Tömeg nélküli részecskék

Az oldal jelenlegi verzióját még nem ellenőrizték tapasztalt közreműködők, és jelentősen eltérhet a 2019. július 19-én felülvizsgált verziótól ; az ellenőrzések 14 szerkesztést igényelnek .

A tömeg nélküli részecskék ( luxonok [1] ) olyan részecskék, amelyek tömege nulla. Mindig fénysebességgel mozog. Képesek megváltoztatni mozgási irányukat , energiájukat és lendületüket (például egy foton gravitációs mezőben). Nincs analógjuk a nem-relativisztikus mechanikában. [2]

Tulajdonságok

Bármely tömeg nélküli részecske csak fénysebességgel tud mozogni . Ez abból következik, hogy a relativitáselmélet képletei szerint energiára és impulzusra a részecske sebességét impulzusa , tömege és fénysebességén keresztül az összefüggés határozza meg , ahol a részecske energiája. Tömegnélküli részecske esetén akkor és , az egyenletből kapjuk . [2] Az ilyen részecske nem lehet nyugalomban: megszülethet (kisugározhat), fénysebességgel mozoghat, majd megsemmisülhet (elnyelhető). $E={\frac {mc^{2}}{\sqrt {1-{\frac {v^{2}}{c^{2}}}}}}$ $p={\frac {mv}{{\sqrt {1-{\frac {v^{2}}{c^{2}}}}}}}$ $v$ $p$ $m$ $c$ $v={\frac {pc^{{2}}}{E}}$ $E=c{\sqrt {p^{{2}}+m^{{2}}c^{{2}}}}$ $m=0$ $E=c\mid p\mid$ $v={\frac {pc^{{2}}}{E}}$ $\mid v\mid =c$

Minden fénysebességgel mozgó részecske csak tömeg nélküli lehet. Ez a képletből következik . Abban az esetben , ha a és az egyenletből kapjuk . [2] $v={\frac {pc^{{2}}}{E}}$ $v=c$ $E=c\mid p\mid$ $E=c{\sqrt {p^{{2}}+m^{{2}}c^{{2}}}}$ $m=0$

A tömeg nélküli részecskéket a Poincare-csoport irreducibilis reprezentációi írják le . Ebből következik, hogy nem lehetnek nulla energiájú állapotban. [3] Ebből az is következik, hogy a tömeg nélküli részecskék spinjének értéke csak egész vagy fél egész szám lehet. [négy]

A „tömeg nélküli” kifejezés nem tükrözi pontosan egy ilyen részecske természetét. A tömeg és az energia egyenértékűségének elve szerint a tömeg nélküli, energiával rendelkező részecske átadja az egyenértékű tömegét , amely nincs összefüggésben a nulla nyugalmi tömegével. A tömeg nélküli részecskét kibocsátó fizikai rendszer tömege a kibocsátás pillanatában az értékkel csökken, a tömeg nélküli részecskét elnyelő fizikai rendszer tömege pedig az abszorpció pillanatában érvényes értékkel nő . A tehetetlenségi és gravitációs tömeg egyenértékűségének elve miatt minden tömeg nélküli részecske részt vesz a gravitációs kölcsönhatásban [5] . A tömeg nélküli részecskék gravitációs kölcsönhatásának kísérletileg megfigyelt megnyilvánulásai az energiájuk ( gravitációs vöröseltolódás ) és terjedési irányuk ( a fény gravitációs eltérítése ) változása a gravitációs térben. $E$ $m={\frac {E}{c^{2}}}={\frac {p}{c}}$ $m$ $m$

A tömegnélküli részecskék speciálisan megőrzött Lorentz-invariáns mennyiséggel – helicitással rendelkeznek . A helikitás egy részecske spinjének vetülete a lendületére . [6] [7] Ha egy irreducibilis tömeg nélküli mezőt a Lorentz-csoport reprezentációjával adunk meg , akkor kvantumai tömeg nélküli helicity részecskék ( Weinberg helicity-tétel ). [nyolc] $(j_{{1}},j_{{2}})$ $\lambda =j_{{1}}-j_{{2}}$

Az egyik fontos különbség a spinnel rendelkező masszív és tömeg nélküli részecskék között az, hogy a spinnel rendelkező masszív részecskék polarizációs állapotokkal rendelkeznek , míg a spinnel rendelkező tömeg nélküli részecskék esetében csak két polarizációs állapot lehetséges , ez a helicitása. [7] $j$ $2j+1$ $-j,-j+1,...,j-1,j$ $j$ $-j,j$

Minden tömegnélküli részecske esetében nem létezik a belső paritás fogalma. [9]

A nem nulla spinű tömeg nélküli részecskék esetében a pálya szögimpulzusának fogalma nem létezik. [tíz]

