dy elektronet e para do të zënë orbitalin e parë, tetë të tjerë do të vendosen në e dyta, etj. Ky ndryshim i qëndrueshëm në strukturën elektronike të atomeve nga elementi në element përcakton modelet në to vetitë kimike.
Nëse elektronet do të ishin bozone, atëherë të gjitha elektronet në një atom mund të zënë të njëjtën orbitale, që korrespondon me energjinë minimale. Në këtë rast, vetitë e të gjithë materies në Univers do të ishin krejtësisht të ndryshme, dhe Universi në formën në të cilën ne e dimë do të ishte i pamundur.
Të gjithë leptonet - elektroni, muoni, tau leptoni dhe neutrinot e tyre përkatëse - janë fermione. E njëjta gjë mund të thuhet për kuarkët. Kështu, të gjitha grimcat që formojnë "materien", mbushësi kryesor i Universit, si dhe neutrinot e padukshme, janë fermione. Kjo është mjaft domethënëse: fermionet nuk mund të kombinohen, kështu që e njëjta gjë vlen edhe për objektet në botën materiale.
Në të njëjtën kohë, të gjitha "grimcat matës" që shkëmbehen midis grimcave materiale ndërvepruese dhe që krijojnë një fushë forcash ( Shiko lart), janë bozone, që është gjithashtu shumë e rëndësishme. Kështu, për shembull, shumë fotone mund të jenë në të njëjtën gjendje, duke formuar një fushë magnetike rreth një magneti ose një fushë elektrike rreth një ngarkese elektrike. Falë kësaj, lazeri është gjithashtu i mundur.
Rrotullimi.
Dallimi midis bozoneve dhe fermioneve lidhet me një karakteristikë tjetër të grimcave elementare - rrotullim. Çuditërisht, të gjitha grimcat themelore kanë momentin e tyre këndor ose, thënë më thjesht, rrotullohen rreth boshtit të tyre. Këndi i impulsit është një karakteristikë e lëvizjes rrotulluese, ashtu si impulsi total i lëvizjes përkthimore. Në çdo ndërveprim, momenti këndor dhe momenti ruhen.
Në mikrokozmos, momenti këndor kuantizohet, d.m.th. merr vlera diskrete. Në njësitë e përshtatshme matëse, leptonet dhe kuarkët kanë një rrotullim 1/2, dhe grimcat matës kanë një rrotullim 1 (përveç gravitonit, i cili ende nuk është vëzhguar eksperimentalisht, por teorikisht duhet të ketë një rrotullim 2). Meqenëse leptonet dhe kuarkët janë fermione, dhe grimcat e matësve janë bozone, mund të supozojmë se "fermioniciteti" shoqërohet me spin 1/2 dhe "bosoniciteti" shoqërohet me spin 1 (ose 2). Në të vërtetë, si eksperimenti ashtu edhe teoria konfirmojnë se nëse një grimcë ka një spin gjysmë të plotë, atëherë ajo është një fermion, dhe nëse ka një spin numër të plotë, atëherë është një bozon.
TEORIET DHE GJEOMETRIA E GJENDESVE
Në të gjitha rastet, forcat lindin për shkak të shkëmbimit të bozoneve midis fermioneve. Kështu, forca e ngjyrave të bashkëveprimit midis dy kuarkeve (kuarkeve - fermioneve) lind për shkak të shkëmbimit të gluoneve. Një shkëmbim i ngjashëm ndodh vazhdimisht në protone, neutrone dhe bërthama atomike. Në mënyrë të ngjashme, fotonet e shkëmbyera midis elektroneve dhe kuarkeve krijojnë forcat tërheqëse elektrike që mbajnë elektronet në atom, dhe bozonet vektoriale të ndërmjetme të shkëmbyera midis leptoneve dhe kuarkeve krijojnë forcat e dobëta përgjegjëse për shndërrimin e protoneve në neutrone në reaksionet termonukleare në yje.
Teoria pas këtij shkëmbimi është elegante, e thjeshtë dhe ndoshta e saktë. Quhet teoria e matësve. Por aktualisht ekzistojnë vetëm teori të pavarura matës të ndërveprimeve të forta, të dobëta dhe elektromagnetike dhe një teori e ngjashme, edhe pse disi e ndryshme, e matësit të gravitetit. Një nga problemet më të rëndësishme fizike është reduktimi i këtyre teorive individuale në një dhe në të njëjtën kohë teori e thjeshtë, në të cilin të gjitha do të bëheshin aspekte të ndryshme të një realiteti të vetëm - si skajet e një kristali.
| Tabela 3. DISA HADRONE | ||||
| Grimca | Simboli | Përbërja e kuarkut * | Masa e pushimit, MeV/ Me 2 | Ngarkesa elektrike |
| BARIONET | ||||
| Protoni | fq | uud | 938 | +1 |
| Neutron | n | udd | 940 | 0 |
| Omega minus | W - | sss | 1672 | –1 |
| MESONET | ||||
| Pi-plus | fq + | u | 140 | +1 |
| Pi minus | fq – | du | 140 | –1 |
| Fi | f | sє | 1020 | 0 |
| JP | J/y | cў | 3100 | 0 |
| Upsilon | Ў | b | 9460 | 0 |
| * Përbërja e kuarkut: u– krye; d- më e ulët; s- e çuditshme; c– i magjepsur; b- E bukur. Antiket tregohen me një vijë sipër shkronjës. | ||||
Më e thjeshta dhe më e vjetra nga teoritë e matësve është teoria e matësit të bashkëveprimit elektromagnetik. Në të, ngarkesa e një elektroni krahasohet (kalibrohet) me ngarkesën e një elektroni tjetër të largët prej tij. Si mund të krahasoni tarifat? Ju, për shembull, mund ta afroni elektronin e dytë me të parën dhe të krahasoni forcat e tyre të ndërveprimit. Por a nuk ndryshon ngarkesa e një elektroni kur ai lëviz në një pikë tjetër të hapësirës? Mënyra e vetme për të kontrolluar është të dërgoni një sinjal nga një elektron i afërt në një elektron të largët dhe të shihni se si reagon. Sinjali është një grimcë matës - një foton. Për të testuar ngarkesën në grimcat e largëta, nevojitet një foton.
Matematikisht, kjo teori është jashtëzakonisht e saktë dhe e bukur. Nga "parimi i matësit" të përshkruar më sipër rrjedh e gjithë elektrodinamika kuantike (teoria kuantike e elektromagnetizmit), si dhe teoria fushë elektromagnetike Maxwell është një nga arritjet më të mëdha shkencore të shekullit të 19-të.
Pse një parim kaq i thjeshtë është kaq i frytshëm? Me sa duket, ai shpreh një lidhje të caktuar midis pjesëve të ndryshme të Universit, duke lejuar që të bëhen matje në Univers. Në terma matematikorë, fusha interpretohet gjeometrikisht si lakimi i një hapësire të mundshme "të brendshme". Ngarkesa matëse është matja e "lakimit të brendshëm" total rreth grimcës. Teoritë e matësit të ndërveprimeve të forta dhe të dobëta ndryshojnë nga teoria e matësit elektromagnetik vetëm në "strukturën" e brendshme gjeometrike të ngarkesës përkatëse. Kur u pyet se ku është saktësisht kjo hapësirë e brendshme, duke u përpjekur të përgjigjet shumëdimensionale teoritë e unifikuara fushat që nuk mbulohen këtu.
| Tabela 4. NDËRVEPRIMET THEMELORE | |||||
| Ndërveprim | Intensiteti relativ në një distancë prej 10-13 cm | Rrezja e veprimit | Transportuesi i ndërveprimit | Masa e pushimit bartës, MeV/ Me 2 | Rrotulloni bartësin |
| I forte | 1 | Gluon | 0 | 1 | |
| elektro- magnetike |
0,01 | Ґ | Foton | 0 | 1 |
| I dobët | 10 –13 | W + | 80400 | 1 | |
| W – | 80400 | 1 | |||
| Z 0 | 91190 | 1 | |||
| Gravita- nacionale |
10 –38 | Ґ | Graviton | 0 | 2 |
Fizika e grimcave nuk është ende e plotë. Nuk është ende e qartë nëse të dhënat e disponueshme janë të mjaftueshme për të kuptuar plotësisht natyrën e grimcave dhe forcave, si dhe natyrën dhe dimensionin e vërtetë të hapësirës dhe kohës. A kemi nevojë për eksperimente me energji 10 15 GeV për këtë, apo mundi i mendimit do të jetë i mjaftueshëm? Ende nuk ka përgjigje. Por mund të themi me besim se fotografia përfundimtare do të jetë e thjeshtë, elegante dhe e bukur. Është e mundur që nuk do të ketë kaq shumë ide themelore: parimi i matësit, hapësirat e dimensioneve më të larta, kolapsi dhe zgjerimi dhe, mbi të gjitha, gjeometria.
