Elementarpartikel

• Leptoner  är fermioner som har formen av punktpartiklar (det vill säga de består inte av någonting) upp till skalor i storleksordningen 10 −18 m. De deltar inte i starka interaktioner. Deltagande i elektromagnetiska interaktioner har endast observerats experimentellt för laddade leptoner ( elektroner , myoner , tauleptoner ) och har inte observerats för neutriner . Det finns 6 typer av leptoner kända.
• Kvarkar  är fraktionsladdade partiklar som utgör hadroner. De har inte observerats i det fria tillståndet (mekanismen för inneslutning har föreslagits för att förklara frånvaron av sådana observationer ). Liksom leptoner är de indelade i 6 typer och anses vara strukturlösa, men till skillnad från leptoner deltar de i stark interaktion.
• Gaugebosoner  är partiklar genom utbytet av vilka interaktioner utförs:
  • foton  - en partikel som bär elektromagnetisk interaktion ;
  • åtta gluon-  partiklar som bär den starka kraften ;
  • tre intermediära vektorbosoner W + , W− och Z 0 , som bär den svaga interaktionen ;
  • graviton  är en hypotetisk partikel som bär gravitationsinteraktion . Förekomsten av gravitoner, även om de ännu inte experimentellt bevisats på grund av gravitationsinteraktionens svaghet, anses ganska trolig; dock ingår inte gravitonen i standardmodellen för elementarpartiklar .

Hadroner och leptoner bildar materia . Gaugebosoner är mängder av olika typer av interaktioner.

Dessutom innehåller standardmodellen nödvändigtvis Higgs-bosonen , som förutspåddes 1964 och upptäcktes 2012 vid Large Hadron Collider .

Storlekar på elementarpartiklar

Trots den stora variationen av elementarpartiklar passar deras storlekar in i två grupper. Måtten på hadroner (både baryoner och mesoner) är cirka 10 −15 m , vilket är nära det genomsnittliga avståndet mellan deras kvarkar. Storleken på fundamentala, strukturlösa partiklar – gauge bosoner, kvarkar och leptoner – inom det experimentella felet överensstämmer med deras punktkaraktär (den övre gränsen för diametern är cirka 10 −18 m ) ( se förklaring ). Om den slutliga storleken på dessa partiklar inte hittas i ytterligare experiment, kan detta tyda på att storlekarna på gauge bosoner, kvarkar och leptoner är nära den fundamentala längden (vilket mycket troligt [4] kan visa sig vara Plancklängden lika med 1,6 10 − 35 m).

Det bör dock noteras att storleken på en elementarpartikel är ett ganska komplext koncept, inte alltid förenligt med klassiska koncept. För det första tillåter osäkerhetsprincipen inte strikt lokalisering av en fysisk partikel. Ett vågpaket , som representerar en partikel som en superposition av exakt lokaliserade kvanttillstånd , har alltid ändliga dimensioner och en viss rumslig struktur, och paketstorlekarna kan vara ganska makroskopiska - till exempel känns en elektron i ett experiment med interferens på två slitsar ” båda interferometerslitsarna åtskilda av ett makroskopiskt avstånd. För det andra ändrar en fysisk partikel strukturen av vakuumet runt sig själv och skapar ett "skikt" av kortvariga virtuella partiklar  - fermion-antifermionpar (se Vakuumpolarisering ) och interaktionsbärarbosoner. De rumsliga dimensionerna av denna region beror på de mätladdningar som partikeln har och på massorna av de mellanliggande bosonerna (radien på skalet av massiva virtuella bosoner är nära deras Compton-våglängd , vilket i sin tur är omvänt proportionell mot deras massa). Så radien för en elektron från neutrinos synvinkel (endast svag interaktion mellan dem är möjlig) är ungefär lika med Compton-våglängden för W-bosoner , ~3 × 10 −18 m , och dimensionerna för regionen stark interaktion av en hadron bestäms av Compton-våglängden för den lättaste av hadronen, pi-mesonen ( ~10 −15 m ), som här fungerar som en interaktionsbärare.

Historik

Ursprungligen betydde termen "elementarpartikel" något absolut elementärt, den första tegelstenen av materia . Men när hundratals hadroner med liknande egenskaper upptäcktes på 1950- och 1960-talen , blev det tydligt att åtminstone hadroner har interna frihetsgrader, det vill säga de är inte, i ordets strikta mening, elementära. Denna misstanke bekräftades senare när det visade sig att hadroner bestod av kvarkar .

Således har fysiker rört sig lite djupare in i materiens struktur: de mest elementära punktdelarna av materien betraktas nu som leptoner och kvarkar. För dessa (tillsammans med gauge bosoner) används termen fundamentala partiklar .

I strängteorin , som har utvecklats aktivt sedan mitten av 1980- talet, antas att elementarpartiklar och deras växelverkan är konsekvenserna av olika typer av vibrationer av särskilt små ”strängar”.

Standardmodell

Standardmodellen av elementarpartiklar inkluderar 12 smaker av fermioner, deras motsvarande antipartiklar, såväl som mätbosoner ( foton , gluoner , W- och Z -bosoner ), som bär interaktioner mellan partiklar, och Higgs-bosonen som upptäcktes 2012 , ansvarig för närvaron av en inert partikelmassa. Standardmodellen betraktas dock till stor del som en tillfällig teori snarare än en verkligt fundamental, eftersom den inte inkluderar gravitation och innehåller flera dussin fria parametrar (partikelmassor, etc.) vars värden inte följer direkt från teorin. Kanske finns det elementarpartiklar som inte beskrivs av Standardmodellen - till exempel graviton (en partikel som hypotetiskt bär gravitationskrafter) eller supersymmetriska partners till vanliga partiklar. Totalt beskriver modellen 61 partiklar [5] .

Fermions

De 12 smakerna av fermioner är indelade i 3 familjer ( generationer ) med 4 partiklar vardera. Sex av dem är kvarkar . De andra sex är leptoner , varav tre är neutrinos , och de återstående tre bär en negativ enhetsladdning: elektronen , muonen och tauleptonen .

Första generationens	Andra generationen	tredje generationen
Elektron : e _	Myon : μ −	Tau lepton : τ −
Elektronneutrino : ν e	Muon neutrino : ν μ	Tau neutrino :
u-kvark ("överst"): u	c-quark ("charmerad"): c	t-kvark ("sant"): t
d-quark ("botten"): d	s-kvark ("konstigt"): s	b-kvark ("vacker"): b

Antipartiklar

Det finns också 12 fermioniska antipartiklar som motsvarar ovanstående tolv partiklar.

antipartiklar

Första generationens	Andra generationen	tredje generationen
positron : e +	Positiv myon: μ +	Positiv tau lepton: τ +
Elektronisk antineutrino:	Muon antineutrino:	Tau antineutrino:
u -antikvark:	c -antikvark:	t -antikvark:
d -antiquark:	s -antikvark:	b - antikvark:

Quarks

Kvarkar och antikvarker har aldrig hittats i ett fritt tillstånd - detta beror på fenomenet instängdhet . Baserat på symmetrin mellan leptoner och kvarkar, manifesterad i den elektromagnetiska interaktionen , ställs hypoteser om att dessa partiklar består av mer fundamentala partiklar - preoner .

Okända partiklar

Enligt de flesta fysiker finns det hittills okända typer av partiklar som utgör mörk materia [6]

Se även

• Lista över partiklar
• fundamental partikel
• Grundläggande interaktioner
• Högenergifysik
• Elementarpartiklars fysik
• Fysik bortom standardmodellen
• Strängteorin

Anteckningar

1. ↑

   Vad betyder "elementarpartikel"? Författaren har svårt att svara på denna fråga; termen "elementarpartikel" syftar snarare på nivån på vår kunskap.

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

   Generellt kan man säga att vi i varje skede av vetenskapens utveckling kallar elementarpartiklar de strukturer som vi inte känner till och som vi betraktar som punktpartiklar.

   Fermi E. Föreläsningar om atomfysik // M: IL, 1952. - S. 9.
3. ↑ 1 2 Grundläggande partiklar och 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 , sid. 386.

Litteratur

• Lawrence Krauss. Varför finns vi. Den största historien som någonsin berättats = Krauss. Den största berättelsen som någonsin berättats - Hittills: Varför är vi här?. - M . : Alpina Facklitteratur, 2018. - ISBN 978-5-91671-948-2 .
• Chefredaktör A. M. Prokhorov . Fysisk uppslagsverk . — M .: Sovjetiskt uppslagsverk .

Länkar

• Krönika över upptäckter inom kärn- och partikelfysik , utarbetad av personalen vid fakulteten för fysik vid Moscow State University uppkallad efter M.V. Lomonosov
• Elementarpartiklars fysik på Scientific.ru
• Den fullständiga tabellen över elementära partiklar , utarbetad av Particle Data Group  (eng.)
• Elementarpartiklars fysik - i världen, vid INP, vid avdelningen för FEC
•  Namn: Poesi av elementarpartiklar

Ordböcker och uppslagsverk	Stor ryss runt världen

Partiklar i fysiken
grundläggande partiklar	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 Mätare γ g W ±  •Z 0 Skalär Higgs boson
Kompositpartiklar _	hadroner Baryoner ( Hyperoner ) Nukleoner sid sid n n Δ Λ Σ Ξ Ω Pentaquarks Mesons ( Quarkonia ) π η • η′ sid ω φ J/ψ ϒ θ K B D T Tetraquarks Föreningar av fundamentala och (eller) sammansatta partiklar Vanlig Atomkärnor deuteron Triton Helion α atomer joner Katjoner anjoner molekyler Ovanlig I hypernucleus fysik : Λ -hypernuclei Hyperväte Hypertriton Σ -hypernuclei Exotiska atomer : Mesoatomer Muonic Muoniskt väte Hadronic pion Kaonic Antiproton Σ -hyperonisk Leptonatomer positronium Muonium Dimuonium protonium Pion mesomolecule Dipositronium
Lista över partiklar Lista över baryoner Lista över mesoner standardmodell