Уикипедия

Елементарна частица: Разлика между версии

Интерактивен преглед на историята
← По-стара редакцияПо-нова редакция →
Изтрито е съдържание Добавено е съдържание
ВизуаленУикитекст
м r2.7.1) (Робот Добавяне: be:Элементарная часціца
м форматиране: 7x интервали, 4x заглавие, 3x дълго тире, 2x А|АБ, А|А, заглавие-стил (ползвайки Advisor.js)
Ред 1:
В [[ядрена физика|атомната и ядрена физика]], под '''елементарна частица''' се разбира сборно понятие -&nbsp;— всички частици, от които са съставени други, по-големи частици и за която не е известно дали имат вътрешна структура, т.е. да са съставени от други частици. В [[Стандартен модел|Стандартния модел]] като елементарни частици се разглеждат [[кварк|кварките]]ите, [[лептон|лептоните]]ите и [[калибровъзникалибровъчни бозони|калибровъчните бозони]].<ref>{{cite book | author=Gribbin, John | title=Q is for Quantum - An Encyclopedia of Particle Physics | publisher=Simon & Schuster | year=2000 | id=ISBN 0-684-85578-X}}</ref><ref>{{cite book | author=Clark, John, E.O. | title=The Essential Dictionary of Science | publisher=Barnes & Noble | year=2004 | id=ISBN 0-7607-4616-8}}
</ref>
 
[[Атом]]ите са съставени от други, по-малки частици — [[електрон]]и, [[протон]]и и [[неутрон]]и. Протоните и неутроните от своя страна са съставени от още по-елементарни частици, наричани с общото име [[кварк]]и. Днес са известни няколко стотици елементарни частици — фактически повече от атомите в [[периодична система на елементите|периодичната система на елементите]]. До [[1970-те]] години се е считало, че един от най-важните въпроси на атомната физика е кои частици са елементарните частици, с други думи ''фундаменталните частици'' - от които са съставени всички други частици в природата и които не са изградени от други, по-малки частици. Днес подобни опитиопитите за единно обяснение на всички частици и явления в микро-света са обединени в т. нар. „[[теория на всичко]]“. ТакаваЕдна такава теория е например [[Суперструнна теория|суперструнната теория]], но тя е все още много далеч от каквото и да еняма експериментално потвърждение. Днес основната [[парадигма]] относно елементарните частици е, че всяка теория като [[стандартен модел|стандартния модел]] има максималенгорна мащабграница на енергиите, при коятокоито тя е валидна. При изучаването на по-високи енергии (което съответства на по-малки разстояния) е необходима нова теория, която може да съдържа нови частици или други обекти, например "струни". Тази нова теория е подложена на едно много силно ограничение: старата теория, наречена още [[ефективна теория]], заедно с нейните частици, трябва да се получи като частен случай ([[нискоенергетична граница]]) на новата. Понякога това може да означава, че "старите" частици са съставни и са изградени от "новите" такива, но може и "старите" (нискоенергетични) частици да съответствуват на "новите", но да придобиват нови свойства, например ненулева маса. Двете явления се срещат и в [[стандартен модел|стандартния модел]], при преход от по-високи енергии към по-ниски. Пример за първото е изгражденетоизграждането на [[адроните]] от [[кварки]] и [[глуони]], а пример за второто е придобиването на маса от кварките чрез [[механизъм на Хигс|механизма на Хигс]] или придобиването на маса от адроните.
 
== Общ преглед и стандартен модел ==
{{основна|Стандартен модел}}
В зависимост от [[спин]]а си, елементарните частици се делят на [[бозон]]и и [[фермион]]и, подчиняващи се съответно на [[статистиката на Бозе-Айнщайн|статистиката на Бозе-Айнщайн]] и [[Статистика на Ферми-Дирак|статистиката на Ферми-Дирак]]. Частиците, изграждащи материята са фермиони (имащи полуцял спин). Те са разделени на 12 групи (аромата). Частиците, асоциирани с фундаменталните полета на взаимодействие са бозоните (имащи цял спин).<ref>{{cite book | author=Veltman, Martinus | title=Facts and Mysteries in Elementary Particle Physics | publisher=World Scientific | year=2003 | id=ISBN 981-238-149-X}}</ref>
 
Преди създаването на '''[[стандартен модел|стандартния модел]]''' (началото на 70-те години на 20 век) елементарните частици са били класифицирани въз основа на масата им.
 
