Bizning zamonamizdagi materiyaning asosiy zarralari. asosiy zarralar

Taqdir menga shunday munosabatda bo'ldiki, men ijtimoiy tuzumimizning eng asosiy hodisalariga beixtiyor tegib ketdim va ularga hech qanday parda va illyuziyalarsiz qaray oldim. O'shanda menga o'xshagandek, men eng ko'p narsani ko'rdim

3. Asosiy keskinlik

3. Asosiy keskinlik Xristianlikning mohiyatida uning 1-asr iudaizmidan kelib chiqqanligi yotadi. Iso yahudiy edi. Birinchi nasroniylarning hammasi yahudiylar edi. Xristianlik yahudiylik ichidan, yahudiylik ichidagi messianik sektadan boshlangan. Idrok qildi

ASOSIY HAQIQAT

ASOSIY HAQIQAT Bizning masalda Jalin Iso Masihning bir turi, lekin shoh Otami? Bu Ota Qodir Xudodir. Dagon shaytonni ifodalaydi; Endeldagi hayot? bu yerdagi inson hayoti; Affabel Xudoning samoviy shahrini ifodalaydi. Tashlab ketilgan er Lonmi?

Mikrodunyoda sodir bo'ladigan hodisalarni tavsiflashda fizik miqdorlarning o'lchov birliklari fizika qonunlarining matematik yozuvlari orqali aniqlanadigan asosiy va hosilalarga bo'linadi.
Barcha fizik hodisalar fazoda va vaqtda sodir bo'lganligi sababli asosiy birliklar sifatida birinchi navbatda uzunlik va vaqt birliklari olinadi va ularga massa birligi qo'shiladi. Asosiy birliklar: uzunliklar l, vaqt t, massa m - ma'lum bir o'lchamni oling. Olingan birliklarning o'lchamlari ma'lum fizik qonunlarni ifodalovchi formulalar bilan aniqlanadi.
Asosiy jismoniy birliklarning o'lchamlari amalda ulardan foydalanish qulay bo'lishi uchun tanlangan.
SI tizimida quyidagi o'lchamlar qabul qilinadi: uzunliklar [ l] = m (metr), vaqt [t] = s (sekund), massa [t] = kg (kilogramm).
CGS tizimida asosiy birliklar uchun quyidagi o'lchamlar qabul qilinadi: uzunlik [/] \u003d sm (santimetr), vaqt [t] \u003d s (sekund) va massa [t] \u003d g (gram). Mikrokosmosda sodir bo'ladigan hodisalarni tavsiflash uchun SI va CGS birliklarining ikkala tizimidan foydalanish mumkin.
Mikrodunyo hodisalarida uzunlik, vaqt va massa kattalik tartiblarini baholaylik.
SI va CGS birliklarining umume'tirof etilgan xalqaro tizimlaridan tashqari, universal fizik konstantalarga asoslangan "birliklarning tabiiy tizimlari" ham qo'llaniladi. Ushbu birliklar tizimlari ayniqsa dolzarbdir va turli fizik nazariyalarda qo'llaniladi. Tabiiy birliklar tizimida asosiy konstantalar asosiy birliklar sifatida qabul qilinadi: yorug'likning vakuumdagi tezligi - c, Plank doimiysi - ћ, tortishish doimiysi GN , Boltsman doimiysi - k: Avogadro soni - NA va boshqalar. Tabiiy tizimda. Plank birliklari, c = ћ = GN = k = 1. Ushbu birliklar tizimi kosmologiyada ham kvant, ham tortishish ta'siri muhim bo'lgan jarayonlarni tavsiflash uchun ishlatiladi (qora tuynuklar nazariyalari, ilk olam nazariyalari).
Birliklar tabiiy sistemasida uzunlikning natural birligi masalasi hal qilinadi. Buni Kompton to'lqin uzunligi l 0 deb hisoblash mumkin, u M zarracha massasi bilan aniqlanadi: l 0 = ћ/Ms.
Uzunlik ob'ektning o'lchamini tavsiflaydi. Shunday qilib, elektron uchun klassik radius r 0 \u003d e 2 /m e c 2 \u003d 2,81794 10 -13 sm (e, m e - elektronning zaryadi va massasi). Elektronning klassik radiusi e zaryadli zaryadlangan sharning radiusi ma'nosiga ega (tarqatish sferik simmetrik), bunda to'pning elektrostatik maydonining energiyasi e = gye 2 / r 0 qolgan qismiga teng. elektron mec 2 energiyasi (Tompson yorug'lik tarqalishini ko'rib chiqishda ishlatiladi).
Bor orbitasining radiusi ham qo'llaniladi. Bu qo'zg'atmagan vodorod atomida elektronning eng ko'p topilishi mumkin bo'lgan yadrodan masofa sifatida aniqlanadi.
a 0 = ћ 2 /m e e 2 (CGS tizimida) va a 0 = (a/4p)R = 0,529 10 -10 m (SI tizimida), a = 1/137.
Nuklon o'lchami r ≈ 10 -13 sm (1 femtometr). Atom tizimlarining xarakterli o'lchamlari 10 -8 , yadro tizimlari - 10 -12 ÷ 10 -13 sm.
Vaqt keng diapazonda o'zgaradi va R masofasining jismning v tezligiga nisbati sifatida aniqlanadi. Mikro-ob'ektlar uchun t zahar = R/v = 5·10 -12 sm/10 9 sm/s ~ 5·10 -22 s;
t elementi h \u003d 10 -13 sm / 3 10 10 sm / s \u003d 3 10 -24 s.
Ommaviy jismlar 0 dan M gacha o'zgaradi. Shunday qilib, elektronning massasi m e ≈ 10 -27 g, protonning massasi
m p ≈ 10 -24 g (CGS tizimi). Atom va yadro fizikasida qoʻllaniladigan bitta atom massa birligi, soat 1.00. = M(C)/12 uglerod atomining massa birliklarida.
Mikro-ob'ektlarning asosiy xarakteristikalari elektr zaryadini, shuningdek, elementar zarrachani aniqlash uchun zarur bo'lgan xususiyatlarni o'z ichiga oladi.
Elektr zaryadi zarralar Q odatda elektron zaryad birliklarida o'lchanadi. Elektron zaryadi e = 1,6 10 -19 kulon. Erkin holatdagi zarralar uchun Q/e = ±1, 0, adronlarni tashkil etuvchi kvarklar uchun esa Q/e = ±2/3 va ±1/3.
Yadrolarda zaryad yadrodagi Z protonlar soniga qarab belgilanadi. Protonning zaryadi mutlaq qiymatda elektronning zaryadiga teng.
Elementar zarrachani aniqlash uchun siz quyidagilarni bilishingiz kerak:
I - izotopik spin;
J - impulsning ichki momenti - spin;
R - fazoviy paritet;
C - zaryad pariteti;
G - G-paritet.
Ushbu ma'lumot I G (J PC) formulasi sifatida yozilgan.
Spin zarrachaning eng muhim xarakteristikalaridan biri bo'lib, u Plankning asosiy doimiysi h yoki ћ = h/2p = 1,0544·10 -27 [erg-s] yordamida o'lchanadi. Bozonlar ћ birliklarida butun son spinga ega: (0,1, 2,...)ћ, fermionlar yarim butun songa ega (1/2, 3/2,... .)ћ. Supersimmetrik zarralar sinfida fermionlar va bozonlar spinlarining qiymatlari almashinadi.

Guruch. 4-rasmda r = radiusi bo'lgan aylana bo'ylab v = 1 sm/s tezlikda harakatlanuvchi massasi m = 1 g bo'lgan zarrachaning burchak impulsi haqidagi klassik g'oyaga o'xshash J spinining fizik ma'nosi tasvirlangan. 1 sm.Klassik fizikada burchak impulsi J = mvr = L (L - orbital impuls). Kvant mexanikasida aylana bo‘ylab harakatlanuvchi jismning bir xil parametrlari uchun J = 10 27 ћ = 1 erg·s, bunda ћ = 1,05·10 -27 erg·s.
Elementar zarracha spinining uning impuls momenti yo‘nalishi bo‘yicha proyeksiyasi spirallik deyiladi. Ixtiyoriy spinga ega bo'lgan massasiz zarrachaning spiralligi faqat ikkita qiymatni oladi: zarracha impulsi yo'nalishi bo'ylab yoki unga qarshi. Foton uchun spirallikning mumkin bo'lgan qiymatlari ±1 ga teng, massasiz neytrino uchun spirallik ±1/2 ga teng.
Atom yadrosi impulsining spin momenti kvant sistemasini tashkil etuvchi elementar zarrachalar spinlarining vektor yig’indisi va bu zarrachalarning sistema ichidagi harakatidan kelib chiqqan orbital momentlari sifatida aniqlanadi. Orbital moment ||, va aylanish momenti || diskret qiymatga ega bo'ladi. Orbital moment || = ћ[ l(l+1)] 1/2 , bu erda l− orbital kvant soni (0, 1,2,... qiymatlarni qabul qilishi mumkin), impulsning ichki momenti || = ћ 1/2, bu erda s - spin kvant soni (u nol, butun yoki yarim butun qiymatlarni J olishi mumkin, umumiy burchak momentum + = yig'indisiga teng.
Olingan birliklarga quyidagilar kiradi: zarrachaning energiyasi, relativistik zarralar tezligini almashtiruvchi tezlik, magnit moment va boshqalar.
Energiya tinch zarracha: E = mc 2; harakatlanuvchi zarracha: E \u003d m 2 c 4 + p 2 c 2.
Relyativistik bo'lmagan zarralar uchun: E = mc 2 + p 2 /2m; relyativistik zarralar uchun, massasi m = 0: E = cf.
Energiya birliklari - eV, keV, MeV, GeV, TeV, ... 1 GeV = 10 9 eV, 1 TeV = 10 12 eV,
1 eV = 1,6 10 -12 erg.
Zarracha tezligi b = v/c, bu erda c = 3 10 10 sm/s - yorug'lik tezligi. Zarrachaning tezligi g = 1/(1-b 2) 1/2 = E/mc 2 ning Lorents omili kabi muhim xarakteristikani aniqlaydi. Har doim g > 1- Relyativistik bo'lmagan zarralar uchun 1< γ < 2, а для релятивистских частиц γ > 2.
Yuqori energiya fizikasida zarracha tezligi b 1 ga yaqin va relativistik zarralar uchun uni aniqlash qiyin. Shuning uchun tezlik o'rniga tezlik bilan y = (1/2)ln[(1+b)/(1-b)] = (1/2)ln[(E) munosabati bilan bog'liq bo'lgan tezlik y ishlatiladi. +p)/(Ep) ]. Tezlik 0 dan ∞ gacha o'zgaradi.

Zarracha tezligi va tezligi o'rtasidagi funktsional bog'liqlik shaklda ko'rsatilgan. 5. Relyativistik zarralar uchun b → 1, E → r bo‘lsa, u holda tezlik o‘rniga zarrachaning qochish burchagi th, ē = (1/2)ln tan(th/2) bilan aniqlanadigan psevdotezlik ē dan foydalanish mumkin. . Tezlikdan farqli o'laroq, tezlik qo'shimcha miqdordir, ya'ni. y 2 = y 0 + y 1 har qanday sanoq sistemasi va har qanday relyativistik va relyativistik bo'lmagan zarralar uchun.
Magnit moment m = Ipr 2 /c, bu erda oqim I = ev/2pr, elektr zaryadining aylanishi tufayli paydo bo'ladi. Shunday qilib, har qanday zaryadlangan zarracha magnit momentga ega. Elektronning magnit momentini ko'rib chiqishda Bor magnitoni ishlatiladi
m B = eћ/2m e c = 0,5788·10 -14 MeV/Gs, elektron magnit moment = g·m B ·. g koeffitsientiga giromagnit nisbat deyiladi. Elektron uchun g = /m B · = 2, chunki J = ћ/2, = m B elektron nuqta strukturasiz zarracha bo'lishi sharti bilan. Giromagnit nisbat g zarrachaning tuzilishi haqidagi ma'lumotlarni o'z ichiga oladi. Miqdori (g - 2) leptonlardan boshqa zarrachalarning tuzilishini o'rganishga qaratilgan tajribalarda o'lchanadi. Leptonlar uchun bu miqdor yuqori elektromagnit tuzatishlarning rolini ko'rsatadi (quyida 7.1-bo'limga qarang).
Yadro fizikasida yadro magnitoni m i = eć/2m p c ishlatiladi, bu erda m p - proton massasi.

