Bileşen parçacıkları:
1.1 hadronlar her türlü temel etkileşime katılan parçacıklardır. Kuarklardan oluşurlar ve sırasıyla aşağıdakilere ayrılırlar:
1.1.1 mezonlar (tamsayı spinli hadronlar, yani bozonlar);
1.1.2 baryonlar (yarım tamsayı spinli hadronlar, yani fermiyonlar). Bunlar özellikle bir atomun çekirdeğini oluşturan proton ve nötron parçacıklarını içerir.
Temel (yapısız) parçacıklar:
2.1 leptonlar - 10?18 m mertebesinde ölçeklere kadar nokta parçacıklar (yani hiçbir şeyden oluşmayan) formuna sahip olan fermiyonlar, güçlü etkileşimlere katılmazlar. Elektromanyetik etkileşimlere katılım deneysel olarak yalnızca yüklü leptonlar (elektronlar, müonlar, tau leptonlar) için gözlemlendi ve nötrinolar için gözlemlenmedi. Bilinen 6 lepton türü vardır.
2.2 kuarklar hadronların parçası olan kesirli yüklü parçacıklardır. Serbest durumda gözlemlenmediler (bu tür gözlemlerin yokluğunu açıklamak için bir sınırlama mekanizması önerildi). Leptonlar gibi 6 türe ayrılırlar ve yapısal değildirler ancak leptonlardan farklı olarak güçlü etkileşime girerler.
2,3 ayar bozonları - etkileşimlerin gerçekleştirildiği değişim yoluyla parçacıklar:
2.3.1 foton - elektromanyetik etkileşimi taşıyan bir parçacık;
2.3.2 sekiz gluon - güçlü etkileşimi taşıyan parçacıklar;
2.3.3 üç ara vektör bozonu W+, W? ve zayıf etkileşimleri tolere eden Z0;
2.3.4 Graviton, yerçekimi etkileşimini aktaran varsayımsal bir parçacıktır. Gravitonların varlığı, yerçekimi etkileşiminin zayıflığı nedeniyle henüz deneysel olarak kanıtlanmamış olsa da oldukça olası kabul ediliyor; ancak graviton Standart Modele dahil değildir.
Hadronlar ve leptonlar maddeyi oluşturur. Ölçü bozonları kuantumdur farklı şekiller radyasyon.
Ek olarak, Standart Model zorunlu olarak Higgs bozonunu da içerir, ancak bu henüz deneysel olarak keşfedilmemiştir.
Başlangıçta, "temel parçacık" terimi kesinlikle temel bir şey, maddenin ilk tuğlası anlamına geliyordu. Ancak 1950'li ve 1960'lı yıllarda benzer özelliklere sahip yüzlerce hadron keşfedildiğinde, hadronların en azından iç serbestlik derecesine sahip olduğu, yani kelimenin tam anlamıyla temel olmadıkları ortaya çıktı. Daha sonra hadronların kuarklardan oluştuğu ortaya çıkınca bu şüphe doğrulandı.
Böylece maddenin yapısında biraz daha derinlere indik: leptonlar ve kuarklar artık maddenin en temel, nokta benzeri parçaları olarak kabul ediliyor. Onlar için (gösterge bozonlarıyla birlikte) “temel parçacıklar” terimi kullanılıyor.
Her biri kendi türündeki bozonlar tarafından taşınan parçacıklar arasında dört tür etkileşim vardır: foton, ışık kuantumu - elektromanyetik etkileşimler, graviton - kütlesi olan herhangi bir cisim arasında etki eden yerçekimi kuvvetleri. Sekiz gluon, kuarkları bir arada tutan güçlü nükleer kuvvetleri taşır. Ara vektör bozonları, bazı parçacık bozunmalarından sorumlu olan zayıf etkileşimleri taşır. Doğadaki tüm kuvvetlerin bu dört etkileşimden kaynaklandığına inanılmaktadır. Yüzyılımızın en çarpıcı başarılarından biri şunun kanıtıydı: yüksek sıcaklıklar(veya enerjiler) dört etkileşimin tümü birleşir.
100 GeV (10 9 eV) enerjide elektromanyetik ve zayıf etkileşimler birleştirilir. Bu enerji evrenin 10-10 saniye sonraki sıcaklığına karşılık gelir. Büyük patlama ve oda sıcaklığından 4 trilyon kat daha yüksek. Bu keşif, Büyük Birleşik Teorilerde (GUT) belirtildiği gibi, 10 15 GeV düzeyindeki bir enerjide ve 10 19 GeV enerjisinde onlarla güçlü etkileşimlerin birleştirilmesinin mümkün olduğunu varsaymayı mümkün kıldı. yerçekimi etkileşimi de GUT etkileşimlerine katılarak bir FA (Var Olan Her Şeyin Teorisi) "oluşturacaktır".
Bu tür enerjilerin elde edilebileceği ve bu teorilerin test edilebileceği hızlandırıcılar mevcut değildir ve bu nedenle çok sayıda hız için olası sınırlamaları bulmak için Evren'e yöneliyorlar. temel parçacıklar. Son otuz yılda parçacık fiziği ile kozmoloji arasında yakın bir bağlantı oluştu. Astrofiziksel verilerin tamamı, dev bir parçacık hızlandırıcı olan Evrenin çalışması sonucunda biriken “deneysel materyal” olarak düşünülebilir. Gerçekleşmiş ve devam eden süreçlerin yalnızca dolaylı sonuçlarıyla, bunların maddenin evrimi üzerindeki etkilerinin tüm Evren üzerinde ortalama olarak ortaya çıkan sonuçlarıyla ilgilenebiliriz.
Leptonlar arasında en ünlüsü elektrondur; muhtemelen diğer parçacıklardan oluşmaz, yani temeldir. Bir diğer lepton ise nötrinodur. Evrende en bol bulunan ve aynı zamanda bulunması en zor leptondur. Nötrinolar güçlü veya elektromanyetik etkileşimlere katılmazlar. Tahminin ardından nötrino yalnızca 30 yıl sonra hızlandırıcılarda keşfedildi. Üç tür nötrino vardır: elektron, müon ve tau nötrinoları. Müon aynı zamanda doğada yaygın olarak bulunan bir leptondur. 1936 yılında kozmik ışınlarda keşfedildi; kararsız bir parçacıktır ancak diğer açılardan elektrona benzer. Saniyenin iki milyonda biri kadar bir sürede bir elektrona ve iki nötrinoya bozunur. Kozmik arka plan radyasyonunun çoğu müonlardan oluşur. 70'lerin sonunda. (Elektron ve müonun yanı sıra) üçüncü bir yüklü lepton keşfedildi: tau leptonu. Kuzenlerine çok benzer davranır ancak elektrondan 3.500 kat daha ağırdır. Her leptonun bir de antiparçacığı vardır. toplam 12 tane var.
Çok sayıda hadron var, yüzlercesi. Bu nedenle, genellikle temel parçacıklar olarak değil, diğerlerinden oluşmuş olarak kabul edilirler. Elektrik yüklü ve nötrdürler. Tüm hadronlar güçlü, zayıf ve yerçekimsel etkileşimlere katılır. Bunların arasında en ünlüsü proton ve nötrondur. Geri kalanı çok az yaşar, zayıf etkileşim nedeniyle 10-6 saniyede veya güçlü etkileşim nedeniyle 10-23 saniyede bozulur. Hadronlar kütleye, yüke ve dönüşe göre sınıflandırıldı. Kuarkların veya hadronları oluşturan parçacıkların hipotezi buna yardımcı oldu.
Bu amaçla kuarklar üçlüler halinde birleşerek baryonları veya çiftler halinde birleşebilir: kuark-antikuark, mezonları (ara parçacıklar) oluşturur. Kuarklar bir elektronun yükünün 1/3'ü veya 2/3'ü kadar yüke sahiptir. Daha sonra kombinasyon halinde 0 veya 1 vereceklerdir. Tüm kuarkların spini 1/2'ye eşittir, yani. fermiyonlara aittirler. Güçlü bir etkileşimle bağlantılı olduklarına inanılıyor, ancak aynı zamanda zayıf bir etkileşime de katılıyorlar. Güçlü etkileşimin özellikleri türlerle (“tatlar”) - “üst”, “alt”, “tuhaf” ile karakterize edilir. Ancak zayıf etkileşim kuarkın “tadını” değiştirebilir. Örneğin bir nötronun bozunması sırasında “aşağı” kuarklardan biri “yukarı” hale gelir ve fazla yük ortaya çıkan elektron tarafından taşınır. Yani güçlü etkileşim "tadını" değiştiremez ve kuarkın "tadını" değiştirmeden hadronun bozunması imkansızdır.
Hızlandırıcılarda -partikül adı verilen yeni bir hadron keşfedildi (1974). Bu nedenle kuark teorisine uygun olarak başka bir özellik, dördüncü bir "tat" eklendi ve "cazibe" kuark bu şekilde ortaya çıktı.
Yani sh parçacığı muhtemelen bir c-kuark ve bir c-antikuarktan oluşan bir mezondur. Artık birçok "büyülü" parçacık keşfedildi ve bunların hepsi ağır. Ve 1977'de -meson ortaya çıktı ve tüm hikaye kendini tekrarladı, beşinci kokuya "güzel" adı verildi. Bugün atomculuk bu şekilde gelişiyor. Artık 12 kuarkın (temel parçacıklar ve aynı sayıda antiparçacık) olduğuna inanılıyor.
Altı parçacık, "üst", "aşağı", "büyülenmiş", "tuhaf", "gerçek", "sevimli" gibi egzotik isimler taşıyan kuarklardır. Düzen ve güzellik peşinde koşan bir teorinin ürünüdürler ve “doğru” dışında her şey açıktır. Geri kalan altısı leptonlardır: elektron, müon, -parçacık ve bunlara karşılık gelen nötrinolar (elektron, müon, nötrino).
