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소립자 5글자 크로스워드 퍼즐입니다. 기본 입자. 표준모형의 단점

다섯 글자의 기본 입자가 모두 아래에 나열되어 있습니다. 각 정의에 대해 간략한 설명이 제공됩니다.

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기본 입자 목록

광자

이는 빛과 같은 전자기 복사의 양자입니다. 빛은 빛의 흐름으로 구성된 현상입니다. 광자는 기본 입자입니다. 광자는 중성 전하를 가지며 질량은 0입니다. 광자 스핀은 1과 같습니다. 광자는 하전 입자 사이의 전자기 상호 작용을 전달합니다. 광자라는 용어는 빛을 의미하는 그리스어 phos에서 유래되었습니다.

포논

이는 평형 위치에서 결정 격자의 원자와 분자의 탄성 진동과 변위의 양자인 준입자입니다. 결정 격자에서는 원자와 분자가 끊임없이 상호 작용하며 서로 에너지를 공유합니다. 이와 관련하여 개별 원자의 진동과 유사한 현상을 연구하는 것은 거의 불가능합니다. 따라서 일반적으로 결정 격자 내부의 음파 전파 유형에 따라 원자의 무작위 진동이 고려됩니다. 이 파동의 양자는 포논입니다. 포논(phonon)이라는 용어는 그리스어 전화(소리)에서 유래되었습니다.

파존

변동 위상자는 합금이나 다른 이종상 시스템에서 여기되는 준입자로, 전자와 같은 하전 입자 주위에 전위 우물(강자성 영역)을 형성하고 이를 포착합니다.

로톤

이는 초유체 액체에서 소용돌이 운동의 발생과 관련된 높은 충격 영역의 초유체 헬륨의 기본 여기에 해당하는 준입자입니다. 라틴어로 번역된 Roton은 회전, 회전을 의미합니다. Roton은 0.6K보다 높은 온도에서 나타나며 정규 밀도 엔트로피 등과 같은 열용량의 온도 의존적 ​​특성을 기하급수적으로 결정합니다.

중간자

불안정한 비원소 입자입니다. 중간자는 우주선의 중전자입니다.
중간자의 질량은 전자의 질량보다 크고 양성자의 질량보다 작습니다.

중간자에는 짝수의 쿼크와 반쿼크가 있습니다. 중간자에는 파이온, 카온 및 기타 무거운 중간자가 포함됩니다.

쿼크

그것은 물질의 기본 입자이지만 지금까지는 가설에 불과합니다. 쿼크는 일반적으로 6개의 입자와 그 반입자(반쿼크)라고 불리며, 이는 다시 특수 기본 입자 하드론 그룹을 구성합니다.

양성자, 뉴런 등 강한 상호작용에 참여하는 입자는 서로 밀접하게 연결된 쿼크로 구성되어 있다고 믿어집니다. 쿼크는 끊임없이 다양한 조합으로 존재합니다. 빅뱅 이후 첫 순간에 쿼크가 자유로운 형태로 존재할 수 있다는 이론이 있습니다.

글루온

기본 입자. 한 이론에 따르면, 글루온은 쿼크를 서로 접착시켜 양성자와 뉴런과 같은 입자를 형성하는 것으로 보입니다. 일반적으로 글루온은 물질을 구성하는 가장 작은 입자입니다.

보손

보존-준입자 또는 보스-입자. 보존은 0 또는 정수 스핀을 갖습니다. 이름은 물리학자 Shatyendranath Bose를 기리기 위해 주어졌습니다. 보존은 무제한으로 동일한 양자 상태를 가질 수 있다는 점에서 다릅니다.

하드론

강입자는 실제로는 기본이 아닌 기본 입자입니다. 쿼크, 반쿼크, 글루온으로 구성됩니다. 하드론은 색 전하가 없으며 핵을 포함한 강력한 상호 작용에 참여합니다. 하드론이라는 용어는 그리스어 아드로스(adros)에서 유래한 것으로 크고 거대하다는 뜻이다.

물리학에서 소립자는 구성 요소로 나눌 수 없는 원자핵 규모의 물리적 물체였습니다. 그러나 오늘날 과학자들은 그 중 일부를 분리하는 데 성공했습니다. 이 작은 물체의 구조와 특성은 입자 물리학을 통해 연구됩니다.

모든 물질을 구성하는 가장 작은 입자는 고대부터 알려져 왔습니다. 그러나 소위 "원자론"의 창시자는 고대 그리스 철학자 레우키포스(Leucippus)와 그의 더 유명한 제자 데모크리토스(Democritus)로 간주됩니다. 후자가 "원자"라는 용어를 만든 것으로 추정됩니다. 고대 그리스에서 "atomos"는 고대 철학자들의 견해를 결정하는 "indivisible"로 번역됩니다.

나중에 원자가 핵과 전자라는 두 가지 물리적 대상으로 나눌 수 있다는 것이 알려졌습니다. 후자는 1897년 영국인 Joseph Thomson이 음극선에 대한 실험을 수행하여 동일한 질량과 전하를 갖는 동일한 입자의 흐름임을 발견했을 때 최초의 기본 입자가 되었습니다.

Thomson의 작업과 병행하여 엑스레이를 연구하는 Henri Becquerel은 우라늄 실험을 수행하고 새로운 유형의 방사선을 발견합니다. 1898년 프랑스의 물리학자 마리 퀴리와 피에르 퀴리는 다양한 방사성 물질을 연구하다가 동일한 방사성 방사선을 발견했습니다. 나중에 이 입자는 알파 입자(양성자 2개와 중성자 2개)와 베타 입자(전자)로 구성되어 있음이 밝혀졌으며, 베크렐과 퀴리는 노벨상을 받게 됩니다. 마리 스클로도프스카 퀴리는 우라늄, 라듐, 폴로늄 등의 원소를 연구하는 동안 장갑조차 사용하지 않는 등 어떠한 안전 조치도 취하지 않았습니다. 그 결과 1934년에 그녀는 백혈병에 걸렸습니다. 위대한 과학자의 업적을 기리기 위해 퀴리 부부가 발견한 원소인 폴로늄은 라틴어인 폴란드에서 마리아의 고향인 폴로니아를 기리기 위해 명명되었습니다.