2.1.1. Heaviside tizimi va uning CGS tizimi bilan aloqasi

• m(g) = m(MeV) 2 10 -27 ,
• l(sm) = l(MeV -1) 2 10 -11 ,
• t (c) \u003d t (MeV -1) b.b 10 -22.

Heaviside tizimi mikrokosmosda sodir bo'ladigan hodisalarni tasvirlash uchun yuqori energiyali fizikada qo'llaniladi va relativistik va kvant mexanikasida hal qiluvchi bo'lgan s va ћ tabiiy konstantalaridan foydalanishga asoslangan.
Elektron va proton uchun CGS tizimidagi tegishli miqdorlarning raqamli qiymatlari Jadvalda keltirilgan. 3 va bir tizimdan ikkinchisiga o'tish uchun ishlatilishi mumkin.

3-jadval. Elektron va proton uchun CGS tizimidagi miqdorlarning raqamli qiymatlari

2.1.2. Plank (tabiiy) birliklar

Gravitatsion effektlarni ko'rib chiqishda energiya, massa, uzunlik va vaqtni o'lchash uchun Plank shkalasi kiritiladi. Agar ob'ektning tortishish energiyasi uning umumiy energiyasiga teng bo'lsa, ya'ni.

keyin
uzunligi = 1,6 10 -33 sm,
massa = 2,2 10 -5 g = 1,2 10 19 GeV,
vaqt = 5,4 10 -44 s,
qayerda \u003d 6,67 10 -8 sm 2 g -1 s -2.

Ob'ektning tortishish energiyasi uning umumiy energiyasi bilan taqqoslanadigan bo'lsa, tortishish effektlari muhim ahamiyatga ega.

2.2. Elementar zarrachalarning tasnifi

"Elementar zarracha" tushunchasi mikroskopik darajada materiya tuzilishining diskret xarakterini o'rnatish bilan shakllangan.

Atomlar → yadrolar → nuklonlar → partonlar (kvarklar va glyuonlar)

Zamonaviy fizikada "elementar zarralar" atamasi kichiklarning katta guruhini nomlash uchun ishlatiladi. kuzatilgan moddaning zarralari. Bu zarrachalar guruhi juda keng: p protonlar, n neytronlar, p- va K-mezonlar, giperonlar, jozibali zarralar (J/ps...) va koʻplab rezonanslar (jami).
~ 350 zarracha). Bu zarralar "adronlar" deb ataladi.
Ma'lum bo'lishicha, bu zarralar elementar emas, balki tarkibiy tizimlar bo'lib, ularning tarkibiy qismlari haqiqatan ham elementar yoki ular atala boshlaganidek " asosiy "zarralar - partons, protonning tuzilishini o'rganishda kashf etilgan. Partonlarning xususiyatlarini o'rganish ularni aniqlash imkonini berdi kvarklar Va glyuonlar kuzatilgan elementar zarralarni tasniflashda Gell-Mann va Tsvayg tomonidan hisobga olingan. Kvarklar spini J = 1/2 bo'lgan fermionlar bo'lib chiqdi. Ularga kasr elektr zaryadlari va barion soni B = 1/3 bo'lgan, chunki B = 1 bo'lgan barion uchta kvarkdan iborat. Bundan tashqari, ba'zi barionlarning xususiyatlarini tushuntirish uchun yangi kvant sonini - rangni kiritish kerak bo'ldi. Har bir kvark 1, 2, 3 indekslari yoki qizil (R), yashil (G) va ko'k (B) so'zlari bilan belgilanadigan uchta rang holatiga ega. Rang kuzatilgan hadronlarda hech qanday tarzda o'zini namoyon qilmaydi va faqat ularning ichida ishlaydi.
Hozirgi kunga qadar kvarklarning 6 ta ta'mi (turi) kashf etilgan.
Jadvalda. 4 bir rang holati uchun kvarklarning xususiyatlarini ko'rsatadi.

Jadval 4. Kvarklarning xossalari

Kvarkning har bir lazzati uchun uning massasi (tarkibiy kvarklarning massalari berilgan va tok kvarklarining massalari qavs ichida keltirilgan), izotopik spin I va izotopik spinning 3-proyeksiyasi I 3, kvark zaryadi Q q /e. va s, c, b, t kvant sonlari. Bu kvant sonlar bilan bir qatorda giperzaryad kvant soni Y = B + s + c + b + t tez-tez ishlatiladi. Izotop spinning proyeksiyasi I 3 , elektr zaryad Q va giper zaryad Y o'rtasida bog'liqlik mavjud: Q = I 3 + (1/2)Y.
Har bir kvark 3 ta rangga ega bo'lganligi sababli, ko'rib chiqishda 18 ta kvark ishtirok etishi kerak. Kvarklar hech qanday tuzilishga ega emas.
Shu bilan birga, elementar zarralar orasida zarralarning butun sinfi mavjud edi " leptonlar". Ular ham fundamental zarralardir, ya'ni tuzilishi yo'q. Ulardan oltitasi bor: uchta zaryadlangan e, m, t va uchta neytral n e, n m, n t. Leptonlar faqat elektromagnit va kuchsiz o'zaro ta'sirlarda ishtirok etadilar. Yarim butun spinli leptonlar va kvarklar J = (n+1/2)ć, n = 0, 1,... fundamental fermionlardir.Leptonlar va kvarklar o'rtasida ajoyib simmetriya mavjud: oltita lepton va olti kvark.
Jadvalda. 5 asosiy fermionlarning xossalarini ko'rsatadi: elektr zaryadi Q i elektron zaryad birliklarida va zarracha massasi m. Leptonlar va kvarklar uch avlodda (I, II va III) birlashadilar. Har bir avlod uchun elektr zaryadlarining yig'indisi ∑Q i = 0, har bir kvark uchun 3 ta rang zaryadini hisobga olgan holda. Har bir fermionda antifermion mavjud.
Jadvalda keltirilgan zarrachalarning xarakteristikasiga qo'shimcha ravishda leptonlar uchun lepton raqamlari muhim rol o'ynaydi: elektron L e e - va n e uchun +1 ga teng, muon L m m - va n uchun +1 ga teng. m va taon L t t - va n t uchun + 1 ga teng, ular o'ziga xos reaksiyalarda ishtirok etadigan leptonlarning lazzatlariga mos keladi va saqlanib qolgan miqdorlardir. Leptonlar uchun barion soni B = 0.

Jadval 5. Asosiy fermionlarning xossalari

Bizni o'rab turgan materiya massasi nolga teng bo'lmagan birinchi avlod fermionlaridan iborat. Ikkinchi va uchinchi avlod zarralarining ta'siri erta koinotda o'zini namoyon qildi. Asosiy zarralar orasida butun ichki kvant soni spin J = ně, n = 0, 1, ... bo'lgan fundamental o'lchovli bozonlar alohida rol o'ynaydi. O'lchovli bozonlar to'rt turdagi fundamental o'zaro ta'sirlar uchun javob beradi: kuchli (glyuon). g), elektromagnit (foton g) , kuchsiz (bozonlar W ± , Z 0), tortishish (graviton G). Ular, shuningdek, strukturasiz, asosiy zarralardir.
Jadvalda. 6 da o'lchov nazariyalarida maydon kvantlari bo'lgan fundamental bozonlarning xossalari ko'rsatilgan.

6-jadval. Asosiy bozonlarning xossalari

Jadvalda topilgan g, W ±, Z 0, g 1 ,..., g 8 o‘lchovli bozonlarning xossalaridan tashqari, hali kashf etilmagan bozonlarning xossalari ko‘rsatilgan: G graviton va Xiggs bozonlari H. 0, H ±.
Keling, kvarklar tushunchasi kiritilgan tuzilishini tushuntirish uchun kuchli o'zaro ta'sir qiluvchi elementar zarralarning eng ko'p sonli guruhi - adronlarni ko'rib chiqaylik.
Adronlar mezon va barionlarga boʻlinadi. Mezonlar kvark va antikvarkdan (q) qurilgan. Barionlar uchta kvarkdan (q 1 q 2 q 3) iborat.
Jadvalda. 7 da asosiy hadronlarning xossalari keltirilgan. (Batafsil jadvallar uchun qarang: The European Physical Journal C, Rev. of Particle Phys., v.15, № 1-4, 2000.)

Jadval 7. Adronlarning xossalari

Adronlarning kvark tuzilishi ushbu katta zarralar guruhidan g'alati bo'lmagan (u, d) kvarklardan tashkil topgan g'alati adronlarni, g'alati kvarklarni o'z ichiga olgan g'alati adronlarni, c ni o'z ichiga olgan maftunkor adronlarni ajratib ko'rsatish imkonini beradi. -kvark, charm hadronlar (pastki adronlar) b kvark bilan.
Jadvalda adronlarning faqat kichik bir qismining xossalari ko'rsatilgan: mezonlar va barionlar. Ularning massasi, ishlash muddati, asosiy parchalanish rejimlari va kvark tarkibi ko'rsatilgan. Mezonlar uchun barion soni B \u003d O va lepton soni L \u003d 0. Barionlar uchun barion soni B \u003d 1, lepton soni L \u003d 0. Mezonlar bozonlar (butun spin), barionlar fermionlardir ( yarim butun son spin).
Hadronlarning xususiyatlarini yanada ko'rib chiqish ularni bir xil kvant raqamlari (barion soni, spin, ichki paritet, g'alatilik) va shunga o'xshash massaga ega, ammo elektr zaryadlari har xil bo'lgan zarralardan tashkil topgan izotopik multipletlarga birlashtirish imkonini beradi. Har bir izotopik multiplet I izotopik spin bilan tavsiflanadi, bu multipletdagi zarrachalarning umumiy sonini 2I + 1 ga teng aniqlaydi. Izospin 0, 1/2, 1, 3/2, 2 qiymatlarini qabul qilishi mumkin. , . .., ya'ni. izotopik singl, dubl, triplet, kvartet va boshqalarning mavjudligi mumkin. Demak, proton va neytron izotopik dubletni tashkil qiladi, p + -, p - -, p 0 -mezonlar izotopik triplet sifatida qabul qilinadi.
Mikrokosmosdagi murakkabroq ob'ektlar atom yadrolaridir. Atom yadrosi Z proton va N neytrondan iborat. Z + N = A yig'indisi - berilgan izotopdagi nuklonlar soni. Ko'pincha jadvallar barcha izotoplar bo'yicha o'rtacha qiymatni beradi, keyin u kasrga aylanadi. Ko'rsatilgan qiymatlar ichida bo'lgan yadrolar ma'lum: 1< А < 289, 1 < Z < 116.
Yuqorida sanab o'tilgan zarralar standart model doirasida ko'rib chiqiladi. Standart modeldan tashqari yana bir asosiy zarralar guruhi - supersimmetrik zarralar (SUSY) bo'lishi mumkin deb taxmin qilinadi. Ular fermionlar va bozonlar o'rtasida simmetriyani ta'minlashi kerak. Jadvalda. 8 ushbu simmetriyaning taxminiy xususiyatlarini ko'rsatadi.