Bu 12 parçacık veya altı parçacıktan ikisi, her biri dört üyeden oluşan üç nesle gruplandırılmıştır.
İlk nesilde - "üst" ve "aşağı" kuarklar, elektron ve elektron nötrino, ikincisinde - "cazibe" ve "garip" kuarklar, müon ve müon nötrino, üçüncüsünde - "gerçek" ve "büyüleyici" kuarklar ve -nötrinosu olan parçacık. Tüm sıradan maddeler birinci nesil parçacıklardan oluşur. Örneğin bir proton iki "yukarı" kuarktan ve bir "aşağı"dan, bir nötron ise iki "aşağı" ve bir "yukarı"dan oluşur. Her atom, bir elektron bulutu ile çevrelenmiş ağır bir çekirdekten (sıkıca bağlı protonlar ve nötronlar) oluşur.
Bu sınıflandırmaya ek olarak, gerçek temel parçacıklar ve koşullu olarak doğru mikro parçacıklar da ayırt edilebilir. Karpenkov S.Kh. Doğa bilimlerinin temel kavramları. M., 2007. S.89.
Gerçekten temel parçacıklar.
Bugün, teorik açıdan bakıldığında, aşağıdaki gerçekten temel (bilimin gelişiminin bu aşamasında, ayrıştırılamaz kabul edilen) parçacıklar bilinmektedir: kuarklar ve leptonlar (bu çeşitler madde parçacıklarına aittir), alan kuantası (fotonlar, vektör bozonları) , gluonlar) ve Higgs parçacıkları.
Dört temel etkileşim türüne göre sırasıyla dört tür temel parçacık ayırt edilir: tüm etkileşimlere katılan hadronlar ve katılmayan leptonlar. Yalnızca güçlülerde (ve nötrinolarda ve elektromanyetikte), yalnızca elektromanyetik etkileşime katılan bir foton ve yerçekimi etkileşiminin taşıyıcısı olan varsayımsal bir graviton.
Temel Etkileşimler Hakkında
Temel Etkileşimler
Tüm maddelerin temel parçacıklardan oluştuğu iyi bilinmektedir. Bu parçacıklar birbirleriyle farklı doğa ve güçlere sahip 4 temel etkileşim yoluyla etkileşime girer.
Temel etkileşimlerin en belirgini ve en zayıfı yerçekimi etkileşimi bu nedenle deneysel olarak çalışmak çok zordur. Daha az belirgin fakat aynı zamanda yaygın ve tanıdık olan elektromanyetik etkileşim. Yerçekimi kuvveti gibi, r2 ile orantılı olarak zayıflar, ancak göreceli kuvveti 10.36 kat daha fazladır. Mutlak baskın olmamasının nedeni, Evrendeki hemen hemen tüm maddenin elektriksel olarak nötr olmasıdır. Bu etkileşimlerin her ikisi de, belki de zayıf bir şekilde kaybolsa da, sonsuz büyük mesafelerde çalışır.
Ancak bunların yanı sıra, mikrokozmosta önemli rol oynayan, hiçbir özel gösteriş olmadan isimlendirilen iki temel etkileşim daha vardır. zayıf Ve güçlü. Zayıf etkileşim, çekirdeklerin radyoaktif beta bozunmasında önemli bir rol oynar, özellikle onun sayesinde serbest bir nötron bozunur (yarı ömür 10 dakika 14 saniye, ömürle karıştırılmamalıdır) ve tek etkileşimdir. asimetrik etkileşim (uzaylılara nerede sağ, nerede sol olduğu ancak onun yardımıyla açıklanabilir :)). Güçlü kuvvet (özellikle) çekirdekteki nükleonları (protonları ve nötronları) bir arada tutar.
Şu anda, temel etkileşimleri onları taşıyan özel parçacıkları kullanarak tanımlamak gelenekseldir - ölçü bozonları.
Konuyla ilgili güzel bir resme bakabilirsiniz.
Temel parçacıklar
Thomson'ın 1897'de ilk temel parçacık olan elektronu keşfetmesinden sonra (ışığın parçacık teorisi daha önce de mevcuttu, ancak gerçek popülerlik Einstein'ın fotoelektrik etki üzerine çalışmasından sonra kazandı), 400'den fazla temel parçacık keşfedildi. Periyodik tabloda yaklaşık 120 çeşitli unsurlar kimyasal özelliklerinin bolluğu ile genel temel: Proton ve nötron sayısının bir fonksiyonu olan elektronik yapıları. Aynı zamanda elementlerin sınıflandırılması atomların elektronik yapısını incelemek için bir ön koşul haline geldi. Neyse ki parçacık fiziğinde de böyle bir sınıflandırma mümkündür.
Şu anda temel parçacıkların iki ana sınıflandırması vardır: spin ve yapıya göre.
Döndürmek bu, manyetik bir alanla etkileşim halinde kendini gösteren parçacıkların belirli bir özelliğidir (özellikle, hem kimyada hem de tıpta en gelişmiş analiz yöntemlerinden biri olan nükleer manyetik rezonans (NMR) buna dayanmaktadır). Yarım tamsayı spinli parçacıklar (elektron, nükleonlar ve nötrinolar gibi), tamsayı spinli parçacıklardan (foton gibi) (Bose-Einstein istatistikleri) farklı davranış istatistiklerine (Fermi-Dirac istatistikleri denir) sahiptirler, bu nedenle bunlar olarak adlandırılırlar. buna göre fermiyonlar Ve bozonlar. Bazen sıfatlar eklenir: skaler, vektör, tensör bozonu veya spinör, spin-vektör fermiyonu. Bunlar sadece dönüş miktarına ilişkin gösterimlerdir (sırasıyla 0, 1, 2 ve 1/2, 3/2).
Parçacıklar yapılarına göre kompozit (hadronlar) ve yapısız olarak ikiye ayrılabilir.
Hadronlar oluşmaktadır kuarklar. Artık genel kabul gören görüş hadronların hiçbir şekilde kuarklara bölünemeyeceğidir (bu olguya denir) kapatılma), çünkü aralarındaki etkileşimin gücü mesafe arttıkça artıyor (ancak bu henüz kesin olarak kanıtlanmadı: kanıt için bir milyon dolar teklif ediyorlar - Yang-Mills denklemlerini çözme sorunu). Ancak bunların varlığı yadsınamaz: özellikle hadronlar yüksek enerjili elektronlarla bombardımana tutulduğunda saçılma özellikleri, bazı sözde elektronların dağıldığını gösterir. partonlar saçılması özellikle güçlü bir şekilde meydana gelir. Daha fazla enerji uygularsanız, kuarklar arasındaki bağlantı "kopabilir", ancak aşırı enerji, boşluğun her iki tarafında da yeni kuarkların oluşmasına yol açacaktır - sözde "kopma" meydana gelecektir. hadronik jetlerin doğuşu. Yalnızca 6 tip kuarkın (d, u, s, c, b, t ve bunların antikuarkları) varlığını varsayan teori, 50-60'lı yıllarda bolca keşfedilen, bugün bilinen tüm hadronların varlığını açıklıyordu. güçlü deneyciler.
Hadronların çoğu 2'den oluşur ( mezonlar) veya 3 ( baryonlar) kuarklar: hadronun "rengi" "renksiz" olmalıdır, bu da yalnızca bu durumlarda iyi bir şekilde açıklanabilir. Henüz deneylerle doğrulanmayan varoluş ihtimali teorik olarak tahmin edilmiştir. pentakuarklar 5 kuarktan oluşan ve tetrakuarklar(4 üzerinden).
Kuarkların kendisi de yapısız parçacıklara aittir (her ne kadar "olarak adlandırılabilecek bir şeyden oluşacakları teorileri oluşturmak için başarısız girişimlerde bulunulsa da") preon" veya " simge"). Diğer yapısız parçacıklar spinlerine göre sınıflandırılır: ayar bozonları ve leptonlar bunlar fermiyonlardır.
Madde hadronlardan ve leptonlardan, ayar bozonlarından gelen radyasyondan oluşur.
Birkaç sicim teorisinin bulunduğunu belirtmek ilginçtir. Bradyonlar(parçacıkların ışık hızından daha yavaş hareket etmesi) ve Luxonlar(onunla birlikte hareket eden: foton, gluonlar ve varsayımsal graviton) takyonlarışık hızından daha hızlı hareket eden ve hayali kütleye sahip olanlardır.
Süpersimetri
Bazı fizikçiler "Fermiyonlar ve bozonların iki türü vardır!" diye düşündüler. 2 - bu çok fazla! Ve şunu buldular süpersimetri. Buna göre aslında tüm bozonlar ve fermiyonlar aynı parçacıklardır ve birbirlerine dönüşebilirler (pratikte bu, maddenin radyasyona ve tersinin de mümkün olduğu anlamına gelir; yok olmanın en güçlü şey olduğunu belirtmekte fayda var). olası bir enerji kaynağı ve Evrenimizde bir tür petrol gibi değil).
Süpersimetri teorisinin acilen keşfedilmesine ihtiyaç vardır. süpereş parçacıklar. Ancak sorun şu: Sıradan (düşük) enerjilerde süpersimetri ihlal edilir, yani yalnızca spin açısından farklı olan ancak eşit kütlelere ve yüklere sahip bozon-fermiyon çiftleri yoktur. Bu fizikçiler "Önemli bir şey değil" diye düşündüler, "bu, süper eşlerin çok ağır olduğu anlamına geliyor." Süpersimetri teorisi çerçevesinde varlığının basit bir açıklamasının olduğunu belirtmek gerekir. karanlık madde parçacıklar gibi nötrino yani süper ortak arayışı çok ilginç.
