Partikler er elementære. Elektrisk ladning og elementærpartikler

Fra omtrent 1000 sekunder (for et fritt nøytron) til en ubetydelig brøkdel av et sekund (fra 10 −24 til 10 −22 s for resonanser).

Strukturen og oppførselen til elementærpartikler studeres av elementærpartikkelfysikk.

Alt elementærpartikler adlyde identitetsprinsippet (alle elementærpartikler av samme type i universet er helt identiske i alle sine egenskaper) og prinsippet om korpuskulær bølgedualisme (hver elementærpartikkel tilsvarer en de Broglie-bølge).

Alle elementærpartikler har egenskapen interkonvertibilitet, som er en konsekvens av deres interaksjoner: sterke, elektromagnetiske, svake, gravitasjonsmessige. Partikkelinteraksjoner forårsaker transformasjoner av partikler og deres aggregater til andre partikler og deres aggregater, hvis slike transformasjoner ikke er forbudt av lovene om bevaring av energi, momentum, vinkelmomentum, elektrisk ladning, baryonladning, etc.

Hovedkarakteristika for elementærpartikler: levetid , masse , spinn , elektrisk ladning , magnetisk moment , baryonladning , leptonladning , merkelighet , isotopspinn , paritet , ladningsparitet , G-paritet , CP-paritet .

Klassifisering

Etter levetid

• Stabile elementærpartikler er partikler som har uendelig stor tid liv i fri tilstand (proton, elektron, nøytrino, foton og deres antipartikler).
• Ustabile elementærpartikler - partikler som forfaller til andre partikler i fri tilstand i en begrenset tid (alle andre partikler).

Av vekt

Alle elementærpartikler er delt inn i to klasser:

• Masseløse partikler - partikler med null masse (foton, gluon).
• Partikler med ikke-null masse (alle andre partikler).

Størrelsen på ryggen

Alle elementærpartikler er delt inn i to klasser:

Etter type interaksjon

Elementærpartikler er delt inn i følgende grupper:

Sammensatte partikler

• Hadroner er partikler involvert i alle slags grunnleggende interaksjoner. De består av kvarker og er igjen delt inn i:
  • mesoner - hadroner med heltallsspinn, det vil si å være bosoner;
  • baryoner er hadroner med halvt heltallsspinn, dvs. fermioner. Disse inkluderer spesielt partiklene som utgjør kjernen til atomet - proton og nøytron.

Fundamentale (strukturløse) partikler

• Leptoner er fermioner som ser ut som punktpartikler (det vil si at de ikke består av noe) opp til skalaer i størrelsesorden 10 −18 m. De deltar ikke i sterke interaksjoner. Deltakelse i elektromagnetiske interaksjoner er eksperimentelt observert bare for ladede leptoner (elektroner, myoner, tau-leptoner) og har ikke blitt observert for nøytrinoer. Det er 6 typer leptoner kjent.
• Kvarker er fraksjonelt ladede partikler som utgjør hadroner. De ble ikke observert i fri stat (inneslutningsmekanismen ble foreslått for å forklare fraværet av slike observasjoner). I likhet med leptoner er de delt inn i 6 typer og anses som strukturløse, men i motsetning til leptoner deltar de i sterk interaksjon.
• Målebosoner - partikler gjennom utvekslingen av hvilke interaksjoner utføres:
  • foton - en partikkel som bærer elektromagnetisk interaksjon;
  • åtte gluoner, partikler som bærer den sterke kraften;
  • tre mellomvektorbosoner W + , W- og Z 0, bærer svak interaksjon;
  • graviton er en hypotetisk partikkel som bærer gravitasjonsinteraksjonen. Eksistensen av gravitoner, selv om de ennå ikke er eksperimentelt bevist på grunn av svakheten i gravitasjonsinteraksjonen, anses som ganske sannsynlig; graviton er imidlertid ikke inkludert i standardmodellen for elementærpartikler.

Relaterte videoer

Størrelser på elementærpartikler

På tross av stort utvalg elementærpartikler, deres størrelser passer inn i to grupper. Dimensjonene til hadroner (både baryoner og mesoner) er omtrent 10 −15 m, som er nær den gjennomsnittlige avstanden mellom kvarkene deres. Størrelsen på fundamentale, strukturløse partikler - gauge bosoner, kvarker og leptoner - innenfor grensene for den eksperimentelle feilen er i samsvar med deres nøyaktighet (den øvre grensen for diameteren er omtrent 10 -18 m) ( se forklaring). Hvis de endelige størrelsene på disse partiklene ikke blir funnet i ytterligere eksperimenter, kan dette tyde på at størrelsene på gauge bosoner, kvarker og leptoner er nær den fundamentale lengden (som med stor sannsynlighet kan vise seg å være Planck-lengden lik 1,6 10 −35 m) .

Det skal imidlertid bemerkes at størrelsen på en elementær partikkel er et ganske komplekst konsept, ikke alltid i samsvar med klassiske konsepter. For det første tillater ikke usikkerhetsprinsippet strengt lokalisering av en fysisk partikkel. Bølgepakke, som representerer en partikkel som en superposisjon av nøyaktig lokaliserte kvantetilstander, har alltid endelige dimensjoner og en viss romlig struktur, og pakkedimensjonene kan være ganske makroskopiske - for eksempel et elektron i et eksperiment med interferens på to spalter "føles" begge interferometerspaltene atskilt med en makroskopisk avstand. For det andre endrer en fysisk partikkel strukturen til vakuumet rundt seg selv, og skaper et "belegg" av kortsiktige virtuelle partikler - fermion-antifermion-par (se Vakuumpolarisering) og boson-bærere av interaksjoner. De romlige dimensjonene til denne regionen avhenger av måleladningene som partikkelen har og massene til de mellomliggende bosonene (radiusen til skallet til massive virtuelle bosoner er nær Compton-bølgelengden deres, som igjen er omvendt proporsjonal med deres masse). Så radiusen til et elektron fra nøytrinoers synspunkt (bare svak interaksjon mellom dem er mulig) er omtrent lik Compton-bølgelengden til W-bosoner, ~3 × 10 −18 m, og dimensjonene til regionen til sterk interaksjon av et hadron bestemmes av Compton-bølgelengden til den letteste av hadronen, pi-mesonen (~10 −15 m ), som her fungerer som en interaksjonsbærer.

Historie

Opprinnelig betydde begrepet "elementærpartikkel" noe helt elementært, den første mursteinen av materie. Men da hundrevis av hadroner med lignende egenskaper ble oppdaget på 1950- og 1960-tallet, ble det klart at i det minste hadroner har indre frihetsgrader, det vil si at de ikke, i ordets strenge forstand, er elementære. Denne mistanken ble senere bekreftet da det viste seg at hadroner var bygd opp av kvarker.

Dermed har fysikere beveget seg litt dypere inn i materiens struktur: De mest elementære punktdelene av materien regnes nå som leptoner og kvarker. For dem (sammen med gauge bosoner) begrepet " fundamental partikler".

