Častice sú elementárne. Elektrický náboj a elementárne častice

Od približne 1000 sekúnd (pre voľný neutrón) po zanedbateľný zlomok sekundy (od 10 -24 do 10 -22 s pre rezonancie).

Štruktúru a správanie elementárnych častíc študuje fyzika elementárnych častíc.

Všetky elementárne častice dodržiavať princíp identity (všetky elementárne častice rovnakého typu vo vesmíre sú úplne identické vo všetkých svojich vlastnostiach) a princíp korpuskulárneho vlnového dualizmu (každá elementárna častica zodpovedá de Broglieho vlne).

Všetky elementárne častice majú vlastnosť vzájomnej konvertibility, ktorá je dôsledkom ich interakcií: silná, elektromagnetická, slabá, gravitačná. Interakcie častíc spôsobujú premenu častíc a ich agregátov na iné častice a ich agregáty, ak takéto premeny nezakazujú zákony zachovania energie, hybnosti, momentu hybnosti, elektrického náboja, baryónového náboja atď.

Hlavné vlastnosti elementárnych častíc:životnosť , hmotnosť , spin , elektrický náboj , magnetický moment , baryónový náboj , leptónový náboj , zvláštnosť , izotopový spin , parita , parita náboja , G-parita , CP-parita .

Klasifikácia

Podľa doby života

• Stabilné elementárne častice sú častice, ktoré majú nekonečno veľký časživot vo voľnom stave (protón, elektrón, neutríno, fotón a ich antičastice).
• Nestabilné elementárne častice - častice, ktoré sa v konečnom čase rozpadajú na iné častice vo voľnom stave (všetky ostatné častice).

Podľa hmotnosti

Všetky elementárne častice sú rozdelené do dvoch tried:

• Bezhmotné častice - častice s nulovou hmotnosťou (fotón, gluón).
• Častice s nenulovou hmotnosťou (všetky ostatné častice).

Veľkosť chrbta

Všetky elementárne častice sú rozdelené do dvoch tried:

Podľa typu interakcie

Elementárne častice sú rozdelené do nasledujúcich skupín:

Kompozitné častice

• Hadróny sú častice zapojené do všetkých druhov základných interakcií. Pozostávajú z kvarkov a ďalej sa delia na:
  • mezóny - hadróny s celočíselným spinom, teda bozóny;
  • baryóny sú hadróny s polovičným spinom, teda fermióny. Patria sem najmä častice, ktoré tvoria jadro atómu – protón a neutrón.

Základné (bezštruktúrne) častice

• Leptóny sú fermióny, ktoré vyzerajú ako bodové častice (to znamená, že sa z ničoho neskladajú) až do mierok rádovo 10 −18 m. Nezúčastňujú sa silných interakcií. Účasť na elektromagnetických interakciách bola experimentálne pozorovaná len pre nabité leptóny (elektróny, mióny, tau leptóny) a nebola pozorovaná pre neutrína. Je známych 6 typov leptónov.
• Kvarky sú čiastočne nabité častice, ktoré tvoria hadróny. Neboli pozorované vo voľnom stave (na vysvetlenie absencie takýchto pozorovaní bol navrhnutý mechanizmus obmedzenia). Podobne ako leptóny sa delia na 6 typov a považujú sa za bezštruktúrne, na rozdiel od leptónov sa však podieľajú na silnej interakcii.
• Kalibračné bozóny - častice, prostredníctvom ktorých sa uskutočňujú interakcie:
  • fotón - častica, ktorá nesie elektromagnetickú interakciu;
  • osem gluónov, častíc, ktoré nesú silnú silu;
  • tri stredné vektorové bozóny W + , W− a Z 0, nesúci slabú interakciu;
  • gravitón je hypotetická častica, ktorá nesie gravitačnú interakciu. Existencia gravitónov, aj keď ešte nie je experimentálne dokázaná pre slabosť gravitačnej interakcie, sa považuje za dosť pravdepodobnú; gravitón však nie je zahrnutý v štandardnom modeli elementárnych častíc.

Podobné videá

Veľkosti elementárnych častíc

Napriek tomu veľká rozmanitosť elementárne častice, ich veľkosti zapadajú do dvoch skupín. Rozmery hadrónov (baryónov aj mezónov) sú asi 10 −15 m, čo je blízko k priemernej vzdialenosti medzi ich kvarkami. Veľkosti základných bezštruktúrnych častíc - kalibračných bozónov, kvarkov a leptónov - v medziach experimentálnej chyby sú v súlade s ich bodovým charakterom (horná hranica priemeru je asi 10 −18 m) ( pozri vysvetlenie). Ak sa v ďalších experimentoch nezistia konečné veľkosti týchto častíc, potom to môže naznačovať, že veľkosti kalibračných bozónov, kvarkov a leptónov sú blízke základnej dĺžke (čo sa môže veľmi pravdepodobne ukázať ako Planckova dĺžka rovnajúca sa 1,6 10 −35 m).

Treba však poznamenať, že veľkosť elementárnej častice je pomerne zložitý pojem, ktorý nie je vždy v súlade s klasickými pojmami. Po prvé, princíp neurčitosti neumožňuje striktne lokalizovať fyzickú časticu. Vlnový paket, reprezentujúci časticu ako superpozíciu presne lokalizovaných kvantových stavov, má vždy konečné rozmery a určitú priestorovú štruktúru a rozmery paketu môžu byť značne makroskopické - napríklad elektrón pri experimente s interferenciou na dvoch štrbinách "cíti" obe štrbiny interferometra sú oddelené makroskopickou vzdialenosťou. Po druhé, fyzická častica mení štruktúru vákua okolo seba a vytvára „kožuch“ krátkodobých virtuálnych častíc – párov fermión-antifermión (pozri Polarizácia vákua) a bozónov – nosičov interakcií. Priestorové rozmery tejto oblasti závisia od kalibračných nábojov, ktoré má častica, a od hmotnosti medziľahlých bozónov (polomer obalu masívnych virtuálnych bozónov je blízky ich Comptonovej vlnovej dĺžke, ktorá je naopak nepriamo úmerná ich omša). Polomer elektrónu z pohľadu neutrín (možná je len slabá interakcia medzi nimi) sa teda približne rovná Comptonovej vlnovej dĺžke W-bozónov, ~ 3 × 10 −18 m, a rozmerom oblasti silné interakcie hadrónu sú určené Comptonovou vlnovou dĺžkou najľahšieho hadrónu, pi-mezónu (~10 −15 m ), ktorý tu pôsobí ako nosič interakcie.

Príbeh

Pôvodne pojem „elementárna častica“ znamenal niečo absolútne elementárne, prvú tehlu hmoty. Keď však boli v 50. a 60. rokoch objavené stovky hadrónov s podobnými vlastnosťami, ukázalo sa, že prinajmenšom hadróny majú vnútorné stupne voľnosti, teda nie sú v presnom zmysle slova elementárne. Toto podozrenie sa neskôr potvrdilo, keď sa ukázalo, že hadróny sa skladajú z kvarkov.

Fyzici sa teda posunuli o niečo hlbšie do štruktúry hmoty: za najelementárnejšie bodové časti hmoty sa dnes považujú leptóny a kvarky. Pre nich (spolu s kalibračnými bozónmi) termín „ zásadnýčastice“.

Teória strún, ktorá sa aktívne rozvíja od polovice 80. rokov 20. storočia, predpokladá, že elementárne častice a ich interakcie sú dôsledkom rôzne druhy vibrácie najmä malých „strun“.

