อนุภาคมูลฐาน อนุภาคมูลฐาน อนุภาคมูลฐาน 5 ตัวอักษร ปริศนาอักษรไขว้

ตั้งแต่ดัชนี ฉัน เค ลในสูตรโครงสร้างค่าจะวิ่งผ่าน 1, 2, 3, 4 ซึ่งเป็นจำนวนมีซอน มิกด้วยการหมุนที่กำหนดควรเท่ากับ 16 สำหรับแบริออน บิกเคิลจำนวนสถานะที่เป็นไปได้สูงสุดสำหรับการหมุนที่กำหนด (64) จะไม่เกิดขึ้น เนื่องจากโดยอาศัยหลักการของ Pauli สำหรับการหมุนทั้งหมดที่กำหนด อนุญาตให้มีเพียงสถานะสามควาร์กเท่านั้นที่มีความสมมาตรที่กำหนดไว้อย่างดีโดยคำนึงถึงการเรียงสับเปลี่ยนของ ดัชนีฉัน เค 1,กล่าวคือ: สมมาตรเต็มที่สำหรับการหมุน 3/2 และสมมาตรแบบผสมสำหรับการหมุน 1/2 สภาพนี้คือ ล = 0 เลือก 20 สถานะแบริออนสำหรับการหมุน 3/2 และ 20 สำหรับการหมุน 1/2

การตรวจสอบโดยละเอียดยิ่งขึ้นแสดงให้เห็นว่าค่าขององค์ประกอบควาร์กและคุณสมบัติสมมาตรของระบบควาร์กทำให้สามารถระบุจำนวนควอนตัมพื้นฐานทั้งหมดของแฮดรอนได้ ( เจ, พี, บี, คิว, ฉัน, วาย, ช), ไม่รวมมวล การกำหนดมวลต้องอาศัยความรู้เกี่ยวกับพลวัตของอันตรกิริยาของควาร์กและมวลของควาร์ก ซึ่งยังไม่มีให้ใช้งาน

ถ่ายทอดข้อมูลเฉพาะของแฮดรอนที่มีมวลน้อยที่สุดและหมุนตามค่าที่กำหนดได้อย่างถูกต้อง ยและ ชแบบจำลองควาร์กยังอธิบายฮาดรอนจำนวนมากโดยรวมและความเด่นของการสั่นพ้องในหมู่พวกมันได้อย่างเป็นธรรมชาติ ฮาดรอนจำนวนมากเป็นภาพสะท้อนของโครงสร้างที่ซับซ้อนและความเป็นไปได้ของการมีอยู่ของระบบควาร์กที่ตื่นเต้นต่างๆ เป็นไปได้ว่าจำนวนรัฐที่น่าตื่นเต้นนั้นไม่จำกัด สถานะของระบบควาร์กที่ตื่นเต้นทั้งหมดนั้นไม่เสถียรในส่วนที่เกี่ยวกับการเปลี่ยนแปลงที่รวดเร็วเนื่องจากมีปฏิสัมพันธ์ที่รุนแรงในสถานะที่ซ่อนอยู่ พวกมันสร้างเสียงสะท้อนจำนวนมาก เสียงสะท้อนเพียงเล็กน้อยยังประกอบด้วยระบบควาร์กที่มีทิศทางการหมุนแบบขนาน (ยกเว้น W -) การกำหนดค่าควาร์กที่มีการวางแนวการหมุนแบบตรงกันข้ามซึ่งเกี่ยวข้องกับพื้นฐาน ทำให้เกิดฮาดรอนกึ่งเสถียรและโปรตอนเสถียร

การกระตุ้นของระบบควาร์กเกิดขึ้นทั้งจากการเปลี่ยนแปลงในการเคลื่อนที่แบบหมุนของควาร์ก (การกระตุ้นในวงโคจร) และเนื่องจากการเปลี่ยนแปลงในอวกาศ ตำแหน่ง (การกระตุ้นด้วยรัศมี) ในกรณีแรก การเพิ่มขึ้นของมวลของระบบจะมาพร้อมกับการเปลี่ยนแปลงในการหมุนทั้งหมด เจและความเท่าเทียมกัน รในกรณีที่สอง การเพิ่มขึ้นของมวลเกิดขึ้นโดยไม่มีการเปลี่ยนแปลง เจพี.ตัวอย่างเช่น มีซอนด้วย เจพี= 2 + คือการกระตุ้นวงโคจรครั้งแรก ( ล = 1) มีซอนด้วย เจพี = 1 - . ความสอดคล้องของ 2 + มีซอนและ 1 - มีซอนของโครงสร้างควาร์กที่เหมือนกันนั้นเห็นได้ชัดเจนในตัวอย่างของอนุภาคหลายคู่:

มีซอน r" และ y" เป็นตัวอย่างของการกระตุ้นในแนวรัศมีของ r- และ y-มีซอน ตามลำดับ (ดู

การกระตุ้นวงโคจรและแนวรัศมีจะสร้างลำดับของการสั่นพ้องที่สอดคล้องกับโครงสร้างควาร์กเริ่มต้นเดียวกัน การขาดข้อมูลที่เชื่อถือได้เกี่ยวกับปฏิกิริยาของควาร์กยังไม่อนุญาตให้เราคำนวณเชิงปริมาณของสเปกตรัมการกระตุ้นและสรุปผลใด ๆ เกี่ยวกับจำนวนสถานะที่น่าตื่นเต้นดังกล่าวที่เป็นไปได้ เมื่อสร้างแบบจำลองควาร์ก ควาร์กถือเป็นองค์ประกอบโครงสร้างสมมุติที่เปิดขึ้น เพิ่มความเป็นไปได้ในการอธิบายฮาดรอนที่สะดวกมาก ต่อจากนั้น จึงมีการทดลองที่ทำให้เราสามารถพูดถึงควาร์กว่าเป็นการก่อตัวของวัสดุจริงภายในฮาดรอน การทดลองแรกคือการทดลองเกี่ยวกับการกระเจิงของอิเล็กตรอนโดยนิวคลีออนในมุมที่กว้างมาก การทดลองเหล่านี้ (พ.ศ. 2511) ชวนให้นึกถึงการทดลองดั้งเดิมของรัทเทอร์ฟอร์ดเกี่ยวกับการกระเจิงของอนุภาคแอลฟาบนอะตอม เผยให้เห็นการมีอยู่ของการก่อตัวของจุดประจุภายในนิวคลีออน การเปรียบเทียบข้อมูลจากการทดลองเหล่านี้กับข้อมูลที่คล้ายกันเกี่ยวกับการกระเจิงของนิวตริโนบนนิวคลีออน (พ.ศ. 2516-2518) ทำให้สามารถสรุปเกี่ยวกับค่ากำลังสองเฉลี่ยของประจุไฟฟ้าของการก่อตัวของจุดเหล่านี้ได้ ผลลัพธ์ที่ได้ใกล้เคียงกับค่า 1 / 2 อย่างน่าประหลาดใจ [(2 / 3 จ) 2 +(1 / 3 จ) 2 ]. การศึกษากระบวนการผลิตฮาดรอนในระหว่างการทำลายล้างอิเล็กตรอนและโพซิตรอน ซึ่งควรจะผ่านลำดับของกระบวนการ: ® ฮาดรอน บ่งชี้ถึงการมีอยู่ของฮาดรอนสองกลุ่มที่มีความเกี่ยวข้องทางพันธุกรรมกับควาร์กแต่ละตัวที่เกิดขึ้น และทำให้มันเกิดขึ้น สามารถกำหนดการหมุนของควาร์กได้ มันออกมาเท่ากับ 1/2. จำนวนฮาดรอนทั้งหมดที่เกิดในกระบวนการนี้ยังบ่งชี้ด้วยว่าควาร์กสามสายพันธุ์ปรากฏในสถานะขั้นกลาง กล่าวคือ ควาร์กมีสามสี

ดังนั้นจำนวนควอนตัมของควาร์กซึ่งนำมาใช้บนพื้นฐานของการพิจารณาทางทฤษฎีจึงได้รับการยืนยันในการทดลองจำนวนหนึ่ง ควาร์กกำลังค่อยๆ ได้รับสถานะของอนุภาคอิเล็กตรอนใหม่ หากการวิจัยเพิ่มเติมยืนยันข้อสรุปนี้ ควาร์กก็เป็นคู่แข่งที่สำคัญสำหรับบทบาทของอนุภาคอิเล็กตรอนที่แท้จริงสำหรับสสารฮาโดรนิก ความยาวสูงสุด ~ 10 -15 ซมควาร์กทำหน้าที่เป็นจุดก่อตัวที่ไม่มีโครงสร้าง ควาร์กประเภทที่รู้จักมีจำนวนน้อย แน่นอนว่าในอนาคตอาจมีการเปลี่ยนแปลง: ไม่มีใครรับประกันได้ว่าที่พลังงานสูงกว่า ฮาดรอนที่มีเลขควอนตัมใหม่ เนื่องจากการมีอยู่ของควาร์กประเภทใหม่ จะไม่ถูกค้นพบ การตรวจจับ ย-mesons ยืนยันมุมมองนี้ แต่มีความเป็นไปได้ค่อนข้างมากที่การเพิ่มจำนวนของควาร์กจะมีเพียงเล็กน้อย โดยหลักการทั่วไปกำหนดขีดจำกัดของจำนวนควาร์กทั้งหมด แม้ว่าจะยังไม่ทราบขีดจำกัดเหล่านี้ก็ตาม ความไม่มีโครงสร้างของควาร์กอาจสะท้อนถึงระดับความสำเร็จของการวิจัยเกี่ยวกับการก่อตัวของวัสดุเหล่านี้เท่านั้น อย่างไรก็ตาม คุณลักษณะเฉพาะหลายประการของควาร์กให้เหตุผลบางประการในการสันนิษฐานว่าควาร์กเป็นอนุภาคที่ต่อสายโซ่ของส่วนประกอบโครงสร้างของสสาร