1927년 V Solvay 회의 사진. 이 사진에서 이 기사에 나온 모든 과학자를 찾아보세요.

1905년부터 알베르트 아인슈타인(Albert Einstein)은 빛의 파동 이론의 불완전성에 대해 그의 출판물을 바쳤는데, 그 가정은 실험 결과와 상충되었습니다. 그 결과 뛰어난 물리학자는 빛의 일부인 "빛 양자"라는 아이디어를 얻었습니다. 나중에 1926년에 미국의 물리화학자 Gilbert N. Lewis가 그리스어 "phos"("빛")를 번역하여 "광자"라고 명명했습니다.

1913년 영국의 물리학자 어니스트 러더퍼드는 당시 이미 수행된 실험 결과를 바탕으로 많은 화학 원소의 핵 질량이 수소 핵 질량의 배수라는 점에 주목했습니다. 따라서 그는 수소 핵이 다른 원소의 핵의 구성 요소라고 가정했습니다. 그의 실험에서 러더퍼드는 질소 원자에 알파 입자를 조사했는데, 그 결과 어니스트가 다른 그리스어 "프로토스"(첫 번째, 주)에서 "양성자"로 명명한 특정 입자가 방출되었습니다. 나중에 양성자가 수소핵이라는 것이 실험적으로 확인되었습니다.

분명히 양성자는 화학 원소 핵의 유일한 구성 요소가 아닙니다. 이 아이디어는 핵에 있는 두 개의 양성자가 서로 반발하여 원자가 즉시 분해된다는 사실에서 비롯되었습니다. 따라서 러더퍼드는 질량이 양성자의 질량과 같지만 전하를 띠지 않는 또 다른 입자가 존재한다는 가설을 세웠습니다. 방사성 원소와 가벼운 원소의 상호 작용에 대한 과학자들의 일부 실험으로 인해 또 다른 새로운 방사선이 발견되었습니다. 1932년에 제임스 채드윅(James Chadwick)은 그것이 그가 중성자라고 불렀던 매우 중성인 입자로 구성되어 있다는 것을 알아냈습니다.

따라서 가장 유명한 입자인 광자, 전자, 양성자 및 중성자가 발견되었습니다.

또한, 새로운 핵 이하 물체의 발견은 점점 더 빈번해지는 사건이 되었으며, 현재 일반적으로 "기본"으로 간주되는 약 350개의 입자가 알려져 있습니다. 그 중 아직 분할되지 않은 것들은 구조가 없는 것으로 간주되어 "펀더멘털(fundamental)"이라고 불립니다.

스핀이란 무엇입니까?

물리학 분야의 추가 혁신을 진행하기 전에 모든 입자의 특성을 결정해야 합니다. 질량과 전하 외에 가장 잘 알려진 것에는 스핀도 포함됩니다. 이 양은 "고유 각운동량"이라고도 하며 핵 이하 물체 전체의 움직임과 전혀 관련이 없습니다. 과학자들은 스핀이 0, ½, 1, 3/2 및 2인 입자를 감지할 수 있었습니다. 비록 단순화되었지만 스핀을 물체의 속성으로 시각화하려면 다음 예를 고려하십시오.

물체의 회전이 1이라고 가정합니다. 그런 다음 이러한 물체는 360도 회전하면 원래 위치로 돌아갑니다. 비행기에서 이 물체는 연필이 될 수 있으며, 360도 회전하면 원래 위치로 돌아갑니다. 회전이 0인 경우 물체가 어떻게 회전하더라도 단색 공처럼 항상 동일하게 보입니다.

½ 회전의 경우 180도 회전해도 모양이 유지되는 개체가 필요합니다. 동일한 연필일 수 있으며 양쪽에서 대칭으로만 날카롭게 됩니다. 스핀 2는 720도 회전해도 모양이 유지되어야 하고, 스핀 3/2는 540도가 필요합니다.

이 특성은 입자물리학에서 매우 중요합니다.

입자와 상호작용의 표준모델

우리 주변의 세계를 구성하는 인상적인 미세 물체 세트를 가지고 과학자들은 이를 구조화하기로 결정했으며 이것이 "표준 모델"이라고 불리는 잘 알려진 이론적 구조가 형성된 방식입니다. 그녀는 17개의 기본 입자를 사용하여 세 가지 상호 작용과 61개의 입자를 설명하며 그 중 일부는 발견되기 오래 전에 예측했습니다.

세 가지 상호 작용은 다음과 같습니다.

  • 전자기. 이는 전하를 띤 입자 사이에서 발생합니다. 학교에서 알려진 간단한 경우, 반대 전하를 띤 물체는 끌어당기고 비슷한 전하를 띤 물체는 밀어냅니다. 이것은 소위 전자기 상호 작용의 캐리어인 광자를 통해 발생합니다.
  • 강력함, 핵 상호작용이라고도 함. 이름에서 알 수 있듯이 그 작용은 원자핵 수준의 물체까지 확장됩니다. 이는 양성자, 중성자 및 쿼크로 구성된 기타 입자의 인력을 담당합니다. 강한 상호작용은 글루온에 의해 전달됩니다.
  • 약한. 코어 크기보다 1000배 작은 거리에서 효과적입니다. 렙톤과 쿼크, 그리고 그들의 반입자도 이 상호작용에 참여합니다. 게다가 상호작용이 약한 경우에는 서로 변신할 수도 있다. 캐리어는 W+, W- 및 Z0 보존입니다.

그래서 표준모형은 다음과 같이 구성되었다. 여기에는 6개의 쿼크가 포함되어 있으며, 이로부터 모든 강입자(강한 상호작용을 받는 입자)가 구성됩니다.

