Partikel bersifat dasar. Muatan listrik dan partikel elementer

Dari sekitar 1000 detik (untuk neutron bebas) hingga sepersekian detik yang dapat diabaikan (dari 10 24 hingga 10 22 detik untuk resonansi).

Struktur dan perilaku partikel elementer dipelajari oleh fisika partikel elementer.

Semua partikel dasar mematuhi prinsip identitas (semua partikel dasar dari jenis yang sama di Semesta sepenuhnya identik dalam semua sifat mereka) dan prinsip dualitas gelombang-partikel (setiap partikel dasar sesuai dengan gelombang de Broglie).

Semua partikel elementer memiliki sifat interkonversi, yang merupakan konsekuensi dari interaksi mereka: kuat, elektromagnetik, lemah, gravitasi. Interaksi partikel menyebabkan transformasi partikel dan agregatnya menjadi partikel lain dan agregatnya, jika transformasi tersebut tidak dilarang oleh hukum kekekalan energi, momentum, momentum sudut, muatan listrik, muatan baryon, dll.

Karakteristik utama partikel elementer: seumur hidup, massa, spin, muatan listrik, momen magnet, muatan baryon, muatan lepton, keanehan, spin isotop, paritas, paritas muatan, paritas G, paritas CP.

Klasifikasi

Dengan waktu hidup

• Partikel elementer yang stabil adalah partikel yang memiliki tak hingga waktu besar hidup dalam keadaan bebas (proton, elektron, neutrino, foton dan antipartikelnya).
• Partikel elementer tidak stabil - partikel yang meluruh menjadi partikel lain dalam keadaan bebas dalam waktu yang terbatas (semua partikel lainnya).

Dari berat

Semua partikel dasar dibagi menjadi dua kelas:

• Partikel tak bermassa - partikel dengan massa nol (foton, gluon).
• Partikel dengan massa bukan nol (semua partikel lainnya).

Ukuran punggung

Semua partikel dasar dibagi menjadi dua kelas:

Menurut jenis interaksi

Partikel dasar dibagi menjadi beberapa kelompok berikut:

Partikel komposit

• Hadron adalah partikel yang terlibat dalam semua jenis interaksi mendasar. Mereka terdiri dari quark dan dibagi lagi menjadi:
  • meson - hadron dengan putaran bilangan bulat, yaitu menjadi boson;
  • baryon adalah hadron dengan putaran setengah bilangan bulat, yaitu fermion. Ini termasuk, khususnya, partikel yang membentuk inti atom - proton dan neutron.

Partikel fundamental (tanpa struktur)

• Lepton adalah fermion yang terlihat seperti partikel titik (yaitu, mereka tidak terdiri dari apa pun) hingga skala urutan 10 18 m, mereka tidak berpartisipasi dalam interaksi yang kuat. Partisipasi dalam interaksi elektromagnetik telah diamati secara eksperimental hanya untuk lepton bermuatan (elektron, muon, tau lepton) dan belum diamati untuk neutrino. Ada 6 jenis lepton yang dikenal.
• Quark adalah partikel bermuatan fraksional yang membentuk hadron. Mereka tidak diamati dalam keadaan bebas (mekanisme kurungan diusulkan untuk menjelaskan tidak adanya pengamatan semacam itu). Seperti lepton, mereka dibagi menjadi 6 jenis dan dianggap tidak berstruktur, namun, tidak seperti lepton, mereka berpartisipasi dalam interaksi yang kuat.
• Gauge boson - partikel melalui pertukaran yang interaksinya dilakukan:
  • foton - partikel yang membawa interaksi elektromagnetik;
  • delapan gluon, partikel yang membawa gaya kuat;
  • tiga boson vektor menengah W + , W dan Z 0, membawa interaksi yang lemah;
  • graviton adalah partikel hipotetis yang membawa interaksi gravitasi. Keberadaan graviton, meskipun belum terbukti secara eksperimental karena lemahnya interaksi gravitasi, dianggap cukup mungkin; namun, graviton tidak termasuk dalam Model Standar partikel elementer.

Video yang berhubungan

Ukuran partikel dasar

Meskipun variasi besar partikel dasar, ukurannya masuk ke dalam dua kelompok. Dimensi hadron (baik baryon dan meson) sekitar 10 15 m, yang mendekati jarak rata-rata antara quark mereka. Ukuran partikel fundamental, tak berstruktur - pengukur boson, quark, dan lepton - dalam batas kesalahan eksperimental konsisten dengan ketepatannya (batas atas diameter adalah sekitar 10 18 m) ( lihat penjelasan). Jika ukuran akhir partikel-partikel ini tidak ditemukan dalam percobaan lebih lanjut, maka ini mungkin menunjukkan bahwa ukuran boson pengukur, quark, dan lepton mendekati panjang dasar (yang sangat mungkin menjadi panjang Planck yang sama dengan 1,6 10 35 m).

Perlu dicatat, bagaimanapun, bahwa ukuran partikel elementer adalah konsep yang agak kompleks, tidak selalu konsisten dengan konsep klasik. Pertama, prinsip ketidakpastian tidak memungkinkan secara ketat melokalisasi partikel fisik. Paket gelombang, yang mewakili partikel sebagai superposisi keadaan kuantum yang terlokalisasi secara tepat, selalu memiliki dimensi terbatas dan struktur spasial tertentu, dan dimensi paket bisa sangat makroskopik - misalnya, elektron dalam percobaan dengan interferensi pada dua celah "terasa" kedua celah interferometer dipisahkan oleh jarak makroskopik. Kedua, partikel fisik mengubah struktur vakum di sekitarnya, menciptakan "lapisan" partikel virtual jangka pendek - pasangan fermion-antifermion (lihat Polarisasi Vakum) dan interaksi pembawa boson. Dimensi spasial wilayah ini bergantung pada muatan pengukur yang dimiliki partikel dan pada massa boson menengah (jari-jari kulit boson maya masif dekat dengan panjang gelombang Compton mereka, yang, pada gilirannya, berbanding terbalik dengan massa). Jadi, jari-jari elektron dari sudut pandang neutrino (hanya interaksi lemah di antara mereka yang mungkin) kira-kira sama dengan panjang gelombang Compton dari boson-W, ~3 × 10 18 m, dan dimensi wilayah interaksi yang kuat dari hadron ditentukan oleh panjang gelombang Compton dari hadron yang paling ringan, pi-meson (~10 15 m ), yang bertindak di sini sebagai pembawa interaksi.

Cerita

Awalnya, istilah "partikel dasar" berarti sesuatu yang benar-benar dasar, batu bata pertama dari materi. Namun, ketika ratusan hadron dengan sifat serupa ditemukan pada 1950-an dan 1960-an, menjadi jelas bahwa setidaknya hadron memiliki derajat kebebasan internal, yaitu, dalam arti kata yang sebenarnya, tidak elementer. Kecurigaan ini lebih lanjut dikonfirmasi ketika hadron ditemukan terdiri dari quark.

Dengan demikian, fisikawan telah bergerak sedikit lebih dalam ke dalam struktur materi: bagian materi yang paling dasar sekarang dianggap lepton dan quark. Bagi mereka (bersama dengan boson pengukur) istilah " mendasar partikel".

