Szubatomi részecske

Az oldal jelenlegi verzióját még nem ellenőrizték tapasztalt közreműködők, és jelentősen eltérhet a 2022. augusztus 11-én felülvizsgált verziótól ; az ellenőrzéshez 1 szerkesztés szükséges .

A szubatomi részecske  az atomnál jóval kisebb részecske [1] . A szubatomi részecskék két típusát tekintjük: elemi részecskék , amelyek a modern elméletek szerint nem állnak más részecskékből; és kompozit részecskék [2] . A részecskefizika és a magfizika ezeket a részecskéket és kölcsönhatásukat vizsgálja [3] . A részecske gondolatát alaposan átgondolták, amikor a kísérletek kimutatták, hogy a fény úgy viselkedhet, mint egy részecskék (úgynevezett fotonok ) áramlása, és egyben hullám tulajdonságait is mutathatja. Ez vezetett a hullám-részecske kettősség fogalmának megjelenéséhez, ami azt tükrözi, hogy a "részecskék" a kvantumskálán részecskékként és hullámokként viselkednek. Egy másik fogalom, a bizonytalansági elv kimondja, hogy egyes tulajdonságaik, például egyidejű helyzetük és lendületük együttesen nem mérhető pontosan [4] . Később kiderült, hogy a hullám és a részecske kettőssége nemcsak a fotonokra vonatkozik, hanem a nagyobb tömegű részecskékre is [5] .

A részecskék kölcsönhatása a kvantumtérelmélet keretében a megfelelő alapvető kölcsönhatások kvantumainak létrejöttét és megsemmisítését jelenti . Ez egyesíti a részecskefizikát a térelmélettel .

Osztályozás

Összetétel

A szubatomi részecskék vagy „elemiek”, azaz nem sok más részecskéből állnak, vagy „kompozitok”, és egynél több egymáshoz kötött elemi részecskéből állnak.

A Standard Modell elemi részecskéi [ 6] :

Mindegyiket kísérletekkel fedezték fel, a legújabb az igazi kvark (1995), a tau-neutrínó (2000) és a Higgs-bozon (2012).

A Standard Modell különféle kiterjesztései megjósolják a graviton elemi részecske és sok más elemi részecske létezését, de 2019-ig még nem fedezték fel őket.

Hadronok

Szinte minden összetett részecske tartalmaz több kvarkot (antikvarkot), amelyeket gluonok kötnek össze (ritka kivételekkel, például pozitróniummal és muóniummal ). Azokat, amelyek kevés (≤ 5) [anti]kvarkot tartalmaznak, hadronoknak nevezzük . A színkorlátozás néven ismert tulajdonság miatt a kvarkok soha nem találhatók meg egyenként, hanem mindig megtalálhatók több kvarkot tartalmazó hadronokban. A hadronokat a kvarkok számával (beleértve az antikvarkokat is) páratlan számú (majdnem mindig 3) kvarkot tartalmazó barionokra osztják , amelyek közül a leghíresebb a proton és a neutron ; és mezonok , amelyek páros számú kvarkot tartalmaznak (majdnem mindig 2, egy kvark és egy antikvark), amelyek közül a legismertebbek a pi mezonok és a k mezonok .

A proton és a neutron kivételével az összes többi hadron instabil, és mikroszekundum vagy annál rövidebb idő alatt bomlik más részecskékre. A proton két up kvarkból és egy down kvarkból áll, míg a neutron két down kvarkból és egy up kvarkból áll. Általában atommaggá kötődnek össze, például a hélium-4 atommag két protonból és két neutronból áll. A legtöbb hadron nem él elég sokáig ahhoz, hogy magszerű kompozitokat alkosson; azok, amelyek (a proton és a neutron kivételével) hipermagokat képezhetnek .

Statisztikailag

Bármely szubatomi részecske, akárcsak bármely olyan háromdimenziós térbeli részecske, amely megfelel a kvantummechanika törvényeinek, lehet bozon (egész spinnel ) vagy fermion (páratlan félegész spinnel).

A standard modellben minden elemi fermion 1/2-es spinnel rendelkezik, és kvarkra vannak osztva, amelyek színtöltést hordoznak , és ezért érzik az erős erőt, és leptonokra, amelyek nem. Az elemi bozonok közé tartoznak az 1-es spinű mérőbozonok (foton, W és Z, gluonok), míg a Higgs-bozon az egyetlen nulla spinű elemi részecske.

A hipotetikus gravitonnak elméletileg 2-es spinnel kell rendelkeznie, de nem része a standard modellnek. Egyes kiterjesztések, például a szuperszimmetria további spin 3/2 elemi részecskék létezését jósolják, de 2019-ig ezeket nem fedezték fel.

Az összetett részecskék spintörvényei miatt a barionok (3 kvark) 1/2 vagy 3/2 spinnel rendelkeznek, ezért fermionok; A mezonok (2 kvark) egész számú spinje 0 vagy 1, ezért bozonok.

Tömeg szerint

A speciális relativitáselmélet szerint egy részecske nyugalmi energiája egyenlő tömegének szorzatával a fénysebesség négyzetével, E = mc². Vagyis a tömeg kifejezhető energiával és fordítva. Ha van egy referenciakeret, amelyben a részecske nyugalmi állapotban van, akkor pozitív nyugalmi tömege van, és masszívnak nevezzük .

Minden összetett részecske masszív. A barionok (jelentése: "nehéz") nagyobb tömegűek, mint a mezonok (jelentése: "köztes"), amelyek viszont nehezebbek, mint a leptonok (jelentése "könnyű"), de a legnehezebb lepton (a tau-részecske) kettőnél nehezebb, a legkönnyebb ízű. barionok (nukleonok). Az is nyilvánvaló, hogy minden elektromos töltésű részecske nagy tömegű.