2.3. O'zaro ta'sirlar muammosiga dala yondashuvi

2.3.1 Asosiy o'zaro ta'sirlarning xususiyatlari

Elementar zarrachalarning to'qnashuvi paytida yuzaga keladigan fizik hodisalarning xilma-xilligi faqat to'rt turdagi o'zaro ta'sirlar bilan belgilanadi: elektromagnit, kuchsiz, kuchli va tortishish. Kvant nazariyasida o'zaro ta'sir o'zaro ta'sirning ma'lum bir turi bilan bog'liq bo'lgan maxsus kvantlar (bozonlar) almashinuvi nuqtai nazaridan tavsiflanadi.
Zarrachalarning o'zaro ta'sirini vizual tasvirlash uchun amerikalik fizik R. Feynman o'z nomini olgan diagrammalardan foydalanishni taklif qildi. Feynman diagrammalari ikkita zarracha to'qnashganda har qanday o'zaro ta'sir jarayonini tasvirlaydi. Jarayonga jalb qilingan har bir zarra Feynman diagrammasida chiziq bilan ifodalanadi. Chiziqning erkin chap yoki o'ng uchi zarrachaning mos ravishda boshlang'ich yoki oxirgi holatda ekanligini ko'rsatadi. Diagrammalardagi ichki chiziqlar (ya'ni, erkin uchlari bo'lmagan chiziqlar) virtual zarrachalar deb ataladigan narsalarga mos keladi. Bular o'zaro ta'sir jarayonida tug'iladigan va so'rilgan zarralardir. Haqiqiy zarralardan farqli o'laroq, ularni ro'yxatga olish mumkin emas. Diagrammadagi zarrachalarning o'zaro ta'siri tugunlar (yoki cho'qqilar) bilan ifodalanadi. O'zaro ta'sir turi a bog'lanish konstantasi bilan tavsiflanadi, uni quyidagicha yozish mumkin: a = g 2 /ћc, bu erda g - o'zaro ta'sir manbasining zaryadi va zarralar orasidagi ta'sir qiluvchi kuchning asosiy miqdoriy xarakteristikasi. Elektromagnit o'zaro ta'sirda a e \u003d e 2 / ћc \u003d 1/137.

6-rasm. Feynman diagrammasi.

a + b →s + d jarayoni Feynman diagrammasi (6-rasm) ko'rinishidagi jarayon quyidagicha ko'rinadi: R - a va b zarralar o'zaro ta'sir davomida almashinadigan virtual zarra a = g 2 /ć o'zaro ta'sir konstantasi bilan aniqlanadi. , masofadagi o'zaro ta'sir kuchini tavsiflovchi , o'zaro ta'sir radiusiga teng.
Virtual zarracha M x massaga ega bo'lishi mumkin va bu zarracha almashtirilganda 4-momentum t = -q 2 = Q 2 o'tkaziladi.
Jadvalda. 9 har xil turdagi o'zaro ta'sirlarning xususiyatlarini ko'rsatadi.

Elektromagnit o'zaro ta'sirlar . Barcha zaryadlangan zarralar va fotonlar bo'ysunadigan elektromagnit o'zaro ta'sirlar eng to'liq va izchil o'rganiladi. O'zaro ta'sirning tashuvchisi fotondir. Elektromagnit kuchlar uchun o'zaro ta'sir konstantasi son jihatdan nozik struktura konstantasi a e = e 2 /ћc = 1/137 ga teng.
Eng oddiy elektromagnit jarayonlarga fotoelektr effekti, Kompton effekti, elektron-pozitron juftlarining hosil bo'lishi, zaryadlangan zarralar uchun esa ionlanish tarqalishi va bremsstrahlungni misol qilib keltirish mumkin. Bu o'zaro ta'sirlar nazariyasi - kvant elektrodinamiği - eng aniq fizik nazariyadir.

Zaif o'zaro ta'sirlar. Birinchi marta atom yadrolarining b-yemirilishida zaif o'zaro ta'sirlar kuzatildi. Va ma'lum bo'lishicha, bu parchalanishlar protonning yadrodagi neytronga aylanishi bilan bog'liq va aksincha:
p → n + e + + n e, n → p + e - + e. Teskari reaktsiyalar ham mumkin: elektron tutilishi e - + p → n + n e yoki antineytrino e + p → e + + n. Zaif o'zaro ta'sir 1934 yilda Enriko Fermi tomonidan Fermi doimiysi bilan aniqlangan to'rt fermionli kontaktli o'zaro ta'sir nuqtai nazaridan tasvirlangan.
G F \u003d 1,4 10 -49 erg sm 3.
Juda yuqori energiyalarda, Fermi kontaktli o'zaro ta'siri o'rniga, zaif o'zaro ta'sir almashinish o'zaro ta'siri sifatida tavsiflanadi, bunda kuchsiz zaryad g w (elektr zaryadiga o'xshash) bilan ta'minlangan kvantning almashinuvi sodir bo'ladi va fermionlar o'rtasida ta'sir qiladi. Bunday kvantlar birinchi marta 1983 yilda SppS Kollayderida (CERN) Karl Rubbiya boshchiligidagi guruh tomonidan topilgan. Bu zaryadlangan bozonlar - W ± va neytral bozon - Z 0 , ularning massalari mos ravishda teng: m W± = 80 GeV/c 2 va m Z = 90 GeV/c 2. Bu holda o'zaro ta'sir konstantasi a W Fermi doimiysi bilan ifodalanadi:

Jadval 9. O'zaro ta'sirlarning asosiy turlari va ularning xususiyatlari

ZAMONAVIY TABIAT FANIDA MATEDYA HARAKATINI, UNING O'Z-O'Z-O'ZI RIVOJLANISH QOBILIYATI, SHuningdek, moddiy ob'ektlarning bog'lanishi va o'zaro ta'sirini TUSHUNISH TO'G'risida.

Tsyupka V.P.

Federal davlat avtonom oliy kasbiy ta'lim muassasasi "Belgorod davlat milliy tadqiqot universiteti" (NRU "BelSU")

1. Moddaning harakati

“Materiyaning ajralmas xususiyati harakatdir” 1 , bu materiyaning mavjudligi shakli bo'lib, uning har qanday o'zgarishida namoyon bo'ladi. Materiya va uning sifatlari, jumladan, harakatning buzilmasligi va buzilmasligidan kelib chiqadiki, materiya harakati abadiy mavjud bo'lib, uning namoyon bo'lishi shaklida cheksiz xilma-xildir.

Har qanday moddiy ob'ektning mavjudligi uning harakatida, ya'ni u bilan sodir bo'ladigan har qanday o'zgarishda namoyon bo'ladi. O'zgarish jarayonida moddiy ob'ektning ba'zi xususiyatlari doimo o'zgaradi. Moddiy ob'ektning ma'lum bir vaqtning o'zida aniqligini, individualligini, xususiyatini tavsiflovchi barcha xususiyatlarining umumiyligi uning holatiga mos kelganligi sababli, moddiy ob'ektning harakati uning holatlarining o'zgarishi bilan birga keladi. . Xususiyatlarni o'zgartirish shu qadar uzoqqa borishi mumkinki, bitta moddiy ob'ekt boshqa moddiy ob'ektga aylanishi mumkin. "Ammo moddiy ob'ekt hech qachon mulkka aylana olmaydi" (masalan, massa, energiya) va "mulk - moddiy ob'ektga" 2, chunki faqat harakatlanuvchi materiya o'zgaruvchan modda bo'lishi mumkin. Tabiatshunoslikda materiyaning harakatlanishi tabiiy hodisa (tabiat hodisasi) deb ham ataladi.

Ma'lumki, "harakatsiz materiya bo'lmaydi" 3 kabi, materiyasiz ham harakat bo'lishi mumkin emas.

Materiyaning harakatini miqdoriy jihatdan ifodalash mumkin. Har qanday moddiy ob'ekt kabi materiya harakatining universal miqdoriy o'lchovi materiya va har qanday moddiy ob'ektning o'ziga xos faolligini ifodalovchi energiyadir. Demak, energiya harakatlanuvchi materiyaning xususiyatlaridan biri bo'lib, energiya materiyadan tashqarida, undan alohida bo'lishi mumkin emas. Energiya massa bilan ekvivalent munosabatda. Shuning uchun massa nafaqat moddaning miqdorini, balki uning faollik darajasini ham tavsiflashi mumkin. Materiya harakati abadiy mavjud bo'lib, uning namoyon bo'lishi shaklida cheksiz xilma-xil bo'lishidan, materiyaning harakatini miqdoriy jihatdan tavsiflovchi energiya ham abadiy (yaratilmagan va buzilmas) va uning namoyon bo'lishi shaklida cheksiz xilma-xil ekanligi shubhasiz kelib chiqadi. . “Shunday qilib, energiya hech qachon yo‘qolmaydi va yana paydo bo‘lmaydi, u faqat harakat turlarining o‘zgarishiga mos ravishda bir shakldan ikkinchisiga o‘tadi” 1.

Materiya harakatining har xil turlari (shakllari) kuzatiladi. Ular moddiy ob'ektlarning xususiyatlarining o'zgarishi va ularning bir-biriga ta'sir qilish xususiyatlarini hisobga olgan holda tasniflanishi mumkin.

Jismoniy vakuumning harakati (normal holatda bo'sh asosiy maydonlar) har doim o'z muvozanatidan turli yo'nalishlarda biroz og'ishi, go'yo "qaltirash" kabi qisqaradi. Bunday o'z-o'zidan kam energiyali qo'zg'alishlar (burilishlar, tebranishlar, tebranishlar) natijasida fizik vakuumda darhol eriydigan virtual zarralar hosil bo'ladi. Bu harakatlanuvchi jismoniy vakuumning eng past (asosiy) energiya holati, uning energiyasi nolga yaqin. Ammo jismoniy vakuum ma'lum vaqt davomida ma'lum bir ortiqcha energiya bilan tavsiflangan hayajonlangan holatga o'tishi mumkin. Jismoniy vakuumning bunday muhim, yuqori energiyali qo'zg'alishlari (burilishlar, tebranishlar, tebranishlar) bilan virtual zarralar o'zlarining tashqi ko'rinishini yakunlashlari mumkin, so'ngra har xil turdagi haqiqiy fundamental zarralar jismoniy vakuumdan chiqib ketishadi va, qoida tariqasida, juft bo'lib ( zarracha va qarama-qarshi belgilarning elektr zaryadlari bo'lgan antizarra shaklida elektr zaryadiga ega bo'lish, masalan, elektron-pozitron juftligi shaklida).

Har xil erkin fundamental maydonlarning yagona kvant qo'zg'alishlari asosiy zarralardir.

Fermion (spinor) asosiy maydonlari uchta avlodga (oilalarga) bo'lingan 24 fermionni (6 kvark va 6 antikvark, shuningdek 6 lepton va 6 antilepton) hosil qilishi mumkin. Birinchi avlodda yuqoriga va pastga kvarklar (va antikvarklar), shuningdek, leptonlar, elektron va elektron neytrino (va elektron antineytrinoli pozitron) oddiy materiyani (va kamdan-kam uchraydigan antimaterni) hosil qiladi. Ikkinchi avlodda kattaroq massaga ega (katta tortishish zaryadi), maftunkor va g'alati kvarklar (va antikvarklar), shuningdek, muon va muon neytrino leptonlar (va muon antineytrinoli antimuon). Uchinchi avlodda haqiqiy va yoqimli kvarklar (va antikvarklar), shuningdek, leptonlar taon va taon neytrino (va taon antineytrino bilan antitaon). Ikkinchi va uchinchi avlod fermionlari oddiy moddalarning hosil bo'lishida ishtirok etmaydi, ular beqaror va birinchi avlod fermionlari hosil bo'lishi bilan parchalanadi.

Bosonik (o'lchovli) fundamental maydonlar 18 turdagi bozonlarni hosil qilishi mumkin: tortishish maydoni - gravitonlar, elektromagnit maydon - fotonlar, zaif o'zaro ta'sir maydoni - 3 turdagi "vionlar" 1 , glyuon maydoni - 8 turdagi glyuonlar, Higgs maydoni - 5 turdagi Higgs. bozonlar.

Etarli darajada yuqori energiyali (hayajonlangan) holatdagi jismoniy vakuum mini-koinot ko'rinishida muhim energiyaga ega bo'lgan ko'plab asosiy zarrachalarni yaratishga qodir.

Mikrokosmosning moddasi uchun harakat quyidagilarga kamayadi:

elementar zarrachalarning tarqalishi, to'qnashuvi va bir-biriga aylanishi;

proton va neytronlardan atom yadrolarining hosil bo'lishi, ularning harakati, to'qnashuvi va o'zgarishi;

atom yadrolari va elektronlardan atomlarning hosil bo'lishi, ularning harakati, to'qnashuvi va o'zgarishi, shu jumladan elektronlarning bir atom orbitalidan ikkinchisiga sakrashi va ularning atomlardan ajralishi, ortiqcha elektronlarning qo'shilishi;

atomlardan molekulalarning hosil bo'lishi, ularning harakati, to'qnashuvi va o'zgarishi, jumladan, yangi atomlarning qo'shilishi, atomlarning ajralib chiqishi, ba'zi atomlarning boshqalari bilan almashtirilishi, molekulada atomlarning bir-biriga nisbatan joylashishining o'zgarishi.