štandardný model

Štandardný model elementárnych častíc obsahuje 12 príchutí fermiónov, im zodpovedajúce antičastice, ako aj kalibračné bozóny (fotóny, gluóny, W- A Z-bozóny), ktoré nesú interakcie medzi časticami, a Higgsov bozón objavený v roku 2012, ktorý je zodpovedný za prítomnosť zotrvačnej hmoty v časticiach. Štandardný model je však do značnej miery považovaný skôr za dočasnú teóriu než za skutočne fundamentálnu, pretože nezahŕňa gravitáciu a obsahuje niekoľko desiatok voľných parametrov (hmotnosti častíc atď.), ktorých hodnoty nevyplývajú priamo z teórie. Možno existujú elementárne častice, ktoré nie sú popísané štandardný model- napríklad gravitón (častica, ktorá hypoteticky nesie gravitačné sily) alebo supersymetrickí partneri obyčajných častíc. Celkovo model popisuje 61 častíc.

Fermióny

12 príchutí fermiónov je rozdelených do 3 rodín (generácií) po 4 časticiach. Šesť z nich sú kvarky. Ďalších šesť sú leptóny, z ktorých tri sú neutrína a zvyšné tri nesú jednotkový záporný náboj: elektrón, mión a tau leptón.

antičastice

Existuje tiež 12 fermionových antičastíc zodpovedajúcich vyššie uvedeným dvanástim časticiam.

Kvarky

Kvarky a antikvarky sa nikdy nenašli vo voľnom stave – vysvetľuje to jav

719. Zákon zachovania elektrického náboja

720. Telesá s elektrickými nábojmi iné znamenie, …

Priťahujú sa navzájom.

721. Rovnaké kovové guľôčky nabité opačnými nábojmi q 1 = 4q a q 2 = -8q sa dostali do kontaktu a vzdialili sa od seba na rovnakú vzdialenosť. Každá loptička má náboj

q 1 \u003d -2q a q 2 \u003d -2q

723. Kvapka majúca kladný náboj(+2e), stratil jeden elektrón počas osvetlenia. Náboj poklesu sa rovnal

724. Rovnaké kovové guľôčky nabité nábojmi q 1 = 4q, q 2 = - 8q a q 3 = - 2q sa dostali do kontaktu a vzdialili sa od seba na rovnakú vzdialenosť. Každá z loptičiek bude mať náboj

q 1 = - 2q, q 2 = - 2q a q 3 = - 2q

725. Identické kovové guľôčky nabité nábojmi q 1 \u003d 5q a q 2 \u003d 7q boli uvedené do kontaktu a od seba vzdialené na rovnakú vzdialenosť a potom boli privedené do kontaktu druhá a tretia guľa s nábojom q 3 \u003d -2q a vzdialili sa na rovnakú vzdialenosť. Každá z loptičiek bude mať náboj

q1 = 6q, q2 = 2q a q3 = 2q

726. Rovnaké kovové guľôčky nabité nábojmi q 1 = - 5q a q 2 = 7q sa dostali do kontaktu a vzdialili sa od seba na rovnakú vzdialenosť a potom sa dostali do kontaktu a od seba oddialili druhá a tretia guľa s nábojom q 3 = 5q. do rovnakej vzdialenosti. Každá z loptičiek bude mať náboj

q 1 \u003d 1q, q 2 \u003d 3q a q 3 \u003d 3q

727. Sú štyri rovnaké kovové guľôčky s nábojmi q 1 = 5q, q 2 = 7q, q 3 = -3q a q 4 = -1q. Najprv sa dostali do kontaktu nálože q 1 a q 2 (1 sústava náloží) a vzdialili sa od seba na rovnakú vzdialenosť a potom sa dostali do kontaktu nálože q 4 a q 3 (2. sústava náloží). Potom zobrali po jednom náboji zo systému 1 a 2, naštepili ich do kontaktu a od seba oddialili na rovnakú vzdialenosť. Tieto dve loptičky budú mať náboj

728. Sú štyri rovnaké kovové guľôčky s nábojmi q 1 = -1q, q 2 = 5q, q 3 = 3q a q 4 = -7q. Najprv sa dostali do kontaktu nálože q 1 a q 2 (1 sústava náloží) a vzdialili sa od seba na rovnakú vzdialenosť a potom sa dostali do kontaktu nálože q 4 a q 3 (2 sústavy náloží). Potom zobrali jednu nálož zo systému 1 a 2, priviedli ich do kontaktu a oddelili ich na rovnakú vzdialenosť. Tieto dve loptičky budú mať náboj

729. V atóme má kladný náboj

Core.

730. Okolo jadra atómu kyslíka sa pohybuje osem elektrónov. Počet protónov v jadre atómu kyslíka je

731.Nabíjačka elektrón sa rovná

-1,6 ± 19 °C.

732. Elektrický náboj protónu je

1,6 ± 19 °C.

733. Jadro atómu lítia obsahuje 3 protóny. Ak sa okolo jadra točia 3 elektróny, potom

Atóm je elektricky neutrálny.

734. V jadre fluóru je 19 častíc, z toho 9 protónov. Počet neutrónov v jadre a počet elektrónov v neutrálnom atóme fluóru

Neutróny a 9 elektrónov.

735.Ak v niektorom telese počet protónov ďalšie číslo elektróny, potom telo ako celok

kladne nabitý.

736. Kvapka s kladným nábojom +3e stratila pri ožiarení 2 elektróny. Náboj poklesu sa rovnal

810-19 Cl.

737. Záporný náboj v atóme nesie

Shell.

738. Ak sa atóm kyslíka zmenil na kladný ión, potom áno

Stratil elektrón.

739. Má veľkú hmotnosť

Záporný vodíkový ión.

740. V dôsledku trenia sa z povrchu sklenenej tyčinky odstránilo 5 10 10 elektrónov. Elektrický náboj na palici

(e = -1,6 ± 10 -19 °C)

810-9 Cl.

741. V dôsledku trenia dostala ebonitová tyčinka 5 10 10 elektrónov. Elektrický náboj na palici

(e = -1,6 ± 10 -19 °C)

-8 10 -9 Cl.

742. Sila Coulombovej interakcie dvoch bodových elektrických nábojov so zmenšením vzdialenosti medzi nimi 2 krát

Zvýši sa 4-krát.

743. Sila Coulombovej interakcie dvoch bodových elektrických nábojov so 4-násobným zmenšením vzdialenosti medzi nimi

Zvýši sa 16-krát.

744. Dva bodové elektrické náboje na seba pôsobia podľa Coulombovho zákona silou 1N. Ak sa vzdialenosť medzi nimi zväčší dvakrát, potom sa sila Coulombovej interakcie týchto nábojov rovná

745. Dva bodové náboje na seba pôsobia silou 1N. Ak sa hodnota každého z nábojov zvýši 4-krát, potom sa sila Coulombovej interakcie rovná

746. Sila vzájomného pôsobenia dvoch bodových nábojov je 25 N. Ak sa vzdialenosť medzi nimi zníži o faktor 5, potom sa sila vzájomného pôsobenia týchto nábojov rovná

747. Sila Coulombovej interakcie dvoch bodových nábojov so zväčšením vzdialenosti medzi nimi 2 krát

Zníži sa 4-krát.

748. Sila Coulombovej interakcie dvoch bodových elektrických nábojov so 4-násobným zväčšením vzdialenosti medzi nimi

Zníži sa 16-krát.