A mund t'i përgjigjeni shkurt dhe shkurtimisht pyetjes: "Çfarë është ngarkesa elektrike?" Kjo mund të duket e thjeshtë në shikim të parë, por në realitet rezulton të jetë shumë më e ndërlikuar.
A e dimë se çfarë është ngarkesa elektrike?
Fakti është se në nivelin aktual të njohurive ne ende nuk mund ta zbërthejmë konceptin e "ngarkesës" në komponentë më të thjeshtë. Ky është një koncept themelor, si të thuash, parësor.
Ne e dimë se kjo është një veti e caktuar e grimcave elementare, mekanizmi i ndërveprimit të ngarkesave është i njohur, ne mund të masim ngarkesën dhe të përdorim vetitë e tij.
Megjithatë, e gjithë kjo është pasojë e të dhënave të marra në mënyrë eksperimentale. Natyra e këtij fenomeni ende nuk është e qartë për ne. Prandaj, ne nuk mund të përcaktojmë pa mëdyshje se çfarë është një ngarkesë elektrike.
Për ta bërë këtë, është e nevojshme të shpaketoni një gamë të tërë konceptesh. Shpjegoni mekanizmin e ndërveprimit të ngarkesave dhe përshkruani vetitë e tyre. Prandaj, është më e lehtë të kuptohet se çfarë do të thotë thënia: "kjo grimcë ka (mbart) një ngarkesë elektrike".
Prania e një ngarkese elektrike në një grimcë
Sidoqoftë, më vonë u arrit të vërtetohej se numri i grimcave elementare është shumë më i madh dhe se protoni, elektroni dhe neutroni nuk janë materiale ndërtimi të pandashme dhe themelore të Universit. Ata vetë mund të dekompozohen në përbërës dhe të shndërrohen në lloje të tjera grimcash.
Prandaj, emri "grimca elementare" aktualisht përfshin një klasë mjaft të madhe të grimcave më të vogla në madhësi se atomet dhe bërthamat atomike. Në këtë rast, grimcat mund të kenë një sërë veçorish dhe cilësish.
Sidoqoftë, një pronë e tillë si ngarkesa elektrike vjen në vetëm dy lloje, të cilat zakonisht quhen pozitive dhe negative. Prania e një ngarkese në një grimcë është aftësia e saj për të zmbrapsur ose për t'u tërhequr nga një grimcë tjetër, e cila gjithashtu mbart një ngarkesë. Drejtimi i ndërveprimit varet nga lloji i ngarkesave.
Ashtu si ngarkesat sprapsin, ndryshe nga ngarkesat tërheqin. Në këtë rast, forca e ndërveprimit ndërmjet ngarkesave është shumë e lartë në krahasim me forcat gravitacionale, e natyrshme në të gjithë trupat në Univers pa përjashtim.
Në bërthamën e hidrogjenit, për shembull, një elektron që mbart një ngarkesë negative tërhiqet nga një bërthamë e përbërë nga një proton dhe që mban një ngarkesë pozitive me një forcë 1039 herë më të madhe se forca me të cilën i njëjti elektron tërhiqet nga një proton për shkak të gravitacionit. ndërveprim.
Grimcat mund ose nuk mund të mbajnë një ngarkesë, në varësi të llojit të grimcave. Megjithatë, është e pamundur të "heqësh" ngarkesën nga grimca, ashtu siç është e pamundur ekzistenca e një ngarkese jashtë grimcës.
Përveç protonit dhe neutronit, disa lloje të tjera të grimcave elementare mbajnë ngarkesë, por vetëm këto dy grimca mund të ekzistojnë pafundësisht.
719. Ligji i ruajtjes së ngarkesës elektrike
720. Trupat me ngarkesa elektrike shenjë të ndryshme, …
Ata janë të tërhequr nga njëri-tjetri.
721. Topa identikë metalikë, të ngarkuar me ngarkesa të kundërta q 1 = 4q dhe q 2 = -8q, u vunë në kontakt dhe u zhvendosën në të njëjtën distancë. Secili prej topave ka një ngarkesë
q 1 = -2q dhe q 2 = -2q
723.Një pikëz me ngarkesë pozitive (+2e) humbi një elektron kur u ndriçua. Ngarkesa e rënies u bë e barabartë
724. Topa identikë metalikë të ngarkuar me ngarkesa q 1 = 4q, q 2 = - 8q dhe q 3 = - 2q u vunë në kontakt dhe u zhvendosën në të njëjtën distancë. Secili nga topat do të ketë një pagesë
q 1 = - 2q, q 2 = - 2q dhe q 3 = - 2q
725. Topat identikë metalikë të ngarkuar me ngarkesa q 1 = 5q dhe q 2 = 7q u vunë në kontakt dhe u zhvendosën në të njëjtën distancë, dhe më pas topi i dytë dhe i tretë me ngarkesë q 3 = -2q u vunë në kontakt dhe u larguan. në të njëjtën distancë. Secili nga topat do të ketë një pagesë
q 1 = 6q, q 2 = 2q dhe q 3 = 2q
726. Topa identikë metalikë të ngarkuar me ngarkesa q 1 = - 5q dhe q 2 = 7q u vunë në kontakt dhe u zhvendosën në të njëjtën distancë, dhe më pas topi i dytë dhe i tretë me ngarkesë q 3 = 5q u vunë në kontakt dhe u larguan. në të njëjtën distancë. Secili nga topat do të ketë një pagesë
q 1 =1q, q 2 = 3q dhe q 3 = 3q
727. Janë katër topa metalikë identikë me ngarkesa q 1 = 5q, q 2 = 7q, q 3 = -3q dhe q 4 = -1q. Fillimisht, ngarkesat q 1 dhe q 2 (sistemi i parë i ngarkesave) u vunë në kontakt dhe u zhvendosën në të njëjtën distancë, dhe më pas u vunë në kontakt ngarkesat q 4 dhe q 3 (sistemi i dytë i ngarkesave). Pastaj ata morën nga një karikim secili nga sistemi 1 dhe 2 dhe i sollën në kontakt dhe i zhvendosën në të njëjtën distancë. Këto dy topa do të kenë një ngarkesë
728. Janë katër topa metalikë identikë me ngarkesa q 1 = -1q, q 2 = 5q, q 3 = 3q dhe q 4 = -7q. Fillimisht, ngarkesat q 1 dhe q 2 (1 sistem ngarkesash) u vunë në kontakt dhe u zhvendosën në të njëjtën distancë, dhe më pas u vunë në kontakt ngarkesat q 4 dhe q 3 (sistemi 2 i ngarkesave). Pastaj ata morën nga një karikim secili nga sistemi 1 dhe 2 dhe i sollën në kontakt dhe i zhvendosën në të njëjtën distancë. Këto dy topa do të kenë një ngarkesë
729.Një atom ka ngarkesë pozitive
Bërthamë.
