Alkuainehiukkanen

• Leptonit  ovat fermioneja, jotka ovat pistehiukkasten muotoisia (eli ne eivät koostu mistään) luokkaa 10 −18 m. Ne eivät osallistu voimakkaaseen vuorovaikutukseen. Osallistumista sähkömagneettisiin vuorovaikutuksiin on kokeellisesti havaittu vain varautuneilla leptoneilla ( elektronit , myonit , tau-leptonit ), eikä sitä ole havaittu neutriinoilla . Leptoneja tunnetaan 6 tyyppiä.
• Kvarkit  ovat jakeittain varattuja hiukkasia, jotka muodostavat hadroneja. Niitä ei ole havaittu vapaassa tilassa ( sulkemismekanismia on ehdotettu selittämään tällaisten havaintojen puuttuminen ). Leptonien tapaan ne jaetaan kuuteen tyyppiin ja niitä pidetään rakenteettomina, mutta toisin kuin leptonit, ne osallistuvat vahvaan vuorovaikutukseen.
• Mittaribosonit  ovat hiukkasia, joiden vaihdon kautta vuorovaikutus tapahtuu:
  • fotoni  - hiukkanen, joka kuljettaa sähkömagneettista vuorovaikutusta ;
  • kahdeksan gluonia  - hiukkasta, jotka kuljettavat vahvaa voimaa ;
  • kolme välivektoribosonia W + , W- ja Z 0 , jotka kantavat heikkoa vuorovaikutusta ;
  • gravitoni  on hypoteettinen hiukkanen, jossa on gravitaatiovuorovaikutus . Gravitonien olemassaoloa pidetään melko todennäköisenä, vaikka sitä ei ole vielä kokeellisesti todistettu gravitaatiovuorovaikutuksen heikkouden vuoksi; gravitoni ei kuitenkaan sisälly alkuainehiukkasten standardimalliin .

Hadronit ja leptonit muodostavat aineen . Mittaribosonit ovat erityyppisten vuorovaikutusten kvantteja.

Lisäksi vakiomalli sisältää välttämättä Higgsin bosonin , joka ennustettiin vuonna 1964 ja löydettiin vuonna 2012 Large Hadron Colliderista .

Alkuainehiukkasten koot

Alkuainehiukkasten suuresta valikoimasta huolimatta niiden koot mahtuvat kahteen ryhmään. Hadronien (sekä baryonien että mesonien) mitat ovat noin 10 −15 m , mikä on lähellä niiden kvarkkien keskimääräistä etäisyyttä. Perusteellisten, rakenteettomien hiukkasten – mittabosonien, kvarkkien ja leptonien – koot kokeellisen virheen sisällä ovat yhtäpitäviä niiden pisteluonteen kanssa (halkaisijan yläraja on noin 10 −18 m ) ( katso selitys ). Jos näiden hiukkasten lopullisia kokoja ei löydy jatkokokeissa, tämä voi viitata siihen, että mittabosonien, kvarkkien ja leptonien koot ovat lähellä peruspituutta (joka hyvin todennäköisesti [4] voi osoittautua Planckin pituudeksi yhtä suuri kuin 1,6 10 − 35 m).

On kuitenkin huomattava, että alkuainehiukkasen koko on melko monimutkainen käsite, joka ei aina ole klassisten käsitteiden mukainen. Ensinnäkin epävarmuusperiaate ei salli fyysisen hiukkasen tiukasti paikallistamista. Aaltopaketilla , joka edustaa hiukkasta tarkasti paikallistettujen kvanttitilojen superpositiona , on aina rajalliset mitat ja tietty tilarakenne, ja pakettien koot voivat olla melko makroskooppisia - esimerkiksi elektroni kokeessa interferenssillä kahdessa raossa "tuntuu" ” molemmat interferometrin raot erotetaan toisistaan ​​makroskooppisella etäisyydellä. Toiseksi fyysinen hiukkanen muuttaa tyhjiön rakennetta ympärillään luoden lyhytaikaisten virtuaalihiukkasten "päällysteen"  - fermion-antifermion -pareja (katso Tyhjiöpolarisaatio ) ja vuorovaikutuksen kantajabosoneja. Tämän alueen avaruudelliset mitat riippuvat hiukkasen hallussa olevista mittavarauksista ja välibosonien massoista (massiivisten virtuaalisten bosonien kuoren säde on lähellä niiden Compton-aallonpituutta , joka puolestaan ​​on kääntäen verrannollinen hiukkasten kanssa massa). Joten elektronin säde neutriinojen kannalta (vain heikko vuorovaikutus niiden välillä on mahdollista) on suunnilleen sama kuin W-bosonien Comptonin aallonpituus ~3 × 10 -18 m ja alueen mitat hadronin voimakas vuorovaikutus määräytyy kevyimmän hadronin, pi-mesonin ( ~10 −15 m ) Compton-aallonpituudella, joka toimii tässä vuorovaikutuksen kantajana.

