Физика до недавнего времени изучала материю в двух ее проявлениях — веществе и поле. Частицы вещества и кванты полей подчиняются разным квантовым статистикам и ведут себя различным образом. Частицы вещества являются фермионами. Все фермионы имеют полуцелое значение квантовой характеристики элементарной частицы называемой спином.
Все кванты полей являются бозонами — частицами с целочисленным значением спина. Системы тождественных бозе-частиц подчиняются статистике Бозе — Эйнштейна. Бозе - и ферми-частицы рассматриваются как частицы, имеющие различную природу.
В свою очередь частицы вещества делятся на две группы: кварки и лептоны. Кварки и лептоны входят в состав других физических объектов и считаются «бесструктурными». Кварки — это частицы, которые, кроме электрического заряда, обладают цветным зарядом. Наличие у кварков цветного заряда обуславливает способность их к сильным взаимодействиям. Лептоны — бесцветны и не участвуют в сильных взаимодействиях.
Предполагается существование шести видов (ароматов) кварков и шести лептонов. Кварки никогда не встречаются в свободном состоянии, они находятся заключенные внутри других частиц, например, внутри протонов или нейтронов. Кварк может существовать лишь в качестве элемента целого.
Квантом гравитационного поля является гравитон. Однако гравитон пока не установлен экспериментально, равно как и не построена по сей день теория квантовой гравитации. Квантом электромагнитного поля является фотон. Масса покоя фотона равна 0. Фотон не несет на себе электрического заряда. Это обеспечивает линейный характер электромагнитных взаимодействий и большой радиус их действия. Квантами слабого взаимодействия являются три бозона — W+, W‾, Z°- бозоны. Верхние индексы указывают знак электрического заряда этих квантов. Кванты слабого взаимодействия имеют значительную массу, что приводит к тому, что слабое взаимодействие проявляется на очень коротких расстояниях. Квантами сильного взаимодействия являются восемь глюонов. Массы покоя глюонов равны нулю. Однако глюоны обладают цветным зарядом, благодаря чему они способны к взаимодействию друг с другом, что приводит к трудностям описания сильного взаимодействия математически ввиду его нелинейности. Сильное взаимодействие, осуществляемое посредством обмена глюонами между кварками, приводит к изменению цветов кварков. Так что в ядре постоянно происходят превращения протонов в нейтроны и наоборот за счет обмена квантами слабого взаимодействия между кварками. Кроме этого, внутри протонов и нейтронов кварки постоянно меняют свои цвета, испуская и поглощая глюоны. При этом протоны и нейтроны остаются бесцветными.
Третьим качественно отличным от вышеназванных двух форм материи является физический вакуум. Все кванты полей, являются векторными калибровочными бозонами. Калибровочными их называют потому, что они являются квантами калибровочных полей. Векторными их называют потому, что все они имеют целочисленное значение спина, равного 1, за исключением гравитона, спин которого предполагается равным 2. Физический вакуум нашей Вселенной рассматривается как коллективные возбуждения хиггсовых скалярных бозонов, спин которых равен 0.
Поможем написать любую работу на аналогичную тему