730. Tetë elektrone lëvizin rreth bërthamës së një atomi oksigjeni. Numri i protoneve në bërthamën e një atomi oksigjeni është
731.Ngarkesa elektrike e një elektroni është
-1,6 · 10 -19 Kl.
732.Ngarkesa elektrike e një protoni është
1,6 · 10 -19 Cl.
733.Bërthama e atomit të litiumit përmban 3 protone. Nëse 3 elektrone rrotullohen rreth bërthamës, atëherë
Atomi është elektrikisht neutral.
734. Në bërthamën e fluorit ka 19 grimca, nga të cilat 9 janë protone. Numri i neutroneve në bërthamë dhe numri i elektroneve në një atom neutral të fluorit
Neutronet dhe 9 elektrone.
735.Nëse në ndonjë trup numri i protoneve më shumë numër elektronet, pastaj trupin në tërësi
E ngarkuar pozitivisht.
736. Një pikëz me ngarkesë pozitive +3e humbi 2 elektrone gjatë rrezatimit. Ngarkesa e rënies u bë e barabartë
8·10 -19 Cl.
737. Një ngarkesë negative në një atom mbart
Guaskë.
738.Nëse një atom oksigjeni shndërrohet në jon pozitiv, atëherë ai
Humbi një elektron.
739.Ka masë të madhe
Jon negativ të hidrogjenit.
740. Si rezultat i fërkimit, nga sipërfaqja e shufrës së qelqit u hoqën 5·10 10 elektrone. Ngarkesa elektrike në një shkop
(e = -1,6 10 -19 C)
8·10 -9 Cl.
741.Si rezultat i fërkimit, shufra ebonit mori 5·10 10 elektrone. Ngarkesa elektrike në një shkop
(e = -1,6 10 -19 C)
-8·10 -9 Cl.
742.Forca e bashkëveprimit të Kulonit të ngarkesave elektrike me dy pika kur distanca ndërmjet tyre zvogëlohet për 2 herë
Do të rritet 4 herë.
743.Forca e bashkëveprimit të Kulonit të ngarkesave elektrike me dy pika kur distanca ndërmjet tyre zvogëlohet me 4 herë
Do të rritet 16 herë.
744.Ngarkesat elektrike me dy pika veprojnë mbi njëra-tjetrën sipas ligjit të Kulombit me një forcë 1N. Nëse distanca midis tyre rritet me 2 herë, atëherë forca e ndërveprimit të Kulonit të këtyre ngarkesave do të bëhet e barabartë
745.Ngarkesat me dy pika veprojnë mbi njëra-tjetrën me një forcë 1N. Nëse madhësia e çdo ngarkese rritet me 4 herë, atëherë forca e ndërveprimit të Kulombit do të bëhet e barabartë
746. Forca e bashkëveprimit ndërmjet dy ngarkesave pika është 25 N. Nëse distanca ndërmjet tyre zvogëlohet për 5 herë, atëherë forca e bashkëveprimit të këtyre ngarkesave do të bëhet e barabartë.
747.Forca e bashkëveprimit të Kulonit të dy ngarkesave pika kur distanca ndërmjet tyre rritet 2 herë
Do të ulet me 4 herë.
748.Forca e bashkëveprimit të Kulonit të ngarkesave elektrike me dy pika kur distanca ndërmjet tyre rritet me 4 herë
Do të ulet me 16 herë.
749. Formula e ligjit të Kulombit
.
750. Nëse 2 topa identikë metalikë me ngarkesa +q dhe +q vihen në kontakt dhe largohen në të njëjtën distancë, atëherë moduli i forcës së ndërveprimit
Nuk do të ndryshojë.
751. Nëse 2 topa identikë metalikë që kanë ngarkesa +q dhe -q, topat vihen në kontakt dhe largohen në të njëjtën distancë, atëherë forca e ndërveprimit
Do të bëhet e barabartë me 0.
752.Dy ngarkesa bashkëveprojnë në ajër. Nëse vendosen në ujë (ε = 81), pa ndryshuar distancën ndërmjet tyre, atëherë forca e bashkëveprimit të Kulonit
Do të ulet me 81 herë.
753. Forca e bashkëveprimit ndërmjet dy ngarkesave me nga 10 nC secila, të vendosura në ajër në një distancë prej 3 cm nga njëra-tjetra, është e barabartë me
(
)
754. Ngarkesat prej 1 µC dhe 10 nC ndërveprojnë në ajër me një forcë prej 9 mN në një distancë
()
755. Dy elektrone të vendosura në një distancë prej 3·10 -8 cm nga njëri-tjetri zmbrapsen me një forcë ( ; e = - 1,6 10 -19 C)
2,56·10 -9 N.
756. Kur largësia nga ngarkesa rritet me 3 herë, moduli i tensionit fushe elektrike
Do të ulet me 9 herë.
757.Forca e fushës në një pikë është 300 N/C. Nëse ngarkesa është 1·10 -8 C, atëherë distanca deri në pikën
()
758. Nëse largësia nga një ngarkesë pikësore që krijon një fushë elektrike rritet 5 herë, atëherë forca e fushës elektrike
Do të ulet me 25 herë.
759.Forca e fushës së ngarkesës pikësore në një pikë të caktuar është 4 N/C. Nëse distanca nga ngarkesa dyfishohet, voltazhi do të bëhet i barabartë me
760.Tregoni formulën e fuqisë së fushës elektrike në rastin e përgjithshëm.
761.Shënimi matematik i parimit të mbivendosjes së fushave elektrike
762.Tregoni formulën e intensitetit të ngarkesës elektrike me pikë Q
.
763. Moduli i fuqisë së fushës elektrike në pikën ku ndodhet ngarkesa
1·10 -10 C është e barabartë me 10 V/m. Forca që vepron në ngarkesë është e barabartë me
1·10 -9 N.
765. Nëse një ngarkesë prej 4·10 -8 C shpërndahet në sipërfaqen e një topi metalik me rreze 0,2 m, atëherë dendësia e ngarkesës
2,5·10 -7 C/m2.
766.Në një homogjene të drejtuar vertikalisht fushe elektrike ka një grimcë pluhuri me masë 1·10-9 g dhe ngarkesë 3,2·10-17 C. Nëse graviteti i një kokrre pluhuri balancohet nga forca e fushës elektrike, atëherë forca e fushës është e barabartë me
3·10 5 N/Cl.
767. Në tre kulmet e një katrori me brinjë 0,4 m ka ngarkesa pozitive identike prej 5·10 -9 C secila. Gjeni tensionin në kulmin e katërt
() 540 N/Kl.
768. Nëse dy ngarkesa janë 5·10 -9 dhe 6·10 -9 C, në mënyrë që ato të zmbrapsen me një forcë prej 12·10 -4 N, atëherë ato janë në një distancë
768. Nëse moduli i një ngarkese pika zvogëlohet për 2 herë dhe distanca nga ngarkesa zvogëlohet për 4 herë, atëherë forca e fushës elektrike në një pikë të caktuar
Do të rritet 8 herë.
Zvogëlohet.
770. Prodhimi i ngarkesës së elektronit dhe i potencialit ka dimensionin
Energjisë.
771.Potenciali në pikën A të fushës elektrike është 100V, potenciali në pikën B është 200V. Puna e bërë nga forcat e fushës elektrike kur lëviz një ngarkesë prej 5 mC nga pika A në pikën B është e barabartë me
-0,5 J.
772. Një grimcë me ngarkesë +q dhe masë m, e vendosur në pika të një fushe elektrike me intensitet E dhe potencial, ka nxitim.