749.Vzorec Coulombovho zákona

.

750. Ak sa 2 rovnaké kovové guľôčky s nábojmi +q a +q dostanú do kontaktu a posunú sa od seba na rovnakú vzdialenosť, potom modul interakčnej sily

nezmení sa.

751. Ak sa 2 rovnaké kovové guľôčky s nábojmi +q a -q dostanú do kontaktu a posunú sa od seba na rovnakú vzdialenosť, potom sila vzájomného pôsobenia

Stane sa 0.

752. Dve nálože interagujú vo vzduchu. Ak sú umiestnené vo vode (ε = 81), bez zmeny vzdialenosti medzi nimi, potom sila Coulombovej interakcie

Zníži sa 81-krát.

753. Sila vzájomného pôsobenia dvoch nábojov po 10 nC umiestnených vo vzduchu vo vzdialenosti 3 cm od seba sa rovná

()

754. Náboje 1 μC a 10 nC interagujú vo vzduchu silou 9 mN na diaľku

()

755. Dva elektróny vo vzdialenosti 3 10 -8 cm od seba sa odpudzujú ; e \u003d - 1,6 10 -19 C)

2,56 ± 10-9 N.

756

Znížiť 9-krát.

757. Intenzita poľa v bode je 300 N/C. Ak je náboj 1 10 -8 C, potom vzdialenosť k bodu

()

758. Ak sa vzdialenosť od bodového náboja, ktorý vytvára elektrické pole, zväčší 5-krát, potom intenzita elektrického poľa

Zníži sa 25-krát.

759. Sila poľa bodového náboja v určitom bode 4 N/C. Ak sa vzdialenosť od náboja zdvojnásobí, intenzita sa rovná

760. Uveďte vzorec pre silu elektrického poľa vo všeobecnom prípade.

761. Matematický zápis princípu superpozície elektrických polí

762. Uveďte vzorec pre intenzitu bodového elektrického náboja Q

.

763. Modul intenzity elektrického poľa v mieste, kde sa nachádza náboj

1 10 -10 C sa rovná 10 V / m. Sila pôsobiaca na náboj je

110-9 N.

765. Ak je na povrchu kovovej gule s polomerom 0,2 m rozloen nboj 4 10 -8 C, potom hustota nboja

2,5 ± 10-7 C/m2.

766.Vo zvisle smerovanej homogénnej elektrické pole je tu prachová častica s hmotnosťou 1,10 -9 g a nábojom 3,2·10-17 C. Ak je gravitačná sila prachového zrna vyvážená silou elektrického poľa, potom sa intenzita poľa rovná

3105 N/C.

767. V troch vrcholoch štvorca so stranou 0,4 m sú zhodné kladné náboje po 5 10 -9 C. Nájdite napätie vo štvrtom vrchole

() 540 N/CI.

768. Ak sú dva náboje 5 10 -9 a 6 10 -9 C, takže sa odpudzujú silou 12 10 -4 N, potom sú vo vzdialenosti

768

Zvýši sa 8-krát.

Znižuje sa.

770. Súčin náboja elektrónu a potenciálu má rozmer

Energia.

771. Potenciál v bode A elektrického poľa je 100V, potenciál v bode B je 200V. Práca vykonaná silami elektrického poľa pri presune náboja 5 mC z bodu A do bodu B je

-0,5 J.

772. Častica s nábojom +q a hmotnosťou m, ktorá sa nachádza v bodoch elektrického poľa s intenzitou E a potenciálom, má zrýchlenie

773. Elektrón sa pohybuje v rovnomernom elektrickom poli pozdĺž napäťovej čiary z bodu s vyšším potenciálom do bodu s nižším potenciálom. Zároveň jeho rýchlosť

Zvyšovanie.

774. Atóm, ktorý má v jadre jeden protón, stratí jeden elektrón. Toto vytvára

Vodíkový ión.

775. Elektrické pole vo vákuu vytvárajú štyri bodové kladné náboje umiestnené vo vrcholoch štvorca so stranou a. Potenciál v strede námestia je

776. Ak sa vzdialenosť od bodového náboja zníži 3-krát, potom potenciál poľa

Zvýši sa 3-krát.

777

778. Náboj q sa presunul z bodu elektrostatického poľa do bodu s potenciálom. Ktorý z nasledujúcich vzorcov:

1) 2) ; 3) môžete nájsť prácu na presun náboja.

779. V rovnomernom elektrickom poli o sile 2 N / C sa po siločiarach vo vzdialenosti 0,5 m pohybuje náboj 3 C. Práca síl elektrického poľa pri pohybe náboja je

780. Elektrické pole vytvárajú štyri bodové náboje opačných mien umiestnené vo vrcholoch štvorca so stranou a. Rovnomenné náboje sú v opačných vrcholoch. Potenciál v strede námestia je

781. Potenciálny rozdiel medzi bodmi ležiacimi na tom istom poľná čiara vo vzdialenosti 6 cm od seba sa rovná 60 V. Ak je pole rovnomerné, potom sa jeho sila rovná

782. Jednotka potenciálneho rozdielu

1 V \u003d 1 J / 1 C.

783. Nech sa náboj pohybuje v rovnomernom poli s intenzitou E=2 V/m po siločiare 0,2 m Nájdite rozdiel medzi týmito potenciálmi.

U = 0,4 V.

784.Podľa Planckovej hypotézy absolútne čierne telo vyžaruje energiu

V porciách.

785. Energia fotónu je určená vzorcom

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

1, 4, 5, 6.

786. Ak sa energia kvanta zdvojnásobila, potom frekvencia žiarenia

zvýšil 2 krát.

787. Ak na povrch volfrámovej platne dopadajú fotóny s energiou 6 eV, potom maximálna kinetická energia nimi vyrazených elektrónov je 1,5 eV. Minimálna energia fotónu, pri ktorej je možný fotoelektrický efekt volfrámu, je:

788. Výrok je správny:

1. Rýchlosť fotónu je väčšia ako rýchlosť svetla.

2. Rýchlosť fotónu v akejkoľvek látke je menšia ako rýchlosť svetla.

3. Rýchlosť fotónu sa vždy rovná rýchlosti svetla.

4. Rýchlosť fotónu je väčšia alebo rovná rýchlosti svetla.

5. Rýchlosť fotónu v akejkoľvek látke je menšia alebo rovná rýchlosti svetla.

789. Fotóny žiarenia majú veľkú hybnosť

Modrá.

790. Pri znižovaní teploty ohrievaného telesa je maximálna intenzita žiarenia

©2015-2019 stránka
Všetky práva patria ich autorom. Táto stránka si nenárokuje autorstvo, ale poskytuje bezplatné používanie.
Dátum vytvorenia stránky: 2016-02-13

Viete stručne a výstižne odpovedať na otázku: „Čo je to elektrický náboj? Na prvý pohľad sa to môže zdať jednoduché, no v skutočnosti sa to ukáže oveľa ťažšie.

Vieme, čo je elektrický náboj?

Faktom je, že na súčasnej úrovni poznania ešte stále nevieme rozložiť pojem „náboj“ na jednoduchšie zložky. Ide o základný, takpovediac primárny koncept.

Vieme, že ide o určitú vlastnosť elementárnych častíc, poznáme mechanizmus interakcie nábojov, vieme náboj zmerať a využiť jeho vlastnosti.