* [[лептон]]и (от [[гръцки език|гр.]] ''лептос'' — малък, лек) - тук влизат например електроните
* [[барион]]и (от гр. ''барис'' — тежък) - протоните и неутроните са част от това семейство
* [[мезон]]и (от гр. ''мезос'' — среден) - по маса заемат междинно положение
 
Ред 17:
В днешно време елементарните частици се класифицират въз основа на стандартния модел — теория, която систематизира и обяснява всички експериментални наблюдения във [[физика на високите енергии|физиката на високите енергии]] и [[ядрена физика|ядрената физика]] до този момент.
 
Известни са 4 [[взаимодействие| фундаментални взаимодействия]] (сили), между елементарните частици. Подредени по намаляваща сила, те са: [[силно взаимодействие|силно]], [[електромагнитно взаимодействие|електромагнитно]], [[слабо взаимодействие|слабо]] и [[гравитационно взаимодействие|гравитационно]]. Стандартният модел обединява електромагнитното и слабото взаимодействие в единно [[електрослабо взаимодействие]]. Съществуват все още непотвърдени експериментално теории, които разширяват стандартния модел и обединяват и другите взаимодействия, но те все още не са непотвърдени експериментално. Теориите на [[Велико обединение|Великото обединение]] (началото на 80-те години) обединяват силното и електрослабото взаимодействие. [[Суперструнна теория|Суперструнната теория]] (края на 80-те години) обединява всичките 4четири взаимодействия. Същото се стреми да направи нейната конкурентна [[Примкова квантова гравитация]] (от края на 90-те години).
 
*'''[[Фермион]]и:'''
Ред 26:
::Други бозони — [[бозон на Хигс]], [[гравитон]]
 
СтандартнияСтандартният модел (СМ) съдържа 12 типа (аромата) елементарни фермиони и техните античастици, както и елементарните бозони, които носят фундаменталните взаимодействия. СМ съдържа също все още неоткрития [[бозон на Хигс]].
 
=== Експериментален и теоретичен статут на стандартния модел ===
Стандартният модел е подкрепен с огромен експериментален материал. Някои негови предсказания, като например аномалният магнитен момент на електрона, са едни от най-точните в човешкото познание. Съвпадението между теория и експеримент в този случай е 10 части на трилион (10<sup>-11</sup>). Като всяка добра физическа теория, стандартният модел има граници на валидност. Експериментално той е изучен до енергии от около 150 GeV, които съответствуват на разстояния не по-малки от около 10<sup>-20</sup>m. Теоретично, той би могъл да бъде валиден до много по-високи енергии(тъй като всички негови взаимодействия са [[пренормируеми]] и константите на взаимодействие се изменят само логаритмично с енергията). В крайна сметка, съществува енергетичен мащаб, при който дори теоретично стандартният модел престава да бъде валиден и трябва да бъде заместен от друга теория, на която той е ниско-енергетична граница. Стандартният модел, както и всяка друга [[квантова теория на полето]] е фундаментално несъвместим с [[Обща теория на относителността|Общата теория на относителността]] (ОТО). Последната обаче, може да бъде линеаризирана и в този орязан вариант да бъде квантувана. Тази теория е непренормируема и бързо губи предсказателна стойност. Частицата, която пренася гравитационното взаимодействие в тази квантова теория се нарича [[гравитон]]. Той, както и всички останали ефекти на квантовата гравитация не са наблюдавани експериментално и няма особени надежди това да се случи скоро. Опити да се създаде високо-енергетична теория, която включва стандарния модел и пълната "квантова версия" на ОТО са [[Суперструнна теория|Суперструнната теория]] и [[Примкова квантова гравитация|Примковата квантова гравитация]]. Тези теории също страдат от това, че не се очертава никаква надежда за експериментално потвърждение в близкото бъдеще.
 