Teori string, yang telah aktif dikembangkan sejak pertengahan 1980-an, mengasumsikan bahwa partikel elementer dan interaksinya adalah konsekuensi dari berbagai macam getaran "string" yang sangat kecil.

model standar

Model Standar partikel elementer mencakup 12 rasa fermion, antipartikel yang sesuai, dan boson pengukur (foton, gluon, W- dan Z-bosons), yang membawa interaksi antar partikel, dan Higgs boson yang ditemukan pada tahun 2012, yang bertanggung jawab atas keberadaan massa inersia dalam partikel. Namun, Model Standar sebagian besar dipandang sebagai teori sementara daripada teori yang benar-benar mendasar, karena tidak mencakup gravitasi dan berisi beberapa lusin parameter bebas (massa partikel, dll.) yang nilainya tidak mengikuti langsung dari teori. Mungkin ada partikel elementer yang tidak dijelaskan model standar- misalnya, seperti graviton (partikel yang secara hipotetis membawa gaya gravitasi) atau pasangan supersimetris dari partikel biasa. Secara total, model menggambarkan 61 partikel.

Fermion

Ke-12 rasa fermion dibagi menjadi 3 keluarga (generasi) yang masing-masing terdiri dari 4 partikel. Enam di antaranya adalah quark. Enam lainnya adalah lepton, tiga di antaranya adalah neutrino, dan tiga sisanya membawa muatan negatif unit: elektron, muon, dan tau lepton.

antipartikel

Ada juga 12 antipartikel fermionik yang sesuai dengan dua belas partikel di atas.

Quark

Quark dan antiquark tidak pernah ditemukan dalam keadaan bebas - ini dijelaskan oleh fenomena

719. Hukum kekekalan muatan listrik

720. Benda yang bermuatan listrik tanda yang berbeda, …

Mereka tertarik satu sama lain.

721. Bola-bola logam identik yang bermuatan berlawanan q 1 =4q dan q2 = -8q dikontakkan dan dipindahkan ke jarak yang sama. Setiap bola memiliki muatan

q 1 \u003d -2q dan q 2 \u003d -2q

723. Setetes memiliki muatan positif(+2e), kehilangan satu elektron selama iluminasi. Muatan jatuhnya menjadi sama dengan

724. Bola-bola logam identik yang bermuatan q 1 = 4q, q 2 = - 8q dan q 3 = - 2q dikontakkan dan dipindahkan ke jarak yang sama. Masing-masing bola akan memiliki muatan

q 1 = - 2q, q 2 = - 2q dan q 3 = - 2q

725. Bola logam identik yang bermuatan q 1 \u003d 5q dan q 2 \u003d 7q dibawa ke dalam kontak dan dipindahkan ke jarak yang sama, dan kemudian bola kedua dan ketiga dengan muatan q 3 \u003d -2q dibawa ke dalam kontak dan bergerak terpisah dengan jarak yang sama. Masing-masing bola akan memiliki muatan

q 1 = 6q, q 2 = 2q dan q 3 = 2q

726. Bola logam identik yang bermuatan q 1 = - 5q dan q 2 = 7q dikontakkan dan dijauhkan dengan jarak yang sama, kemudian bola kedua dan ketiga yang bermuatan q 3 = 5q dikontakkan dan dipisah ke jarak yang sama. Masing-masing bola akan memiliki muatan

q 1 \u003d 1q, q 2 \u003d 3q dan q 3 \u003d 3q

727. Ada empat bola logam identik dengan muatan q 1 = 5q, q 2 = 7q, q 3 = -3q dan q 4 = -1q. Pertama, muatan q1 dan q2 (1 sistem muatan) dikontakkan dan dipindahkan terpisah pada jarak yang sama, dan kemudian muatan q4 dan q3 dikontakkan (sistem muatan ke-2). Kemudian mereka mengambil satu muatan masing-masing dari sistem 1 dan 2 dan mencangkoknya ke dalam kontak dan memindahkannya ke jarak yang sama. Kedua bola ini akan bermuatan

728. Ada empat bola logam identik dengan muatan q 1 = -1q, q 2 = 5q, q 3 = 3q dan q 4 = -7q. Pertama, muatan q 1 dan q 2 (1 sistem muatan) dikontakkan dan dipindahkan ke jarak yang sama, dan kemudian muatan q 4 dan q 3 bersentuhan (2 sistem muatan). Kemudian mereka mengambil satu muatan dari sistem 1 dan 2 dan menghubungkannya dan memindahkannya ke jarak yang sama. Kedua bola ini akan bermuatan

729. Dalam sebuah atom, muatan positif memiliki

Inti.

730. Delapan elektron bergerak mengelilingi inti atom oksigen. Jumlah proton dalam inti atom oksigen adalah

731.Muatan listrik elektron sama dengan

-1.6 10 -19 C.

732. Muatan listrik proton adalah

1.6 10 -19 C.

733. Inti atom litium mengandung 3 proton. Jika 3 elektron mengelilingi inti, maka

Atom bersifat netral secara listrik.

734. Ada 19 partikel dalam inti fluor, 9 di antaranya adalah proton. Jumlah neutron dalam nukleus dan jumlah elektron dalam atom fluor netral

Neutron dan 9 elektron.

735.Jika dalam suatu benda jumlah proton lebih banyak nomor elektron, maka tubuh secara keseluruhan

bermuatan positif.

736. Setetes dengan muatan positif +3e kehilangan 2 elektron selama penyinaran. Muatan jatuhnya menjadi sama dengan

8 10 -19 Cl.

737. Muatan negatif dalam atom membawa

Kerang.

738. Jika atom oksigen berubah menjadi ion positif, maka

Kehilangan satu elektron.

739. Memiliki massa yang besar

Ion hidrogen negatif.

740. Sebagai akibat gesekan, 5 10 10 elektron dikeluarkan dari permukaan batang kaca. Muatan listrik pada tongkat

(e = -1,6 10 -19 C)

8 10 -9 Cl.

741. Sebagai akibat gesekan, sebatang ebonit menerima 5 10 10 elektron. Muatan listrik pada tongkat

(e = -1,6 10 -19 C)

-8 10 -9 Cl.

742. Kekuatan interaksi Coulomb dari dua muatan listrik titik dengan penurunan jarak antara mereka sebesar 2 kali

Akan meningkat 4 kali lipat.

743. Gaya interaksi Coulomb dua muatan listrik titik dengan penurunan jarak antara mereka sebesar 4 kali

Akan meningkat 16 kali lipat.

744. Dua muatan listrik titik bekerja satu sama lain menurut hukum Coulomb dengan gaya 1N. Jika jarak antara keduanya diperbesar 2 kali, maka gaya interaksi Coulomb dari muatan-muatan ini menjadi sama dengan

745. Dua muatan titik bekerja satu sama lain dengan gaya 1N. Jika nilai masing-masing muatan dinaikkan 4 kali, maka gaya interaksi Coulomb menjadi sama dengan

746. Gaya interaksi dua muatan titik adalah 25 N. Jika jarak antara keduanya dikurangi dengan faktor 5, maka gaya interaksi muatan ini menjadi sama dengan

747. Gaya interaksi Coulomb dari dua muatan titik dengan peningkatan jarak antara mereka sebesar 2 kali

Itu akan berkurang 4 kali lipat.

748. Gaya interaksi Coulomb dari dua muatan listrik titik dengan peningkatan jarak antara mereka sebesar 4 kali

Ini akan berkurang 16 kali lipat.

749.Rumus hukum Coulomb

.

750. Jika 2 bola logam identik dengan muatan +q dan +q dikontakkan dan dipindahkan terpisah dengan jarak yang sama, maka modulus gaya interaksi

Tidak akan berubah.

751. Jika 2 bola logam identik dengan muatan +q dan -q dikontakkan dan dijauhkan dengan jarak yang sama, maka gaya interaksi

Akan menjadi 0.

752. Dua muatan berinteraksi di udara. Jika mereka ditempatkan di dalam air (ε = 81), tanpa mengubah jarak antara mereka, maka gaya interaksi Coulomb

Ini akan berkurang 81 kali.