To všetko je však dôsledkom empiricky získaných údajov. Povaha tohto javu nám stále nie je jasná. Preto nevieme jednoznačne určiť, čo je elektrický náboj.

K tomu je potrebné otvoriť celý rad konceptov. Vysvetlite mechanizmus interakcie nábojov a popíšte ich vlastnosti. Preto je jednoduchšie prísť na to, čo znamená tvrdenie: "daná častica má (nesie) elektrický náboj."

Prítomnosť elektrického náboja na častici

Neskôr sa však zistilo, že počet elementárnych častíc je oveľa väčší a že protón, elektrón a neutrón nie sú nedeliteľné a základné stavebné materiály vesmíru. Sami sa môžu rozložiť na zložky a premeniť sa na iné typy častíc.

Preto názov „elementárna častica“ v súčasnosti zahŕňa pomerne veľkú triedu častíc menších rozmerov ako atómy a jadrá atómov. V tomto prípade môžu mať častice najviac rôzne vlastnosti a kvalitu.

Takáto vlastnosť, ako je elektrický náboj, však existujú iba dva typy, ktoré sa podmienečne nazývajú pozitívne a negatívne. Prítomnosť náboja v častici je jej vlastnosťou odpudzovať alebo byť priťahovaná inou časticou, ktorá tiež nesie náboj. Smer interakcie v tomto prípade závisí od typu nábojov.

Ako náboje odpudzujú, na rozdiel od nábojov priťahujú. Zároveň je sila interakcie medzi nábojmi veľmi veľká v porovnaní s gravitačnými silami, ktoré sú vlastné všetkým telesám bez výnimky vo vesmíre.

Napríklad v jadre vodíka je elektrón nesúci záporný náboj priťahovaný k jadru pozostávajúcemu z protónu a nesúcemu kladný náboj silou 1039-krát väčšou ako sila, ktorou je ten istý elektrón priťahovaný protónom v dôsledku gravitačná interakcia.

Častice môžu alebo nemusia niesť náboj, v závislosti od typu častice. Nie je však možné „odstrániť“ náboj z častice, rovnako ako je nemožná aj existencia náboja mimo častice.

Okrem protónu a neutrónu nesú náboj aj niektoré ďalšie typy elementárnych častíc, ale iba tieto dve častice môžu existovať neobmedzene.

« Fyzika - 10. ročník

Uvažujme najskôr o najjednoduchšom prípade, keď sú elektricky nabité telesá v pokoji.

Časť elektrodynamiky venovaná štúdiu podmienok rovnováhy pre elektricky nabité telesá je tzv elektrostatika.

Čo je elektrický náboj?
Aké sú poplatky?

So slovami elektrina, elektrický náboj, elektriny mnohokrát ste sa stretli a dokázali ste si na nich zvyknúť. Skúste si však odpovedať na otázku: „Čo je to elektrický náboj? Samotný koncept poplatok- to je hlavný, primárny pojem, ktorý na súčasnej úrovni rozvoja nášho poznania nemožno redukovať na žiadne jednoduchšie, elementárne pojmy.

Pokúsme sa najprv objasniť, čo znamená toto vyhlásenie: Dané telo alebo častica má elektrický náboj.

Všetky telesá sú postavené z najmenších častíc, ktoré sú nedeliteľné na jednoduchšie a preto sa nazývajú elementárne.

Elementárne častice majú hmotnosť a vďaka tomu sa k sebe priťahujú podľa zákona univerzálnej gravitácie. Keď sa vzdialenosť medzi časticami zväčšuje, gravitačná sila sa zmenšuje nepriamo úmerne druhej mocnine tejto vzdialenosti. Väčšina elementárnych častíc, aj keď nie všetky, má tiež schopnosť vzájomnej interakcie silou, ktorá tiež klesá nepriamo úmerne so štvorcom vzdialenosti, ale táto sila je mnohonásobne väčšia ako sila gravitácie.

Takže v atóme vodíka, schematicky znázornenom na obrázku 14.1, je elektrón priťahovaný k jadru (protónu) silou 10 39-krát väčšou ako sila gravitačnej príťažlivosti.

Ak častice na seba vzájomne pôsobia silami, ktoré sa s rastúcou vzdialenosťou zmenšujú rovnako ako sily univerzálnej gravitácie, ale mnohonásobne prevyšujú gravitačné sily, potom sa hovorí, že tieto častice majú elektrický náboj. Samotné častice sa nazývajú spoplatnené.

Existujú častice bez elektrického náboja, ale bez častice nie je elektrický náboj.

Interakcia nabitých častíc je tzv elektromagnetické.

Elektrický náboj určuje intenzitu elektromagnetických interakcií, rovnako ako hmotnosť určuje intenzitu gravitačných interakcií.

Elektrický náboj elementárnej častice nie je špeciálnym mechanizmom v častici, ktorý by sa z nej dal odstrániť, rozložiť na jednotlivé časti a znovu poskladať. Prítomnosť elektrického náboja v elektróne a iných časticiach znamená len existenciu určitých silových interakcií medzi nimi.

V podstate nevieme nič o náboji, ak nepoznáme zákony týchto interakcií. Znalosť zákonov interakcií by mala byť zahrnutá do nášho chápania náboja. Tieto zákony nie sú jednoduché a nie je možné ich opísať niekoľkými slovami. Preto nie je možné poskytnúť dostatočne uspokojivé krátka definícia pojem nabíjačka.

Dva znaky elektrických nábojov.

Všetky telesá majú hmotnosť a preto sa navzájom priťahujú. Nabité telá sa môžu navzájom priťahovať a odpudzovať. Toto najdôležitejší fakt, ktorý je vám známy, znamená, že v prírode existujú častice s elektrickými nábojmi opačných znakov; V prípade nábojov rovnakého znamienka sa častice odpudzujú a v prípade rôznych znamienok sa priťahujú.

Náboj elementárnych častíc - protóny, ktoré sú súčasťou všetkých atómových jadier, sa nazýva kladný a náboj elektróny- negatívny. Medzi kladnými a zápornými nábojmi nie sú žiadne vnútorné rozdiely. Ak by sa znaky nábojov častíc obrátili, povaha elektromagnetických interakcií by sa vôbec nezmenila.

elementárny náboj.

Okrem elektrónov a protónov existuje niekoľko ďalších typov nabitých elementárnych častíc. Ale iba elektróny a protóny môžu existovať neobmedzene vo voľnom stave. Zvyšok nabitých častíc žije menej ako milióntiny sekundy. Rodia sa pri zrážkach rýchlych elementárnych častíc a keďže existovali zanedbateľnú dobu, rozpadajú sa a menia sa na iné častice. S týmito časticami sa zoznámite v 11. ročníku.

Medzi častice, ktoré nemajú elektrický náboj neutrón. Jeho hmotnosť len o málo prevyšuje hmotnosť protónu. Neutróny sú spolu s protónmi súčasťou atómového jadra. Ak má elementárna častica náboj, potom je jej hodnota presne definovaná.

nabité telá Elektromagnetické sily v prírode zohrávajú obrovskú úlohu v dôsledku skutočnosti, že zloženie všetkých telies zahŕňa elektricky nabité častice. Jednotlivé časti atómov - jadrá a elektróny - majú elektrický náboj.

Priame pôsobenie elektromagnetických síl medzi telesami nie je detekované, keďže telesá v normálnom stave sú elektricky neutrálne.

