Postoje li nepromjenjive čestice u prirodi? Elementarne čestice. Klasifikacija elementarnih čestica
Tema časa: „Fazije razvoja fizike elementarne čestice" U ovoj lekciji ćemo pogledati sledeća pitanja:
- Istorija razvoja ideje da se svijet sastoji od elementarnih čestica Šta su elementarne čestice? Kako se može dobiti izolirana elementarna čestica i da li je to moguće? Tipologija čestica.
Naša lekcija će se održavati uglavnom u formi predavanja, a ako tokom predavanja imate pitanja ili dodatke, rado ću ih saslušati.
Ideja da je svijet napravljen od osnovnih čestica ima dugu istoriju. Danas postoje tri faze u razvoju fizike elementarnih čestica.
Otvorimo udžbenik na stranici itd. Upoznajmo se sa nazivima faza i vremenskim okvirima.
Faza 1.
Elementarno, odnosno najjednostavnije, dalje nedjeljivo, je kako je poznati starogrčki naučnik Demokrit zamišljao atom. Da vas podsjetim da riječ “atom” u prijevodu znači “nedjeljiv”. Po prvi put, ideju o postojanju sićušnih, nevidljivih čestica koje čine sve okolne objekte iznio je Demokrit 400 godina prije Krista. Nauka je počela da koristi koncept atoma tek u početkom XIX veka, kada je na osnovu toga bilo moguće objasniti čitav niz hemijske pojave. A krajem ovog veka otkrivena je složena struktura atoma. Godine 1911. otkriveno je atomsko jezgro (E. Rutherford) i konačno je dokazano da atomi imaju složenu strukturu.
Prisjetimo se ljudi: koje su čestice dio atoma i ukratko ih karakteriziraju?
Ljudi, možda se neko od vas sjeća: ko je i kojih godina otkrio elektron, proton i neutron?
Nakon otkrića protona i neutrona, postalo je jasno da jezgra atoma, kao i sami atomi, imaju složenu strukturu. Pojavila se protonsko-neutronska teorija strukture jezgara (D. D. Ivanenko i V. Heisenberg).
30-ih godina godine XIX veka, u teoriji elektrolize koju je razvio M. Faraday, pojavio se koncept jona i izvršeno je merenje elementarnog naelektrisanja. Kraj 19. vijeka - pored otkrića elektrona, obilježeno je i otkrićem fenomena radioaktivnosti (A. Becquerel, 1896). Godine 1905. u fizici se pojavila ideja o kvantima elektromagnetnog polja - fotonima (A. Einstein).
Podsjetimo: šta je foton?
Otkrivene čestice smatrane su nedjeljivim i nepromjenjivim primarnim esencijama, osnovnim građevnim blokovima univerzuma.
Faza 2.
Međutim, ovo mišljenje nije dugo trajalo.
Tridesetih godina prošlog stoljeća otkrivene su i proučavane međusobne transformacije protona i neutrona i postalo je jasno da te čestice također nisu nepromjenjivi elementarni „građevinski blokovi“ prirode.
Trenutno je poznato oko 400 subnuklearnih čestica (čestice koje čine atome, koje se obično nazivaju elementarnim. Velika većina ovih čestica je nestabilna (elementarne čestice se transformišu jedna u drugu).
Jedini izuzeci su foton, elektron, proton i neutrino.
Foton, elektron, proton i neutrino su stabilne čestice (čestice koje mogu postojati u slobodnom stanju neograničeno), ali svaka od njih, u interakciji s drugim česticama, može se pretvoriti u druge čestice.
Sve ostale čestice doživljavaju spontane reakcije u određenim intervalima. transformacija u druge čestice i to glavna činjenica njihovo postojanje.
Spomenuo sam još jednu česticu - neutrino. Koje su glavne karakteristike ove čestice? Ko i kada ga je otkrio?
Nestabilne elementarne čestice se uvelike razlikuju po svom vijeku trajanja.
Najdugovječnija čestica je neutron. Životni vijek neutrona reda 15 minuta.
Ostale čestice "žive" mnogo kraće.
Postoji nekoliko desetina čestica čiji životni vijek prelazi 10-17 s. Na skali mikrokosmosa, ovo je značajno vrijeme. Takve čestice se nazivaju relativno stabilne.
Većina kratkog veka elementarne čestice imaju životni vijek reda 10–22–10–23 s.
Sposobnost podvrgavanja međusobnim transformacijama je najvažnije svojstvo svih elementarnih čestica.
Elementarne čestice su sposobne da se stvaraju i uništavaju (emituju i apsorbuju). Ovo važi i za stabilne čestice sa jedinom razlikom transformacije stabilnih čestica ne nastaju spontano, već kroz interakciju sa drugim česticama.
Primjer je anihilacija (tj. nestanak) elektrona i pozitrona, praćena rođenjem fotona visoke energije.
Positron– (elektronska antičestica) pozitivno nabijena čestica koja ima istu masu i isti (modulo) naboj kao elektron. O njegovim karakteristikama ćemo detaljnije govoriti u sljedećoj lekciji. Recimo samo da je postojanje pozitrona predvidio P. Dirac 1928. godine, a otkrio ga je 1932. godine u kosmičkim zracima K. Anderson.