ควาร์กแตกต่างจากอนุภาคอิเล็กตรอนอื่นๆ ทั้งหมดตรงที่พวกมันยังไม่ถูกตรวจพบในสถานะอิสระ แม้ว่าจะมีหลักฐานว่าพวกมันดำรงอยู่ในสถานะที่ถูกผูกไว้ก็ตาม สาเหตุหนึ่งที่ทำให้ควาร์กไม่สังเกตอาจเป็นเพราะมีมวลขนาดใหญ่มาก ซึ่งขัดขวางการผลิตควาร์กด้วยพลังงานของเครื่องเร่งปฏิกิริยาสมัยใหม่ อย่างไรก็ตาม เป็นไปได้ว่าโดยพื้นฐานแล้วควาร์กไม่สามารถอยู่ในสถานะอิสระได้ เนื่องจากลักษณะเฉพาะของการปฏิสัมพันธ์ของพวกมัน มีข้อโต้แย้งทางทฤษฎีและเชิงทดลองที่สนับสนุนความจริงที่ว่าแรงที่กระทำระหว่างควาร์กไม่ได้ลดลงตามระยะทาง ซึ่งหมายความว่าจำเป็นต้องใช้พลังงานเพิ่มมากขึ้นอย่างไม่สิ้นสุดเพื่อแยกควาร์กออกจากกัน ไม่เช่นนั้น การเกิดขึ้นของควาร์กในสถานะอิสระนั้นเป็นไปไม่ได้ การไม่สามารถแยกควาร์กในสถานะอิสระได้ทำให้พวกเขากลายเป็นหน่วยโครงสร้างของสสารชนิดใหม่ที่สมบูรณ์ ตัวอย่างเช่น ไม่ชัดเจนว่าเป็นไปได้หรือไม่ที่จะตั้งคำถามเกี่ยวกับส่วนประกอบของควาร์ก หากควาร์กไม่สามารถสังเกตได้ในสถานะอิสระ เป็นไปได้ว่าภายใต้เงื่อนไขเหล่านี้ บางส่วนของควาร์กจะไม่ปรากฏให้เห็นทางกายภาพเลย ดังนั้นควาร์กจึงทำหน้าที่เป็นขั้นตอนสุดท้ายของการกระจายตัวของสสารฮาโดรนิก

อนุภาคมูลฐานและทฤษฎีสนามควอนตัม

ในการอธิบายคุณสมบัติและอันตรกิริยาของอนุภาคอิเล็กตรอนในทฤษฎีสมัยใหม่ แนวคิดเรื่องฟิสิกส์ถือเป็นสิ่งสำคัญ สนามซึ่งถูกกำหนดให้กับแต่ละอนุภาค ฟิลด์เป็นรูปแบบเฉพาะของสสาร มันถูกอธิบายโดยฟังก์ชันที่ระบุในทุกจุด ( เอ็กซ์)กาล-อวกาศและมีคุณสมบัติการเปลี่ยนแปลงบางอย่างที่เกี่ยวข้องกับการแปลงของกลุ่มลอเรนซ์ (สเกลาร์ สไปเนอร์ เวกเตอร์ ฯลฯ) และกลุ่มของสมมาตร "ภายใน" (สเกลาร์ไอโซโทป สไปเนอร์ของไอโซโทป ฯลฯ) สนามแม่เหล็กไฟฟ้าที่มีคุณสมบัติของเวกเตอร์สี่มิติ และ m (x) (m = 1, 2, 3, 4) ในอดีตเป็นตัวอย่างแรกของสนามฟิสิกส์ สนามที่เปรียบเทียบกับอนุภาค E มีลักษณะเป็นควอนตัม กล่าวคือ พลังงานและโมเมนตัมของพวกมันประกอบด้วยหลายส่วน ส่วนต่างๆ - ควอนตัม และพลังงาน E k และโมเมนตัม p k ของควอนตัมมีความสัมพันธ์กันโดยความสัมพันธ์ของทฤษฎีสัมพัทธภาพพิเศษ: E k 2 = p k 2 c 2 + m 2 c 2 ควอนตัมแต่ละตัวเป็นอนุภาคอิเล็กตรอนที่มีพลังงาน E k โมเมนตัม p k และมวล m ควอนตัมของสนามแม่เหล็กไฟฟ้าคือโฟตอน ควอนตัมของสนามอื่น ๆ สอดคล้องกับอนุภาคอิเล็กตรอนอื่น ๆ ที่รู้จักทั้งหมด สนามจึงเป็นฟิสิกส์ ภาพสะท้อนของการมีอยู่ของการสะสมของอนุภาคที่ไม่มีที่สิ้นสุด - ควอนตัม เครื่องมือทางคณิตศาสตร์พิเศษของทฤษฎีสนามควอนตัมทำให้สามารถอธิบายการเกิดและการทำลายของอนุภาคที่แต่ละจุด x ได้

คุณสมบัติการเปลี่ยนแปลงของสนามจะกำหนดจำนวนควอนตัมทั้งหมดของอนุภาค E. คุณสมบัติการเปลี่ยนแปลงที่เกี่ยวข้องกับการแปลงกาล-อวกาศ (กลุ่มลอเรนซ์) จะกำหนดการหมุนของอนุภาค ดังนั้นสเกลาร์จึงสอดคล้องกับการหมุน 0, สปินเนอร์ - สปิน 1/2, เวกเตอร์ - สปิน 1 เป็นต้น การมีอยู่ของตัวเลขควอนตัมเช่น L, B, 1, Y, Ch และสำหรับควาร์กและกลูออน "สี" ตามมา จากคุณสมบัติการเปลี่ยนแปลงของสนามที่เกี่ยวข้องกับการเปลี่ยนแปลงของ "ช่องว่างภายใน" ("พื้นที่ชาร์จ", "พื้นที่ไอโซโทป", "พื้นที่รวม" ฯลฯ ) การมีอยู่ของ "สี" ในควาร์กโดยเฉพาะอย่างยิ่งมีความเกี่ยวข้องกับปริภูมิรวม "สี" พิเศษ การแนะนำ "ช่องว่างภายใน" ในเครื่องมือทางทฤษฎียังคงเป็นอุปกรณ์ที่เป็นทางการอย่างแท้จริง ซึ่งสามารถทำหน้าที่เป็นข้อบ่งชี้ว่ามิติของกาล-อวกาศทางกายภาพ ซึ่งสะท้อนให้เห็นในคุณสมบัติของ E. Ch. นั้นยิ่งใหญ่กว่าจริงๆ กว่าสี่ - มิติของคุณลักษณะกาลอวกาศของกระบวนการทางกายภาพขนาดมหภาคทั้งหมด มวลของอิเล็กตรอนไม่เกี่ยวข้องโดยตรงกับคุณสมบัติการเปลี่ยนแปลงของสนามแม่เหล็ก นี่คือลักษณะเพิ่มเติมของพวกเขา

เพื่ออธิบายกระบวนการที่เกิดขึ้นกับอนุภาคอิเล็กตรอน จำเป็นต้องรู้ว่าสนามกายภาพต่างๆ เกี่ยวข้องกันอย่างไร กล่าวคือ ต้องรู้พลวัตของสนามแม่เหล็ก ในเครื่องมือสมัยใหม่ของทฤษฎีสนามควอนตัม ข้อมูลเกี่ยวกับพลวัตของสนามข้อมูลนั้นมีอยู่ในปริมาณพิเศษที่แสดงผ่านสนามต่างๆ - ลากรองจ์ (แม่นยำยิ่งขึ้นคือความหนาแน่นของลากรองจ์) L. โดยหลักการแล้วความรู้เกี่ยวกับ L ช่วยให้สามารถคำนวณความน่าจะเป็นของ การเปลี่ยนจากอนุภาคชุดหนึ่งไปยังอีกชุดหนึ่งภายใต้อิทธิพลของการโต้ตอบต่างๆ ความน่าจะเป็นเหล่านี้ได้รับจากสิ่งที่เรียกว่า เมทริกซ์การกระเจิง (W. Heisenberg, 1943) แสดงผ่าน L. Lagrangian L ประกอบด้วย Lagrangian L ซึ่งอธิบายพฤติกรรมของสนามอิสระ และปฏิสัมพันธ์ Lagrangian, L สร้างขึ้นจากสนามของอนุภาคต่างๆ และสะท้อนถึงความเป็นไปได้ของ การเปลี่ยนแปลงร่วมกันของพวกเขา ความรู้เกี่ยวกับ Lz มีความสำคัญอย่างยิ่งในการอธิบายกระบวนการกับ E. h.