  • 어퍼(u);
  • 마법에 걸린 (c);
  • 참(t);
  • 낮은 (d);
  • 이상한;
  • 사랑스럽다 (b).

물리학자들이 많은 별명을 가지고 있다는 것은 분명합니다. 나머지 6개의 입자는 렙톤입니다. 이들은 강한 상호작용에 참여하지 않는 스핀 ½을 갖는 기본 입자입니다.

  • 전자;
  • 전자중성미자;
  • 뮤온;
  • 뮤온 중성미자;
  • 타우 렙톤;
  • 타우 중성미자.

표준 모델의 세 번째 그룹은 게이지 보손으로, 스핀이 1이고 상호 작용의 캐리어로 표시됩니다.

  • 글루온 – 강하다;
  • 광자 – 전자기;
  • Z-보손 - 약함;
  • W 보존은 약하다.

여기에는 최근 발견된 스핀-0 입자도 포함되는데, 간단히 말해서 다른 모든 핵 이하 물체에 불활성 질량을 부여합니다.

결과적으로 표준 모델에 따르면 우리 세계는 다음과 같습니다. 모든 물질은 하드론을 형성하는 쿼크 6개와 렙톤 6개로 구성됩니다. 이 모든 입자는 세 가지 상호작용에 참여할 수 있으며, 그 운반자는 게이지 보존입니다.

표준모형의 단점

그러나 표준모형이 예측한 마지막 입자인 힉스 보손이 발견되기 전에도 과학자들은 한계를 넘어섰다. 이것의 놀라운 예는 소위입니다. 오늘날 다른 사람들과 동등한 "중력 상호 작용". 아마도 그 운반체는 질량이 없고 물리학자들이 아직 감지할 수 없는 스핀 2의 입자인 "중력자"일 것입니다.

게다가 표준모형은 61개의 입자를 설명하고 있으며, 오늘날 이미 인류에게 알려진 입자는 350개 이상입니다. 이는 이론물리학자들의 연구가 아직 끝나지 않았음을 의미한다.

입자 분류

삶을 더 쉽게 만들기 위해 물리학자들은 구조적 특징과 기타 특성에 따라 모든 입자를 그룹화했습니다. 분류는 다음 기준에 따라 이루어집니다.

  • 일생.
    1. 안정적인. 여기에는 양성자와 반양성자, 전자와 양전자, 광자, 중력자가 포함됩니다. 안정한 입자의 존재는 자유 상태에 있는 한 시간에 의해 제한되지 않습니다. 아무것도 상호 작용하지 마십시오.
    2. 불안정한. 일정 시간이 지나면 다른 모든 입자는 구성 요소로 분해되므로 불안정하다고 합니다. 예를 들어, 뮤온은 2.2 마이크로초 동안만 살고 양성자는 2.9 10 * 29년 동안 살며 그 후에는 양전자와 중성 파이온으로 붕괴될 수 있습니다.
  • 무게.
    1. 질량이 없는 기본 입자로 광자, 글루온, 중력자 세 가지만 있습니다.
    2. 나머지는 모두 거대한 입자입니다.
  • 스핀 가치.
    1. 전체 스핀 포함 0에는 보존이라는 입자가 있습니다.
    2. 반정수 스핀을 갖는 입자는 페르미온입니다.
  • 상호 작용에 참여합니다.
    1. 강입자(구조 입자)는 네 가지 유형의 상호 작용에 모두 참여하는 핵 이하의 물체입니다. 앞서 쿼크로 구성되어 있다고 언급했습니다. 강입자는 중간자(정수 스핀, 보존)와 중입자(반정수 스핀, 페르미온)의 두 가지 하위 유형으로 나뉩니다.
    2. 기본(구조가 없는 입자). 여기에는 렙톤, 쿼크 및 게이지 보손이 포함됩니다(이전 읽기 - "표준 모델..").

예를 들어 모든 입자의 분류에 익숙해지면 일부 입자를 정확하게 결정할 수 있습니다. 따라서 중성자는 페르미온, 강입자 또는 중입자이고 핵자는 반정수 스핀을 갖고 쿼크로 구성되며 4가지 상호작용에 참여합니다. 핵자는 양성자와 중성자의 일반적인 이름입니다.

  • 원자의 존재를 예측한 데모크리토스의 원자론에 반대하는 사람들이 세상의 모든 물질은 무한히 나누어져 있다고 주장한 것은 흥미롭습니다. 과학자들이 이미 원자를 핵과 전자로, 핵을 양성자와 중성자로, 그리고 이들을 차례로 쿼크로 나누었기 때문에 어느 정도 그 주장이 옳을 수도 있습니다.
  • Democritus는 원자가 명확한 기하학적 모양을 가지고 있으므로 불의 "날카로운"원자가 타고, 고체의 거친 원자가 돌출부에 의해 단단히 고정되고, 물의 부드러운 원자가 상호 작용 중에 미끄러지거나 그렇지 않으면 흐른다고 가정했습니다.
  • 조셉 톰슨(Joseph Thomson)은 자신의 원자 모델을 편집했는데, 그는 원자 모델을 전자가 "붙어 있는" 것처럼 보이는 양전하를 띠는 물체로 보았습니다. 그의 모델은 "자두 푸딩 모델"이라고 불렸습니다.
  • 쿼크라는 이름은 미국의 물리학자 머레이 겔만(Murray Gell-Mann)의 이름을 따서 붙여졌습니다. 과학자는 오리 꽥꽥거리는 소리(kwork)와 유사한 단어를 사용하고 싶었습니다. 그러나 James Joyce의 소설 Finnegans Wake에서 그는 "Three quarks for Mr. Mark!"라는 줄에서 "quark"라는 단어를 발견했는데, 그 의미는 정확하게 정의되지 않았으며 Joyce가 단순히 운율을 위해 이 단어를 사용했을 가능성이 있습니다. Murray는 입자를 이 단어로 부르기로 결정했습니다. 그 당시에는 3개의 쿼크만 알려져 있었기 때문입니다.
  • 빛의 입자인 광자는 질량이 없지만 블랙홀 근처에서는 중력에 의해 끌려가면서 궤도가 바뀌는 것처럼 보입니다. 실제로 초거대체는 시공간을 휘게 하기 때문에 질량이 없는 입자를 포함한 모든 입자가 블랙홀을 향한 궤적을 변경합니다(참조).
  • 대형 강입자 충돌기는 모든 상호 작용에 참여하는 원자핵 크기의 입자인 두 개의 지향성 강입자 빔을 충돌시키기 때문에 정확하게 "강입자 충돌기"입니다.

