Elemi részecske

• A leptonok  olyan fermionok, amelyek pontszerű részecskék alakúak (vagyis nem állnak semmiből) 10–18 m nagyságrendű méretig, erős kölcsönhatásban nem vesznek részt. Az elektromágneses kölcsönhatásokban való részvételt kísérletileg csak töltött leptonok ( elektronok , müonok , tau leptonok ) esetében figyelték meg, neutrínók esetében nem . A leptonoknak 6 típusa ismert.
• A kvarkok  tört töltésű részecskék, amelyek hadronokat alkotnak. Szabad állapotban nem figyelték meg őket (a bezárás mechanizmusát javasolták az ilyen megfigyelések hiányának magyarázatára ). A leptonokhoz hasonlóan 6 típusra oszthatók, és szerkezet nélkülinek tekinthetők, azonban a leptonokkal ellentétben erős kölcsönhatásban vesznek részt.
• A mérőbozonok  olyan részecskék, amelyek cseréje révén kölcsönhatások jönnek létre:
  • foton - elektromágneses kölcsönhatást  hordozó részecske ;
  • nyolc gluon  - részecske, amely az erős erőt hordozza ;
  • három közbülső vektorbozon W + , W - és Z 0 , amelyek a gyenge kölcsönhatást hordozzák ;
  • A graviton  egy hipotetikus részecske, amely gravitációs kölcsönhatást hordoz . A gravitonok létezését, bár a gravitációs kölcsönhatás gyengesége miatt kísérletileg még nem igazolták, meglehetősen valószínűnek tartják; azonban a graviton nem szerepel az elemi részecskék standard modelljében .

A hadronok és leptonok alkotják az anyagot . A mérőbozonok különböző típusú kölcsönhatások kvantumai.

Ezenkívül a Standard Modell szükségszerűen tartalmazza az 1964-ben megjósolt Higgs-bozont , amelyet 2012-ben fedeztek fel a Nagy Hadronütköztetőben .

Az elemi részecskék méretei

Az elemi részecskék sokfélesége ellenére méretük két csoportba sorolható. A hadronok (barionok és mezonok) mérete körülbelül 10-15 m , ami közel áll a kvarkjaik közötti átlagos távolsághoz . Az alapvető, szerkezet nélküli részecskék – mérőbozonok, kvarkok és leptonok – méretei a kísérleti hibán belül megegyeznek pontjellegükkel (az átmérő felső határa kb. 10-18 m ) ( lásd a magyarázatot ). Ha ezeknek a részecskéknek a végső méretét további kísérletekben nem találjuk meg, akkor ez arra utalhat, hogy a mérőbozonok, kvarkok és leptonok mérete közel van az alaphosszhoz (ami nagy valószínűséggel [4] a Planck-hossznak bizonyulhat egyenlő 1,6 10 − 35 m).

Meg kell azonban jegyezni, hogy az elemi részecske mérete meglehetősen összetett fogalom, nem mindig áll összhangban a klasszikus fogalmakkal. Először is, a bizonytalanság elve nem teszi lehetővé a fizikai részecske szigorú lokalizálását. A hullámcsomagnak , amely egy részecskét pontosan lokalizált kvantumállapotok szuperpozíciójaként reprezentál , mindig véges méretei és bizonyos térszerkezete van, és a csomagok méretei meglehetősen makroszkopikusak lehetnek - például egy elektron két résben interferenciával végzett kísérletben „úgy érzi . ” mindkét interferométer rést makroszkopikus távolság választ el egymástól. Másodszor, egy fizikai részecske megváltoztatja a vákuum szerkezetét maga körül, létrehozva a rövid távú virtuális részecskék  - fermion-antifermion párok (lásd Vákuumpolarizáció ) és interakciós hordozó bozonok - "bevonatát". Ennek a tartománynak a térbeli méretei a részecskék mérőtöltéseitől és a közbenső bozonok tömegétől függenek (a hatalmas virtuális bozonok héjának sugara közel van a Compton-hullámhosszukhoz , ami viszont fordítottan arányos a részecske töltéseivel tömeg). Tehát egy elektron sugara a neutrínók szempontjából (csak gyenge kölcsönhatás lehetséges közöttük) megközelítőleg megegyezik a W-bozonok Compton-hullámhosszával , ~3 × 10 -18 m , és a tartomány méreteivel. egy hadron erős kölcsönhatását a legkönnyebb hadron, a pi-mezon ( ~ 10-15 m ) Compton hullámhossza határozza meg , amely itt kölcsönhatáshordozóként működik.