Strengteori, som har blitt aktivt utviklet siden midten av 1980-tallet, antar at elementærpartikler og deres interaksjoner er konsekvenser av forskjellige typer vibrasjoner av spesielt små "strenger".

standard modell

Standardmodellen av elementære partikler inkluderer 12 smaker av fermioner, deres tilsvarende antipartikler, samt målebosoner (foton, gluoner, W- Og Z-bosoner), som bærer interaksjoner mellom partikler, og Higgs-bosonet oppdaget i 2012, som er ansvarlig for tilstedeværelsen av treghetsmasse i partikler. Standardmodellen blir imidlertid i stor grad sett på som en midlertidig teori snarere enn en virkelig grunnleggende teori, siden den ikke inkluderer gravitasjon og inneholder flere dusin frie parametere (partikkelmasser, etc.) hvis verdier ikke følger direkte fra teorien. Kanskje er det elementærpartikler som ikke er beskrevet standard modell- for eksempel som graviton (en partikkel som hypotetisk bærer gravitasjonskrefter) eller supersymmetriske partnere til vanlige partikler. Totalt beskriver modellen 61 partikler.

Fermioner

De 12 smakene av fermioner er delt inn i 3 familier (generasjoner) med 4 partikler hver. Seks av dem er kvarker. De andre seks er leptoner, hvorav tre er nøytrinoer, og de resterende tre har en negativ enhetsladning: elektronet, myonet og tauleptonet.

antipartikler

Det er også 12 fermioniske antipartikler som tilsvarer de tolv ovennevnte partiklene.

Quarks

Kvarker og antikvarker har aldri blitt funnet i en fri stat - dette forklares av fenomenet

719. Loven om bevaring av elektrisk ladning

720. Kroppene som har elektriske ladninger annet tegn, …

De er tiltrukket av hverandre.

721. Identiske metallkuler ladet med motsatte ladninger q 1 =4q og q 2 = -8q brakt i kontakt og flyttet fra hverandre til samme avstand. Hver ball har en ladning

q 1 \u003d -2q og q 2 \u003d -2q

723. En dråpe å ha positiv ladning(+2e), mistet ett elektron under belysning. Ladningen av dråpen ble lik

724. Identiske metallkuler ladet med ladninger q 1 = 4q, q 2 = - 8q og q 3 = - 2q brakt i kontakt og flyttet fra hverandre til samme avstand. Hver av ballene vil ha en ladning

q 1 = - 2q, q 2 = - 2q og q 3 = - 2q

725. Identiske metallkuler ladet med ladninger q 1 \u003d 5q og q 2 \u003d 7q ble brakt i kontakt og flyttet fra hverandre til samme avstand, og deretter ble den andre og tredje kulen med ladning q 3 \u003d -2q brakt i kontakt og flyttet fra hverandre til samme avstand. Hver av ballene vil ha en ladning

q 1 = 6q, q 2 = 2q og q 3 = 2q

726. Identiske metallkuler ladet med ladninger q 1 = - 5q og q 2 = 7q ble brakt i kontakt og flyttet fra hverandre til samme avstand, og deretter brakt i kontakt med den andre og tredje kulen med en ladning q 3 = 5q og flyttet fra hverandre til samme avstand. Hver av ballene vil ha en ladning

q 1 \u003d 1q, q 2 \u003d 3q og q 3 \u003d 3q

727. Det er fire identiske metallkuler med ladninger q 1 = 5q, q 2 = 7q, q 3 = -3q og q 4 = -1q. Først ble ladningene q 1 og q 2 (1 ladningssystem) brakt i kontakt og flyttet fra hverandre til samme avstand, og deretter ble ladningene q 4 og q 3 brakt i kontakt (det 2. ladningssystemet). Deretter tok de en ladning hver fra system 1 og 2 og podet dem i kontakt og flyttet dem fra hverandre til samme avstand. Disse to ballene vil ha en ladning

728. Det er fire identiske metallkuler med ladninger q 1 = -1q, q 2 = 5q, q 3 = 3q og q 4 = -7q. Først ble ladningene q 1 og q 2 (1 ladningssystem) brakt i kontakt og flyttet fra hverandre til samme avstand, og deretter ble ladningene q 4 og q 3 brakt i kontakt (2 ladningssystemer). Deretter tok de én ladning fra system 1 og 2 og brakte dem i kontakt og flyttet dem fra hverandre til samme avstand. Disse to ballene vil ha en ladning

729. I et atom har en positiv ladning

Kjerne.

730. Åtte elektroner beveger seg rundt kjernen til et oksygenatom. Antall protoner i kjernen til et oksygenatom er

731.Elektrisk ladning elektron er lik

-1,6 10 -19 C.

732. Den elektriske ladningen til et proton er

1,6 10 -19 C.

733. Kjernen til et litiumatom inneholder 3 protoner. Hvis 3 elektroner kretser rundt kjernen, da

Atomet er elektrisk nøytralt.

734. Det er 19 partikler i fluorkjernen, hvorav 9 er protoner. Antall nøytroner i kjernen og antall elektroner i et nøytralt fluoratom

Nøytroner og 9 elektroner.

735.Hvis i noen kropp antall protoner flere tall elektroner, deretter kroppen som helhet

positivt ladet.

736. En dråpe med en positiv ladning på +3e mistet 2 elektroner under bestråling. Ladningen av dråpen ble lik

8 10 -19 Cl.

737. En negativ ladning i et atom bærer

Shell.

738. Hvis et oksygenatom har blitt til et positivt ion, så er det

Mistet et elektron.

739. Har stor masse

Negativt hydrogenion.

740. Som et resultat av friksjon ble 5 10 10 elektroner fjernet fra overflaten av glassstangen. Elektrisk ladning på en pinne

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

8 10-9 Cl.

741. Som et resultat av friksjon mottok en ebonittstav 5 10 10 elektroner. Elektrisk ladning på en pinne

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

-8 10 -9 Cl.

742. Styrken til Coulomb-interaksjonen til topunkts elektriske ladninger med en reduksjon i avstanden mellom dem med 2 ganger

Vil øke 4 ganger.

743. Kraften til Coulomb-interaksjonen til topunkts elektriske ladninger med en reduksjon i avstanden mellom dem med 4 ganger

Vil øke med 16 ganger.

744. Topunkts elektriske ladninger virker på hverandre i henhold til Coulombs lov med en kraft på 1N. Hvis avstanden mellom dem økes med 2 ganger, blir kraften til Coulomb-interaksjonen til disse ladningene lik

745. To punktladninger virker på hverandre med en kraft på 1N. Hvis verdien av hver av ladningene økes med 4 ganger, blir kraften til Coulomb-interaksjonen lik

746. Samhandlingskraften til to punktladninger er 25 N. Hvis avstanden mellom dem reduseres med en faktor på 5, blir kraften til vekselvirkningen til disse ladningene lik

747. Kraften til Coulomb-interaksjonen til to punktladninger med en økning i avstanden mellom dem med 2 ganger

Det vil reduseres med 4 ganger.

748. Kraften til Coulomb-interaksjonen til topunkts elektriske ladninger med en økning i avstanden mellom dem med 4 ganger

Den vil reduseres med 16 ganger.

749.Coulombs lovformel

.