Makrokosmos va megadunyoning mazmuni uchun harakat turli jismlarning siljishi, to'qnashuvi, deformatsiyasi, yo'q qilinishi, birlashishi, shuningdek ularning eng xilma-xil o'zgarishiga kamayadi.

Agar moddiy ob'ektning (kvantlangan maydon yoki moddiy ob'ektning) harakati faqat uning fizik xususiyatlarining o'zgarishi bilan birga bo'lsa, masalan, kvantlangan maydon uchun chastota yoki to'lqin uzunligi, moddiy ob'ekt uchun oniy tezlik, harorat, elektr zaryadi; keyin bunday harakat jismoniy shakl deb ataladi. Agar moddiy ob'ektning harakati uning kimyoviy xossalarining o'zgarishi, masalan, eruvchanligi, yonuvchanligi, kislotaligi bilan birga bo'lsa, unda bunday harakat kimyoviy shakl deb ataladi. Agar harakat mega-dunyo ob'ektlarining (kosmik ob'ektlar) o'zgarishiga tegishli bo'lsa, unda bunday harakat astronomik shakl deb ataladi. Agar harakat yerning chuqur qobiqlari (erning ichki qismi) ob'ektlarining o'zgarishiga tegishli bo'lsa, unda bunday harakat geologik shakl deb ataladi. Agar harakat yer yuzidagi barcha qobiqlarni birlashtirgan geografik qobiq ob'ektlarining o'zgarishiga tegishli bo'lsa, unda bunday harakat geografik shakl deb ataladi. Tirik jismlar va ularning tizimlarining turli hayotiy ko'rinishlari ko'rinishidagi harakati biologik shakl deb ataladi. Insonning majburiy ishtiroki bilan ijtimoiy ahamiyatga ega bo'lgan xususiyatlarning o'zgarishi bilan birga keladigan moddiy ob'ektlarning harakati, masalan, temir rudasini qazib olish va temir va po'lat ishlab chiqarish, qand lavlagi etishtirish va shakar ishlab chiqarish. harakatning ijtimoiy jihatdan belgilangan shakli deb ataladi.

Har qanday moddiy ob'ektning harakatini har doim ham biron bir shaklga bog'lash mumkin emas. Bu murakkab va xilma-xildir. Hatto kvantlangan maydondan jismlarga moddiy ob'ektlarga xos bo'lgan jismoniy harakat ham bir nechta shakllarni o'z ichiga olishi mumkin. Masalan, bilyard to‘plari ko‘rinishidagi ikkita qattiq jismning elastik to‘qnashuvi (to‘qnashuvi) vaqt o‘tishi bilan to‘plarning bir-biriga va stolga nisbatan holatining o‘zgarishini ham, sharlarning aylanishini ham, ishqalanishni ham o‘z ichiga oladi. stol va havo yuzasidagi to'plar va har bir to'pning zarrachalarining harakati va elastik to'qnashuv paytida sharlar shaklining amalda teskari o'zgarishi va uning qisman ichki energiyasiga aylanishi bilan kinetik energiya almashinuvi. elastik to'qnashuv paytida to'plar va to'plar, havo va stol yuzasi o'rtasida issiqlik almashinuvi, sharlar tarkibidagi beqaror izotoplar yadrolarining mumkin bo'lgan radioaktiv parchalanishi va neytrinolarning kosmik nurlarining sharlar orqali kirib borishi va boshqalar. Materiyaning rivojlanishi va kimyoviy, astronomik, geologik, geografik, biologik va ijtimoiy shartli moddiy ob'ektlarning paydo bo'lishi bilan harakat shakllari yanada murakkab va xilma-xil bo'ladi. Shunday qilib, kimyoviy harakatda harakatning fizik shakllarini ham, sifat jihatidan yangi, fizik, kimyoviy shakllarga qaytarilmaydiganlarini ham ko'rish mumkin. Astronomik, geologik, geografik, biologik va ijtimoiy shartli ob'ektlar harakatida harakatning ham fizik, ham kimyoviy shakllarini, shuningdek sifat jihatidan yangi, fizik va kimyoviy jihatdan kamaytirilmaydigan, mos ravishda astronomik, geologik, geografik, biologik yoki ijtimoiy jihatdan ko'rish mumkin. harakatning shartli shakllari. Shu bilan birga, materiya harakatining quyi shakllari turli darajadagi murakkablikdagi moddiy ob'ektlarda farq qilmaydi. Masalan, elementar zarralar, atom yadrolari va atomlarning jismoniy harakati astronomik, geologik, geografik, biologik yoki ijtimoiy shartli moddiy ob'ektlarda farq qilmaydi.

Harakatning murakkab shakllarini o'rganishda ikkita ekstremaldan qochish kerak. Birinchidan, harakatning murakkab shaklini o'rganishni oddiy harakat shakllariga qisqartirib bo'lmaydi, oddiylardan murakkab harakat shaklini chiqarib bo'lmaydi. Masalan, biologik harakatni faqat harakatning fizik va kimyoviy shakllaridan kelib chiqib, harakatning biologik shakllarini e'tiborsiz qoldirib bo'lmaydi. Ikkinchidan, oddiylarini e'tiborsiz qoldirib, faqat murakkab harakat shakllarini o'rganish bilan cheklanib bo'lmaydi. Masalan, biologik harakatni o'rganish bu holatda namoyon bo'ladigan harakatning fizik va kimyoviy shakllarini o'rganishga yaxshi qo'shimcha hisoblanadi.

2. Materiyaning o'z-o'zini rivojlantirish qobiliyati

Ma'lumki, materiyaning o'z-o'zidan rivojlanishi va materiya o'z-o'zini rivojlantirishga qodir bo'lib, harakatlanuvchi materiya shakllarining o'z-o'zidan, yo'naltirilgan va qaytarilmas bosqichma-bosqich murakkablashishi bilan tavsiflanadi.

Materiyaning o'z-o'zidan rivojlanishi deganda, harakatlanuvchi materiya shakllarining bosqichma-bosqich murakkablashishi jarayoni o'z-o'zidan, tabiiy ravishda, hech qanday g'ayritabiiy yoki g'ayritabiiy kuchlarning, Yaratuvchining ishtirokisiz, ichki, tabiiy sabablarga ko'ra sodir bo'lishini anglatadi.

Materiyaning o'z-o'zini rivojlantirish yo'nalishi materiyaning ilgari mavjud bo'lgan shakllaridan biridan keyin paydo bo'lgan boshqa shaklga o'tish shakllarining bosqichma-bosqich murakkablashishi jarayonining bir turini anglatadi: harakatlanuvchi materiyaning har qanday yangi shakli uchun siz harakatlanuvchi materiyaning boshlanishiga sabab bo'lgan oldingi shaklini topa oladi va aksincha, harakatlanuvchi materiyaning oldingi har qanday shakli uchun siz undan paydo bo'lgan harakatlanuvchi materiyaning yangi shaklini topishingiz mumkin. Shu bilan birga, harakatlanuvchi materiyaning oldingi shakli har doim undan paydo bo'lgan harakatlanuvchi materiyaning yangi shaklidan oldin mavjud bo'lgan, avvalgi shakl har doim undan paydo bo'lgan yangi shakldan eskiroqdir. Harakatlanuvchi materiyaning o'z-o'zidan rivojlanishining kanalizatsiyasi tufayli uning shakllarining bosqichma-bosqich murakkablashuvining bir turi paydo bo'lib, u qaysi yo'nalishda, shuningdek, qaysi oraliq (o'tish) shakllar orqali, u yoki bu shaklning tarixiy rivojlanishini ko'rsatadi. harakatlanuvchi masala davom etdi.

Materiyaning o'z-o'zidan rivojlanishining qaytarilmasligi shuni anglatadiki, harakatlanuvchi materiya shakllarining bosqichma-bosqich murakkablashuvi jarayoni teskari yo'nalishda, orqaga keta olmaydi: harakatlanuvchi materiyaning yangi shakli o'zidan oldingi harakatlanuvchi materiya shaklini keltirib chiqara olmaydi; u paydo bo'lgan, lekin u yangi shakllar uchun oldingi shaklga aylanishi mumkin. Va agar to'satdan harakatlanuvchi materiyaning har qanday yangi shakli undan oldingi shakllardan biriga juda o'xshash bo'lib chiqsa, bu harakatlanuvchi materiya teskari yo'nalishda o'z-o'zidan rivojlana boshlaganini anglatmaydi: harakatlanuvchi materiyaning oldingi shakli paydo bo'ldi. ancha oldin va harakatlanuvchi materiyaning yangi shakli, hatto va unga juda o'xshash, ancha keyin paydo bo'lgan va o'xshash bo'lsa-da, lekin harakatlanuvchi materiyaning tubdan farqli shakli.

3. Moddiy ob'ektlarning aloqasi va o'zaro ta'siri

Materiyaning integral xossalari uning harakatining sababi bo'lgan aloqa va o'zaro ta'sirdir. Bog'lanish va o'zaro ta'sir materiya harakatining sababi bo'lganligi sababli, aloqa va o'zaro ta'sir, xuddi harakat kabi, universaldir, ya'ni tabiati, kelib chiqishi va murakkabligidan qat'i nazar, barcha moddiy narsalarga xosdir. Moddiy olamdagi barcha hodisalar (shartlanganlik ma’nosida) tabiiy moddiy bog‘lanishlar va o‘zaro ta’sirlar, shuningdek, bog‘lanish va o‘zaro ta’sir qonuniyatlarini aks ettiruvchi tabiatning obyektiv qonunlari bilan belgilanadi. "Shu ma'noda, dunyoda g'ayritabiiy va materiyaga mutlaqo zid narsa yo'q." 1 O'zaro ta'sir, harakat kabi, materiyaning borligi (mavjudligi) shaklidir.

Barcha moddiy ob'ektlarning mavjudligi o'zaro ta'sirda namoyon bo'ladi. Har qanday moddiy "ob'ekt uchun mavjud bo'lish boshqa moddiy ob'ektlarga nisbatan qandaydir tarzda namoyon bo'lish, ular bilan o'zaro ta'sir qilish, ular bilan ob'ektiv aloqada va munosabatlarda bo'lishni anglatadi. Agar boshqa ba'zi moddiy ob'ektlarga nisbatan hech qanday tarzda namoyon bo'lmaydigan, ular bilan hech qanday aloqada bo'lmagan, ular bilan ta'sir o'tkazmaydigan faraziy material "ob'ekti bu boshqa moddiy ob'ektlar uchun mavjud bo'lmaydi. "Ammo u haqidagi taxminimiz ham hech narsaga asoslanishi mumkin emas edi, chunki o'zaro aloqaning yo'qligi tufayli biz u haqida nol ma'lumotga ega bo'lar edik." 2

O'zaro ta'sir - energiya almashinuvi bilan ba'zi moddiy ob'ektlarning boshqalarga o'zaro ta'sir qilish jarayoni. Haqiqiy jismlarning o'zaro ta'siri to'g'ridan-to'g'ri, masalan, ikkita qattiq jismning to'qnashuvi (to'qnashuvi) shaklida bo'lishi mumkin. Va bu uzoqdan sodir bo'lishi mumkin. Bunday holda, real ob'ektlarning o'zaro ta'siri ular bilan bog'langan bozonik (o'lchov) fundamental maydonlar bilan ta'minlanadi. Bitta moddiy ob'ektning o'zgarishi u bilan bog'liq bo'lgan tegishli bozonik (o'lchov) asosiy maydonning qo'zg'alishini (og'ish, tebranish, tebranish) keltirib chiqaradi va bu qo'zg'alish vakuumdagi yorug'lik tezligidan oshmaydigan cheklangan tezlik bilan to'lqin shaklida tarqaladi. (deyarli 300 ming km / dan). O'zaro ta'sir o'tkazishning kvant-maydon mexanizmiga ko'ra, masofadagi real ob'ektlarning o'zaro ta'siri almashinuv xarakteriga ega, chunki o'zaro ta'sir tashuvchi zarralar tomonidan tegishli bozonik (o'lchov) fundamental maydon kvantlari shaklida uzatiladi. O'zaro ta'sir tashuvchisi zarralari sifatida turli bozonlar tegishli bozonik (o'lchov) asosiy maydonlarining qo'zg'alishlari (burilishlar, tebranishlar, tebranishlar) hisoblanadi: moddiy ob'ektning emissiyasi va yutilishi paytida ular haqiqiy, tarqalish paytida esa virtualdir.