Historia

Aluksi termi "alkuainehiukkanen" tarkoitti jotain aivan alkeellista, aineen ensimmäistä tiiliä . Kuitenkin, kun 1950- ja 1960-luvuilla löydettiin satoja ominaisuuksiltaan vastaavia hadroneja , kävi selväksi, että ainakin hadroneilla on sisäiset vapausasteet, eli ne eivät ole sanan varsinaisessa merkityksessä alkeisasteita. Tämä epäilys vahvistui myöhemmin, kun kävi ilmi, että hadronit koostuivat kvarkeista .

Näin ollen fyysikot ovat siirtyneet hieman syvemmälle aineen rakenteeseen: aineen alkeisimpia, pistemäisiä osia pidetään nykyään leptoneina ja kvarkeina. Näille (yhdessä mittabosonien kanssa) käytetään termiä perushiukkaset .

1980- luvun puolivälistä lähtien aktiivisesti kehitetyssä jousiteoriassa oletetaan, että alkuainehiukkaset ja niiden vuorovaikutukset ovat seurausta erityisen pienten "kielien" erityyppisistä värähtelyistä.

Vakiomalli

Alkuainehiukkasten standardimalli sisältää 12 fermionin makua , niitä vastaavat antihiukkaset sekä mittabosonit ( fotonit , gluonit , W- ja Z -bosonit ), jotka kuljettavat hiukkasten välisiä vuorovaikutuksia, ja vuonna 2012 löydetyn Higgsin bosonin , joka vastaa inerttien hiukkasmassojen läsnäolo. Standardimallia pidetään kuitenkin suurelta osin väliaikaisena teoriana eikä todella perustavanlaatuisena, koska se ei sisällä painovoimaa ja sisältää useita kymmeniä vapaita parametreja (hiukkasmassat jne.), joiden arvot eivät seuraa suoraan teoriasta. Ehkä on olemassa alkuainehiukkasia, joita standardimalli ei kuvata - esimerkiksi gravitoni (hiukkanen, joka hypoteettisesti kuljettaa gravitaatiovoimia) tai tavallisten hiukkasten supersymmetriset kumppanit. Yhteensä malli kuvaa 61 hiukkasta [5] .

Fermions

Fermionien 12 makua on jaettu 3 perheeseen ( sukupolveen ), joissa kussakin on 4 hiukkasta. Kuusi niistä on kvarkkeja . Muut kuusi ovat leptoneja , joista kolme on neutriinoja , ja loput kolme kantavat negatiivisen yksikön varauksen: elektroni , myoni ja tau leptoni .

Ensimmäinen sukupolvi	Toinen sukupolvi	kolmas sukupolvi
Elektroni : e_ _	Muoni : μ −	Tau lepton : τ −
Elektronineutrino : ν e	Muonineutrino : ν μ	Tau neutrino :
u-kvarkki ("yläosa"): u	c-kvarkki ("lumottu"): c	t-kvarkki ("tosi"): t
d-kvarkki ("pohja"): d	s-kvarkki ("outo"): s	b-kvarkki ("kaunis"): b

Antihiukkaset

Siellä on myös 12 fermionista antihiukkasta, jotka vastaavat edellä mainittuja 12 hiukkasta.

antihiukkasia

Ensimmäinen sukupolvi	Toinen sukupolvi	kolmas sukupolvi
positroni : e +	Positiivinen myoni: μ +	Positiivinen tau lepton: τ +
Elektroninen antineutrino:	Muon antineutrino:	Tau antineutrino:
u -antikvarkki:	c -antikvarkki:	t -antikvarkki:
d - antikvarkki:	s -antikvarkki:	b - antikvarkki:

Quarks

Kvarkkeja ja antikvarkeja ei ole koskaan löydetty vapaassa tilassa - tämä johtuu vangitsemisilmiöstä . Leptonien ja kvarkkien välisen symmetrian perusteella, joka ilmenee sähkömagneettisessa vuorovaikutuksessa , esitetään hypoteeseja, että nämä hiukkaset koostuvat perustavanlaatuisemmista hiukkasista - preoneista .