Tespit için en muhtemel adaylardan biri, üst kuarkın süper eşidir: ikincisinin büyük kütlesi nedeniyle, süper eşi tam tersine hafif ve LHC'de gözlem için erişilebilir olabilir.
Etkileşimleri Birleştirme
Parçacıklar ve etkileşimleri arasındaki tüm farklılıklara rağmen, aralarında pek çok benzerlik bulunabilir: Bunun iyi bilinen bir örneği, Maxwell'in 1864'te elektrik ve manyetizmanın elektromanyetizma olarak birleştirilmesidir. Çeşitli etkileşimleri genel bir denklemle tanımlama fikri, özellikle Einstein'ın 1916'da bunu yaratmasından sonra popüler hale geldi. Genel görelilik teorisi yerçekimini tarif ediyordu. Birleşik alan teorisi Tüm temel parçacıkları ve bunların etkileşimlerini birleşik bir yaklaşım çerçevesinde tanımlamayı mümkün kılacak olan, Evrende var olan tüm fiziksel olayları açıklayacaktır - böyle bir varsayımsal teori, yarı şakacı bir isim aldı " Her şeyin teorisi" Önündeki görevler ciddi: sadece mevcut tüm temel parçacıkları ve bunların etkileşimlerini açıklamak ve tahmin etmekle kalmıyor, aynı zamanda kütlelerini ve ömürlerini de açıklamalı.
Ancak bunu oluşturma adımları uzun zamandır başarısız oldular: özellikle Einstein ölümüne kadar böyle bir teori yaratmaya çalıştı. Efsaneler, Einstein'ın bunu yapmayı başardığını ve teorik sonuçlarını deneysel olarak test etmek için Amerikan hükümetinin 1943'te gizli Philadelphia Deneyi'ni düzenlediğini söylüyor; bu deney sırasında Eldridge muhripinin birkaç yüz kilometre uzağa ışınlandığı iddia ediliyor. İddiaya göre Einstein daha sonra son derece yıkıcı silahlarda kullanılabileceği için bu alandaki tüm araştırmalarını imha etti. Doğru adamlar bu efsaneye hafif bir şüpheyle yaklaşıyorlar: yapılan deneylerin çoğu olası yaratım 4 temel kuvvetten yalnızca 3'ünü birleştiren Standart Model, Einstein'ın ölümünden sonra üretildi.
Birleşik Alan Teorisini oluşturma alanındaki değişim ancak zayıf ve güçlü etkileşimlerin keşfedilmesinden sonra başladı. İlk adım şuydu: elektrozayıf etkileşim teorisi Salam, Glashow ve Weinberg tarafından 1967'de kuantum elektrodinamiği temel alınarak inşa edildi (bunun için Nobel Ödülü 1979'da, yani. neredeyse anında). Daha sonra 1973 yılında güçlü etkileşimi tanımlayan bir teori geliştirildi. kuantum kromodinamiği. Bu iki teoriye dayanarak oluşturuldu. Standart Model, hala tespit edilemeyenler dışında tüm tahminleri doğrulandı Higgs bozonu.
Güçlü etkileşim ve kuantum renk dinamiği
Bir kuarkın güçlü etkileşime katılma yeteneğine denir. renk. Toplamda kırmızı, yeşil ve mavi olarak adlandırılan 3 kuark rengi bulunmaktadır. Kuantum kromodinamiğindeki alan kuantumu gluon, fotona benzer, aynı zamanda yüksüz, kütlesiz ve antiparçacıksız, tıpkı diğer ayar bozonları gibi, birim dönüşe sahip bir parçacık. Bununla birlikte, güçlü etkileşim elektromanyetik olandan çok daha karmaşıktır: Gluonun kendisi bir renk taşıyıcısıdır ve bu nedenle diğer gluonlarla güçlü etkileşimler yaşayabilir. Ayrıca gluon renk taşıdığı için bir değil 8 çeşit gluon vardır. Gluonlar da tıpkı kuarklar gibi, elektronların nükleonlar tarafından saçılması sırasında parton olarak gözlendi.
Standart Model
Standart model, maddenin tüm özelliklerini parmak uçlarından elde etmez. Bunun için 17'si deneysel olarak ölçülen 19 parametreye ihtiyacı var: 3 tip lepton ve 6 kuarkın kütlesi; ile ilgili 4 parametre Cabibbo-Kobayashi-Maskawa matrisi kuarkların “tadını” değiştiren zayıf bozunumların olasılıklarını açıklayan; Temel etkileşim kuvvetleriyle ilişkili 3 sabit; güçlü etkileşimin bir başka parametresi; ve son olarak, Higgs bozonunun maddeyle ve Higgs bozonlarının birbirleriyle etkileşimiyle ilişkili, deneysel olarak henüz belirlenmemiş iki parametre.
Standart Model fizikteki en açık ve en doğru teorilerden biridir: Higgs bozonu dışında şimdiye kadarki tüm tahminleri deneylerle, bazen şaşırtıcı bir doğrulukla doğrulanmıştır. Standart Modelin en dikkat çekici başarılarından biri, zayıf etkileşimden sorumlu olan W ve Z ayar bozonlarının kütlesinin tahminiydi.
Elbette Standart Model, Birleşik Alan Teorisi olduğunu iddia edemez, çünkü yerçekimi teorisini içermez (ve onun entegrasyonuna yönelik beklentiler çok belirsiz görünür) ve aralarında üç kuşak parçacığın varlığını açıklayamaz. sadece kütle bakımından farklılık gösterirler:
| Birinci nesil | İkinci nesil | Üçüncü nesil | |
| Lepton (şarj?1) | Elektron 5.11x10 ?4 GeV |
Müon 0,106 GeV |
Tau parçacığı 1.777 GeV |
| Nötrino (yük 0) |
Elektron nötrinosu (0-0.13)x10 ?9 GeV |
Müon nötrinosu (0,009-0,13)x10 ?9 GeV |
Tau nötrinosu (0,04-0,14)x10 ?9 GeV |
| D tipi kuark (yük? 1/3) | d-kuark 0,005 GeV |
s-kuark 0,1 GeV |
b-kuark 4,2 GeV |
| U tipi kuark (yük 2/3) | u-kuark 0,002 GeV |
c-kuark 1,3 GeV |
t-kuark 173 GeV |
4. nesile ait çok ağır parçacıkların varlığının mümkün olduğu varsayılıyor ancak henüz deneysel olarak tespit edilemedi.
Standart Model çerçevesinde, temel etkileşimleri grup teorisi açısından tanımlamanın şaşırtıcı derecede uygun olduğu ortaya çıktı:
- grup elektromanyetik etkileşimi tanımlamak için kullanılır U(1)(bu sadece bir çarpma grubudur) Karışık sayılar, modül 1'e eşit);
- zayıf bir grubu tanımlamak SU(2)(2x2 özel üniter matrislerin çarpımsal bir grubu, yani determinantı 1 olan üniter matrisler: böyle bir grubun üreteçlerinin sayısı 3'tür (bunlara denir) Pauli matrisleri), dolayısıyla 3 zayıf etkileşim taşıyıcısı da vardır);
- güçlü bir grubu tanımlamak SU(3)(SU(2) ile aynı, yalnızca 3x3: 8 jeneratör (adlandırılır) Gell-Mann matrisleri) ve dolayısıyla 8 gluon).
Higgs bozonu nedir?
Standart Model içerisinde Higgs bozonuna ihtiyaç duyulmaktadır. Sıfır spinli bu parçacık, temel parçacıkların kütlesinden sorumludur, ancak o kadar ele geçirilmesi zordur ki, böyle bir parçacığın var olup olmadığı bile kesin değildir. Tam olarak onun tespiti (ya da tespit edilmemesi) içindi. Büyük Hadron Çarpıştırıcısı LHC.
Higgs bozonu, parçacıklara kütleler kazandırır, böylece elektromanyetik etkileşimin taşıyıcısı foton kütlesiz kalır ve herhangi bir mesafeye hareket edebilir; zayıf etkileşim ise, bu etkileşimin yarıçapını nükleer altı ölçeklerle sınırlayan büyük parçacıklar kullanılarak iletilir. Böylece bu parçacık yardımıyla elektrozayıf simetri bozulur, bu da elektromanyetik ve zayıf etkileşimleri birbirinden çok farklı hale getirir.
Kanonik resim (ölçeksiz, derinlik yaklaşık 100 metre ve tünel uzunluğu 26,7 km): 
Çarpıştırıcı Bu, iki temel parçacık ışınının çarpıştığı bir hızlandırıcıdır (LHC durumunda, bir halka olanıdır). LHC, daha önce LEP elektron-pozitron çarpıştırıcısının bulunduğu Fransa ve İsviçre sınırındaki bir tünelde 2001 yılından bu yana inşa ediliyor. LHC'nin 4 büyük dedektörü vardır:
Çarpıştırıcının ne kadar veri üreteceği, donanım tarafından uygulanan "ilginç olmayan" olayların üç seviyeli filtrelenmesine rağmen, LHC'nin saniyede ortalama 500 megabayt veri üreteceği gerçeğiyle kanıtlanıyor.
Çarpıştırıcının güzel resimleri: bir, iki, üç, dört; İle büyük miktar güzel resimler.
LHC 2020'lere kadar deneysel materyal toplayacak. Ancak ilk önemli sonuçların sonuna kadar ortaya çıkacağına dair umut var gelecek yıl. Şüphesiz teknik ve bilimsel deneyim Yaratılışı sırasında elde edilen ve kullanımıyla elde edilecek olan 21. yüzyılın ortalarında Çok Büyük Hadron Çarpıştırıcısı'nın (VLHC) yaratılmasında öngörülen yaratımda büyük rol oynayacak.
Muhtemelen LHC'de keşfedilebilirler. manyetik tek kutuplar. Bu, sıfır olmayan manyetik yüke sahip varsayımsal parçacıkların genel adıdır. Dirac ayrıca onların var olma potansiyelini de öngördü.