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강한 붕괴가 욕토초 영역, 전자기적 붕괴(아토초 근처)로 그룹화되면 약한 붕괴는 "모든 사람을 따랐습니다"-그만큼 덮었습니다. 시간 척도로 27배의 크기!

상상할 수 없을 정도로 넓은 이 범위의 끝 부분에는 두 가지 "극단적인" 사례가 있습니다.

  • 상부 쿼크와 약력 운반 입자(W 및 Z 보존)의 붕괴는 대략적으로 발생합니다. 0.3은= 3·10 -25초. 이는 모든 기본 입자 중에서 가장 빠른 붕괴이며, 일반적으로 현대 물리학에서 확실하게 알려진 가장 빠른 과정입니다. 이것은 에너지 방출이 가장 높은 붕괴이기 때문에 이런 식으로 밝혀졌습니다.
  • 가장 오래 사는 기본 입자인 중성자는 약 15분 동안 산다. 소우주 기준에 따른 이러한 엄청난 시간은 이 과정(중성자가 양성자, 전자 및 반중성미자로 베타 붕괴되는 과정)에서 에너지 방출이 매우 적다는 사실로 설명됩니다. 이 에너지 방출은 너무 약해서 적절한 조건(예: 원자핵 내부)에서 이 붕괴는 이미 에너지적으로 불리할 수 있으며 이후 중성자는 완전히 안정됩니다. 원자핵, 우리 주변의 모든 물질, 그리고 우리 자신은 베타 붕괴의 놀라운 약점 덕분에 존재합니다.

이러한 극단 사이에서 대부분의 약한 붕괴는 다소 촘촘하게 발생합니다. 그것들은 대략적으로 빠른 약한 붕괴와 느린 약한 붕괴라는 두 그룹으로 나눌 수 있습니다.

빠른 것들은 약 피코초 동안 지속되는 붕괴입니다. 따라서 수십 개의 기본 입자의 수명이 0.4에서 2ps의 좁은 값 범위에 속한다는 것은 우리 세계의 숫자가 어떻게 발전했는지 놀랍습니다. 이것은 무거운 쿼크를 포함하는 입자인 소위 매력적이고 사랑스러운 하드론입니다.

피코초는 훌륭합니다. 충돌기 실험의 관점에서 볼 때 매우 귀중한 시간입니다! 사실은 1ps 안에 입자가 1/3밀리미터를 날아갈 수 있는 시간을 갖게 되며, 최신 탐지기는 그러한 먼 거리를 쉽게 측정할 수 있다는 것입니다. 이러한 입자 덕분에 충돌기에서의 입자 충돌 그림은 "읽기 쉬워졌습니다". 여기서는 충돌과 다수의 하드론 생성이 발생했고, 저쪽에서는 조금 더 멀리서 2차 붕괴가 발생했습니다. 수명을 직접 측정할 수 있게 되므로 어떤 종류의 입자인지 알아낸 다음 이 정보를 보다 복잡한 분석에 사용할 수 있습니다.

느리고 약한 붕괴는 수백 피코초에서 시작하여 전체 나노초 범위에 걸쳐 확장되는 붕괴입니다. 여기에는 이상한 쿼크를 포함하는 수많은 강입자인 소위 "이상한 입자" 클래스가 포함됩니다. 이름에도 불구하고 현대 실험에서는 전혀 이상하지 않지만 반대로 가장 일반적인 입자입니다. 지난 세기 50년대 물리학자들이 갑자기 그것들을 차례로 발견하기 시작했고 그 특성을 잘 이해하지 못했을 때 그것들은 이상해 보였습니다. 그건 그렇고, 반세기 전에 물리학자들을 쿼크에 대한 아이디어로 몰아 넣은 것은 풍부한 이상한 하드론이었습니다.

기본 입자에 대한 현대 실험의 관점에서 볼 때 나노초는 많습니다. 이는 너무 많아서 가속기에서 방출된 입자가 분해될 시간이 없고 탐지기를 뚫고 흔적을 남깁니다. 물론, 검출기 물질이나 그 주변의 암석 어딘가에 달라붙어 분해될 것입니다. 그러나 물리학자들은 더 이상 이러한 붕괴에 관심을 두지 않고 이 입자가 검출기 내부에 남긴 흔적에만 관심이 있습니다. 따라서 현대 실험에서는 이러한 입자가 거의 안정적으로 보입니다. 따라서 이를 "중간" 용어, 즉 준안정 입자라고 부릅니다.

음, 중성자를 제외하고 가장 오래 지속되는 입자는 전자의 일종의 "형제"인 뮤온입니다. 강한 상호작용에 참여하지 않고 전자기력으로 인해 붕괴되지 않으므로 약한 상호작용만 남습니다. 그리고 그것은 매우 가볍기 때문에 2 마이크로초 동안 지속됩니다. 이는 기본 입자 규모의 전체 시대입니다.