750. Hvis 2 identiske metallkuler med ladninger +q og +q bringes i kontakt og flyttes fra hverandre til samme avstand, vil modulen til interaksjonskraften

Vil ikke endre seg.

751. Hvis 2 identiske metallkuler med ladninger +q og -q bringes i kontakt og flyttes fra hverandre til samme avstand, vil vekselvirkningskraften

Blir 0.

752. To ladninger samhandler i luft. Hvis de plasseres i vann (ε = 81), uten å endre avstanden mellom dem, vil kraften til Coulomb-interaksjonen

Den vil reduseres med 81 ganger.

753. Samhandlingskraften til to ladninger på 10 nC hver, plassert i luften i en avstand på 3 cm fra hverandre, er lik

()

754. Ladninger på 1 μC og 10 nC samhandler i luft med en kraft på 9 mN på avstand

()

755. To elektroner i en avstand på 3 10 -8 cm fra hverandre frastøter ; e \u003d - 1,6 10 -19 C)

2,56 10 -9 N.

756

Reduser med 9 ganger.

757. Feltstyrken ved et punkt er 300 N/C. Hvis ladningen er 1 10 -8 C, så avstanden til punktet

()

758. Hvis avstanden fra en punktladning som skaper et elektrisk felt øker 5 ganger, vil intensiteten til det elektriske feltet

Det vil reduseres med 25 ganger.

759. Feltstyrke til en punktladning ved et punkt 4 N/C. Hvis avstanden fra ladningen dobles, blir intensiteten lik

760. Angi formelen for styrken til det elektriske feltet i det generelle tilfellet.

761. Matematisk notasjon av prinsippet om superposisjon av elektriske felt

762. Angi formelen for intensiteten til en elektrisk punktladning Q

.

763. Elektrisk feltintensitetsmodul på punktet der ladningen er plassert

1 10 -10 C er lik 10 V / m. Kraften som virker på ladningen er

1 10 -9 N.

765. Hvis på overflaten av en metallkule med en radius på 0,2 m fordeles en ladning på 4 10 -8 C, så ladningstettheten

2,5 10-7 C/m2.

766.I en vertikalt rettet homogen elektrisk felt det er et støvkorn med en masse på 1·10 -9 g og en ladning på 3,2·10-17 C. Hvis tyngdekraften til et støvkorn balanseres av kraften til det elektriske feltet, er feltstyrken lik

3 10 5 N/C.

767. Ved tre hjørner av et kvadrat med en side på 0,4 m er det identiske positive ladninger på 5 10 -9 C hver. Finn spenningen ved det fjerde toppunktet

() 540 N/Cl.

768. Hvis to ladninger er 5 10 -9 og 6 10 -9 C, slik at de frastøter med en kraft på 12 10 -4 N, så er de på avstand

768

Vil øke 8 ganger.

Minker.

770. Produktet av elektronladningen og potensialet har dimensjonen

Energi.

771. Potensialet ved punkt A i det elektriske feltet er 100V, potensialet ved punkt B er 200V. Arbeidet som utføres av de elektriske feltkreftene når en ladning på 5 mC flyttes fra punkt A til punkt B er

-0,5 J.

772. En partikkel med ladning +q og masse m, lokalisert ved punktene til et elektrisk felt med intensitet E og potensial, har en akselerasjon

773. Et elektron beveger seg i et jevnt elektrisk felt langs en spenningslinje fra et punkt med høyere potensial til et punkt med lavere potensial. Samtidig hastigheten hans

Økende.

774. Et atom som har ett proton i kjernen mister ett elektron. Dette skaper

Hydrogenion.

775. Et elektrisk felt i et vakuum skapes av firepunkts positive ladninger plassert i toppunktene til en firkant med side a. Potensialet i sentrum av torget er

776. Hvis avstanden fra en punktladning reduseres 3 ganger, så er feltpotensialet

Vil øke 3 ganger.

777

778. Ladningen q ble flyttet fra et punkt i et elektrostatisk felt til et punkt med potensial. Hvilken av følgende formler:

1) 2) ; 3) du kan finne arbeid for å flytte ladningen.

779. I et jevnt elektrisk felt med en styrke på 2 N / C, beveger en ladning på 3 C seg langs feltkraftlinjene i en avstand på 0,5 m. Arbeidet til de elektriske feltkreftene med å flytte ladningen er

780. Et elektrisk felt skapes av fire punktladninger med motsatte navn plassert i hjørnene av en firkant med side a. Ladninger med samme navn er i motsatte hjørner. Potensialet i sentrum av torget er

781. Potensiell forskjell mellom punkter som ligger på samme feltlinje i en avstand på 6 cm fra hverandre, er lik 60 V. Hvis feltet er jevnt, er dets styrke lik

782. Enhet for potensialforskjell

1 V \u003d 1 J / 1 C.

783. La ladningen bevege seg i et jevnt felt med intensitet E=2 V/m langs kraftlinjen 0,2 m. Finn forskjellen mellom disse potensialene.

U = 0,4 V.

784.Ifølge Plancks hypotese, absolutt svart kropp utstråler energi

I porsjoner.

785. Fotonenergi bestemmes av formelen

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

1, 4, 5, 6.

786. Hvis energien til et kvante har doblet seg, så strålingsfrekvensen

økt med 2 ganger.

787. Hvis fotoner med en energi på 6 eV faller på overflaten av en wolframplate, er den maksimale kinetiske energien til elektronene slått ut av dem 1,5 eV. Minimum fotonenergi som den fotoelektriske effekten er mulig for wolfram er:

788. Utsagnet er riktig:

1. Hastigheten til et foton er større enn lysets hastighet.

2. Hastigheten til et foton i ethvert stoff er mindre enn lysets hastighet.

3. Hastigheten til et foton er alltid lik lysets hastighet.

4. Hastigheten til et foton er større enn eller lik lysets hastighet.

5. Hastigheten til et foton i ethvert stoff er mindre enn eller lik lysets hastighet.

789. Fotoner av stråling har et stort momentum

Blå.

790. Når temperaturen på et oppvarmet legeme synker, er maksimal strålingsintensitet

©2015-2019 nettsted
Alle rettigheter tilhører deres forfattere. Dette nettstedet krever ikke forfatterskap, men tilbyr gratis bruk.
Opprettelsesdato for siden: 2016-02-13

Kan du kort og konsist svare på spørsmålet: "Hva er en elektrisk ladning?" Dette kan virke enkelt ved første øyekast, men i virkeligheten viser det seg å være mye vanskeligere.

Vet vi hva en elektrisk ladning er?

Faktum er at på dagens kunnskapsnivå kan vi fortsatt ikke dekomponere konseptet "ladning" i enklere komponenter. Dette er et grunnleggende, så å si, primærbegrep.

Vi vet at dette er en viss egenskap til elementærpartikler, vi kjenner mekanismen for interaksjon av ladninger, vi kan måle ladningen og bruke dens egenskaper.

Alt dette er imidlertid en konsekvens av dataene som er innhentet empirisk. Naturen til dette fenomenet er fortsatt ikke klart for oss. Derfor kan vi ikke entydig fastslå hva en elektrisk ladning er.

