Elementar zarracha: bu nima? Elementar zarralar haqida tushuncha

Elementar zarralar zarrachalardir bu daqiqa ichki tuzilishi topilmadi. O'tgan asrda ham atomlar elementar zarralar hisoblangan. Ularning ichki tuzilishi - yadrolar va elektronlar 20-asr boshlarida kashf etilgan. E. Ruterfordning tajribalarida. Atomlarning o'lchamlari taxminan 10 -8 sm, yadrolari o'n minglab marta kichik, elektronlar esa juda kichik. Zamonaviy nazariyalar va tajribalardan kelib chiqqan holda, u 10 -16 sm dan kam.

Shunday qilib, endi elektron elementar zarradir. Yadrolarga kelsak, ularning ichki tuzilishi kashf qilingandan so'ng darhol aniqlangan. Ular nuklonlar - proton va neytronlardan iborat. Yadrolar juda zich: nuklonlar orasidagi o'rtacha masofa ularning o'lchamidan bir necha baravar katta. Nuklonlarning nimadan iboratligini aniqlash uchun yarim asrga yaqin vaqt kerak bo'ldi, garchi bir vaqtning o'zida tabiatning boshqa sirlari paydo bo'lgan va hal qilingan.

Nuklonlar elektron bilan bir xil aniqlikdagi elementar bo'lgan uchta kvarkdan iborat, ya'ni ularning radiusi 10 -16 sm dan kam nuklonlarning radiusi - kvarklar egallagan hududning o'lchami - taxminan 10 -13 sm zarrachalar katta oilaga mansub uch xil (yoki bir xil) kvarklardan tashkil topgan barionlar. Kvarklar turli yo'llar bilan tripletlarga bog'lanishi mumkin va bu barionning xususiyatlaridagi farqlarni aniqlaydi, masalan, u boshqa spinga ega bo'lishi mumkin.

Bundan tashqari, kvarklar kvark va antikvarkdan tashkil topgan juft - mezonlarga birlashishi mumkin. Mezonlarning spini butun son qiymatlarni oladi, barionlar uchun esa yarim butun qiymatlarni oladi. Barionlar va mezonlar birgalikda adronlar deb ataladi.

Kvarklar erkin shaklda topilmadi va hozirgi vaqtda qabul qilingan g'oyalarga ko'ra, ular faqat adronlar shaklida mavjud bo'lishi mumkin. Kvarklar kashf etilishidan oldin adronlar bir muncha vaqt elementar zarralar hisoblangan (va bu nom adabiyotda hali ham tez-tez uchraydi).

Adronlarning kompozit tuzilishining birinchi eksperimental ko'rsatkichi Stenforddagi (AQSh) chiziqli tezlatgichda protonlar tomonidan elektronlarning tarqalishi bo'yicha tajribalar bo'ldi, buni faqat proton ichida ba'zi nuqta jismlari mavjudligini taxmin qilish bilan izohlash mumkin edi.

Tez orada bu kvarklar ekanligi ma'lum bo'ldi, ularning mavjudligi nazariyotchilar tomonidan ilgari taxmin qilingan edi.

Bu erda zamonaviy elementar zarralar jadvali. Olti turdagi kvarklardan tashqari (hozirgacha faqat beshtasi tajribalarda paydo bo'lgan, ammo nazariyotchilar oltinchisi borligini taxmin qilmoqdalar), bu jadvalda leptonlar - elektron tegishli bo'lgan zarralar ko'rsatilgan. Bu oilada muon va (yaqinda) t-lepton ham topilgan. Ularning har biri o'z neytrinosiga ega, shuning uchun leptonlar tabiiy ravishda uch juft e, n e ga bo'linadi; m, n m ;t, n t .

Bu juftlarning har biri mos keladigan kvark juftligi bilan birlashib, to'rtlik hosil qiladi, bu avlod deyiladi. Jadvaldan ko'rinib turibdiki, zarrachalarning xossalari avloddan-avlodga takrorlanadi. Faqat massalar farq qiladi. Ikkinchi avlod birinchisidan og'irroq, uchinchi avlod ikkinchisidan og'irroq.