Atóm akejkoľvek látky je neutrálny, pretože počet elektrónov v ňom sa rovná počtu protónov v jadre. Kladne a záporne nabité častice sú navzájom spojené elektrickými silami a tvoria neutrálne systémy.

Makroskopické teleso je elektricky nabité, ak obsahuje nadbytok elementárnych častíc s jedným znamienkom náboja. Záporný náboj tela je teda spôsobený nadbytkom počtu elektrónov v porovnaní s počtom protónov a kladný náboj je spôsobený nedostatkom elektrónov.

Na získanie elektricky nabitého makroskopického telesa, t.

To sa dá dosiahnuť trením. Ak prejdete hrebeňom cez suché vlasy, potom malá časť najpohyblivejších nabitých častíc - elektrónov prejde z vlasov do hrebeňa a nabije ho negatívne a vlasy sa nabijú pozitívne.

Rovnosť nábojov pri elektrizácii

Pomocou skúseností sa dá dokázať, že obe telesá pri zelektrovaní trením nadobudnú náboje opačného znamienka, ale zhodné s veľkosťou.

Zoberme si elektrometer, na ktorého tyči je pripevnená kovová guľa s otvorom, a dve dosky na dlhých rukovätiach: jedna z ebonitu a druhá z plexiskla. Pri vzájomnom trení platne elektrizujú.

Prenesme jednu z platní dovnútra gule bez toho, aby sme sa dotkli jej stien. Ak je platňa kladne nabitá, časť elektrónov z ihly a tyče elektromera sa pritiahne k platni a budú sa zhromažďovať na vnútorný povrch gule. V tomto prípade bude šípka kladne nabitá a odrazená od tyče elektromera (obr. 14.2, a).

Ak sa do gule vloží ďalšia platňa, ktorá predtým odstránila prvú, potom sa elektróny gule a tyče odpudzujú od platne a hromadia sa v prebytku na šípke. To spôsobí odklon šípky od tyče, navyše o rovnaký uhol ako v prvom pokuse.

Po spustení oboch platničiek dovnútra gule nenájdeme vôbec žiadne vychýlenie šípky (obr. 14.2, b). To dokazuje, že náboje dosiek majú rovnakú veľkosť a opačné znamienka.

Elektrifikácia tiel a jej prejavy. Pri trení syntetických tkanín dochádza k výraznej elektrifikácii. Vyzlieka si košeľu syntetický materiál v suchom vzduchu je počuť charakteristické praskanie. Medzi nabitými oblasťami trecích plôch preskakujú malé iskry.

V tlačiarňach sa papier počas tlače elektrizuje a listy sa zlepujú. Aby sa tomu zabránilo, používajú sa špeciálne zariadenia na vybitie náboja. Elektrifikácia tiel v tesnom kontakte sa však niekedy využíva napríklad v rôznych elektrokopírovacích strojoch atď.

Zákon zachovania elektrického náboja.

Skúsenosti s elektrifikáciou dosiek dokazujú, že pri elektrizácii trením sa existujúce náboje prerozdeľujú medzi telesá, ktoré boli predtým neutrálne. Malá časť elektrónov prechádza z jedného tela do druhého. V tomto prípade sa nové častice neobjavia a predtým existujúce nezmiznú.

Pri elektrizovaní telies, zákon zachovania elektrického náboja. Tento zákon platí pre systém, ktorý nevstupuje zvonku a z ktorého nabité častice nevychádzajú, t.j. izolovaný systém.

V izolovanom systéme algebraický súčet náboje všetkých tiel sú zachované.

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

kde q 1, q 2 atď. sú náboje jednotlivých nabitých telies.

Zákon zachovania náboja má hlboký význam. Ak sa počet nabitých elementárnych častíc nemení, potom je zákon zachovania náboja zrejmý. Ale elementárne častice sa môžu navzájom premieňať, rodiť a miznúť, čím dávajú život novým časticiam.

Vo všetkých prípadoch však nabité častice vznikajú iba v pároch s nábojmi rovnakého modulu a opačného znamienka; nabité častice tiež miznú len v pároch a menia sa na neutrálne. A vo všetkých týchto prípadoch zostáva algebraický súčet poplatkov rovnaký.

Platnosť zákona zachovania náboja potvrdzujú pozorovania obrovského množstva premien elementárnych častíc. Tento zákon vyjadruje jednu z najzákladnejších vlastností elektrického náboja. Dôvod zachovania náboja stále nie je známy.

Ďalší prienik do hlbín mikrosveta je spojený s prechodom z úrovne atómov na úroveň elementárnych častíc. Ako prvá elementárna častica na konci XIX storočia. bol objavený elektrón a potom v prvých desaťročiach 20. stor. fotón, protón, pozitrón a neutrón.

Po druhej svetovej vojne sa vďaka využívaniu modernej experimentálnej techniky a predovšetkým výkonných urýchľovačov, v ktorých sa vytvárajú podmienky vysokých energií a obrovských rýchlostí, presadila existencia veľkého počtu elementárnych častíc - vyše 300. Medzi sú experimentálne objavené a teoreticky vypočítané, vrátane rezonancií, kvarkov a virtuálnych častíc.

Termín elementárna častica pôvodne znamenalo najjednoduchšie, ďalej nerozložiteľné častice, ktoré sú základom akýchkoľvek hmotných útvarov. Neskôr si fyzici uvedomili celú konvenčnosť pojmu „elementárny“ vo vzťahu k mikroobjektom. Teraz už niet pochýb o tom, že častice majú tú či onú štruktúru, no napriek tomu historicky ustálený názov naďalej existuje.

Hlavnými charakteristikami elementárnych častíc sú hmotnosť, náboj, priemerná životnosť, spin a kvantové čísla.

oddychová omša elementárne častice sú určené vo vzťahu k pokojovej hmotnosti elektrónu. Existujú elementárne častice, ktoré nemajú pokojovú hmotnosť, - fotóny. Zvyšok častíc na tomto základe je rozdelený na leptóny– ľahké častice (elektrón a neutríno); mezóny– stredné častice s hmotnosťou od jedného do tisíc elektrónových hmotností; baryóny- ťažké častice, ktorých hmotnosť presahuje tisíc hmotností elektrónu a ktoré zahŕňajú protóny, neutróny, hyperóny a mnohé rezonancie.

Nabíjačka je ďalšou dôležitou charakteristikou elementárnych častíc. Všetky známe častice majú kladný, záporný alebo nulový náboj. Každá častica, okrem fotónu a dvoch mezónov, zodpovedá antičasticiam s opačným nábojom. Približne v rokoch 1963-1964. predpokladal, že existuje kvarky– častice s nepatrným elektrickým nábojom. Táto hypotéza zatiaľ nebola experimentálne potvrdená.

Podľa doby života častice sa delia na stabilný A nestabilné . Existuje päť stabilných častíc: fotón, dva typy neutrín, elektrón a protón. Práve stabilné častice hrajú najdôležitejšiu úlohu v štruktúre makrotelies. Všetky ostatné častice sú nestabilné, existujú asi 10 -10 -10 -24 s, potom sa rozpadajú. Nazývajú sa elementárne častice s priemernou dobou života 10–23–10–22 s rezonancie. Pre svoju krátku životnosť sa rozpadajú skôr, ako vôbec opustia atóm resp atómové jadro. Rezonančné stavy sú vypočítané teoreticky, nie je možné ich opraviť v reálnych experimentoch.