Godine 1937. čestice mase od 207 elektronskih masa, nazvane mioni (μ-mezoni), otkrivene su u kosmičkim zracima. Prosječni životni vijek μ mezona je
Zatim, 1947–1950, otkriveni su pioni (tj. π mezon) Prosječni životni vijek neutralnog π mezona je 0,87 10–16 s.
U narednim godinama, broj novootkrivenih čestica počeo je brzo rasti. To je bilo olakšano istraživanjem kosmičkih zraka, razvojem tehnologije akceleratora i proučavanjem nuklearnih reakcija.
Moderni akceleratori neophodna za izvođenje procesa rađanja novih čestica i proučavanje svojstava elementarnih čestica. Početne čestice se u akceleratoru ubrzavaju do visokih energija „na kursu sudara“ i sudaraju se jedna s drugom na određenom mjestu. Ako je energija čestica visoka, tada se tokom procesa sudara rađaju mnoge nove čestice, obično nestabilne. Ove čestice, raspršivši se od tačke sudara, raspadaju se na stabilnije čestice, koje detektori bilježe. Za svaki takav čin sudara (fizičari kažu: za svaki događaj) - i oni se evidentiraju u hiljadama u sekundi! -eksperimentatori kao rezultat određuju kinematičke varijable: vrijednosti impulsa i energija "uhvaćenih" čestica, kao i njihove putanje (vidi sliku u udžbeniku ili Dodatak br. 1). Prikupljanjem mnogih događaja istog tipa i proučavanjem distribucije ovih kinematičkih veličina, fizičari rekonstruišu kako je došlo do interakcije i kojoj vrsti čestica se mogu pripisati nastale čestice.
Faza 3.
Elementarne čestice su kombinovane u tri grupe: fotoni, leptoni i hadroni (Prilog br. 2 – tabela).
Ljudi, navedite mi čestice koje pripadaju različitim grupama.
Sljedeću grupu čine lake leptonske čestice.
Leptoni takođe uključuju brojne čestice koje nisu navedene u tabeli.
Treću veliku grupu čine teške čestice zvane hadroni. Ova grupa je podijeljena u dvije podgrupe. Lakše čestice čine podgrupu mezona.
Druga podgrupa - barioni - uključuje teže čestice. Najobimniji je.
Slijede ih takozvani hiperoni. Omega-minus-hiperon, otkriven 1964. godine, zatvara tabelu.
Obilje otkrivenih i novootkrivenih hadrona navelo je naučnike da poveruju da su svi izgrađeni od nekih drugih fundamentalnijih čestica.
Godine 1964. američki fizičar M. Gell-Man iznio je hipotezu, potvrđenu kasnijim istraživanjima, da su sve teške fundamentalne čestice - hadroni - izgrađene od fundamentalnijih čestica zvanih kvarkovi.
Co strukturna tačka pogled na elementarne čestice koje čine atomska jezgra (nukleoni), i općenito sve teške čestice - hadrona (barioni I mezoni) - sastoje se od još jednostavnijih čestica, koje se obično nazivaju fundamentalnim. Ovu ulogu zaista fundamentalnih primarnih elemenata materije igraju kvarkovi, čiji je električni naboj jednak +2/3 ili –1/3 jediničnog pozitivnog naboja protona.
Najčešći i najlakši kvarkovi se nazivaju top I niže i označavaju, respektivno, u(sa engleskog gore) I d(dolje). Ponekad se i oni nazivaju proton I neutron kvarka zbog činjenice da se proton sastoji od kombinacije uud, a neutron - udd. Najviši kvark ima naelektrisanje od +2/3; dno - negativni naboj –1/3. Budući da se proton sastoji od dva gore i jednog dolje, a neutron se sastoji od jednog gore i dva dolje kvarka, možete nezavisno provjeriti da je ukupni naboj protona i neutrona striktno jednak 1 i 0.
Druga dva para kvarkova su dio egzotičnijih čestica. Kvarkovi iz drugog para se nazivaju očarana - c(od očarani) I čudno - s(od čudno).
Treći par je istinito - t(od istina, ili na engleskom tradicije top) I Beautiful - b(od ljepota, ili na engleskom tradicije dnu) kvarkovi.
Gotovo sve čestice koje se sastoje od različitih kombinacija kvarkova već su eksperimentalno otkrivene
Prihvatanjem hipoteze o kvarku, bilo je moguće stvoriti harmoničan sistem elementarnih čestica. Brojne pretrage za kvarkovima u slobodnom stanju, vršene na visokoenergetskim akceleratorima i u kosmičkim zracima, bile su neuspešne. Naučnici vjeruju da je jedan od razloga neuočljivosti slobodnih kvarkova možda njihova vrlo velika masa. Ovo sprečava rađanje kvarkova na energijama koje se postižu u modernim akceleratorima.
Eksperiment za izolaciju slobodnih kvarkova počeo je prije desetak godina i bit će pokrenut sljedeće godine. U pripremi su elementi najvećeg eksperimentalnog postrojenja na svijetu - Velikog hadronskog sudarača u Švicarskoj.
A ovaj eksperiment, koji će biti pokrenut sljedeće godine, dat će odgovore na mnoga pitanja i, zapravo, potaknuti fiziku na dalji razvoj.