753. Gaya interaksi dua muatan masing-masing 10 nC, yang terletak di udara pada jarak 3 cm dari satu sama lain, sama dengan

()

754. Muatan 1 C dan 10 nC berinteraksi di udara dengan gaya 9 mN pada jarak

()

755. Dua elektron pada jarak 3 10 -8 cm saling tolak menolak ; e \u003d - 1,6 10 -19 C)

2.56 10 -9 N.

756

Turun 9 kali.

757. Kuat medan pada suatu titik adalah 300 N/C. Jika muatannya 1 10 -8 C, maka jarak ke titik

()

758. Jika jarak dari muatan titik yang menimbulkan medan listrik bertambah 5 kali, maka intensitas medan listrik

Ini akan berkurang 25 kali lipat.

759. Kuat medan muatan titik di suatu titik 4 N/C. Jika jarak dari muatan digandakan, maka intensitasnya menjadi

760. Tunjukkan rumus kuat medan listrik dalam kasus umum.

761. Notasi matematis dari prinsip superposisi medan listrik

762. Tunjukkan rumus intensitas muatan listrik titik Q

.

763. Modul intensitas medan listrik pada titik di mana muatan berada

1 10 -10 C sama dengan 10 V / m. Gaya yang bekerja pada muatan tersebut adalah

1 10 -9 N

765. Jika pada permukaan bola logam dengan jari-jari 0,2 m, muatan 4 10 -8 C didistribusikan, maka rapat muatan

2,5 10 -7 C/m 2 .

766.Dalam homogen berarah vertikal Medan listrik ada partikel debu dengan massa 1·10 -9 g dan muatan 3,2·10-17 C. Jika gaya gravitasi sebutir debu diseimbangkan dengan gaya medan listrik, maka kuat medannya sama dengan

3 10 5 N/C.

767. Pada tiga simpul bujur sangkar dengan sisi 0,4 m terdapat muatan positif yang identik masing-masing 5 10 -9 C. Tentukan tegangan pada simpul keempat

() 540 N/Cl.

768. Jika dua muatan 5 10 -9 dan 6 10 -9 C, sehingga keduanya tolak-menolak dengan gaya 12 10 -4 N, maka keduanya berada pada jarak

768

Akan meningkat 8 kali lipat.

berkurang.

770. Hasil kali muatan elektron dan potensial memiliki dimensi

Energi.

771. Potensial medan listrik di titik A adalah 100V, potensial di titik B adalah 200V. Usaha yang dilakukan oleh gaya medan listrik ketika memindahkan muatan sebesar 5 mC dari titik A ke titik B adalah

-0,5 J

772. Sebuah partikel dengan muatan +q dan massa m, terletak di titik-titik medan listrik dengan kekuatan E dan potensial, memiliki percepatan

773. Sebuah elektron bergerak dalam medan listrik seragam sepanjang garis tegangan dari titik dengan potensi yang lebih tinggi ke titik dengan potensi yang lebih rendah. Pada saat yang sama, kecepatannya

meningkat.

774. Sebuah atom yang memiliki satu proton dalam inti kehilangan satu elektron. Ini menciptakan

Ion hidrogen.

775. Medan listrik dalam ruang hampa dihasilkan oleh empat titik muatan positif yang ditempatkan pada simpul-simpul bujur sangkar dengan sisi a. Potensial pusat persegi adalah

776. Jika jarak dari muatan titik berkurang 3 kali, maka potensial medan

Akan meningkat 3 kali lipat.

777

778. Muatan q dipindahkan dari titik medan elektrostatik ke titik potensial. Manakah dari rumus berikut:

1) 2) ; 3) Anda dapat menemukan pekerjaan untuk memindahkan muatan.

779. Dalam medan listrik seragam dengan kekuatan 2 N / C, sebuah muatan 3 C bergerak sepanjang garis-garis gaya pada jarak 0,5 m. Kerja gaya-gaya medan listrik dalam menggerakkan muatan adalah

780. Medan listrik dihasilkan oleh empat muatan titik dengan nama yang berlawanan yang ditempatkan pada simpul-simpul bujur sangkar dengan sisi a. Muatan dengan nama yang sama terletak pada simpul yang berlawanan. Potensial pusat persegi adalah

781. Beda potensial antara titik-titik yang terletak pada titik yang sama garis lapangan pada jarak 6 cm dari satu sama lain, sama dengan 60 V. Jika medannya seragam, maka kekuatannya sama dengan

782. Satuan beda potensial

1 V \u003d 1 J / 1 C.

783. Biarkan muatan bergerak dalam medan seragam dengan intensitas E=2 V/m sepanjang garis gaya 0,2 m.Temukan perbedaan antara potensial ini.

U = 0,4 V.

784.Menurut hipotesis Planck, tentu saja tubuh hitam memancarkan energi

Dalam porsi.

785. Energi foton ditentukan oleh rumus

1. E = pс 2. E=hv/c 3. E=h 4. E=mc2 . 5. E=hv. 6.E=hc/

1, 4, 5, 6.

786. Jika energi kuantum berlipat ganda, maka frekuensi radiasi

meningkat 2 kali lipat.

787. Jika foton dengan energi 6 eV jatuh pada permukaan pelat tungsten, maka energi kinetik maksimum elektron yang terlempar olehnya adalah 1,5 eV. Energi foton minimum di mana efek fotolistrik dimungkinkan untuk tungsten adalah:

788. Pernyataan itu benar:

1. Kecepatan foton lebih besar dari kecepatan cahaya.

2. Kecepatan foton dalam zat apapun kurang dari kecepatan cahaya.

3. Kecepatan foton selalu sama dengan kecepatan cahaya.

4. Kecepatan foton lebih besar atau sama dengan kecepatan cahaya.

5. Kecepatan foton dalam zat apa pun kurang dari atau sama dengan kecepatan cahaya.

789. Foton radiasi memiliki momentum yang besar

Biru.

790. Ketika suhu benda yang dipanaskan menurun, intensitas radiasi maksimum

©2015-2019 situs
Semua hak milik penulisnya. Situs ini tidak mengklaim kepengarangan, tetapi menyediakan penggunaan gratis.
Tanggal pembuatan halaman: 13-02-2016

Dapatkah Anda menjawab pertanyaan dengan singkat dan padat: "Apa itu muatan listrik?" Ini mungkin tampak sederhana pada pandangan pertama, tetapi dalam kenyataannya ternyata jauh lebih sulit.

Tahukah kita apa itu muatan listrik?

Faktanya adalah bahwa pada tingkat pengetahuan saat ini, kita masih belum dapat menguraikan konsep "muatan" menjadi komponen yang lebih sederhana. Ini adalah konsep dasar, sehingga untuk berbicara, utama.

Kita tahu bahwa ini adalah sifat tertentu dari partikel elementer, kita tahu mekanisme interaksi muatan, kita dapat mengukur muatan dan menggunakan sifat-sifatnya.

Namun, semua ini merupakan konsekuensi dari data yang diperoleh secara empiris. Sifat dari fenomena ini masih belum jelas bagi kita. Oleh karena itu, kita tidak dapat dengan pasti menentukan apa itu muatan listrik.

Untuk melakukan ini, perlu untuk membuka berbagai macam konsep. Jelaskan mekanisme interaksi muatan dan jelaskan sifat-sifatnya. Oleh karena itu, lebih mudah untuk mengetahui apa arti pernyataan: "sebuah partikel tertentu memiliki (membawa) muatan listrik."

