Subatomik zarracha
Физикада субатомик заррача атомдан кичикроқ заррачадир[1]. Заррачалар физикасининг стандарт моделига кўра, субатомик зарра бошқа бир қанча заррачалардан (масалан, протон, нейтрон ёки мезон ва бошқалар) ташкил топган композит заррача ёки бошқа заррачалардан иборат бўлмаган элементар заррача бўлиши мумкин. (масалан, электрон, фотон ёки муон)[2]. Заррачалар физикаси ва ядро физикаси бу зарраларни ва уларнинг ўзаро таъсирини ўрганади[3].
Бир қанча тажрибалар шуни кўрсатадики, ёруғлик ўзини зарралар оқими (фотонлар деб аталади) каби тутиши ва тўлқинга ўхшаш хусусиятларни намоён қилиши мумкин. Бу квант миқёсидаги зарралар ҳам заррачалар, ҳам тўлқинлар каби ҳаракат қилишини акс эттирувчи тўлқин-заррача иккилик тушунчасига олиб келди; Буни акс эттириш учун улар баъзан тўлқинлар деб аталади бир концепция, ноаниқлик принципи, уларнинг бир вақтнинг ўзида жойлашган ҳолати ва моментум каби баъзи хусусиятларини биргаликда аниқ ўлчаш мумкин эмаслигини билдиради[4]. Тўлқин-заррача иккилиги нафақат фотонларга, балки каттароқ заррачаларга ҳам тегишли эканлиги кўрсатилд[5].
Физикада Квант майдон назарияси доирасида кичик заррачаларнинг ўзаро таъсири деганда мос келадиган фундаментал ўзаро таъсирлар квантларини яратиш ва йўқ қилиш тушунилади. Бу заррачалар физикасини майдон назарияси билан бирлаштиради.
Ҳатто заррача физиклари орасида ҳам заррачанинг аниқ таърифи турли хил таъриф ва тавсифларга эга. Заррачани таърифлаш бўйича ушбу профессионал уринишлар қуйидагиларни ўз ичига олади:
- Заррача йиқилган тўлқин функциясидир
- Заррача — бу майдоннинг квант қўзғалиши
- Заррача Пуанкаре гуруҳининг қайтарилмас тасвиридир
- Зарра кузатилган нарсадир.
Таснифлаш
Таркиби бўйича
Субатомик зарралар ёки бошқача қилиб айтганда „элементар“, яъни бир нечта бошқа заррачалардан иборат эмас ёки „композит“ ва бир-бирига боғланган бир нечта элементар зарралардан иборат.
Стандарт моделнинг элементар зарралари қуйидагилардир[6]:
- Кваркларнинг олтита " таъми ": юқорига, пастга, ғалати, жозибаси, пастки ва юқори ;
- Олти турдаги лептонлар : электрон, электрон нейтрино, муон, муон нейтрино, тау, тау нейтрино ;
- Ўн икки ўлчовли бозонлар (куч ташувчилар): электромагнетизм фотони, кучсиз кучнинг учта В ва З бозонлари ва кучли кучнинг саккиз глюони ;
- Хиггс бозони .
Буларнинг барчаси бир қанча экспериментлар орқали топилди, энг сўнггиси — топ кварк (1995), тау нейтрино (2000) ва Хиггс бозони (2012).
Стандарт моделнинг турли кенгайтмалари элементар гравитон зарралари ва бошқа кўплаб элементар зарралар мавжудлигини башорат қилади, аммо 2021 йилга қадар уларнинг ҳеч бири ҳалигача топилмаган.
Адронлар
Ҳадрон сўзи юнон тилидан олинган ва 1962 йилда Лев Окун томонидан киритилган. Деярли барча композит зарралар бир-бирига глюонлар билан боғланган бир нечта кваркларни (ва/ёки антикваркларни) ўз ичига олади (позитроний ва муоний каби кваркларсиз бир нечта истиснолардан ташқари). Таркибида бир неча (≤ 5) кварк (шу жумладан антикварклар) бўлганлар адронлар дейилади. Рангни чегаралаш деб номланувчи хусусият туфайли кварклар ҳеч қачон якка ҳолда топилмайди, лекин ҳар доим бир нечта кваркларни ўз ичига олган адронларда пайдо бўлади. Адронлар кварклар сони (шу жумладан антикварклар) бўйича тоқ сонли кваркларни (деярли ҳар доим 3 та) ўз ичига олган барионларга бўлинади, улардан протон ва нейтрон (икки нуклон) энг яхши маълум; ва жуфт сонли кваркларни ўз ичига олган мезонлар (деярли ҳар доим 2, битта кварк ва битта антикварк), улардан пионлар ва каонлар энг яхши маълум.