Prezentacija na temu "Elementarne čestice" u fizici u powerpoint formatu. Ova prezentacija za učenike 11. razreda objašnjava fiziku elementarnih čestica i sistematizuje znanja o ovoj temi. Cilj rada je razvijanje apstraktnog, ekološkog i naučnog mišljenja učenika na osnovu ideja o elementarnim česticama i njihovim interakcijama. Autor prezentacije: Popova I.A., nastavnik fizike.
Fragmenti iz prezentacije
Koliko elemenata ima u periodnom sistemu?
- Samo 92.
- Kako? Ima li još?
- Istina, ali sve ostalo je umjetno dobiveno, ne javlja se u prirodi.
- Dakle - 92 atoma. Od njih se mogu praviti i molekuli, tj. supstance!
- Ali činjenicu da se sve supstance sastoje od atoma naveo je Demokrit (400 pne).
- Bio je veliki putnik, a njegova omiljena izreka je bila:
- "Ništa ne postoji osim atoma i čistog prostora, sve ostalo je pogled"
Vremenska linija fizike čestica
- Teoretski fizičari su se suočili s najtežim zadatkom da urede cijeli otkriveni "zoološki vrt" čestica i pokušaju da svedu broj osnovnih čestica na minimum, dokazujući da se ostale čestice sastoje od osnovnih čestica.
- Sve ove čestice su bile nestabilne, tj. raspadnu se na čestice sa manjim masama, postajući na kraju stabilni protoni, elektroni, fotoni i neutrini (i njihove antičestice).
- Treći je ovaj. M. Gell-Mann i nezavisno J. Zweig predložili su model strukture čestica koje su u jakoj interakciji iz osnovnih čestica - kvarkova
- Ovaj model se sada pretvorio u koherentnu teoriju svih poznatih tipova interakcija čestica.
Kako detektovati elementarnu česticu?
Obično se tragovi (putanja ili tragovi) koje ostavljaju čestice proučavaju i analiziraju pomoću fotografija.
Klasifikacija elementarnih čestica
Sve čestice su podijeljene u dvije klase:
- Fermioni, koji čine materiju;
- Bozoni kroz koje dolazi do interakcije.
Kvarkovi
- Kvarkovi učestvuju u jakim interakcijama, kao i slabim i elektromagnetnim.
- Gell-Mann i Georg Zweig predložili su model kvarka 1964. godine.
- Paulijev princip: u jednom sistemu međusobno povezanih čestica nikada ne postoje najmanje dvije čestice sa identičnim parametrima ako te čestice imaju polucijeli spin.
Šta je spin?
- Spin pokazuje da postoji prostor stanja koji nema nikakve veze sa kretanjem čestice u običnom prostoru;
- Spin (od engleskog to spin - vrtjeti) se često upoređuje sa ugaonim momentom "vrha koji se brzo okreće" - to nije istina!
- Spin je unutrašnja kvantna karakteristika čestice, koja nema analoga klasična mehanika;
- Spin (od engleskog spin - vrtenje, rotacija) je unutrašnji ugaoni moment elementarnih čestica, koji ima kvantnu prirodu i nije povezan s kretanjem čestice kao cjeline.
Četiri vrste fizičkih interakcija
- gravitacioni,
- elektromagnetni,
- slab,
- jaka.
- Slaba interakcija- mijenja unutrašnju prirodu čestica.
- Jake interakcije- uzrok raznih nuklearne reakcije, kao i nastanak sila koje povezuju neutrone i protone u jezgrima.
Osobine kvarkova
- Kvarkovi imaju svojstvo koje se zove naboj boje.
- Postoje tri vrste naboja u boji, konvencionalno označene kao
- plava,
- zeleno
- Crveni.
- Svaka boja ima dopunu u obliku svoje anti-boje - anti-plave, anti-zelene i anticrvene.
- Za razliku od kvarkova, antikvarkovi nemaju boju, već antiboju, odnosno suprotan naboj boje.
Svojstva kvarkova: masa
- Kvarkovi imaju dvije glavne vrste masa koje se razlikuju po veličini:
- trenutna masa kvarka, procijenjena u procesima sa značajnim prijenosom kvadrata 4 impulsa, i
- konstrukcijska masa (blok, sastavna masa); također uključuje masu polja gluona oko kvarka i procjenjuje se iz mase hadrona i njihovog sastava kvarka.
Svojstva kvarkova: ukus
- Svaki okus (tip) kvarka karakteriziraju takvi kvantni brojevi kao što su
- isospin Iz,
- neobičnost S,
- šarm C,
- šarm (dno, ljepota) B′,
- istina (topness) T.
Zadaci
- Koja energija se oslobađa prilikom anihilacije elektrona i pozitrona?
- Koja energija se oslobađa prilikom anihilacije protona i antiprotona?
- Koji nuklearni procesi proizvode neutrine?
- A. Tokom α - raspada.
- B. Tokom β - raspada.
- B. Kada se emituju γ - kvanti.
- Koji nuklearni procesi proizvode antineutrine?
- A. Tokom α - raspada.
- B. Tokom β - raspada.
- B. Kada se emituju γ - kvanti.
- D. Tokom bilo koje nuklearne transformacije
- Proton se sastoji od...