Adanya muatan listrik pada partikel

Namun, kemudian dimungkinkan untuk menetapkan bahwa jumlah partikel elementer jauh lebih besar, dan bahwa proton, elektron, dan neutron bukanlah bahan pembangun alam semesta yang tak terpisahkan dan fundamental. Mereka sendiri dapat terurai menjadi komponen dan berubah menjadi partikel jenis lain.

Oleh karena itu, nama "partikel dasar" saat ini mencakup kelas partikel yang cukup besar yang ukurannya lebih kecil dari atom dan inti atom. Dalam hal ini, partikel dapat memiliki paling banyak berbagai properti dan kualitas.

Namun, sifat seperti muatan listrik, hanya ada dua jenis, yang secara kondisional disebut positif dan negatif. Kehadiran muatan dalam suatu partikel adalah sifatnya untuk menolak atau tertarik pada partikel lain, yang juga membawa muatan. Arah interaksi dalam hal ini tergantung pada jenis muatan.

Muatan sejenis tolak menolak, muatan sejenis tarik menarik. Pada saat yang sama, gaya interaksi antara muatan sangat besar dibandingkan dengan gaya gravitasi yang melekat pada semua benda tanpa kecuali di Semesta.

Dalam inti hidrogen, misalnya, sebuah elektron yang membawa muatan negatif tertarik ke inti yang terdiri dari proton dan membawa muatan positif dengan gaya 1039 kali lebih besar daripada gaya yang dengannya elektron yang sama ditarik oleh proton karena interaksi gravitasi.

Partikel mungkin atau mungkin tidak membawa muatan, tergantung pada jenis partikelnya. Namun, tidak mungkin untuk "menghilangkan" muatan dari partikel, sama seperti keberadaan muatan di luar partikel tidak mungkin.

Selain proton dan neutron, beberapa jenis partikel elementer lainnya membawa muatan, tetapi hanya dua partikel ini yang dapat eksis tanpa batas.

« Fisika - Kelas 10 "

Mari kita pertimbangkan kasus yang paling sederhana, ketika benda bermuatan listrik dalam keadaan diam.

Bagian elektrodinamika yang dikhususkan untuk mempelajari kondisi kesetimbangan benda bermuatan listrik disebut elektrostatika.

Apa itu muatan listrik?
Apa biayanya?

Dengan kata-kata listrik, muatan listrik, listrik Anda bertemu berkali-kali dan berhasil membiasakan diri dengan mereka. Tetapi cobalah untuk menjawab pertanyaan: “Apa itu muatan listrik?” Konsep itu sendiri mengenakan biaya- ini adalah konsep utama, utama, yang tidak dapat direduksi menjadi konsep dasar yang lebih sederhana pada tingkat perkembangan pengetahuan kita saat ini.

Mari kita coba jelaskan dulu apa yang dimaksud dengan pernyataan: Tubuh yang diberikan atau partikel tersebut bermuatan listrik.

Semua benda dibangun dari partikel terkecil, yang tidak dapat dibagi menjadi yang lebih sederhana dan oleh karena itu disebut dasar.

Partikel dasar memiliki massa dan karena ini mereka tertarik satu sama lain sesuai dengan hukum gravitasi universal. Dengan bertambahnya jarak antar partikel, gaya gravitasi berkurang berbanding terbalik dengan kuadrat jarak ini. Sebagian besar partikel elementer, meskipun tidak semua, juga memiliki kemampuan untuk berinteraksi satu sama lain dengan gaya yang juga menurun berbanding terbalik dengan kuadrat jarak, tetapi gaya ini berkali-kali lebih besar daripada gaya gravitasi.

Jadi pada atom hidrogen, ditunjukkan secara skematis pada Gambar 14.1, elektron ditarik ke inti (proton) dengan gaya 10 39 kali lebih besar dari gaya tarik gravitasi.

Jika partikel berinteraksi satu sama lain dengan gaya yang berkurang dengan bertambahnya jarak dengan cara yang sama seperti gaya gravitasi universal, tetapi melebihi gaya gravitasi berkali-kali, maka partikel ini dikatakan memiliki muatan listrik. Partikel itu sendiri disebut dibebankan.

Ada partikel tanpa muatan listrik, tetapi tidak ada muatan listrik tanpa partikel.

Interaksi antar partikel bermuatan disebut elektromagnetik.

Muatan listrik menentukan intensitas interaksi elektromagnetik, sama seperti massa menentukan intensitas interaksi gravitasi.

Muatan listrik partikel elementer bukanlah mekanisme khusus dalam partikel yang dapat dikeluarkan darinya, diurai menjadi bagian-bagian komponennya, dan dipasang kembali. Kehadiran muatan listrik dalam elektron dan partikel lain hanya berarti adanya interaksi gaya tertentu di antara mereka.

Kami, pada dasarnya, tidak tahu apa-apa tentang muatan, jika kami tidak tahu hukum interaksi ini. Pengetahuan tentang hukum interaksi harus dimasukkan dalam pemahaman kita tentang muatan. Hukum-hukum ini tidak sederhana, dan tidak mungkin untuk menyatakannya dalam beberapa kata. Oleh karena itu, tidak mungkin memberikan kepuasan yang cukup definisi singkat gagasan muatan listrik.

Dua tanda muatan listrik.

Semua benda memiliki massa dan karena itu saling tarik menarik. Benda bermuatan dapat saling tarik menarik dan tolak menolak. Ini fakta yang paling penting, akrab bagi Anda, berarti bahwa di alam ada partikel dengan muatan listrik dengan tanda yang berlawanan; Dalam hal muatan yang bertanda sama, partikel-partikel tersebut tolak-menolak, dan dalam hal bertanda berbeda, mereka tarik-menarik.

Muatan partikel elementer - proton, yang merupakan bagian dari semua inti atom, disebut positif, dan muatan elektron- negatif. Tidak ada perbedaan internal antara muatan positif dan negatif. Jika tanda-tanda muatan partikel dibalik, maka sifat interaksi elektromagnetik tidak akan berubah sama sekali.

muatan unsur.

Selain elektron dan proton, ada beberapa jenis partikel elementer bermuatan. Tetapi hanya elektron dan proton yang dapat eksis tanpa batas dalam keadaan bebas. Sisa partikel bermuatan hidup kurang dari sepersejuta detik. Mereka lahir selama tumbukan partikel elementer cepat dan, setelah ada untuk waktu yang dapat diabaikan, meluruh, berubah menjadi partikel lain. Anda akan berkenalan dengan partikel-partikel ini di kelas 11.

Partikel yang tidak bermuatan listrik antara lain : neutron. Massanya hanya sedikit melebihi massa proton. Neutron, bersama dengan proton, adalah bagian dari inti atom. Jika sebuah partikel elementer memiliki muatan, maka nilainya didefinisikan secara ketat.

tubuh bermuatan Gaya elektromagnetik di alam memainkan peran besar karena fakta bahwa komposisi semua benda termasuk partikel bermuatan listrik. Bagian penyusun atom - inti dan elektron - memiliki muatan listrik.

Aksi langsung gaya elektromagnetik antar benda tidak terdeteksi, karena benda dalam keadaan normal secara elektrik netral.

Atom dari zat apa pun adalah netral, karena jumlah elektron di dalamnya sama dengan jumlah proton dalam nukleus. Partikel bermuatan positif dan negatif dihubungkan satu sama lain oleh gaya listrik dan membentuk sistem netral.

Sebuah benda makroskopik bermuatan listrik jika mengandung partikel elementer dalam jumlah berlebih dengan satu tanda muatan. Jadi, muatan negatif tubuh disebabkan oleh kelebihan jumlah elektron dibandingkan dengan jumlah proton, dan muatan positif disebabkan oleh kekurangan elektron.