รอให้วิดเจ็ตไทม์ไลน์โหลด
ต้องเปิดใช้งาน JavaScript จึงจะดูได้

หากมีการจัดกลุ่มการสลายตัวที่รุนแรงในพื้นที่ของยอกโตวินาที แม่เหล็กไฟฟ้า - ในบริเวณใกล้เคียงของ attoseconds จากนั้นการสลายตัวที่อ่อนแอจะ "ติดตามทุกคน" - พวกมันครอบคลุมมาก 27 ลำดับความสำคัญตามมาตราส่วนเวลา!

ที่ปลายสุดของช่วงกว้างที่ไม่อาจจินตนาการได้นี้มีกรณี "สุดโต่ง" สองกรณี

• การสลายของอนุภาคท็อปควาร์กและอนุภาคพาหะแรงอ่อน (โบซอน W และ Z) เกิดขึ้นในเวลาประมาณ 0.3 คือ= 3·10 −25 วิ สิ่งเหล่านี้เป็นการสลายตัวที่เร็วที่สุดในบรรดาอนุภาคมูลฐานทั้งหมด และโดยทั่วไปแล้ว เป็นกระบวนการที่เร็วที่สุดที่ฟิสิกส์สมัยใหม่รู้จักอย่างน่าเชื่อถือ ปรากฎเช่นนี้เพราะสิ่งเหล่านี้คือการสลายตัวที่มีการปลดปล่อยพลังงานสูงสุด
• อนุภาคมูลฐานที่มีอายุยาวนานที่สุด คือ นิวตรอน มีอายุประมาณ 15 นาที ช่วงเวลาที่ยิ่งใหญ่เช่นนี้ตามมาตรฐานของพิภพเล็ก ๆ นั้นอธิบายได้จากข้อเท็จจริงที่ว่ากระบวนการนี้ (เบต้าการสลายตัวของนิวตรอนเป็นโปรตอน อิเล็กตรอน และแอนตินิวตริโน) มีการปลดปล่อยพลังงานเพียงเล็กน้อย การปลดปล่อยพลังงานนี้อ่อนแอมากจนภายใต้สภาวะที่เหมาะสม (เช่น ภายในนิวเคลียสของอะตอม) การสลายนี้อาจไม่เอื้ออำนวยต่อพลังงานอยู่แล้ว จากนั้นนิวตรอนก็จะเสถียรอย่างสมบูรณ์ นิวเคลียสของอะตอม ทุกสิ่งรอบตัวเรา และตัวเราเองก็ดำรงอยู่ได้ ก็ต้องขอบคุณจุดอ่อนอันน่าทึ่งของการสลายเบต้าเท่านั้น

ระหว่างสุดขั้วเหล่านี้ การสลายที่อ่อนแอส่วนใหญ่จะเกิดขึ้นแบบอัดแน่นไม่มากก็น้อย พวกเขาสามารถแบ่งออกเป็นสองกลุ่ม ซึ่งเราจะเรียกโดยประมาณ: การสลายแบบอ่อนอย่างรวดเร็ว และการสลายตัวแบบอ่อนอย่างช้า

วัตถุที่เร็วจะเสื่อมสลายยาวนานประมาณหนึ่งพิโควินาที ดังนั้นจึงน่าแปลกใจที่ตัวเลขในโลกของเราพัฒนาไปได้อย่างไรโดยที่อายุของอนุภาคมูลฐานหลายสิบอนุภาคตกอยู่ในช่วงค่าที่แคบตั้งแต่ 0.4 ถึง 2 พิโคเซคอน สิ่งเหล่านี้เรียกว่าฮาดรอนที่น่ารักและมีเสน่ห์ ซึ่งเป็นอนุภาคที่ประกอบด้วยควาร์กหนัก

Picoseconds นั้นยอดเยี่ยมมาก พวกมันประเมินค่าไม่ได้จากมุมมองของการทดลองที่ชนกัน! ความจริงก็คือใน 1 ps อนุภาคจะมีเวลาในการบินถึงหนึ่งในสามของมิลลิเมตรและเครื่องตรวจจับสมัยใหม่สามารถวัดระยะทางที่ไกลขนาดนั้นได้อย่างง่ายดาย ด้วยอนุภาคเหล่านี้ ภาพของการชนกันของอนุภาคที่เครื่องชนจึง "อ่านง่าย" - ที่นี่เกิดการชนและการสร้างแฮดรอนจำนวนมาก และที่นั่นห่างออกไปอีกเล็กน้อย การสลายตัวขั้นที่สองก็เกิดขึ้น อายุการใช้งานสามารถวัดได้โดยตรง ซึ่งหมายความว่ามีความเป็นไปได้ที่จะค้นหาว่าเป็นอนุภาคประเภทใด จากนั้นจึงใช้ข้อมูลนี้เพื่อการวิเคราะห์ที่ซับซ้อนยิ่งขึ้นเท่านั้น

การสลายแบบอ่อนอย่างช้าๆ คือการสลายตัวที่เริ่มต้นที่หลายร้อยพิโควินาทีและขยายออกไปตลอดช่วงนาโนวินาทีทั้งหมด ซึ่งรวมถึงคลาสของสิ่งที่เรียกว่า "อนุภาคแปลก" - ฮาดรอนจำนวนมากที่มีควาร์กแปลก ๆ แม้จะมีชื่อ แต่สำหรับการทดลองสมัยใหม่พวกมันก็ไม่ได้แปลกเลย แต่ในทางกลับกันพวกมันเป็นอนุภาคที่ธรรมดาที่สุด พวกมันดูแปลก ๆ ในช่วงทศวรรษที่ 50 ของศตวรรษที่ผ่านมา เมื่อนักฟิสิกส์เริ่มค้นพบพวกมันทีละตัวและไม่เข้าใจคุณสมบัติของพวกมันมากนัก อย่างไรก็ตาม มันเป็นฮาดรอนแปลก ๆ มากมายที่ผลักดันนักฟิสิกส์เมื่อครึ่งศตวรรษก่อนไปสู่แนวคิดเรื่องควาร์ก

จากมุมมองของการทดลองสมัยใหม่กับอนุภาคมูลฐาน นาโนวินาทีนั้นมีมาก นี่มากจนอนุภาคที่พุ่งออกมาจากเครื่องเร่งความเร็วไม่มีเวลาที่จะสลายตัว แต่เจาะทะลุเครื่องตรวจจับโดยทิ้งร่องรอยไว้ แน่นอนว่ามันจะติดอยู่ที่ไหนสักแห่งในวัสดุของเครื่องตรวจจับหรือในหินรอบๆ และสลายตัวไปที่นั่น แต่นักฟิสิกส์ไม่สนใจการสลายตัวนี้อีกต่อไป พวกเขาสนใจเพียงร่องรอยที่อนุภาคนี้ทิ้งไว้ในเครื่องตรวจจับเท่านั้น ดังนั้นสำหรับการทดลองสมัยใหม่ อนุภาคดังกล่าวจึงดูเกือบจะเสถียร ดังนั้นจึงเรียกว่าคำว่า "ขั้นกลาง" - อนุภาคที่แพร่กระจายได้

อนุภาคที่มีอายุยาวนานที่สุดไม่นับนิวตรอนคือมิวออนซึ่งเป็น "น้องชาย" ของอิเล็กตรอน มันไม่ได้มีส่วนร่วมในการโต้ตอบที่รุนแรง มันไม่สลายตัวเนื่องจากแรงแม่เหล็กไฟฟ้า ดังนั้นจึงเหลือเพียงปฏิกิริยาที่อ่อนแอเท่านั้น และเนื่องจากมันค่อนข้างเบา มันจึงมีอายุการใช้งาน 2 ไมโครวินาที ซึ่งเป็นยุคทั้งหมดในระดับอนุภาคมูลฐาน

ในช่วงต้นทศวรรษที่ 30 ของศตวรรษที่ 20 ฟิสิกส์พบคำอธิบายที่ยอมรับได้เกี่ยวกับโครงสร้างของสสารโดยพิจารณาจากอนุภาคมูลฐานสี่ประเภท ได้แก่ โปรตอน นิวตรอน อิเล็กตรอน และโฟตอน การเติมนิวทริโนอนุภาคที่ห้าเข้าไป ทำให้สามารถอธิบายกระบวนการสลายตัวของกัมมันตภาพรังสีได้ ดูเหมือนว่าอนุภาคมูลฐานที่มีชื่อนั้นเป็นส่วนประกอบแรกของจักรวาล

แต่ความเรียบง่ายที่เห็นได้ชัดนี้ก็หายไปในไม่ช้า ในไม่ช้าก็มีการค้นพบโพซิตรอน ในปี พ.ศ. 2479 มีการค้นพบมีซอนแรกจากปฏิกิริยาระหว่างรังสีคอสมิกกับสสาร หลังจากนั้น ก็เป็นไปได้ที่จะสังเกตเห็นมีซอนที่มีลักษณะแตกต่างออกไป รวมถึงอนุภาคที่ผิดปกติอื่นๆ ด้วย อนุภาคเหล่านี้เกิดขึ้นภายใต้อิทธิพลของรังสีคอสมิกค่อนข้างน้อย อย่างไรก็ตาม หลังจากสร้างเครื่องเร่งปฏิกิริยาที่ทำให้สามารถผลิตอนุภาคพลังงานสูงได้ ก็ได้มีการค้นพบอนุภาคใหม่มากกว่า 300 อนุภาค