- A. . . .neutron, pozitron i neutrino.
- B. . . .mesoni.
- IN. . . .kvarkovi.
- D. Proton nema sastavnih dijelova.
- Neutron se sastoji od...
- A. . . .proton, elektron i neutrino.
- B. . . .mesoni.
- IN. . . . kvarkovi.
- D. Neutron nema sastavnih dijelova.
- Šta su dokazali eksperimenti Davissona i Germera?
- A. Kvantna priroda apsorpcije energije atomima.
- B. Kvantna priroda emisije energije atoma.
- B. Talasna svojstva svjetlosti.
- D. Talasna svojstva elektrona.
- Koja od sljedećih formula određuje de Broglieovu valnu dužinu za elektron (m i v su masa i brzina elektrona)?
Test
- Koji fizički sistemi nastaju od elementarnih čestica kao rezultat elektromagnetne interakcije? A. Elektroni, protoni. B. Atomska jezgra. B. Atomi, molekuli materije i antičestice.
- Sa gledišta interakcije, sve čestice su podijeljene u tri tipa: A. Mezoni, fotoni i leptoni. B. Fotoni, leptoni i barioni. B. Fotoni, leptoni i hadroni.
- Šta je glavni faktor u postojanju elementarnih čestica? A. Međusobna transformacija. B. Stabilnost. B. Interakcija čestica jedna s drugom.
- Koje interakcije određuju stabilnost jezgara u atomima? A. Gravitacioni. B. Elektromagnetski. B. Nuklearni. D. Slabo.
- Postoje li nepromjenjive čestice u prirodi? O: Postoje. B. Ne postoje.
- Realnost transformacije materije u elektromagnetno polje: A. Potvrđena iskustvom anihilacije elektrona i pozitrona. B. Potvrđeno eksperimentom anihilacije elektrona i protona.
- Reakcija transformacije materije u polje: A. e + 2γ→e+ B. e + 2γ→e- C. e+ +e- =2γ.
- Koja je interakcija odgovorna za transformaciju elementarnih čestica jedna u drugu? A. Jaka interakcija. B. Gravitacioni. B. Slaba interakcija D. Jaka, slaba, elektromagnetna.
Opštinska budžetska nestandardna obrazovna ustanova "Gimnazija br. 1 po imenu Tasirov G.Kh. grada Belova" Osnovne čestice Prezentacija za čas fizike u 11. razredu (profilni nivo) Izvršila: Popova I.A., nastavnik fizike Belovo, 2012 CILJ: Upoznavanje sa fizikom elementarnih čestica i sistematizacija znanja o temi. Razvoj apstraktnog, ekološkog i naučnog mišljenja učenika na osnovu ideja o elementarnim česticama i njihovim interakcijama Koliko elemenata ima u periodnom sistemu? Samo 92. Kako? Ima li još? Istina, ali sve ostalo je umjetno dobiveno, ne javlja se u prirodi. Dakle - 92 atoma. Od njih se mogu praviti i molekuli, tj. supstance! Ali činjenicu da se sve supstance sastoje od atoma naveo je Demokrit (400 pne). Bio je veliki putnik, a njegova omiljena izreka je bila: „Ništa ne postoji osim atoma i čistog prostora, sve ostalo je mišljenje.“ Hronologija fizike čestica Demokrit Atom Datum Ime naučnika Otkriće (hipoteza) 400 pne. Početak XX 1910 1928 1928 1929 st Thomson Electron Antiparticle - čestica koja ima istu E. Rutherford protonsku masu i spin, ali Dirac i otkriće pozitrona suprotne vrijednosti Andersonovih naboja svih vrsta; A. Einstein Photon P. Dirac Predviđanje postojanja 1931. Pauli Otkriće neutrina i antineutrina 1932. J. Chadwick 1932. 1930. 1935. antičestice Za bilo koju neutronsku elementarnu česticu postoji vlastita antičestica - pozitronska antičestica Pauliwa antiparticlea Yuka Predviđeno postojanje. neutrino n Otkriće mezona Hronologija fizike čestica Datum Otkriće (hipoteza) Teoretski fizičari su se suočili sa Drugim, da organizuju scenu, najteži zadatak tokom 1947. godine, otkrili su Otkriće π-mezona p u kosmičkim „zoološkim” česticama i zrake da se pokuša smanjiti broj osnovnih čestica na početku kit. Otvoreno je dokazano da nekoliko stotina novih minimuma, drugi 1960-ih. sastoje se od elementarnih čestica čija je masa čestica osnovnih čestica u rasponu od 140 MeV do 2 GeV. Sve ove čestice su bile nestabilne, tj. raspadnu se na čestice sa manjim masama, postajući na kraju stabilni protoni, elektroni, fotoni i neutrini (i njihove antičestice). Hronologija fizike čestica Datum Ime naučnika Otkriće (hipoteza) Treća faza 1962. M. Gell-Mann Predložio model i nezavisno od strukture čestica koje su u jakoj interakciji od fundamentalnih čestica kvarkova 1995. Ovaj model do danas Otkriće poslednjeg od puta pretvorila u očekivanu, šestu koherentnu teoriju svih poznatih tipova interakcija čestica. kvark Kako detektovati elementarnu česticu? Obično se