Asosan birinchi avlod zarralari tabiatda topilgan, qolganlari esa sun'iy ravishda zaryadlangan zarracha tezlatgichlarida yoki atmosferadagi kosmik nurlarning o'zaro ta'sirida yaratilgan.

Jadvalda 1/2 spinga ega bo'lgan kvark va leptonlarga qo'shimcha ravishda materiya zarralari deb ataladi, spini 1 bo'lgan zarralar ko'rsatilgan. Bular materiya zarralari tomonidan yaratilgan maydonlar kvantlari. Ulardan eng mashhur zarracha foton, kvantdir elektromagnit maydon.

Oraliq bozonlar deb ataladi V+ va V- juda katta massaga ega bo'lganlar yaqinda to'qnashuv bo'yicha tajribalarda topilgan R-bir necha yuz GeV energiyadagi nurlar. Bular kvarklar va leptonlar o'rtasidagi zaif o'zaro ta'sirlarning tashuvchilari. Va nihoyat, glyuonlar kvarklar orasidagi kuchli o'zaro ta'sirlarning tashuvchisi hisoblanadi. Kvarklarning o'zlari singari, glyuonlar ham erkin shaklda topilmaydi, lekin adronlarning yaratilishi va yo'q qilinishi reaktsiyalarining oraliq bosqichlarida paydo bo'ladi. Yaqinda glyuonlar tomonidan hosil qilingan adron oqimlari aniqlandi. Kvarklar va glyuonlar nazariyasining barcha bashoratlari - kvant xromodinamikasi - tajribaga mos kelganligi sababli, glyuonlarning mavjudligiga shubha yo'q.

Spin 2 bo'lgan zarracha gravitondir. Uning mavjudligi Eynshteynning tortishish nazariyasi, kvant mexanikasi tamoyillari va nisbiylik nazariyasidan kelib chiqadi. Gravitonni eksperimental ravishda aniqlash juda qiyin bo'ladi, chunki u materiya bilan juda zaif ta'sir qiladi.

Nihoyat, savol belgisi bilan jadvalda spin 0 (H-mezonlar) va 3/2 (gravitino) bo'lgan zarralar ko'rsatilgan; ular eksperimental ravishda kashf etilmagan, ammo ularning mavjudligi ko'plab zamonaviy nazariy modellarda taxmin qilinadi.

Elementar zarralar

aylanish	0?	1/2				1				3/2	2?
Ism	Higgs zarralari	Moddaning zarrachalari				Maydon kvantlari
Ism	Higgs zarralari	kvarklar		leptonlar		foton	vektor bozonlari		glyuon	gravitino	graviton
ramzi	H	u	d	n e	e	g	Z	V	g
(og'irlik)	(?)	(?)	(0,5)	(0)	(~95 GeV)	(~80 GeV)	(?)	(?)
ramzi	Bilan	s	n m	m
(og'irlik)	(0?)	(106)
ramzi	t	b	n t	t
(og'irlik)	(0?)	(1784)
Baryon zaryadi	0	1/3	1/3	0	0	0	0	0	0	0	0
Elektr zaryadi	0, ±1	2/3	1/3	0	-1	0	0	±1	0	0	0
rang	-	3	3	-	-	-	-	-	8	-	-

Adronlar - umumiy ism kuchli o'zaro ta'sirlarda ishtirok etuvchi zarralar uchun . Ism yunoncha so'zdan kelib chiqqan bo'lib, "kuchli, katta" degan ma'noni anglatadi. Barcha adronlar ikkita katta guruhga bo'linadi - mezonlar va barionlar.