Enerji karşılaştırma tablosu
Enerjilerin ölçeğini ve olası keşifleri değerlendirmek için, bazı temel parçacıkların kütlelerini, bazı karakteristik enerjileri ve çarpıştırıcıların enerjilerini listeleyen tabloya bakmaya değer (esas olarak çarpışan ışınların toplam enerjilerini listeliyorum: şunu belirtmek gerekir ki, E kütleli bir parçacığı gözlemlemek için kural olarak 2E ışınlarının toplam enerjisi kullanılmalıdır).
Hem nükleer hem de enerji birimi olarak kuantum fiziği yaygın olarak kullanılan elektron-volt Joule yerine (eV). 1 eV ~ 1,6021765x10 ?19 J. Parçacık kütleleri ayrıca Einstein'ın E = mc 2 denklemi kullanılarak eV cinsinden ölçülür.
| Enerji | |
| 511 KeV | elektron |
| 1,9 MeV | u-kuark |
| 4,4 MeV | d-kuark |
| 87 MeV | s-kuark |
| 106 MeV | müon |
| 938,3 MeV | proton |
| 939,6 MeV | nötron |
| 1,32 GeV | c-kuark |
| 1,78 GeV | tau parçacığı |
| 4,24 GeV | b-kuark |
| 6 GeV | Rusya'nın en büyük çarpıştırıcısı |
| 45 GeV | LEP, 1989 |
| 80,4 GeV | W bozonu |
| 91,2 GeV | Z bozonu |
| ~100 GeV | elektrozayıf birleşme |
| 100-1000 GeV | süpereş parçacıklar (?) |
| 117-251 GeV | Higgs bozonu (?), en olası aralık |
| 172,7 GeV | t-kuark |
| 189 GeV | LEP, 1998 |
| ~200 GeV | LEP, 1999 |
| 209 GeV | LEP, 2000, kapatmadan önce |
| 250-650 GeV | Higgs bozonu (?), “ağır versiyon” |
| 650-1000 GeV | Higgs bozonu (?), “çok ağır varyant” |
| 900 GeV | LHC, Komisyon Çalışması, yaz 2008 |
| 980 GeV | Tevatron, tepe gücü |
| 7TeV | LHC, 2008 sonu |
| 14TeV | LHC, proje enerjisi |
| ~1000TeV | Yüksek enerjili kozmik ışınlar |
| 6,24x10 9 GeV | 1 joule |
| 6x10 10 GeV | Greisen-Zatsepin-Kuzmin sınırı, kozmik ışınlar için de teorik enerji sınırı |
| ~10 14 -10 16 GeV | Elektrozayıf ve güçlü etkileşimlerin "Büyük Birleşmesi" (?) |
| ~10 19 GeV | Planck enerjisi, tüm etkileşimlerin sözde birleşimi (?) |
| 3x10 31 GeV | Dünyadaki yıllık elektrik üretimi |
LHC'nin fırlatılması/fırlatılmaması ile ilgili riskler
LHC'nin fırlatılmasına ilişkin ana kaygılar iki bölüme ayrılmıştır:
1. Kararlı mikroskopik oluşumu Kara delik Dünyayı yutacak olan (bir kara deliğin güzel resmi)
Bazı teoriler, LHC'deki deneyler sırasında mikroskobik kara deliklerin oluşma olasılığını öngörüyor. Kara delik, ışığın kaçmasına bile izin vermeyen süper güçlü yerçekimine sahip bir nesnedir. Ancak her şey o kadar ölümcül değil çünkü böyle bir fenomen var. Hawking radyasyonu. Hawking radyasyonu, bir kara deliğin yerçekiminin yalnızca sanal değil, aynı zamanda bazıları olay ufkunun üzerinde olabilen gerçek parçacık-antiparçacık çiftlerinin oluşumuna yol açmasının bir sonucudur. Böyle bir parçacık kara delikten ayrılır ve enerjisinin ve kütlesinin bir kısmını kendisiyle birlikte alır. Açıkçası mikroskobik kara delikler için böyle bir olayın gerçekleşme olasılığı çok daha yüksektir ve bu nedenle CERN uzmanlarına göre kara delikler oluşsa bile anında buharlaşacaktır. Ancak oldukça kararlı olacak ve Hawking radyasyonu yoluyla buharlaşmayacak mikroskobik kara deliklerin oluşması da mümkündür. Bu durumda birkaç yıl içinde tüm Dünya tükenecek :)
2. Eğitim garip mesele
Eğitim mümkün "strapelek"(garip) - maddenin yaklaşık olarak eşit sayıda d-, u- ve s-kuarklardan oluşan varsayımsal bir durumu. Böyle bir madde sıradan bir maddeyle etkileşime girdiğinde, enerjinin açığa çıkmasıyla ve maddenin tamamının “garip maddeye” dönüşmesiyle zincirleme bir reaksiyon meydana gelmelidir. Böyle bir olaydan sonra bir kişinin hayatta kalması pek mümkün değildir :)
Eğer bu senaryolar gerçekleşirse (Bender Rodriguez'in en büyük hayali), LHC'yi son hadron çarpıştırıcısı olarak adlandırmak yerinde olacaktır.
Bu tür endişelere yanıt olarak, trajik bir sonucun olasılığını değerlendirmeye çalışmak üzere çeşitli araştırma grupları oluşturuldu. Çarpıştırıcı güvenliği savunucularının temel argümanı şu: "LHC, doğanın daha önce milyonlarca kez yapmadığı hiçbir şeyi yapmayacak." Bu, Dünya'nın LHC'de mevcut olabilecek enerjiden çok daha yüksek enerjiye sahip kozmik ışın parçacıklarıyla periyodik olarak bombalandığı anlamına gelir. Ancak muhalifler, bu tür çarpışmalar sırasında mikroskobik kara delikler oluşsa bile, bunların Dünya boyunca ışık hızından yalnızca biraz daha düşük bir hızda uçtuğunu ve bunun elbette çarpıştırıcının kapalı manyetik alanı hakkında söylenemeyeceğini belirtiyor. büyük olasılıkla böyle bir kara delik yaratmış, bir türlü bırakmıyor.
CERN uzmanları tarafından bu tür olayların olasılığına ilişkin resmi tahmin 1/50000000'dir (50 milyonda 1). Ancak potansiyel mağdur sayısı (6,7 milyar) dikkate alındığında beklenen değer yaklaşık 130 kişidir ki bu da elbette oldukça fazla.
Ancak ünlü kuantum hesaplama uzmanı Scott Aaronson genel olarak LHC'nin mümkün olan en kısa sürede fırlatılması gerektiğine inanıyor çünkü uzaylıların gelecek yıl gelme olasılığını göz ardı edemeyiz ve Higgs bozonunu hala keşfedemediğimize göre, uzaylılar gelecek. bizi tam bir vahşi olarak kabul edin ve köleleştirin :)
Higgs bozonu araştırmasının felaket senaryosuna göre dünya dışı uygarlıkların sayısının tahmini
Şu anda bu olayla ilgili alışılmadık derecede büyük bir espri patlaması var. Bununla birlikte, örneğin Higgs bozonunu inceleme girişimlerinde gelişmiş herhangi bir medeniyetin bir kara deliğe dönüştüğü gerçeğiyle ilgili kara mizah hakimdir. Ben de deneyeceğim :)
Bu bakış açısı daha da ilginç çünkü dünya dışı uygarlıklardan, özellikle de Galaksimizin merkezinde bulunanlardan gelen sinyalleri gözlemlemiyoruz. Galaksinin merkezindeki yıldızların Güneş Sisteminden önemli ölçüde daha erken oluştuğunu ve dolayısıyla oradaki medeniyetlerin bizimkinden çok daha eski ve daha gelişmiş olması gerektiğini burada belirtmekte fayda var. Ancak Galaksinin merkezinde 3,7 milyon güneş kütlesine sahip devasa bir kara delik olan Sagittarius-A*'yı gözlemliyoruz.
Radyonun keşfinden önce herhangi bir medeniyetin geliştiğini, yaklaşık 100 yıl sonra ise çöküntü oluşumu ve medeniyetin ölümü anlamına gelen Higgs bozonunun keşfedildiğini ve ayrıca Galaksinin merkezindeki kara deliğin oluştuğunu varsayıyoruz. tam olarak bu tür gelişmiş medeniyetlerden.
Galaksimizin toplamda yaklaşık 200 milyar yıldız içerdiğini ve bunların yaklaşık %90'ının merkezde olduğunu göz önüne alırsak, bir yıldız sisteminde bir uygarlığın ortaya çıkma olasılığının 50.000'de 1 civarında olduğu varsayımını yapabiliriz. Akıllı yaşamın şu anda Galaksinin dar bir kuşağında, yaklaşık 500 parsek genişliğinde (yaklaşık artı veya eksi gezegen sisteminin ömrünün 100 milyon yılı), yüksekliği 300 parsek (Galaksinin bizim galaksimizdeki kalınlığı) var olduğuna dair makul bir varsayım. alanı) ve yarıçapı 8,5 kiloparsektir.
Yıldız sisteminin geliştirilmeye uygun olma ihtimalinin değerlendirilmesine dayanmaktadır Zeki yaşam(yukarıya bakınız, 2x10?5), uygarlığın şu anda radyo düzeyinde olma olasılığı (10?6) ve bu kuşaktaki yıldızların yoğunluğu (yaklaşık 0,1 adet?3), şu anda yaklaşık 20 bin yıldız olduğunu anlıyoruz. yıldız sistemleriİçinde hayat var ve neredeyse kesinlikle bizimle iletişime geçmeye hazır tek bir sistem yok. Ne yazık ki bu hesaplamalara göre Galakside yalnızız. Ve bizi uyaracak kimse yok :)
Bu yöntemi kullanarak, Drake formülünde beş ortalama terimin (yaklaşık 2x10?5 olduğu tahmin edilmektedir, Drake'inki 10?4'tür) ve L ~ 100 yılın (Drake'inki çok daha iyimserdir, 10.000 yıl) çarpımını elde etmek mümkündür. Oldukça iyi... ve oldukça korkutucu bir tesadüf. Kardashev ölçeği bu değerlendirmeyi çürütmüyor: Galaksinin merkezinde III. Tip bir uygarlığın ortaya çıkması pekala mümkündür, ancak onun varlığına veya faaliyetine dair herhangi bir iz gözlemlemiyoruz.
