Любые студенческие работы - ДОРОГО!

100 р бонус за первый заказ

Частицы, входящие в состав прежде «неделимого» атома, называют элементарными. К ним относят и те частицы, которые получают в условиях эксперимента на мощных ускорителях. Термин «элементарная частица» первоначально означал простейшие, далее ни на что не разложимые частицы, лежащие в основе любых материальных образований. Позднее физики осознали всю условность термина «элементарный» применительно к микрообъектам. Сейчас уже не подлежит сомнению, что частицы имеют ту или иную структуру, но тем не менее исторически сложившееся название продолжает существовать. Элементарными частицами называют частицы, внутренняя структура которых неизвестна на сегодняшний день, а размеры не превышают величины  10-15 (10-16) см. В настоящее время открыто более 350 микрочастиц. Основными характеристиками элементарных частиц являются масса, заряд, среднее время жизни, спин и квантовые числа. Основные характеристики элементарных частиц: 1) масса: массу покоя элементарных частиц определяют по отношению к массе покоя электрона. Существуют элементарные частицы, не имеющие массы покоя – фотоны. Остальные частицы по этому признаку делятся на лептоны – легкие частицы (электрон и нейтрино); мезоны – средние частицы с массой в пределах от одной до тысячи масс электрона; барионы – тяжелые частицы, чья масса превышает тысячу масс электрона и в состав которых входят протоны, нейтроны, гипероны и многие резонансы – эл.ч. со средней продолжительностью жизни 10-22 (10-24) сек., 2) электрический заряд: все известные частицы обладают положительным, отрицательным либо нулевым зарядом. Каждой частице, кроме фотона и двух мезонов, соответствуют античастицы с противоположным зарядом. В 1967 американский физик М. Телл-Манн высказал гипотезу о существовании кварков – частиц с дробным электрическим зарядом. 3) среднее время жизни: делятся на стабильные и нестабильные. Стабильных частиц 5: фотон, две разновидности нейтрино (электронное и мионное), электрон и протон. Именно стабильные частицы играют важную роль в структуре макротел. Все остальные частицы нестабильны, они существуют около 10-10 – 10-24 сек, после чего распадаются; 4) спин (дополнительная степень частицы, которая обеспечивает еще одно состояние). Согласно современным представлениям, все элементарные частицы делятся на два класса – фермионы (названные в честь Э.Ферми) и бозоны (названные в честь Ш.Бозе). У  фермионов спин полуцелочисленный, а у бозонов спин целочисленный. «Частицы с полуцелочисленным спином не могут находиться вместе, если их физ. состояния неодинаковы». Частицы фермионы образуют вещество, а частицы бозоны образуют полевые структуры (переносят взаимодействия), 5) квантовые числа: выражают состояние элементарных частиц. Все элементарные частицы делятся на два класса – фермионы (кварки и лептона) и бозоны – кванты полей (фотоны, векторные бозоны, глюоны, гравитино и гравитоны). Эти частицы считаются истинно элементарными, т.е. далее неразложимыми. Существует 6 лептонов: электрон, мюон, таулептон, нейтрино (нейтрино электронное, нейтрино меонное, нейтрино таулептонное). Существует 6 анти лептонов: позитрон (противоположность электрона, только с положительным зарядом е+). Особенности кварков: 1) частицы заряженные, но заряд их дробный (1/3+- или 2/3+-), 2) в известной нам вселенной кварки не встречаются в свободном состоянии. Они существуют либо парами, либо тройками, так, чтобы их суммарный заряд был целочисленный (0+- или 1+-), 3) существует 6 ароматов кварков. Адроны – это частицы составленные из кварков. Барионы – адроны, составленные из 3 кварков. Мезоны – частицы составленные из пар кварк-антикварк. Антибарионы – из 3 кварков. Все элементарные частицы делятся на три поколения: 1) электрон, два первых кварка, электронное нейтрино; 2) мион, мионное нейтрино, два вредних кварка, 3) таулептон, таулептонное нейтрино, два последних кварка. Все известное в нашей вселенной состоит из первого поколения. Атом – мельчайшая частица химического элемента сохраняющая его основные свойства. Существует 118 атомов. Устройство атома (10-6 – 10-8): в центре ядро (10-13см), состоящее из нуклонов (протонов и нейтронов). Колличество протонов определяется зарядом атома (порядковым номером). Изотопы – атомы одного и того же элемента, отличающиеся друг от друга кол-вом нейтронов. Электронов в атоме может быть столько же сколько и протонов (порядка 118). Кварки в атоме находятся в протонах и нейтронах, а они находятся в ядре. Ядро окружают облака с электронами. Всем элементарным частицам присущ корпускулярно-волновой дуализм: с одной стороны, частицы представляют собой единые, неделимые объекты, с другой стороны, они в определённом смысле «размазаны» в пространстве. При определённых условиях такая «размазанность» может принимать даже макроскопические размеры. Квантовая механика описывает частицу используя так называемую волновую функцию, которая определяет не где точно находится частица, а где бы она могла находиться и с какой вероятностью.

