Субатомная частица
Субатомная частица — частица, намного меньшая, чем атом. Рассматриваются два типа субатомных частиц: фундаментальные частицы, которые, согласно современным теориям, не состоят из других частиц; и составные частицы. Физика частиц и ядерная физика изучают эти частицы и как они взаимодействуют. Идея частицы подверглась серьёзному переосмыслению, когда эксперименты показали, что свет может вести себя как поток частиц (называемых фотонами), а также проявлять свойства волны. Это привело к появлению концепции корпускулярно-волнового дуализма, отражающей, что «частицы» в квантовом масштабе ведут себя как частицы и волны. Другая концепция, принцип неопределённости, утверждает, что некоторые их свойства, такие, как их одновременное положение и импульс, будучи взятыми вместе, не могут быть точно измерены. Позднее было показано, что дуальность волны и частицы применимы не только к фотонам, но и к более массивным частицам.
Взаимодействия частиц в рамках квантовой теории поля понимаются как создание и уничтожение квантов соответствующих фундаментальных взаимодействий. Это объединяет физику элементарных частиц с теорией поля.
Классификация
По составу
Субатомные частицы являются либо «элементарными», то есть не состоят из множества других частиц, либо «составными» и состоят из более чем одной элементарной частицы, связанной вместе.
Элементарными частицами Стандартной Модели являются:
- шесть «ароматов» кварков: верхний, нижний, странный, очарованный, красивый и истинный;
- шесть типов лептонов: электрон, электронное нейтрино, мюон, мюонное нейтрино, тау-лептон, тау-нейтрино;
- двенадцать калибровочных бозонов (переносчики взаимодействий): фотон электромагнетизма, три W и Z-бозона слабого взаимодействия и восемь глюонов сильного взаимодействия;
- бозон Хиггса.
Все они были обнаружены экспериментами, последними были истинный кварк (1995), тау-нейтрино (2000) и бозон Хиггса (2012).
Различные расширения Стандартной модели предсказывают существование элементарной частицы гравитона и многих других элементарных частиц, но по состоянию на 2019 год они не были обнаружены.
Адроны
Почти все составные частицы содержат несколько кварков (антикварков), связанных вместе глюонами (за редким исключением, таким как позитроний и мюоний). Те, которые содержат мало (≤ 5) [анти]кварков, называются адронами. Из-за свойства, известного как удержание цвета, кварки никогда не обнаруживаются по отдельности, но всегда встречаются в адронах, содержащих несколько кварков. Адроны делятся по количеству кварков (включая антикварки) на барионы, содержащие нечётное число кварков (почти всегда 3), наиболее известные из которых это протон и нейтрон; и мезоны, содержащие чётное число кварков (почти всегда 2, один кварк и один антикварк), наиболее известными из которых являются пи-мезоны и к-мезоны.
За исключением протона и нейтрона, все другие адроны нестабильны и распадаются на другие частицы в течение микросекунд или меньше. Протон состоит из двух верхних кварков и одного нижнего кварка, а нейтрон состоит из двух нижних кварков и одного верхнего кварка. Они обычно связываются вместе в атомное ядро, например, ядро гелия-4 состоит из двух протонов и двух нейтронов. Большинство адронов не живут достаточно долго, чтобы образовать ядрообразные композитами; те, что могут (кроме протона и нейтрона) образуют гиперядра.
По статистике
Любая субатомная частица, как любая частица в трёхмерном пространстве, которая подчиняется законам квантовой механики, может быть либо бозоном (с целочисленным спином), либо фермионом (с нечётным полуцелым спином).
В Стандартной модели все элементарные фермионы имеют спин 1/2 и делятся на кварки, которые несут цветовой заряд и, следовательно, чувствуют сильное взаимодействие, и лептоны, которые этого не делают. Элементарные бозоны включают калибровочные бозоны (фотон, W и Z, глюоны) со спином 1, в то время как бозон Хиггса является единственной элементарной частицей с нулевым спином.
Гипотетический гравитон теоретически должен иметь спин 2, но не является частью стандартной модели. Некоторые расширения, такие как суперсимметрия, предсказывают существование дополнительных элементарных частиц со спином 3/2, но по состоянию на 2019 год они не были обнаружены.
Из-за законов спина составных частиц барионы (3 кварка) имеют спин 1/2 или 3/2 и поэтому являются фермионами; мезоны (2 кварка) имеют целочисленный спин 0 или 1 и поэтому являются бозонами.