Barionlar(yunoncha "og'ir" degan ma'noni anglatadi) yarim butun spinli hadronlardir . Eng mashhur barionlar proton va neytrondir . Barionlar, shuningdek, bir marta kvant raqamiga ega bo'lgan bir qator zarralarni ham o'z ichiga oladi g'alatilik. Lambda barioni (L°) va sigma barion oilasi (S - , S+ va S°) g'alatilik birligiga ega. +, -, 0 indekslari elektr zaryadining belgisini yoki zarrachaning neytralligini bildiradi. Xi barionlari (X - va X °) ikkita g'alati birlikka ega. Baryon W - uchga teng g'alatilikka ega. Ro'yxatda keltirilgan barionlarning massalari proton massasidan taxminan bir yarim baravar kattaroqdir va ularning xarakterli umri taxminan 10-10 s. Eslatib o'tamiz, proton amalda barqaror, neytron esa 15 daqiqadan ko'proq yashaydi. Ko'rinishidan, og'irroq barionlar juda qisqa umr ko'radi, ammo mikrokosmos miqyosida bunday emas. Bunday zarracha, hatto nisbatan sekin, aytaylik, yorug'lik tezligining 10% tezligida harakat qilsa ham, bir necha millimetr masofani bosib o'tishga muvaffaq bo'ladi va zarrachalar detektorida o'z izini qoldiradi. Barionlarni boshqa turdagi zarrachalardan ajratib turadigan xususiyatlaridan biri saqlangan barion zaryadining mavjudligidir. Bu miqdor barionlar va antibarionlar soni o'rtasidagi farqning barcha ma'lum jarayonlarida doimiylikning eksperimental faktini tavsiflash uchun kiritilgan.

Proton- adronlar sinfidan barqaror zarracha, vodorod atomining yadrosi. Qaysi hodisani protonning kashfiyoti deb hisoblash kerakligini aytish qiyin: vodorod ioni sifatida u uzoq vaqtdan beri ma'lum. E. Rezerford tomonidan atomning sayyoraviy modeli yaratilishi (1911), izotoplarning ochilishi (F. Soddi, J. Tomson, F. Aston, 1906-1919) va alfa zarrachalar tomonidan urib tushirilgan vodorod yadrolarining kuzatilishi. azot yadrolaridan protonning ochilishida rol o'ynagan (E. Ruterford, 1919). 1925-yilda P.Blekett bulutli kameradagi proton izlarining birinchi fotosuratlarini oldi (qarang: Yadroviy radiatsiya detektorlari), elementlarning sun'iy o'zgarishining kashf qilinishini tasdiqlaydi. Bu tajribalarda alfa zarrachani azot yadrosi ushladi, u proton chiqaradi va kislorod izotopiga aylandi.

Neytronlar bilan birgalikda protonlar barcha atom yadrolarini tashkil qiladi kimyoviy elementlar, va yadrodagi protonlar soni berilgan elementning atom raqamini aniqlaydi. Proton elementar zaryadga, ya'ni elektron zaryadining mutlaq qiymatiga teng musbat elektr zaryadiga ega. Bu 10-21 aniqlik bilan eksperimental tarzda tasdiqlangan. Proton massasi m p = (938,2796 ± 0,0027) MeV yoki ~ 1,6-10 -24 g, ya'ni proton elektrondan 1836 marta og'irroq! Zamonaviy nuqtai nazardan, proton haqiqiy elementar zarracha emas: u ikkitadan iborat u-elektr zaryadli kvarklar +2/3 (birliklarda elementar zaryad) va bitta d-elektr zaryadli kvark -1/3. Kvarklar boshqa faraziy zarralar - glyuonlar, kuchli o'zaro ta'sirlarni olib boruvchi maydon kvantlari almashinuvi orqali o'zaro bog'langan. Protonlarda elektronning tarqalishi jarayonlari ko'rib chiqilgan tajriba ma'lumotlari haqiqatan ham protonlar ichida nuqta tarqalish markazlarining mavjudligini ko'rsatadi. Bu tajribalar ma'lum ma'noda atom yadrosini ochishga olib kelgan Rezerford tajribalariga juda o'xshaydi. Bo'lish kompozit zarracha, protonning yakuniy o'lchami ~ 10 -13 sm, garchi, albatta, uni qattiq to'p sifatida tasvirlab bo'lmaydi. Aksincha, proton yaratilgan va yo'q qilingan virtual zarralardan iborat bo'lgan loyqa chegaraga ega bulutga o'xshaydi.