인덱스 이후 나, 케이, 난구조식에서 값은 1, 2, 3, 4, 중간자 수를 통해 실행됩니다. 마이크주어진 스핀의 값은 16과 같아야 합니다. 중입자의 경우 비클주어진 스핀에 대해 가능한 최대 상태 수(64)는 실현되지 않습니다. 왜냐하면 Pauli 원리에 따라 주어진 전체 스핀에 대해 순열과 관련하여 잘 정의된 대칭을 갖는 3개의 쿼크 상태만 허용되기 때문입니다. 지수 나, 케이, 1,즉, 스핀 3/2에 대해서는 완전 대칭이고 스핀 1/2에 대해서는 혼합 대칭입니다. 이 조건은 내가 = 0은 스핀 3/2에 대해 20개의 중입자 상태를 선택하고 스핀 1/2에 대해 20을 선택합니다.

좀 더 자세히 조사해 보면 쿼크계의 쿼크 구성과 대칭 특성의 값을 통해 강입자의 모든 기본 양자수를 결정할 수 있다는 사실이 밝혀졌습니다( J, P, B, Q, I, Y, Ch), 질량 제외; 질량을 결정하려면 쿼크 상호작용의 역학과 쿼크 질량에 대한 지식이 필요하지만 아직까지는 이를 이용할 수 없습니다.

주어진 값에서 가장 낮은 질량과 스핀을 갖는 하드론의 특성을 정확하게 전달합니다. 와이그리고 채널,쿼크 모델은 또한 전체적으로 많은 강입자 수와 그들 사이의 공명 우세를 자연스럽게 설명합니다. 강입자의 수가 많다는 것은 그 복잡한 구조와 쿼크계의 다양한 들뜬 상태가 존재할 가능성을 반영한 것입니다. 그러한 들뜬 상태의 수는 무제한일 가능성이 있습니다. 쿼크 시스템의 모든 여기 상태는 기본 상태와의 강한 상호 작용으로 인해 빠른 전이와 관련하여 불안정합니다. 그들은 공명의 대부분을 형성합니다. 공명 중 작은 부분은 평행한 스핀 방향을 갖는 쿼크 시스템으로도 구성됩니다(W- 제외). 기본과 관련된 역평행 스핀 방향을 갖는 쿼크 구성. 상태에서는 준안정 강입자와 안정 양성자를 형성합니다.

쿼크 시스템의 여기는 쿼크의 회전 운동(궤도 여기)의 변화와 공간의 변화로 인해 발생합니다. 위치(방사형 여기). 첫 번째 경우, 시스템 질량의 증가는 전체 스핀의 변화를 동반합니다. 제이그리고 패리티 아르 자형시스템에서 두 번째 경우에는 변화 없이 질량 증가가 발생합니다. JP.예를 들어, 일본= 2 +는 첫 번째 궤도 여기( 내가 = 1) 중간자와 JP = 1 - . 동일한 쿼크 구조의 2+ 중간자와 1 - 중간자의 대응 관계는 많은 입자 쌍의 예에서 명확하게 볼 수 있습니다.

중간자 r" 및 y"는 각각 r- 및 y-중간자의 방사형 여기의 예입니다(참조.

궤도 및 방사형 여기는 동일한 초기 쿼크 구조에 해당하는 일련의 공명을 생성합니다. 쿼크의 상호 작용에 대한 신뢰할 수 있는 정보가 부족하기 때문에 여기 스펙트럼을 정량적으로 계산할 수 없으며 쿼크 모델을 공식화할 때 쿼크를 개방적인 가상 구조 요소로 간주했습니다. 강입자에 대한 매우 편리한 설명 가능성을 높였습니다. 그 후, 강입자 내부의 실제 물질 형성으로서 쿼크에 관해 이야기할 수 있는 실험이 수행되었습니다. 첫 번째는 매우 큰 각도에서 핵자에 의한 전자의 산란에 대한 실험이었습니다. 원자에서 알파 입자의 산란에 관한 러더퍼드의 고전적 실험을 연상시키는 이 실험(1968)은 핵자 내부에 전하점 형성이 존재한다는 것을 밝혀냈습니다. 핵자에 대한 중성미자 산란에 대한 유사한 데이터(1973-75)와 이러한 실험의 데이터를 비교하면 이러한 점 형성의 전하의 평균 제곱 값에 대한 결론을 도출할 수 있습니다. 결과는 놀랍게도 1/2[(2/3) 값에 가까운 것으로 나타났습니다. 이자형) 2 +(1 / 3 이자형) 2 ]. 일련의 과정을 거치는 것으로 추정되는 전자와 양전자가 소멸되는 동안 강입자 생성 과정에 대한 연구: ® 강입자는 생성된 각 쿼크와 유전적으로 연관된 두 그룹의 강입자가 존재함을 나타냅니다. 쿼크의 스핀을 알아내는 것이 가능하다. 1/2과 같은 것으로 밝혀졌습니다. 이 과정에서 탄생한 하드론의 총 개수는 세 가지 변종의 쿼크가 중간 상태, 즉 3색을 띠는 상태로 나타난다는 것을 의미하기도 한다.

따라서 이론적 고찰을 바탕으로 도입된 쿼크의 양자수는 여러 실험을 통해 확인되었습니다. 쿼크는 점차적으로 새로운 전자 입자의 지위를 획득하고 있습니다. 추가 연구를 통해 이러한 결론이 확인된다면 쿼크는 하드론 형태의 물질에 대한 진정한 전자 입자의 역할에 대한 심각한 경쟁자가 될 것입니다. 최대 길이 ~ 10 -15 센티미터쿼크는 구조가 없는 점 형성으로 작용합니다. 알려진 유형의 쿼크의 수는 적습니다. 물론 미래에는 바뀔 수도 있습니다. 새로운 유형의 쿼크로 인해 존재하는 새로운 양자수를 가진 강입자가 더 높은 에너지에서 발견되지 않을 것이라고 보장할 수는 없습니다. 발각 와이-메슨은 이러한 관점을 확인합니다. 그러나 쿼크 수의 증가는 작을 가능성이 있으며, 이러한 한계는 아직 알려져 있지 않지만 일반 원리가 총 쿼크 수에 제한을 가할 가능성이 높습니다. 쿼크의 무구조는 아마도 이러한 물질 구조에 대한 연구의 성취 수준만을 반영할 수도 있습니다. 그러나 쿼크의 여러 가지 구체적인 특징은 쿼크가 물질의 구조적 구성 요소 사슬을 완성하는 입자라고 가정할 수 있는 이유를 제공합니다.

