Subatomare partikel

Den aktuelle version af siden er endnu ikke blevet gennemgået af erfarne bidragydere og kan afvige væsentligt fra den version , der blev gennemgået den 11. august 2022; verifikation kræver 1 redigering .

En subatomær partikel  er en partikel meget mindre end et atom [1] . To typer subatomære partikler betragtes: elementarpartikler , som ifølge moderne teorier ikke består af andre partikler; og kompositpartikler [2] . Partikelfysik og kernefysik studerer disse partikler og hvordan de interagerer [3] . Ideen om en partikel gennemgik en større genovervejelse, da eksperimenter viste, at lys kunne opføre sig som en strøm af partikler (kaldet fotoner ) og også udvise egenskaberne af en bølge. Dette førte til begrebet bølge-partikel dualitet , hvilket afspejler, at "partikler" på kvanteskalaen opfører sig som partikler og bølger. Et andet koncept, usikkerhedsprincippet , siger, at nogle af deres egenskaber, såsom deres samtidige position og momentum, taget sammen, ikke kan måles nøjagtigt [4] . Senere blev det vist, at dualiteten af ​​en bølge og en partikel ikke kun gælder for fotoner, men også for mere massive partikler [5] .

Interaktioner af partikler inden for rammerne af kvantefeltteori forstås som skabelse og ødelæggelse af kvanter af de tilsvarende fundamentale interaktioner . Dette kombinerer partikelfysik med feltteori .

Klassifikation

Sammensætning

Subatomære partikler er enten "elementære", dvs. de består ikke af mange andre partikler, eller "sammensatte" og består af mere end én elementær partikel bundet sammen.

Standardmodellens elementarpartikler er [6] :

Alle af dem er blevet opdaget ved eksperimenter, den seneste er den sande kvark (1995), tau neutrinoen (2000) og Higgs bosonen (2012).

Forskellige udvidelser af standardmodellen forudsiger eksistensen af ​​graviton -elementarpartikler og mange andre elementarpartikler, men fra 2019 er de ikke blevet opdaget.

Hadrons

Næsten alle sammensatte partikler indeholder flere kvarker (antikvarker) bundet sammen af ​​gluoner (med sjældne undtagelser såsom positronium og muonium ). Dem, der indeholder få (≤ 5) [anti]kvarker, kaldes hadroner . På grund af en egenskab kendt som farveindeslutning , findes kvarker aldrig individuelt, men findes altid i hadroner, der indeholder flere kvarker. Hadroner deles med antallet af kvarker (inklusive antikvarker) i baryoner indeholdende et ulige antal kvarker (næsten altid 3), hvoraf de mest berømte er protonen og neutronen ; og mesoner , der indeholder et lige antal kvarker (næsten altid 2, en kvark og en antikvark), hvoraf de bedst kendte er pi mesoner og k mesoner .

Med undtagelse af protonen og neutronen er alle andre hadroner ustabile og henfalder til andre partikler på mikrosekunder eller mindre. Protonen består af to op- kvarker og en ned-kvark , mens neutronen består af to ned-kvarker og en op-kvark. De binder normalt sammen til en atomkerne, for eksempel består en helium-4- kerne af to protoner og to neutroner. De fleste hadroner lever ikke længe nok til at danne kernelignende kompositter; dem, der kan (bortset fra protonen og neutronen) danne hyperkerner .

Statistisk

Enhver subatomær partikel, som enhver partikel i tredimensionelt rum, der adlyder kvantemekanikkens love, kan enten være en boson (med heltals spin ) eller en fermion (med ulige halvheltals spin).

I standardmodellen har alle elementære fermioner spin 1/2 og er opdelt i kvarker, som bærer en farveladning og derfor mærker den stærke kraft, og leptoner, som ikke gør. Elementære bosoner inkluderer gauge bosoner (foton, W og Z, gluoner) med spin 1, mens Higgs bosonen er den eneste elementære partikel med nul spin.

Den hypotetiske graviton skulle teoretisk have spin 2, men er ikke en del af standardmodellen. Nogle udvidelser, såsom supersymmetri , forudsiger eksistensen af ​​yderligere spin 3/2 elementarpartikler, men fra 2019 er disse ikke blevet opdaget.

På grund af sammensatte partiklers spin-love har baryoner (3 kvarker) spin 1/2 eller 3/2 og er derfor fermioner; mesoner (2 kvarker) har heltals spin 0 eller 1 og er derfor bosoner.

Massevis

I den specielle relativitetsteori er energien af ​​en partikel i hvile lig med dens masse gange kvadratet af lysets hastighed, E = mc². Det vil sige, at masse kan udtrykkes i form af energi og omvendt. Hvis der er en referenceramme, hvor partiklen er i hvile, så har den en positiv hvilemasse og kaldes massiv .

Alle sammensatte partikler er massive. Baryoner (betyder "tunge") har mere masse end mesoner (betyder "mellemliggende"), som igen er tungere end leptoner (betyder "lette"), men den tungeste lepton (tau-partiklen) er tungere end to af den letteste smag af baryoner (nukleoner). Det er også indlysende, at enhver partikel med en elektrisk ladning er massiv.