По массе
В специальной теории относительности энергия покоящейся частицы равна её массе, умноженной на квадрат скорости света, E = mc². То есть масса может быть выражена в терминах энергии и наоборот. Если есть система отсчёта, в которой частица находится в покое, то она имеет положительную массу покоя и называется массивной.
Все составные частицы являются массивными. Барионы (что означает «тяжёлый») имеют большую массу, чем мезоны (что означает «промежуточный»), которые, в свою очередь, тяжелее лептонов (что означает «лёгкий»), но самый тяжёлый лептон (частица тау) тяжелее, чем два самых лёгких аромата барионов (нуклонов). Также очевидно, что любая частица с электрическим зарядом является массивной.
При первоначальном описании в 1950-х годах термины барионы, мезоны и лептоны относились к массам; однако после того, как в 1970-х годах была принята кварковая модель, было признано, что барионы — это композиты из трёх кварков, мезоны — это композиты из одного кварка и одного антикварка, а лептоны являются элементарными и определяются как элементарные фермионы без цветового заряда.
Все безмассовые частицы (частицы, инвариантная масса которых равна нулю) являются элементарными. К ним относятся фотон и глюон, хотя последний не может быть изолирован.
По распаду
Большинство субатомных частиц не являются стабильными. Все мезоны, а также барионы — кроме протона — распадаются под действием сильных или слабых взаимодействий. Распад протона не зафиксирован, хотя «действительно» ли он стабилен, неизвестно. Заряженные лептоны мю и тау распадаются от слабого взаимодействия; то же самое для их античастиц. Нейтрино (и антинейтрино) не распадаются, но считается, что явление нейтринных осцилляций существует даже в вакууме. Электрон и его античастица позитрон теоретически устойчивы благодаря сохранению заряда, если только не существует более лёгкой частицы, имеющей величину электрического заряда ≤e (что маловероятно).
Из субатомных частиц, которые не несут цветовой заряд (и, следовательно, могут быть изолированы), только фотон, электрон, нейтрино, несколько атомных ядер (включая протон) и их античастицы могут оставаться в одном и том же состоянии неопределённо долго.
Другие свойства
Все наблюдаемые субатомные частицы имеют электрический заряд, целочисленный и кратный элементарному заряду. Кварки Стандартной Модели имеют «нецелые» электрические заряды, а именно кратные 1⁄3 e, но кварки (и другие комбинации с нецелым электрическим зарядом) не могут быть изолированы из-за конфайнмента. Для барионов, мезонов и их античастиц заряды составляющих кварков суммируются до целого кратного e.
Благодаря работам Альберта Эйнштейна, Сатьендры Ната Бозе, Луи де Бройля и многих других, современная научная теория утверждает, что все частицы также имеют волновую природу. Это было проверено не только для элементарных, но и для составных частиц, таких как атомы и даже молекулы. Фактически, согласно традиционным формулировкам нерелятивистской квантовой механики, дуальность волны и частицы применима ко всем объектам, даже к макроскопическим; хотя волновые свойства макроскопических объектов не могут быть обнаружены из-за их малых длин волн.
Взаимодействия между частицами тщательно изучались на протяжении многих веков, и в основе поведения частиц при столкновениях и взаимодействиях лежат несколько простых законов. Наиболее фундаментальными из них являются законы сохранения энергии и сохранения импульса, которые позволяют проводить расчёты взаимодействия частиц в масштабах, варьирующихся от звёзд до кварков.
См. также
Примечания
- Subatomic particles. NTD. Дата обращения: 5 июня 2012. Архивировано из оригинала 16 февраля 2014 года.
- Bolonkin, Alexander. Universe, Human Immortality and Future Human Evaluation (англ.). — Elsevier, 2011. — P. 25. — ISBN 9780124158016.
- Fritzsch, Harald. Elementary Particles (неопр.). — World Scientific, 2005. — С. 11—20. — ISBN 978-981-256-141-1. Архивировано 31 октября 2020 года.
- Heisenberg, W. (1927), Über den anschaulichen Inhalt der quantentheoretischen Kinematik und Mechanik, Zeitschrift für Physik (нем.), 43 (3–4): 172–198, Bibcode:1927ZPhy...43..172H, doi:10.1007/BF01397280.
- Arndt, Markus; Nairz, Olaf; Vos-Andreae, Julian; Keller, Claudia; Van Der Zouw, Gerbrand; Zeilinger, Anton. Wave-particle duality of C60 molecules (англ.) // Nature. — 2000. — Vol. 401, no. 6754. — P. 680—682. — doi:10.1038/44348. — . — PMID 18494170.