Történelem

Kezdetben az "elemi részecske" kifejezés valami abszolút elemi dolgot jelentett, az anyag első téglát . Amikor azonban az 1950-es és 1960-as években több száz hasonló tulajdonságú hadront fedeztek fel , világossá vált, hogy legalább a hadronok rendelkeznek belső szabadságfokkal, vagyis a szó szoros értelmében nem elemiek. Ez a gyanú később beigazolódott, amikor kiderült, hogy a hadronok kvarkokból állnak .

Így a fizikusok kicsit mélyebbre hatoltak az anyag szerkezetében: az anyag legelemibb, pontszerű részeit ma leptonoknak és kvarkoknak tekintik. Ezekre (a mérőbozonokkal együtt) az alapvető részecskék kifejezést alkalmazzák .

Az 1980-as évek közepe óta aktívan kidolgozott húrelméletben azt feltételezik, hogy az elemi részecskék és kölcsönhatásaik a különösen kicsi „húrok” különféle rezgéseinek következményei.

Szabványos modell

Az elemi részecskék szabványos modellje 12 ízű fermiont, a hozzájuk tartozó antirészecskéket, valamint a részecskék közötti kölcsönhatást hordozó mérőbozonokat ( foton , gluonok , W- és Z -bozonok), valamint a 2012-ben felfedezett Higgs-bozont tartalmazza. inert részecsketömeg jelenléte. A Standard Modellt azonban nagyrészt átmeneti elméletnek tekintik, nem pedig valóban alapvetőnek, mivel nem tartalmazza a gravitációt, és több tucat szabad paramétert (részecsketömeget stb.) tartalmaz, amelyek értékei nem következnek közvetlenül az elméletből. Talán vannak olyan elemi részecskék, amelyeket a standard modell nem ír le – például a graviton (olyan részecske, amely feltételezhetően gravitációs erőket hordoz) vagy a közönséges részecskék szuperszimmetrikus partnerei. A modell összesen 61 részecskét ír le [5] .

Fermions

A fermionok 12 íze 3 családra ( generációra ) oszlik, amelyek mindegyike 4 részecskét tartalmaz. Közülük hat kvark . A másik hat lepton , ebből három neutrínó , a maradék három pedig egységnyi negatív töltést hordoz: az elektron , a müon és a tau lepton .

Első generáció	Második generáció	harmadik generáció
Elektron : e_ _	Muon : μ −	Tau lepton : τ −
Elektronneutrínó : ν e	müonneutrínó : ν μ	Tau neutrínó :
u-kvark ("felső"): u	c-kvark ("elvarázsolt"): c	t-kvark ("igaz"): t
d-kvark ("alul"): d	s-kvark ("furcsa"): s	b-kvark ("szép"): b

Antirészecskék

A fenti tizenkét részecskének megfelelő 12 fermionos antirészecske is található.

antirészecskék

Első generáció	Második generáció	harmadik generáció
pozitron : e +	Pozitív müon: μ +	Pozitív tau lepton: τ +
Elektronikus antineutrínó:	Muon antineutrínó:	Tau antineutrínó:
u -antikvark:	c - antikvark:	t - antikvark:
d - antikvark:	s -antikvark:	b - antikvark:

Kvarkok

Kvarkokat és antikvarkokat soha nem találtak szabad állapotban – ez a bezártság jelenségének köszönhető . A leptonok és kvarkok közötti, elektromágneses kölcsönhatásban megnyilvánuló szimmetria alapján olyan hipotéziseket állítanak fel, hogy ezek a részecskék alapvetőbb részecskékből – preonokból – állnak .