Okrem náboja, hmotnosti a životnosti sú elementárne častice opísané aj pojmami, ktoré nemajú v klasickej fyzike obdobu: pojem späť . Spin je vnútorný moment hybnosti častice, ktorý nesúvisí s jej posunutím. Spin je charakteristický spinové kvantové číslo s, ktorý môže nadobúdať celočíselné (±1) alebo polovičné (±1/2) hodnoty. Častice s celočíselným spinom bozóny, s polovičným celým číslom - fermióny. Elektrón patrí medzi fermióny. Podľa Pauliho princípu nemôže mať atóm viac ako jeden elektrón s rovnakou sadou kvantových čísel. n,m,l,s. Elektróny, ktoré zodpovedajú vlnovým funkciám s rovnakým číslom n, sú energeticky veľmi blízke a tvoria elektrónový obal v atóme. Rozdiely v počte l určujú „podškrupinu“, zvyšné kvantové čísla určujú jej naplnenie, ako je uvedené vyššie.

Pri charakterizácii elementárnych častíc existuje ešte jedna dôležitá myšlienka interakcie. Ako už bolo uvedené, sú známe štyri typy interakcií medzi elementárnymi časticami: gravitačné,slabý,elektromagnetické A silný(jadrový).

Všetky častice, ktoré majú pokojovú hmotnosť ( m 0), podieľajú sa na gravitačnej interakcii, nabitej - a elektromagnetickej. Leptóny sa tiež podieľajú na slabých interakciách. Hadróny sa zúčastňujú všetkých štyroch základných interakcií.

Podľa kvantovej teórie poľa sa všetky interakcie uskutočňujú prostredníctvom výmeny virtuálne častice , teda častice, ktorých existenciu možno posudzovať len nepriamo, niektorými ich prejavmi cez nejaké sekundárne efekty ( skutočné častice možno priamo upevniť pomocou nástrojov).

Ukazuje sa, že všetky známe štyri typy interakcií – gravitačná, elektromagnetická, silná a slabá – majú meraciu povahu a sú opísané meracími symetriami. To znamená, že všetky interakcie sú akoby vyrobené „z jedného prázdneho miesta“. To vzbudzuje nádej, že bude možné nájsť „jediný kľúč ku všetkým známym zámkom“ a opísať vývoj vesmíru zo stavu reprezentovaného jediným supersymetrickým superpoľom, zo stavu, v ktorom sú rozdiely medzi typmi interakcií, medzi všetky druhy častíc hmoty a kvantá poľa sa ešte neprejavili.

Existuje obrovské množstvo spôsobov klasifikácie elementárnych častíc. Takže napríklad častice sa delia na fermióny (Fermiho častice) - častice hmoty a bozóny (Bose častice) - poľné kvantá.

Podľa iného prístupu sa častice delia do 4 tried: fotóny, leptóny, mezóny, baryóny.

Fotóny (kvantá elektromagnetického poľa) sa zúčastňujú elektromagnetických interakcií, ale nemajú silné, slabé, gravitačné interakcie.

Leptóny dostal svoje meno z gréckeho slova leptos- ľahké. Patria sem častice, ktoré nemajú silnú interakciu mióny (μ - , μ +), elektróny (e - , e +), elektrónové neutrína (ve - , ve +) a miónové neutrína (v - m, v + m). Všetky leptóny majú spin ½ a sú to teda fermióny. Všetky leptóny majú slabú interakciu. Tie, ktoré majú elektrický náboj (teda mióny a elektróny), majú aj elektromagnetickú interakciu.

Mesons sú silne interagujúce nestabilné častice, ktoré nenesú takzvaný baryónový náboj. Medzi ne patrí R-mezóny alebo pióny (π +, π -, π 0), TO-mezóny alebo kaóny (K +, K -, K 0) a toto-mezóny (η) . Hmotnosť TO-mezóny je ~970 me (494 MeV pre nabité a 498 MeV pre neutrálne TO-mezóny). Život TO-mezóny má veľkosť asi 10–8 s. Rozpadajú sa do formy ja-mezóny a leptóny alebo len leptóny. Hmotnosť toto-mezóny sa rovná 549 MeV (1074me), životnosť je asi 10–19 s. Toto-mezóny sa rozpadajú za vzniku π-mezónov a γ-fotónov. Na rozdiel od leptónov majú mezóny nielen slabú (a ak sú nabité, elektromagnetickú), ale aj silnú interakciu, ktorá sa prejavuje ich vzájomnou interakciou, ako aj interakciou medzi mezónmi a baryónmi. Spin všetkých mezónov je nulový, ide teda o bozóny.

Trieda baryóny kombinuje nukleóny (p, n) a nestabilné častice s hmotnosťou väčšou ako hmotnosť nukleónov, nazývané hyperóny. Všetky baryóny majú silnú interakciu, a preto aktívne interagujú s atómovými jadrami. Rotácia všetkých baryónov je ½, takže baryóny sú fermióny. S výnimkou protónu sú všetky baryóny nestabilné. Pri rozpade baryónov spolu s inými časticami nevyhnutne vzniká baryón. Tento vzor je jedným z prejavov zákon zachovania baryónového náboja.

Okrem častíc uvedených vyššie bolo objavené veľké množstvo silne interagujúcich častíc s krátkou životnosťou, tzv. rezonancie . Tieto častice sú rezonančné stavy tvorené dvoma alebo viacerými elementárnymi časticami. Životnosť rezonancií je len ~ 10–23–10–22 s.

Elementárne častice, ako aj zložité mikročastice, možno pozorovať vďaka stopám, ktoré zanechávajú pri prechode hmotou. Charakter stôp umožňuje posúdiť znamenie náboja častice, jej energiu, hybnosť atď. Nabité častice spôsobujú na svojej ceste ionizáciu molekúl. Neutrálne častice nezanechávajú stopy, ale môžu sa odhaliť v momente rozpadu na nabité častice alebo v momente zrážky s akýmkoľvek jadrom. Preto sú prípadne neutrálne častice tiež detekované ionizáciou spôsobenou nimi generovanými nabitými časticami.

Častice a antičastice. V roku 1928 sa anglickému fyzikovi P. Diracovi podarilo nájsť relativistickú kvantovo-mechanickú rovnicu pre elektrón, z ktorej vyplýva rad pozoruhodných dôsledkov. V prvom rade z tejto rovnice, prirodzeným spôsobom, bez akýchkoľvek dodatočných predpokladov, spin a číselná hodnota vlastný magnetický moment elektrónu. Ukázalo sa teda, že spin je kvantita kvantová aj relativistická. To však nevyčerpáva význam Diracovej rovnice. Umožnil tiež predpovedať existenciu antičastice elektrónu - pozitrón. Z Diracovej rovnice sa získajú nielen kladné, ale aj záporné hodnoty celkovej energie voľného elektrónu. Štúdie rovnice ukazujú, že pre danú hybnosť častice existujú riešenia rovnice zodpovedajúce energiám: .

Medzi najväčšou negatívnou energiou (- m e s 2) a najmenšia pozitívna energia (+ m e c 2) existuje interval energetických hodnôt, ktorý nie je možné realizovať. Šírka tohto intervalu je 2 m e s 2. V dôsledku toho sa získajú dve oblasti vlastných hodnôt energie: jedna začína + m e s 2 a siaha po +∞, druhý začína od - m e s 2 a siaha až po –∞.

