Elementær partikel

• Leptoner  er fermioner, der har form af punktpartikler (det vil sige, de består ikke af noget) op til skalaer i størrelsesordenen 10 −18 m. De deltager ikke i stærke vekselvirkninger. Deltagelse i elektromagnetiske interaktioner er kun eksperimentelt blevet observeret for ladede leptoner ( elektroner , myoner , tauleptoner ) og er ikke blevet observeret for neutrinoer . Der kendes 6 typer leptoner.
• Kvarker  er fraktioneret ladede partikler, der udgør hadroner. De er ikke blevet observeret i den frie stat (mekanismen for indeslutning er blevet foreslået for at forklare fraværet af sådanne observationer ). Ligesom leptoner er de opdelt i 6 typer og betragtes som strukturløse, dog deltager de i modsætning til leptoner i stærk interaktion.
• Gauge-bosoner  er partikler gennem udvekslingen af ​​hvilke interaktioner udføres:
  • foton  - en partikel, der bærer elektromagnetisk interaktion ;
  • otte gluon  -partikler, der bærer den stærke kraft ;
  • tre mellemvektorbosoner W + , W− og Z 0 , der bærer den svage interaktion ;
  • graviton  er en hypotetisk partikel, der bærer gravitationsinteraktion . Eksistensen af ​​gravitoner, skønt det endnu ikke er eksperimentelt bevist på grund af svagheden i gravitationsinteraktionen, anses for ret sandsynligt; graviton er dog ikke inkluderet i standardmodellen for elementarpartikler .

Hadroner og leptoner danner stof . Gauge-bosoner er kvanta af forskellige typer interaktioner.

Derudover indeholder standardmodellen nødvendigvis Higgs-bosonen , forudsagt i 1964 og opdaget i 2012 ved Large Hadron Collider .

Størrelser af elementære partikler

På trods af den store variation af elementarpartikler passer deres størrelser ind i to grupper. Dimensionerne af hadroner (både baryoner og mesoner) er omkring 10 −15 m , hvilket er tæt på den gennemsnitlige afstand mellem deres kvarker. Størrelsen af ​​fundamentale, strukturløse partikler - gauge bosoner, kvarker og leptoner - inden for den eksperimentelle fejl stemmer overens med deres punktkarakter (den øvre grænse for diameteren er ca. 10 -18 m ) ( se forklaring ). Hvis de endelige størrelser af disse partikler ikke findes i yderligere eksperimenter, så kan dette tyde på, at størrelserne af gauge bosoner, kvarker og leptoner er tæt på den fundamentale længde (hvilket meget sandsynligt [4] kan vise sig at være Planck længden lig med 1,6 10 − 35 m).

Det skal dog bemærkes, at størrelsen af ​​en elementær partikel er et ret komplekst begreb, der ikke altid er i overensstemmelse med klassiske begreber. For det første tillader usikkerhedsprincippet ikke en streng lokalisering af en fysisk partikel. En bølgepakke , der repræsenterer en partikel som en superposition af præcist lokaliserede kvantetilstande, har altid endelige dimensioner og en vis rumlig struktur, og pakkestørrelserne kan være ret makroskopiske - for eksempel føles en elektron i et eksperiment med interferens på to spalter . ” begge interferometerspalter adskilt af en makroskopisk afstand. For det andet ændrer en fysisk partikel strukturen af ​​vakuumet omkring sig selv og skaber et "lag" af kortsigtede virtuelle partikler  - fermion-antifermion-par (se Vakuumpolarisering ) og interaktionsbærerbosoner. De rumlige dimensioner af denne region afhænger af de gauge ladninger , som partiklen besidder, og af masserne af de mellemliggende bosoner (radius af skallen af ​​massive virtuelle bosoner er tæt på deres Compton-bølgelængde , som igen er omvendt proportional med deres masse). Så radius af en elektron fra neutrinoers synspunkt (kun svag interaktion mellem dem er mulig) er omtrent lig med Compton-bølgelængden af ​​W-bosoner , ~3 × 10 −18 m , og dimensionerne af regionen af stærk interaktion af en hadron bestemmes af Compton-bølgelængden af ​​den letteste af hadroner, pi-mesonen ( ~10 −15 m ), der her fungerer som en interaktionsbærer.

Historie

Oprindeligt betød udtrykket "elementarpartikel" noget helt elementært, den første mursten af ​​stof . Men da hundredvis af hadroner med lignende egenskaber blev opdaget i 1950'erne og 1960'erne , blev det klart, at i det mindste hadroner har indre frihedsgrader, det vil sige, at de ikke i ordets strenge forstand er elementære. Denne mistanke blev senere bekræftet, da det viste sig, at hadroner bestod af kvarker .

Således har fysikere bevæget sig lidt dybere ind i stoffets struktur: De mest elementære punktdele af stoffet betragtes nu som leptoner og kvarker. For disse (sammen med gauge bosoner) anvendes udtrykket fundamentale partikler .

I strengteorien , som har været aktivt udviklet siden midten af ​​1980'erne, antages det, at elementarpartikler og deres vekselvirkninger er konsekvenser af forskellige typer vibrationer af især små "strenge".