แล้วคำว่า " หมายความว่าอย่างไร ระดับประถมศึกษา“? “ประถมศึกษา” เป็นปฏิปักษ์เชิงตรรกะของ “เชิงซ้อน” อนุภาคมูลฐานหมายถึงอนุภาคปฐมภูมิที่ไม่สามารถย่อยสลายได้เพิ่มเติมซึ่งประกอบขึ้นเป็นสสารทั้งหมด เมื่อถึงวัยสี่สิบ การเปลี่ยนแปลงของอนุภาค “มูลฐาน” จำนวนหนึ่งก็เป็นที่รู้จักอยู่แล้ว จำนวนอนุภาค พวกมันส่วนใหญ่ไม่เสถียร ในบรรดาอนุภาคขนาดเล็กหลายสิบตัวที่รู้จัก มีเพียงไม่กี่ตัวเท่านั้นที่เสถียรและไม่สามารถเปลี่ยนรูปได้เอง

นิวเคลียสดิวทีเรียม (ดิวเทอรอน) ประกอบด้วยโปรตอนและนิวตรอน ดิวเทอรอนมีความเสถียรอย่างสมบูรณ์ในฐานะอนุภาค ในเวลาเดียวกัน องค์ประกอบของดิวเทอรอนหรือนิวตรอนนั้นมี กัมมันตภาพรังสี กล่าวคือ ไม่เสถียร ตัวอย่างนี้แสดงให้เห็นว่าแนวคิดเรื่องความมั่นคงและความเป็นพื้นฐานไม่เหมือนกัน ในฟิสิกส์สมัยใหม่คำว่า "อนุภาคมูลฐาน" มักใช้เพื่อตั้งชื่ออนุภาคเล็กๆ กลุ่มใหญ่ของสสาร(ซึ่งไม่ใช่อะตอมหรือนิวเคลียสของอะตอม).

อนุภาคมูลฐานทั้งหมดมีมวลและขนาดที่เล็กมาก ส่วนใหญ่มีมวลตามลำดับมวลของโปรตอน (มีเพียงมวลของอิเล็กตรอนเท่านั้นที่เล็กกว่าอย่างเห็นได้ชัด
- ขนาดและมวลของอนุภาคมูลฐานด้วยกล้องจุลทรรศน์จะกำหนดกฎควอนตัมของพฤติกรรมของพวกมัน คุณสมบัติควอนตัมที่สำคัญที่สุดของอนุภาคมูลฐานทั้งหมดคือความสามารถในการเกิดและทำลาย (ปล่อยออกมาและดูดซึม) เมื่อทำปฏิกิริยากับอนุภาคอื่น

ปฏิกิริยาระหว่างอนุภาคที่ทราบกันดีอยู่แล้วมีอยู่สี่ประเภท ซึ่งมีลักษณะแตกต่างกันออกไป: แรงโน้มถ่วง แม่เหล็กไฟฟ้า นิวเคลียร์ ตลอดจนปฏิสัมพันธ์ในทุกกระบวนการที่เกี่ยวข้องกับนิวตริโน ปฏิสัมพันธ์ทั้ง 4 ประเภทที่ระบุไว้มีคุณลักษณะอย่างไร?

สิ่งที่แข็งแกร่งที่สุดคือปฏิสัมพันธ์ระหว่างอนุภาคนิวเคลียร์ ("แรงนิวเคลียร์") การโต้ตอบนี้มักเรียกว่า แข็งแกร่ง. มีข้อสังเกตว่าแรงนิวเคลียร์กระทำในระยะห่างระหว่างอนุภาคเพียงเล็กน้อยเท่านั้น: รัศมีของการกระทำประมาณ 10 -13 ซม.

ที่ใหญ่ที่สุดรองลงมาคือ แม่เหล็กไฟฟ้าปฏิสัมพันธ์. มันน้อยกว่าความแข็งแกร่งด้วยขนาดสองเท่า แต่เมื่อระยะทางเปลี่ยนแปลงช้าลง เช่น 1/ ร 2 ดังนั้นรัศมีการออกฤทธิ์ของแรงแม่เหล็กไฟฟ้าจึงไม่มีที่สิ้นสุด

ถัดมาเป็นปฏิสัมพันธ์เนื่องจากการมีส่วนร่วมของนิวตริโนในปฏิกิริยา ตามลำดับขนาด การโต้ตอบเหล่านี้จะน้อยกว่าการโต้ตอบที่รุนแรงถึง 10 ถึง 14 เท่า การโต้ตอบเหล่านี้มักเรียกว่า อ่อนแอ. เห็นได้ชัดว่าขอบเขตของการกระทำที่นี่จะเหมือนกับในกรณีของการโต้ตอบที่รุนแรง

ปฏิสัมพันธ์ที่รู้จักน้อยที่สุดคือ แรงโน้มถ่วงมันน้อยกว่าอันที่แข็งแกร่งถึง 39 เท่า - 10 39 เท่า! ด้วยระยะทาง แรงโน้มถ่วงจะลดลงอย่างช้าๆ เช่นเดียวกับแรงแม่เหล็กไฟฟ้า ดังนั้นระยะการเคลื่อนที่ของพวกมันจึงไม่มีที่สิ้นสุดเช่นกัน

ในอวกาศบทบาทหลักเป็นของปฏิสัมพันธ์แรงโน้มถ่วงเพราะว่า ช่วงของการกระทำของการโต้ตอบที่รุนแรงและอ่อนแอนั้นไม่มีนัยสำคัญ ปฏิสัมพันธ์ทางแม่เหล็กไฟฟ้ามีบทบาทจำกัด เนื่องจากประจุไฟฟ้าของสัญญาณตรงข้ามมีแนวโน้มที่จะก่อตัวเป็นระบบที่เป็นกลาง แรงโน้มถ่วงมักเป็นแรงดึงดูดเสมอ ไม่สามารถชดเชยด้วยพลังของเครื่องหมายตรงกันข้ามได้ ไม่สามารถป้องกันได้ ดังนั้นบทบาทที่โดดเด่นของพวกเขาในอวกาศ

ขนาดของแรงปฏิสัมพันธ์ยังสอดคล้องกับเวลาที่ต้องใช้ในการทำปฏิกิริยาที่เกิดจากการโต้ตอบนี้ ดังนั้นกระบวนการที่เกิดจากการโต้ตอบที่รุนแรงต้องใช้เวลาประมาณ 10 -23 วินาที (ปฏิกิริยาเกิดขึ้นเมื่ออนุภาคพลังงานสูงชนกัน) เวลาที่ต้องใช้ในการดำเนินการกระบวนการที่เกิดจากการโต้ตอบทางแม่เหล็กไฟฟ้าต้องใช้เวลา ~10 -21 วินาที การโต้ตอบแบบอ่อนต้องใช้ ~10 -9 วินาที ในปฏิกิริยาที่เกิดจากอันตรกิริยาของอนุภาค แรงโน้มถ่วงแทบจะไม่มีบทบาทเลย

การโต้ตอบที่ระบุไว้นั้นมีลักษณะที่แตกต่างกันอย่างชัดเจน กล่าวคือ ไม่สามารถลดให้เหลือกันและกันได้ ในปัจจุบัน ไม่มีทางที่จะตัดสินได้ว่าปฏิสัมพันธ์เหล่านี้ทำให้สิ่งที่มีอยู่ในธรรมชาติหมดไปหรือไม่

ประเภทของอนุภาคมูลฐานที่มีส่วนร่วมในปฏิกิริยารุนแรงเรียกว่าฮาดรอน (โปรตอน นิวตรอน ฯลฯ) ประเภทของอนุภาคที่ไม่มีปฏิกิริยารุนแรงเรียกว่าเลปตัน เลปตันประกอบด้วยอิเล็กตรอน มิวออน นิวตริโน เลปตันหนัก และปฏิปักษ์ที่เกี่ยวข้องกัน แอนติพาร์ติเคิลคือกลุ่มของอนุภาคมูลฐานที่มีมวลและลักษณะทางกายภาพอื่น ๆ เท่ากันกับ "แฝด" แต่แตกต่างจากพวกมันในลักษณะที่มีลักษณะปฏิสัมพันธ์บางอย่าง(เช่น ประจุไฟฟ้า โมเมนต์แม่เหล็ก): อิเล็กตรอนและโพซิตรอน นิวตริโน และแอนตินิวตริโน ตามแนวคิดสมัยใหม่ นิวตริโนและแอนตินิวตริโนแตกต่างกันในลักษณะควอนตัมอย่างใดอย่างหนึ่ง - ความเฮลิซิตี้ ซึ่งหมายถึงการฉายภาพการหมุนของอนุภาคไปยังทิศทางการเคลื่อนที่ (โมเมนตัม) นิวตริโนมีการหมุน สมีทิศทางตรงกันข้ามกับชีพจร ร, เช่น. ทิศทาง รและ สก่อตัวเป็นสกรูทางซ้ายและนิวตริโนก็มีเฮลิซิตี้ทางซ้าย (รูปที่ 6.2) สำหรับแอนตินิวตริโน ทิศทางเหล่านี้จะประกอบขึ้นเป็นสกรูทางขวา เช่น แอนตินิวตริโนมีความเป็นเกลียวทางขวา