For å gjøre dette er det nødvendig å åpne en hel rekke konsepter. Forklar mekanismen for samhandling av ladninger og beskriv deres egenskaper. Derfor er det lettere å finne ut hva utsagnet betyr: «en gitt partikkel har (bærer) en elektrisk ladning».

Tilstedeværelsen av en elektrisk ladning på en partikkel

Senere var det imidlertid mulig å fastslå at antallet elementærpartikler er mye større, og at protonet, elektronet og nøytronet ikke er udelelige og grunnleggende byggematerialer i universet. De kan selv dekomponere til komponenter og bli til andre typer partikler.

Derfor inkluderer navnet "elementærpartikkel" for tiden en ganske stor klasse av partikler som er mindre i størrelse enn atomer og atomkjerner. I dette tilfellet kan partiklene ha mest ulike egenskaper og kvalitet.

Men en slik egenskap som en elektrisk ladning, er det bare to typer, som betinget kalles positive og negative. Tilstedeværelsen av en ladning i en partikkel er dens egenskap til å frastøte eller bli tiltrukket av en annen partikkel, som også bærer en ladning. Samhandlingsretningen i dette tilfellet avhenger av typen belastninger.

Lik ladninger frastøter, i motsetning til ladninger tiltrekker seg. Samtidig er vekselvirkningskraften mellom ladninger veldig stor sammenlignet med gravitasjonskreftene som er iboende i alle legemer uten unntak i universet.

I hydrogenkjernen trekkes for eksempel et elektron med negativ ladning til en kjerne som består av et proton og som bærer en positiv ladning med en kraft som er 1039 ganger større enn kraften som det samme elektronet tiltrekkes av et proton med pga. gravitasjonsinteraksjonen.

Partikler kan ha en ladning eller ikke, avhengig av partikkeltypen. Det er imidlertid umulig å "fjerne" ladningen fra partikkelen, akkurat som eksistensen av en ladning utenfor partikkelen også er umulig.

I tillegg til protonet og nøytronet har noen andre typer elementærpartikler en ladning, men bare disse to partiklene kan eksistere på ubestemt tid.

« Fysikk - klasse 10"

La oss først vurdere det enkleste tilfellet, når elektrisk ladede kropper er i ro.

Den delen av elektrodynamikk viet til studiet av likevektsforholdene for elektrisk ladede legemer kalles elektrostatikk.

Hva er en elektrisk ladning?
Hva er anklagene?

Med ord elektrisitet, elektrisk ladning, elektrisitet du møttes mange ganger og klarte å venne deg til dem. Men prøv å svare på spørsmålet: "Hva er en elektrisk ladning?" Selve konseptet lade- dette er hovedkonseptet, som ikke er redusert på det nåværende utviklingsnivået av vår kunnskap til noen enklere, elementære konsepter.

La oss først prøve å klargjøre hva som menes med utsagnet: Gitt kropp eller partikkelen har en elektrisk ladning.

Alle legemer er bygget av de minste partiklene, som er udelelige i enklere og derfor kalles elementær.

Elementærpartikler har masse og på grunn av dette blir de tiltrukket av hverandre i henhold til loven om universell gravitasjon. Når avstanden mellom partiklene øker, avtar gravitasjonskraften i omvendt proporsjon med kvadratet på denne avstanden. De fleste elementærpartikler, selv om ikke alle, har også evnen til å samhandle med hverandre med en kraft som også avtar omvendt med kvadratet på avstanden, men denne kraften er mange ganger større enn tyngdekraften.

Så i hydrogenatomet, vist skjematisk i figur 14.1, tiltrekkes elektronet til kjernen (protonet) med en kraft som er 10 39 ganger større enn gravitasjonskraften.

Hvis partiklene samvirker med hverandre med krefter som avtar med økende avstand på samme måte som kreftene til universell gravitasjon, men overskrider tyngdekreftene mange ganger, så sies disse partiklene å ha en elektrisk ladning. Selve partiklene kalles ladet.

Det er partikler uten elektrisk ladning, men det er ingen elektrisk ladning uten en partikkel.

Samspillet mellom ladede partikler kalles elektromagnetisk.

Elektrisk ladning bestemmer intensiteten av elektromagnetiske interaksjoner, akkurat som masse bestemmer intensiteten av gravitasjonsinteraksjoner.

Den elektriske ladningen til en elementær partikkel er ikke en spesiell mekanisme i en partikkel som kan fjernes fra den, dekomponeres i dens komponentdeler og settes sammen igjen. Tilstedeværelsen av en elektrisk ladning i et elektron og andre partikler betyr bare eksistensen av visse kraftinteraksjoner mellom dem.

Vi vet i hovedsak ingenting om belastningen hvis vi ikke kjenner lovene for disse interaksjonene. Kunnskap om lovene for interaksjoner bør inkluderes i vår forståelse av siktelsen. Disse lovene er ikke enkle, og det er umulig å si dem med noen få ord. Derfor er det umulig å gi en tilstrekkelig tilfredsstillende kort definisjon forestilling elektrisk ladning.

To tegn på elektriske ladninger.

Alle kropper har masse og tiltrekker seg derfor hverandre. Ladede kropper kan både tiltrekke og frastøte hverandre. Dette det viktigste faktum, kjent for deg, betyr at det i naturen er partikler med elektriske ladninger av motsatte fortegn; Ved ladninger av samme tegn frastøter partiklene, og ved forskjellige tegn tiltrekker de seg.

Ladning av elementærpartikler - protoner, som er en del av alle atomkjerner, kalles positive, og ladningen elektroner- negativ. Det er ingen interne forskjeller mellom positive og negative ladninger. Hvis tegnene på partikkelladningene ble reversert, ville ikke naturen til elektromagnetiske interaksjoner endret seg i det hele tatt.

elementær ladning.

I tillegg til elektroner og protoner finnes det flere typer ladede elementærpartikler. Men bare elektroner og protoner kan eksistere på ubestemt tid i en fri tilstand. Resten av de ladede partiklene lever mindre enn milliondeler av et sekund. De er født under kollisjoner av raske elementærpartikler og, etter å ha eksistert i ubetydelig tid, forfaller de og blir til andre partikler. Disse partiklene blir du kjent med i 11. klasse.

Partikler som ikke har en elektrisk ladning inkluderer nøytron. Dens masse overstiger bare litt massen til et proton. Nøytroner, sammen med protoner, er en del av atomkjernen. Hvis en elementær partikkel har en ladning, er verdien strengt definert.

siktede kropper Elektromagnetiske krefter i naturen spiller en stor rolle på grunn av det faktum at sammensetningen av alle legemer inkluderer elektrisk ladede partikler. Bestanddelene av atomer - kjerner og elektroner - har en elektrisk ladning.

Den direkte virkningen av elektromagnetiske krefter mellom legemer blir ikke oppdaget, siden kroppene i normal tilstand er elektrisk nøytrale.

Et atom av et hvilket som helst stoff er nøytralt, siden antall elektroner i det er lik antall protoner i kjernen. Positivt og negativt ladede partikler er forbundet med hverandre av elektriske krefter og danner nøytrale systemer.