Ma'lum bo'lishicha, har qanday holatda ham, moddiy ob'ektlarning o'zaro ta'siri, hatto masofada bo'lsa ham, qisqa muddatli harakatdir, chunki u hech qanday bo'shliqlar, bo'shliqlarsiz amalga oshiriladi.

Zarrachaning moddaning antizarrasi bilan o'zaro ta'siri ularning yo'q qilinishi, ya'ni tegishli fermionik (spinor) fundamental maydonga aylanishi bilan birga keladi. Bunda ularning massasi (tortishish energiyasi) mos keladigan fermiyonik (spinor) fundamental maydonning energiyasiga aylanadi.

Qo'zg'atilgan (burilish, bezovta qiluvchi, "titruvchi") jismoniy vakuumning virtual zarralari haqiqiy zarralar bilan o'zaro ta'sir qilishi mumkin, go'yo ularni o'rab oladi va kvant ko'pik deb ataladigan shaklda hamroh bo'ladi. Masalan, atom elektronlarining fizik vakuumning virtual zarralari bilan o'zaro ta'siri natijasida ularning atomlardagi energiya darajalarining ma'lum bir siljishi sodir bo'ladi, elektronlarning o'zi esa kichik amplitudali tebranish harakatlarini amalga oshiradi.

Asosiy o'zaro ta'sirlarning to'rt turi mavjud: tortishish, elektromagnit, kuchsiz va kuchli.

"Gravitatsion o'zaro ta'sir ... massaga ega bo'lgan moddiy ob'ektlarning o'zaro tortishishida namoyon bo'ladi" 1 dam olish, ya'ni moddiy ob'ektlar, har qanday katta masofada. Ko'pgina asosiy zarrachalarni hosil qiluvchi qo'zg'atilgan jismoniy vakuum tortishish kuchini namoyon qila oladi deb taxmin qilinadi. Gravitatsion o'zaro ta'sir tortishish maydonining gravitonlar tomonidan amalga oshiriladi. Gravitatsion maydon jismlar va zarralarni tinch massa bilan bog'laydi. Gravitatsion to'lqinlar (virtual gravitonlar) shaklida tortishish maydonining tarqalishi uchun hech qanday vosita kerak emas. Gravitatsion o'zaro ta'sir o'z kuchida eng zaifdir, shuning uchun u zarrachalar massalarining ahamiyatsizligi sababli mikrodunyoda ahamiyatsiz, makrokosmosda uning namoyon bo'lishi sezilarli bo'ladi va u, masalan, jismlarning Yerga tushishiga olib keladi va megadunyoda u megadunyo jismlarining ulkan massalari tufayli etakchi rol o'ynaydi va u, masalan, Oyning va sun'iy yo'ldoshlarning Yer atrofida aylanishini ta'minlaydi; Quyosh sistemasidagi sayyoralar, planetoidlar, kometalar va boshqa jismlarning shakllanishi va harakati va uning yaxlitligi; galaktikalardagi yulduzlarning shakllanishi va harakati - gigant yulduz tizimlari, jumladan, o'zaro tortishish va umumiy kelib chiqishi bilan bog'langan yuzlab milliard yulduzlar, shuningdek, ularning yaxlitligi; galaktikalar klasterlarining yaxlitligi - tortishish kuchlari bilan bog'langan nisbatan yaqin joylashgan galaktikalar tizimlari; Metagalaktikaning yaxlitligi - tortishish kuchlari bilan bog'langan barcha ma'lum galaktikalar klasterlari tizimi, koinotning o'rganilgan qismi sifatida butun olamning yaxlitligi. Gravitatsion o'zaro ta'sir koinotda tarqalgan materiya kontsentratsiyasini va uning rivojlanishning yangi davrlariga qo'shilishini belgilaydi.

"Elektromagnit o'zaro ta'sir elektr zaryadlari tufayli yuzaga keladi va" 1 elektromagnit maydonning fotonlari orqali har qanday katta masofaga uzatiladi. Elektromagnit maydon elektr zaryadiga ega bo'lgan jismlar va zarralarni bog'laydi. Bundan tashqari, statsionar elektr zaryadlari faqat elektr maydoni shaklida elektromagnit maydonning elektr komponenti bilan bog'lanadi va harakatlanuvchi elektr zaryadlari elektromagnit maydonning ham elektr, ham magnit komponentlari bilan bog'lanadi. Elektromagnit maydonning elektromagnit to'lqinlar ko'rinishida tarqalishi uchun qo'shimcha vosita kerak emas, chunki "o'zgaruvchan magnit maydon o'zgaruvchan elektr maydonini hosil qiladi, bu esa o'z navbatida o'zgaruvchan magnit maydonning manbai" 2 . "Elektromagnit o'zaro ta'sir o'zini tortishish (qarama-qarshi zaryadlar o'rtasida) va itarilish (3 o'xshash zaryad o'rtasida") sifatida namoyon qilishi mumkin. Elektromagnit o'zaro ta'sir tortishish kuchiga qaraganda ancha kuchli. U mikrokosmosda ham, makrokosmosda ham, megadunyoda ham o'zini namoyon qiladi, ammo makrokosmosda etakchi rol unga tegishli. Elektromagnit o'zaro ta'sir elektronlarning yadrolar bilan o'zaro ta'sirini ta'minlaydi. Atomlararo va molekulalararo o'zaro ta'sir elektromagnitdir, buning natijasida molekulalar mavjud bo'lib, moddalar harakatining kimyoviy shakli amalga oshiriladi, jismlar mavjud va ularning agregatsiya, elastiklik, ishqalanish, suyuqlikning sirt taranglik holatlari aniqlanadi, ko'rish. funktsiyalari. Shunday qilib, elektromagnit o'zaro ta'sir atomlar, molekulalar va makroskopik jismlarning barqarorligini ta'minlaydi.

Zaif o'zaro ta'sir tinch massaga ega bo'lgan elementar zarralarni o'z ichiga oladi, u 4 o'lchovli maydonlarning "vionlari" tomonidan olib boriladi. Zaif o'zaro ta'sir maydonlari turli xil elementar zarralarni tinch massa bilan bog'laydi. Zaif o'zaro ta'sir elektromagnitdan ancha zaif, lekin tortishish kuchidan kuchliroqdir. Qisqa ta'siri tufayli u faqat mikrokosmosda namoyon bo'ladi, masalan, elementar zarrachalarning o'z-o'zidan parchalanishiga olib keladi (masalan, erkin neytron manfiy zaryadlangan o'lchovli bozon ishtirokida protonga aylanadi. , elektron va elektron antineytrino, ba'zan boshqa foton hosil bo'ladi), neytrinoning moddaning qolgan qismi bilan o'zaro ta'siri.

Kuchli o'zaro ta'sir adronlarning o'zaro tortilishida namoyon bo'ladi, ular kvark tuzilmalarini, masalan, ikki kvark mezonlari va uch kvark nuklonlarini o'z ichiga oladi. U glyuon maydonlarining glyuonlari orqali uzatiladi. Gluon maydonlari adronlarni bog'laydi. Bu eng kuchli o'zaro ta'sir, lekin qisqa ta'sir tufayli u faqat mikrokosmosda namoyon bo'ladi, masalan, nuklonlarda kvarklarning bog'lanishini, atom yadrolarida nuklonlarning bog'lanishini ta'minlaydi, ularning barqarorligini ta'minlaydi. Kuchli o'zaro ta'sir elektromagnitdan 1000 marta kuchliroqdir va yadroda birlashgan xuddi shunday zaryadlangan protonlarning tarqalishiga yo'l qo'ymaydi. Kuchli oʻzaro taʼsir tufayli bir necha yadrolar birlashgan termoyadro reaksiyalari ham mumkin. Tabiiy termoyadro reaktorlari vodoroddan og'irroq barcha kimyoviy elementlarni yaratadigan yulduzlardir. Og'ir ko'p yadroli yadrolar beqaror va bo'linib ketadi, chunki ularning o'lchamlari kuchli o'zaro ta'sir o'zini namoyon qiladigan masofadan allaqachon oshib ketadi.

“Elementar zarrachalarning oʻzaro taʼsirini eksperimental oʻrganish natijasida... maʼlum boʻldiki, yuqori protonlar toʻqnashuvi energiyalarida – taxminan 100 GeV –... kuchsiz va elektromagnit oʻzaro taʼsirlar bir-biridan farq qilmaydi – ularni yagona elektrozaif deb hisoblash mumkin. o'zaro ta'sir ". 1 "10 15 GeV energiyada ular kuchli o'zaro ta'sirga qo'shiladi va" 2 "zarrachalarning yuqori o'zaro ta'sir energiyalarida (10 19 GeV gacha) yoki moddaning o'ta yuqori haroratida, barcha to'rtta asosiy element birlashadi deb taxmin qilinadi. o'zaro ta'sirlar bir xil kuch bilan tavsiflanadi, ya'ni bitta o'zaro ta'sirni ifodalaydi 3 "super kuch" shaklida. Ehtimol, bunday yuqori energiyali sharoitlar jismoniy bo'shliqdan paydo bo'lgan Koinot rivojlanishining boshida mavjud bo'lgan. Olamning yanada kengayishi jarayonida, hosil bo'lgan materiyaning tez sovishi bilan birga, integral o'zaro ta'sir dastlab elektr zaif, tortishish va kuchli, so'ngra elektr zaif o'zaro ta'sir elektromagnit va kuchsiz, ya'ni to'rtga bo'lingan. o'zaro ta'sirlar bir-biridan tubdan farq qiladi.

ADABIYOTLAR RO'YXATI:

Karpenkov, S.X. Tabiatshunoslikning asosiy tushunchalari [Matn]: darslik. universitetlar uchun nafaqa / S. X. Karpenkov. - 2-nashr, qayta ko'rib chiqilgan. va qo'shimcha - M. : Akademik loyiha, 2002. - 368 b.

Zamonaviy tabiatshunoslik tushunchalari [Matn]: darslik. universitetlar uchun / Ed. V. N. Lavrinenko, V. P. Ratnikova. - 3-nashr, qayta ko'rib chiqilgan. va qo'shimcha - M. : UNITI-DANA, 2005. - 317 b.

Tabiatshunoslikning falsafiy muammolari [Matn]: darslik. aspirantlar va falsafa talabalari uchun nafaqa. va tabiatlar. fak. un-tov / Ed. S. T. Melyuxina. - M. : Oliy maktab, 1985. - 400 b.

Tsyupka, V.P. Dunyoning tabiatshunoslik surati: zamonaviy tabiatshunoslik tushunchalari [Matn]: darslik. nafaqa / V. P. Tsyupka. - Belgorod: IPK NRU "BelGU", 2012. - 144 p.

Tsyupka, V.P. Dunyoning zamonaviy fizik rasmini tashkil etuvchi zamonaviy fizika tushunchalari [Elektron resurs] // Rossiya Tabiiy fanlar akademiyasining ilmiy elektron arxivi: sirtqi. elektron. ilmiy konf. "Zamonaviy tabiatshunoslik tushunchalari yoki dunyoning tabiiy fanlari rasmi" URL manzili: http://sayt/maqola/6315(e'lon qilingan: 31/10/2011)

Yandex. Lug'atlar. [Elektron resurs] URL: http://slovari.yandex.ru/

1Karpenkov S. X. Tabiatshunoslikning asosiy tushunchalari. M. Akademik loyiha. 2002 yil, 60-bet.

2Tabiatshunoslikning falsafiy muammolari. M. Oliy maktab. 1985. S. 181.

3Karpenkov S. X. Tabiatshunoslikning asosiy tushunchalari ... S. 60.

1Karpenkov S. X. Tabiatshunoslikning asosiy tushunchalari ... S. 79.