tragovi (putanja ili tragovi) koje ostavljaju čestice proučavaju i analiziraju pomoću fotografija Klasifikacija elementarnih čestica Sve čestice se dijele u dvije klase: 1. Fermioni, koji čine materiju; 2. Bozoni kroz koje dolazi do interakcije. Klasifikacija elementarnih kvarkova učestvuje u jakim interakcijama, a čestice takođe učestvuju u slabim i elektromagnetnim interakcijama. Fermioni se dijele na leptone i kvarkove. Kvarkovi Gell-Mann i Georg Zweig predložili su model kvarka 1964. Paulijev princip: u jednom sistemu međusobno povezanih čestica nikada ne postoje najmanje dvije čestice sa identičnim parametrima ako te čestice imaju polucijeli spin. M. Gell-Mann na konferenciji 2007. Šta je spin? Spin pokazuje da postoji Spin (od engleskog spin - vrtjeti, prostor stanja koji ni na koji način nije povezan sa rotacijom) - kretanje čestice u običnom trenutku u prostoru; zamah elementarnih čestica, frekvencija spina (od engleskog quantum do spin - spin) i nepostojanje prirode upoređuje se sa ugaonim momentom koji se „brzo povezuje s kretanjem čestice rotirajućeg vrha“ - to je pogrešno! u cjelini, Spin je unutrašnja kvantna karakteristika čestice koja nema analoga u klasičnoj mehanici; Spinovi nekih mikročestica Spin 0 Opšti naziv čestica π-mezoni, K-mezoni, Higsov bozon, atomi i skalarne čestice jezgra 4He, parno-parna jezgra, parapozitronijum 1/2 spinorne čestice 1 vektorske čestice 3/2 spin-vektor čestice 2 Primeri elektron, kvarkovi, proton, neutron, atomi i jezgra 3He foton, gluon, vektorski mezon, ortopozitronijum Δ-izobare tenzor čestice graviton, tenzorski mezoni Kvarkovi Kvarkovi učestvuju u jakim interakcijama, kao i slabim i elektromagnetnim. Naboji kvarkova su frakcioni - od -1/3e do +2/3e (e je naelektrisanje elektrona). Kvarkovi u današnjem Univerzumu postoje samo u vezanim stanjima – samo kao dio adrona. Na primjer, proton je uud, neutron je udd. Četiri vrste fizičkih interakcija su gravitacijske, elektromagnetne, slabe, nuklearne jake. Postoji samo jedan mehanizam: slabe interakcije menjaju unutrašnju prirodu čestica usled razmene. Snažne interakcije između čestica i drugih određuju različite nuklearne reakcije, a nosioci također dovode do sila koje vezuju neutrone interakcije. i protoni u jezgrima. Četiri vrste fizičkih interakcija Elektromagnetski I fotoni, i Interakcija Radijus djelovanjaConst. obostrano interakcija: nosilac gravitona nije foton. imaju mase Gravitaciono -39 Gravitaciono Beskonačno velika 6.10 interakcija: nosioci - (mase mirovanja) i kvanti gravitacionog polja uvek pokreću gravitone. Elektromagnetski Beskonačno veliki 1/137 sa brzinom slabih interakcija: svjetlost. nosioci su vektorski bozoni. Slab Ne prelazi 10-16 cm 10-14 Značajna razlika između nosilaca jakih nosilaca slabih interakcija: gluona (od -13 interakcije sa fotona Jaki ne lepak prelazi 10 cm 1 engleska reč - lepak), i gravitona je njihova masa mirovanja jednaka nuli. masivnost. Svojstva kvarkova Supermultipleti kvarkova (trijada
Kada je grčki filozof Demokrit najjednostavnije nedjeljive čestice nazvao atomima (riječ atom, Podsjetimo, to znači "nedjeljiv"), tada mu se, u principu, vjerovatno sve činilo ne baš komplicirano. Razni objekti, biljke, životinje građene su od nedjeljivih, nepromjenjivih čestica. Transformacije uočene u svijetu su jednostavno preuređenje atoma. Sve u svijetu teče, sve se mijenja, osim samih atoma, koji ostaju nepromijenjeni.
Ali unutra kasno XIX veka otkrivena je složena struktura atoma i izolovan elektron kao sastavni deo atoma. Tada, već u 20. veku, otkriveni su proton i neutron - čestice koje čine atomsko jezgro. Isprva su se sve te čestice posmatrale upravo onako kako je Demokrit gledao na atome: smatrane su nedjeljivim i nepromjenjivim primarnim esencijama, osnovnim građevnim blokovima svemira.
Situacija privlačne jasnoće nije dugo trajala. Ispostavilo se da je sve mnogo komplikovanije:
Kako se pokazalo, nepromenljivih čestica uopšte nema. U samoj riječi osnovno postoji dvostruko značenje.
S jedne strane, elementarno je nešto što se podrazumeva, najjednostavnije. S druge strane, pod elementarnim podrazumijevamo nešto fundamentalno što leži u osnovi stvari (u tom smislu oni sada nazivaju subatomske čestice osnovno).