- Cottingham, W.N.; Greenwood, D.A. An introduction to the standard model of particle physics (англ.). — Cambridge University Press, 2007. — P. 1. — ISBN 978-0-521-85249-4. Архивировано 19 августа 2020 года.
- Walter Greiner. Quantum Mechanics: An Introduction (неопр.). — Springer, 2001. — С. 29. — ISBN 978-3-540-67458-0. Архивировано 18 августа 2020 года.
- Eisberg, R.; Resnick, R. Quantum Physics of Atoms, Molecules, Solids, Nuclei, and Particles (англ.). — 2nd. — John Wiley & Sons, 1985. — P. 59—60. — ISBN 978-0-471-87373-0.
Ссылки
- Скрытая реальность Параллельные миры и глубинные законы космоса (Brian Greene. The Hidden Reality: Parallel Universes and the Deep Laws of the Cosmos) Брайан Грин
Википедия, чтение, книга, библиотека, поиск, нажмите, истории, книги, статьи, wikipedia, учить, информация, история, скачать, скачать бесплатно, mp3, видео, mp4, 3gp, jpg, jpeg, gif, png, картинка, музыка, песня, фильм, игра, игры, мобильный, телефон, Android, iOS, apple, мобильный телефон, Samsung, iphone, xiomi, xiaomi, redmi, honor, oppo, nokia, sonya, mi, ПК, web, Сеть, компьютер, Информация о Субатомная частица, Что такое Субатомная частица? Что означает Субатомная частица?
Subatomnaya chastica chastica namnogo menshaya chem atom Rassmatrivayutsya dva tipa subatomnyh chastic fundamentalnye chasticy kotorye soglasno sovremennym teoriyam ne sostoyat iz drugih chastic i sostavnye chasticy Fizika chastic i yadernaya fizika izuchayut eti chasticy i kak oni vzaimodejstvuyut Ideya chasticy podverglas seryoznomu pereosmysleniyu kogda eksperimenty pokazali chto svet mozhet vesti sebya kak potok chastic nazyvaemyh fotonami a takzhe proyavlyat svojstva volny Eto privelo k poyavleniyu koncepcii korpuskulyarno volnovogo dualizma otrazhayushej chto chasticy v kvantovom masshtabe vedut sebya kak chasticy i volny Drugaya koncepciya princip neopredelyonnosti utverzhdaet chto nekotorye ih svojstva takie kak ih odnovremennoe polozhenie i impuls buduchi vzyatymi vmeste ne mogut byt tochno izmereny Pozdnee bylo pokazano chto dualnost volny i chasticy primenimy ne tolko k fotonam no i k bolee massivnym chasticam Vzaimodejstviya chastic v ramkah kvantovoj teorii polya ponimayutsya kak sozdanie i unichtozhenie kvantov sootvetstvuyushih fundamentalnyh vzaimodejstvij Eto obedinyaet fiziku elementarnyh chastic s teoriej polya KlassifikaciyaPo sostavu Subatomnye chasticy yavlyayutsya libo elementarnymi to est ne sostoyat iz mnozhestva drugih chastic libo sostavnymi i sostoyat iz bolee chem odnoj elementarnoj chasticy svyazannoj vmeste Elementarnymi chasticami Standartnoj Modeli yavlyayutsya shest aromatov kvarkov verhnij nizhnij strannyj ocharovannyj krasivyj i istinnyj shest tipov leptonov elektron elektronnoe nejtrino myuon myuonnoe nejtrino tau lepton tau nejtrino dvenadcat kalibrovochnyh bozonov perenoschiki vzaimodejstvij foton elektromagnetizma tri W i Z bozona slabogo vzaimodejstviya i vosem glyuonov silnogo vzaimodejstviya bozon Higgsa Vse oni byli obnaruzheny eksperimentami poslednimi byli istinnyj kvark 1995 tau nejtrino 2000 i bozon Higgsa 2012 Razlichnye rasshireniya Standartnoj modeli predskazyvayut sushestvovanie elementarnoj chasticy gravitona i mnogih drugih elementarnyh chastic no po sostoyaniyu na 2019 god oni ne byli obnaruzheny Adrony Pochti vse sostavnye chasticy soderzhat neskolko kvarkov antikvarkov svyazannyh vmeste glyuonami za redkim isklyucheniem takim kak pozitronij i myuonij Te kotorye soderzhat malo 5 anti kvarkov nazyvayutsya adronami Iz za svojstva izvestnogo kak uderzhanie cveta kvarki nikogda