Протон ва нейтрондан ташқари барча адронлар беқарор ва микросекундларда ёки ундан камроқ вақт ичида бошқа заррачаларга парчаланади. Протон иккита юқорига кварк ва битта пастга кваркдан, нейтрон эса иккита пастга ва битта юқорига кваркдан иборат. Булар одатда атом ядросига бирикади, масалан. гелий-4 ядроси иккита протон ва иккита нейтрондан иборат. Кўпчилик адронлар ядрога ўхшаш композитларга боғланиш учун этарлича узоқ яшамайди; қиладиганлар (протон ва нейтрондан ташқари) экзотик ядроларни ҳосил қилади.
Статистикага кўра
Ҳар қандай субатомик заррачалар, уч ўлчамли фазодаги квант механикаси қонунларига бўйсунадиган ҳар қандай заррачалар каби, бозон (бутун спинли) ёки фермион (тоқ ярим бутун спинли) бўлиши мумкин.
Стандарт моделда барча элементар фермионлар 1/2 спинга эга бўлиб, рангли зарядни ташувчи ва шунинг учун кучли ўзаро таъсирни ҳис қиладиган кваркларга ва лептонларга бўлинади. Элементар бозонлар спини 1 бўлган ўлчовли бозонларни (фотон, В ва З, глюонлар) ўз ичига олади, Хиггс бозони эса спини нолга тенг бўлган ягона элементар заррачадир. Гипотетик гравитон назарий жиҳатдан спин 2 га эга бўлиши керак, аммо стандарт моделнинг бир қисми эмас. Суперсимметрия каби баъзи кенгайтмалар спин 3/2 бўлган қўшимча элементар заррачаларни башорат қилади, аммо 2021 йилга келиб уларнинг ҳеч бири топилмаган. Мураккаб заррачаларнинг спин қонунлари туфайли барионлар (3 кварк) 1/2 ёки 3/2 спинга эга ва шунинг учун фермионлардир; мезонлар (2 кварк) 0 ёки 1 бутун спинга эга ва шунинг учун бозонлардир.
Масса бўйича
Махсус нисбийлик назариясида заррачанинг тинч ҳолатидаги энергияси унинг массаси ёруғлик тезлигининг квадратига тенг, Э = мc2. Яъни, масса энергия билан ифодаланиши мумкин ва аксинча. Агар заррачада дам олиш ҳолатида ётадиган мос ёзувлар доираси бўлса, у мусбат тинч массага эга ва массив деб аталади.
Барча композит зарралар массивдир. Барионлар („оғир“ деган маънони англатади) одатда мезонлардан („оралиқ“ деган маънони англатади) каттароқ массага эга, улар ўз навбатида лептонлардан („энгил“ деган маънони англатади) оғирроқ бўлади, лекин энг оғир лептон (тау зарраси) оғирроқдир. барионларнинг иккита энг энгил таъми (нуклонлар). Электр зарядига эга бўлган ҳар қандай заррача массали эканлиги ҳам аниқ.1950-йилларда дастлаб барионлар, мезонлар ва лептонлар атамалари массага тааллуқли эди; аммо, 1970-йилларда кварк модели қабул қилингандан сўнг, барионлар учта кваркнинг композицияси, мезонлар битта кварк ва битта антикваркнинг композицияси, лептонлар эса элементар бўлиб, ранг заряди бўлмаган элементар фермионлар сифатида аниқланган.
Барча массасиз зарралар (ўзгармас массаси нолга тенг бўлган зарралар) элементардир. Уларга фотон ва глюон кабилар киради, аммо иккинчисини ажратиб бўлмайди.