Sljedeća jednostavna činjenica sprječava nas da smatramo da su trenutno poznate elementarne čestice slične nepromjenjivim Demokritovim atomima. Nijedna čestica nije besmrtna. Većina čestica koje se danas nazivaju elementarnim ne mogu preživjeti više od dva milioniti dio sekunde, čak i u odsustvu bilo kakvog vanjskog utjecaja. Slobodni neutron (neutron koji se nalazi izvan atomskog jezgra) živi u prosjeku 15 minuta.
Samo foton, elektron, proton I neutrino ostala bi nepromijenjena da je svaki od njih sam u cijelom svijetu (neutrino nema električni naboj i njegova masa mirovanja je naizgled jednaka nuli).
Ali elektroni i protoni imaju najopasniju braću - pozitrona I antiprotoni, pri sudaru s kojim se te čestice međusobno uništavaju i stvaraju nove.
Foton koji emituje stolna lampa traje ne više od 10~8 s. Ovo je vrijeme potrebno da stigne do stranice knjige i da ga papir upije. Samo su neutrini gotovo besmrtni zbog činjenice da izuzetno slabo komuniciraju s drugim česticama. Međutim, i neutrini umiru kada se sudare s drugim česticama, iako su takvi sudari izuzetno rijetki.
Sve elementarne čestice se pretvaraju jedna u drugu, a te međusobne transformacije su glavna činjenica njihovog postojanja.
Naučnici su posmatrali transformacije elementarnih čestica tokom sudara čestica visoke energije.
Ideja o nepromjenjivosti elementarnih čestica pokazala se neodrživom. Ali ideja o njihovoj nerazgradljivosti je ostala.
Elementarne čestice više nisu nedjeljive, ali su neiscrpne po svojim svojstvima.
To te tjera da tako misliš. Imajmo prirodnu želju da istražimo da li se, na primjer, elektron sastoji od bilo kojeg drugog suelementarne čestice.Šta treba učiniti da se pokuša rasparčati elektron? Postoji samo jedan način na koji se možete sjetiti. Ovo je isti metod kojem dijete pribjegava ako želi saznati šta se nalazi unutar plastične igračke – jak udarac.
Prema modernim konceptima, elementarne čestice su primarne, nerazgradive čestice od kojih je izgrađena sva materija. Međutim, nedjeljivost elementarnih čestica ne znači da im nedostaje unutrašnja struktura.
U 60-im godinama pojavile su se sumnje da sve čestice koje se sada nazivaju elementarnim u potpunosti opravdavaju ovaj naziv. Razlog za sumnju je jednostavan: ovih čestica ima mnogo.
Otkriće nove elementarne čestice uvijek je bilo i još uvijek je izuzetan trijumf nauke. Ali davno, dio tjeskobe je počeo da se miješa sa svakim uzastopnim trijumfom. Trijumfi su počeli da se nižu bukvalno jedan za drugim.
Grupa tzv "čudno"čestice: k-me- zonama i hiperonima čija masa prelazi masu nukleona. 70-ih godina njima je dodana velika grupa čestica sa još većim masama, tzv "očarana." Osim toga, otkrivene su kratkovječne čestice sa životnim vijekom reda 10~ 22 -10~ 23 s. Ove čestice su dobile naziv rezonancije, a njihov broj je premašio dvije stotine.
Tada su (1964.) M. Gell-Mannon i J. Zweig predložili model prema kojem sve čestice koje učestvuju u jakim (nuklearnim) interakcijama hadroni, izgrađen od fundamentalnijih (ili primarnih) čestica - kvarkovi.
Kvarkovi imaju delimični električni naboj . Protoni i neutroni se sastoje od tri kvarka.
Trenutno niko ne sumnja u realnost kvarkova, iako oni nisu otkriveni u slobodnom stanju i verovatno nikada neće biti otkriveni. Postojanje kvarkova dokazano je eksperimentima o rasejanju elektrona velike energije protonima i neutronima. Broj različitih kvarkova je šest. Kvarkovi, koliko je sada poznato, nemaju unutrašnju strukturu i u tom smislu se mogu smatrati zaista elementarnim.
Lagane čestice koje ne učestvuju u jakim interakcijama nazivaju se leptons. Ima ih i šest, poput kvarkova (elektron, tri vrste neutrina i još dvije čestice - mion i tau lepton sa masama znatno većim od mase elektrona).
Postojanje elektronovog blizanca - pozitrona - teoretski je predvidio engleski fizičar P. Dirac 1931. U isto vrijeme, Dirac je predvidio da kada se pozitron sretne s elektronom, obje čestice treba nestati generisanje fotona visoke energije. Može se desiti i obrnuti proces - rođenje para elektron-pozitron, na primjer, kada se foton dovoljno velike energije sudari (njegova masa mora biti veća od zbira masa mirovanja rezultirajućih čestica) sa jezgrom.
Dvije godine kasnije, pozitron je otkriven pomoću komore u oblaku smještene u magnetskom polju. Smjer zakrivljenosti traga čestice označen je znakom njenog naboja. Na osnovu radijusa zakrivljenosti i energije čestice određen je omjer njenog naboja i mase. Ispostavilo se da je po modulu isti kao i elektron. Na slici 190 vidite prvu fotografiju koja je dokazala postojanje pozitrona. Čestica se kretala odozdo prema gore i, prošavši olovnu ploču, izgubila je dio svoje energije. Zbog toga se povećala zakrivljenost putanje.
