Классификация элементарных частиц
В настоящее время открыто ~ 400 эч. Их исследования ведутся на ускорителях высоких энергий.
Существует несколько классификаций ЭЧ. Мы рассмотрим одну из них – в её основе лежит свойство ЭЧ – спин (S).
Спин – это собственный момент количества движения частицы. Он имеет всегда положительный знак (+), а его значение может быть целое (0,1,2…) или полуцелое (1/2, 3/2 …).
Частицы с полуцелым спином могут находиться вместе лишь при условии, что их физические параметры (заряд, масса, «аромат» и т.п.) не одинаковы – этот закон носит название Запрета Паули.
|
|
Э
|
|
|
|||
Фермионы имеют полуцелый S и подчиняются запрету Паули Они образуют атомное вещество
|
|
Бозоны имеют целый S и не подчиняются запрету Паули Образуют различные излучения фотон (s=1), векторный бозон, глюон, гравитон |
|||||
Лептоны 6 частиц (электрон, мюон, тау-лептон, и 3 вида нейтрино) и 6 античастиц
|
Кварки 6 частиц (ароматов) и 6 античастиц они могут группироваться по 2 или 3 и образовывать
|
|
|
||||
Адроны группируются из 2-3 кварков
|
Резонансы неустойчивые частицы → быстро распадаются на стабильные частицы |
||||||
Барионы из 3-х кварков протон, нейтрон |
Мезоны из кварка и антикварка |
Антибарионы из 3-х антикварков антипротон, антинейтрон |
|
|
|||
Ч
Фундаментальные физические взаимодействия
Составные элементарные частицы (p, n и т.д.), атомы, молекулы и т.д. образуются благодаря физическим взаимодействиям. Каждый тип взаимодействия осуществляется с помощью соответствующей частицы-переносчика или посредника. Без такого посредника взаимодействие не протекает.
Механизм физического взаимодействия:
Частица первого в-ва испускает квант (частицу-переносчик) → её
υ1 изменяется.
Квант ударяется о другую частицу вещества и поглощается ею →
υ2 изменяется.
Между частицами 1 и 2 возникает взаимодействие (как если бы действовала сила) – притяжение или отталкивание.
Частицы-переносчики – это бозонные частицы. Их называют виртуальными, т.к. их нельзя зарегистрировать (исключение – фотон).
Типы взаимодействий:
Если частица-переносчик имеет массу, то взаимодействие осуществляется только на близком расстоянии. Это может быть:
Сильное взаимодействие (если Rдействия < 10-13 см) – связывает кварки в нуклонах; протоны и нейтроны в ядрах атомов.
Переносчик: глюон («клей»).
Слабое взаимодействие (если Rдействия ~ 10-15 – 10-22 см) – обеспечивает превращение или распад частиц - лептонов или кварков (поэтому многие частицы – короткоживущие).
Переносчик – векторный бозон.
Если частица-переносчик взаимодействия не имеет массы, физическое взаимодействие может осуществляться на большом расстоянии. Это
Электромагнитное взаимодействие – взаимодействие электрически заряженных частиц (+ и -); оно в 1000 раз слабее сильного.
Переносчик – фотон.
Гравитационное взаимодействие – оно универсально – действует на любые частицы пропорционально их массе → в микромире роли не играет.
Переносчик – гравитон (несмотря на многочисленные попытки, обнаружить его пока не удается).
Заветная мечта всех физиков – выявить универсальность всех фундаментальных сил, т.е. объединить все физические взаимодействия. Есть попытки создать теорию «Большого объединения» - т.е. теорию, объединяющую сильное, слабое и электромагнитное взаимодействие (теория суперструн).
Значение квантовой теории:
Стала базой для ядерной физики: без развития квантовой физики было бы невозможно создать ядерные реакторы, осуществить термоядерные реакции (водородная бомба), построить лазеры и полупроводниковые приборы.
Благодаря квантовой механике удается понять не только процессы, протекающие в микромире, но и природу астрофизических объектов (белых карликов, нейтронных звезд, термоядерных процессов внутри звезд и др.).
Квантовая механика – теоретическая основа современной химии (квантово-механическая модель атома позволяет объяснить и предсказать все химические процессы).