Peki LHC'ye neden ihtiyaç duyuluyor?
- Standart Modelin en son deneysel doğrulaması olan, parçacıkların kütlesinden sorumlu olan Higgs bozonunun araştırılması;
- Standart Modelin dışındaki parçacıkların araştırılması: pentakuarklar ve tetrakuarklar, 4. nesil parçacıklar, manyetik monopoller;
- Lisi teorisinin öngördüğü parçacıkları arayın
- Süpersimetriyi, süpereş parçacıkları, özellikle de t-kuark süpereşini arayın;
- Kuantum Yerçekimi Araştırması;
- Mikroskobik kara delikler ve Hawking radyasyonu üzerine araştırmalar;
- Tüm insanları öldürün (varsayım a).
- Maddenin enerjiye dönüşümü (yok olma), foton motorları, yıldızlararası yolculuk
- Yerçekimi kontrolü, özellikle anti-yerçekimi
- M-teorisi alanında olası araştırmalar, örneğin paralel dünyalar
Gelecek anlatacak.
Eklenti #1: Bu konuyla ilgileniyorsanız, Igor Ivanov'un Dünya çapındaki harika makalesini okumanızı tavsiye ederim.
Parçacık fiziğinde ölçü bozonları doğanın temel etkileşimlerini taşıyan bozonlardır. Daha kesin olarak, etkileşimleri ayar teorisi tarafından tanımlanan temel parçacıklar, genellikle sanal parçacıklar olarak, ayar bozonlarının değişimi yoluyla birbirleri üzerinde etki ederler.
Standart Modelde üç tür ayar bozonu vardır: fotonlar, W ve Z bozonları ve gluonlar. Her tür, Standart Modelde açıklanan üç etkileşimden birine karşılık gelir: fotonlar elektromanyetik etkileşimin ayar bozonlarıdır, W ve Z bozonları zayıf etkileşimi taşır ve gluonlar güçlü etkileşimi taşır. Hapsetme yoluyla izole edilmiş gluonlar düşük enerjilerde görünmez. Bununla birlikte, düşük enerjilerde, varlığı 2006 yılı itibarıyla deneysel olarak doğrulanmayan devasa yapışkan topları gözlemlemek mümkündür.
Ayar bozonlarının sayısı
Kuantum ayar teorisinde ayar bozonları ayar alanlarının kuantumlarıdır. Sonuç olarak, ayar alanı kaynaklarının sayısı kadar ayar bozonu vardır. Kuantum elektrodinamiğinde ayar grubu U(1); Bu en basit durumda yalnızca bir tane ayar bozonu vardır. Kuantum kromodinamiğinde grup daha karmaşıktır SU (3) 8 gluona karşılık gelen 8 kaynağı vardır. Üç W ve Z bozonu kabaca üç kaynağa karşılık gelir SU (2) elektrozayıf etkileşim teorisinde.
Büyük ayar bozonları
Gösterge değişmezliği de dahil olmak üzere teknik nedenlerden dolayı, ayar bozonları kütlesiz parçacıklar için alan denklemleriyle matematiksel olarak tanımlanır. Bu nedenle, saf bir teorik algı düzeyinde, tüm ayar bozonlarının kütlesiz olması ve tanımladıkları etkileşimlerin uzun menzilli etkileşimler olması gerekir. Bu fikir ile zayıf kuvvetin çok kısa bir menzile sahip olduğu deneysel gerçeği arasındaki çelişki, daha fazlasını gerektirir. teorik araştırma.
Standart Model'e göre W ve Z bozonları Higgs mekanizması yoluyla kütle kazanmaktadır. Higgs mekanizmasının dört ayar bozonu vardır. (SU(2) X U (1) Elektrozayıf etkileşimin simetrileri) Higgs alanında birleştirilir. Bu alan, etkileşim potansiyelinin şeklini bozan kendiliğinden simetriye tabidir. Sonuç olarak, sıfır olmayan bir Higgs alanı yoğunlaşması Evrenin içinden geçer. Bu yoğunlaşma, üç elektrozayıf ayar bozonuyla (W± ve Z) birleşerek onlara kütle kazandırır; geri kalan ayar bozonu kütlesiz kalır (foton). Bu teori aynı zamanda henüz keşfedilmemiş bir skaler Higgs bozonunun varlığını da öngörüyor.
Büyük Birleşme Teorileri
Büyük birleşik teorilerde (GUT'ler), ek ayar X ve Y bozonları ortaya çıkar. Kuarklar ve leptonlar arasındaki etkileşimleri kontrol ederek baryon sayısının korunumu yasasını ihlal ediyorlar ve proton bozunmasına neden oluyorlar. Bu bozonlar, simetri kırılması nedeniyle kuantum standartlarına göre muazzam bir kütleye sahiptir (belki de W ve Z bozonlarından bile daha büyük). Şu ana kadar bu bozonların varlığına dair tek bir deneysel onay elde edilemedi (örneğin, Japon Süper-Kamiokande tesisindeki proton bozunmalarına ilişkin bir dizi gözlemde).
Gravitonlar
Dördüncü temel kuvvet olan yerçekimi de graviton adı verilen bir bozon tarafından taşınabilmektedir. Deneysel kanıtların ve matematiksel olarak tutarlı bir kuantum kütleçekimi teorisinin yokluğunda, gravitonun bir ayar bozonu olup olmadığı bilinmemektedir. Gösterge değişmezliğinin rolü Genel teori Görelilik de benzer bir simetriye sahiptir; difeomorfizme göre değişmezlik.
Bu terimin tam anlamıyla temel parçacıklar, birincil, ayrıca ayrışmaz parçacıklardır ve varsayım gereği tüm madde bunlardan oluşur. "Temel parçacıklar" kavramında modern bilim doğa bilimi, bilinen tüm özellikleri belirleyen ilkel özler fikrinde ifade bulur materyal Dünya Doğa biliminin gelişiminin ilk aşamalarında ortaya çıkan ve gelişiminde her zaman önemli bir rol oynamış bir fikir. “Temel parçacıklar” kavramı, maddenin yapısının ayrık doğasının mikroskobik düzeyde kurulmasıyla yakın bağlantılı olarak oluşturulmuştur. 19. ve 20. yüzyılların başında keşif. Maddenin özelliklerinin en küçük taşıyıcıları - moleküller ve atomlar - ve moleküllerin atomlardan oluştuğu gerçeğinin ortaya konması, ilk kez bilinen tüm maddeleri sonlu, ancak büyük sayıda yapısal bileşenlerin kombinasyonları olarak tanımlamayı mümkün kıldı. bileşenler - atomlar. Daha sonra kurucu atomların (elektronlar ve çekirdekler) varlığının belirlenmesi, yalnızca iki tür parçacıktan (protonlar ve nötronlar) oluştuğu ortaya çıkan çekirdeklerin karmaşık yapısının oluşturulması, oluşturan ayrı elemanların sayısını önemli ölçüde azalttı. Maddenin özellikleri ve zincirin varlığını varsaymak için sebep verdi. bileşenler Madde ayrı, yapısız oluşumlarla son bulur - Temel parçacıklar Böyle bir varsayım, genel anlamda, bir tahmindir bilinen gerçekler ve hiçbir şekilde kesin olarak kanıtlanamaz. Yukarıdaki tanım anlamında temel parçacıkların var olduğunu kesin olarak söylemek imkansızdır. Örneğin, uzun süredir temel parçacıklar olduğu düşünülen proton ve nötronların, karmaşık yapı. Maddenin yapısal bileşenlerinin sırasının temelde sonsuz olması ihtimali göz ardı edilemez. Maddeyi incelemenin bir aşamasında “... oluşur” ifadesinin içerikten yoksun olduğu da ortaya çıkabilir. Bu durumda yukarıda verilen “temel” tanımından vazgeçilmesi gerekecektir. Temel parçaların varlığı bir tür varsayımdır ve geçerliliğini test etmek doğa bilimlerinin en önemli görevlerinden biridir.
Temel parçacık, bileşen parçalarına bölünemeyen (veya henüz kanıtlanmamış) nükleer ölçekteki mikro nesnelere atıfta bulunan kolektif bir terimdir. Yapıları ve davranışları parçacık fiziği tarafından incelenmektedir. Temel parçacık kavramı, maddenin ayrık yapısı gerçeğine dayanmaktadır. Bir dizi temel parçacık karmaşık bir iç yapıya sahiptir, ancak bunları parçalara ayırmak imkansızdır. Diğer temel parçacıklar yapısızdır ve birincil temel parçacıklar olarak kabul edilebilirler.
Temel parçacığın (elektronun) 1897'deki ilk keşfinden bu yana 400'den fazla temel parçacık keşfedildi.
Spinlerinin büyüklüğüne bağlı olarak tüm temel parçacıklar iki sınıfa ayrılır:
fermiyonlar - yarım tamsayı spinli parçacıklar (örneğin, elektron, proton, nötron, nötrino);
bozonlar tamsayı spinli parçacıklardır (örneğin bir foton).
Etkileşim türlerine bağlı olarak, temel parçacıklar aşağıdaki gruplara ayrılır:
Bileşen parçacıkları:
hadronlar her türlü temel etkileşime katılan parçacıklardır. Kuarklardan oluşurlar ve sırasıyla aşağıdakilere ayrılırlar:
mezonlar (tamsayı spinli hadronlar, yani bozonlar);
baryonlar (yarım tamsayı spinli hadronlar, yani fermiyonlar). Bunlar özellikle bir atomun çekirdeğini oluşturan proton ve nötron parçacıklarını içerir.
Temel (yapısız) parçacıklar:
Leptonlar, 10−18 m mertebesinde ölçeklere kadar nokta parçacıklar (yani hiçbir şeyden oluşmayan) formuna sahip olan fermiyonlardır ve güçlü etkileşimlere katılmazlar. Elektromanyetik etkileşimlere katılım deneysel olarak yalnızca yüklü leptonlar (elektronlar, müonlar, tau leptonlar) için gözlemlendi ve nötrinolar için gözlemlenmedi. Bilinen 6 lepton türü vardır.
Kuarklar hadronların bir parçası olan kesirli yüklü parçacıklardır. Özgür durumda gözlemlenmediler. Leptonlar gibi 6 türe ayrılırlar ve yapısal değildirler ancak leptonlardan farklı olarak güçlü etkileşime girerler.
ayar bozonları - etkileşimlerin gerçekleştirildiği değişim yoluyla parçacıklar:
foton - elektromanyetik etkileşimi taşıyan bir parçacık;
sekiz gluon - güçlü etkileşimi taşıyan parçacıklar;
zayıf etkileşimi taşıyan üç ara vektör bozonu W+, W− ve Z0;
Graviton, yerçekimsel etkileşimi aktaran varsayımsal bir parçacıktır. Gravitonların varlığı, yerçekimi etkileşiminin zayıflığı nedeniyle henüz deneysel olarak kanıtlanmamış olsa da oldukça olası kabul ediliyor; ancak graviton Standart Modele dahil değildir.
Hadronlar ve leptonlar maddeyi oluşturur. Gösterge bozonları farklı radyasyon türlerinin kuantumlarıdır.
Ek olarak, Standart Model zorunlu olarak Higgs bozonunu da içerir, ancak bu henüz deneysel olarak keşfedilmemiştir.
Karşılıklı dönüşümlere uğrama yeteneği, tüm temel parçacıkların en önemli özelliğidir. Temel parçacıklar doğup yok edilebilir (yayılabilir ve emilebilir). Bu aynı zamanda kararlı parçacıklar için de geçerlidir; tek fark, kararlı parçacıkların dönüşümlerinin kendiliğinden değil, diğer parçacıklarla etkileşim yoluyla meydana gelmesidir. Bir örnek, yüksek enerjili fotonların doğuşuyla birlikte bir elektronun ve bir pozitronun yok olması (yani yok olması). Ayrıca sızıntı olabilir ters süreç– örneğin yeterince yüksek enerjiye sahip bir fotonun çekirdeğe çarpması durumunda bir elektron-pozitron çiftinin doğuşu. Protonun da elektronun pozitronu gibi tehlikeli bir ikizi vardır. Buna antiproton denir. Antiprotonun elektrik yükü negatiftir. Şu anda tüm parçacıklarda antipartiküller bulunmuştur. Antiparçacıklar parçacıklara karşıttır çünkü herhangi bir parçacık kendi antiparçacığıyla karşılaştığında yok olma meydana gelir, yani her iki parçacık da kaybolur, radyasyon kuantasına veya diğer parçacıklara dönüşür.
Bugüne kadar bilinen çeşitli temel parçacıklar arasında az çok uyumlu bir sınıflandırma sistemi bulunur.Çok sayıda temel parçacık için en uygun sınıflandırma, bunların katıldıkları etkileşim türlerine göre sınıflandırılmasıdır. Güçlü etkileşimle ilgili olarak, tüm temel parçacıklar iki büyük gruba ayrılır: hadronlar (Yunanca hadrostan - büyük, güçlü) ve leptonlar (Yunanca leptostan - hafif).
Başlangıçta, "temel parçacık" terimi kesinlikle temel bir şey, maddenin ilk tuğlası anlamına geliyordu. Ancak 1950'li ve 1960'lı yıllarda benzer özelliklere sahip yüzlerce hadron keşfedildiğinde, hadronların en azından iç serbestlik derecesine sahip olduğu, yani kelimenin tam anlamıyla temel olmadıkları ortaya çıktı. Daha sonra hadronların kuarklardan oluştuğu ortaya çıkınca bu şüphe doğrulandı.
Böylece insanlık maddenin yapısının biraz daha derinlerine doğru ilerledi: leptonlar ve kuarklar artık maddenin en temel, nokta benzeri parçaları olarak kabul ediliyor. Onlar için (gösterge bozonlarıyla birlikte) “temel parçacıklar” terimi kullanılıyor.
2. TEMEL PARÇACIKLARIN ÖZELLİKLERİ
Tüm temel parçacıklar son derece küçük kütlelere ve boyutlara sahip nesnelerdir. Birçoğunun proton kütlesi mertebesinde 1,6×10-24 g'ye eşit kütleleri vardır (yalnızca elektronun kütlesi belirgin şekilde daha küçüktür: 9×10-28 g). Proton, nötron, p-mezonun deneysel olarak belirlenen boyutları büyüklük sırasına göre 10 -13 cm'ye eşittir, Elektron ve müonun boyutları belirlenememiştir, sadece 10 -15 cm'den küçük oldukları bilinmektedir. Mikroskobik kütleler ve boyutlar Temel parçacıklar davranışlarının kuantum özgüllüğünün temelini oluşturur. Kuantum teorisinde temel parçacıklara atfedilmesi gereken karakteristik dalga boyları (burada Planck sabiti, m parçacığın kütlesi, c ışık hızıdır) büyüklük sırasına göre birbirine yakındır. tipik boyutlar etkileşimlerinin gerçekleştiği yer (örneğin, p-meson 1,4×10-13 cm için). Bu, kuantum yasalarının temel parçacıklar için belirleyici olduğu gerçeğine yol açmaktadır.
; p + ®m + + vm; К + ®p + + p 0 (bundan sonra parçacık sembolünün üzerindeki "tilda" işareti karşılık gelen antiparçacıkları işaret eder). Temel parçacıklarla yapılan çeşitli işlemler, oluşum yoğunluklarına göre belirgin şekilde farklılık gösterir. Buna uygun olarak, temel parçacıkların etkileşimleri fenomenolojik olarak birkaç sınıfa ayrılabilir: güçlü, elektromanyetik ve zayıf etkileşimler. Tüm temel parçacıkların da yerçekimsel etkileşimi vardır.
Güçlü etkileşimlerdiğer tüm süreçler arasında en yoğun şekilde ortaya çıkan süreçleri doğuran etkileşimler olarak öne çıkıyor. Ayrıca temel parçacıklar arasındaki en güçlü bağlantıya da yol açarlar. Atom çekirdeğindeki proton ve nötronların bağlantısını belirleyen ve maddenin karasal koşullar altında stabilitesinin temelini oluşturan bu oluşumların olağanüstü gücünü sağlayan güçlü etkileşimlerdir.
Elektromanyetik etkileşimlerElektromanyetik alanla iletişime dayalı etkileşimler olarak karakterize edilir. Bunların neden olduğu süreçler, güçlü etkileşim süreçlerinden daha az yoğundur ve bunların oluşturduğu bağlantı gözle görülür şekilde daha zayıftır. Özellikle elektromanyetik etkileşimler atomik elektronların çekirdeklerle bağlantısından ve moleküllerdeki atomların bağlantısından sorumludur.
Zayıf etkileşimlerAdından da anlaşılacağı gibi, temel parçacıklarda çok yavaş gerçekleşen işlemlere neden olur. Düşük yoğunluklarının bir örneği, yalnızca zayıf etkileşimlere sahip olan nötrinoların, örneğin Dünya ve Güneş'in kalınlığına serbestçe nüfuz etmesidir. Zayıf etkileşimler aynı zamanda yarı-kararlı temel parçacıkların yavaş bozunmasına da neden olur. Bu parçacıkların ömürleri 10 -8 -10 -10 saniye aralığındayken, temel parçacıkların güçlü etkileşimleri için tipik süreler 10 -23 -10 -24 saniyedir.
Makroskopik görünümleriyle iyi bilinen yerçekimi etkileşimleri, ~10 -13 cm karakteristik mesafelerdeki temel parçacıklar durumunda, temel parçacıkların küçük kütleleri nedeniyle son derece küçük etkiler üretir.
Çeşitli etkileşim sınıflarının gücü, karşılık gelen etkileşimlerin sabitlerinin kareleriyle ilişkili boyutsuz parametrelerle yaklaşık olarak karakterize edilebilir. ~1 GeV ortalama işlem enerjisine sahip protonların güçlü, elektromanyetik, zayıf ve yerçekimsel etkileşimleri için bu parametreler 1:10 -2: l0 -10:10 -38 olarak ilişkilidir. Sürecin ortalama enerjisini belirtme ihtiyacı, zayıf etkileşimler için boyutsuz parametrenin enerjiye bağlı olmasından kaynaklanmaktadır. Ayrıca çeşitli süreçlerin yoğunlukları da enerjiye farklı şekilde bağlıdır. Bu, genel olarak konuşursak, çeşitli etkileşimlerin göreceli rolünün, etkileşime giren parçacıkların artan enerjisiyle değişmesine, böylece süreçlerin yoğunluklarının karşılaştırılmasına dayalı olarak etkileşimlerin sınıflara bölünmesinin güvenilir bir şekilde gerçekleştirilmesine yol açar. çok yüksek enerjiler. Bununla birlikte, farklı etkileşim sınıfları, simetrilerinin farklı özellikleriyle ilişkili, daha yüksek enerjilerde ayrılmalarına katkıda bulunan başka spesifik özelliklere de sahiptir. Etkileşimlerin sınıflara bölünmesinin en yüksek enerjilerin sınırında korunup korunmayacağı belirsizliğini koruyor.
Belirli etkileşim türlerine katılımlarına bağlı olarak, foton hariç incelenen tüm temel parçacıklar iki ana gruba ayrılır: hadronlar (Yunanca hadrostan - büyük, güçlü) ve leptonlar (Yunanca leptostan - küçük, ince, hafif). Hadronlar öncelikle elektromanyetik ve zayıf etkileşimlerin yanı sıra güçlü etkileşimlere sahip olmaları, leptonların ise yalnızca elektromanyetik ve zayıf etkileşimlere katılmaları ile karakterize edilir. (Her iki grupta da ortak olan yerçekimsel etkileşimlerin varlığı ima edilmektedir.) Hadron kütleleri büyüklük sırasına göre proton kütlesine (mp) yakındır; P-mezon hadronlar arasında minimum kütleye sahiptir: t p »m 1/7×t p. 1975-76'dan önce bilinen leptonların kütleleri küçüktü (0,1 m p/p), fakat son veriler görünüşe göre hadronlarla aynı kütlelere sahip ağır leptonların var olma ihtimalini göstermektedir. İncelenen hadronların ilk temsilcileri proton ve nötron, leptonlar ise elektrondu. Yalnızca elektromanyetik etkileşimlere sahip bir foton, hadron veya lepton olarak sınıflandırılamaz ve ayrı bir bölüme ayrılmalıdır. grup. 70'lerde geliştirilenlere göre. Bize göre foton (sıfır durgun kütleye sahip bir parçacık), sözde çok büyük parçacıklarla aynı grupta yer alır. Zayıf etkileşimlerden sorumlu olan ve henüz deneysel olarak gözlemlenmeyen ara vektör bozonları.
Her temel parçacık, kendi doğal etkileşimlerinin özellikleriyle birlikte, belirli fiziksel niceliklerin veya özelliklerinin bir dizi ayrı değeriyle tanımlanır. Bazı durumlarda bu ayrık değerler tamsayılar veya kesirli sayılar ve bazı ortak faktörler - bir ölçü birimi; bu sayılardan temel parçacıkların kuantum sayıları olarak söz edilir ve ölçüm birimleri atlanarak yalnızca bunlar belirtilir.
Tüm temel parçacıkların ortak özellikleri kütle (m), ömür (t), dönüş (J) ve elektrik yüküdür (Q). Temel parçacıkların kütlelerinin dağılmasına ilişkin yasa ve bunlar için herhangi bir birimin olup olmadığı henüz yeterince anlaşılamamıştır.
ölçümler.
Temel parçacıklar, ömürlerine bağlı olarak kararlı, yarı kararlı ve kararsız (rezonans) olarak ayrılır. Modern ölçümlerin doğruluğu dahilinde kararlı olanlar, elektron (t > 5×10 21 yıl), proton (t > 2×10 30 yıl), foton ve nötrinodur. Yarı kararlı parçacıklar, elektromanyetik ve zayıf etkileşimler nedeniyle bozunan parçacıkları içerir. Ömürleri > 10-20 saniyedir (serbest bir nötron için bile ~ 1000 saniye). Rezonanslar, güçlü etkileşimler nedeniyle bozunan temel parçacıklardır. Karakteristik ömürleri 10 -23 -10 -24 sn'dir. Bazı durumlarda, güçlü etkileşimlerden dolayı ağır rezonansların (kütlesi 3 GeV olan) azalması bastırılır ve kullanım ömrü ~10 -20 saniye değerlerine çıkar.
Döndürmek Temel parçacıkların sayısı, 'nin bir tamsayı veya yarım tamsayı katıdır. Bu birimlerde p- ve K-mezonların spini 0, proton, nötron ve elektron için J = 1/2, foton için J = 1'dir. Daha yüksek spinli parçacıklar vardır. Temel parçacıkların dönüşünün büyüklüğü, özdeş (özdeş) parçacıklardan oluşan bir topluluğun davranışını veya bunların istatistiklerini belirler (W. Pauli, 1940). Yarım tamsayı spinli parçacıklar, bir çift parçacık (veya tek sayıda çift) permütasyonuna göre sistemin dalga fonksiyonunun antisimetrisini gerektiren Fermi-Dirac istatistiklerine (dolayısıyla fermiyon adı) tabidir ve, bu nedenle yarım tamsayı spinli iki parçacığın aynı durumda olmasını “yasaklar” (Pauli ilkesi). Tamsayı spinli parçacıklar, parçacıkların permütasyonlarına göre dalga fonksiyonunun simetrisini gerektiren ve herhangi bir sayıda parçacığın aynı durumda olmasına izin veren Bose-Einstein istatistiklerine (dolayısıyla bozon adı) tabidir. Temel parçacıkların istatistiksel özelliklerinin, doğum veya çürüme sırasında birden fazla özdeş parçacığın oluştuğu durumlarda önemli olduğu ortaya çıkıyor. Fermi-Dirac istatistikleri ayrıca çekirdeklerin yapısında son derece önemli bir rol oynar ve atom kabuklarının elektronlarla doldurulma modellerini belirler. periyodik tablo D.I. Mendeleev'in unsurları.
İncelenen temel parçacıkların elektrik yükleri, temel elektrik yükü olarak adlandırılan e » 1,6×10-19 k değerinin tamsayı katlarıdır. Bilinen temel parçacıklar için Q = 0, ±1, ±2.
Belirtilen miktarlara ek olarak, temel parçacıklar ayrıca dahili olarak adlandırılan bir dizi kuantum sayısıyla da karakterize edilir. Leptonlar iki türden spesifik bir lepton yükü L taşırlar: elektronik (L e) ve müonik (Lm); Elektron ve elektron nötrino için L e = +1, negatif müon ve müon nötrino için L m = +1. Ağır lepton t; ve onunla ilişkili nötrino, görünüşe göre, yeni tip lepton yükü L t'nin taşıyıcılarıdır.
Hadronlar için L = 0 ve bu da onların leptonlardan farkının bir başka göstergesidir. Buna karşılık, hadronların önemli bir kısmı özel bir baryon yükü B'ye (|E| = 1) atfedilmelidir. B = +1 olan hadronlar bir alt grup oluşturur
baryonlar (buna proton, nötron, hiperonlar, baryon rezonansları dahildir) ve B = 0 olan hadronlar, mezonların (p- ve K-mezonlar, bozonik rezonanslar) bir alt grubudur. Hadron alt gruplarının adı Yunanca barıs - ağır ve mesos - orta kelimelerinden gelmektedir. İlk aşama Temel parçacıkların çalışmaları, o zamanlar bilinen baryonların ve mezonların kütlelerinin karşılaştırmalı değerlerini yansıtıyordu. Daha sonraki veriler baryon ve mezon kütlelerinin karşılaştırılabilir olduğunu gösterdi. Leptonlar için B = 0. Fotonlar için B = 0 ve L = 0.
Baryonlar ve mezonlar daha önce bahsedilen kümelere ayrılır: sıradan (garip olmayan) parçacıklar (proton, nötron, p-mezonlar), tuhaf parçacıklar (hiperonlar, K-mezonlar) ve büyülü parçacıklar. Bu bölünme, hadronlarda özel kuantum sayılarının varlığına karşılık gelir: gariplik S ve çekicilik (İngiliz cazibesi) Ch, izin verilen değerlerle: 151 = 0, 1, 2, 3 ve |Ch| = 0, 1, 2, 3. Sıradan parçacıklar için S = 0 ve Ch = 0, garip parçacıklar için |S| ¹ 0, Ch = 0, büyülü parçacıklar için |Ch| ¹0 ve |S| = 0, 1, 2. Tuhaflık yerine, görünüşe göre daha temel bir anlama sahip olan kuantum sayısı hiper yükü Y = S + B sıklıkla kullanılıyor.
Zaten sıradan hadronlarla yapılan ilk çalışmalar, aralarında kütle bakımından benzer, güçlü etkileşimler açısından çok benzer özelliklere sahip, ancak Farklı anlamlar elektrik şarjı. Proton ve nötron (nükleonlar) böyle bir ailenin ilk örneğiydi. Daha sonra garip ve (1976'da) büyülü hadronlar arasında benzer aileler keşfedildi. Bu tür ailelere dahil olan parçacıkların özelliklerinin ortak özelliği, bunun bir yansımasıdır.
özel bir kuantum numarasının aynı değerinin varlığı - sıradan spin gibi tam sayı ve yarım tam sayı değerleri alan izotopik spin I. Ailelerin kendilerine genellikle izotop çoklular denir. Bir multipletteki (n) parçacıkların sayısı, şu ilişki ile I ile ilişkilidir: n = 2I + 1. Bir izotopik multipletin parçacıkları, izotopik spin I 3'ün "izdüşümünün" değerinde birbirinden farklıdır ve karşılık gelen Q değerleri şu ifadeyle verilir: 
Hadronların önemli bir özelliği aynı zamanda uzayların ters çevrilmesiyle ilişkili iç parite P'dir: P, ±1 değerlerini alır.
O, L, B, Y (S) yüklerinden en az birinin ve Ch cazibesinin sıfır olmayan değerlerine sahip tüm temel parçacıklar için, aynı kütle m, ömür t, spin değerlerine sahip antipartiküller vardır. J ve izotopik spin 1 hadronları için, ancak tüm yüklerin zıt işaretlerine sahip ve iç parite P'nin zıt işaretine sahip baryonlar için. Antipartikülleri olmayan parçacıklara kesinlikle (gerçekten) nötr denir. Kesinlikle nötr hadronların özel bir kuantum numarası vardır - yük paritesi (yani yük konjugasyon işlemine göre parite) C ±1 değerlerinde; bu tür parçacıkların örnekleri foton ve p 0'dır.