쿼크는 속박 상태에 존재한다는 증거가 있지만 아직 자유 상태에서는 관찰되지 않았다는 점에서 다른 모든 전자 입자와 다릅니다. 쿼크를 관찰하지 못하는 이유 중 하나는 질량이 매우 커서 현대 가속기의 에너지로 생성되는 것을 방해하기 때문일 수 있습니다. 그러나 쿼크는 근본적으로 상호 작용의 특수한 특성으로 인해 자유 상태가 될 수 없습니다. 쿼크 사이에 작용하는 힘은 거리에 따라 약해지지 않는다는 사실을 지지하는 이론적이고 실험적인 주장이 있습니다. 이는 쿼크를 서로 분리하려면 무한히 더 많은 에너지가 필요하며, 그렇지 않으면 자유 상태에서 쿼크의 출현이 불가능하다는 것을 의미합니다. 자유 상태에서 쿼크를 분리할 수 없기 때문에 완전히 새로운 유형의 물질 구조 단위가 됩니다. 예를 들어, 쿼크 자체가 자유 상태에서 관찰될 수 없다면 쿼크의 구성 부분에 대한 의문을 제기하는 것이 가능한지 여부는 불분명합니다. 이러한 조건에서 쿼크의 일부는 물리적으로 전혀 나타나지 않으므로 쿼크는 강입자 물질 조각화의 마지막 단계로 작용할 수 있습니다.

소립자와 양자장 이론.

현대이론에서 전자입자의 성질과 상호작용을 설명하기 위해서는 물리학의 개념이 필수적이다. 필드는 각 입자에 할당됩니다. 필드는 특정 형태의 물질입니다. 이는 모든 지점에서 지정된 함수로 설명됩니다( 엑스) 시공간 및 로렌츠 그룹(스칼라, 스피너, 벡터 등) 및 "내부" 대칭 그룹(동위원소 스칼라, 동위원소 스피너 등)의 변환과 관련된 특정 변환 속성을 보유합니다. 4차원 벡터의 특성을 갖는 전자기장 그리고 m(x)(m = 1, 2, 3, 4)는 역사적으로 물리적 장의 첫 번째 예입니다. E. 입자와 비교되는 장은 양자 특성을 가지고 있습니다. 즉, 에너지와 운동량은 많은 부분으로 구성됩니다. 부분 - 양자, 양자의 에너지 E k와 운동량 p k는 특수 상대성 이론의 관계에 의해 관련됩니다: E k 2 = p k 2 c 2 + m 2 c 2 . 이러한 각 양자는 주어진 에너지 E k , 운동량 p k 및 질량 m을 갖는 전자 입자입니다. 전자기장의 양자는 광자이며, 다른 장의 양자는 알려진 다른 모든 전자 입자에 해당합니다. 무한한 입자 집합의 존재를 반영합니다 - 양자. 양자장 이론의 특별한 수학적 장치를 사용하면 각 지점 x에서 입자의 탄생과 파괴를 설명할 수 있습니다.

필드의 변환 속성은 E. 입자의 모든 양자 수를 결정합니다. 시공간 변환(로렌츠 그룹)과 관련된 변환 속성은 입자의 스핀을 결정합니다. 따라서 스칼라는 스핀 0, 스피너 - 스핀 1/2, 벡터 - 스핀 1 등에 해당합니다. L, B, 1, Y, Ch와 같은 양자수의 존재와 쿼크 및 글루온 "색상"의 존재는 다음과 같습니다. "내부 공간"("전하 공간", "동위원소 공간", "단일 공간" 등)의 변환과 관련된 필드의 변환 속성에서. 특히 쿼크의 '색상' 존재는 특별한 '색상' 단일 공간과 관련이 있습니다. 이론적 장치에 "내부 공간"을 도입하는 것은 여전히 ​​순전히 형식적인 장치이지만 E. Ch.의 속성에 반영된 물리적 시공간 차원이 실제로 더 크다는 것을 나타내는 역할을 할 수 있습니다. 4보다 - 모든 거시적 물리적 과정의 시공간 특성의 차원. 전자의 질량은 장의 변환 특성과 직접적인 관련이 없습니다. 이것이 그들의 추가적인 특징입니다.

전자 입자에서 발생하는 과정을 설명하려면 다양한 물리적 필드가 서로 어떻게 관련되어 있는지, 즉 필드의 역학을 알아야 합니다. 양자 장 이론의 현대 장치에서 장의 역학에 대한 정보는 장을 통해 표현되는 특별한 양인 라그랑지안(더 정확하게는 라그랑지 밀도) L에 포함되어 있습니다. L에 대한 지식은 원칙적으로 다음의 확률을 계산할 수 있습니다. 다양한 상호작용의 영향을 받아 한 세트의 입자에서 다른 입자 세트로 전환됩니다. 이러한 확률은 소위 제공됩니다. L을 통해 표현되는 산란 행렬(W. Heisenberg, 1943). 라그랑지 L은 자유 필드의 동작을 설명하는 라그랑지 L과 서로 다른 입자의 필드로 구성되고 다음의 가능성을 반영하는 상호 작용 라그랑지 L로 구성됩니다. 그들의 상호 변신. Lz에 대한 지식은 E.h를 사용하여 프로세스를 설명하는 데 결정적입니다.

20세기 30년대 초, 물리학은 양성자, 중성자, 전자, 광자 등 네 가지 기본 입자를 기반으로 물질 구조에 대한 수용 가능한 설명을 발견했습니다. 다섯 번째 입자인 중성미자를 추가함으로써 방사성 붕괴 과정을 설명하는 것도 가능해졌습니다. 명명된 기본 입자는 우주의 첫 번째 구성 요소인 것 같습니다.