773.Një elektron lëviz në një fushë elektrike uniforme përgjatë një linje tensioni nga një pikë me një potencial të lartë në një pikë me një potencial më të ulët. Shpejtësia e saj është
Në rritje.
774.Një atom që ka një proton në bërthamën e tij humbet një elektron. Kjo krijon
Jon hidrogjeni.
775. Fusha elektrike në vakum krijohet nga katër pikë ngarkesa pozitive, vendosur në kulmet e katrorit me brinjën a. Potenciali në qendër të sheshit është
776. Nëse distanca nga një ngarkesë pikë zvogëlohet për 3 herë, atëherë potenciali i fushës
Do të rritet 3 herë.
777. Kur një ngarkesë elektrike pikësore q lëviz ndërmjet pikave me diferencë potenciale prej 12 V, bëhet punë 3 J. Në këtë rast ngarkesa lëviz.
778. Ngarkesa q u zhvendos nga pika fushë elektrostatike deri në një pikë me potencial. Me cilën nga formulat e mëposhtme:
1) 
2) ; 3) 
ju mund të gjeni punë duke lëvizur ngarkesë.
779. Në një fushë elektrike uniforme me forcë 2 N/C, një ngarkesë prej 3 C lëviz përgjatë vijave të fushës në një distancë prej 0,5 m. Puna e bërë nga forcat e fushës elektrike për të lëvizur ngarkesën është e barabartë me
780. Fusha elektrike krijohet nga katër pika ndryshe nga ngarkesat e vendosura në kulmet e një katrori me brinjë a. Akuzat e ngjashme janë të vendosura në kulme të kundërta. Potenciali në qendër të sheshit është
781. Diferenca e mundshme midis pikave që shtrihen në të njëjtën linjë pushteti në një distancë prej 6 cm nga njëra-tjetra, është e barabartë me 60 V. Nëse fusha është uniforme, atëherë forca e saj është
782.Njsia e diferencës potenciale
1 V = 1 J/1 C.
783. Lëreni ngarkesën të lëvizë në një fushë uniforme me intensitet E = 2 V/m përgjatë vijës së fushës 0,2 m Gjeni ndryshimin midis këtyre potencialeve.
U = 0,4 V.
784.Sipas hipotezës së Plankut, një trup tërësisht i zi lëshon energji
Në porcione.
785. Energjia e fotonit përcaktohet me formulë
1. E = pс 2. E=hv/c 3. E=h 4. E=mc2. 5. E=hv. 6.E=hc/
1, 4, 5, 6.
786. Nëse energjia e një kuantike është dyfishuar, atëherë frekuenca e rrezatimit
rritur me 2 herë.
787.Nëse fotonet me energji prej 6 eV bien në sipërfaqen e një pllake tungsteni, atëherë energjia maksimale kinetike e elektroneve të rrëzuara prej tyre është 1,5 eV. Energjia minimale e fotonit në të cilën është i mundur efekti fotoelektrik është për tungsten e barabartë me:
788. Pohimi i mëposhtëm është i saktë:
1. Shpejtësia e një fotoni është më e madhe se shpejtësia e dritës.
2. Shpejtësia e një fotoni në çdo substancë është më e vogël se shpejtësia e dritës.
3. Shpejtësia e një fotoni është gjithmonë e barabartë me shpejtësinë e dritës.
4. Shpejtësia e një fotoni është më e madhe ose e barabartë me shpejtësinë e dritës.
5. Shpejtësia e një fotoni në çdo substancë është më e vogël ose e barabartë me shpejtësinë e dritës.
789.Fotonet e rrezatimit kanë një impuls të madh
Blu.
790. Kur temperatura e një trupi të ndezur ulet, intensiteti maksimal i rrezatimit
©2015-2019 faqe
Të gjitha të drejtat u përkasin autorëve të tyre. Kjo faqe nuk pretendon autorësinë, por ofron përdorim falas.
Data e krijimit të faqes: 13-02-2016
Depërtimi i mëtejshëm në thellësitë e mikrobotës shoqërohet me kalimin nga niveli i atomeve në nivelin e grimcave elementare. Si grimca e parë elementare në fund të shekullit XIX. elektroni u zbulua, dhe më pas në dekadat e para të shekullit të 20-të. – foton, proton, pozitron dhe neutron.
Pas Luftës së Dytë Botërore, falë përdorimit të teknologjisë moderne eksperimentale, dhe mbi të gjitha përshpejtuesve të fuqishëm, në të cilët krijohen kushte të energjive të larta dhe shpejtësive të mëdha, u konstatua ekzistenca e një numri të madh të grimcave elementare - mbi 300. Ndër to ka edhe të zbuluara eksperimentalisht dhe të llogaritura teorikisht, duke përfshirë rezonancat, kuarkët dhe grimcat virtuale.
Afati grimcë elementare fillimisht nënkuptonte grimcat më të thjeshta, të mëtejshme të pazbërthyeshme që qëndrojnë në themel të çdo formimi material. Më vonë, fizikanët kuptuan të gjithë konventën e termit "elementar" në lidhje me mikro-objektet. Tani nuk ka dyshim se grimcat kanë një strukturë ose një tjetër, por, megjithatë, emri i vendosur historikisht vazhdon të ekzistojë.
Karakteristikat kryesore të grimcave elementare janë masa, ngarkesa, jetëgjatësia mesatare, spin dhe numrat kuantikë.
Masa pushuese grimcat elementare përcaktohen në raport me masën e pushimit të elektronit.Ka grimca elementare që nuk kanë masë pushimi - fotone. Grimcat e mbetura sipas këtij kriteri ndahen në leptonet– grimcat e lehta (elektroni dhe neutrino); mezonet– grimca me përmasa mesatare me masë që varion nga një deri në një mijë masa elektronike; barionet– grimca të rënda, masa e të cilave kalon një mijë masa elektronike dhe që përfshin protone, neutrone, hiperone dhe shumë rezonanca.
Ngarkesa elektrike është një tjetër karakteristikë e rëndësishme e grimcave elementare. Të gjitha grimcat e njohura kanë një ngarkesë pozitive, negative ose zero. Çdo grimcë, përveç fotonit dhe dy mezoneve, korrespondon me antigrimca me ngarkesa të kundërta. Rreth viteve 1963-1964 u parashtrua një hipotezë për ekzistencën kuarket– grimcat me ngarkesë elektrike të pjesshme. Kjo hipotezë ende nuk është konfirmuar eksperimentalisht.
Sipas jetës grimcat ndahen në të qëndrueshme Dhe e paqëndrueshme . Ekzistojnë pesë grimca të qëndrueshme: fotoni, dy lloje neutrinos, elektroni dhe protoni. Janë grimcat e qëndrueshme ato që luajnë rolin më të rëndësishëm në strukturën e makrotrupave. Të gjitha grimcat e tjera janë të paqëndrueshme, ato ekzistojnë për rreth 10 -10 -10 -24 s, pas së cilës ato prishen. Grimcat elementare me jetëgjatësi mesatare prej 10–23–10–22 s quhen rezonancat. Për shkak të jetëgjatësisë së tyre të shkurtër, ato kalbet para se të largohen nga atomi ose bërthama atomike. Gjendjet rezonante u llogaritën teorikisht; ato nuk mund të zbuloheshin në eksperimente reale.