Ismeretlen részecskék

A legtöbb fizikus szerint a sötét anyagot alkotó részecsketípusok eddig ismeretlen típusai [6]

Lásd még

• A részecskék listája
• alapvető részecske
• Alapvető kölcsönhatások
• Nagy energiájú fizika
• Az elemi részecskék fizikája
• Fizika a standard modellen túl
• Húrelmélet

Jegyzetek

1. ↑

   Mit jelent az "elemi részecske"? A szerző tanácstalanul válaszol erre a kérdésre; az "elemi részecske" kifejezés inkább tudásunk szintjére utal.

   Fermi E. Előadások az atomfizikáról // M: IL, 1952. - 9. o.
2. ↑

   Általánosságban elmondható, hogy a tudomány fejlődésének minden szakaszában olyan elemi részecskéket nevezünk, amelyek szerkezetét nem ismerjük, és amelyeket pontrészecskéknek tekintünk.

   Fermi E. Előadások az atomfizikáról // M: IL, 1952. - 9. o.
3. ↑ 1 2 Alapvető részecskék és kölcsönhatások
4. ↑ A. M. Prohorov. Physical Encyclopedia , "Fundamental long" cikk ( elektronikus változat ).
5. ↑ Fél mágnes // Popular Mechanics No. 2, 2015 ( Archívum )
6. ↑ Krauss, 2018 , p. 386.

Irodalom

• Lawrence Krauss. Miért létezünk. A valaha elmondott legnagyobb történet = Krauss. A valaha elmondott legnagyobb történet – Eddig: Miért vagyunk itt?. - M . : Alpina Non-fiction, 2018. - ISBN 978-5-91671-948-2 .
• A. M. Prokhorov főszerkesztő . Fizikai Enciklopédia . — M .: Szovjet enciklopédia .

Linkek

• A mag- és részecskefizikai felfedezések krónikája , amelyet a Moszkvai Állami Egyetem M. V. Lomonoszovról elnevezett Fizikai Karának munkatársai készítettek
• Az elemi részecskék fizikája a Scientific.ru oldalon
• Az elemi részecskék teljes táblázata , amelyet a Particle Data Group  (eng.) készített
• Az elemi részecskék fizikája - a világban, az INP-n, a FEC tanszékén
•  Nevei : Elemi részecskék költészete

Szótárak és enciklopédiák	Nagy orosz a világ körül

Részecskék a fizikában
alapvető részecskék	Fermions Kvarkok u d s c b t Leptonok e -_ e + μ −  • μ + τ −  • τ + Neutrino ν e  • ν e ν μ  • ν μ ν τ  • ν τ Bozonok Nyomtáv γ g W ±  •Z 0 Skalár Higgs-bozon
Kompozit részecskék	hadronok Baryonok ( Hyperonok ) Nukleonok p p n n Δ Λ Σ Ξ Ω Pentakvarkok Mezonok ( Quarkonia ) π η • η′ p ω φ J/ψ ϒ θ K B D T Tetrakvarkok Alapvető és (vagy) összetett részecskék vegyületei Rendes Atommagok deuteron Triton Helion α atomok ionok Kationok anionok molekulák Szokatlan A hipernukleusz fizikában : Λ -hipermagok Hiperhidrogén Hypertriton Σ -hipermagok Egzotikus atomok : mezoatomok Muonic Müonos hidrogén Hadronic pünkösdi rózsa Kaonic Antiproton Σ -hiperonikus Lepton atomok pozitrónium Muonium Dimuónium protonium Pünkösdi rózsa mezomolekula Dipozitrónium
A részecskék listája A barionok listája A mezonok listája szabványos modell