그러나 이러한 단순함은 곧 사라졌습니다. 곧 양전자가 발견되었습니다. 1936년에는 우주선과 물질의 상호작용의 산물 중에서 최초로 중간자가 발견되었습니다. 그 후, 다른 성질의 중간자와 다른 특이한 입자를 관찰하는 것이 가능했습니다. 이 입자들은 우주선의 영향을 받아 탄생한 경우가 아주 드뭅니다. 그러나 고에너지 입자를 생성할 수 있는 가속기가 개발된 후 300개 이상의 새로운 입자가 발견되었습니다.

그렇다면 "라는 단어는 무엇을 의미합니까? 초등학교"? "기본"은 "복합체"의 논리적 대극입니다. 기본 입자는 모든 물질을 구성하는 기본적이고 더 분해되지 않는 입자를 의미합니다. 40년대에는 "기본" 입자의 여러 변형이 이미 알려져 있습니다. 입자 수 그 중 대부분은 불안정합니다. 알려진 수십 개의 미세 입자 중에서 안정적이고 자발적인 변형이 불가능한 입자는 소수에 불과합니다.

중수소 핵(중수소)은 양성자와 중성자로 구성됩니다. 입자로서 듀테론은 완전히 안정적입니다. 동시에, 중수소의 구성 요소인 중성자는 방사성입니다. 불안정한. 이 예는 안정성과 기본성의 개념이 동일하지 않음을 보여줍니다. 현대 물리학에서는 "기본 입자"는 일반적으로 물질의 작은 입자의 큰 그룹을 명명하는 데 사용됩니다.(원자나 원자핵이 아닌 것).

모든 기본 입자는 질량과 크기가 매우 작습니다. 그들 대부분은 양성자의 질량과 비슷한 질량을 가지고 있습니다. (전자의 질량만이 눈에 띄게 작습니다.)
). 기본 입자의 미세한 크기와 질량은 입자의 행동에 대한 양자 법칙을 결정합니다. 모든 소립자의 가장 중요한 양자적 특성은 다른 입자와 상호작용할 때 생성되고 파괴(방출 및 흡수)되는 능력입니다.

입자 사이에는 중력, 전자기, 핵, 중성미자와 관련된 모든 과정의 상호 작용 등 성질이 다른 네 가지 알려진 상호 작용 유형이 있습니다. 나열된 네 가지 유형의 상호 작용의 특징은 무엇입니까?

가장 강력한 것은 핵입자("핵력") 사이의 상호작용입니다. 이 상호작용은 일반적으로 강한. 핵력은 입자 사이의 매우 작은 거리에서만 작용한다는 것이 이미 알려져 있습니다. 작용 반경은 약 10-13cm입니다.

다음으로 큰 것은 전자기상호 작용. 그것은 두 자릿수만큼 강하지 않습니다. 하지만 거리가 멀어지면 1/처럼 더 천천히 변합니다. 아르 자형 2, 즉 전자기력의 작용반경은 무한하다.

다음은 반응에 중성미자의 참여로 인한 상호작용입니다. 크기 순으로 보면, 이러한 상호작용은 강한 상호작용보다 10 14 배 적습니다. 이러한 상호작용은 일반적으로 약한. 분명히 여기서의 행동 범위는 강한 상호 작용의 경우와 동일합니다.

알려진 가장 작은 상호작용은 다음과 같습니다. 중력.그것은 강한 것보다 39 배 더 작습니다 – 10 39 배! 거리가 멀어지면 중력은 전자기력만큼 천천히 감소하므로 작용 범위도 무한합니다.

우주에서 주요 역할은 중력 상호작용에 속합니다. 강한 상호작용과 약한 상호작용의 작용 범위는 무시할 수 있습니다. 반대 부호의 전하는 중성계를 형성하는 경향이 있기 때문에 전자기 상호작용은 제한된 역할을 합니다. 중력은 항상 인력입니다. 그것들은 반대 기호의 힘으로 보상될 수 없습니다. 따라서 우주에서 그들의 지배적인 역할.

상호작용력의 크기는 또한 이러한 상호작용으로 인해 발생하는 반응을 수행하는 데 필요한 시간에 해당합니다. 따라서 강한 상호 작용으로 인한 프로세스에는 10~23초 정도의 시간이 필요합니다. (고에너지 입자가 충돌하면 반응이 일어납니다.) 전자기 상호작용으로 인해 프로세스를 수행하는 데 필요한 시간은 ~10 -21초, 약한 상호작용은 ~10 -9초가 필요합니다. 입자 상호작용으로 인한 반응에서 중력은 사실상 아무런 역할을 하지 않습니다.

나열된 상호작용은 분명히 다른 성격을 갖고 있습니다. 즉, 서로 축소될 수 없습니다. 현재로서는 이러한 상호 작용이 자연에 존재하는 모든 상호 작용을 소진시키는지 여부를 판단할 방법이 없습니다.

강한 상호작용에 참여하는 기본 입자의 종류를 강입자(양성자, 중성자 등)라고 합니다. 강한 상호작용을 하지 않는 입자 종류를 렙톤이라고 합니다. 렙톤에는 전자, 뮤온, 중성미자, 무거운 렙톤 및 이에 상응하는 반입자가 포함됩니다. 반입자(antiparticles), "쌍둥이"와 동일한 질량 및 기타 물리적 특성을 갖지만 일부 상호 작용 특성의 표시가 다른 기본 입자 모음(예: 전하, 자기 모멘트): 전자와 양전자, 중성미자 및 반중성미자. 현대 개념에 따르면 중성미자와 반중성미자는 양자 특성 중 하나인 나선성(helicity)에서 서로 다릅니다. 나선성은 입자 스핀을 운동 방향(운동량)에 투영하는 것으로 정의됩니다. 중성미자는 회전을 가지고 있다 에스펄스와 역평행 방향 아르 자형, 즉. 지도 아르 자형그리고 에스왼쪽 나사를 형성하고 중성미자는 왼쪽 나선형을 갖습니다(그림 6.2). 반중성미자의 경우 이러한 방향은 오른쪽 나사를 형성합니다. 반중성미자는 오른방향 나선성을 가지고 있습니다.

입자와 반입자가 충돌하면 서로 파괴될 수 있습니다. "억누르다".그림에서. 그림 6.3은 두 개의 감마 양자가 나타나는 전자와 양전자의 소멸 과정을 보여줍니다. 이 경우 에너지, 운동량, 각운동량, 전하 보존 법칙 등 알려진 모든 보존 법칙이 준수됩니다. 전자-양전자 쌍을 생성하려면 이들 입자의 고유 에너지의 합보다 적지 않은 에너지를 소비해야 합니다. ~ 106eV. 이러한 쌍이 소멸되면 이 에너지는 소멸 중에 생성된 방사선과 함께 방출되거나 다른 입자에 분산됩니다.

전하 보존의 법칙에 따르면 반대 부호의 전하를 가진 다른 입자가 나타나지 않으면 하전 입자가 발생할 수 없습니다(따라서 전체 입자 시스템의 총 전하는 변하지 않습니다). 그러한 반응의 예는 전자의 생성과 중성미자의 방출이 동시에 발생하면서 중성자가 양성자로 변환되는 반응입니다.

. (6.9)

이 변환 중에 전하는 유지됩니다. 같은 방식으로 광자가 전자-양전자 쌍으로 변환되거나 두 전자의 충돌로 인해 동일한 쌍이 생성될 때 보존됩니다.

모든 소립자는 세 가지 기본 입자의 결합이라는 가설이 있습니다. 쿼크, 그리고 그들의 반입자. 쿼크는 자유 상태에서는 발견되지 않았습니다(고에너지 가속기, 우주선 및 환경에서 수많은 검색에도 불구하고).

체계화 없이 미세입자의 특성과 변형을 설명하는 것은 불가능합니다. 엄격한 이론에 기초한 체계화는 없습니다.

기본 입자의 두 가지 주요 그룹은 강하게 상호 작용합니다 ( 강입자) 및 약하게 상호작용함( 렙톤) 입자. 하드론은 다음과 같이 나뉜다. 중간자그리고 중입자. 중입자는 다음과 같이 나뉜다. 핵자그리고 하이퍼론. 렙톤에는 전자, 뮤온, 중성미자가 포함됩니다. 아래는 미립자를 분류하는 값입니다.

1. 대량 또는 중입자의숫자 ㅏ. 핵분열 과정과 핵-반핵자 쌍의 생성 과정에서 관찰된 수많은 사실은 모든 과정에서 핵자의 수가 일정하게 유지된다는 것을 암시합니다. 모든 중입자에는 번호가 할당됩니다. ㅏ= +1, 각 반입자에 ㅏ= -1. 중입자 전하 보존 법칙은 모든 핵 과정에서 정확히 충족됩니다. 복잡한 입자는 바리온 수의 여러 값을 갖습니다. 모든 중간자와 렙톤의 중입자 수는 0입니다.

2. 전기요금 큐 입자에 내재된 전하 단위(양성의 양전하 단위) 수를 나타냅니다.

3. 동위원소 스핀(실제 스핀과는 관련이 없습니다). 핵의 핵자 사이에 작용하는 힘은 핵자의 유형과 거의 독립적입니다. 핵 상호작용 아르 자형아르 자형, 아르 자형N 그리고 NN동일합니다. 이러한 핵력의 대칭성은 동위원소 스핀이라는 양의 보존으로 이어집니다. 아이소스핀강한 상호작용에서는 보존되고 전자기적 상호작용과 약한 상호작용으로 인해 발생하는 과정에서는 보존되지 않습니다.

4. 이상함. 강입자와 관련된 일부 과정이 발생하지 않는 이유를 설명하기 위해 1953년 M. Gell-Mann과 K. Nishijima는 이상한 현상이라고 부르는 새로운 양자수를 도입할 것을 제안했습니다. 안정된 강입자의 이상한 정도는 -3에서 +3(정수)까지입니다. 렙톤의 이상 여부는 확인되지 않았습니다. 강한 상호작용에서는 낯설음이 지속됩니다.

5. 스핀. 스핀 각운동량을 특성화합니다.

6. 동등. 오른쪽과 왼쪽에 대한 대칭과 관련된 입자의 내부 속성입니다. 최근까지 물리학자들은 오른쪽과 왼쪽 사이에 차이가 없다고 믿었습니다. 결과적으로, 그것들은 모든 약한 상호작용 과정에 대해 동일하지 않다는 것이 밝혀졌습니다. 이는 물리학에서 가장 놀라운 발견 중 하나였습니다.

고전 물리학에서는 물질과 물리적 장이 두 가지 유형의 물질로서 서로 반대되었습니다. 물질은 기본 입자로 구성됩니다. 이는 정지 질량을 갖는 물질 유형입니다. 물질의 구조는 불연속적인 반면, 장의 구조는 연속적입니다. 그러나 양자 물리학은 이 아이디어를 평준화하게 만들었습니다. 고전 물리학에서는 입자가 중력장과 전자기장 등의 힘장에 의해 작용한다고 믿어집니다. 고전물리학은 다른 분야를 전혀 몰랐습니다. 양자 물리학에서 그들은 장 뒤에서 진정한 상호 작용의 전달자, 즉 이러한 장의 양자를 봅니다. 입자. 고전적인 장의 경우 중력자와 광자가 있습니다. 장이 충분히 강하고 양자가 많으면 우리는 그것들을 개별 입자로 구별하는 것을 멈추고 하나의 장으로 인식합니다. 강한 상호작용의 전달자는 글루온입니다. 반면에 모든 미세입자(물질의 구성요소)는 이중 입자-파동 특성을 갖습니다.