Много от физиците очакват, че скоро (например в експериментите с [[Голям адронов ускорител|Големия адронен колайдер]] в [[ЦЕРН]]), ще бъде открита физика отвъд стандарният модел. Една от възможностите е за проявяване на [[суперсиметрия]] при мащаба на [[слабо взаимодействие|слабите взаимодействия]] (който е и енергетичният мащаб на експериментите). Точният вид на теорията, която включва тази суперсиметрия е неизвестен, но е възможно да се формулира най-малкото възможно суперсиметрично разширение на стандарния модел. То се нарича [[Минимален суперсиметричен стандартен модел]] (МССМ) и съдъжа на порядък повече свободни параметри от стандарния модел. Това не е особен теоретичен проблем, тъй като МССМ не претендира да бъде фундаменатална теория, а само параметризация на очакваните експериментални резултати. Повече от половината от частиците в МССМ не са още открити. Това е защото, както във всички суперсиметрични теории, в МССМ на всеки бозон съответствува суперсиметричен партньор -&nbsp;— фермион, чието име завтршва на -ино (например фотон -&nbsp;— фотино) и на всеки фермион съответствува суперсиметричен партньор - бозон, чието име започва със с- (например електрон - селектрон). Един от най-популярните кандидати за състава на [[тъмна материя| тъмната материя]] е масивният суперсиметричен партньор на някой от неутралните бозони в стандартния модел . Тъй като не е известно на кой точно, тази частица се нарича [[неутралино]].
 
=== Фундаментални фермиони ===
Ред 58:
|}
 
==== Античастици ====
{{основна|антиматерия}}
 
Ред 83:
|}
 
==== Кварки ====
{{основна|кварк}}
 
Кварките и антикварките не съществуват в свободни състояния поради свойството на силното взаимодействие, наречено [[конфайнмънтудържане]] ({{lang-en|confinement}}). Всеки кварк е носител на един от трите цвята на силното взаимодействие (наречени условно "червен", "зелен" и "син"), а антикварките носят съответно три антицвята ("античервен", "антизелен", "антисин"). Цветните частици взаимодействат чрез обмяна на глуони (така както заредените частици взаимодействат чрез обмяна на фотони) - също носители на цветове. Основно свойство на силното взаимодействие с обмен на цветни частици е, че силата му се увеличава с нарастване на разстоянието между частиците (за разлика от електромагнитното взаимодействие, където се наблюдава обратното).
 
Като свободни частици в природата се наблюдават само безцветни (или бели) състояния, наречени [[адрон]]и. Безцветна частица би могла да се получи при взаимодействие на кварк и антикварк, носещи определен цвят и съответния му антицвят. Такива структури се наричат [[мезон]]и. Друг вариант за получаване на безцветна частица е комбинирането на три кварка (или три антикварка), които носят трите различни цвята (или антицвята). Такива структури се наричат [[барион]]и (или съответно антибариони). Протонът и неутронът са примери за адрони - бариони. Съществуват и по-екзотични начини за образуване на стабилни безцветни състояния, които обаче все още са експериментално ненаблюдавани - пентакваркът, например, се състои от 4 кварка и 1 антикварк.
Ред 94:
=== Фундаментални бозони ===
 
В Стандартния модел векторните бозони (със спин 1) ([[глуон]]ите, [[фотон]]ът, [[W и Z бозони|W и Z бозоните]]) са преносители на взаимодействията, а скаларният [[бозон на Хигс]] (нулев спин) осъществява получаването на маса при частиците.
 
==== Глуони ====
 
Глуоните са носители на силното взаимодействие и носят едновременно цвят и антицвят. Глуоните са безмасови частици, но никога не са наблюдавани експериментално, поради конфайнмънта на силното взаимодействие. Тяхното съществуване е доказано по косвен начин от ражданите от тях адронни струи.
Ред 104:
Слабите взаимодействия се пренасят от три масивни калибровъчни бозона - два електрически заредени и един неутрален: ''W<sup>+</sup>'', ''W<sup>−</sup>'' и ''Z<sup>0</sup>''. Електромагнитното взаимодействие се пренася от безмасов фотон.
 