เมื่ออนุภาคและปฏิภาคชนกัน พวกมันสามารถถูกทำลายร่วมกันได้ - "ทำลาย".ในรูป รูปที่ 6.3 แสดงให้เห็นกระบวนการทำลายล้างอิเล็กตรอนและโพซิตรอนโดยมีลักษณะเป็นแกมมาควอนต้าสองตัว ในกรณีนี้ กฎการอนุรักษ์ที่ทราบทั้งหมดจะถูกปฏิบัติตาม - พลังงาน โมเมนตัม โมเมนตัมเชิงมุม และกฎการอนุรักษ์ประจุ ในการสร้างคู่อิเล็กตรอน - โพซิตรอน จำเป็นต้องใช้พลังงานไม่น้อยกว่าผลรวมของพลังงานภายในของอนุภาคเหล่านี้ เช่น ~ 10 6 อีวี เมื่อคู่ดังกล่าวทำลายล้าง พลังงานนี้จะถูกปล่อยออกมาพร้อมกับรังสีที่เกิดขึ้นระหว่างการทำลายล้าง หรือกระจายไปยังอนุภาคอื่นๆ

. (6.9)

ประจุไฟฟ้าจะยังคงอยู่ระหว่างการเปลี่ยนแปลงนี้ ในทำนองเดียวกัน โฟตอนจะคงสภาพไว้เมื่อโฟตอนเปลี่ยนเป็นคู่อิเล็กตรอน-โพซิตรอน หรือเมื่อคู่เดียวกันเกิดขึ้นเนื่องจากการชนกันของอิเล็กตรอนสองตัว

มีสมมติฐานว่าอนุภาคมูลฐานทั้งหมดประกอบด้วยอนุภาคพื้นฐาน 3 ชนิดรวมกันเรียกว่า ควาร์กและปฏิปักษ์ของพวกมัน ควาร์กไม่ได้ถูกค้นพบในสถานะอิสระ (แม้ว่าจะมีการค้นหาควาร์กหลายครั้งที่เครื่องเร่งพลังงานสูง ในรังสีคอสมิก และในสิ่งแวดล้อม)

เป็นไปไม่ได้ที่จะอธิบายคุณสมบัติและการเปลี่ยนแปลงของอนุภาคขนาดเล็กโดยไม่มีการจัดระบบ ไม่มีการจัดระบบตามทฤษฎีที่เข้มงวด

อนุภาคมูลฐานสองกลุ่มหลักมีปฏิสัมพันธ์กันอย่างรุนแรง ( ฮาดรอน) และการโต้ตอบอย่างอ่อน ( เลปตัน) อนุภาค ฮาดรอนแบ่งออกเป็น มีซอนและ แบริออน- Baryons แบ่งออกเป็น นิวเคลียสและ ไฮเปอร์รอน- เลปตัน ได้แก่ อิเล็กตรอน มิวออน และนิวตริโน ด้านล่างนี้เป็นค่าที่ใช้จำแนกอนุภาคขนาดเล็ก

1. จำนวนมากหรือ แบริโอนิกตัวเลข ก- ข้อเท็จจริงมากมายที่สังเกตได้ในกระบวนการฟิชชันของนิวเคลียร์และการสร้างคู่ของนิวคลีออน-แอนตินิวคลีออนชี้ให้เห็นว่าในกระบวนการใดก็ตาม จำนวนนิวคลีออนยังคงที่ แบริออนทั้งหมดจะถูกกำหนดหมายเลข ก= +1 ให้กับแต่ละปฏิภาค ก= –1. กฎการอนุรักษ์ประจุแบริออนเป็นที่พอใจในกระบวนการนิวเคลียร์ทั้งหมด อนุภาคเชิงซ้อนมีค่าหลายค่าของเลขแบริออน มีซอนและเลปตอนทั้งหมดมีจำนวนแบริออนเป็นศูนย์

2. ค่าไฟฟ้า ถาม หมายถึงจำนวนหน่วยประจุไฟฟ้า (เป็นหน่วยของประจุบวกของโปรตอน) ที่มีอยู่ในอนุภาค

3. การหมุนของไอโซโทป(ไม่เกี่ยวกับการหมุนจริง) แรงที่กระทำระหว่างนิวคลีออนในนิวเคลียสแทบจะไม่ขึ้นอยู่กับประเภทของนิวคลีออน กล่าวคือ ปฏิกิริยานิวเคลียร์ รร, รn และ nnเหมือนกัน. ความสมมาตรของแรงนิวเคลียร์นี้นำไปสู่การอนุรักษ์ปริมาณที่เรียกว่าการหมุนของไอโซโทป ไอโซสปินได้รับการอนุรักษ์ไว้ในปฏิกิริยาที่รุนแรง และไม่ได้รับการอนุรักษ์ไว้ในกระบวนการที่เกิดจากปฏิกิริยาทางแม่เหล็กไฟฟ้าและปฏิกิริยาที่อ่อนแอ

4. ความแปลกประหลาด- เพื่ออธิบายว่าทำไมกระบวนการบางอย่างที่เกี่ยวข้องกับฮาดรอนจึงไม่เกิดขึ้น M. Gell-Mann และ K. Nishijima ในปี 1953 ได้เสนอให้แนะนำเลขควอนตัมใหม่ ซึ่งพวกเขาเรียกว่าความแปลกประหลาด ความแปลกประหลาดของฮาดรอนเสถียรมีตั้งแต่ –3 ถึง +3 (จำนวนเต็ม) ยังไม่ได้กำหนดความแปลกประหลาดของเลปตัน ในการโต้ตอบที่รุนแรง ความแปลกประหลาดยังคงมีอยู่

5. หมุน แสดงลักษณะของโมเมนตัมเชิงมุมของการหมุน

6. ความเท่าเทียมกัน- สมบัติภายในของอนุภาคที่เกี่ยวข้องกับความสมมาตรโดยสัมพันธ์กับด้านขวาและด้านซ้าย จนกระทั่งเมื่อไม่นานมานี้ นักฟิสิกส์เชื่อว่าไม่มีความแตกต่างระหว่างด้านขวาและด้านซ้าย ต่อมาปรากฎว่ากระบวนการเหล่านี้ไม่เทียบเท่ากับกระบวนการโต้ตอบที่อ่อนแอทั้งหมด ซึ่งเป็นหนึ่งในการค้นพบที่น่าประหลาดใจที่สุดในวิชาฟิสิกส์

ในฟิสิกส์คลาสสิก สสารและสนามฟิสิกส์ถูกตรงข้ามกันเป็นสสารสองประเภท สสารประกอบด้วยอนุภาคมูลฐานซึ่งเป็นสสารประเภทหนึ่งที่มีมวลนิ่ง โครงสร้างของสสารไม่ต่อเนื่อง ในขณะที่โครงสร้างของสนามมีความต่อเนื่อง แต่ฟิสิกส์ควอนตัมได้นำไปสู่การปรับระดับความคิดนี้ ในฟิสิกส์คลาสสิก เชื่อกันว่าอนุภาคถูกกระทำโดยสนามแรง - แรงโน้มถ่วงและแม่เหล็กไฟฟ้า ฟิสิกส์คลาสสิกไม่รู้จักสาขาอื่น ในฟิสิกส์ควอนตัม หลังสนาม พวกเขาเห็นผู้ให้บริการปฏิสัมพันธ์ที่แท้จริง - ควอนตัมของสนามเหล่านี้ เช่น อนุภาค สำหรับสนามคลาสสิก ได้แก่ กราวิตอนและโฟตอน เมื่อสนามข้อมูลมีความแข็งแรงเพียงพอและมีควอนตัมจำนวนมาก เราจะหยุดแยกแยะพวกมันเป็นอนุภาคเดี่ยวและมองว่าพวกมันเป็นสนาม พาหะของปฏิกิริยารุนแรงคือกลูออน ในทางกลับกัน อนุภาคขนาดเล็ก (องค์ประกอบของสสาร) มีลักษณะเป็นคลื่นอนุภาคคู่

อนุภาคมูลฐานทั้งห้าตัวอักษรมีดังต่อไปนี้ มีคำอธิบายสั้น ๆ สำหรับแต่ละคำจำกัดความ

หากคุณมีสิ่งที่ต้องเพิ่ม ด้านล่างนี้คือแบบฟอร์มแสดงความคิดเห็นที่บริการของคุณ ซึ่งคุณสามารถแสดงความคิดเห็นหรือเพิ่มลงในบทความได้

รายชื่ออนุภาคมูลฐาน

โฟตอน

เป็นควอนตัมของรังสีแม่เหล็กไฟฟ้า เช่น แสง ในทางกลับกัน แสงก็คือปรากฏการณ์ที่ประกอบด้วยกระแสแสง โฟตอนเป็นอนุภาคมูลฐาน โฟตอนมีประจุเป็นกลางและมีมวลเป็นศูนย์ การหมุนของโฟตอนมีค่าเท่ากับความสามัคคี โฟตอนมีปฏิสัมพันธ์ทางแม่เหล็กไฟฟ้าระหว่างอนุภาคที่มีประจุ คำว่าโฟตอนมาจากภาษากรีก phos แปลว่าแสง