1Karpenkov S. X.

1Tabiatshunoslikning falsafiy muammolari ... S. 178.

2O'sha yerda. S. 191.

1Karpenkov S. X. Tabiatshunoslikning asosiy tushunchalari ... S. 67.

1Karpenkov S. X. Tabiatshunoslikning asosiy tushunchalari ... S. 68.

3Tabiatshunoslikning falsafiy muammolari ... S. 195.

4Karpenkov S. X. Tabiatshunoslikning asosiy tushunchalari ... S. 69.

1Karpenkov S. X. Tabiatshunoslikning asosiy tushunchalari ... S. 70.

2Hozirgi zamon tabiatshunosligi tushunchalari. M. BIRLIK-DANA. 2005. S. 119.

3Karpenkov S. X. Tabiatshunoslikning asosiy tushunchalari ... S. 71.

Tsyupka V.P. MATERIYA HARAKATINI, UNING O'Z-O'Z-O'ZI RIVOJLANISH QOBILIYATI, SHU CHUNDA ZAMONAVIY TABIYAT FANIDA MODDIY OB'YEKTLARNING BOG'LANISHI VA O'zaro ta'sirini TUSHUNISH HAQIDA // Ilmiy elektron arxiv.
URL: (kirish sanasi: 17.03.2020).

Nisbatan yaqin vaqtgacha bir necha yuzlab zarralar va antizarralar elementar hisoblangan. Ularning xossalari va boshqa zarralar bilan o'zaro ta'sirini batafsil o'rganish va nazariyaning rivojlanishi shuni ko'rsatdiki, ularning aksariyati aslida elementar emas, chunki ularning o'zlari eng oddiy yoki hozir aytganidek, asosiy zarralardan iborat. Asosiy zarralarning o'zi endi hech narsadan iborat emas. Ko'pgina tajribalar shuni ko'rsatdiki, barcha asosiy zarralar o'zlarini ichki tuzilishga ega bo'lmagan, hech bo'lmaganda hozirda o'rganilayotgan eng kichik masofalargacha ~ 10 -16 sm gacha bo'lgan o'lchamsiz nuqta jismlari kabi tutadi.

Kirish

Zarralar orasidagi son-sanoqsiz va xilma-xil o'zaro ta'sir jarayonlari orasida to'rtta asosiy yoki asosiy o'zaro ta'sirlar mavjud: kuchli (yadro), elektromagnit va tortishish. Zarrachalar dunyosida gravitatsiyaviy o'zaro ta'sir juda zaif, uning roli hali ham noaniq va biz bu haqda boshqa gapirmaymiz.

Tabiatda zarrachalarning ikkita guruhi mavjud: barcha fundamental o'zaro ta'sirlarda ishtirok etadigan adronlar va faqat kuchli o'zaro ta'sirda ishtirok etmaydigan leptonlar.

Zamonaviy tushunchalarga ko'ra, zarralar orasidagi o'zaro ta'sir zarrachani o'rab turgan tegishli maydonning (kuchli, kuchsiz, elektromagnit) kvantlarini chiqarish va keyinchalik yutilishi orqali amalga oshiriladi. Bunday kvantlar o'lchovli bozonlar bo'lib, ular ham asosiy zarralardir. Bozonlar Plank doimiysi $h = 1.05 \cdot 10^(-27) erg \cdot c$ ning butun qiymatiga teng boʻlgan spin deb ataladigan oʻziga xos burchak impulslariga ega. Maydon kvantlari va shunga mos ravishda kuchli o'zaro ta'sir tashuvchilar glyuonlar bo'lib, ular g belgisi bilan belgilanadi, elektromagnit maydon kvantlari yorug'likning taniqli kvantlari - fotonlar bo'lib, $\gamma $ bilan belgilanadi. kuchsiz maydon kvantlari va shunga mos ravishda zaif o'zaro ta'sirlarning tashuvchilari V± (juft ve) - va Z 0 (zet nol)-bozonlar.

Bozonlardan farqli o'laroq, boshqa barcha asosiy zarralar fermionlar, ya'ni yarim butun spinga teng bo'lgan zarralardir. h/2.

Jadvalda. 1da asosiy fermionlar - leptonlar va kvarklarning belgilari ko'rsatilgan.

Har bir zarracha jadvalda keltirilgan. 1 zarrachadan faqat elektr zaryadining belgilari va boshqa kvant sonlari (2-jadvalga qarang) va zarracha impulsi yo'nalishiga nisbatan aylanish yo'nalishi bo'yicha farq qiladigan antizarrachaga mos keladi. Biz antizarralarni zarrachalar bilan bir xil belgilar bilan, lekin belgi ustidagi to'lqinli chiziq bilan belgilaymiz.

Jadvaldagi zarralar. 1 yunon va lotin harflari bilan belgilanadi, xususan: $\nu$ harfi - uch xil neytrino, e harfi - elektron, $\mu$ - muon, $\tau$ - taon, u, c, t, d, s harflari , b kvarklarni bildiradi; ularning nomlari va xususiyatlari jadvalda keltirilgan. 2.

Jadvaldagi zarralar. 1 zamonaviy nazariyaning tuzilishiga ko'ra uch avlod I, II va III guruhlarga bo'lingan. Bizning koinotimiz birinchi avlod zarralari - leptonlar, kvarklar va o'lchovli bozonlardan qurilgan, ammo koinot rivojlanishining zamonaviy fani ko'rsatganidek, uning rivojlanishining dastlabki bosqichida har uch avlodning zarralari muhim rol o'ynagan.

Leptonlar

Keling, avvalo leptonlarning xususiyatlarini batafsil ko'rib chiqaylik. Jadvalning yuqori qatorida 1 uch xil neytrinoni o'z ichiga oladi: elektron $\nu_e$, muon $\nu_m$ va tau neytrino $\nu_t$. Ularning massasi hali aniq o'lchanmagan, lekin uning yuqori chegarasi aniqlangan, masalan, elektron massasining 10 -5 ga teng ne (ya'ni $\leq 10^(-32)$ g).

Jadvalga qarash. 1 ixtiyoriy ravishda tabiatga uch xil neytrinoni yaratish nima uchun kerak edi degan savol tug'iladi. Bu savolga hozircha javob yo'q, chunki fundamental zarralarning bunday barcha zarralarning zarurligi va yetarliligini ko'rsatadigan va ularning asosiy xususiyatlarini tavsiflovchi bunday keng qamrovli nazariya yaratilmagan. Ehtimol, bu muammo 21-asrda (yoki undan keyin) hal qilinadi.

Jadvalning pastki qatori. 1 biz eng ko'p o'rgangan zarracha - elektrondan boshlanadi. Elektron o'tgan asrning oxirida ingliz fizigi J. Tomson tomonidan kashf etilgan. Bizning dunyomizda elektronlarning roli juda katta. Ular atom yadrolari bilan birgalikda bizga ma'lum bo'lgan davriy tizim elementlarining barcha atomlarini tashkil etuvchi manfiy zaryadlangan zarralardir. Har bir atomda elektronlar soni atom yadrosidagi protonlar soniga to'liq teng bo'lib, atomni elektr neytral qiladi.

Elektron barqaror, elektronni yo'q qilishning asosiy imkoniyati antipartikul - pozitron e + bilan to'qnashuvda uning o'limidir. Ushbu jarayon yo'q qilish deb ataladi:

$$e^- + e^+ \to \gamma + \gamma .$$

Annigilyatsiya natijasida ikkita gamma kvant (yuqori energiyali fotonlar deb ataladi) hosil bo'ladi, ular e + va e - qolgan energiyalarni va ularning kinetik energiyalarini olib ketadi. Yuqori energiyalarda e + va e - adronlar va kvark juftlari hosil bo'ladi (masalan, (5) va 4-rasmga qarang).

Reaktsiya (1) A. Eynshteynning massa va energiyaning ekvivalentligi haqidagi mashhur formulasining to'g'riligini aniq ko'rsatadi: E = mc 2 .

Haqiqatan ham, moddada to'xtab qolgan pozitron va tinch holatda bo'lgan elektronning annigilyatsiyasi vaqtida ularning butun dam olish massasi (1,22 MeV ga teng) tinch massaga ega bo'lmagan $\gamma$-kvant energiyasiga o'tadi.

Jadvalning pastki qatorining ikkinchi avlodida. 1 joylashgan > muon - barcha xossalari bo'yicha elektronning analogi bo'lgan, ammo anomal darajada katta massaga ega bo'lgan zarracha. Myuonning massasi elektron massasidan 207 marta katta. Elektrondan farqli o'laroq, muon beqaror. Uning hayotining vaqti t= 2,2 10 -6 s. Myuon asosan sxema bo'yicha elektron va ikkita neytrinoga parchalanadi

$$\mu^- \to e^- + \tilde \nu_e +\nu_(\mu)$$

Elektronning yanada og'irroq analogi $\tau$-lepton (taon) dir. Uning massasi elektron massasidan ($m_(\tau) = 1777$ MeV/c 2) 3 ming martadan ortiq, ya'ni taon proton va neytrondan og'irroqdir. Uning ishlash muddati 2,9 10 -13 s ni tashkil qiladi va uning parchalanishining yuzdan ortiq turli sxemalaridan (kanallaridan) quyidagilar mumkin:

$$\tau^-\left\langle\begin(matritsa) \to e^- + \tilde \nu_e +\nu_(\tau)\\ \to \mu^- + \tilde \nu_\mu +\nu_ (\tau)\end(matritsa)\o'ng.$$

Leptonlar haqida gapirganda, ma'lum bir masofada kuchsiz va elektromagnit kuchlarni solishtirish qiziq, masalan R\u003d 10 -13 sm. Bunday masofada elektromagnit kuchlar kuchsiz kuchlardan deyarli 10 milliard marta ko'pdir. Ammo bu kuchsiz kuchlarning tabiatdagi roli unchalik katta emas degani emas. Undan uzoqda.

Aynan kuchsiz kuchlar turli zarrachalarning boshqa zarrachalarga ko'plab o'zaro o'zgarishi uchun javobgardir, masalan, (2), (3) reaktsiyalarda va bunday o'zaro o'zgarishlar zarralar fizikasining eng xarakterli xususiyatlaridan biridir. (2), (3) reaktsiyalardan farqli o'laroq, elektromagnit kuchlar (1) reaktsiyasida harakat qiladi.

Leptonlar haqida gapirganda, shuni qo'shimcha qilish kerakki, zamonaviy nazariya elektromagnit va kuchsiz o'zaro ta'sirlarni yagona elektrozaif nazariya yordamida tasvirlaydi. U 1967 yilda S.Vaynberg, A.Salam va S.Glashovlar tomonidan ishlab chiqilgan.

Kvarklar

Kvarklar haqidagi g'oya kuchli o'zaro ta'sirlarda ishtirok etadigan va adronlar deb ataladigan ko'p sonli zarralarni tasniflashga ajoyib urinish natijasida paydo bo'lgan. M. Gell-Man va G. Tsvayg barcha adronlar mos keladigan asosiy zarralar to'plamidan - kvarklardan, ularning antikvarklaridan va kuchli o'zaro ta'sir tashuvchilari - glyuonlardan iborat degan fikrni ilgari surdilar.

Hozirda kuzatilayotgan adronlarning umumiy soni yuzdan ortiq zarralarni (va bir xil miqdordagi antizarralarni) tashkil etadi. Ko'p o'nlab zarralar hali ro'yxatga olinmagan. Barcha adronlar og'ir zarrachalarga bo'linadi barionlar, va o'rtachalar nomlanadi mezonlar.