Častica s negatívnou energiou musí mať veľmi zvláštne vlastnosti. Pri prechode do stavov so stále nižšou energiou (t. j. so zápornou energiou narastajúcou v absolútnej hodnote) by mohla uvoľňovať energiu povedzme vo forme žiarenia, keďže | E| nie je ničím obmedzený, častica s negatívnou energiou by mohla vyžarovať nekonečne veľké množstvo energie. K podobnému záveru možno dospieť nasledujúcim spôsobom: zo vzťahu E=m e s 2 vyplýva, že hmotnosť častice so zápornou energiou bude tiež záporná. Pri pôsobení spomaľujúcej sily by sa častica so zápornou hmotnosťou nemala spomaliť, ale zrýchliť, pričom by na zdroji spomaľujúcej sily vykonala nekonečne veľa práce. Vzhľadom na tieto ťažkosti by sa zdalo, že by sme mali pripustiť, že stav s negatívnou energiou by mal byť vylúčený z úvahy, že vedie k absurdným výsledkom. To by však odporovalo niektorým všeobecným princípom kvantovej mechaniky. Dirac sa teda vybral inou cestou. Navrhol, že prechody elektrónov do stavov s negatívnou energiou sa zvyčajne nepozorujú z toho dôvodu, že všetky dostupné úrovne s negatívnou energiou sú už obsadené elektrónmi.

Podľa Diraca je vákuum stav, v ktorom sú všetky úrovne negatívnej energie obsadené elektrónmi a úrovne s pozitívnou energiou sú voľné. Keďže všetky úrovne pod zakázaným pásmom sú bez výnimky obsadené, elektróny na týchto úrovniach sa nijako neprezrádzajú. Ak jeden z elektrónov umiestnených na záporných úrovniach dostane energiu E≥ 2m e s 2, potom tento elektrón prejde do stavu s pozitívnou energiou a bude sa správať obvyklým spôsobom ako častica s kladnou hmotnosťou a záporným nábojom. Táto prvá teoreticky predpovedaná častica sa nazývala pozitrón. Keď sa pozitrón stretne s elektrónom, anihilujú (zmiznú) - elektrón prechádza z pozitívnej úrovne na prázdnu negatívnu. Energia zodpovedajúca rozdielu medzi týmito hladinami sa uvoľňuje vo forme žiarenia. Na obr. 4, šípka 1 znázorňuje proces tvorby elektrón-pozitrónového páru a šípka 2 - ich anihilácia Termín „anihilácia“ by sa nemal brať doslovne. V podstate nejde o zmiznutie, ale o premenu niektorých častíc (elektrónu a pozitrónu) na iné (γ-fotóny).

Existujú častice, ktoré sú totožné so svojimi antičasticami (teda nemajú antičastice). Takéto častice sa nazývajú absolútne neutrálne. Patria sem fotón, π0-mezón a η-mezón. Častice, ktoré sú identické s ich antičasticami, nie sú schopné anihilácie. To však neznamená, že sa vôbec nemôžu transformovať na iné častice.

Ak je baryónom (t. j. nukleónom a hyperónom) priradený baryónový náboj (alebo baryónové číslo) IN= +1, antibaryóny – baryónový náboj IN= –1 a pre všetky ostatné častice – baryónový náboj IN= 0, potom pre všetky procesy prebiehajúce za účasti baryónov a antibaryónov bude charakteristické zachovanie nábojových baryónov, tak ako je pre procesy charakteristické zachovanie elektrického náboja. Zákon zachovania baryónového náboja určuje stabilitu najmäkšieho baryónu, protónu. Transformácia všetkých veličín opisujúcich fyzikálny systém, v ktorom sú všetky častice nahradené antičasticami (napríklad elektróny protónmi a protóny elektrónmi atď.), sa nazýva konjugačný náboj.

Zvláštne častice.TO-mezóny a hyperóny boli objavené v zložení kozmického žiarenia začiatkom 50. rokov 20. storočia. Od roku 1953 sa vyrábajú na urýchľovačoch. Správanie týchto častíc sa ukázalo byť také nezvyčajné, že boli nazvané zvláštne. Nezvyčajným správaním podivných častíc bolo, že sa zjavne narodili v dôsledku silných interakcií s charakteristickým časom rádovo 10–23 s a ich životnosť sa ukázala byť rádovo 10–8–10–10 s. Posledná okolnosť naznačovala, že častice sa rozpadajú v dôsledku slabých interakcií. Bolo úplne nepochopiteľné, prečo podivné častice žijú tak dlho. Keďže rovnaké častice (π-mezóny a protóny) sa podieľajú na tvorbe aj rozpade λ-hyperónu, zdalo sa prekvapujúce, že rýchlosť (teda pravdepodobnosť) oboch procesov je taká odlišná. Ďalší výskum ukázal, že podivné častice vznikajú v pároch. To viedlo k myšlienke, že silné interakcie nemôžu hrať úlohu pri rozpade častíc vzhľadom na skutočnosť, že na ich prejav je nevyhnutná prítomnosť dvoch podivných častíc. Z rovnakého dôvodu je nemožná jediná produkcia zvláštnych častíc.

Na vysvetlenie zákazu jednorazovej produkcie podivných častíc zaviedli M. Gell-Mann a K. Nishijima nové kvantové číslo, ktorého celková hodnota by sa podľa ich predpokladu mala pri silných interakciách zachovať. Je to kvantové číslo S bol pomenovaný podivnosť častíc. Pri slabých interakciách nemusí byť zvláštnosť zachovaná. Preto sa pripisuje len silne interagujúcim časticiam – mezónom a baryónom.

Neutrino. Neutríno je jediná častica, ktorá sa nezúčastňuje ani silných, ani elektromagnetických interakcií. Ak vylúčime gravitačnú interakciu, na ktorej sa zúčastňujú všetky častice, neutríno sa môže zúčastniť len slabých interakcií.

Dlho nebolo jasné, ako sa neutrína líšia od antineutrín. Objav zákona zachovania kombinovanej parity umožnil odpovedať na túto otázku: líšia sa helicitou. Pod helicity rozumie sa určitý vzťah medzi smermi hybnosti R a späť Sčastice. Helicita sa považuje za pozitívnu, ak sú rotácia a hybnosť v rovnakom smere. V tomto prípade smer pohybu častíc ( R) a smer „rotácie“ zodpovedajúci rotácii tvoria pravú skrutku. Pri opačne orientovanom otáčaní a hybnosti bude helicita záporná (translačný pohyb a „rotácia“ tvoria ľavú skrutku). Podľa teórie pozdĺžnych neutrín, ktorú vyvinuli Yang, Lee, Landau a Salam, všetky neutrína, ktoré existujú v prírode, bez ohľadu na spôsob ich vzniku, sú vždy úplne pozdĺžne polarizované (to znamená, že ich rotácia smeruje rovnobežne alebo antiparalelne s momentom hybnosti). R). Neutrino má negatívne(vľavo) helicita (zodpovedá pomeru smerov S A R znázornené na obr. 5 (b), antineutríno - pozitívna (pravá) helicita (a). Helicita je teda to, čo odlišuje neutrína od antineutrín.