Amikor eredetileg az 1950-es években írták le, a barionok, mezonok és leptonok kifejezések tömegekre vonatkoztak; azonban a kvarkmodell 1970-es elfogadása után felismerték, hogy a barionok három kvarkból állnak, a mezonok egy kvarkból és egy antikvarkból állnak, a leptonok pedig elemiek, és színtöltés nélküli elemi fermionok.

Minden tömeg nélküli részecske (olyan részecskék, amelyek invariáns tömege nullával egyenlő) elemi. Ide tartozik a foton és a gluon, bár ez utóbbi nem izolálható.

Szakítás által

A legtöbb szubatomi részecske nem stabil. Minden mezon, valamint a barionok - a proton kivételével - erős vagy gyenge kölcsönhatások hatására elbomlik. A proton bomlását nem jegyezték fel, bár nem tudni, hogy „tényleg” stabil-e. A töltött leptonok mu és tau a gyenge kölcsönhatás következtében lebomlanak; ugyanez az antirészecskék esetében is. A neutrínók (és az antineutrínók) nem bomlanak le, de a neutrínó-oszcilláció jelensége a feltételezések szerint még vákuumban is létezik. Az elektron és antirészecskéje, a pozitron elméletileg stabilak a töltés megmaradása miatt , hacsak nincs könnyebb részecske, amelynek elektromos töltése ≤e (ami nem valószínű).

A színtöltést nem hordozó (és ezért elkülöníthető) szubatomi részecskék közül csak a foton, az elektron, a neutrínó, több atommag (köztük a proton) és ezek antirészecskéi maradhatnak korlátlanul azonos állapotban.

Egyéb tulajdonságok

Minden megfigyelhető szubatomi részecske elektromos töltése egész szám és az elemi töltés többszöröse . A szabványos modell kvarkok "nem egész" elektromos töltésekkel rendelkeznek, nevezetesen 1 ⁄ 3  e többszörösei , de a kvarkokat (és egyéb, nem egész számú elektromos töltéssel rendelkező kombinációkat) nem lehet elkülöníteni a bezártság miatt . Barionok, mezonok és antirészecskék esetében az alkotó kvarkok töltései e egész számú többszörösét adják .

Albert Einstein , Satyendra Nath Bose , Louis de Broglie és még sokan mások munkájának köszönhetően a modern tudományos elmélet azt tartja, hogy minden részecske hullámtermészettel is rendelkezik [7] . Ezt nemcsak elemi részecskék, hanem összetett részecskék, például atomok, sőt molekulák esetében is igazolták. Valójában a nem relativisztikus kvantummechanika hagyományos megfogalmazásai szerint a hullám-részecske kettősség minden objektumra vonatkozik, még a makroszkopikusra is; bár a makroszkopikus objektumok hullámtulajdonságait kis hullámhosszuk miatt nem lehet kimutatni [8] .

A részecskék közötti kölcsönhatásokat évszázadok óta gondosan tanulmányozták, és a részecskék viselkedése ütközésekben és kölcsönhatásokban néhány egyszerű törvényen alapul. Ezek közül a legalapvetőbb az energiamegmaradás és az impulzusmegmaradás törvényei , amelyek lehetővé teszik a részecskék kölcsönhatásának kiszámítását a csillagoktól a kvarkokig terjedő skálákon.

Lásd még

Jegyzetek

  1. ↑ Szubatomi részecskék (downlink) . NTD. Letöltve: 2012. június 5. Az eredetiből archiválva : 2014. február 16.. 
  2. ↑ Bolonkin, Sándor. Univerzum , emberi halhatatlanság és jövőbeli emberi értékelés  . - Elsevier , 2011. - P. 25. - ISBN 9780124158016 .
  3. ↑ Fritzsch, Harold. Elemi részecskék  (neopr.) . - World Scientific , 2005. - S. 11-20. - ISBN 978-981-256-141-1 . Archiválva : 2020. október 31. a Wayback Machine -nél
  4. ↑ Heisenberg, W. (1927), Über den anschaulichen Inhalt der quantentheoretischen Kinematik und Mechanik , Zeitschrift für Physik T. 43 (3–4): 172–198 , DOI 10.1007/BF0139728 
  5. ↑ Arndt, Markus; Nairz, Olaf; Vos-Andreae, Julianus; Keller, Claudia; Van Der Zouw, Gerbrand; Zeilinger, Anton. C60 molekulák hullám-részecske kettőssége  (angol)  // Természet . - 2000. - Vol. 401 , sz. 6754 . - P. 680-682 . - doi : 10.1038/44348 . — . — PMID 18494170 .
  6. ↑ Cottingham, WN; Greenwood, D.A. Bevezetés a részecskefizika standard modelljébe  . - Cambridge University Press , 2007. - P. 1. - ISBN 978-0-521-85249-4 . Archiválva : 2020. augusztus 19. a Wayback Machine -nél
  7. ↑ Walter Greiner. Kvantummechanika: Bevezetés  (neopr.) . - Springer , 2001. - P. 29. - ISBN 978-3-540-67458-0 . Archiválva : 2020. augusztus 18. a Wayback Machine -nél
  8. ↑ Eisberg, R.; Resnick, R. Atomok, molekulák, szilárd anyagok, magok és részecskék kvantumfizikája . — 2. - John Wiley & Sons , 1985. - P. 59-60. - ISBN 978-0-471-87373-0 .  

Linkek

  Ugrás a Wikidata elemre  Szótárak és enciklopédiák