Tuntemattomia hiukkasia

Useimpien fyysikkojen mukaan on olemassa toistaiseksi tuntemattomia hiukkastyyppejä, jotka muodostavat pimeän aineen [6]

Katso myös

• Luettelo hiukkasista
• perushiukkanen
• Perusvuorovaikutukset
• Korkean energian fysiikka
• Alkuainehiukkasten fysiikka
• Fysiikka standardimallin ulkopuolella
• Säieteoria

Muistiinpanot

1. ↑

   Mitä "alkuainehiukkanen" tarkoittaa? Kirjoittaja ei pysty vastaamaan tähän kysymykseen; termi "alkuainehiukkanen" viittaa pikemminkin tietomme tasoon.

   Fermi E. Luentoja atomifysiikasta // M: IL, 1952. - s. 9.
2. ↑

   Yleisesti ottaen voidaan sanoa, että tieteen jokaisessa kehitysvaiheessa kutsumme alkuainehiukkasia, joiden rakenteita emme tunne ja joita pidämme pistehiukkasina.

   Fermi E. Luentoja atomifysiikasta // M: IL, 1952. - s. 9.
3. ↑ 1 2 Perushiukkaset ja vuorovaikutukset
4. ↑ A. M. Prokhorov. Physical Encyclopedia , artikkeli "Peruspituus" ( sähköinen versio ).
5. ↑ Puolet magneetista // Popular Mechanics No. 2, 2015 ( Arkisto )
6. ↑ Krauss, 2018 , s. 386.

Kirjallisuus

• Lawrence Krauss. Miksi olemme olemassa. Suurin koskaan kerrottu tarina = Krauss. Suurin koskaan kerrottu tarina - Toistaiseksi: Miksi olemme täällä?. - M . : Alpina tietokirjallisuus, 2018. - ISBN 978-5-91671-948-2 .
• Päätoimittaja A. M. Prokhorov . Fyysinen tietosanakirja . - M .: Neuvostoliiton tietosanakirja .

Linkit

• M.V. Lomonosovin mukaan nimetyn Moskovan valtionyliopiston fysiikan tiedekunnan henkilökunnan laatima ydin- ja hiukkasfysiikan löytöjen kronikka
• Alkuainehiukkasten fysiikka osoitteessa Scientific.ru
• Alkuainehiukkasten täydellinen taulukko , jonka on laatinut Particle Data Group  (eng.)
• Alkuainehiukkasten fysiikka - maailmassa, INP:ssä, FEC:n osastolla
•  Nimet : Alkuainehiukkasten runous

Sanakirjat ja tietosanakirjat	Iso venäläinen maailman ympäri

Hiukkaset fysiikassa
perushiukkasia _	Fermions Kvarkit u d s c b t Leptonit e- _ e + μ −  • μ + τ −  • τ + Neutrino ν e  • ν e ν μ  • ν μ ν τ  • ν τ Bosonit Arvioida γ g W ±  •Z 0 Skalaari Higgsin bosoni
Komposiittihiukkaset _	hadronit Baryonit ( hyperonit ) Nukleonit s s n n Δ Λ Σ Ξ Ω Pentakvarkit Mesonit ( Quarkonia ) π η • η′ s ω φ J/ψ ϒ θ K B D T Tetrakvarkit Perus- ja (tai) yhdistehiukkasten yhdisteet Tavallinen Atomiytimet deuteron Triton Helion α atomeja ioneja Kationit Anionit molekyylejä Epätavallinen Hypernukleusfysiikassa : Λ -hyperytimet Hypervety Hypertriton Σ -hyperytimet Eksoottiset atomit : Mesoatomit Muonic Muoninen vety Hadronic pioni Kaonic Antiprotoni Σ -hyperoninen Leptonin atomit positronium Muonium Dimuonium protonium Pioni mesomolekuli Dipositronium
Luettelo hiukkasista Luettelo baryoneista Luettelo mesoneista standardi malli