Barionlar barion soni bilan tavsiflanadi b zarralar uchun = 1 va b = -1 antibarionlar uchun. Ularning tug'ilishi va nobud bo'lishi har doim juft bo'ladi: barion va antibarion. Mezonlarda barion zaryadi bor b = 0. Gell-Mann va Tsvayg g’oyasiga ko’ra barcha barionlar uchta kvarkdan, antibarionlar esa uchta antikvarkdan iborat. Shuning uchun har bir kvarkga barion soni 1/3 ga teng bo'lgan, shuning uchun jami barion bo'ladi. b= 1 (yoki uchta antikvarkdan tashkil topgan antibarion uchun -1). Mezonlarning barion soni bor b= 0, shuning uchun ular har qanday kvark va har qanday antikvark juftlarining har qanday kombinatsiyasidan iborat bo'lishi mumkin. Barcha kvarklar uchun bir xil bo'lgan kvant sonlari - spin va barion sonidan tashqari, ularning boshqa muhim xususiyatlari ham mavjud, masalan, ularning tinch massasining kattaligi. m, elektr zaryadining kattaligi Q/e(elektron zaryadining fraktsiyalarida e\u003d 1,6 · 10 -19 kulon) va kvant sonlarining ma'lum bir to'plami deb ataladigan narsani tavsiflaydi. kvark ta'mi. Bularga quyidagilar kiradi:

1) izotopik spinning qiymati I va uning uchinchi proyeksiyasining kattaligi, ya'ni I 3 . Shunday qilib, u-kvark va d-kvark izotopik dublet hosil qiladi, ularga to'liq izotopik spin beriladi I= 1/2 proyeksiyalar bilan I 3 = +1/2 mos keladi u-kvark va I 3 = -1/2 mos keladi d-kvark. Dubletning ikkala komponenti ham yaqin massa qiymatlariga ega va boshqa barcha xususiyatlarda bir xil, elektr zaryadidan tashqari;

2) kvant soni S- g'alatilik anomal ravishda uzoq umrga (~10 -8 - 10 -13 s) ega bo'lgan ba'zi zarralarning xarakterli yadro vaqtiga (~10 -23 s) nisbatan g'alati xatti-harakatlarini tavsiflaydi. Zarrachalarning o'zi bir yoki bir nechta g'alati kvarklar va g'alati antikvarklarni o'z ichiga olgan g'alati deb atalgan. Kuchli oʻzaro taʼsir natijasida gʻalati zarrachalarning hosil boʻlishi yoki yoʻq boʻlib ketishi juft-juft boʻlib sodir boʻladi, yaʼni har qanday yadro reaksiyasida reaksiyadan oldingi $\Sigma$S yigʻindisi reaksiyadan keyin $\Sigma$S ga teng boʻlishi kerak. Biroq, zaif o'zaro ta'sirlarda g'alatilikning saqlanish qonuni amal qilmaydi.

Tezlatgichlarda o'tkazilgan tajribalarda foydalanishni tasvirlab bo'lmaydigan zarralar kuzatildi u-, d- Va s-kvarklar. G'alatilikka o'xshab, yangi kvant raqamlari bilan yana uchta yangi kvarkni kiritish kerak edi FROM = +1, IN= -1 va T= +1. Bu kvarklardan tashkil topgan zarralar ancha katta massaga ega (> 2 GeV/c2). Ularning umri ~10-13 s gacha bo'lgan turli xil parchalanish sxemalari mavjud. Barcha kvarklarning xarakteristikalari haqida qisqacha ma'lumot Jadvalda keltirilgan. 2.

Jadvaldagi har bir kvark. 2 uning antikvarkiga mos keladi. Antikvarklar uchun barcha kvant raqamlari kvark uchun ko'rsatilganiga qarama-qarshi belgiga ega. Kvarklar massasining kattaligi haqida quyidagilarni aytish kerak. Jadvalda keltirilgan. 2 qiymat yalang'och kvarklarning massalariga, ya'ni ularni o'rab turgan glyuonlarni hisobga olmagan holda kvarklarning o'ziga to'g'ri keladi. Glyuonlar tomonidan olib boriladigan energiya hisobiga kiyingan kvarklarning massasi kattaroqdir. Bu, ayniqsa, engilroq uchun seziladi u- Va d-kvarklar, ularning glyuon qatlami taxminan 300 MeV energiyasiga ega.

Zarrachalarning asosiy fizik xossalarini aniqlaydigan kvarklar valentlik kvarklar deyiladi. Adronlarda valentlik kvarklardan tashqari virtual juft zarrachalar - kvarklar va antikvarklar mavjud bo'lib, ular glyuonlar tomonidan juda qisqa vaqt ichida chiqariladi va so'riladi.

(qaerda E virtual juftlik energiyasi), Heisenberg noaniqlik munosabatlariga muvofiq energiyaning saqlanish qonunining buzilishi bilan yuzaga keladi. Kvarklarning virtual juftlari deyiladi dengiz kvarklari yoki dengiz kvarklari. Shunday qilib, adronlarning tuzilishi valentlik va dengiz kvarklari va glyuonlarni o'z ichiga oladi.

Barcha kvarklarning asosiy xususiyati shundaki, ular mos keladigan kuchli zaryadlarning egalaridir. Kuchli maydon zaryadlari uchta teng navga ega (elektr kuchlari nazariyasida bitta elektr zaryad o'rniga). Tarixiy terminologiyada bu uch turdagi zaryadlar kvarklarning ranglari deb ataladi, ya'ni shartli ravishda qizil, yashil va ko'k. Shunday qilib, jadvaldagi har bir kvark. 1 va 2 uchta shaklda bo'lishi mumkin va rangli zarrachadir. Barcha uch rangni aralashtirish, xuddi optikada bo'lgani kabi, oq rang beradi, ya'ni zarrachani oqartiradi. Barcha kuzatilgan adronlar rangsizdir.

Kvarkning o'zaro ta'siri sakkiz xil glyuon tomonidan amalga oshiriladi. "Glyuon" atamasi ingliz tilidan tarjimada elim degan ma'noni anglatadi, ya'ni bu maydon kvantlari, go'yo kvarklarni bir-biriga yopishtiruvchi zarralardir. Kvarklar singari, glyuonlar ham rangli zarralardir, lekin har bir glyuon bir vaqtning o'zida ikkita kvarkning rangini o'zgartirganligi sababli (glyuon chiqaradigan kvark va glyuonni yutgan kvark), glyuon ikki marta rangga ega bo'lib, rang va antikolorni olib yuradi, odatda. rangidan farq qiladi.

Foton singari glyuonlarning qolgan massasi nolga teng. Bundan tashqari, glyuonlar elektr neytral va zaif zaryadga ega emas.

Adronlar ham odatda barqaror zarrachalar va rezonanslarga bo'linadi: barion va mezon.
Rezonanslar juda qisqa umr (~10 -20 -10 -24 s) bilan tavsiflanadi, chunki ularning parchalanishi kuchli o'zaro ta'sirga bog'liq.

Bunday o'nlab zarralarni amerikalik fizik L.V. Alvares. Bunday zarralarning parchalanish yo'li shunchalik qisqa bo'lgani uchun ularni zarrachalar izlarini qayd qiluvchi detektorlarda (masalan, qabariq kamerasi va boshqalar) kuzatish mumkin emasligi sababli, ularning barchasi bilvosita, cho'qqilarning mavjudligi bilan aniqlangan. turli zarralarning bir-biri bilan energiya bo'yicha o'zaro ta'sir qilish ehtimoli. 1-rasmda nima aytilganligi tushuntirilgan. Rasmda $\pi^+$ musbat pionning proton bilan oʻzaro taʼsir kesimining (ehtimollik qiymatiga mutanosib) bogʻliqligi koʻrsatilgan. p pionning kinetik energiyasidan. Taxminan 200 MeV energiyada cho'qqi kesma davomida ko'rinadi. Uning kengligi $\Gamma = 110$ MeV, zarrachalarning umumiy massasi $\Delta^(++)$ $T^(")_(max)+M_p c^2+M_\pi c^2 ga teng. =1232$ MeV /s 2 , bunda $T^(")_(max)$ zarrachalarning ularning massa markazi sistemasidagi toʻqnashuvining kinetik energiyasi. Aksariyat rezonanslarni turg'un zarrachalarning qo'zg'aluvchan holati deb hisoblash mumkin, chunki ular barqaror hamkasblari bilan bir xil kvark tarkibiga ega, garchi qo'zg'alish energiyasi tufayli rezonanslarning massasi kattaroqdir.

Adronlarning kvark modeli

Biz adronlarning kvark modelini tasvirlashni manbadan - rangli zaryadga ega va antikvark bilan tugaydigan kvarkdan chiqadigan maydon chiziqlarini chizishdan boshlaymiz (2-rasm, b). Taqqoslash uchun, rasmda. 2 va biz elektromagnit o'zaro ta'sirda kuch chiziqlari o'z manbasidan - fan kabi elektr zaryadidan ajralib turishini ko'rsatamiz, chunki manba tomonidan bir vaqtning o'zida chiqariladigan virtual fotonlar bir-biri bilan o'zaro ta'sir qilmaydi. Natijada Kulon qonuni paydo bo'ladi.

Ushbu rasmdan farqli o'laroq, glyuonlarning o'zlari rang zaryadiga ega va bir-biri bilan kuchli o'zaro ta'sir qiladi. Natijada, kuch liniyalari fanining o'rniga bizda rasmda ko'rsatilgan to'plam mavjud. 2, b. Arqon kvark va antikvark o'rtasida cho'zilgan, lekin eng ajablanarlisi shundaki, glyuonlarning o'zlari rangli zaryadga ega bo'lib, ular kvarkdan uzoqlashganda ularning soni ortib boradi.
O'zaro ta'sirning bunday sxemasi rasmda ko'rsatilgan kvarklar orasidagi o'zaro ta'sirning potentsial energiyasining ular orasidagi masofaga bog'liqligiga mos keladi. 3. Ya'ni: masofaga qadar R> 10 -13 sm, qaramlik U(R) hunisimon xarakterga ega va bu masofa oralig'ida rang zaryadining kuchi nisbatan kichik, shuning uchun kvarklar R> 10 -15 sm birinchi yaqinlikda erkin, o'zaro ta'sir qilmaydigan zarralar sifatida qaralishi mumkin. Bu hodisa kvarklarning kichik asimptotik erkinligining maxsus nomiga ega R. Biroq, qachon R ba'zi bir kritik qiymatdan ortiq $R_(cr) \taxminan 10^(-13)$ sm U(R) qiymatga to'g'ridan-to'g'ri proportsional bo'ladi R. Bundan bevosita kelib chiqadiki, kuch F = -dU/dR= const, ya'ni masofaga bog'liq emas. Ilgari fiziklar o'rgangan boshqa hech qanday o'zaro ta'sirlar bunday noodatiy xususiyatga ega bo'lmagan.

Hisob-kitoblar shuni ko'rsatadiki, kvark va antikvark o'rtasida ta'sir qiluvchi kuchlar haqiqatan ham $R_(cr) \taxminan 10_(-13)$ sm dan boshlab masofaga bog'liq bo'lishni to'xtatadi va 20 ga yaqin ulkan qiymat darajasida qoladi. tonna masofada R~ 10 -12 sm (o'rtacha atom yadrolarining radiusiga teng) rangli kuchlar elektromagnit kuchlardan 100 ming martadan ortiq. Agar biz rang kuchini atom yadrosi ichidagi proton va neytron orasidagi yadro kuchlari bilan solishtirsak, rang kuchi minglab marta kattaroq ekanligi ma'lum bo'ladi! Shunday qilib, fiziklar oldida tabiatdagi rangli kuchlarning yangi buyuk surati ochildi, bu hozirgi yadroviy kuchlardan ko'ra kattaroqdir. Albatta, bunday kuchlarni energiya manbai sifatida ishlashga majbur qilish mumkinmi, degan savol darhol paydo bo'ladi. Afsuski, bu savolga javob yo'q.

Tabiiyki, yana bir savol tug'iladi: qaysi masofalarga R kvarklar orasida potentsial energiya ortib borishi bilan chiziqli ravishda ortadi R?
Javob oddiy: katta masofalarda maydon chiziqlari to'plami buziladi, chunki kvark-antikvark juft zarrachalarining tug'ilishi bilan tanaffus hosil qilish energiya jihatidan foydaliroqdir. Bu uzilishdagi potentsial energiya kvark va antikvarkning qolgan massasidan katta bo'lganda sodir bo'ladi. Glyuon maydonining kuch chiziqlari to'plamini buzish jarayoni rasmda ko'rsatilgan. 2, ichida.