ne obnaruzhivayutsya po otdelnosti no vsegda vstrechayutsya v adronah soderzhashih neskolko kvarkov Adrony delyatsya po kolichestvu kvarkov vklyuchaya antikvarki na bariony soderzhashie nechyotnoe chislo kvarkov pochti vsegda 3 naibolee izvestnye iz kotoryh eto proton i nejtron i mezony soderzhashie chyotnoe chislo kvarkov pochti vsegda 2 odin kvark i odin antikvark naibolee izvestnymi iz kotoryh yavlyayutsya pi mezony i k mezony Za isklyucheniem protona i nejtrona vse drugie adrony nestabilny i raspadayutsya na drugie chasticy v techenie mikrosekund ili menshe Proton sostoit iz dvuh verhnih kvarkov i odnogo nizhnego kvarka a nejtron sostoit iz dvuh nizhnih kvarkov i odnogo verhnego kvarka Oni obychno svyazyvayutsya vmeste v atomnoe yadro naprimer yadro geliya 4 sostoit iz dvuh protonov i dvuh nejtronov Bolshinstvo adronov ne zhivut dostatochno dolgo chtoby obrazovat yadroobraznye kompozitami te chto mogut krome protona i nejtrona obrazuyut giperyadra Po statistike Osnovnaya statya Teorema Pauli Lyubaya subatomnaya chastica kak lyubaya chastica v tryohmernom prostranstve kotoraya podchinyaetsya zakonam kvantovoj mehaniki mozhet byt libo bozonom s celochislennym spinom libo fermionom s nechyotnym polucelym spinom V Standartnoj modeli vse elementarnye fermiony imeyut spin 1 2 i delyatsya na kvarki kotorye nesut cvetovoj zaryad i sledovatelno chuvstvuyut silnoe vzaimodejstvie i leptony kotorye etogo ne delayut Elementarnye bozony vklyuchayut kalibrovochnye bozony foton W i Z glyuony so spinom 1 v to vremya kak bozon Higgsa yavlyaetsya edinstvennoj elementarnoj chasticej s nulevym spinom Gipoteticheskij graviton teoreticheski dolzhen imet spin 2 no ne yavlyaetsya chastyu standartnoj modeli Nekotorye rasshireniya takie kak supersimmetriya predskazyvayut sushestvovanie dopolnitelnyh elementarnyh chastic so spinom 3 2 no po sostoyaniyu na 2019 god oni ne byli obnaruzheny Iz za zakonov spina sostavnyh chastic bariony 3 kvarka imeyut spin 1 2 ili 3 2 i poetomu yavlyayutsya fermionami mezony 2 kvarka imeyut celochislennyj spin 0 ili 1 i poetomu yavlyayutsya bozonami Po masse V specialnoj teorii otnositelnosti energiya pokoyashejsya chasticy ravna eyo masse umnozhennoj na kvadrat skorosti sveta E mc To est massa mozhet byt vyrazhena v terminah energii i naoborot Esli est sistema otschyota v kotoroj chastica nahoditsya v pokoe to ona imeet polozhitelnuyu massu pokoya i nazyvaetsya massivnoj Vse sostavnye chasticy yavlyayutsya massivnymi Bariony chto oznachaet tyazhyolyj imeyut bolshuyu massu chem mezony chto oznachaet promezhutochnyj kotorye v svoyu ochered tyazhelee leptonov chto oznachaet lyogkij no samyj tyazhyolyj lepton chastica tau tyazhelee chem dva samyh lyogkih aromata barionov nuklonov Takzhe ochevidno chto lyubaya chastica s elektricheskim zaryadom yavlyaetsya massivnoj Pri pervonachalnom opisanii v 1950 h godah terminy bariony mezony i leptony otnosilis k massam odnako posle togo kak v 1970 h godah byla prinyata kvarkovaya model bylo priznano chto bariony eto kompozity iz tryoh kvarkov mezony eto kompozity iz odnogo kvarka i odnogo antikvarka a leptony yavlyayutsya elementarnymi i opredelyayutsya kak elementarnye fermiony bez cvetovogo zaryada Vse bezmassovye chasticy chasticy invariantnaya massa kotoryh ravna nulyu yavlyayutsya elementarnymi K nim otnosyatsya foton i glyuon hotya poslednij ne mozhet byt izolirovan Po raspadu Bolshinstvo subatomnyh chastic ne yavlyayutsya stabilnymi Vse mezony a takzhe bariony krome protona raspadayutsya pod dejstviem silnyh ili slabyh vzaimodejstvij Raspad protona