=== Допълнителна информация ===
#Частиците на взаимодействието имат целочислен [[спин]] и са свързани с вътрешни (не пространствено-временни) симетрии на теорията, наречени [[калибровъчни симетрии]]. Всички частици с целочислен спин се наричат [[бозон]]и. Частиците от един и същ вид са неразличими една от друга и могат да се намират в едно и също [[квантово състояние]].
#* Носителят на електромагнитното взаимодействие е [[фотон]]ът γ, който е безмасов и има спин 1.
Ред 110:
#* Носителите на силното взаимодействие са безмасовите [[глуон]]и g, които имат спин 1, но те както и [[кварк]]ите, споменати по-долу имат „цветен“ заряд и поради явленията [[удържане]] и [[асимптотична свобода]] съществуват като свободни частици само на малки разстояния от други цветни заряди, докато всеки опит, цветен заряд да се отдели на голямо разстояние води до образуването на цветно-неутрален [[адрон]]. Съществуват 8 глуона и 8 [[антиглуон]]а.
#* Носителят на гравитационното взаимодействие е безмасовия [[гравитон]] G със спин 2, но поради изключително слабото им взаимодействие с останалите частици, гравитоните не са наблюдавани експериментално и гравитационните взаимодействия не са включени в стандартния модел. За разлика от гравитоните, касически [[гравитационни вълни]] се очаква да бъдат наблюдавани в най-близко бъдеще чрез [[детектори на гравитационни вълни]], като новопостроеният [[LIGO]].
#Частиците на материята имат спин 1/2 и се наричат [[фермион]]и. Това означава, че частиците от един и същ вид са неразличими една от друга но не могат да се намират в едно и също [[квантово състояние]]. Частиците на материята се разделят по два признака: „аромат“ и поколение. Освен това, за всяка една от тези частици съществува [[античастица]], която има същата маса и спин, но противоположни електрически заряд и други [[квантово число|квантови числа]].
#* Всяко поколение съдържа следните аромати:
#** Двойка лептони (частици неучастващи в силните взаимодействия). Първият лептон има отрицателен заряд, а вторият е неутрален и се нарича [[неутрино]]. Наскоро беше открито, че неутрината не са безмасови, а имат изключително малка маса (от порядъка на 10<sup>-12</sup> GeV). Зареденият лептон от първото поколение е [[електрон]]ът с маса 0,000511 GeV. Антиелектронът е по-популярен под името [[позитрон]].
#** Двойка кварки, първият с електрически заряд 1/3, а вторият -2/3 от този на протона. Кварките от първото поколвние се наричат горен (u, с маса около 0,005 GeV) и долен (d, с маса около 0,007 GeV)
#** Всяка двойка каварки се среща в три варианта, наречени „цветове“ — син, червен и зелен. Те са аналогът на електрическия заряд при силните взаимодействия. За разлика от електрическия заряд, който е два вида (положителен или отрицателен), цветния заряд е 6 вида (3 цвята и 3 антицвята). Наименованията цвят и аромат са съвсем условни и няма нищо общо обикновените понятия за цвят и аромат. Думата цвят е избрана по аналогия с физиологичната теория за цвета.
#* Съществуват само 3 поколения частици и това е доказано експериментално. Лептоните от второто поколение са [[мюон]]ът (µ) и [[мюонно неутрино|мюонното неутрино]] (ν<sub>μ</sub>). Съответните кварки се наричат очарован (c) и странен (s). Лептоните от третото поколение са [[тау-лептон]]ът (τ)и [[тау-неутрино]]то (ν<sub>τ</sub>). Съответните кварки се наричат топ (t) и дънен (b). Частиците от второто и третото поколение са нестабилни и се разпадат на други по-леки частици измежду изброените по-горе. Най-тежката от частиците на материята е t-кваркът, който има маса около 170 GeV и най-кратък живот.
#Третият вид частици са тези, които дават маса на останалите. Поради важни симетрии, теорията изисква всички частици да са първоначално безмасови. Масата се появява чрез специфичен вариант на [[спонтанно нарушение на симетрията]], наречен [[механизъм на Хигс]]. Тези частици имат спин 0 и са бозони. Единствената такава частица в стандартния модел и единствената, която все още не е открита е бозонът на Хигс (H). Неговата маса е вече определена в ясни граници — между 150 и 300 GeV. Очаква се той да бъде открит в европейския ускорител [[Голям адронов ускорител|LHC]], след пускането му през [[2007]] г. Ако той не бъде открит, това ще доведе до криза стандартния модел. В LHC се очаква да бъдат открити и първите суперсиметрични частици, което ще доведе до разширяване на стандартния модел.
Взето от „https://bg.wikipedia.org/wiki/Елементарна_частица“.