Элементарные частицы участвуют во всех видах известных взаимодействий. Различают 4 фундаментальных взаимодействий в природе: 1) Сильное взаимодействие происходит на уровне атомных ядер и представляет собой взаимное притяжение и отталкивание их составных частей (расстояние 10-13см.). При определенных условиях сильное взаимодействие прочно связывает частицы, результат – атомные ядра. Именно по этой причине ядра атомов являются устойчивыми, их трудно разрушить (атомные ядра; звезды, Солнце не могли бы генерировать свет и тепло). 2) Электромагнитное взаимодействие ≈ в тысячу раз слабее сильного, но более дальнодействующее. Взаимодействие такого рода свойственно электрически заряженным частицам. Носителем этого взаимодействия является не имеющий заряда фотон – квант электромагнитного поля. В процессе электромагнитного взаимодействия электроны и атомные ядра соединяются в атомы, атомы – в молекулы. Это взаимодействие – основное в химии и биологии (без него не было бы атомов, молекул, микроскопических объектов, а также тепла и света). 3) Слабое взаимодействие. Оно простирается на расстояние 10-15 – 10-22см. и связано с распадом частиц, напр. с происходящими  в атомном ядре превращениями нейтрона в протон, электрон и антинейтрино. Большинство частиц нестабильны именно благодаря этому взаимодействию (не были бы возможны ядерные реакции в недрах Солнца и звезд). 4) Гравитационное взаимодействие – самое слабое, расстояние 10-13см.  Однако на ультромалых расстояниях (10-33см) и при ультрабольших энергиях гравитация вновь приобретает существенное значение. Здесь начинают проявляться необычные свойства физического вакуума  (не было бы галактик, звезд, планет, Вселенная не могла эволюционировать, т.к. гравитация является объединяющим фактором).

Физический вакуум. Это то, где ничего не работает, всё нулевое. Пока не возбуждено – нет физических действий. Вакуум даёт элементарные частицы. Вакуум не является абсолютной пустотой. В соответствии с квантовой теорией поля в вакууме непрерывно рождаются и умирают виртуальные частицы, которые при определённых условиях могут превращаться в реальные. Например, в ряде физических опытов из вакуума рождаются пары частица-античастица (с превращением энергии в массу). Согласно некоторым теориям, вакуум может находиться в разных состояниях с разными уровнями энергии. Современная наука пока не даёт удовлетворительного описания структуры и свойств вакуума. Считается, что в вакууме, в любой точке пространства существуют «нерожденные» частицы и поля абсолютно всех возможных видов. Но их энергия недостаточно велика, чтобы они могли появиться в виде реальных частиц. Наличие бесконечного множества подобных скрытых частиц получило название нулевых колебаний вакуума. В частности, в вакууме во всех направлениях движутся фотоны всех возможных энергий и частот. Но так как эти частицы летят во всех направлениях, то их потоки взаимно уравновешивают друг друга, и мы ничего не ощущаем. В тех случаях, когда однородность потока скрытых частиц нарушается, то  их движется больше, чем в  противоположном направлении, нулевые колебания в вакууме начинают себя проявлять

Материалы по теме: