УТОЧНЁННАЯ ИНФОРМАЦИЯ ОБ ЭЛЕМЕНТАРНЫХ ЧАСТИЦАХ
Как отмечал в своих выступлениях Йонас Герви, в современной физике имеют дело гораздо с большим количеством элементарных частиц, чем 37. Более того, известное на определённый момент времени число видом частиц через определённый период возрастает, так как учёные открывают новые и новые их типы. В этой связи хотелось бы сделать два замечания.
1. Так как элементарные частицы «обитают», как правило, в запредельности, и вопрос об их природе и происхождении пока, как ни странно, остаётся открытым, можно предположить, что число видов таких частиц, фактически, неограниченно, и открывать и классифицировать их – занятие по меньшей мере неблагодарное. Й. Герви в этом отношении поступил дальновидно, предложив в рамках новейшей теории эволюции оперировать вышеперечисленными (относительно) стабильными частицами, существование которых сомнений уже не вызывает.
Основанием для предположения о неисчислимом количестве элементарных частиц является один из выводов Й. Герви о т.н. протоматерии, которая эволюционирует и превращается в различные сущности, обеспечивая тем самым движение и развитие во всём нашем действительном мире. Протоматерия разворачивается в том числе и в пространство, с которым мы имеем дело в нашей земной жизни (есть и другое понятие пространства; о нём речь пойдёт ниже). В свою очередь, это пространство может быть четырёх видов. Одно из них - это пространство, про которое говорят, что оно расширяется со скоростью около 50 км/сек – постоянная Хаббла – т.е. здесь мы имеем расширяющееся пространство. В качестве противовеса ему выступает концентрированное пространство, в качестве примеров которого можно назвать протон, Солнце, человек, планеты. Поскольку число видов планет, солнц и, предположительно, видов человека теоретически можно представить как величину бесконечную, то таким же бесконечным может быть и число не то чтобы протонов, но даже и разновидностей протонов, и, следовательно, и количество разновидностей элементарных частиц.
2. Существует получающая всё большее распространение точка зрения, что мысли и желания исследователя непосредственно влияют на результаты, полученные в ходе проведения экспериментов (это верно и не только для учёных), т.е. такой исследователь получает такой результат, который он хочет получить. В этом случае также можно предположить, что открытие новых элементарных частиц в обозримом будущем не прекратится, так как их будут не открывать, а, на самом деле, «создавать».
Разумеется, автор ни в коем случае не ставит под сомнение правдивость достижений учёных-физиков и оправданность продолжения их исследований. Речь идёт лишь только о том, чтобы выбрать из океана современных знаний наиболее стабильные, которые могут дать основу построения новых мировоззренческих теорий. В связи с этим данная глава написана больше для ознакомления, с тем чтобы проиллюстировать читателю тот физический «фон», на котором существуют сегодня 37 элементарных частиц.
Общая классификация
В современной физике в целом сложилась непростая ситуация, возникшая вследствие борьбы между «ортодоксальной» и «новой» наукой Дело в том что развитие этой науки можно условно разделить на доквантовый период (классическая физика) и постквантовый (современная). Если в классической физике все было аккуратно расставлено по полочкам то с появлением квантовой механики ситуация стала более сложной.
Например, во времена Ньютона считалось, что пространство и время не обладают какими-либо физическими свойствами, а являются вместилищем вещей и событий. Вакуум (пустота) соответствовал своему названию. Современная физика наполнила вакуум виртуальными (ненаблюдаемыми) частицами, наделила время свойством течь медленнее с увеличением скорости движения, а пространство - свойством менять свою геометрию. Результат оказался значительно меньше ожидаемого. Так и не удалось построить теорию ядра и элементарных частиц, а в космологии продвижение оставляет желать много лучшего.
Те в случае следования традиционным взглядам многие явления микромира объяснить не получается Чтобы адекватно отражать реалии микромира, физики пробуют ввести новую классификацию элементарных частиц, один из вариантов которой приведён ниже (без указания античастиц).
|
|
|
|
|
|
|
Вещество
|
Адроны
|
Мезоны
|
Пионы
|
|
1 кварк + 1 антикварк
|
Преоны (?)
|
Каоны
|
|
1 кварк + 1 антикварк
|
Преоны (?)
|
Барионы
|
Нуклоны
|
Протоны
|
3 кварка + 3 цвета
|
Преоны (?)
|
Нейтроны
|
3 кварка + 3 цвета
|
Преоны (?)
|
Гипероны
|
|
|
Преоны (?)
|
Экзотические барионы
|
|
|
|
Преоны (?)
|
Экзотические мезоны
|
|
|
|
Преоны (?)
|
Лептоны
|
Электрон
|
|
|
|
Преоны (?)
|
Электронное нейтрино
|
|
|
|
Преоны (?)
|
Мюоны
|
|
|
|
Преоны (?)
|
Мюонное нейтрино
|
|
|
|
Преоны (?)
|
Таон
|
|
|
|
Преоны (?)
|
Тау-нейтрино
|
|
|
|
Преоны (?)
|
Частицы-переносчики взаимодействия (они же излучения, они же калибровочные бозоны)
|
Глюоны (восемь) для сильного взаимодействия
|
Тяжёлые бозоны (три: W+, W+, Z0) для слабого взаимодействия
|
Фотоны (один) для электромагнитного взаимодействия
|
За основу вышеприведённой классификации взято не просто механическое распределение частиц, а их способность взаимодействовать. При описании взаимодействия физика элементарных частиц (ФЭЧ) уделяет одинаковое внимание, как самим частицам, так и процессу их взаимодействия.
Вышеотмеченные взаимодействия делят на три группы: электромагнитное, слабое и сильное (существует и гравитационное взаимодействие, но здесь она не рассматривается).
Электромагнитное взаимодействие – проявляется через разнообразные силы (трения, сжатия и т.д.) в результате электростатического взаимодействия электронных оболочек атомов.
Сильное взаимодействие – самое сильное из фундаментальных. Превосходит электромагнитное примерно в 100 раз, его радиус действия около 10-13 см. Частный случай сильного взаимодействия – ядерные силы в атомных ядрах.
Необходимость введения сильных взаимодействий возникла в 1930-х годах, когда стало ясно, что ни гравитационное, ни электромагнитное взаимодействия не могли объяснить, что связывает нуклоны в ядрах. В 1935 году Х.Юкава построил первую количественную теорию взаимодействия нуклонов посредством обмена новыми частицами, которые сейчас известны как пионы. Пионы были впоследствии открыты экспериментально в 1947 году.
В этой пион-нуклонной теории притяжение или отталкивание двух нуклонов описывалось как испускание пиона одним нуклоном и последующее его поглощение другим нуклоном (по аналогии с электромагнитным взаимодействием, которое описывается как обмен виртуальным фотоном). Эта теория успешно описала целый круг явлений в нуклон-нуклонных столкновениях и связанных состояниях, а также в столкновениях пионов с нуклонами.
Иногда говорят, что сильное взаимодействие есть обмен глюонами.
Слабое взаимодействие – характеризуется малой величиной и короткодействием (по сравнению с сильным взаимодействием). Играет очень важную роль в природе. Так, если бы удалось «выключить» слабое взаимодействие, то погасло бы Солнце, т. к. был бы невозможен процесс превращения протона (р) в нейтрон (n), позитрон (е+) и нейтрино (n). Именно в результате этого процесса происходит «выгорание» водорода на Солнце, и четыре протона превращаются в ядро гелия, состоящее из двух протонов и двух нейтронов. Этот процесс служит источником энергии как Солнца, так и большинства звёзд.
Процессы слабого взаимодействия с испусканием нейтрино, по-видимому, вообще играют исключительно важную роль в эволюции звёзд, обусловливая потери энергии очень горячими звёздами, механизмы, взрывов сверхновых звёзд с образованием пульсаров и т. д. Ещё один пример: если бы не было слабого взаимодействия, то были бы стабильны и широко распространены в обычном веществе мюоны и пм-мезоны, а также странные частицы, которые, как известно, под действием С. в. распадаются за миллионные — миллиардные доли сек на обычные (нестранные) частицы.
Сами частицы классифицируются в зависимости от роли, которую они играют в этих взаимодействиях: есть частицы, образующие вещество, и есть частицы, «переносящие» взаимодействие вещества. Вещество включает адроны и лептоны.
Адроны участвуют в сильных взаимодействиях. Состоят из кварков и подразделяются на мезоны и барионы.
Мезоны – это адроны с целым спином.
Барионы включают нуклоны и гипероны.
Нуклоны – протон и нейтрон. Это разные частицы, так как протон электрически заряжен, а нейтрон — нет. Однако, с точки зрения сильного взаимодействия, которое является определяющим в масштабе атомных ядер, эти частицы неразличимы, поэтому и был введен термин «нуклон», а протон и нейтрон стали рассматриваться как два различных состояния нуклона, различающихся проекцией изотопического спина.
Гипероны – нестабильные барионы.
Кварки – частицы-составляющие адрона, которые несут его импульс, заряд, спин. Существуют только внутри адронов и не наблюдаются как изолированные объекты.
Преоны – предположительно, частицы-составляющие кварка.
Лептоны – не участвуют в сильных взаимодействия. Выглядят как точечные частицы (т.е. не состоящими из ничего) вплоть до масштаба 10-18 м.
Преоны - предположительно, частицы-составляющие лептона.
Калибровочные бозоны – переносчики взаимодействий.
Как видно из таблицы, самыми «неделимыми» являются кварки и лептоны. Их принято называть фундаментальными частицами.
С точки зрения спинового числа частицы можно разделить на фермионы и бозоны.
Фермион (ферми-частица) - частица, обладающая полуцелым спином. К фермионам относятся все барионы (протон, нейтрон, гипероны и др.) и лептоны (электрон, мюон, нейтрино) и их античастицы, а также такие квазичастицы, как, например, электронное и дырочное возбуждения в твёрдом теле.
Бозон (бозе-частица) - частица с целым (нулевым, целочисленным) спином. К бозонам относятся мезоны, фотоны и составные частицы из чётного числа фермионов.
|