Përveç ngarkesës, masës dhe jetëgjatësisë, grimcat elementare përshkruhen gjithashtu nga koncepte që nuk kanë analoge në fizikën klasike: koncepti mbrapa . Spin është momenti këndor i brendshëm i një grimce që nuk shoqërohet me lëvizjen e saj. Spin karakterizohet nga numri kuantik spin s, e cila mund të marrë vlera të plota (±1) ose gjysmë të plotë (±1/2). Grimcat me rrotullim me numër të plotë - bozonet, me një gjysmë numër të plotë - fermionet. Elektronet klasifikohen si fermione. Sipas parimit Pauli, një atom nuk mund të ketë më shumë se një elektron me të njëjtin grup numrash kuantikë n,m,l,s. Elektronet, të cilat korrespondojnë me funksionet valore me të njëjtin numër n, janë shumë afër në energji dhe formojnë një shtresë elektronike në atom. Dallimet në numrin l përcaktojnë "nënpredhën", numrat kuantikë të mbetur përcaktojnë mbushjen e tij, siç u përmend më lart.
Në karakteristikat e grimcave elementare ekziston një ide tjetër e rëndësishme ndërveprim. Siç u përmend më herët, njihen katër lloje ndërveprimesh midis grimcave elementare: gravitacionale,i dobët,elektromagnetike Dhe të fortë(bërthamore).
Të gjitha grimcat që kanë një masë pushimi ( m 0), marrin pjesë në bashkëveprimin gravitacional, dhe ato të ngarkuara gjithashtu marrin pjesë në bashkëveprimin elektromagnetik. Leptonet gjithashtu marrin pjesë në ndërveprime të dobëta. Hadronet marrin pjesë në të katër ndërveprimet themelore.
Sipas teorisë kuantike të fushës, të gjitha ndërveprimet kryhen për shkak të shkëmbimit grimcat virtuale , domethënë, grimcat ekzistenca e të cilave mund të gjykohet vetëm në mënyrë indirekte, nga disa prej manifestimeve të tyre përmes disa efekteve dytësore ( grimca reale mund të regjistrohet drejtpërdrejt duke përdorur instrumente).
Rezulton se të katër llojet e njohura të ndërveprimeve - gravitacionale, elektromagnetike, të forta dhe të dobëta - kanë një natyrë matës dhe përshkruhen nga simetri matës. Kjo do të thotë, të gjitha ndërveprimet, si të thuash, bëhen "nga e njëjta bosh". Kjo na jep shpresë se do të jetë e mundur të gjejmë "çelësin e vetëm për të gjitha bravat e njohura" dhe të përshkruajmë evolucionin e Universit nga një gjendje e përfaqësuar nga një superfushë e vetme supersimetrike, nga një gjendje në të cilën dallimet midis llojeve të ndërveprimeve, midis të gjitha llojeve të grimcave të materies dhe kuanteve të fushës nuk janë shfaqur ende.
Ka një numër të madh mënyrash për të klasifikuar grimcat elementare. Për shembull, grimcat ndahen në fermione (grimcat Fermi) - grimca të materies dhe bozone (grimcat Bose) - kuanta fushore.
Sipas një qasjeje tjetër, grimcat ndahen në 4 klasa: fotone, leptone, mezone, barione.
Fotonet (kuantet e fushës elektromagnetike) marrin pjesë në ndërveprimet elektromagnetike, por nuk kanë ndërveprime të forta, të dobëta ose gravitacionale.
Leptonet e kanë marrë emrin nga fjalë greke leptos- e lehtë. Këtu përfshihen grimcat që nuk kanë ndërveprim të fortë: muonet (μ – , μ +), elektronet (е – , у +), neutrinot e elektroneve (v e – ,v e +) dhe neutrinot muonore (v – m, v + m). Të gjithë leptonët kanë një rrotullim prej ½ dhe për këtë arsye janë fermione. Të gjithë leptonët kanë një ndërveprim të dobët. Ato që kanë një ngarkesë elektrike (d.m.th., muonet dhe elektronet) kanë gjithashtu një forcë elektromagnetike.
Mesonet – grimca të paqëndrueshme ndërvepruese të forta që nuk mbajnë të ashtuquajturën ngarkesë të barionit. Mes tyre është R-mesone, ose pione (π + , π – , π 0), TE-mezonet, ose kaonet (K +, K –, K 0), dhe kjo-mesone (η) . Pesha TE-mesons është ~ 970me (494 MeV për të ngarkuar dhe 498 MeV për neutral TE-mesone). Jetëgjatësia TE-mezonet ka magnitudë të rendit 10 –8 s. Ato shpërbëhen për të formuar I-mezonet dhe leptonet ose vetem leptonet. Pesha kjo-mesonët është 549 MeV (1074me), jetëgjatësia është rreth 10–19 s. Kjo-mezonet zbehen duke formuar π-mesone dhe γ-fotone. Ndryshe nga leptonet, mezonet kanë jo vetëm një ndërveprim të dobët (dhe, nëse janë të ngarkuar, elektromagnetik), por edhe një ndërveprim të fortë, i cili manifestohet kur ndërveprojnë me njëri-tjetrin, si dhe gjatë bashkëveprimit midis mezoneve dhe barioneve. Të gjithë mezonet kanë rrotullim zero, pra janë bozon.
Klasa barionet kombinon nukleonet (p,n) dhe grimcat e paqëndrueshme me një masë më të madhe se masa e nukleoneve, të quajtura hiperone. Të gjithë barionet kanë një ndërveprim të fortë dhe, për këtë arsye, ndërveprojnë në mënyrë aktive me bërthamat atomike. Rrotullimi i të gjithë barioneve është ½, kështu që barionet janë fermione. Me përjashtim të protonit, të gjithë barionet janë të paqëndrueshëm. Gjatë kalbjes së barioneve, së bashku me grimcat e tjera, formohet domosdoshmërisht një barion. Ky model është një nga manifestimet ligji i ruajtjes së ngarkesës së barionit.
Përveç grimcave të listuara më sipër, janë zbuluar një numër i madh grimcash jetëshkurtër që ndërveprojnë fuqishëm, të cilat quhen rezonancat . Këto grimca janë gjendje rezonante të formuara nga dy ose më shumë grimca elementare. Jetëgjatësia e rezonancës është vetëm ~ 10 –23 –10 –22 s.
Grimcat elementare, si dhe mikrogrimcat komplekse mund të vërehen falë gjurmëve që ato lënë ndërsa kalojnë nëpër materie. Natyra e gjurmëve na lejon të gjykojmë shenjën e ngarkesës së grimcave, energjinë e saj, momentin, etj. Grimcat e ngarkuara shkaktojnë jonizimin e molekulave përgjatë rrugës së tyre. Grimcat neutrale nuk lënë gjurmë, por ato mund të zbulohen në momentin e kalbjes në grimca të ngarkuara ose në momentin e përplasjes me ndonjë bërthamë. Rrjedhimisht, grimcat neutrale zbulohen përfundimisht edhe nga jonizimi i shkaktuar nga grimcat e ngarkuara që ato gjenerojnë.
Grimcat dhe antigrimcat. Në vitin 1928, fizikani anglez P. Dirac arriti të gjejë një ekuacion mekanik kuantik relativist për elektronin, nga i cili rrjedhin një sërë pasojash të jashtëzakonshme. Para së gjithash, nga ky ekuacion, spin-i dhe vlera numerike e momentit magnetik të elektronit fitohen natyrshëm, pa ndonjë supozim shtesë. Kështu, doli që spin-i është një sasi kuantike dhe relativiste. Por kjo nuk e shter rëndësinë e ekuacionit të Dirakut. Ai gjithashtu bëri të mundur parashikimin e ekzistencës së antigrimcës së elektronit - pozitron. Nga ekuacioni Dirac, për energjinë totale të një elektroni të lirë fitohen jo vetëm vlera pozitive, por edhe negative. Studimet e ekuacionit tregojnë se për një moment të caktuar të grimcave, ka zgjidhje të ekuacionit që korrespondojnë me energjitë: .