Standardmodel

Standardmodellen af ​​elementarpartikler inkluderer 12 smagsstoffer af fermioner, deres tilsvarende antipartikler, såvel som gauge bosoner ( foton , gluoner , W- og Z -bosoner ), som bærer interaktioner mellem partikler og Higgs bosonen opdaget i 2012 , ansvarlig for tilstedeværelsen af ​​en inert partikelmasse. Standardmodellen betragtes dog i vid udstrækning som en midlertidig teori snarere end en virkelig fundamental teori, da den ikke inkluderer tyngdekraften og indeholder flere dusin frie parametre (partikelmasser osv.), hvis værdier ikke følger direkte af teorien. Måske er der elementarpartikler, som ikke er beskrevet af Standardmodellen - for eksempel graviton (en partikel, der hypotetisk bærer gravitationskræfter) eller supersymmetriske partnere til almindelige partikler. I alt beskriver modellen 61 partikler [5] .

Fermioner

De 12 smagsvarianter af fermioner er opdelt i 3 familier ( generationer ) på hver 4 partikler. Seks af dem er kvarker . De andre seks er leptoner , hvoraf tre er neutrinoer , og de resterende tre bærer en negativ enhedsladning: elektronen , muonen og tauleptonen .

Første generation	Anden generation	tredje generation
Elektron : e _	Myon : μ -	Tau lepton : τ −
Elektronenutrino : ν e	Muon neutrino : ν μ	Tau neutrino :
u-kvark ("top"): u	c-kvark ("charmerede"): c	t-kvark ("sand"): t
d-quark ("bunden"): d	s-kvark ("mærkeligt"): s	b-kvark ("smuk"): b

Antipartikler

Der er også 12 fermioniske antipartikler svarende til de ovennævnte 12 partikler.

antipartikler

Første generation	Anden generation	tredje generation
positron : e +	Positiv myon: μ +	Positiv tau lepton: τ +
Elektronisk antineutrino:	Muon antineutrino:	Tau antineutrino:
u -antikvark:	c -antikvark:	t -antikvark:
d -antikvark:	s -antikvark:	b - antikvark:

Quarks

Kvarker og antikvarker er aldrig blevet fundet i en fri tilstand - det skyldes fænomenet indespærring . Baseret på symmetrien mellem leptoner og kvarker, manifesteret i den elektromagnetiske interaktion , fremsættes hypoteser om, at disse partikler består af mere fundamentale partikler - præoner .

Ukendte partikler

Ifølge de fleste fysikere er der hidtil ukendte typer af partikler, der udgør mørkt stof [6]

Se også

• Liste over partikler
• fundamental partikel
• Grundlæggende interaktioner
• Højenergifysik
• Elementarpartiklers fysik
• Fysik ud over standardmodellen
• Strengteori

Noter

1. ↑

   Hvad betyder "elementær partikel"? Forfatteren mangler at svare på dette spørgsmål; udtrykket "elementær partikel" refererer snarere til niveauet af vores viden.

   Fermi E. Forelæsninger om atomfysik // M: IL, 1952. - S. 9.
2. ↑

   Generelt kan man sige, at vi på hvert trin i videnskabens udvikling kalder elementarpartikler for de strukturer, som vi ikke kender, og som vi betragter som punktpartikler.

   Fermi E. Forelæsninger om atomfysik // M: IL, 1952. - S. 9.
3. ↑ 1 2 Fundamentale partikler og interaktioner
4. ↑ A. M. Prokhorov. Physical Encyclopedia , artikel "Fundamental length" ( elektronisk version ).
5. ↑ Half of a magnet // Popular Mechanics No. 2, 2015 ( Arkiv )
6. ↑ Krauss, 2018 , s. 386.

Litteratur

• Lawrence Krauss. Hvorfor eksisterer vi. Den største historie nogensinde fortalt = Krauss. Den største historie, der nogensinde er fortalt - indtil videre: Hvorfor er vi her?. - M . : Alpina Non-fiction, 2018. - ISBN 978-5-91671-948-2 .
• Chefredaktør A. M. Prokhorov . Fysisk encyklopædi . — M .: Sovjetisk Encyklopædi .

Links

• Kronik over opdagelser inden for kerne- og partikelfysik , udarbejdet af personalet på Det Fysiske Fakultet ved Moskva State University opkaldt efter M.V. Lomonosov
• Fysik af elementære partikler på Scientific.ru
• Den komplette tabel over elementære partikler , udarbejdet af Particle Data Group  (eng.)
• Fysik af elementære partikler - i verden, på INP, i afdelingen for FEC
•  Navne: Poesi af elementarpartikler

Ordbøger og encyklopædier	Stor russer jorden rundt

Partikler i fysik
fundamentale partikler	Fermioner Quarks u d s c b t Leptoner e- _ e + μ −  • μ + τ −  • τ + Neutrino ν e  • ν e ν μ  • ν μ ν τ  • ν τ Bosoner Målestok γ g W ±  •Z 0 Skalar Higgs boson
Sammensatte partikler	hadroner Baryoner ( Hyperoner ) Nukleoner s s n n Δ Λ Σ Ξ Ω Pentaquarks Mesons ( Quarkonia ) π η • η′ s ω φ J/ψ ϒ θ K B D T Tetraquarks Forbindelser af fundamentale og (eller) sammensatte partikler Almindelig Atomkerner deuteron Triton Helion α atomer ioner Kationer anioner molekyler Usædvanlig I hypernucleus fysik : Λ -hypernuclei Hyperhydrogen Hypertriton Σ -hypernuclei Eksotiske atomer : Mesoatomer Muonic Muonisk hydrogen Hadronic pæon Kaonic Antiproton Σ -hyperonisk Lepton atomer positronium Muonium Dimuonium protonium Pæon mesommolekyle Dipositronium
Liste over partikler Liste over baryoner Liste over mesoner standard model