A nulla spinű, tömeg nélküli részecskék természetben való hiányának magyarázata az elméleti fizika megoldatlan problémája. [7]

A virtuális részecskék sebességének, beleértve a tömeg nélkülieket is, nincs fizikai jelentése. Ez abból következik, hogy egy részecske sebességét lendülete , energiája és fénysebessége határozza meg az összefüggés . [2] Például a hidrogénatomban a proton és az elektron között kicserélt virtuális fotonok esetében impulzus , energia . Ha ezeket az értékeket behelyettesítjük a sebesség képletébe, végtelenül nagy értéket kapunk. $v$ $p$ $E$ $c$ $v={\frac {pc^{{2}}}{E}}$ $p>0$ $E=0$ $v={\frac {pc^{{2}}}{E}}$

A virtuális részecskék tömegének, beleértve a tömeg nélkülieket is, nincs fizikai jelentése. Ez a tömeg , az energia , a lendület és a fénysebesség összefüggéséből következik . [11] Például a hidrogénatomban a proton és az elektron között kicserélt virtuális fotonok esetében impulzus , energia . Ha ezeket az értékeket behelyettesítjük a tömeg képletébe , egy képzeletbeli értéket kapunk. $m$ $E$ $p$ $c$ ${\displaystyle m^{2}c^{4}=E^{2}-p^{2}c^{2))$ $p>0$ $E=0$ ${\displaystyle m^{2}c^{4}=E^{2}-p^{2}c^{2))$ $m$

Ismert tömeg nélküli részecskék

Fotonok . Az egyetlen teljesen megbízhatóan létező tömeg nélküli részecske. Mind a létezését, mind a tömegnélküliségét kísérletileg igazolják, sőt kísérletileg igen erősen érvelnek (a foton tömegének nullától való eltérése az elektromágneses hullámok vákuumban való szétszóródásához vezetne , ami elkenné a galaxisok megfigyelt képeit az égen), ill. elméletileg (a kvantumtérelméletben bebizonyosodott, hogy ha egy foton tömege nem egyenlő nullával, akkor az elektromágneses hullámoknak három és nem kettő polarizációs állapotuk lenne , mivel a spinnelrendelkezőpolarizációs állapotúak, és spinnel rendelkező tömeg nélküli részecske eseténcsak két polarizációs állapot lehetséges, fotonspin [7] ). [12] [5] A kísérlet és a megfigyelések szempontjából azonban természetesen csak a tömeg felső határáról beszélhetünk (a galaktikus mágneses mezők megfigyeléseiegy foton Compton hullámhosszának értékét adják meg cm, amely egy fotongramm tömegének felső becslését adja meg. [13] ) A fotonokkeringési szögimpulzusának bizonyos értékeivel rendelkezőállapotok analógjai a fotonmultipólusok . [tíz] $j$ $2j+1$ $-j,-j+1,...,j-1,j$ $j$ $-j,j$ $j=1$ $\lambda _{{k}}={\frac {\hbar }{mc}}\geq 10^{{22}}$ $3,5*10^{{-60}}$ $s,p,d,...$ $l$

Gluonok . Ha léteznek gluonok, akkor tömegtelenek, de egyelőre kétséges lehet a létezésük, mivel van néhány (nem túl nagy) kétség abban az elméletben, ahol elméletileg bevezetik őket - kvantumkromodinamika , és a szabad gluonok nem figyelhetők meg (látszólag , ennek az elmélettel teljes összhangban kell lennie, de ez utóbbi matematikailag nem bizonyított).
Gravitonok . Ha léteznek gravitonok, akkor szinte biztosan tömeg nélküli részecskékről van szó, pontosabban - tömegüknek legalább nagyon kicsinek kell lennie - ez következik az egyetemes gravitáció törvényéből és a bináris pulzárok megfigyeléséből. A bináris pulzárok orbitális mozgásának csillapításának megfigyelései közvetve megerősítik az általános relativitáselmélet által megjósolt gravitációs hullámok létezését , és ezeknek a megfigyeléseknek az általános relativitáselmélet előrejelzéseivel való mennyiségi egyezése azt jelzi, hogy a gravitontömeg felső határát a kapcsolódó Hz frekvencia határozza meg.órakeringésilásd, ez megadja a graviton tömeg grammjának felső korlátját. [14] Ezen túlmenően, mivel egyidejűleg megfigyelték a gravitációs hullámok érkezését és az azokat létrehozó eseményből származó fényimpulzust - egy nagyon távoli objektumról -, kimutatták, hogy a gravitáció terjedési sebessége pontosan megegyezik a fénysebesség, és ez automatikusan megadja a graviton tömegét = 0. De létezésük kérdése nyitva marad abban az értelemben, hogy kísérletileg nem mutatták ki őket, és nem valószínű, hogy a belátható jövőben egyedi részecskékként detektálják őket. A gravitációs hullámokat , amelyek (elméletileg) a nem virtuális gravitonok első ténylegesen megfigyelt megnyilvánulásai, a gyakorlatban fedezték fel . $\nu =3*10^{{-5}}$ $tíz$ $m={\frac {\hbar \nu }{c^{{2))))$ $3,5*10^{{-53}}$