Proces stvaranja para elektron-pozitron od strane y-kvanta u olovnoj ploči vidljiv je na fotografiji prikazanoj na slici 191. U komori oblaka smještenoj u magnetskom polju, par ostavlja karakterističan trag u obliku viljuška s dva roga.
Nestanak (uništenje) nekih čestica i pojava drugih tokom reakcija između elementarnih
Energija mirovanja je najveći i najkoncentriraniji rezervoar energije u Univerzumu. I tek tokom uništenja potpuno se oslobađa, pretvarajući se u druge vrste energije. Stoga je antimaterija najsavršeniji izvor energije, najkaloričnije „gorivo“. Teško je sada reći da li će čovečanstvo ikada moći da koristi ovo „gorivo“.
Bilo koja čestica sa odgovarajućom antičesticom se anihilira. Obje čestice nestaju, pretvarajući se u kvante zračenja ili druge čestice.
Otkriven relativno nedavno antiproton I - antineutron. Električni naboj antiprotona je negativan. Sada je dobro poznato da se rađanje parova čestica - antičestica i njihovo uništenje ne predstavlja monopol elektrona i pozitrona.
Nastaju atomi čija se jezgra sastoje od antinukleona i omotača pozitrona antimaterija. 1969. godine prvi put je nabavljena u našoj zemlji antihelijum.
Odgovor na pitanje koje je u toku: koja je najmanja čestica u Univerzumu koja je evoluirala sa čovječanstvom.
Ljudi su nekada mislili da su zrnca pijeska građevni blokovi onoga što vidimo oko sebe. Atom je tada otkriven i smatralo se da je nedjeljiv sve dok nije podijeljen kako bi se otkrili protoni, neutroni i elektroni unutar njega. Takođe se nije pokazalo da su to najmanje čestice u svemiru, jer su naučnici otkrili da se protoni i neutroni sastoje od po tri kvarka.
Naučnici do sada nisu bili u mogućnosti da vide bilo kakav dokaz da postoji nešto unutar kvarkova i da je dostignut najfundamentalniji sloj materije ili najmanja čestica u Univerzumu.
Čak i ako su kvarkovi i elektroni nedjeljivi, naučnici ne znaju jesu li oni najmanji komadići materije koja postoji ili Univerzum sadrži objekte koji su još manji.
Najmanje čestice u Univerzumu
Dolaze u različitim ukusima i veličinama, neki imaju nevjerovatne veze, drugi u suštini isparavaju jedni druge, mnogi od njih imaju fantastična imena: kvarkovi sastavljeni od bariona i mezona, neutrona i protona, nukleona, hiperona, mezona, bariona, nukleona, fotona, itd. .d.
Higsov bozon je čestica toliko važna za nauku da se naziva „čestica Boga“. Vjeruje se da on određuje masu svih ostalih. Element je prvi put teoretiziran 1964. godine kada su se naučnici zapitali zašto su neke čestice masivnije od drugih.
Higsov bozon je povezan sa takozvanim Higsovim poljem, za koje se veruje da ispunjava Univerzum. Dva elementa (kvant Higsovog polja i Higsov bozon) su odgovorni za davanje mase ostalima. Ime je dobio po škotskom naučniku Peteru Higgsu. Uz pomoć 14. marta 2013. godine zvanično je objavljena potvrda postojanja Higsovog bozona.
Mnogi naučnici tvrde da je Higsov mehanizam riješio nedostajući dio slagalice kako bi dovršio postojeći “ standardni model” fizika koja opisuje poznate čestice.
Higsov bozon je u osnovi odredio masu svega što postoji u Univerzumu.
Kvarkovi
Kvarkovi (što znači kvarkovi) su građevni blokovi protona i neutrona. Nikada nisu sami, postoje samo u grupama. Očigledno, sila koja povezuje kvarkove zajedno raste sa rastojanjem, tako da što dalje idete, to će ih biti teže razdvojiti. Stoga slobodni kvarkovi nikada ne postoje u prirodi.
Kvarkovi su fundamentalne čestice su bez strukture, šiljasti veličine približno 10−16 cm.
Na primjer, protoni i neutroni se sastoje od tri kvarka, pri čemu protoni sadrže dva identična kvarka, dok neutroni imaju dva različita.
Supersimetrija
Poznato je da su fundamentalni "građevinski blokovi" materije, fermioni, kvarkovi i leptoni, a čuvari sile, bozoni, fotoni i gluoni. Teorija supersimetrije kaže da se fermioni i bozoni mogu transformirati jedni u druge.
Predviđena teorija kaže da za svaku česticu koju poznajemo postoji srodna čestica koju još nismo otkrili. Na primjer, za elektron je to selektor, kvark je skvark, foton je fotino, a higgs je higgsino.
Zašto ovu supersimetriju u Univerzumu sada ne uočimo? Naučnici vjeruju da su mnogo teži od svojih redovnih rođaka i što su teži, to im je životni vijek kraći. U stvari, počinju da se urušavaju čim se pojave. Za stvaranje supersimetrije potrebna je vrlo velika količina energije, koja je postojala tek ubrzo nakon toga veliki prasak i mogao bi se stvoriti u velikim akceleratorima poput Velikog hadronskog sudarača.