Midis energjisë më të madhe negative (- m e Me 2) dhe më pak energji pozitive (+ m e c 2) ekziston një interval vlerash energjetike që nuk mund të realizohen. Gjerësia e këtij intervali është 2 m e Me 2. Rrjedhimisht, fitohen dy rajone të eigenvlerave të energjisë: njëra fillon me + m e Me 2 dhe shtrihet në +∞, tjetra fillon nga - m e Me 2 dhe shtrihet në –∞.
Një grimcë me energji negative duhet të ketë veti shumë të çuditshme. Duke kaluar në gjendje me gjithnjë e më pak energji (d.m.th., me energji negative në rritje në madhësi), ai mund të çlirojë energji, të themi, në formën e rrezatimit dhe, meqë | E| e pakufizuar, një grimcë me energji negative mund të lëshojë një sasi pafundësisht të madhe energjie. Një përfundim i ngjashëm mund të arrihet në këtë mënyrë: nga relacioni E=m e Me 2 rrjedh se një grimcë me energji negative do të ketë gjithashtu një masë negative. Nën ndikimin e një force frenimi, një grimcë me masë negative nuk duhet të ngadalësohet, por të përshpejtohet, duke kryer një punë pafundësisht të madhe në burimin e forcës frenuese. Duke patur parasysh këto vështirësi, duket se do të ishte e nevojshme të pranohej se shteti me energji negative duhet të përjashtohet nga konsiderata se çon në rezultate absurde. Kjo, megjithatë, do të binte ndesh me disa parime të përgjithshme të mekanikës kuantike. Prandaj, Diraku zgjodhi një rrugë tjetër. Ai propozoi që kalimet e elektroneve në gjendje me energji negative zakonisht nuk vërehen për arsye se të gjitha nivelet e disponueshme me energji negative janë tashmë të zëna nga elektronet. 
Sipas Dirac, një vakum është një gjendje në të cilën të gjitha nivelet e energjisë negative janë të zëna nga elektronet, dhe nivelet me energji pozitive janë të lira. Meqenëse të gjitha nivelet që shtrihen nën brezin e ndaluar janë të zëna pa përjashtim, elektronet në këto nivele nuk e zbulojnë veten në asnjë mënyrë. Nëse njërit prej elektroneve të vendosur në nivele negative i jepet energji E≥ 2m e Me 2, atëherë ky elektron do të shkojë në një gjendje me energji pozitive dhe do të sillet në mënyrën e zakonshme, si një grimcë me masë pozitive dhe ngarkesë negative. Kjo grimcë e parë e parashikuar teorikisht u quajt pozitron. Kur një pozitron takohet me një elektron, ata asgjësohen (zhduken) - elektroni lëviz nga një nivel pozitiv në një negativ të zbrazët. Energjia që korrespondon me diferencën midis këtyre niveleve lëshohet në formën e rrezatimit. Në Fig. 4, shigjeta 1 përshkruan procesin e krijimit të një çifti elektron-pozitron, dhe shigjeta 2 - asgjësimi i tyre. Termi "asgjësim" nuk duhet të merret fjalë për fjalë. Në thelb, ajo që ndodh nuk është një zhdukje, por një transformim i disa grimcave (elektroni dhe pozitron) në të tjera (γ-fotone).
Ka grimca që janë identike me antigrimcat e tyre (d.m.th., ato nuk kanë antigrimca). Grimca të tilla quhen absolutisht neutrale. Këto përfshijnë fotonin, mezonin π 0 dhe mezonin η. Grimcat identike me antigrimcat e tyre nuk janë të afta të asgjësohen. Kjo, megjithatë, nuk do të thotë se ato nuk mund të shndërrohen fare në grimca të tjera.
Nëse barioneve (d.m.th., nukleoneve dhe hiperoneve) u caktohet një ngarkesë barion (ose numër barion) NË= +1, antibarionet – ngarkesa e barionit NË= –1, dhe të gjitha grimcat e tjera kanë një ngarkesë barion NË= 0, atëherë të gjitha proceset që ndodhin me pjesëmarrjen e barioneve dhe antibarioneve do të karakterizohen nga ruajtja e barioneve të ngarkesës, ashtu si proceset karakterizohen nga ruajtja e ngarkesës elektrike. Ligji i ruajtjes së ngarkesës së barionit përcakton qëndrueshmërinë e barionit më të butë, protonit. Shndërrimi i të gjitha sasive që përshkruajnë një sistem fizik, në të cilin të gjitha grimcat zëvendësohen me antigrimca (për shembull, elektronet me protone dhe protonet me elektrone, etj.), quhet ngarkesa e konjugimit.
Grimca të çuditshme.TE-Mesonët dhe hiperonet u zbuluan si pjesë e rrezeve kozmike në fillim të viteve 50 të shekullit XX. Që nga viti 1953, ato janë prodhuar në përshpejtues. Sjellja e këtyre grimcave doli të ishte aq e pazakontë sa u quajtën të çuditshme. Sjellja e pazakontë e grimcave të çuditshme ishte se ato lindën qartë për shkak të ndërveprimeve të forta me një kohë karakteristike të rendit 10-23 s, dhe jetëgjatësia e tyre doli të jetë e rendit 10-8-10-10 s. Rrethana e fundit tregoi se prishja e grimcave ndodh si rezultat i ndërveprimeve të dobëta. Ishte plotësisht e paqartë pse grimcat e çuditshme jetuan për kaq gjatë. Meqenëse të njëjtat grimca (π-mesone dhe protone) përfshihen si në krijimin ashtu edhe në prishjen e λ-hiperonit, ishte befasuese që shkalla (d.m.th., probabiliteti) i të dy proceseve ishte kaq i ndryshëm. Hulumtimet e mëtejshme treguan se grimcat e çuditshme lindin në çifte. Kjo çoi në idenë se ndërveprimet e forta nuk mund të luajnë një rol në zbërthimin e grimcave për shkak të faktit se prania e dy grimcave të çuditshme është e nevojshme për manifestimin e tyre. Për të njëjtën arsye, krijimi i vetëm i grimcave të çuditshme rezulton të jetë i pamundur.
Për të shpjeguar ndalimin e prodhimit të vetëm të grimcave të çuditshme, M. Gell-Mann dhe K. Nishijima prezantuan një numër të ri kuantik, vlera totale e të cilit, sipas supozimit të tyre, duhet të ruhet nën ndërveprime të forta. Ky është një numër kuantik S u emërua çuditshmëria e grimcave. Në ndërveprime të dobëta, çuditshmëria mund të mos ruhet. Prandaj, i atribuohet vetëm grimcave që ndërveprojnë fuqishëm - mesonet dhe barionet.
Neutrino. Neutrinoja është e vetmja grimcë që nuk merr pjesë as në ndërveprime të forta as në ndërveprime elektromagnetike. Duke përjashtuar ndërveprimin gravitacional, në të cilin marrin pjesë të gjitha grimcat, neutrinot mund të marrin pjesë vetëm në ndërveprime të dobëta.
Për një kohë të gjatë, mbeti e paqartë se si ndryshon një neutrino nga një antineutrino. Zbulimi i ligjit të ruajtjes së barazisë së kombinuar bëri të mundur përgjigjen e kësaj pyetjeje: ato ndryshojnë në helicitet. Nën heliciteti kuptohet një marrëdhënie e caktuar ndërmjet drejtimeve të impulsit R dhe mbrapa S grimcat. Heliciteti konsiderohet pozitiv nëse rrotullimi dhe momenti janë në të njëjtin drejtim. Në këtë rast, drejtimi i lëvizjes së grimcave ( R) dhe drejtimi i "rrotullimit" që korrespondon me rrotullimin formojnë një vidë të djathtë. Kur rrotullimi dhe momenti janë të drejtuara në të kundërt, heliciteti do të jetë negativ (lëvizja përkthimore dhe "rrotullimi" formojnë një vidë majtas). Sipas teorisë së neutrineve gjatësore të zhvilluar nga Yang, Lee, Landau dhe Salam, të gjitha neutrinot që ekzistojnë në natyrë, pavarësisht nga metoda e origjinës së tyre, janë gjithmonë plotësisht të polarizuara gjatësore (d.m.th., rrotullimi i tyre drejtohet paralel ose antiparalel me momentin. R). Neutrinoja ka negativ(majtas) heliciteti (që korrespondon me raportin e drejtimeve S Dhe R, treguar në Fig. 5 (b), antineutrino – heliciteti pozitiv (djathtas) (a). Kështu, heliciteti është ajo që i dallon neutrinot nga antineutrinot.