ne zafiksirovan hotya dejstvitelno li on stabilen neizvestno Zaryazhennye leptony myu i tau raspadayutsya ot slabogo vzaimodejstviya to zhe samoe dlya ih antichastic Nejtrino i antinejtrino ne raspadayutsya no schitaetsya chto yavlenie nejtrinnyh oscillyacij sushestvuet dazhe v vakuume Elektron i ego antichastica pozitron teoreticheski ustojchivy blagodarya sohraneniyu zaryada esli tolko ne sushestvuet bolee lyogkoj chasticy imeyushej velichinu elektricheskogo zaryada e chto maloveroyatno Iz subatomnyh chastic kotorye ne nesut cvetovoj zaryad i sledovatelno mogut byt izolirovany tolko foton elektron nejtrino neskolko atomnyh yader vklyuchaya proton i ih antichasticy mogut ostavatsya v odnom i tom zhe sostoyanii neopredelyonno dolgo Drugie svojstvaVse nablyudaemye subatomnye chasticy imeyut elektricheskij zaryad celochislennyj i kratnyj elementarnomu zaryadu Kvarki Standartnoj Modeli imeyut necelye elektricheskie zaryady a imenno kratnye 1 3 e no kvarki i drugie kombinacii s necelym elektricheskim zaryadom ne mogut byt izolirovany iz za konfajnmenta Dlya barionov mezonov i ih antichastic zaryady sostavlyayushih kvarkov summiruyutsya do celogo kratnogo e Blagodarya rabotam Alberta Ejnshtejna Satendry Nata Boze Lui de Brojlya i mnogih drugih sovremennaya nauchnaya teoriya utverzhdaet chto vse chasticy takzhe imeyut volnovuyu prirodu Eto bylo provereno ne tolko dlya elementarnyh no i dlya sostavnyh chastic takih kak atomy i dazhe molekuly Fakticheski soglasno tradicionnym formulirovkam nerelyativistskoj kvantovoj mehaniki dualnost volny i chasticy primenima ko vsem obektam dazhe k makroskopicheskim hotya volnovye svojstva makroskopicheskih obektov ne mogut byt obnaruzheny iz za ih malyh dlin voln Vzaimodejstviya mezhdu chasticami tshatelno izuchalis na protyazhenii mnogih vekov i v osnove povedeniya chastic pri stolknoveniyah i vzaimodejstviyah lezhat neskolko prostyh zakonov Naibolee fundamentalnymi iz nih yavlyayutsya zakony sohraneniya energii i sohraneniya impulsa kotorye pozvolyayut provodit raschyoty vzaimodejstviya chastic v masshtabah variruyushihsya ot zvyozd do kvarkov Sm takzheTyomnaya materiyaPrimechaniyaSubatomic particles neopr NTD Data obrasheniya 5 iyunya 2012 Arhivirovano iz originala 16 fevralya 2014 goda Bolonkin Alexander Universe Human Immortality and Future Human Evaluation angl Elsevier 2011 P 25 ISBN 9780124158016 Fritzsch Harald Elementary Particles neopr World Scientific 2005 S 11 20 ISBN 978 981 256 141 1 Arhivirovano 31 oktyabrya 2020 goda Heisenberg W 1927 Uber den anschaulichen Inhalt der quantentheoretischen Kinematik und Mechanik Zeitschrift fur Physik nem 43 3 4 172 198 Bibcode 1927ZPhy 43 172H doi 10 1007 BF01397280 Arndt Markus Nairz Olaf Vos Andreae Julian Keller Claudia Van Der Zouw Gerbrand Zeilinger Anton Wave particle duality of C60 molecules angl Nature 2000 Vol 401 no 6754 P 680 682 doi 10 1038 44348 Bibcode 1999Natur 401 680A PMID 18494170 Cottingham W N Greenwood D A An introduction to the standard model of particle physics angl Cambridge University Press 2007 P 1 ISBN 978 0 521 85249 4 Arhivirovano 19 avgusta 2020 goda Walter Greiner Quantum Mechanics An Introduction neopr Springer 2001 S 29 ISBN 978 3 540 67458 0 Arhivirovano 18 avgusta 2020 goda Eisberg R Resnick R Quantum Physics of Atoms Molecules Solids Nuclei and Particles angl 2nd John Wiley amp Sons 1985 P 59 60 ISBN 978 0 471 87373 0 SsylkiSkrytaya realnost Parallelnye miry i glubinnye zakony kosmosa Brian Greene The Hidden Reality Parallel Universes and the Deep Laws of the Cosmos Brajan Grin