Što se tiče zašto je nastala simetrija, fizičari teoretiziraju da je simetrija možda narušena u nekom skrivenom sektoru svemira koji ne možemo vidjeti niti dodirnuti, već možemo osjetiti samo gravitacijski.
Neutrino
Neutrini su lagane subatomske čestice koje zvižde posvuda brzinom koja je blizu svjetlosti. Zapravo, trilioni neutrina teku kroz vaše tijelo u svakom trenutku, iako rijetko stupaju u interakciju s normalnom materijom.
Neki dolaze od sunca, dok drugi od kosmičkih zraka u interakciji sa Zemljinom atmosferom i astronomskih izvora kao što su eksplodirajuće zvijezde na mliječni put i druge udaljene galaksije.
Antimaterija
Smatra se da sve normalne čestice imaju antimateriju iste mase, ali suprotnog naboja. Kada se materija sretne, one uništavaju jedna drugu. Na primjer, čestica antimaterije protona je antiproton, dok se antimaterijalni partner elektrona naziva pozitron. Antimaterija je jedna od najskupljih supstanci na svijetu koju su ljudi uspjeli identificirati.
Gravitoni
U oblasti kvantne mehanike, sve fundamentalne sile prenose se česticama. Na primjer, svjetlost se sastoji od čestica bez mase zvanih fotoni, koji nose elektromagnetnu silu. Isto tako, graviton je teorijska čestica koja nosi silu gravitacije. Naučnici tek treba da otkriju gravitone, koje je teško pronaći jer su tako slabo u interakciji s materijom.
Niti energije
U eksperimentima, sitne čestice poput kvarkova i elektrona djeluju kao pojedinačne točke materije bez prostorne distribucije. Ali tačkasti objekti komplikuju zakone fizike. Budući da je nemoguće prići beskonačno blizu tački, jer djelujuće sile mogu postati beskonačno velike.
Ideja koja se zove teorija superstruna mogla bi riješiti ovaj problem. Teorija kaže da su sve čestice, umjesto da su točkaste, zapravo male niti energije. Odnosno, svi objekti u našem svijetu sastoje se od vibrirajućih niti i energetskih membrana. 
Ništa ne može biti beskonačno blizu niti, jer će jedan dio uvijek biti malo bliži od drugog. Čini se da ova "puškarnica" rješava neke od problema s beskonačnošću, čineći ideju privlačnom fizičarima. Međutim, naučnici još uvijek nemaju eksperimentalne dokaze da je teorija struna tačna.
Drugi način rješavanja problema tačaka je da se kaže da sam prostor nije kontinuiran i gladak, već se zapravo sastoji od diskretnih piksela ili zrna, koji se ponekad nazivaju prostorno-vremenska struktura. U ovom slučaju, dvije čestice neće se moći približavati jedna drugoj u nedogled, jer uvijek moraju biti razdvojene minimalnom veličinom zrna prostora.
Tačka crne rupe
Još jedan kandidat za titulu najmanje čestice u svemiru je singularitet (jedna tačka) u centru crne rupe. Crne rupe nastaju kada se materija kondenzira u prostor dovoljno mali da gravitacija gravitira, uzrokujući da se materija povuče unutra, da se na kraju kondenzira u jednu tačku beskonačne gustine. Barem prema sadašnjim zakonima fizike.
Ali većina stručnjaka ne misli da su crne rupe zaista beskonačno guste. Oni vjeruju da je ta beskonačnost rezultat unutrašnjeg sukoba između dvije trenutne teorije - opšta teorija relativnosti i kvantne mehanike. Oni sugeriraju da kada se može formulirati teorija kvantne gravitacije, istinska priroda crne rupe će biti otkrivene.
Plankova dužina
Niti energije, pa čak i najmanja čestica u Univerzumu mogu biti veličine “plankove dužine”.
Dužina šipke je 1,6 x 10 -35 metara (broju 16 prethode 34 nule i decimalna točka) - neshvatljivo mala skala koja se povezuje s različitim aspektima fizike.
Plankova dužina je “prirodna jedinica” dužine koju je predložio njemački fizičar Max Planck.
Plankova dužina je prekratka da bi je bilo koji instrument izmjerio, ali se vjeruje da izvan toga predstavlja teorijsku granicu najkraće mjerljive dužine. Prema principu nesigurnosti, nijedan instrument nikada ne bi trebao biti u stanju da izmjeri ništa manje, jer je u ovom opsegu svemir vjerovatnost i neizvjestan.
Ova skala se takođe smatra linijom razdvajanja između opšte teorije relativnosti i kvantne mehanike.
Plankova dužina odgovara udaljenosti na kojoj je gravitaciono polje toliko jako da može početi da pravi crne rupe od energije polja.
Očigledno je da je najmanja čestica u svemiru otprilike veličine daske: 1,6 x 10 -35 metara
zaključci
Još iz škole se znalo da najmanja čestica u svemiru, elektron, ima negativan naboj i vrlo malu masu, jednaku 9,109 x 10 - 31 kg, a klasični poluprečnik elektrona je 2,82 x 10 -15 m.
Međutim, fizičari već rade s najmanjim česticama u svemiru, Planckove veličine koja je otprilike 1,6 x 10 -35 metara.