Kvark-antikvarkning tug'ilishi haqidagi bunday sifatli g'oyalar nima uchun yagona kvarklar umuman kuzatilmasligi va tabiatda kuzatilishi mumkin emasligini tushunishga imkon beradi. Kvarklar adronlar ichida abadiy qoladilar. Kvarklarning chiqarilmasligi hodisasi deyiladi qamoqqa olish. Yuqori energiyalarda toʻplam birdaniga koʻp joylarda uzilib, $q \tilde q$-juftlar toʻplamini hosil qilishi foydaliroq boʻlishi mumkin. Shu tarzda biz ko'p tug'ilish muammosiga yaqinlashdik. kvark-antikvark juftlari va qattiq kvark oqimlarining hosil bo'lishi.

Avval yorug'lik adronlarining, ya'ni mezonlarning tuzilishini ko'rib chiqamiz. Ular, yuqorida aytib o'tganimizdek, bitta kvark va bitta antikvarkdan iborat.

Bu juftlikning ikkala hamkori ham bir xil rang zaryadiga va bir xil zaryadga (masalan, ko'k kvark va anti-ko'k antikvark) ega bo'lishi juda muhim, shuning uchun ularning juftligi, kvark ta'midan qat'i nazar, rangga ega bo'lmaydi. (va biz faqat rangsiz zarralarni kuzatamiz).

Barcha kvarklar va antikvarklar spinga ega (kasrlarda h) 1/2 ga teng. Shuning uchun, kvarkning antikvark bilan birikmasining umumiy spini spinlar antiparallel bo'lganda yoki 0 ga, yoki spinlar bir-biriga parallel bo'lganda 1 ga teng. Ammo kvarklarning o'zi zarracha ichidagi ba'zi orbitalar bo'ylab aylansa, zarraning spini 1 dan katta bo'lishi mumkin.

Jadvalda. 3-rasmda kvarklarning ba'zi bir juftlashgan va murakkabroq birikmalari ko'rsatilgan bo'lib, bu kvark birikmasi ilgari ma'lum bo'lgan adronlarga mos kelishi ko'rsatilgan.

Hozirgi vaqtda eng yaxshi o'rganilgan mezon va mezon rezonanslarining eng katta guruhi engil aromatik bo'lmagan zarralardan iborat bo'lib, ularning kvant raqamlari S = C = B= 0. Bu guruhga 40 ga yaqin zarralar kiradi. 3-jadval ingliz fizigi S.F tomonidan kashf etilgan $\pi$ ±,0 pionlari bilan boshlanadi. Pauell 1949 yilda. Zaryadlangan pionlar taxminan 10-8 soniya yashaydi va quyidagi sxema bo'yicha leptonlarga parchalanadi:

$\pi^+ \to \mu + \nu_(\mu)$ va $\pi^- \to \mu^- + \tilde \nu_(\mu)$.

Jadvalda ularning "qarindoshlari". 3 - rezonanslar $\rho$ ±,0 (rho-mezonlar) pionlardan farqli ravishda spinga ega J= 1, ular beqaror va faqat taxminan 10 -23 s yashaydi. $\rho$ ±,0 yemirilishining sababi kuchli o'zaro ta'sirdir.

Zaryadlangan pionlarning yemirilishining sababi zaif o'zaro ta'sirga bog'liq, ya'ni zarrachani tashkil etuvchi kvarklarning qisqa vaqt davomida zaif o'zaro ta'sir natijasida chiqarish va yutish qobiliyatidir. t(4) munosabatiga ko'ra virtual o'lchovli bozonlar: $u \to d + W^+$ yoki $d \to u + W^-$ va leptonlardan farqli o'laroq, bir avlod kvarkning o'tishlari ham mavjud. boshqa avlodning kvarki, masalan, $u \to b + W^+$ yoki $u \to s + W^+$ va boshqalar, garchi bunday o'tishlar bir avlod ichidagi o'tishlarga qaraganda ancha kam uchraydi. Shu bilan birga, barcha bunday transformatsiyalar vaqtida reaksiyadagi elektr zaryadi saqlanib qoladi.

Mezonlarni o'rganish, shu jumladan s- Va c-kvarklar bir necha o'nlab g'alati va maftunkor zarralarning kashf etilishiga olib keldi. Ularning tadqiqotlari hozirda dunyoning ko‘plab ilmiy markazlarida olib borilmoqda.

Mezonlarni o'rganish, shu jumladan b- Va t-kvarklar tezlatkichlarda intensiv boshlangan va hozircha ular haqida batafsil gapirmaymiz.

Keling, og'ir adronlarni, ya'ni barionlarni ko'rib chiqishga o'tamiz. Ularning barchasi uchta kvarkdan iborat, ammo uchta rangga ega bo'lganlar, chunki mezonlar kabi barcha barionlar rangsizdir. Barionlar ichidagi kvarklar orbital harakatga ega bo'lishi mumkin. Bunday holda, zarrachaning umumiy spini kvarklarning umumiy spinidan oshib ketadi, 1/2 yoki 3/2 ga teng (agar uchta kvarkning spinlari bir-biriga parallel bo'lsa).

Minimal massaga ega bo'lgan barion protondir p(3-jadvalga qarang). Kimyoviy elementlarning barcha atom yadrolari proton va neytronlardan iborat. Yadrodagi protonlar soni uning umumiy elektr zaryadini aniqlaydi Z.

Atom yadrolaridagi boshqa asosiy zarra neytrondir. n. Neytron protondan bir oz og'irroq, u beqaror va erkin holatda proton, elektron va neytrinoga parchalanadi, umri taxminan 900 s. Jadvalda. 3 protonning kvark holatini ko'rsatadi uud va neytron udd. Ammo kvarklarning bu birikmasining aylanishi bilan J= 3/2, mos ravishda $\Delta^+$ va $D^0$ rezonanslari hosil bo'ladi. Boshqa barcha barionlar og'irroq kvarklardan tashkil topgan s, b, t, va ancha katta massaga ega. Ular orasida alohida qiziqish bor edi V- -giperon, uchta g'alati kvarkdan iborat. U birinchi marta qog'ozda, ya'ni barionlarning kvark tuzilishi haqidagi g'oyalardan foydalangan holda hisoblash yo'li bilan kashf etilgan. Bu zarrachaning barcha asosiy xossalari bashorat qilingan va keyin tajribalar bilan tasdiqlangan.

Ko'pgina eksperimental kuzatilgan faktlar hozirda kvarklarning mavjudligi haqida ishonchli gapiradi. Xususan, biz elektronlar va pozitronlarning to'qnashuvi reaktsiyasida kvark-antikvark oqimlarining paydo bo'lishiga olib keladigan yangi jarayonning kashf etilishi haqida ketmoqda. Ushbu jarayonning sxemasi rasmda ko'rsatilgan. 4. Tajriba Germaniya va AQSHdagi kollayderlarda o‘tkazildi. O'qlar rasmdagi nurlarning yo'nalishlarini ko'rsatadi e+ va e- , va ularning to'qnashuv nuqtasidan kvark chiqariladi q va antikvark $\tilde q$ uchish yo'nalishiga $\Theta$ zenit burchagida. e+ va e- . Bu $q+\tilde q$ juftligi reaksiyada hosil boʻladi

$$e^+ + e^- \to \gamma_(virt) \to q + \tilde q$$

Yuqorida aytib o'tganimizdek, kuch chiziqlarining turniketi (ko'pincha ular ip deyishadi) etarlicha katta kuchlanish bilan uning tarkibiy qismlariga kiradi.
Kvark va antikvarkning yuqori energiyalarida, avval aytib o'tilganidek, ip ko'p joylarda uziladi, buning natijasida q kvark va antikvarkning uchish chizig'i bo'ylab har ikki yo'nalishda ikkilamchi rangsiz zarrachalarning ikkita tor nurlari hosil bo'ladi. shaklda ko'rsatilgan. 4. Bunday zarracha nurlari jetlar deyiladi. Tajribada bir vaqtning o'zida uch, to'rt yoki undan ortiq zarrachalar oqimining paydo bo'lishi juda tez-tez kuzatiladi.

Ushbu maqola muallifi ham ishtirok etgan kosmik nurlardagi o'ta tezlanish energiyasida o'tkazilgan tajribalarda, go'yo ko'plab reaktivlarning paydo bo'lish jarayonining fotosuratlari olingan. Gap shundaki, arqon yoki ip bir o'lchovli va shuning uchun uch, to'rt yoki undan ko'p reaktivlarning hosil bo'lish markazlari ham to'g'ri chiziq bo'ylab joylashgan.

Kuchli o'zaro ta'sirlarni tavsiflovchi nazariya deyiladi kvant xromodinamikasi yoki qisqartirilgan QCD. Bu elektr kuchsiz o'zaro ta'sirlar nazariyasiga qaraganda ancha murakkab. QCD, ayniqsa, qattiq jarayonlar deb ataladigan jarayonlarni, ya'ni zarrachalar o'rtasida katta impuls almashinuvi bilan zarrachalarning o'zaro ta'siri jarayonlarini tasvirlashda muvaffaqiyatli. Garchi nazariyani yaratish hali tugallanmagan bo'lsa-da, ko'plab nazariy fiziklar allaqachon "katta unifikatsiya" - kvant xromodinamikasi va elektr zaif o'zaro ta'sir nazariyasini yagona nazariyaga birlashtirish bilan band.

Xulosa qilib, keling, oltita lepton va 18 rangli kvark (va ularning antizarralari), shuningdek, asosiy maydonlarning kvantlari fotonni yo'q qiladimi, degan savolga qisqacha to'xtalib o'tamiz. V ± -, Z 0 -bozonlar, sakkiz glyuon va nihoyat, tortishish maydonining kvantlari - gravitonlar - chinakam elementar, aniqrog'i, asosiy zarrachalarning butun arsenali. Ko'rinishidan, yo'q. Ehtimol, zarralar va maydonlarning tasvirlangan rasmlari bizning hozirgi bilimlarimizni aks ettiradi. Supersimmetrik zarralar deb ataladigan katta guruh, o'ta og'ir kvarklarning okteti va boshqa ko'p narsalar kiritilgan ko'plab nazariy g'oyalar bejiz emas.

Shubhasiz, zamonaviy fizika zarralarning to'liq nazariyasini yaratishdan hali ham uzoqdir. Ehtimol, buyuk fizik Albert Eynshteyn to'g'ri bo'lib, faqat tortishish kuchini hisobga olish, uning mikrokosmosdagi roli unchalik katta bo'lmasa-da, zarrachalarning qat'iy nazariyasini yaratishga imkon beradi, deb hisoblagan. Ammo bularning barchasi 21-asrda yoki undan keyin ham.

Adabiyot

1. Okun L.B. Elementar zarralar fizikasi. Moskva: Nauka, 1988 yil.

2. Kobzarev I.Yu. 1979 yilgi Nobel mukofoti laureatlari: S. Weinberg, S. Glashow, A. Salam // Priroda. 1980. N 1. S. 84.

3. Zeldovich Ya.B. Piyodalar uchun taqdimotda elementar zarralar va kvarklarning tasnifi // Uspexi nat. Fanlar. 1965. T. 8. S. 303.

4. Krainov V.P. Energiya va vaqt uchun noaniqlik aloqasi // Soros Educational Journal. 1998. N 5. S. 77-82.

5. I. Nambu, "Nima uchun erkin kvarklar yo'q", Usp. Fanlar. 1978. V. 124. S. 146.

6. Jdanov G.B., Maksimenko V.M., Slavatinskiy S.A. "Pomir" tajribasi // Tabiat. 1984. No 11. S. 24

Maqola sharhlovchisi L.I. Sarychev

S. A. Slavatinskiy Moskva fizika-texnika instituti, Dolgoprudniy, Moskva viloyati

Shuningdek qarang

"Asosiy zarracha" maqolasiga sharh yozing

Eslatmalar

Havolalar

• S. A. Slavatinskiy// Moskva fizika-texnika instituti (Dolgoprudniy, Moskva viloyati)
• Slavatinskiy S.A. // SOZH, 2001, № 2, 2-bet. 62–68 arxiv http://web.archive.org/web/20060116134302/http://journal.issep.rssi.ru/annot.php?id=S1176
• // nuclphys.sinp.msu.ru
• // second-physics.ru
• // physics.ru
• // nature.web.ru
• // nature.web.ru
• // nature.web.ru