Når de oprindeligt blev beskrevet i 1950'erne, refererede udtrykkene baryoner, mesoner og leptoner til masser; efter at kvarkmodellen blev vedtaget i 1970'erne, blev det imidlertid erkendt, at baryoner er sammensætninger af tre kvarker, mesoner er sammensætninger af en kvark og en antikvark, og leptoner er elementære og defineres som elementære fermioner uden farveladning. .

Alle masseløse partikler (partikler hvis invariante masse er lig nul) er elementære. Disse omfatter fotonen og gluonen, selvom sidstnævnte ikke kan isoleres.

Ved brud

De fleste subatomære partikler er ikke stabile. Alle mesoner, såvel som baryoner - undtagen protonen - henfalder under påvirkning af stærke eller svage interaktioner. Nedbrydningen af ​​protonen er ikke blevet registreret, selvom det ikke vides, om den er "virkelig" stabil. De ladede leptoner mu og tau henfalder fra den svage interaktion; det samme for deres antipartikler. Neutrinoer (og antineutrinoer) henfalder ikke, men fænomenet neutrinoscillationer menes at eksistere selv i et vakuum. Elektronen og dens antipartikel, positronen, er teoretisk stabile på grund af bevarelse af ladning , medmindre der er en lettere partikel med en elektrisk ladning ≤e (hvilket er usandsynligt).

Af de subatomære partikler, der ikke bærer en farveladning (og derfor kan isoleres), kan kun fotonen, elektronen, neutrinoen, flere atomkerner (inklusive protonen) og deres antipartikler forblive i samme tilstand på ubestemt tid.

Andre egenskaber

Alle observerbare subatomære partikler har en elektrisk ladning, der er heltal og et multiplum af den elementære ladning . Standard Model kvarker har "ikke-heltals" elektriske ladninger, nemlig multipla af 1 ⁄ 3  e , men kvarker (og andre kombinationer med ikke-heltals elektrisk ladning) kan ikke isoleres på grund af indeslutning . For baryoner, mesoner og deres antipartikler summeres ladningerne af kvarkerne til et heltal af e .

Takket være arbejdet af Albert Einstein , Satyendra Nath Bose , Louis de Broglie og mange andre, hævder moderne videnskabelig teori, at alle partikler også har en bølgenatur [7] . Dette er blevet verificeret ikke kun for elementære partikler, men også for sammensatte partikler såsom atomer og endda molekyler. Faktisk, ifølge traditionelle formuleringer af ikke-relativistisk kvantemekanik , gælder bølge-partikel dualitet for alle objekter, selv makroskopiske; selvom makroskopiske objekters bølgeegenskaber ikke kan detekteres på grund af deres små bølgelængder [8] .

Interaktioner mellem partikler er blevet omhyggeligt undersøgt i mange århundreder, og partiklernes adfærd ved kollisioner og vekselvirkninger er baseret på nogle få simple love. Den mest fundamentale af disse er lovene om bevarelse af energi og bevarelse af momentum , som tillader beregninger af partikelinteraktioner på skalaer, der spænder fra stjerner til kvarker.

Se også

Noter

  1. ↑ Subatomære partikler (downlink) . NTD. Hentet 5. juni 2012. Arkiveret fra originalen 16. februar 2014. 
  2. ↑ Bolonkin, Alexander. Univers , menneskelig udødelighed og fremtidig menneskelig evaluering  . - Elsevier , 2011. - S. 25. - ISBN 9780124158016 .
  3. ↑ Fritzsch, Harold. Elementærpartikler  (neopr.) . - World Scientific , 2005. - S. 11-20. - ISBN 978-981-256-141-1 . Arkiveret 31. oktober 2020 på Wayback Machine
  4. ↑ Heisenberg, W. (1927), Über den anschaulichen Inhalt der quantentheoretischen Kinematik und Mechanik , Zeitschrift für Physik T. 43 (3–4): 172–198 , DOI 10.1007/BF01397280 
  5. ↑ Arndt, Markus; Nairz, Olaf; Vos-Andreae, Julian; Keller, Claudia; Van Der Zouw, Gerbrand; Zeilinger, Anton. Bølge-partikel-dualitet af C60-molekyler  (engelsk)  // Nature . - 2000. - Vol. 401 , nr. 6754 . - S. 680-682 . - doi : 10.1038/44348 . — . — PMID 18494170 .
  6. ↑ Cottingham, WN; Greenwood, D.A. En introduktion til standardmodellen for partikelfysik  . - Cambridge University Press , 2007. - S. 1. - ISBN 978-0-521-85249-4 . Arkiveret 19. august 2020 på Wayback Machine
  7. ↑ Walter Greiner. Kvantemekanik: en introduktion  (neopr.) . - Springer , 2001. - S. 29. - ISBN 978-3-540-67458-0 . Arkiveret 18. august 2020 på Wayback Machine
  8. ↑ Eisberg, R.; Resnick, R. Kvantefysik af atomer, molekyler, faste stoffer, kerner og partikler . — 2. - John Wiley & Sons , 1985. - S. 59-60. — ISBN 978-0-471-87373-0 .  

Links

  Gå til Wikidata-elementet  Ordbøger og encyklopædier