Korábban

Neutrino . Sokáig azt hitték, hogy a neutrínók nyugalmi tömege nulla. Jelenleg azonban számos oszcillációs kísérlet szoláris, légköri, reaktor- és gyorsítóneutrínókkal megbízhatóan bizonyította, hogy kicsi, de nullától eltérő nyugalmi tömegük van (kevesebb, mint 0,28 eV , de nem nulla minden íz esetében ( ν
e, v
μ, v
τ) [15] [16] [17] ).

Jegyzetek

↑ Űrfizikai Tanszék (elérhetetlen link) . Letöltve: 2014. augusztus 5. Az eredetiből archiválva : 2014. augusztus 10.. (határozatlan)
↑ 1 2 3 4 Shirokov, 1972 , p. 16.
↑ Rumer, 2010 , p. 231.
↑ Rumer, 2010 , p. 233.
↑ 1 2 Shirkov, 1980 , p. 451.
↑ Yavorsky, 2007 , p. 973.
↑ 1 2 3 4 Rumer, 2010 , p. 234.
↑ Rumer, 2010 , p. 240.
↑ Shirokov, 1972 , p. 67.
↑ 1 2 Shirokov, 1972 , p. 148.
↑ Shirokov, 1972 , p. tizenöt.
↑ Shirokov, 1972 , p. 240.
↑ Okun, 2005 , p. 178.
↑ Rubakov V. A., Tinyakov P. G. „Modification of gravitation at large distances and a massive graviton” Archív másolat , 2015. április 14., a Wayback Machine , UFN , 178, p. 813, (2008)
↑ A csillagászok először mérik meg pontosan a neutrínók tömegét . scitechdaily.com (2014. február 10.). Letöltve: 2014. május 7. Az eredetiből archiválva : 2014. május 8.. (határozatlan)
↑ Foley, James A. Az első alkalommal pontosan kiszámított neutrínók tömege, Physicists Report . natureworldnews.com (2014. február 10.). Letöltve: 2014. május 7. Az eredetiből archiválva : 2014. május 8.. (határozatlan)
↑ Battye, Richard A.; Moss, Ádám. Bizonyítékok hatalmas neutrínókra a kozmikus mikrohullámú háttérből és a lencsék megfigyeléséből // Physical Review Letters : folyóirat . - 2014. - Kt. 112 , sz. 5 . — P. 051303 . - doi : 10.1103/PhysRevLett.112.051303 . - . - arXiv : 1308.5870v2 . — PMID 24580586 .

Irodalom

Shirokov Yu. M. , Yudin N. P. Nukleáris fizika. - M. : Nauka, 1972. - 670 p.
Shirkov DV A mikrovilág fizikája. - M . : Szovjet Enciklopédia, 1980. - 527 p.
Yavorsky BM Fizikai kézikönyv mérnökök és egyetemi hallgatók számára. - M . : Oniks, 2007. - 1056 p.
Yu. B. Rumer , AI Fet Csoportok és kvantált mezők elmélete. - M. : Librokom, 2010. - 248 p. - ISBN 978-5-397-01392-5 .
Okun' LB Leptonok és kvarkok. - M. : Szerkesztői URSS, 2005. - 352 p. — ISBN 5-354-01084-5 .

A részecskék osztályozása
A fénysebességhez viszonyított sebesség	Tardionok ( vagy bradyonok) Luxonok Hipotetikus: Tachionok overbradyons
A belső szerkezet és az elválaszthatóság meglétével	Elemi részecske ( Fundamental particle ) összetett részecske
Fermionok antirészecske jelenlétében	Dirac fermionok Fermions majoránna
Radioaktív bomlás során keletkezik	α β γ δ ε n
A sötét anyag részecskéinek szerepére jelöltek	WIMP Wimpzilla LSP NLSP
Az univerzum inflációs modelljében	Inflaton görbület
Elektromos töltés jelenlétével	töltött részecske semleges részecske
A spontán szimmetriatörés elméleteiben	Goldstone bozon Goldstone fermion ( vagy goldstino)
Életidő szerint	stabil részecskék Instabil részecskék
Egyéb osztályok	virtuális részecske szubatomi részecske antirészecskék Valódi semleges részecskék Szabad részecskék Azonos részecskék Ők és Kvázi részecskék Hipotetikus részecskék Rezonanciák