Untuk mendapatkan benda makroskopik yang bermuatan listrik, yaitu untuk menggemparkannya, perlu untuk memisahkan bagian dari muatan negatif dari muatan positif yang terkait dengannya, atau untuk mentransfer muatan negatif ke benda netral.

Ini bisa dilakukan dengan gesekan. Jika Anda menyisir rambut kering, maka sebagian kecil partikel bermuatan paling mobile - elektron akan berpindah dari rambut ke sisir dan mengisinya secara negatif, dan rambut akan bermuatan positif.

Persamaan muatan selama elektrisasi

Dengan bantuan pengalaman, dapat dibuktikan bahwa ketika dialiri listrik oleh gesekan, kedua benda memperoleh muatan yang berlawanan tanda, tetapi besarnya identik.

Mari kita ambil elektrometer, pada batang tempat bola logam dengan lubang dipasang, dan dua pelat pada pegangan panjang: satu dari ebonit, dan yang lainnya dari kaca plexiglass. Saat bergesekan satu sama lain, pelat menjadi teraliri listrik.

Mari kita bawa salah satu piring ke dalam bola tanpa menyentuh dindingnya. Jika pelat bermuatan positif, maka sebagian elektron dari jarum dan batang elektrometer akan tertarik ke pelat dan akan terkumpul pada Permukaan dalam bola. Dalam hal ini, panah akan bermuatan positif dan ditolak dari batang elektrometer (Gbr. 14.2, a).

Jika pelat lain dibawa ke dalam bola, setelah sebelumnya melepaskan yang pertama, maka elektron bola dan batang akan ditolak dari pelat dan akan terakumulasi secara berlebihan pada panah. Ini akan menyebabkan panah menyimpang dari batang, apalagi, dengan sudut yang sama seperti pada percobaan pertama.

Setelah menurunkan kedua pelat di dalam bola, kami tidak akan menemukan defleksi panah sama sekali (Gbr. 14.2, b). Ini membuktikan bahwa muatan pelat-pelat tersebut sama besar dan berlawanan tanda.

Elektrifikasi tubuh dan manifestasinya. Elektrifikasi yang signifikan terjadi selama gesekan kain sintetis. Melepas bajunya bahan sintetis di udara kering, kresek khas dapat terdengar. Percikan kecil melompat di antara area permukaan yang digosok.

Di percetakan, kertas menjadi teraliri listrik selama pencetakan, dan lembaran-lembarannya saling menempel. Untuk mencegah hal ini terjadi, perangkat khusus digunakan untuk mengalirkan muatan. Namun, elektrifikasi tubuh dalam kontak dekat kadang-kadang digunakan, misalnya, di berbagai mesin elektrokopi, dll.

Hukum kekekalan muatan listrik.

Pengalaman dengan elektrifikasi pelat membuktikan bahwa ketika dialiri listrik oleh gesekan, muatan yang ada didistribusikan kembali di antara benda-benda yang sebelumnya netral. Sebagian kecil elektron berpindah dari satu benda ke benda lainnya. Dalam hal ini, partikel baru tidak muncul, dan yang sudah ada sebelumnya tidak menghilang.

Saat menggetarkan badan, hukum kekekalan muatan listrik. Hukum ini berlaku untuk sistem yang tidak masuk dari luar dan dari mana partikel bermuatan tidak keluar, yaitu untuk sistem terisolasi.

Dalam sistem yang terisolasi jumlah aljabar muatan semua benda dilestarikan.

q 1 + q 2 + q 3 + ... + q n = konstanta. (14.1)

di mana q 1, q 2, dll. adalah muatan dari masing-masing badan bermuatan.

Hukum kekekalan muatan memiliki makna yang dalam. Jika jumlah partikel elementer bermuatan tidak berubah, maka hukum kekekalan muatan jelas. Tapi partikel elementer bisa berubah menjadi satu sama lain, lahir dan menghilang, memberi kehidupan pada partikel baru.

Namun, dalam semua kasus, partikel bermuatan hanya diproduksi berpasangan dengan muatan dengan modulus yang sama dan tanda yang berlawanan; partikel bermuatan juga menghilang hanya berpasangan, berubah menjadi netral. Dan dalam semua kasus ini, jumlah aljabar dari biaya tetap sama.

Validitas hukum kekekalan muatan dikonfirmasi oleh pengamatan sejumlah besar transformasi partikel elementer. Hukum ini mengungkapkan salah satu sifat paling mendasar dari muatan listrik. Alasan untuk konservasi biaya masih belum diketahui.

Penetrasi lebih lanjut ke kedalaman dunia mikro dikaitkan dengan transisi dari tingkat atom ke tingkat partikel dasar. Sebagai partikel dasar pertama pada akhir abad XIX. elektron ditemukan, dan kemudian pada dekade pertama abad ke-20. foton, proton, positron, dan neutron.

Setelah Perang Dunia Kedua, berkat penggunaan teknologi eksperimental modern, dan di atas segalanya, akselerator yang kuat, di mana kondisi energi tinggi dan kecepatan luar biasa diciptakan, keberadaan sejumlah besar partikel elementer ditetapkan - lebih dari 300. Di antara mereka, keduanya ditemukan secara eksperimental dan dihitung secara teoritis, termasuk resonansi, quark, dan partikel virtual.

Ketentuan partikel dasar awalnya berarti partikel yang paling sederhana dan tidak dapat diuraikan lebih lanjut yang mendasari setiap formasi material. Belakangan, fisikawan menyadari keseluruhan konvensionalitas istilah "dasar" dalam kaitannya dengan objek mikro. Sekarang tidak ada keraguan bahwa partikel memiliki satu struktur atau lainnya, tetapi, bagaimanapun, nama yang ditetapkan secara historis terus ada.

Karakteristik utama partikel elementer adalah massa, muatan, umur rata-rata, spin, dan bilangan kuantum.

istirahat massa partikel elementer ditentukan dalam kaitannya dengan massa diam elektron Ada partikel elementer yang tidak memiliki massa diam, - foton. Sisa partikel atas dasar ini dibagi menjadi: lepton– partikel cahaya (elektron dan neutrino); meson– partikel sedang dengan massa mulai dari satu hingga seribu massa elektron; baryon- partikel berat yang massanya melebihi seribu massa elektron dan termasuk proton, neutron, hiperon, dan banyak resonansi.

Muatan listrik adalah karakteristik penting lain dari partikel elementer. Semua partikel yang diketahui memiliki muatan positif, negatif atau nol. Setiap partikel, kecuali satu foton dan dua meson, bersesuaian dengan antipartikel dengan muatan yang berlawanan. Sekitar tahun 1963-1964. dihipotesiskan ada quark- partikel dengan muatan listrik fraksional. Hipotesis ini belum dikonfirmasi secara eksperimental.

Dengan waktu hidup partikel dibagi menjadi stabil dan tidak stabil . Ada lima partikel stabil: foton, dua jenis neutrino, elektron, dan proton. Ini adalah partikel stabil yang memainkan peran paling penting dalam struktur tubuh makro. Semua partikel lain tidak stabil, mereka ada selama sekitar 10 -10 -10 -24 s, setelah itu mereka meluruh. Partikel dasar dengan masa hidup rata-rata 10–23–10–22 detik disebut resonansi. Karena masa hidupnya yang singkat, mereka meluruh bahkan sebelum mereka meninggalkan atom atau inti atom. Keadaan resonansi telah dihitung secara teoritis; tidak mungkin untuk memperbaikinya dalam eksperimen nyata.