Oriz. 5. Skema e helicitetit të grimcave elementare
Sistematika e grimcave elementare. Modelet e vëzhguara në botën e grimcave elementare mund të formulohen në formën e ligjeve të ruajtjes. Shumë ligje të tilla tashmë janë grumbulluar. Disa prej tyre rezultojnë të jenë jo të sakta, por vetëm të përafërta. Çdo ligj ruajtjeje shpreh një simetri të caktuar të sistemit. Ligjet e ruajtjes së momentit R, momenti këndor L dhe energji E pasqyrojnë vetitë e simetrisë së hapësirës dhe kohës: ruajtje Eështë pasojë e homogjenitetit të kohës, ruajtjes R për shkak të homogjenitetit të hapësirës dhe ruajtjes L– izotropia e tij. Ligji i ruajtjes së barazisë lidhet me simetrinë ndërmjet të djathtës dhe të majtës ( R-pandryshueshmëria). Simetria në lidhje me konjugimin e ngarkesës (simetria e grimcave dhe antigrimcave) çon në ruajtjen e barazisë së ngarkesës ( ME-pandryshueshmëria). Ligjet e ruajtjes së ngarkesave elektrike, barionit dhe leptonit shprehin një simetri të veçantë ME-funksione. Së fundi, ligji i ruajtjes së spinit izotopik pasqyron izotropinë e hapësirës izotopike. Mosrespektimi i njërit prej ligjeve të ruajtjes nënkupton shkelje të llojit përkatës të simetrisë në këtë ndërveprim.
Në botën e grimcave elementare zbatohet rregulli i mëposhtëm: çdo gjë që nuk është e ndaluar nga ligjet e ruajtjes është e lejuar. Këto të fundit luajnë rolin e rregullave të përjashtimit që rregullojnë ndërkonvertimin e grimcave. Para së gjithash, le të vëmë re ligjet e ruajtjes së energjisë, momentit dhe ngarkesës elektrike. Këto tre ligje shpjegojnë qëndrueshmërinë e elektronit. Nga ruajtja e energjisë dhe momentit rrjedh se masa totale e pushimit të produkteve të zbërthimit duhet të jetë më e vogël se masa e pushimit të grimcës në kalbje. Kjo do të thotë se një elektron mund të kalbet vetëm në neutrino dhe fotone. Por këto grimca janë elektrikisht neutrale. Pra, rezulton se elektroni thjesht nuk ka kujt të transferojë ngarkesën e tij elektrike, kështu që është i qëndrueshëm.
Kuarkët. Janë bërë aq shumë grimca të quajtura elementare saqë kanë lindur dyshime serioze për natyrën e tyre elementare. Secila prej grimcave që ndërveprojnë fort karakterizohet nga tre numra kuantikë shtesë të pavarur: ngarkesa P, hiperngarkesë U dhe ngarkesa e barionit NË. Në këtë drejtim, u ngrit një hipotezë se të gjitha grimcat janë ndërtuar nga tre grimca themelore - bartës të këtyre ngarkesave. Në vitin 1964, Gell-Mann dhe, pavarësisht nga ai, fizikani zviceran Zweig parashtruan një hipotezë sipas së cilës të gjitha grimcat elementare janë ndërtuar nga tre grimca të quajtura kuarke. Këtyre grimcave u caktohen numra kuantikë thyesorë, në veçanti, një ngarkesë elektrike e barabartë me +⅔; –⅓; +⅓ respektivisht për secilin nga tre kuarkët. Këto kuarke zakonisht përcaktohen me shkronja U,D,S. Përveç kuarkeve, konsiderohen edhe antikuarkët ( u,d, s). Deri më sot njihen 12 kuarkë - 6 kuarkë dhe 6 antikuarkë. Mezonët formohen nga një çift kuark-antikuark, dhe barionet formohen nga tre kuarkë. Për shembull, një proton dhe një neutron përbëhen nga tre kuarke, gjë që e bën protonin ose neutronin pa ngjyrë. Prandaj, dallohen tre ngarkesa të ndërveprimeve të forta - të kuqe ( R), e verdhe ( Y) dhe jeshile ( G).
Çdo kuarku i caktohet i njëjti moment magnetik (μV), vlera e të cilit nuk përcaktohet nga teoria. Llogaritjet e bëra në bazë të këtij supozimi japin vlerën e momentit magnetik μ p për protonin = μ kv, dhe për një neutron μ n = – ⅔μ katrore.
Kështu, për raportin e momenteve magnetike fitohet vlera μ p / μ n = –⅔, në përputhje të shkëlqyer me vlerën eksperimentale.
Në thelb, ngjyra e kuarkut (si shenja e ngarkesës elektrike) filloi të shprehë ndryshimin në vetinë që përcakton tërheqjen dhe zmbrapsjen e ndërsjellë të kuarkut. Për analogji me kuantet e fushave të ndërveprimeve të ndryshme (fotonet në ndërveprimet elektromagnetike, R-mezonet ne nderveprime te forta etj) u futen grimca qe bartnin bashkeveprimin ndermjet kuarkeve. Këto grimca u quajtën gluonet. Ata transferojnë ngjyrën nga një kuark në tjetrin, duke bërë që kuarkët të mbahen së bashku. Në fizikën e kuarkut, u formulua hipoteza e izolimit (nga anglishtja. mbylljet– kapja) e kuarkeve, sipas të cilave është e pamundur të zbritet një kuark nga e tëra. Ajo mund të ekzistojë vetëm si një element i tërësisë. Ekzistenca e kuarkeve si grimca reale në fizikë vërtetohet në mënyrë të besueshme.
Ideja e kuarkeve doli të ishte shumë e frytshme. Ai bëri të mundur jo vetëm sistemimin e grimcave tashmë të njohura, por edhe parashikimin e një serie të tërë të të rejave. Situata që është zhvilluar në fizikën e grimcave elementare të kujton situatën e krijuar në fizikën atomike pas zbulimit të ligjit periodik në 1869 nga D. I. Mendelev. Megjithëse thelbi i këtij ligji u sqarua vetëm rreth 60 vjet pas krijimit të mekanikës kuantike, ai bëri të mundur sistemimin e elementeve kimike të njohura në atë kohë dhe, përveç kësaj, çoi në parashikimin e ekzistencës së elementeve të rinj dhe vetive të tyre. . Në të njëjtën mënyrë, fizikanët kanë mësuar të sistemojnë grimcat elementare dhe taksonomia e zhvilluar, në raste të rralla, ka bërë të mundur parashikimin e ekzistencës së grimcave të reja dhe parashikimin e vetive të tyre.
Pra, aktualisht, kuarkët dhe leptonet mund të konsiderohen vërtet elementare; Janë 12 prej tyre, ose së bashku me anti-chatits - 24. Përveç kësaj, ka grimca që ofrojnë katër ndërveprime themelore (kuantet e ndërveprimit). Janë 13 nga këto grimca: gravitoni, foton, W± - dhe Z-grimca dhe 8 gluone.