Proton, barcha adronlar singari, har bir asosiy o'zaro ta'sirda ishtirok etadi. Shunday qilib. kuchli o'zaro ta'sirlar yadrolardagi proton va neytronlarni, elektromagnit o'zaro ta'sirlar atomlardagi proton va elektronlarni bog'laydi. Kuchsiz o'zaro ta'sirlarga misol sifatida neytronning beta-parchalanishi yoki protonning pozitron va neytrinoning emissiyasi bilan neytronga yadro ichidagi transformatsiyasi kiradi (erkin proton uchun energiyaning saqlanish va o'zgarishi qonuni tufayli bunday jarayon mumkin emas, chunki neytron biroz kattaroq massaga ega). Proton spini 1/2 ga teng. Yarim butun spinli adronlarga barionlar deyiladi (yunoncha “ogʻir” degan maʼnoni anglatadi). Barionlarga proton, neytron, turli giperonlar (L, S, X, Vt) va yangi kvant sonli bir qancha zarrachalar kiradi, ularning aksariyati hali kashf etilmagan. Barionlarni tavsiflash uchun maxsus raqam kiritildi - barion zaryadi, barionlar uchun 1 ga, antibarionlar uchun - 1 - va boshqa barcha zarralar uchun O. Barion zaryadi barion maydonining manbai emas, u faqat zarralar bilan reaktsiyalarda kuzatilgan naqshlarni tasvirlash uchun kiritilgan. Bu qonuniyatlar barion zaryadining saqlanish qonuni shaklida ifodalanadi: sistemadagi barionlar va antibarionlar sonining farqi har qanday reaksiyalarda saqlanib qoladi. Barion zaryadining saqlanishi protonning parchalanishini imkonsiz qiladi, chunki u barionlarning eng yengili hisoblanadi. Bu qonun empirik xususiyatga ega va, albatta, eksperimental tarzda tekshirilishi kerak. Barion zaryadining saqlanish qonunining aniqligi protonning barqarorligi bilan tavsiflanadi, uning umrini eksperimental baholash 1032 yildan kam bo'lmagan qiymatni beradi.

1. Moddaning tuzilishi haqidagi ilk fikrlar

Moddaning tuzilishi haqidagi birinchi nazariyalar juda uzoq vaqt oldin yaratilgan. 2600 yil oldin yashagan mashhur yunon olimi Thales butun umrini dunyo tuzilishi muammosini tushunishga harakat qildi. Uning geometriya va astronomiya haqidagi bilimlari hayratlanarli edi. U har qanday oy va quyosh tsikllarini kuzatishga muvaffaq bo'ldi va hatto to'liq bashorat qildi quyosh tutilishi. Ikki yarim ming yil muqaddam bu hayajon va qo'rquvni tasavvur qilish mumkin. Ammo Thalesning asosiy xizmati shundaki, u birinchi bo'lib dunyoning asl elementlari haqidagi savolni ko'targan. U birinchi bo'lib moddaning chuqurligiga olib boradigan zinapoyani ko'rdi.

Thales hamma narsaning asosi suv ekanligiga ishongan. Uning ta'kidlashicha, agar siz suvni kondensatsiya qilsangiz, siz qattiq moddalar olasiz, agar siz suvni bug'lantirsangiz, havo olasiz va hatto Yer yog'och bo'lagi kabi suvda suzib yuradi.

Agrigentumlik Empedokl oʻz asarlarida toʻrt elementning mavjudligini asoslab bergan: olov, havo, suv va tuproq; qolgan hamma narsa ulardan iborat, elementlarning o'zi esa o'zaro ta'sir kuchlari ("harakat stimulyatorlari") bilan birlashtirilganligini da'vo qiladi: birlashtiruvchi sevgi va ularni ajratuvchi dushmanlik.