Et makroskopisk legeme er elektrisk ladet hvis det inneholder en overflødig mengde elementærpartikler med et hvilket som helst ladningstegn. Så den negative ladningen til kroppen skyldes et overskudd av antall elektroner sammenlignet med antall protoner, og den positive ladningen skyldes mangelen på elektroner.

For å oppnå et elektrisk ladet makroskopisk legeme, dvs. å elektrifisere det, er det nødvendig å skille en del av den negative ladningen fra den positive ladningen knyttet til den, eller å overføre en negativ ladning til en nøytral kropp.

Dette kan gjøres med friksjon. Hvis du kjører en kam over tørt hår, vil en liten del av de mest mobilladede partiklene - elektroner passere fra håret til kammen og lade det negativt, og håret vil bli ladet positivt.

Likhet av ladninger under elektrisering

Ved hjelp av erfaring kan det bevises at når de elektrifiseres ved friksjon, får begge legemer ladninger som er motsatte i fortegn, men identiske i størrelse.

La oss ta et elektrometer, på stangen som en metallkule med et hull er festet til, og to plater på lange håndtak: en av ebonitt og den andre av plexiglass. Når de gnis mot hverandre, blir platene elektrifisert.

La oss ta en av platene inn i sfæren uten å berøre veggene. Hvis platen er positivt ladet, vil noen av elektronene fra nålen og elektrometerstangen trekkes til platen og samle seg på indre overflate kuler. I dette tilfellet vil pilen være positivt ladet og avstøtt fra elektrometerstangen (fig. 14.2, a).

Hvis en annen plate introduseres inne i sfæren, etter å ha fjernet den første, vil elektronene til sfæren og stangen bli frastøtt fra platen og vil samle seg i overkant på pilen. Dette vil føre til at pilen avviker fra stangen, dessuten med samme vinkel som i det første forsøket.

Etter å ha senket begge platene inne i kulen, vil vi ikke finne noen avbøyning av pilen i det hele tatt (fig. 14.2, b). Dette beviser at ladningene til platene er like store og motsatte i fortegn.

Elektrifisering av kropper og dens manifestasjoner. Betydelig elektrifisering oppstår under friksjon av syntetiske stoffer. Tar av seg skjorta syntetisk materiale i tørr luft høres en karakteristisk knitring. Små gnister hopper mellom ladede områder av gnidningsflater.

I trykkerier blir papiret elektrifisert under trykking, og arkene henger sammen. For å forhindre at dette skjer, brukes spesielle enheter for å tømme ladningen. Imidlertid brukes noen ganger elektrifisering av kropper i nær kontakt, for eksempel i forskjellige elektrokopimaskiner, etc.

Loven om bevaring av elektrisk ladning.

Erfaring med elektrifisering av plater viser at når de elektrifiseres ved friksjon, blir eksisterende ladninger omfordelt mellom kropper som tidligere var nøytrale. En liten del av elektronene går fra en kropp til en annen. I dette tilfellet vises ikke nye partikler, og de tidligere eksisterende forsvinner ikke.

Når man elektrifiserer organer, loven om bevaring av elektrisk ladning. Denne loven gjelder for et system som ikke kommer inn fra utsiden og som ladede partikler ikke kommer ut av, dvs. isolert system.

I et isolert system algebraisk sum anklagene til alle kropper er bevart.

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

hvor q 1, q 2 osv. er ladningene til individuelle ladede kropper.

Loven om bevaring av ladning har en dyp betydning. Hvis antallet ladede elementærpartikler ikke endres, er loven om ladningsbevaring åpenbar. Men elementærpartikler kan forvandle seg til hverandre, bli født og forsvinne, og gi liv til nye partikler.

Imidlertid produseres ladede partikler i alle tilfeller bare i par med ladninger med samme modul og motsatt fortegn; ladede partikler forsvinner også bare i par og blir til nøytrale. Og i alle disse tilfellene forblir den algebraiske summen av ladningene den samme.

Gyldigheten av loven om bevaring av ladning bekreftes av observasjoner av et stort antall transformasjoner av elementærpartikler. Denne loven uttrykker en av de mest grunnleggende egenskapene til elektrisk ladning. Årsaken til bevaringen av ladningen er fortsatt ukjent.

Ytterligere penetrering i dypet av mikroverdenen er assosiert med overgangen fra nivået av atomer til nivået av elementære partikler. Som den første elementære partikkelen på slutten av XIX århundre. elektronet ble oppdaget, og deretter i de første tiårene av det 20. århundre. foton, proton, positron og nøytron.

Etter andre verdenskrig, takket være bruken av moderne eksperimentell teknologi, og fremfor alt kraftige akseleratorer, der forhold med høye energier og enorme hastigheter skapes, ble eksistensen av et stort antall elementære partikler etablert - mer enn 300. Blant dem er både eksperimentelt oppdaget og teoretisk beregnet, inkludert resonanser, kvarker og virtuelle partikler.

Begrep elementær partikkel opprinnelig betydde de enkleste, videre uoppløselige partiklene som ligger til grunn for materielle formasjoner. Senere innså fysikere hele konvensjonaliteten til begrepet "elementær" i forhold til mikroobjekter. Nå er det ingen tvil om at partiklene har en eller annen struktur, men likevel fortsetter det historisk etablerte navnet å eksistere.

Hovedkarakteristikkene til elementærpartikler er masse, ladning, gjennomsnittlig levetid, spinn og kvantetall.

hvilemasse elementærpartikler bestemmes i forhold til hvilemassen til et elektron Det er elementærpartikler som ikke har hvilemasse, - fotoner. Resten av partiklene på dette grunnlaget er delt inn i leptoner– lette partikler (elektron og nøytrino); mesoner– mellomstore partikler med en masse som varierer fra én til tusen elektronmasser; baryoner- tunge partikler hvis masse overstiger tusen masser av et elektron og som inkluderer protoner, nøytroner, hyperoner og mange resonanser.

Elektrisk ladning er en annen viktig egenskap ved elementærpartikler. Alle kjente partikler har positiv, negativ eller null ladning. Hver partikkel, bortsett fra et foton og to mesoner, tilsvarer antipartikler med motsatt ladning. Omtrent i 1963-1964. hypotese at det er kvarker– partikler med en elektrisk ladning. Denne hypotesen er ennå ikke eksperimentelt bekreftet.

Etter levetid partikler deles inn i stabil Og ustabil . Det er fem stabile partikler: et foton, to typer nøytrinoer, et elektron og et proton. Det er stabile partikler som spiller den viktigste rollen i strukturen til makrokropper. Alle andre partikler er ustabile, de eksisterer i omtrent 10 -10 -10 -24 s, hvoretter de forfaller. Elementærpartikler med en gjennomsnittlig levetid på 10–23–10–22 s kalles resonanser. På grunn av deres korte levetid forfaller de før de i det hele tatt forlater atomet eller atomkjernen. Resonanstilstandene er beregnet teoretisk, det er ikke mulig å fikse dem i virkelige eksperimenter.