Selain muatan, massa, dan masa hidup, partikel elementer juga dijelaskan oleh konsep yang tidak memiliki analog dalam fisika klasik: konsep kembali . Spin adalah momentum sudut intrinsik sebuah partikel, tidak terkait dengan perpindahannya. Spin dicirikan spin bilangan kuantum s, yang dapat mengambil nilai bilangan bulat (±1) atau setengah bilangan bulat (±1/2). Partikel dengan putaran bilangan bulat boson, dengan setengah bilangan bulat - fermion. Elektron milik fermion. Menurut prinsip Pauli, sebuah atom tidak dapat memiliki lebih dari satu elektron dengan himpunan bilangan kuantum yang sama. n,m,aku,s. Elektron, yang sesuai dengan fungsi gelombang dengan nomor yang sama n, memiliki energi yang sangat dekat dan membentuk kulit elektron dalam atom. Perbedaan nomor l menentukan "subkulit", nomor kuantum yang tersisa menentukan pengisiannya, seperti yang disebutkan di atas.

Dalam karakterisasi partikel elementer, ada ide penting lainnya interaksi. Seperti disebutkan sebelumnya, empat jenis interaksi antara partikel elementer diketahui: gravitasi,lemah,elektromagnetik dan kuat(nuklir).

Semua partikel yang memiliki massa diam ( m 0), berpartisipasi dalam interaksi gravitasi, bermuatan - dan dalam elektromagnetik. Lepton juga berpartisipasi dalam interaksi yang lemah. Hadron berpartisipasi dalam keempat interaksi mendasar.

Menurut teori medan kuantum, semua interaksi dilakukan melalui pertukaran partikel maya , yaitu partikel yang keberadaannya hanya dapat dinilai secara tidak langsung, dengan beberapa manifestasinya melalui beberapa efek sekunder ( partikel nyata dapat langsung diperbaiki dengan instrumen).

Ternyata keempat jenis interaksi yang diketahui - gravitasi, elektromagnetik, kuat dan lemah - memiliki sifat pengukur dan dijelaskan oleh simetri pengukur. Artinya, semua interaksi, seolah-olah, dibuat "dari satu kosong". Ini mengilhami harapan bahwa akan mungkin untuk menemukan "satu-satunya kunci untuk semua kunci yang diketahui" dan menggambarkan evolusi Semesta dari keadaan yang diwakili oleh medan super supersimetris tunggal, dari keadaan di mana perbedaan antara jenis interaksi, antara semua jenis partikel materi dan kuanta medan belum terwujud.

Ada banyak cara untuk mengklasifikasikan partikel elementer. Jadi, misalnya, partikel dibagi menjadi fermion (partikel Fermi) - partikel materi dan boson (partikel Bose) - kuanta medan.

Menurut pendekatan lain, partikel dibagi menjadi 4 kelas: foton, lepton, meson, baryon.

foton (kuanta medan elektromagnetik) berpartisipasi dalam interaksi elektromagnetik, tetapi tidak memiliki interaksi gravitasi yang kuat, lemah.

Lepton mendapatkan namanya dari kata Yunani akueptos- lampu. Ini termasuk partikel yang tidak memiliki interaksi kuat muon (μ - , +), elektron (e - , e +), elektron neutrino (ve - ,ve +) dan neutrino muon (v - m ,v + m). Semua lepton memiliki spin dan karena itu merupakan fermion. Semua lepton memiliki interaksi yang lemah. Mereka yang memiliki muatan listrik (yaitu, muon dan elektron) juga memiliki interaksi elektromagnetik.

meson adalah partikel tidak stabil yang berinteraksi kuat yang tidak membawa muatan baryon. Diantaranya milik R-meson, atau pion (π +, -, 0), Ke-meson, atau kaon (K + , K - , K 0), dan ini-meson (η) . Bobot Ke-mesons adalah ~970me (494 MeV untuk pengisian daya dan 498 MeV untuk netral Ke-meson). Seumur hidup Ke-meson memiliki magnitudo sekitar 10-8 s. Mereka putus untuk membentuk Saya-meson dan lepton atau hanya lepton. Bobot ini-mesons sama dengan 549 MeV (1074me), masa pakainya sekitar 10–19 detik. Ini-meson meluruh dengan pembentukan -meson dan -foton. Tidak seperti lepton, meson tidak hanya memiliki yang lemah (dan, jika bermuatan, elektromagnetik), tetapi juga interaksi yang kuat, yang memanifestasikan dirinya dalam interaksi mereka satu sama lain, serta dalam interaksi antara meson dan baryon. Putaran semua meson adalah nol, jadi mereka adalah boson.

Kelas baryon menggabungkan nukleon (p, n) dan partikel tidak stabil dengan massa lebih besar dari massa nukleon, yang disebut hiperon. Semua baryon memiliki interaksi yang kuat dan, oleh karena itu, secara aktif berinteraksi dengan inti atom. Putaran semua baryon adalah , jadi baryon adalah fermion. Dengan pengecualian proton, semua baryon tidak stabil. Dalam peluruhan baryon, bersama dengan partikel lain, baryon harus terbentuk. Pola ini adalah salah satu manifestasinya hukum kekekalan muatan baryon.

Selain partikel yang disebutkan di atas, sejumlah besar partikel berumur pendek yang berinteraksi kuat telah ditemukan, yang disebut resonansi . Partikel-partikel ini adalah keadaan resonansi yang dibentuk oleh dua atau lebih partikel elementer. Masa pakai resonansi hanya ~ 10–23–10–22 detik.

Partikel dasar, serta mikropartikel kompleks, dapat diamati karena jejak yang mereka tinggalkan ketika melewati materi. Sifat jejak memungkinkan untuk menilai tanda muatan partikel, energinya, momentum, dll. Partikel bermuatan menyebabkan ionisasi molekul dalam perjalanannya. Partikel netral tidak meninggalkan jejak, tetapi mereka dapat menampakkan diri pada saat peluruhan menjadi partikel bermuatan atau pada saat tumbukan dengan inti mana pun. Oleh karena itu, akhirnya partikel netral juga terdeteksi oleh ionisasi yang disebabkan oleh partikel bermuatan yang dihasilkannya.

Partikel dan antipartikel. Pada tahun 1928, fisikawan Inggris P. Dirac berhasil menemukan persamaan mekanika kuantum relativistik untuk elektron, yang diikuti oleh sejumlah konsekuensi luar biasa. Pertama-tama, dari persamaan ini, secara alami, tanpa asumsi tambahan, spin dan nilai numerik momen magnetik elektron sendiri. Dengan demikian, ternyata spin merupakan besaran baik kuantum maupun relativistik. Tapi ini tidak menghilangkan signifikansi persamaan Dirac. Itu juga memungkinkan untuk memprediksi keberadaan antipartikel elektron - positron. Dari persamaan Dirac, tidak hanya nilai positif tetapi juga negatif yang diperoleh untuk energi total elektron bebas. Studi persamaan menunjukkan bahwa untuk momentum partikel tertentu, ada solusi untuk persamaan yang sesuai dengan energi: .

Di antara energi negatif terbesar (- m e Dengan 2) dan energi positif terkecil (+ m e c 2) ada interval nilai energi yang tidak dapat direalisasikan. Lebar interval ini adalah 2 m e Dengan 2. Akibatnya, dua wilayah nilai eigen energi diperoleh: satu dimulai dengan + m e Dengan 2 dan meluas ke +∞, yang lain dimulai dari - m e Dengan 2 dan meluas ke –∞.