5-asrda Miloddan avvalgi. Falesning izdoshlari - Levkipp va uning shogirdi Demokrit hamma narsa eng kichik zarrachalar - atomlardan iborat degan nuqtai nazarni bildirgan. Ular molekulalar bosqichini o'tkazib yubordilar va darhol ularning tarkibiy qismlariga qadam qo'ydilar. Shunday qilib, ular atomni kashf etilishidan ikki ming yil oldin o'ylab topishgan. "Atom" yunoncha bo'linmas degan ma'noni anglatadi. Levkipp va Demokritning fikricha, atomlar- cheksiz miqdordagi qattiq, bo'linmas zarralar. O'simlik urug'lari kabi, atomlar ham bo'lishi mumkin turli shakllar - dumaloq, piramidal, tekis va boshqalar. Binobarin, ulardan tashkil topgan olam o`zining xossa va sifatlariga cheksiz boydir. Bir-biriga yopishib olish ilgaklar, atomlar qattiq jismlarni hosil qiladi. Suvning atomlari esa silliq va silliq bo'lgani uchun u tarqaladi va hech qanday shaklga ega emas. Yopishqoq suyuqliklarning atomlari burmalarga ega, havo kamdan-kam uchib ketadigan atomlar bilan bo'sh, olov esa o'tkir va tikanli atomlarga ega.

18-asr boshlariga kelib. atom nazariyasi tobora ommalashib bormoqda. Bu vaqtga kelib frantsuz kimyogari A.Lavuazye (1743-1794), rus olimi M.V. Lomonosov va ingliz kimyogari va fizigi D. Dalton (1766-1844) edi. atomlar mavjudligining haqiqati isbotlangan. Atom nazariyasining rivojlanishida taniqli rus kimyogari D.I. Mendeleev, 1869 yilda ishlab chiqilgan elementlarning davriy jadvali, unda birinchi marta atomlarning birlashgan tabiati haqidagi masala ilmiy asosda ko'tarilgan. 19-asrning ikkinchi yarmida. bu eksperimental tarzda isbotlangan elektronhar qanday moddaning asosiy qismlaridan biridir. Ushbu xulosalar, shuningdek, ko'plab eksperimental ma'lumotlar, 20-asrning boshlarida. haqida jiddiy savol tug'ildi tuzilishi atom.

Atomlarning murakkab tuzilishining birinchi bilvosita dalillari juda kam uchraydigan gazlarda elektr zaryadsizlanishi paytida hosil bo'lgan katod nurlarini o'rganish natijasida olingan. Bu nurlarning xossalarini o‘rganish natijasida ular manfiy elektr zaryadini ko‘taruvchi va yorug‘lik tezligiga yaqin tezlikda uchuvchi mayda zarrachalar oqimi degan xulosaga keldi. Maxsus texnikalar Katod zarralarining massasini va ularning zaryadining kattaligini aniqlash va ular naychada qolgan gazning tabiatiga ham, elektrodlar yasalgan moddaga ham bog'liq emasligini aniqlash mumkin edi. boshqa eksperimental sharoitlarda. Bundan tashqari, katod zarralari faqat zaryadlangan holatda ma'lum bo'lib, ularni zaryaddan ajratib bo'lmaydi va elektr neytral zarrachalarga aylantirilmaydi: elektr zaryadi ularning tabiatining mohiyatidir. Bu zarralar deyiladi elektronlar, 1897 yilda ingliz fizigi J. Tomson tomonidan kashf etilgan. Tomsonning atom modeli atom ichidagi musbat zaryadlangan zarralarni qabul qilmagan. Ammo radioaktiv moddalar tomonidan musbat zaryadlangan alfa zarrachalarining chiqarilishini qanday izohlash mumkin? Tomsonning atom modeli boshqa savollarga javob bermadi.