Teoritë ekzistuese të grimcave elementare nuk mund të tregojnë se cili është fillimi i serisë: atomet, bërthamat, hadronet, kuarkëtNë këtë seri, çdo strukturë materiale më komplekse përfshin një strukturë më të thjeshtë si. komponent. Me sa duket, kjo nuk mund të vazhdojë pafundësisht. Supozohej se zinxhiri i përshkruar i strukturave materiale bazohet në objekte të një natyre thelbësisht të ndryshme. Është treguar se objekte të tilla mund të mos jenë si pika, por formacione të zgjatura, megjithëse jashtëzakonisht të vogla (~ 10-33 cm), të quajtura superstrings. Ideja e përshkruar nuk është e realizueshme në hapësirën tonë katërdimensionale. Kjo fushë e fizikës është përgjithësisht jashtëzakonisht abstrakte dhe është shumë e vështirë të gjesh modele vizuale që ndihmojnë në thjeshtimin e perceptimit të ideve të qenësishme në teoritë e grimcave elementare. Sidoqoftë, këto teori u lejojnë fizikantëve të shprehin transformimin e ndërsjellë dhe ndërvarësinë e mikro-objekteve "më elementare", lidhjen e tyre me vetitë e hapësirës-kohës katër-dimensionale. Më premtuese është e ashtuquajtura M-teoria (M - nga mister- gjëegjëzë, sekret). Ajo po operon hapësirë dymbëdhjetë-dimensionale . Në fund të fundit, gjatë kalimit në botën katërdimensionale që ne e perceptojmë drejtpërdrejt, të gjitha dimensionet "ekstra" janë "shembur". Teoria M është deri tani e vetmja teori që bën të mundur reduktimin e katër ndërveprimeve themelore në një - të ashtuquajturat Superfuqi.Është gjithashtu e rëndësishme që teoria M lejon ekzistencën e botëve të ndryshme dhe vendos kushtet që sigurojnë shfaqjen e botës sonë. Teoria M nuk është ende mjaft e zhvilluar. Besohet se finalja "teoria e gjithçkaje" bazuar në teorinë M do të ndërtohet në shekullin XXI.
Në Univers, çdo trup jeton në kohën e vet, dhe po ashtu edhe grimcat elementare bazë. Jetëgjatësia e shumicës së grimcave elementare është mjaft e shkurtër.
Disa shpërbëhen menjëherë pas lindjes së tyre, prandaj i quajmë grimca të paqëndrueshme.
Kanë mbaruar një kohë të shkurtër zbërthehet në të qëndrueshme: protonet, elektronet, neutrinot, fotonet, gravitonet dhe antigrimcat e tyre.
Mikroobjektet më të rëndësishme në hapësirën tonë të afërt - protonet dhe elektronet. Disa nga pjesët e largëta të Universit mund të përbëhen nga antimateria; grimcat më të rëndësishme atje do të jenë antiprotoni dhe antielektroni (pozitroni).
Në total, janë zbuluar disa qindra grimca elementare: proton (p), neutron (n), elektron (e -), si dhe foton (g), pi-mezonet (p), muonet (m), neutrinot tre lloje(v e elektronike, v m muonike, me lepton v t), etj. Natyrisht ata do të sjellin më shumë mikrogrimca të reja.
Pamja e grimcave:
Protonet dhe elektronet
Shfaqja e protoneve dhe elektroneve daton në kohë, dhe mosha e tyre është afërsisht dhjetë miliardë vjet.
Një lloj tjetër mikro-objektesh që luajnë një rol të rëndësishëm në strukturën e hapësirës afër janë neutronet, të cilët kanë një emër të përbashkët me protonin: nukleone. Vetë neutronet janë të paqëndrueshëm; ato kalbet rreth dhjetë minuta pasi prodhohen. Ato mund të jenë të qëndrueshme vetëm në bërthamën e një atomi. Një numër i madh i neutroneve shfaqen vazhdimisht në thellësitë e yjeve, ku bërthamat atomike lindin nga protonet.
Neutrino
Në Univers ka gjithashtu një lindje të vazhdueshme të neutrinos, të cilat janë të ngjashme me një elektron, por pa ngarkesë dhe me masë të vogël. Në vitin 1936, u zbulua një lloj neutrinoje: neutrinot muon, të cilat lindin gjatë shndërrimit të protoneve në neutrone, në thellësitë e yjeve supermasive dhe gjatë prishjes së shumë mikro-objekteve të paqëndrueshme. Ato lindin kur rrezet kozmike përplasen në hapësirën ndëryjore.
Big Bengu rezultoi në krijimin e një numri të madh të neutrinos dhe neutrinos muon. Numri i tyre në hapësirë është vazhdimisht në rritje, sepse ato nuk përthithen nga praktikisht asnjë materie.
Fotonet
Ashtu si fotonet, neutrinot dhe neutrinot muonike mbushin të gjithë hapësirën. Ky fenomen quhet "det neutrino".
Nga koha e Big Bengut, mbetën shumë fotone, të cilat ne i quajmë relikte ose fosile. E gjithë hapësira e jashtme është e mbushur me to, dhe frekuenca e tyre, dhe për këtë arsye energjia, po zvogëlohet vazhdimisht ndërsa Universi zgjerohet.
Aktualisht, të gjithë trupat kozmikë, kryesisht yjet dhe mjegullnajat, marrin pjesë në formimin e pjesës së fotonit të Universit. Fotonet lindin në sipërfaqen e yjeve nga energjia e elektroneve.
Lidhja e grimcave
NË faza fillestare formimi i Universit, të gjitha grimcat themelore elementare ishin të lira. Atëherë nuk kishte bërthama atomike, as planetë, as yje.
Atomet, dhe prej tyre planetët, yjet dhe të gjitha substancat, u formuan më vonë, kur kishin kaluar 300,000 vjet dhe lënda e nxehtë ishte ftohur mjaftueshëm gjatë zgjerimit. 
Vetëm neutrinoja, neutrinoja muonike dhe fotoni nuk hynë në asnjë sistem: tërheqja e tyre reciproke është shumë e dobët. Ata mbetën grimca të lira.
Edhe në fazën fillestare të formimit të Universit (300,000 vjet pas lindjes së tij), protonet dhe elektronet e lira u bashkuan në atome hidrogjeni (një proton dhe një elektron të lidhur me forcë elektrike).
Protoni konsiderohet grimca kryesore elementare me një ngarkesë +1 dhe një masë prej 1,672 10 −27 kg (pak më pak se 2000 herë më e rëndë se një elektron). Protonet që përfunduan në një yll masiv u shndërruan gradualisht në blloqet kryesore të ndërtimit të Universit. Secili prej tyre lëshoi një për qind të masës së tij të pushimit. Në yjet supermasive, të cilët në fund të jetës së tyre janë të ngjeshur në vëllime të vogla si rezultat i gravitetit të tyre, protoni mund të humbasë pothuajse një të pestën e energjisë së tij të pushimit (dhe për rrjedhojë një të pestën e masës së tij të pushimit).Dihet se "mikroblloqet ndërtuese" të Universit janë protonet dhe elektronet.
Më në fund, kur një proton dhe një antiproton takohen, nuk lind asnjë sistem, por e gjithë energjia e tyre e pushimit lëshohet në formën e fotoneve (). 
Shkencëtarët pohojnë se ekziston edhe një grimcë elementare bazë fantazmë, gravitoni, i cili mbart një ndërveprim gravitacional të ngjashëm me elektromagnetizmin. Megjithatë, prania e gravitonit është vërtetuar vetëm teorikisht.
Kështu, grimcat themelore elementare u ngritën dhe tani përfaqësojnë Universin tonë, duke përfshirë Tokën: protonet, elektronet, neutrinot, fotonet, gravitonet dhe shumë mikro-objekte të tjera të zbuluara dhe të pazbuluara.