Чириш орқали
Кўпгина субатомик зарралар барқарор эмас. Барча лептонлар, шунингдек, барионлар кучли ёки кучсиз куч (протондан ташқари) таъсирида парчаланади. Протонларнинг парчаланиши маълум эмас, гарчи уларнинг „ҳақиқатан“ барқарорлиги номаълум, чунки баъзи жуда муҳим Буюк Бирлашган назариялар (ГУТ) буни талаб қилади. м ва т муонлар, шунингдек, уларнинг антизарралари кучсиз куч таъсирида парчаланади. Нейтринолар (ва антинейтринолар) парчаланмайди, аммо нейтрино тебранишлари билан боғлиқ ҳодиса ҳатто вакуумларда ҳам мавжуд деб ҳисобланади. Электрон ва унинг антизарраси, яъни позитрон, электр зарядининг катталиги ≤ э бўлган энгилроқ заррача мавжуд бўлмаса, заряднинг сақланиши туфайли назарий жиҳатдан барқарордир (бу эҳтимолдан йироқ). Унинг заряди ҳали кўрсатилмаган.
Бошқа хусусиятлар
Барча кузатилиши мумкин бўлган субатомик заррачаларнинг электр заряди элементар заряднинг бутун сонига тенг. Стандарт моделнинг кварклари „бутун бўлмаган“ электр зарядларига эга, яъни кўп сонли1⁄3 э, лекин кваркларни (ва бутун сон бўлмаган электр зарядига эга бўлган бошқа комбинацияларни) ранг чегараси туфайли ажратиб бўлмайди. Барионлар, мезонлар ва уларнинг антизарралари учун ташкил этувчи кваркларнинг зарядлари э нинг бутун сонига кўпаяди. Алберт Эйнштейн, Сатендра Натҳ Босе, Луи де Бройл ва бошқа кўплаб олимларнинг ишлари орқали ҳозирги илмий назария барча зарралар ҳам тўлқин табиатига эга эканлигини таъкидлайди. Бу нафақат элементар зарралар, балки атомлар ва ҳатто молекулалар каби бирикма зарралар учун ҳам тасдиқланган. Аслида, релативистик бўлмаган квант механикасининг анъанавий формулаларига кўра, тўлқин-заррача иккилиги барча об’эктларга, ҳатто макроскопик об’эктларга ҳам тегишли; макроскопик об’эктларнинг тўлқинли хусусиятларини уларнинг кичик тўлқин узунликлари туфайли аниқлаб бўлмайди.
Заррачалар орасидаги ўзаро таъсирлар кўп асрлар давомида синчковлик билан текширилган ва бир нечта оддий қонунлар заррачаларнинг тўқнашув ва ўзаро таъсирларда қандай ҳаракат қилишини асослайди. Улардан энг асосийси энергиянинг сақланиш ва импулснинг сақланиш қонунлари бўлиб, улар юлдузлардан то кваркларгача бўлган катталик шкалаларида заррачаларнинг ўзаро таъсирини ҳисоблаш имконини беради[7]. Булар Нютон механикасининг зарурий асослари, дастлаб 1687 йилда нашр этилган Пҳилосопҳиаэ Натуралис Принcипиа Матҳематиcа китобидаги бир қатор баёнотлар ва тенгламалардир.
Атомнинг бўлиниши
Манфий зарядланган электроннинг массаси водород атомининг 1⁄1837 ёки 1836 қисмига тенг. Водород атоми массасининг қолган қисми мусбат зарядланган протондан келади. Элементнинг атом рақами унинг ядросидаги протонлар сонидир. Нейтронлар массаси протонникидан бироз каттароқ бўлган нейтрал зарралардир. Худди шу элементнинг турли изотоплари бир хил миқдордаги протонларни ўз ичига олади, аммо нейтронларнинг сони ҳар хил. Изотопнинг масса сони — нуклонларнинг умумий сони (нейтронлар ва протонлар биргаликда).
