Фундаментальные взаимодействия и элементарные частицы.
В природе существует четыре типа фундаментальных взаимодействий: сильное, слабое, электромагнитное и гравитационное. Притяжение электрона к ядру – пример электромагнитного взаимодействия, взаимное притяжение кварков (частиц, из которых состоят протоны и нейтроны) – пример сильного взаимодействия. Бета-распад – пример слабого взаимодействия. Четвертое фундаментальное взаимодействие - гравитационное, притягивающее все частицы друг к другу. Фундаментальные взаимодействия описываются соответствующими силовыми полями. Возбуждения этих полей представляют собой частицы, которые называют фундаментальными бозонами. Электромагнитному полю отвечает фотон γ, сильному – глюон (или 8 глюонов с учетом цвета), слабому – три промежуточных бозона - W+,W-,Z0, гравитационному – гравитон. Существование всех промежуточных бозонов (кроме гравитона) экспериментально доказано.
Все частицы, которые входят в состав атома или были обнаружены в космических лучах, а также частицы, полученные на ускорителях элементарных частиц, делятся на две группы: адроны и лептоны.
Адроны способны к сильному взаимодействию, лептоны же не участвуют в сильном взаимодействии.
АДРОНЫ И КВАРКИ
Абсолютно все адроны можно построить из кварков. Кварков всего 6 (и 6 антикварков).
Ква́рк — фундаментальная частица http://ru. wikipedia. org/wiki/%D0%A1%D1%82%D0%B0%D0%BD%D0%B4%D0%B0%D1%80%D1%82%D0%BD%D0%B0%D1%8F_%D0%BC%D0%BE%D0%B4%D0%B5%D0%BB%D1%8C, обладающая электрическим
зарядом, кратным e/3, и не наблюдающаяся в свободном состоянии. Кварки являются
точечными частицами вплоть до масштаба примерно 0,5×10−19 м, что примерно в 20 тысяч раз меньше размера протона. Из кварков состоят адроны, в частности, протон и нейтрон. В настоящее время известно 6 разных «сортов» (чаще говорят — «ароматов») кварков, свойства которых даны в таблице. Кроме того, для калибровочного описания сильного взаимодействия постулируется, что кварки обладают и дополнительной внутренней характеристикой, называемой «цвет». Каждому кварку соответствует антикварк с противоположными квантовыми числами.
Гипотеза о том, что адроны построены из специфических субъединиц, была впервые выдвинута М. Гелл-Манном и, независимо от него, Дж. Цвейгом в 1964 году.
Свойства кварков
Символ | Название | Заряд | Масса | |
рус. | англ. | |||
Первое поколение | ||||
d | нижний | down | −1/3 | ~ 5 МэВ/c² |
u | верхний | up | +2/3 | ~ 3 МэВ/c² |
Второе поколение | ||||
s | странный | strange | −1/3 | 95 ± 25 МэВ/c² |
c | очарованный | charm (charmed) | +2/3 | 1,8 ГэВ/c² |
Третье поколение | ||||
b | прелестный | beauty (bottom) | −1/3 | 4,5 ГэВ/c² |
t | истинный | truth (top) | +2/3 | 171 ГэВ/c² |
Кварки естественным образом группируются в три так называемые поколения (они так и представлены в таблице). В каждом поколении один кварк обладает зарядом +2/3, а другой — −1/3.
Кроме 6 кварков, имеется еще 6 антикварков т. е. всего 12 строительных кирпичиков для построения адронов.
Кварки участвуют в сильных, слабых и электромагнитных взаимодействиях. Сильные взаимодействия (обмен глюоном) могут изменять цвет кварка, но не меняют его аромат. Слабые взаимодействия, наоборот, не меняют цвет, но могут менять аромат. Необычные свойства сильного взаимодействия приводят к тому, что одиночный кварк не может удалиться на какое-либо заметное расстояние от других кварков, а значит, кварки не могут наблюдаться в свободном виде (явление, получившее название конфайнмент). Разлететься могут лишь «бесцветные» комбинации кварков — адроны.
ЛЕПТОНЫ.
Поколения лептонов
Существует три поколения лептонов:
- первое поколение: электрон, электронное нейтрино второе поколение: мюон, мюонное нейтрино третье поколение: тау-лептон, тау-нейтрино
(плюс соответствующие античастицы. Их тоже 6).
Следовательно, лептонов всего 12, как и кварков.
Таким образом, в каждое поколение входит отрицательно заряженный (с зарядом −1e) лептон, положительно заряженный (с зарядом +1e) антилептон и нейтральные нейтрино и антинейтрино. Все они обладают ненулевой массой, хотя масса нейтрино весьма мала по сравнению с массами других элементарных частиц (менее 1 электронвольта для электронного нейтрино).
Название | Заряд | Масса | |
Первое поколение | |||
e− | Электрон | −1 | 0,510998910(13) МэВ/c² |
νe | Электронное нейтрино | 0 | < 2 эВ/c² |
Второе поколение | |||
μ− | Мюон | −1 | 105,6583668(38) МэВ/c² |
νμ | Мюонное нейтрино | 0 | < 0,19 МэВ/c² |
Третье поколение | |||
τ− | Тау-лептон | −1 | 1776,84(17) МэВ/c² |
ντ | Тау-нейтрино | 0 | < 18,2 МэВ/c² |