I tillegg til ladning, masse og levetid, er elementærpartikler også beskrevet av konsepter som ikke har noen analoger i klassisk fysikk: konseptet tilbake . Spinn er det iboende vinkelmomentet til en partikkel, ikke relatert til dens forskyvning. Spinn er preget spinn kvantenummer s, som kan ta heltalls (±1) eller halvheltalls (±1/2) verdier. Partikler med heltallsspinn bosoner, med et halvt heltall - fermioner. Elektronet tilhører fermioner. I følge Pauli-prinsippet kan ikke et atom ha mer enn ett elektron med samme kvantetall. n,m,l,s. Elektronene, som tilsvarer bølgefunksjoner med samme tall n, er veldig nærme i energi og danner et elektronskall i atomet. Forskjeller i tallet l bestemmer "underskallet", de resterende kvantetallene bestemmer fyllingen, som nevnt ovenfor.

I karakteriseringen av elementærpartikler er det en annen viktig idé interaksjoner. Som nevnt tidligere er fire typer interaksjoner mellom elementærpartikler kjent: gravitasjonsmessig,svak,elektromagnetisk Og sterk(atomkraft).

Alle partikler som har en hvilemasse ( m 0), delta i gravitasjonsinteraksjon, ladet - og i elektromagnetisk. Leptoner deltar også i svake interaksjoner. Hadroner deltar i alle fire grunnleggende interaksjoner.

I følge kvantefeltteorien utføres alle interaksjoner gjennom utvekslingen virtuelle partikler , det vil si partikler hvis eksistens bare kan bedømmes indirekte, etter noen av deres manifestasjoner gjennom noen sekundære effekter ( ekte partikler kan fikses direkte med instrumenter).

Det viser seg at alle kjente fire typer interaksjoner - gravitasjons-, elektromagnetisk, sterk og svak - har en gauge-natur og er beskrevet av gauge-symmetrier. Det vil si at alle interaksjoner så å si er laget "fra ett tomrom". Dette gir håp om at det vil være mulig å finne «den eneste nøkkelen til alle kjente låser» og beskrive utviklingen av universet fra en tilstand representert av et enkelt supersymmetrisk superfelt, fra en tilstand der forskjellene mellom typene interaksjoner, mellom alle slags partikler av materie og feltkvanter har ennå ikke blitt manifestert.

Det er et stort antall måter å klassifisere elementærpartikler på. Så for eksempel er partikler delt inn i fermioner (Fermi-partikler) - partikler av materie og bosoner (Bose-partikler) - feltkvanter.

I følge en annen tilnærming er partikler delt inn i 4 klasser: fotoner, leptoner, mesoner, baryoner.

Fotoner (kvanter av det elektromagnetiske feltet) deltar i elektromagnetiske interaksjoner, men har ikke sterke, svake gravitasjonsinteraksjoner.

Leptoner fikk navnet sitt fra det greske ordet leptos- lett. Disse inkluderer partikler som ikke har sterke interaksjonsmyoner (μ - , μ +), elektroner (e - , e +), elektronnøytrinoer (ve - , ve +) og myonnøytrinoer (v - m , v + m). Alle leptoner har spin ½ og er derfor fermioner. Alle leptoner har en svak interaksjon. De som har en elektrisk ladning (det vil si myoner og elektroner) har også en elektromagnetisk interaksjon.

Mesoner er sterkt samvirkende ustabile partikler som ikke bærer den såkalte baryonladningen. Blant dem hører til R-mesoner eller pioner (π +, π -, π 0), TIL-mesoner, eller kaoner (K ​​+ , K - , K 0), og dette-mesoner (η) . Vekt TIL-mesons er ~970me (494 MeV for ladet og 498 MeV for nøytral TIL-mesoner). Livstid TIL-mesons har en styrke på omtrent 10–8 s. De brytes opp for å dannes Jeg-mesoner og leptoner eller bare leptoner. Vekt dette-mesons er lik 549 MeV (1074me), levetiden er omtrent 10–19 s. Dette-mesoner forfaller med dannelse av π-mesoner og γ-fotoner. I motsetning til leptoner har mesoner ikke bare en svak (og, hvis de er ladet, elektromagnetisk), men også en sterk interaksjon, som manifesterer seg i deres interaksjon med hverandre, så vel som i interaksjonen mellom mesoner og baryoner. Spinnene til alle mesoner er null, så de er bosoner.

Klasse baryoner kombinerer nukleoner (p, n) og ustabile partikler med en masse større enn massen av nukleoner, kalt hyperoner. Alle baryoner har en sterk interaksjon og interagerer derfor aktivt med atomkjerner. Spinn av alle baryoner er ½, så baryoner er fermioner. Med unntak av protonet er alle baryoner ustabile. Ved forfall av baryoner, sammen med andre partikler, dannes nødvendigvis en baryon. Dette mønsteret er en av manifestasjonene baryon charge bevaringslov.

I tillegg til partiklene oppført ovenfor er det oppdaget et stort antall sterkt interagerende kortlivede partikler, som kalles resonanser . Disse partiklene er resonanstilstander dannet av to eller flere elementærpartikler. Levetiden for resonanser er bare ~ 10–23–10–22 s.

Elementærpartikler, så vel som komplekse mikropartikler, kan observeres på grunn av sporene de etterlater seg når de passerer gjennom materie. Sporenes natur gjør det mulig å bedømme tegnet på partikkelens ladning, dens energi, fart osv. Ladede partikler forårsaker ionisering av molekyler på vei. Nøytrale partikler etterlater seg ikke spor, men de kan avsløre seg i øyeblikket av forfall til ladede partikler eller i kollisjonsøyeblikket med en hvilken som helst kjerne. Derfor blir til slutt også nøytrale partikler oppdaget av ioniseringen forårsaket av de ladede partiklene som genereres av dem.

Partikler og antipartikler. I 1928 lyktes den engelske fysikeren P. Dirac med å finne en relativistisk kvantemekanisk ligning for elektronet, som en rekke bemerkelsesverdige konsekvenser følger av. Først av alt, fra denne ligningen, på en naturlig måte, uten noen ekstra forutsetninger, spinn og numerisk verdi elektronets eget magnetiske moment. Dermed viste det seg at spinnet er en størrelse både kvantemessig og relativistisk. Men dette uttømmer ikke betydningen av Dirac-ligningen. Det gjorde det også mulig å forutsi eksistensen av en antipartikkel av elektronet - positron. Fra Dirac-ligningen oppnås ikke bare positive, men også negative verdier for den totale energien til et fritt elektron. Studier av ligningen viser at for et gitt partikkelmomentum finnes det løsninger på ligningen som tilsvarer energiene: .

Mellom den største negative energien (- m e fra 2) og den minste positive energien (+ m e c 2) det er et intervall av energiverdier som ikke kan realiseres. Bredden på dette intervallet er 2 m e fra 2. Følgelig oppnås to regioner med energiegenverdier: en begynner med + m e fra 2 og strekker seg til +∞, den andre starter fra - m e fra 2 og strekker seg til –∞.

En partikkel med negativ energi må ha veldig merkelige egenskaper. Ved å gå inn i tilstander med stadig lavere energi (det vil si med negativ energi som øker i absolutt verdi), kan den frigjøre energi, for eksempel i form av stråling, dessuten siden | E| er ikke begrenset av noe, kan en partikkel med negativ energi utstråle en uendelig stor mengde energi. En lignende konklusjon kan oppnås på følgende måte: fra relasjonen E=m e fra 2 følger det at massen til en partikkel med negativ energi også vil være negativ. Under påvirkning av en decelererende kraft, bør en partikkel med negativ masse ikke bremse ned, men akselerere og utføre en uendelig stor mengde arbeid på kilden til den retarderende kraften. I lys av disse vanskelighetene ser det ut til at man burde innrømme at staten med negativ energi bør utelukkes fra vurdering som fører til absurde resultater. Dette vil imidlertid være i strid med noen generelle prinsipper for kvantemekanikk. Så Dirac valgte en annen vei. Han foreslo at overganger av elektroner til tilstander med negativ energi vanligvis ikke observeres av den grunn at alle tilgjengelige nivåer med negativ energi allerede er okkupert av elektroner.

I følge Dirac er vakuum en tilstand der alle nivåer av negativ energi er befolket av elektroner, og nivåer med positiv energi er gratis. Siden alle nivåene under det forbudte båndet uten unntak er okkupert, avslører ikke elektronene på disse nivåene seg på noen måte. Hvis et av elektronene som befinner seg på negative nivåer gis energi E≥ 2m e fra 2, så vil dette elektronet gå inn i en tilstand med positiv energi og vil oppføre seg på vanlig måte, som en partikkel med positiv masse og negativ ladning. Denne første teoretisk forutsagte partikkelen ble kalt positron. Når et positron møter et elektron, tilintetgjør de (forsvinner) - elektronet går fra et positivt nivå til et ledig negativt. Energien som tilsvarer forskjellen mellom disse nivåene frigjøres i form av stråling. På fig. 4, pil 1 skildrer prosessen med å lage et elektron-positron-par, og pil 2 - deres utslettelse Begrepet "utslettelse" skal ikke tas bokstavelig. I hovedsak er det som skjer ikke forsvinningen, men transformasjonen av noen partikler (elektron og positron) til andre (γ-fotoner).

Det er partikler som er identiske med deres antipartikler (det vil si at de ikke har antipartikler). Slike partikler kalles absolutt nøytrale. Disse inkluderer fotonet, π 0 -meson og η-meson. Partikler som er identiske med deres antipartikler er ikke i stand til å utslette. Dette betyr imidlertid ikke at de ikke kan omdannes til andre partikler i det hele tatt.

Hvis baryoner (det vil si nukleoner og hyperoner) blir tildelt en baryonladning (eller baryonnummer) I= +1, antibaryoner – baryonladning I= –1, og for alle andre partikler – baryonladningen I= 0, så for alle prosesser som skjer med deltakelse av baryoner og antibaryoner, vil bevaring av ladningsbaryoner være karakteristisk, akkurat som bevaring av elektrisk ladning er karakteristisk for prosesser. Loven om bevaring av baryonladning bestemmer stabiliteten til den mykeste baryonen, protonet. Transformasjonen av alle størrelser som beskriver et fysisk system, der alle partikler er erstattet av antipartikler (for eksempel elektroner med protoner og protoner med elektroner, etc.), kalles konjugasjonsladningen.

Merkelige partikler.TIL-Mesoner og hyperoner ble oppdaget i sammensetningen av kosmiske stråler på begynnelsen av 1950-tallet. Siden 1953 har de blitt produsert på akseleratorer. Oppførselen til disse partiklene viste seg å være så uvanlig at de ble kalt merkelige. Den uvanlige oppførselen til rare partikler besto i det faktum at de åpenbart ble født på grunn av sterke interaksjoner med en karakteristisk tid i størrelsesorden 10–23 s, og deres levetid viste seg å være i størrelsesorden 10–8–10–10 s. Sistnevnte forhold indikerte at partiklene forfaller som følge av svake interaksjoner. Det var helt uforståelig hvorfor rare partikler lever så lenge. Siden de samme partiklene (π mesoner og protoner) er involvert i både dannelsen og forfallet av et λ-hyperon, virket det overraskende at hastigheten (det vil si sannsynligheten) for begge prosessene er så forskjellig. Videre forskning viste at rare partikler produseres i par. Dette førte til ideen om at sterke interaksjoner ikke kan spille en rolle i forfallet av partikler på grunn av det faktum at tilstedeværelsen av to merkelige partikler er nødvendig for deres manifestasjon. Av samme grunn er enkeltproduksjonen av rare partikler umulig.

For å forklare forbudet mot enkeltproduksjon av merkelige partikler, introduserte M. Gell-Mann og K. Nishijima et nytt kvantetall, hvis totale verdi, ifølge deres antagelse, bør bevares under sterke interaksjoner. Det er et kvantetall S ble oppkalt partikkel merkelighet. I svake interaksjoner kan fremmedhet ikke bli bevart. Derfor tilskrives det bare sterkt samvirkende partikler - mesoner og baryoner.

Nøytrino. Nøytrinoen er den eneste partikkelen som ikke deltar i verken sterke eller elektromagnetiske interaksjoner. Med unntak av gravitasjonsinteraksjonen, der alle partikler deltar, kan nøytrinoen bare delta i svake interaksjoner.

I lang tid forble det uklart hvordan nøytrinoer skiller seg fra antinøytrinoer. Oppdagelsen av loven om bevaring av kombinert paritet gjorde det mulig å svare på dette spørsmålet: de er forskjellige i helicitet. Under helicitet et visst forhold mellom fartsretningene er forstått R og tilbake S partikler. Helisitet anses som positiv hvis spinn og momentum er i samme retning. I dette tilfellet, retningen for partikkelbevegelse ( R) og "rotasjonsretningen" som tilsvarer spinnet fra en høyre skrue. Med motsatt rettet spinn og momentum vil heliciteten være negativ (translasjonsbevegelse og "rotasjon" danner en venstre skrue). I følge teorien om langsgående nøytrinoer utviklet av Yang, Lee, Landau og Salam, er alle nøytrinoer som eksisterer i naturen, uavhengig av måten de oppstår, alltid fullstendig langsgående polariserte (det vil si at deres spinn er rettet parallelt eller antiparallelt med momentumet R). Neutrino har negativ(venstre) helicity (det tilsvarer forholdet mellom retninger S Og R vist i fig. 5 (b), antineutrino - positiv (høyre) helicitet (a). Dermed er helicitet det som skiller nøytrinoer fra antinøytrinoer.

Ris. fem. Skjema for helicitet av elementærpartikler

Systematikk av elementærpartikler. Regelmessigheter observert i elementærpartiklers verden kan formuleres som bevaringslover. Det finnes allerede en del slike lover. Noen av dem er ikke nøyaktige, men bare omtrentlige. Hver bevaringslov uttrykker en viss symmetri av systemet. Lover for bevaring av momentum R, vinkelmomentum L og energi E reflekterer symmetriegenskapene til rom og tid: bevaring E er en konsekvens av tidens homogenitet, bevaringen R på grunn av rommets homogenitet, og bevaringen L- dens isotropi. Paritetsbevaringsloven er relatert til symmetrien mellom høyre og venstre ( R-invarians). Symmetri under ladningskonjugering (symmetri av partikler og antipartikler) fører til bevaring av ladningsparitet ( FRA-invarians). Lovene for bevaring av elektriske, baryon- og leptonladninger uttrykker en spesiell symmetri FRA-funksjoner. Til slutt gjenspeiler den isotopiske spinnbevaringsloven isotropien til det isotopiske rommet. Manglende overholdelse av en av fredningslovene betyr et brudd i denne interaksjonen av den tilsvarende typen symmetri.

I en verden av elementærpartikler gjelder følgende regel: alt er tillatt som ikke er forbudt av fredningslover. Sistnevnte spiller rollen som forbudsregler som regulerer innbyrdes omdannelser av partikler. Først og fremst legger vi merke til lovene om bevaring av energi, momentum og elektrisk ladning. Disse tre lovene forklarer stabiliteten til elektronet. Det følger av bevaring av energi og fart at den totale hvilemassen til henfallsproduktene må være mindre enn hvilemassen til den råtnende partikkelen. Dette betyr at elektronet bare kunne forfalle til nøytrinoer og fotoner. Men disse partiklene er elektrisk nøytrale. Så det viser seg at elektronet rett og slett ikke har noen å overføre sin elektriske ladning til, så det er stabilt.

Quarks. Det er så mange partikler som kalles elementære at det er alvorlig tvil om deres elementære natur. Hver av de sterkt interagerende partiklene er preget av tre uavhengige additive kvantetall: ladningen Q, hypercharge På og baryonladning I. I denne forbindelse dukket det opp en hypotese om at alle partikler er bygget av tre grunnleggende partikler - bærere av disse ladningene. I 1964 la Gell-Mann og, uavhengig av ham, den sveitsiske fysikeren Zweig frem en hypotese om at alle elementærpartikler er bygget av tre partikler kalt kvarker. Disse partiklene er tildelt brøkkvantetall, spesielt en elektrisk ladning lik +⅔; –⅓; +⅓ for hver av de tre kvarkene. Disse kvarkene er vanligvis merket med bokstavene U,D,S. I tillegg til kvarker vurderes antikvarker ( u,d,s). Til dags dato er 12 kvarker kjent - 6 kvarker og 6 antikvarker. Mesoner er dannet fra et kvark-antikvark-par, og baryoner er dannet av tre kvarker. Så for eksempel er et proton og et nøytron bygd opp av tre kvarker, som gjør protonet eller nøytronet fargeløst. Følgelig skilles tre anklager om sterke interaksjoner - rød ( R), gul ( Y) og grønn ( G).

Hver kvark er tildelt det samme magnetiske momentet (µV), hvis verdi ikke er bestemt ut fra teorien. Beregninger gjort på grunnlag av denne antakelsen gir protonet verdien av det magnetiske momentet μ p = μ q, og for nøytronet μ n = – ⅔μ kvm.

Således, for forholdet mellom magnetiske momenter, verdien μ p / μn = –⅔, i utmerket overensstemmelse med den eksperimentelle verdien.

I utgangspunktet begynte fargen på kvarken (som tegnet på den elektriske ladningen) å uttrykke forskjellen i egenskapen som bestemmer den gjensidige tiltrekningen og frastøtningen av kvarker. I analogi med kvanta av feltene for forskjellige interaksjoner (fotoner i elektromagnetiske interaksjoner, R-mesoner i sterke interaksjoner osv.), ble partikler-bærere av interaksjon mellom kvarker introdusert. Disse partiklene ble navngitt gluoner. De overfører farge fra en kvark til en annen, noe som resulterer i at kvarkene holdes sammen. I kvarkfysikk er innesperringshypotesen formulert (fra engelsk. innesperringer- fangenskap) av kvarker, ifølge hvilke det er umulig å trekke en kvark fra en helhet. Det kan bare eksistere som et element av helheten. Eksistensen av kvarker som reelle partikler i fysikk er pålitelig underbygget.

Ideen om kvarker viste seg å være veldig fruktbar. Det gjorde det mulig ikke bare å systematisere allerede kjente partikler, men også å forutsi en rekke nye. Situasjonen som har utviklet seg i elementærpartikkelfysikk minner om situasjonen som ble skapt i atomfysikk etter oppdagelsen i 1869 av D. I. Mendelev av periodisk lov. Selv om essensen av denne loven ble avklart bare omtrent 60 år etter etableringen av kvantemekanikk, gjorde den det mulig å systematisere de kjemiske elementene som var kjent på den tiden og førte i tillegg til prediksjonen om eksistensen av nye elementer og deres egenskaper . På nøyaktig samme måte har fysikere lært å systematisere elementærpartikler, og den utviklede systematikken gjorde det i noen få tilfeller mulig å forutsi eksistensen av nye partikler og forutse deres egenskaper.

Så på det nåværende tidspunkt kan kvarker og leptoner betraktes som virkelig elementære; det er 12 av dem, eller sammen med antipartikler - 24. I tillegg er det partikler som gir fire fundamentale interaksjoner (interaksjonskvanta). Det er 13 av disse partiklene: graviton, foton, W± - og Z-partikler og 8 gluoner.

De eksisterende teoriene om elementarpartikler kan ikke indikere hva som er begynnelsen på serien: atomer, kjerner, hadroner, kvarker I denne serien inkluderer hver mer kompleks materialstruktur en enklere som bestanddel. Tilsynelatende kan dette ikke fortsette i det uendelige. Det ble antatt at den beskrevne kjeden av materielle strukturer er basert på gjenstander av fundamentalt forskjellig karakter. Det er vist at slike objekter ikke kan være spisse, men utvidede, om enn ekstremt små (~10 -33 cm) formasjoner, kalt superstrenger. Den beskrevne ideen er ikke realiserbar i vårt firdimensjonale rom. Dette området av fysikk er generelt ekstremt abstrakt, og det er veldig vanskelig å finne visuelle modeller som hjelper en forenklet oppfatning av ideene som er innebygd i teoriene om elementærpartikler. Ikke desto mindre lar disse teoriene fysikere uttrykke den gjensidige konverteringen og den gjensidige avhengigheten til de "mest elementære" mikroobjektene, deres forbindelse med egenskapene til firedimensjonal rom-tid. Den mest lovende er den såkalte M-teori (M - fra mysterium- en gåte, et mysterium). Hun opererer tolvdimensjonalt rom . Til syvende og sist, under overgangen til den firedimensjonale verden som direkte oppfattes av oss, "kollapser" alle de "ekstra" dimensjonene. M-teori er så langt den eneste teorien som gjør det mulig å redusere de fire fundamentale interaksjonene til én – den s.k. Superkraft. Det er også viktig at M-teorien åpner for eksistensen av ulike verdener og etablerer forholdene som sikrer fremveksten av vår verden. M-teorien er ennå ikke tilstrekkelig utviklet. Det antas at finalen "teori om alt" på grunnlag av M-teori vil bli bygget i XXI århundre.