Кимё электрон алмашинуви атомларни кристаллар ва молекулалар каби тузилмаларга қандай боғлаши билан боғлиқ. Кимёни тушунишда муҳим деб ҳисобланган субатомик зарралар электрон, протон ва нейтрондир. Ядро физикаси протон ва нейтронларнинг ядроларда қандай жойлашиши билан шуғулланади. Субатомик зарралар, атомлар ва молекулалар, уларнинг тузилиши ва ўзаро таъсирини ўрганиш квант механикасини талаб қилади. Заррачалар сони ва турларини ўзгартирувчи жараёнларни таҳлил қилиш квант майдон назариясини талаб қилади. Ўз-ўзидан субатомик зарраларни ўрганиш заррачалар физикаси деб аталади. Юқори энергия физикаси атамаси „заррачалар физикаси“ нинг деярли синонимидир, чунки зарраларни яратиш юқори энергияни талаб қилади: у фақат космик нурлар натижасида ёки заррача тезлатгичларида содир бўлади. Заррача феноменологияси ушбу тажрибалар натижасида олинган субатомик зарралар ҳақидаги билимларни тизимлаштиради.
Тарих
" Субатомик заррача" атамаси асосан 1960-йилларнинг ретроними яъни фақатгина оша йиллар атамаси бўлиб, кўп сонли барионлар ва мезонларни (улар адронларни ўз ичига олади) ҳозирги ҳақиқатда элементар деб ҳисобланган заррачалардан ажратиш учун ишлатилган. Бундан олдин адронлар одатда „элементар“ деб таснифланган, чунки уларнинг таркиби номаълум эди.
Яна қаранг
Манбалар
- ↑ „Субатомиc партиcлес“. НТД. 2014-йил 16-февралда асл нусхадан архивланган. Қаралди: 2012-йил 5-июн.
- ↑ Болонкин, Алехандер. Универсе, Ҳуман Имморталитй анд Футуре Ҳуман Эвалуатион. Элсевиэр, 2011 — 25-бет. ИСБН 9780124158016.
- ↑ Фритзсч, Ҳаралд. Элементарй Партиcлес. Wорлд Сcиэнтифиc, 2005 — 11–20-бет. ИСБН 978-981-256-141-1.
- ↑ Ҳеисенберг, W. (1927), „Üбер ден ансчауличен Инҳалт дер қуантентҳеоретисчен Кинематик унд Мечаник“, Зеицчрифт фüр Пҳйсик (немисча), 43-жилд, № 3–4, 172–198-бет, Бибcоде:1927ЗПҳй...43..172Ҳ, дои:10.1007/БФ01397280, С2CИД 122763326.
- ↑ Арндт, Маркус; Наирз, Олаф; Вос-Андреаэ, Жулиан; Келлер, Cлаудиа; Ван Дер Зоуw, Гербранд; Зеилингер, Антон (2000). "Wаве-партиcле дуалитй оф C60 молеcулес". Натуре 401 (6754): 680–682. дои:10.1038/44348. ПМИД 18494170.
- ↑ Cоттингҳам, W.Н.. Ан интродуcтион то тҳе стандард модел оф партиcле пҳйсиcс. Cамбридге Университй Пресс, 2007 — 1-бет. ИСБН 978-0-521-85249-4.
- ↑ Исааc Неwтон (1687). Неwтон'с Лаwс оф Мотион (Пҳилосопҳиаэ Натуралис Принcипиа Матҳематиcа)
<реф> таг wитҳ наме "протонДебате" дефинед ин <референcес> ис нот усед ин приор техт.Қўшимча ўқиш
Умумий ўқувчилар
- Фейнман, РП & Wеинберг, С. (1987). Элементар зарралар ва физика қонунлари: 1986 йилги Дирак хотираси маърузалари . Кембриж университети. босинг.
- 978-0-393-05858-1
- Оэртер, Роберт (2006). Деярли ҳамма нарса назарияси: стандарт модел, замонавий физиканинг сўзсиз ғалабаси . Плуме.ИСБН 978-0452287860ИСБН 978-0452287860
- Шумм, Брюс А. (2004). Чуқур нарсалар: зарралар физикасининг ҳайратланарли гўзаллиги . Жонс Хопкинс университети матбуоти.ИСБН 0-8018-7971-ХИСБН 0-8018-7971-Х .
- 978-981-238-149-1
Дарсликлар
- Cоугҳлан, ГД, ЖЕ Додд ва БМ Грипаиос (2006). Заррачалар физикаси ғоялари: Олимлар учун кириш, 3-нашр. Кембриж университети. босинг. Физика бўйича мутахассис бўлмаганлар учун бакалавриат матни.
- 978-0-471-60386-3
- 978-0-201-11749-3