Sebuah partikel dengan energi negatif pasti memiliki sifat yang sangat aneh. Melewati keadaan dengan energi yang lebih rendah (yaitu, dengan energi negatif yang meningkat dalam nilai absolut), ia dapat melepaskan energi, katakanlah, dalam bentuk radiasi, apalagi, karena | E| tidak dibatasi oleh apa pun, partikel dengan energi negatif dapat memancarkan energi dalam jumlah tak terhingga. Kesimpulan serupa dapat dicapai dengan cara berikut: dari relasi E=m e Dengan 2 maka massa partikel dengan energi negatif juga akan negatif. Di bawah aksi gaya perlambatan, partikel dengan massa negatif seharusnya tidak melambat, tetapi berakselerasi, melakukan pekerjaan yang sangat besar pada sumber gaya perlambatan. Mengingat kesulitan-kesulitan ini, tampaknya seseorang harus mengakui bahwa keadaan dengan energi negatif harus dikeluarkan dari pertimbangan karena mengarah pada hasil yang tidak masuk akal. Namun, ini akan bertentangan dengan beberapa prinsip umum mekanika kuantum. Jadi Dirac memilih jalan yang berbeda. Dia mengusulkan bahwa transisi elektron ke keadaan dengan energi negatif biasanya tidak diamati karena semua tingkat yang tersedia dengan energi negatif sudah ditempati oleh elektron.

Menurut Dirac, vakum adalah keadaan di mana semua tingkat energi negatif diisi oleh elektron, dan tingkat dengan energi positif bebas. Karena semua tingkat di bawah pita terlarang tanpa kecuali terisi, elektron pada tingkat ini tidak menampakkan diri dengan cara apa pun. Jika salah satu elektron yang terletak pada tingkat negatif diberi energi E≥ 2m e Dengan 2 , maka elektron ini akan masuk ke keadaan dengan energi positif dan akan berperilaku seperti biasa, seperti partikel dengan massa positif dan muatan negatif. Partikel pertama yang diprediksi secara teoritis ini disebut positron. Ketika positron bertemu elektron, mereka memusnahkan (menghilang) - elektron berpindah dari level positif ke level negatif kosong. Energi yang sesuai dengan perbedaan antara tingkat ini dilepaskan dalam bentuk radiasi. pada gambar. 4, panah 1 menggambarkan proses penciptaan pasangan elektron-positron, dan panah 2 - pemusnahannya Istilah "pemusnahan" tidak boleh diartikan secara harfiah. Intinya, yang terjadi bukanlah penghilangan, melainkan transformasi beberapa partikel (elektron dan positron) menjadi partikel lain (γ-foton).

Ada partikel yang identik dengan antipartikelnya (yaitu tidak memiliki antipartikel). Partikel seperti itu disebut benar-benar netral. Ini termasuk foton, 0 -meson dan -meson. Partikel yang identik dengan antipartikelnya tidak dapat dimusnahkan. Namun, ini tidak berarti bahwa mereka tidak dapat berubah menjadi partikel lain sama sekali.

Jika baryon (yaitu, nukleon dan hiperon) diberi muatan baryon (atau nomor baryon) PADA= +1, antibaryon – muatan baryon PADA= -1, dan untuk semua partikel lain – muatan baryon PADA= 0, maka untuk semua proses yang terjadi dengan partisipasi baryon dan antibaryon, kekekalan muatan baryon akan menjadi karakteristik, sama seperti kekekalan muatan listrik adalah karakteristik proses. Hukum kekekalan muatan baryon menentukan stabilitas baryon terlembut, proton. Transformasi semua kuantitas yang menggambarkan sistem fisik, di mana semua partikel digantikan oleh antipartikel (misalnya, elektron oleh proton, dan proton oleh elektron, dll.), disebut muatan konjugasi.

Partikel aneh.Ke-meson dan hyperon ditemukan dalam komposisi sinar kosmik pada awal 1950-an. Sejak 1953, mereka telah diproduksi dengan akselerator. Perilaku partikel-partikel ini ternyata sangat tidak biasa sehingga disebut aneh. Perilaku yang tidak biasa dari partikel aneh terdiri dari fakta bahwa mereka jelas lahir karena interaksi yang kuat dengan waktu karakteristik dari urutan 10–23 detik, dan masa hidup mereka ternyata menjadi urutan 10–8–10–10 s. Keadaan terakhir menunjukkan bahwa partikel meluruh sebagai akibat dari interaksi yang lemah. Itu benar-benar tidak bisa dimengerti mengapa partikel aneh hidup begitu lama. Karena partikel yang sama ( meson dan proton) terlibat dalam pembentukan dan peluruhan -hiperon, tampaknya mengejutkan bahwa laju (yaitu, probabilitas) dari kedua proses sangat berbeda. Penelitian lebih lanjut menunjukkan bahwa partikel aneh diproduksi berpasangan. Ini mengarah pada gagasan bahwa interaksi yang kuat tidak dapat berperan dalam peluruhan partikel karena fakta bahwa kehadiran dua partikel aneh diperlukan untuk manifestasinya. Untuk alasan yang sama, produksi tunggal partikel aneh tidak mungkin.

Untuk menjelaskan larangan produksi tunggal partikel aneh, M. Gell-Mann dan K. Nishijima memperkenalkan bilangan kuantum baru, yang nilai totalnya, menurut asumsi mereka, harus dipertahankan di bawah interaksi kuat. Itu bilangan kuantum S telah dinamai keanehan partikel. Dalam interaksi yang lemah, keanehan mungkin tidak dipertahankan. Oleh karena itu, ini hanya dikaitkan dengan partikel yang berinteraksi kuat - meson dan baryon.

Neutrino. Neutrino adalah satu-satunya partikel yang tidak berpartisipasi baik dalam interaksi kuat maupun elektromagnetik. Tidak termasuk interaksi gravitasi, di mana semua partikel berpartisipasi, neutrino hanya dapat mengambil bagian dalam interaksi lemah.

Untuk waktu yang lama masih belum jelas bagaimana neutrino berbeda dari antineutrino. Penemuan hukum kekekalan paritas gabungan memungkinkan untuk menjawab pertanyaan ini: mereka berbeda dalam heliksitas. Dibawah heliks hubungan tertentu antara arah momentum dipahami R dan kembali S partikel. Heliksitas dianggap positif jika putaran dan momentum berada dalam arah yang sama. Dalam hal ini, arah gerak partikel ( R) dan arah "putaran" yang sesuai dengan putaran membentuk sekrup kanan. Dengan putaran dan momentum yang berlawanan arah, heliksitas akan menjadi negatif (gerakan translasi dan "rotasi" membentuk ulir kiri). Menurut teori neutrino longitudinal yang dikembangkan oleh Yang, Lee, Landau dan Salam, semua neutrino yang ada di alam, terlepas dari cara kemunculannya, selalu terpolarisasi longitudinal sepenuhnya (yaitu, putarannya diarahkan paralel atau antiparalel terhadap momentum. R). Neutrino memiliki negatif(kiri) heliks (sesuai dengan rasio arah S dan R ditunjukkan pada gambar. 5 (b), antineutrino - heliksitas positif (kanan) (a). Dengan demikian, heliksitas inilah yang membedakan neutrino dengan antineutrino.