โพนอน

มันคือควอซิพาร์ติคัล ซึ่งเป็นควอนตัมของการสั่นสะเทือนแบบยืดหยุ่นและการกระจัดของอะตอมและโมเลกุลของผลึกขัดแตะจากตำแหน่งสมดุล ในโครงตาข่ายคริสตัล อะตอมและโมเลกุลจะมีปฏิกิริยาโต้ตอบกันอย่างต่อเนื่องและแบ่งปันพลังงานซึ่งกันและกัน ในเรื่องนี้แทบจะเป็นไปไม่ได้เลยที่จะศึกษาปรากฏการณ์ที่คล้ายกับการสั่นสะเทือนของอะตอมแต่ละอะตอมในนั้น ดังนั้นการสั่นสะเทือนแบบสุ่มของอะตอมจึงมักพิจารณาตามประเภทของการแพร่กระจายของคลื่นเสียงภายในโครงตาข่ายคริสตัล ควอนตัมของคลื่นเหล่านี้คือหน่วยเสียง คำว่า phonon มาจากภาษากรีกว่า phone - เสียง

ฟาซอน

fluctuon phason เป็น quasiparticle ซึ่งเป็นการกระตุ้นในโลหะผสมหรือในระบบเฮเทอโรเฟสอื่น ก่อตัวเป็นหลุมศักย์ (บริเวณเฟอร์โรแมกเนติก) รอบอนุภาคที่มีประจุ พูดเป็นอิเล็กตรอนแล้วจับมัน

โรตัน

เป็นอนุภาคกึ่งอนุภาคที่สอดคล้องกับการกระตุ้นเบื้องต้นในฮีเลียม superfluid ในบริเวณที่มีแรงกระตุ้นสูง ซึ่งสัมพันธ์กับการเกิดการเคลื่อนที่ของกระแสน้ำวนในของเหลว superfluid Roton แปลจากภาษาละตินแปลว่า - ปั่น, ปั่น โรตอนจะปรากฏที่อุณหภูมิมากกว่า 0.6 เคลวิน และกำหนดคุณสมบัติความจุความร้อนที่ขึ้นกับอุณหภูมิแบบเอกซ์โปเนนเชียล เช่น เอนโทรปีความหนาแน่นปกติและอื่นๆ

เมสัน

เป็นอนุภาคที่ไม่ใช่ธาตุที่ไม่เสถียร มีซอนคืออิเล็กตรอนหนักในรังสีคอสมิก
มวลของมีซอนมากกว่ามวลของอิเล็กตรอนและน้อยกว่ามวลของโปรตอน

เมสันมีจำนวนควาร์กและแอนติควาร์กเป็นจำนวนคู่ มีซอน ได้แก่ ไพออน คาน และมีซอนหนักอื่นๆ

ควาร์ก

มันเป็นอนุภาคมูลฐานของสสาร แต่จนถึงขณะนี้เป็นเพียงสมมุติฐานเท่านั้น โดยทั่วไปควาร์กจะเรียกว่าอนุภาค 6 อนุภาค และปฏิปักษ์ของพวกมัน (แอนติควาร์ก) ซึ่งจะประกอบกันเป็นกลุ่มของอนุภาคมูลฐานพิเศษแฮดรอน

เชื่อกันว่าอนุภาคที่มีปฏิสัมพันธ์รุนแรง เช่น โปรตอน เซลล์ประสาท และอื่นๆ ประกอบด้วยควาร์กที่เชื่อมต่อกันอย่างแน่นหนา ควาร์กมีอยู่อย่างต่อเนื่องในการรวมกันที่แตกต่างกัน มีทฤษฎีที่ว่าควาร์กสามารถดำรงอยู่ในรูปแบบอิสระในช่วงเวลาแรกหลังบิ๊กแบงได้

กลูออน

อนุภาคมูลฐาน ตามทฤษฎีหนึ่ง กลูออนดูเหมือนจะเกาะติดควาร์กเข้าด้วยกัน ซึ่งจะก่อตัวเป็นอนุภาค เช่น โปรตอนและเซลล์ประสาท โดยทั่วไป กลูออนเป็นอนุภาคที่เล็กที่สุดที่ก่อตัวเป็นสสาร

โบซอน

Boson-quasiparticle หรือ Bose-particle โบซอนมีสปินเป็นศูนย์หรือจำนวนเต็ม ชื่อนี้ตั้งขึ้นเพื่อเป็นเกียรติแก่นักฟิสิกส์ Shatyendranath Bose โบซอนมีความแตกต่างกันตรงที่จำนวนไม่จำกัดสามารถมีสถานะควอนตัมเดียวกันได้

ฮาดรอน

ฮาดรอนเป็นอนุภาคมูลฐานที่ไม่เป็นมูลฐานอย่างแท้จริง ประกอบด้วยควาร์ก แอนติควาร์ก และกลูออน ฮาดรอนไม่มีประจุสีและมีส่วนร่วมในปฏิกิริยาที่รุนแรง รวมถึงปฏิกิริยานิวเคลียร์ด้วย คำว่า Hadron มาจากภาษากรีก Adros แปลว่า ใหญ่โต

ในวิชาฟิสิกส์ อนุภาคมูลฐานเป็นวัตถุทางกายภาพในระดับนิวเคลียสของอะตอมซึ่งไม่สามารถแบ่งออกเป็นส่วนประกอบต่างๆ ได้ อย่างไรก็ตาม ในปัจจุบัน นักวิทยาศาสตร์ได้พยายามแยกบางส่วนออกแล้ว โครงสร้างและคุณสมบัติของวัตถุขนาดเล็กเหล่านี้ได้รับการศึกษาโดยฟิสิกส์ของอนุภาค

อนุภาคที่เล็กที่สุดที่ประกอบเป็นสสารทั้งหมดเป็นที่รู้จักมาตั้งแต่สมัยโบราณ อย่างไรก็ตาม ผู้ก่อตั้งสิ่งที่เรียกว่า "อะตอมนิยม" ถือเป็นนักปรัชญาชาวกรีกโบราณ เลวซิปปุส และเดโมคริตุส นักเรียนที่มีชื่อเสียงมากกว่าของเขา สันนิษฐานว่าฝ่ายหลังเป็นผู้บัญญัติคำว่า "อะตอม" จากภาษากรีกโบราณ "อะตอม" แปลว่า "แบ่งแยกไม่ได้" ซึ่งกำหนดมุมมองของนักปรัชญาโบราณ

ต่อมาเป็นที่รู้กันว่าอะตอมยังคงสามารถแบ่งออกเป็นวัตถุทางกายภาพสองชนิด ได้แก่ นิวเคลียสและอิเล็กตรอน ต่อมากลายเป็นอนุภาคมูลฐานตัวแรก เมื่อในปี พ.ศ. 2440 โจเซฟ ทอมสัน ชาวอังกฤษได้ทำการทดลองกับรังสีแคโทด และค้นพบว่าพวกมันเป็นกระแสของอนุภาคที่เหมือนกันซึ่งมีมวลและประจุเท่ากัน

ควบคู่ไปกับงานของทอมสัน อองรี เบคเคอเรล ซึ่งศึกษารังสีเอกซ์ ทำการทดลองกับยูเรเนียมและค้นพบรังสีชนิดใหม่ ในปี พ.ศ. 2441 นักฟิสิกส์ชาวฝรั่งเศสคู่หนึ่ง มารีและปิแอร์ กูรี ได้ทำการศึกษาสารกัมมันตภาพรังสีหลายชนิด และค้นพบรังสีกัมมันตภาพรังสีชนิดเดียวกัน ต่อมาพบว่าประกอบด้วยอนุภาคอัลฟา (โปรตอน 2 ตัวและนิวตรอน 2 ตัว) และอนุภาคบีตา (อิเล็กตรอน) และเบกเคอเรลและกูรีจะได้รับรางวัลโนเบล ในขณะที่ทำการวิจัยเกี่ยวกับธาตุต่างๆ เช่น ยูเรเนียม เรเดียม และพอโลเนียม Marie Sklodowska-Curie ไม่ได้ใช้มาตรการด้านความปลอดภัยใดๆ รวมถึงการไม่ใช้ถุงมือด้วยซ้ำ ผลก็คือในปี พ.ศ. 2477 เธอถูกโรคมะเร็งเม็ดเลือดขาวแซงหน้า ในความทรงจำของความสำเร็จของนักวิทยาศาสตร์ผู้ยิ่งใหญ่องค์ประกอบที่ค้นพบโดยคู่รักคูรีคือพอโลเนียมได้รับการตั้งชื่อเพื่อเป็นเกียรติแก่บ้านเกิดของแมรี - โปโลเนียจากละติน - โปแลนด์

ภาพถ่ายจากการประชุม V Solvay Congress พ.ศ. 2470 ลองค้นหานักวิทยาศาสตร์ทั้งหมดจากบทความนี้ในรูปนี้

ตั้งแต่ปี 1905 เป็นต้นมา อัลเบิร์ต ไอน์สไตน์ได้อุทิศสิ่งพิมพ์ของเขาให้กับความไม่สมบูรณ์ของทฤษฎีคลื่นแสง ซึ่งทฤษฎีดังกล่าวขัดแย้งกับผลการทดลอง ซึ่งต่อมาได้นำนักฟิสิกส์ที่โดดเด่นมาสู่แนวคิดเรื่อง "ควอนตัมแสง" - ส่วนหนึ่งของแสง ต่อมาในปี พ.ศ. 2469 ได้มีการตั้งชื่อว่า "โฟตอน" ซึ่งแปลมาจากภาษากรีกว่า "ฟอส" ("แสง") โดยนักเคมีกายภาพชาวอเมริกัน กิลเบิร์ต เอ็น. ลูอิส

ในปี 1913 เออร์เนสต์ รัทเทอร์ฟอร์ด นักฟิสิกส์ชาวอังกฤษ จากผลการทดลองที่ได้ดำเนินการไปแล้วในขณะนั้น ตั้งข้อสังเกตว่ามวลของนิวเคลียสขององค์ประกอบทางเคมีหลายชนิดนั้นคูณด้วยมวลของนิวเคลียสไฮโดรเจน ดังนั้นเขาจึงสันนิษฐานว่านิวเคลียสของไฮโดรเจนเป็นส่วนประกอบของนิวเคลียสของธาตุอื่น ในการทดลองของเขา รัทเทอร์ฟอร์ดฉายรังสีอะตอมไนโตรเจนด้วยอนุภาคอัลฟา ซึ่งผลก็คือปล่อยอนุภาคจำนวนหนึ่งซึ่งตั้งชื่อโดยเออร์เนสต์ว่าเป็น "โปรตอน" จากภาษากรีกอีกคำหนึ่งว่า "โปรโตส" (ตัวแรก ตัวหลัก) ต่อมาได้รับการยืนยันจากการทดลองว่าโปรตอนเป็นนิวเคลียสของไฮโดรเจน

แน่นอนว่าโปรตอนไม่ใช่องค์ประกอบเดียวของนิวเคลียสขององค์ประกอบทางเคมี แนวคิดนี้นำโดยข้อเท็จจริงที่ว่าโปรตอนสองตัวในนิวเคลียสจะผลักกัน และอะตอมจะสลายตัวทันที ดังนั้นรัทเทอร์ฟอร์ดจึงตั้งสมมติฐานว่ามีอนุภาคอื่นซึ่งมีมวลเท่ากับมวลของโปรตอน แต่ไม่มีประจุ การทดลองบางอย่างของนักวิทยาศาสตร์เกี่ยวกับปฏิกิริยาระหว่างธาตุกัมมันตภาพรังสีและธาตุที่เบากว่าทำให้พวกเขาค้นพบรังสีชนิดใหม่ ในปีพ.ศ. 2475 เจมส์ แชดวิกระบุว่าอนุภาคนี้ประกอบด้วยอนุภาคที่เป็นกลางมากซึ่งเขาเรียกว่านิวตรอน

ดังนั้นจึงค้นพบอนุภาคที่มีชื่อเสียงที่สุด ได้แก่ โฟตอน อิเล็กตรอน โปรตอน และนิวตรอน

นอกจากนี้ การค้นพบวัตถุใต้นิวเคลียร์ใหม่ยังกลายเป็นเหตุการณ์ที่เกิดขึ้นบ่อยมากขึ้น และในขณะนี้มีการรู้จักอนุภาคประมาณ 350 อนุภาค ซึ่งโดยทั่วไปถือว่าเป็น "ระดับประถมศึกษา" ส่วนที่ยังไม่ได้แยกจะถือว่าไม่มีโครงสร้างและเรียกว่า "พื้นฐาน"

สปินคืออะไร?

ก่อนที่จะก้าวไปข้างหน้าด้วยนวัตกรรมเพิ่มเติมในสาขาฟิสิกส์ จะต้องกำหนดลักษณะของอนุภาคทั้งหมดก่อน ที่รู้จักกันดีที่สุดนอกเหนือจากมวลและประจุไฟฟ้าแล้วยังรวมถึงการหมุนด้วย ปริมาณนี้เรียกอีกอย่างว่า "โมเมนตัมเชิงมุมภายใน" และไม่เกี่ยวข้องกับการเคลื่อนที่ของวัตถุใต้นิวเคลียร์โดยรวมแต่อย่างใด นักวิทยาศาสตร์สามารถตรวจจับอนุภาคด้วยการหมุน 0, ½, 1, 3/2 และ 2 เพื่อให้เห็นภาพ แม้ว่าจะง่ายขึ้น ให้หมุนเป็นคุณสมบัติของวัตถุ ให้พิจารณาตัวอย่างต่อไปนี้

ปล่อยให้วัตถุมีการหมุนเท่ากับ 1 จากนั้นวัตถุดังกล่าวเมื่อหมุน 360 องศา จะกลับสู่ตำแหน่งเดิม บนเครื่องบิน วัตถุนี้อาจเป็นดินสอก็ได้ ซึ่งหลังจากหมุน 360 องศา ก็จะไปอยู่ที่ตำแหน่งเดิม ในกรณีของการหมุนเป็นศูนย์ ไม่ว่าวัตถุจะหมุนอย่างไร มันก็จะมีลักษณะเหมือนเดิมเสมอ เช่น ลูกบอลสีเดียว

สำหรับการหมุน 1/2 ครั้ง คุณจะต้องมีวัตถุที่คงรูปลักษณ์ไว้เมื่อหมุน 180 องศา อาจเป็นดินสออันเดียวกันได้ เพียงลับให้คมทั้งสองด้านเท่านั้น การหมุน 2 จะต้องคงรูปร่างไว้เมื่อหมุน 720 องศา และการหมุน 3/2 จะต้อง 540

คุณลักษณะนี้มีความสำคัญมากสำหรับฟิสิกส์ของอนุภาค

แบบจำลองมาตรฐานของอนุภาคและปฏิกิริยา

นักวิทยาศาสตร์ตัดสินใจจัดโครงสร้างวัตถุเหล่านั้นขึ้นมาด้วยชุดของวัตถุขนาดเล็กที่น่าประทับใจซึ่งประกอบกันเป็นโลกรอบตัวเรา และนี่คือวิธีที่โครงสร้างทางทฤษฎีที่รู้จักกันดีที่เรียกว่า "แบบจำลองมาตรฐาน" ก่อตัวขึ้น เธออธิบายปฏิสัมพันธ์สามอย่างและอนุภาค 61 ชิ้นโดยใช้อนุภาคพื้นฐาน 17 ชนิด ซึ่งบางส่วนเธอคาดการณ์ไว้นานก่อนการค้นพบ

การโต้ตอบทั้งสามคือ:

• แม่เหล็กไฟฟ้า มันเกิดขึ้นระหว่างอนุภาคที่มีประจุไฟฟ้า ในกรณีง่ายๆ ที่ทราบจากโรงเรียน วัตถุที่มีประจุตรงข้ามจะดึงดูด และวัตถุที่มีประจุในทำนองเดียวกันจะผลักกัน สิ่งนี้เกิดขึ้นผ่านทางพาหะที่เรียกว่าปฏิสัมพันธ์ทางแม่เหล็กไฟฟ้า - โฟตอน
• แรงหรือที่เรียกว่าปฏิกิริยานิวเคลียร์ ดังที่ชื่อบอกเป็นนัย การกระทำของมันขยายไปถึงวัตถุลำดับนิวเคลียสของอะตอม ซึ่งมีหน้าที่ในการดึงดูดโปรตอน นิวตรอน และอนุภาคอื่น ๆ ที่ประกอบด้วยควาร์กด้วย ปฏิสัมพันธ์ที่รุนแรงนั้นดำเนินการโดยกลูออน
• อ่อนแอ. มีผลในระยะทางที่เล็กกว่าขนาดของแกนกลางถึงพันเท่า เลปตันและควาร์ก รวมถึงปฏิปักษ์ของพวกมัน มีส่วนร่วมในปฏิสัมพันธ์นี้ ยิ่งไปกว่านั้น ในกรณีที่มีปฏิสัมพันธ์ที่อ่อนแอ พวกเขาสามารถแปลงร่างเป็นกันและกันได้ พาหะคือโบซอน W+, W− และ Z0

จึงได้จัดทำ Standard Model ขึ้นมาดังนี้ ประกอบด้วยควาร์ก 6 ตัว ซึ่งฮาดรอนทั้งหมด (อนุภาคที่มีปฏิสัมพันธ์รุนแรง) ประกอบด้วย:

• บน(u);
• หลงเสน่ห์ (c);
• จริง(t);
• ล่าง (ง);
• แปลก(s);
• น่ารัก (ข)

เป็นที่ชัดเจนว่านักฟิสิกส์มีฉายามากมาย อีก 6 อนุภาคคือเลปตัน เหล่านี้เป็นอนุภาคพื้นฐานที่มีการหมุน ½ ซึ่งไม่ได้มีส่วนร่วมในการโต้ตอบที่รุนแรง

• อิเล็กตรอน;
• อิเล็กตรอนนิวตริโน;
• มึน;
• มิวออนนิวตริโน;
• เทาเลปตัน;
• เทานิวตริโน

และกลุ่มที่สามของแบบจำลองมาตรฐานคือเกจโบซอน ซึ่งมีการหมุนเท่ากับ 1 และแสดงเป็นพาหะของการโต้ตอบ:

• กลูออน - แข็งแกร่ง;
• โฟตอน - แม่เหล็กไฟฟ้า;
• Z-boson - อ่อนแอ;
• W boson อ่อนแอ

สิ่งเหล่านี้ยังรวมถึงอนุภาค spin-0 ที่เพิ่งค้นพบ ซึ่งพูดง่ายๆ ก็คือให้มวลเฉื่อยแก่วัตถุใต้นิวเคลียร์อื่นๆ ทั้งหมด

ด้วยเหตุนี้ ตามแบบจำลองมาตรฐาน โลกของเราจึงมีลักษณะดังนี้ สสารทั้งหมดประกอบด้วยควาร์ก 6 ตัว ก่อตัวเป็นแฮดรอน และเลปตัน 6 ตัว อนุภาคทั้งหมดเหล่านี้สามารถมีส่วนร่วมในปฏิกิริยา 3 แบบ โดยตัวพาคือโบซอนแบบเกจ

ข้อเสียของรุ่นมาตรฐาน

อย่างไรก็ตาม แม้กระทั่งก่อนการค้นพบฮิกส์โบซอน ซึ่งเป็นอนุภาคสุดท้ายที่แบบจำลองมาตรฐานทำนายไว้ นักวิทยาศาสตร์ก็ได้ก้าวข้ามขีดจำกัดไปแล้ว ตัวอย่างที่ชัดเจนของสิ่งนี้คือสิ่งที่เรียกว่า “ปฏิสัมพันธ์แรงโน้มถ่วง” ซึ่งทัดเทียมกับสิ่งอื่นในปัจจุบัน สันนิษฐานว่าพาหะของมันคืออนุภาคที่มีการหมุน 2 ซึ่งไม่มีมวลและนักฟิสิกส์ยังไม่สามารถตรวจจับได้ - "กราวิตอน"

ยิ่งไปกว่านั้น แบบจำลองมาตรฐานยังอธิบายอนุภาคได้ 61 ตัว และปัจจุบันมนุษย์รู้จักอนุภาคมากกว่า 350 ตัวแล้ว ซึ่งหมายความว่างานของนักฟิสิกส์เชิงทฤษฎียังไม่สิ้นสุด

การจำแนกประเภทอนุภาค

เพื่อให้ชีวิตง่ายขึ้น นักฟิสิกส์ได้จัดกลุ่มอนุภาคทั้งหมดตามลักษณะโครงสร้างและคุณลักษณะอื่นๆ การจำแนกประเภทขึ้นอยู่กับเกณฑ์ต่อไปนี้:

• ตลอดชีวิต.
  1. มั่นคง. ซึ่งรวมถึงโปรตอนและแอนติโปรตอน อิเล็กตรอนและโพซิตรอน โฟตอน และกราวิตอน การดำรงอยู่ของอนุภาคเสถียรไม่ได้ถูกจำกัดด้วยเวลา ตราบใดที่อนุภาคเหล่านั้นยังอยู่ในสภาพอิสระ เช่น อย่าโต้ตอบกับสิ่งใดเลย
  2. ไม่เสถียร อนุภาคอื่นๆ ทั้งหมดจะสลายตัวเป็นส่วนประกอบในเวลาต่อมา ซึ่งเป็นสาเหตุว่าทำไมจึงเรียกว่าไม่เสถียร ตัวอย่างเช่น มิวออนมีชีวิตอยู่เพียง 2.2 ไมโครวินาทีและโปรตอน - 2.9 · 10 * 29 ปี หลังจากนั้นมันสามารถสลายตัวเป็นโพซิตรอนและไพออนที่เป็นกลาง
• น้ำหนัก.
  1. อนุภาคมูลฐานไม่มีมวล ซึ่งมีเพียงสามอนุภาคเท่านั้น ได้แก่ โฟตอน กลูออน และกราวิตอน
  2. อนุภาคขนาดใหญ่ยังเหลืออยู่ทั้งหมด
• ค่าสปิน
  1. การหมุนทั้งหมดรวมถึง ศูนย์ มีอนุภาคที่เรียกว่าโบซอน
  2. อนุภาคที่มีการหมุนรอบครึ่งจำนวนเต็มเรียกว่าเฟอร์มิออน
• การมีส่วนร่วมในการโต้ตอบ
  1. ฮาดรอน (อนุภาคโครงสร้าง) เป็นวัตถุใต้นิวเคลียร์ที่มีส่วนร่วมในปฏิกิริยาทั้งสี่ประเภท มีการกล่าวไว้ก่อนหน้านี้ว่าพวกมันประกอบด้วยควาร์ก แฮดรอนแบ่งออกเป็นสองประเภทย่อย: มีซอน (สปินจำนวนเต็ม, โบซอน) และแบริออน (สปินครึ่งจำนวนเต็ม, เฟอร์มิออน)
  2. มูลฐาน (อนุภาคไม่มีโครงสร้าง) ซึ่งรวมถึงเลปตัน ควาร์ก และเกจโบซอน (อ่านก่อนหน้านี้ - “แบบจำลองมาตรฐาน..”)

เมื่อทำความคุ้นเคยกับการจำแนกประเภทของอนุภาคทั้งหมดแล้ว คุณสามารถระบุบางส่วนได้อย่างแม่นยำ ดังนั้นนิวตรอนจึงเป็นเฟอร์มิออน ฮาดรอน หรือค่อนข้างเป็นแบริออน และเป็นนิวคลีออน กล่าวคือ มันมีการหมุนรอบครึ่งจำนวนเต็ม ประกอบด้วยควาร์กและมีส่วนร่วมในการโต้ตอบ 4 ครั้ง นิวคลีออนเป็นชื่อสามัญของโปรตอนและนิวตรอน

• เป็นที่น่าสนใจที่ฝ่ายตรงข้ามของอะตอมมิกส์ของเดโมคริตุสซึ่งทำนายการมีอยู่ของอะตอมระบุว่าสสารใด ๆ ในโลกจะถูกแบ่งออกอย่างไม่มีกำหนด พวกมันอาจกลายเป็นสิ่งที่ถูกต้องได้ในระดับหนึ่ง เนื่องจากนักวิทยาศาสตร์ได้จัดการแบ่งอะตอมออกเป็นนิวเคลียสและอิเล็กตรอน แยกนิวเคลียสออกเป็นโปรตอนและนิวตรอน และสิ่งเหล่านี้ก็กลายเป็นควาร์ก
• เดโมคริตุสสันนิษฐานว่าอะตอมมีรูปทรงเรขาคณิตที่ชัดเจน ดังนั้นอะตอมของการเผาไหม้ที่ "แหลมคม" อะตอมของของแข็งที่หยาบจะถูกยึดเข้าด้วยกันอย่างแน่นหนาโดยส่วนที่ยื่นออกมา และอะตอมที่เรียบของน้ำจะลื่นไถลระหว่างปฏิกิริยา ไม่เช่นนั้นพวกมันจะไหล
• โจเซฟ ทอมสันได้รวบรวมแบบจำลองอะตอมของเขาเอง ซึ่งเขาเห็นว่าเป็นวัตถุที่มีประจุบวก ซึ่งอิเล็กตรอนดูเหมือนจะ "ติดอยู่" นางแบบของเขาถูกเรียกว่า “โมเดลพุดดิ้งพลัม”
• Quarks ได้ชื่อมาจากนักฟิสิกส์ชาวอเมริกัน Murray Gell-Mann นักวิทยาศาสตร์ต้องการใช้คำที่คล้ายกับเสียงเป็ดต้มตุ๋น (kwork) แต่ในนวนิยาย Finnegans Wake ของ James Joyce เขาพบคำว่า "ควาร์ก" ในบรรทัด "Three quarks for Mr. Mark!" ซึ่งความหมายไม่ได้ถูกกำหนดไว้อย่างชัดเจน และเป็นไปได้ที่ Joyce จะใช้คำนี้เพียงเพื่อสัมผัสเท่านั้น เมอร์เรย์ตัดสินใจเรียกอนุภาคด้วยคำนี้ เนื่องจากในขณะนั้นรู้จักควาร์กเพียง 3 ตัวเท่านั้น
• แม้ว่าโฟตอนซึ่งเป็นอนุภาคของแสงจะไม่มีมวล แต่เมื่ออยู่ใกล้หลุมดำ ดูเหมือนว่าพวกมันจะเปลี่ยนวิถีโคจรเมื่อพวกมันถูกดึงดูดโดยแรงโน้มถ่วง ในความเป็นจริง วัตถุที่มีมวลมหาศาลทำให้อวกาศ-เวลาโค้งงอ ซึ่งเป็นเหตุผลว่าทำไมอนุภาคใดๆ รวมถึงอนุภาคที่ไม่มีมวล จึงเปลี่ยนวิถีการเคลื่อนที่ไปทางหลุมดำ (ดู)
• เครื่องชนอนุภาคแฮดรอนขนาดใหญ่นั้นเป็น "ฮาโดรนิก" อย่างแน่นอนเพราะมันชนคานฮาดรอนสองลำที่มีทิศทางโดยตรง ซึ่งเป็นอนุภาคที่มีขนาดตามลำดับนิวเคลียสของอะตอมที่มีส่วนร่วมในปฏิกิริยาทั้งหมด