Kuantum sayıları temel parçacıklar doğru (yani tüm işlemlerde korunan fiziksel niceliklerle ilişkili olanlar) ve yanlış (bunun için karşılık gelen parçacıklar) olarak ikiye ayrılır. fiziksel özellikler bazı işlemler kaydedilmez). Spin J, açısal momentumun katı korunumu yasasıyla ilişkilidir ve bu nedenle tam bir kuantum sayısıdır. Diğer kesin kuantum sayıları: Q, L, B; modern verilere göre tüm dönüşümler sırasında korunurlar Temel parçacıklar Protonun kararlılığı, B'nin korunumunun doğrudan bir ifadesidir (örneğin, p ® e + + g bozunması yoktur). Ancak çoğu hadron kuantum sayısı kesin değildir. İzotopik spin, güçlü etkileşimlerde korunurken, elektromanyetik ve zayıf etkileşimlerde korunmaz. Güçlü ve elektromanyetik etkileşimlerde tuhaflık ve çekicilik korunur, ancak zayıf etkileşimlerde korunmaz. Zayıf etkileşimler aynı zamanda iç ve yük paritesini de değiştirir. CP'nin birleşik paritesi çok daha yüksek bir doğruluk derecesiyle korunur, ancak zayıf etkileşimlerin neden olduğu bazı süreçlerde de ihlal edilir. Hadronun birçok kuantum sayısının korunmamasına neden olan nedenler belirsizdir ve görünüşe göre hem bu kuantum sayılarının doğasıyla hem de elektromanyetik ve zayıf etkileşimlerin derin yapısıyla ilişkilidir. Belirli kuantum sayılarının korunması veya korunmaması, temel parçacıkların etkileşim sınıflarındaki farklılıkların önemli göstergelerinden biridir.
ÇÖZÜM
İlk bakışta, temel parçacıkların incelenmesinin tamamen teorik öneme sahip olduğu görülmektedir. Ama bu doğru değil. Temel parçacıklar yaşamın birçok alanında kullanılmaktadır.
Temel parçacıkların en basit uygulaması nükleer reaktörler ve hızlandırıcılardır. Nükleer reaktörlerde nötronlar, enerji üretmek amacıyla radyoaktif izotopların çekirdeklerini parçalamak için kullanılır. Hızlandırıcılarda araştırma için temel parçacıklar kullanılır.
İÇİNDE elektron mikroskopları Optik mikroskopta olduğundan daha küçük nesnelerin görülmesini sağlayan "sert" elektron ışınları kullanılır.
Polimer filmleri belirli elementlerin çekirdekleriyle bombalayarak bir tür "elek" elde edebilirsiniz. İçerisindeki deliklerin boyutu 10-7 cm olabiliyor, bu deliklerin yoğunluğu santimetre kare başına bir milyara ulaşıyor. Bu tür "elekler" ultra ince temizlik için kullanılabilir. Suyu ve havayı en küçük virüslerden, kömür tozundan filtrelerler, tıbbi solüsyonları sterilize ederler ve çevrenin durumunu izlemek için vazgeçilmezdirler.
Gelecekte nötrinolar, bilim adamlarının Evrenin derinliklerine nüfuz etmelerine ve galaksilerin gelişiminin erken dönemleri hakkında bilgi edinmelerine yardımcı olacak.
onu içeren bir hadron ailesi oluşturun. Bu kadar kısa bir kullanım ömrü, dönüşüm sırasında açığa çıkan büyük Q enerjisinden kaynaklanmaktadır.
t-kuarkın b-kuark'a dönüşümü:
Q =m t c 2 –m b c 2 = 90 GeV, τ ~ 1/Q 5.
Bir çift kuarkı gözlemlemeye yönelik şema şu şekildedir:
p + p→ t+ t, t→ b+ W+ , W+ → e+ + ν e , t→ b+ W− , W− → u+ d.
7.11. Ölçer bozonları
Standart modelin temel parçacıklarının bir sonraki sınıfı, ayar alanlarının kuantumlarından oluşur. Standart modelin temeli olan yerel gösterge değişmezliği ilkesini uygulayan alanlara verilen addır. Gösterge alanı kuantası - ayar bozonları - J = 0,1 tamsayı dönüşüne sahiptir ve temel fermiyonlar arasındaki etkileşimin taşıyıcılarıdır.
En ünlü ayar bozonu, elektromanyetik alanın bir kuantumu olan fotondur. Güçlü alan kuantumu sekiz gluondur. Zayıf kuvvet üç büyük kütle tarafından taşınır.
kuantum W + , W - ve Z . Güçlü, elektromanyetik ve zayıf alanların ayar bozonları deneysel olarak keşfedilmiş ve
spin J = 1, yani. vektör alanlarının kuantumlarıdır. Yerçekimi alanı kuantumu (J = 2 olan graviton) bulunamadı.
Ayar bozonlarının kaynakları, karşılık gelen temel etkileşimlerin yükleridir. Böylece gluonlar güçlü (renkli) yüke sahip herhangi bir parçacık tarafından yayılabilir. Bir foton yalnızca zayıf bir yüke sahip elektrik yüklü parçacıklar tarafından yayılır (veya emilir).
Tablo 20 Temel etkileşimler ve bunların ayar bozonları
Etkileşim | Kalibrasyon |
||
parçacıklar hareket eder | |||
Tüm renkli parçacıklar | 8 kütlesiz glu- |
||
yeni, J = 1 |
|||
Elektromanyetik | Her şey elektrik yüklüdür - | Kütlesiz foton, |
|
küçük parçacıklar | J=1 |
||
Kuarklar, leptonlar, ölçü birimi | Büyük bozonlar |
||
sabit bozonlar W ± ,Z | W±,Z,J = 1 |
||
M w c 2 ≈ 80,4 GEV |
|||
M z c 2 ≈ 91,2 GEV |
|||
Yerçekimsel | Tüm parçacıklar | Kütlesiz yerçekimi |
|
ton, J = 2 |
Graviton herhangi bir parçacık tarafından yayılabilir, çünkü herhangi bir parçacığın karşılık gelen bir yerçekimi yükü vardır (büyük kütleli parçacıklar için)
parçacık Gm).
7.12. Gluonlar
Gluonlar (g) - J = 1 spinli ve P = 1 eşlikli kütlesiz elektriksel olarak nötr parçacıklar - kuarklar arasındaki güçlü renk etkileşiminin taşıyıcılarıdır. Kuarkları hadronlarda birbirine yapıştırırlar. Bir g-gluon yayıldığında kuarkların rengi değişebilir, ancak kuarkın geri kalan kuantum sayıları ve tadı değişmez. Gluonların renkleri olmasına rağmen renk yapıları kuarklardan farklıdır.
G' | G'' | ||||
Pirinç. 35. Gluon emisyonu üzerine kuarkların renginin değişmesi
Kırmızı (k) ve yeşil (h) olmak üzere iki renkli kuarkın etkileşimini ele alalım (bkz. Şekil 35.). Bu etkileşim için iki seçenek olabilir:
1) renk değişimi ile, yani. 1 noktasında, k = g′ + z kuarkı g′ gluonunu yayar ve z kuarkı onu 2 noktasında emer:
1. Nokta | k = g' + z noktası 2 z+ k' = k; |
1. Nokta | k = g″ + k noktası 2 z+ g″ = z. |
2) renk değişimi olmadan:
Sonuç olarak g' ve g' gluonlarının renk yapısını elde ederiz:
g' = kz,g" = kk,zz
onlar. Bir gluonun iki renk özelliği vardır: g' rengi ve g' - gizli renk.
Her gluonun bir çift renk yükü vardır: renk ve antirenk. Gluonlar (renk - antirenk) için üç renk (k z s) ve antirenklerden (k z s) dokuz çift kombinasyonu yapılabilir. Teorik hesaplamalar, tabloda verilen dokuz kombinasyondan sekizinin kaldığını göstermektedir:
7.13. Zayıf etkileşim taşıyıcıları | ||||||||||||
Zayıf taşıyıcılar | etkileşimler | öyle | ||||||||||
Genellikle ara madde olarak adlandırılan W + ,W − ,Z (Şekil 36). |
||||||||||||
ν e (ν µ, ν τ) | evet |
|||||||||||
w− | ||||||||||||
e −(μ −, τ −) | ||||||||||||
Diyagram 1 | Diyagram 2 | |||||||||||
e− |
||||||||||||
ƒ 4 | e− | |||||||||||
Diyagram 3 | Diyagram 4 | |||||||||||
v~ e | v~ e | |||||||||||
Diyagram 5
Pirinç. 36. Zayıf etkileşim sürecinin grafiksel gösterimi
Diyagram 3, yüklü ara bozonların değişimi yoluyla fermiyonların (f 1234) zayıf etkileşimini açıklamaktadır.
mi. Diyagram 4 – nötrino ν e'nin bir elektron üzerinde saçılması. Olası
Nötr bozon Z'nin değiş tokuş edildiği zayıf süreçler. Bu durumda elektrik ücretleri etkileşen leptonlar değişmez (diyagram 5).
Yüklü alışverişi temsil eden zayıf süreçler
zayıf alan kuantumlarına (W±) yüklü zayıf akımlar denir. Zayıf etkileşim, bir nötron ara bozonu Z'nin değişimiyle gerçekleşirse, o zaman nötr zayıf akımlardan söz ederiz (Şekil 38).
W ± ,Z ara bozonları, taşıyıcıları oldukları alanın kaynağı olan zayıf bir yüke sahiptir. Bu nedenle ara bozonlar kendileri üretme yeteneğine sahiptirler diğer ara bozonlar birbirlerinin üzerine saçılırlar. Önemli olan şu ki