Beras. 5. Skema heliksitas partikel elementer

Sistematika partikel elementer. Pola yang diamati di dunia partikel elementer dapat dirumuskan sebagai hukum kekekalan. Sudah ada beberapa undang-undang seperti itu. Beberapa di antaranya tidak tepat, tetapi hanya perkiraan. Setiap hukum kekekalan mengungkapkan simetri tertentu dari sistem. Hukum kekekalan momentum R, momentum sudut L dan energi E mencerminkan sifat simetri ruang dan waktu: konservasi E adalah konsekuensi dari homogenitas waktu, konservasi R karena homogenitas ruang, dan konservasi L- isotropinya. Hukum kekekalan paritas berkaitan dengan simetri antara kanan dan kiri ( R-invarians). Konjugasi simetri di bawah muatan (simetri partikel dan antipartikel) mengarah pada konservasi paritas muatan ( DARI-invarians). Hukum kekekalan muatan listrik, baryon dan lepton menyatakan simetri khusus DARI-fungsi. Akhirnya, hukum kekekalan spin isotop mencerminkan isotropi ruang isotop. Kegagalan untuk mematuhi salah satu hukum konservasi berarti pelanggaran dalam interaksi jenis simetri yang sesuai ini.

Di dunia partikel elementer, aturan berikut berlaku: segala sesuatu diperbolehkan yang tidak dilarang oleh hukum konservasi. Yang terakhir memainkan peran aturan larangan yang mengatur interkonversi partikel. Pertama-tama, kita perhatikan hukum kekekalan energi, momentum, dan muatan listrik. Ketiga hukum ini menjelaskan stabilitas elektron. Dari kekekalan energi dan momentum dapat disimpulkan bahwa massa diam total produk peluruhan harus lebih kecil dari massa diam partikel yang meluruh. Ini berarti bahwa elektron hanya dapat meluruh menjadi neutrino dan foton. Tetapi partikel-partikel ini secara elektrik netral. Jadi ternyata elektron tidak memiliki siapa pun untuk mentransfer muatan listriknya, sehingga stabil.

Quark. Ada begitu banyak partikel yang disebut elementer sehingga ada keraguan serius tentang sifat dasar mereka. Masing-masing partikel yang berinteraksi kuat dicirikan oleh tiga bilangan kuantum aditif independen: muatan Q, biaya tinggi Pada dan muatan baryon PADA. Dalam hal ini, sebuah hipotesis muncul bahwa semua partikel dibangun dari tiga partikel dasar - pembawa muatan ini. Pada tahun 1964, Gell-Mann dan, terlepas dari dia, fisikawan Swiss Zweig mengajukan hipotesis yang menyatakan bahwa semua partikel elementer dibangun dari tiga partikel yang disebut quark. Partikel-partikel ini diberi bilangan kuantum pecahan, khususnya, muatan listrik yang sama dengan +⅔; –⅓; +⅓ masing-masing untuk masing-masing dari tiga quark. Quark ini biasanya dilambangkan dengan huruf kamu,D,S. Selain quark, antiquark juga dipertimbangkan ( kamu,d,s). Sampai saat ini, 12 quark diketahui - 6 quark dan 6 antiquark. Meson terbentuk dari pasangan quark-antiquark, dan baryon terbentuk dari tiga quark. Jadi, misalnya, proton dan neutron terdiri dari tiga quark, yang membuat proton atau neutron tidak berwarna. Dengan demikian, tiga muatan interaksi kuat dibedakan - merah ( R), kuning ( kamu) dan hijau ( G).

Setiap quark diberi momen magnet yang sama (µV), yang nilainya tidak ditentukan dari teori. Perhitungan yang dibuat berdasarkan asumsi ini memberikan proton nilai momen magnet p = q, dan untuk neutron n = – persegi

Jadi, untuk rasio momen magnetik, nilai p / n = –⅔, sangat sesuai dengan nilai eksperimen.

Pada dasarnya, warna quark (seperti tanda muatan listrik) mulai menunjukkan perbedaan sifat yang menentukan gaya tarik-menarik dan tolak-menolak quark. Dengan analogi dengan kuanta bidang berbagai interaksi (foton dalam interaksi elektromagnetik, R-meson dalam interaksi yang kuat, dll.), partikel-pembawa interaksi antara quark diperkenalkan. Partikel ini diberi nama gluon. Mereka mentransfer warna dari satu quark ke yang lain, menghasilkan quark yang disatukan. Dalam fisika quark, hipotesis kurungan telah dirumuskan (dari bahasa Inggris. kurungan- penangkaran) quark, yang menurutnya tidak mungkin untuk mengurangi quark dari keseluruhan. Itu hanya bisa ada sebagai elemen dari keseluruhan. Keberadaan quark sebagai partikel nyata dalam fisika dapat dibuktikan dengan andal.

Ide quark ternyata sangat bermanfaat. Itu memungkinkan tidak hanya untuk mensistematisasikan partikel yang sudah diketahui, tetapi juga untuk memprediksi sejumlah partikel baru. Situasi yang berkembang dalam fisika partikel elementer mengingatkan pada situasi yang diciptakan dalam fisika atom setelah penemuan hukum periodik pada tahun 1869 oleh D. I. Mendelev. Meskipun esensi hukum ini diklarifikasi hanya sekitar 60 tahun setelah penciptaan mekanika kuantum, itu memungkinkan untuk mensistematisasikan unsur-unsur kimia yang dikenal pada waktu itu dan, di samping itu, mengarah pada prediksi keberadaan unsur-unsur baru dan sifat-sifatnya. . Dengan cara yang persis sama, fisikawan telah belajar mensistematisasikan partikel elementer, dan sistematika yang dikembangkan dalam beberapa kasus memungkinkan untuk memprediksi keberadaan partikel baru dan mengantisipasi sifat-sifatnya.

Jadi, saat ini, quark dan lepton dapat dianggap benar-benar elementer; ada 12 di antaranya, atau bersama-sama dengan antipartikel - 24. Selain itu, ada partikel yang memberikan empat interaksi mendasar (interaksi kuanta). Ada 13 partikel ini: graviton, foton, W± - dan Z-partikel dan 8 gluon.

Teori partikel elementer yang ada tidak dapat menunjukkan awal deret: atom, inti, hadron, quark. Dalam deret ini, setiap struktur material yang lebih kompleks mencakup struktur yang lebih sederhana seperti bagian penyusun. Rupanya, ini tidak bisa berlanjut tanpa batas. Diasumsikan bahwa rantai struktur material yang dijelaskan didasarkan pada objek yang secara fundamental berbeda. Ditunjukkan bahwa objek-objek tersebut tidak dapat berupa titik, tetapi dapat diperpanjang, meskipun formasi yang sangat kecil (~10 -33 cm), yang disebut superstring. Ide yang dijelaskan tidak dapat direalisasikan dalam ruang empat dimensi kita. Bidang fisika ini umumnya sangat abstrak, dan sangat sulit untuk menemukan model visual yang membantu persepsi yang disederhanakan dari ide-ide yang tertanam dalam teori partikel elementer. Namun demikian, teori-teori ini memungkinkan fisikawan untuk mengekspresikan interkonversi dan saling ketergantungan dari objek mikro "paling dasar", hubungannya dengan sifat-sifat ruang-waktu empat dimensi. Yang paling menjanjikan adalah yang disebut M-teori (Saya dari Misteri- teka-teki, misteri). Dia beroperasi ruang dua belas dimensi . Pada akhirnya, selama transisi ke dunia empat dimensi yang kita rasakan secara langsung, semua dimensi "ekstra" "runtuh". Teori-M sejauh ini merupakan satu-satunya teori yang memungkinkan untuk mereduksi empat interaksi fundamental menjadi satu - yang disebut Adikuasa. Penting juga bahwa teori-M memungkinkan keberadaan dunia yang berbeda dan menetapkan kondisi yang memastikan munculnya dunia kita. Teori-M belum cukup berkembang. Diyakini bahwa final "teori segalanya" atas dasar teori-M akan dibangun pada abad XXI.