Ryža. 5. Schéma helicity elementárnych častíc

Systematika elementárnych častíc. Vzory pozorované vo svete elementárnych častíc možno formulovať ako zákony zachovania. Takýchto zákonov je už pomerne dosť. Niektoré z nich nie sú presné, ale len približné. Každý zákon zachovania vyjadruje určitú symetriu systému. Zákony zachovania hybnosti R, moment hybnosti L a energie E odrážať vlastnosti symetrie priestoru a času: zachovanie E je dôsledkom homogenity času, zachovania R kvôli homogenite priestoru a zachovaniu L- jeho izotropia. Zákon zachovania parity súvisí so symetriou medzi pravou a ľavou stranou ( R-invariantnosť). Symetria pri konjugácii náboja (symetria častíc a antičastíc) vedie k zachovaniu parity náboja ( S-invariantnosť). Zákony zachovania elektrického, baryónového a leptónového náboja vyjadrujú zvláštnu symetriu S-funkcie. Nakoniec zákon zachovania izotopového spinu odráža izotopiu izotopového priestoru. Nedodržanie jedného zo zákonov ochrany znamená porušenie tejto interakcie zodpovedajúceho typu symetrie.

Vo svete elementárnych častíc platí nasledovné pravidlo: je dovolené všetko, čo nie je zakázané zákonom o ochrane prírody. Tie zohrávajú úlohu zákazových pravidiel regulujúcich vzájomné premeny častíc. Najprv si všimneme zákony zachovania energie, hybnosti a elektrického náboja. Tieto tri zákony vysvetľujú stabilitu elektrónu. Zo zachovania energie a hybnosti vyplýva, že celková pokojová hmotnosť produktov rozpadu musí byť menšia ako pokojová hmotnosť rozpadajúcej sa častice. To znamená, že elektrón sa mohol rozpadnúť iba na neutrína a fotóny. Ale tieto častice sú elektricky neutrálne. Ukazuje sa teda, že elektrón jednoducho nemá komu odovzdať svoj elektrický náboj, takže je stabilný.

Kvarky. Existuje toľko častíc nazývaných elementárne, že existujú vážne pochybnosti o ich elementárnej povahe. Každá zo silne interagujúcich častíc je charakterizovaná tromi nezávislými aditívnymi kvantovými číslami: nábojom Q, hypernáboj O a baryónový náboj IN. V tejto súvislosti sa objavila hypotéza, že všetky častice sú postavené z troch základných častíc - nosičov týchto nábojov. V roku 1964 Gell-Mann a nezávisle od neho švajčiarsky fyzik Zweig predložili hypotézu, podľa ktorej sú všetky elementárne častice postavené z troch častíc nazývaných kvarky. Týmto časticiam sú priradené zlomkové kvantové čísla, najmä elektrický náboj rovný +⅔; –⅓; +⅓ pre každý z troch kvarkov. Tieto kvarky sa zvyčajne označujú písmenami U,D,S. Okrem kvarkov sa považujú aj antikvarky ( u,d,s). K dnešnému dňu je známych 12 kvarkov – 6 kvarkov a 6 antikvarkov. Mezóny sú tvorené z páru kvark-antikvark a baryóny sú tvorené z troch kvarkov. Takže napríklad protón a neutrón sa skladajú z troch kvarkov, vďaka čomu je protón alebo neutrón bezfarebný. Podľa toho sa rozlišujú tri náboje silných interakcií - červená ( R), žltá ( Y) a zelená ( G).

Každému kvarku je priradený rovnaký magnetický moment (µV), ktorého hodnota nie je stanovená z teórie. Výpočty urobené na základe tohto predpokladu dávajú protónu hodnotu magnetického momentu μ p = μ q a pre neutrón μ n = – ⅔μ štvorcových

Pre pomer magnetických momentov je teda hodnota μ p / μn = –⅔, vo vynikajúcej zhode s experimentálnou hodnotou.

V podstate farba kvarku (ako znamienko elektrického náboja) začala vyjadrovať rozdiel vo vlastnosti, ktorá určuje vzájomnú príťažlivosť a odpudivosť kvarkov. Analogicky s kvantami polí rôznych interakcií (fotóny v elektromagnetických interakciách, R-mezóny v silných interakciách a pod.), boli zavedené častice-nosiče interakcie medzi kvarkami. Tieto častice boli pomenované gluóny. Prenášajú farbu z jedného kvarku do druhého, čo vedie k tomu, že kvarky držia pohromade. V kvarkovej fyzike bola formulovaná hypotéza o obmedzení (z angl. obmedzenia- zajatie) kvarkov, podľa ktorého nie je možné odčítať kvark od celku. Môže existovať len ako prvok celku. Existencia kvarkov ako skutočných častíc vo fyzike je spoľahlivo podložená.

Myšlienka kvarkov sa ukázala ako veľmi plodná. Umožnil nielen systematizovať už známe častice, ale aj predpovedať množstvo nových. Situácia, ktorá sa vyvinula vo fyzike elementárnych častíc, pripomína situáciu, ktorá vznikla v atómovej fyzike po objavení periodického zákona v roku 1869 D. I. Mendelevom. Hoci podstata tohto zákona bola objasnená až asi 60 rokov po vytvorení kvantovej mechaniky, umožnila systematizovať dovtedy známe chemické prvky a navyše viedla k predpovedi existencie nových prvkov a ich vlastností. . Presne rovnakým spôsobom sa fyzici naučili systematizovať elementárne častice a vyvinutá systematika v niekoľkých prípadoch umožnila predpovedať existenciu nových častíc a predvídať ich vlastnosti.

Takže v súčasnosti možno kvarky a leptóny považovať za skutočne elementárne; je ich 12, alebo spolu s antičasticami - 24. Okrem toho existujú častice, ktoré zabezpečujú štyri zásadné interakcie (interakčné kvantá). Existuje 13 týchto častíc: gravitón, fotón, W± - a Z-častice a 8 gluónov.

Existujúce teórie elementárnych častíc nedokážu naznačiť, čo je začiatok série: atómy, jadrá, hadróny, kvarky V tejto sérii každá zložitejšia materiálová štruktúra obsahuje jednoduchšiu ako základná časť. Takto to zrejme nemôže pokračovať donekonečna. Predpokladalo sa, že opísaný reťazec materiálových štruktúr je založený na objektoch zásadne odlišného charakteru. Ukazuje sa, že takéto objekty môžu byť nie bodové, ale rozšírené, aj keď extrémne malé (~10 -33 cm) útvary, tzv. superstruny. Opísaná myšlienka nie je v našom štvorrozmernom priestore realizovateľná. Táto oblasť fyziky je vo všeobecnosti extrémne abstraktná a je veľmi ťažké nájsť vizuálne modely, ktoré pomáhajú zjednodušenému vnímaniu myšlienok zakotvených v teóriách elementárnych častíc. Napriek tomu tieto teórie umožňujú fyzikom vyjadriť vzájomnú premenu a vzájomnú závislosť „najzákladnejších“ mikroobjektov, ich spojenie s vlastnosťami štvorrozmerného časopriestoru. Najperspektívnejšia je tzv M-teória (M - od tajomstvo- hádanka, záhada). Ona operuje dvanásťrozmerný priestor . V konečnom dôsledku sa počas prechodu do nami priamo vnímaného štvordimenzionálneho sveta všetky „extra“ dimenzie „zrútia“. M-teória je zatiaľ jedinou teóriou, ktorá umožňuje zredukovať štyri fundamentálne interakcie na jednu – tzv. Superschopnosť. Je tiež dôležité, že M-teória umožňuje existenciu rôznych svetov a stanovuje podmienky, ktoré zabezpečujú vznik nášho sveta. M-teória ešte nie je dostatočne rozvinutá. Verí sa, že finále "teória všetkého" na základe M-teórie bude postavená v XXI storočí.