1911-yilda ingliz fizigi E.Rezerford gazlar va boshqa moddalardagi alfa zarrachalarning harakatini o‘rganar ekan. musbat zaryadlangan qism atom. Keyinchalik chuqurroq tadqiqotlar shuni ko'rsatdiki, parallel nurlar nurlari gaz qatlamlari yoki yupqa metall plastinka orqali o'tganda, endi parallel nurlar paydo bo'lmaydi, lekin bir oz farq qiluvchi nurlar paydo bo'ladi: alfa zarrachalarining tarqalishi sodir bo'ladi, ya'ni. ularning asl yo'ldan og'ishi. Burilish burchaklari kichik, lekin har doim kam sonli zarrachalar mavjud (taxminan bir necha mingdan bittasi). juda kuchli og'ish. Ba'zi zarralar o'tib bo'lmaydigan to'siqqa duch kelgandek orqaga tashlanadi. Massasi alfa zarrachalar massasi bilan bir xil bo'lgan musbat zarralar bilan to'qnashganda og'ish paydo bo'lishi mumkin. Bu mulohazalar asosida Rezerford atom tuzilishining quyidagi diagrammasini taklif qildi. Atomning markazida yadromusbat zaryadlangan zarralardan iborat - protonlar, uning atrofida elektronlar turli orbitalarda aylanadi. Ularning aylanish jarayonida paydo bo'ladigan markazdan qochma kuchi yadro va elektronlar o'rtasidagi tortishish bilan muvozanatlanadi, buning natijasida ular yadrodan ma'lum masofalarda qoladilar. Elektron massasidan boshlab ahamiyatsiz darajada kichik, keyin atomning deyarli butun massasi uning yadrosida to'plangan.

Asrimizning 30-yillari boshlarida zamonaviy fan to'rt turdagi elementar zarrachalar asosida materiya tuzilishining maqbulroq tavsifini topa oldi - protonlar, neytronlar, elektronlarVa fotonlar. Bu nihoyatda sodda va jozibali sxema edi: faqat to‘rt turdagi elementar zarrachalardan foydalanib, kvant mexanikasi qonunlariga amal qilgan holda, kimyoviy elementlarning tabiatini, ularning birikmalarini va ular chiqaradigan nurlanishni tushuntirish mumkin edi. Beshinchi zarrachani qo'shish - neytrino- shuningdek, radioaktiv parchalanish jarayonlarini tushuntirishga imkon berdi. Nomlangan elementar zarralar oxir-oqibat koinotning asosiy g'ishtlari bo'lib tuyuldi.

Ammo bu ko'rinadigan soddalik tez orada yo'qoldi. Neytron kashf etilganidan bir yildan kamroq vaqt o'tgach, u kashf qilindi pozitron. 1936 yilda kosmik nurlarning materiya bilan o'zaro ta'siri mahsulotlari orasida birinchisi topildi. mezon. 1947-yilda mezonning ikkinchi turi topildi va bundan koʻp oʻtmay boshqa tabiatdagi mezonlarni, shuningdek, boshqa mezonlarni kuzatish mumkin boʻldi. g'ayrioddiy zarralar. Bu zarralar kosmik nurlar ta'sirida juda kamdan-kam hollarda tug'ilganki, dastlab ularning xususiyatlari va o'zaro ta'sirini batafsil o'rganish mumkin emas edi. Biroq, ular qurilganidan keyin tezlatgichlar, tobora yuqori energiyaga ega bo'lgan zarralarni olish imkonini yaratib, nafaqat bir qancha bunday tadqiqotlarni o'tkazish, balki bir vaqtning o'zida ko'plab yangi zarralarni kashf qilish mumkin edi.

Hozirgi vaqtda yuzdan ortiq turli xil mezonlar va g'alati xususiyatlarga ega bo'lgan boshqa zarralar ma'lum. Ushbu zarrachalarning butun to'plami odatda deyiladi "elementar zarralar". Bu atama bu zarralar koinotning g'ishtlari ekanligini anglatmaydi, ya'ni ularning barchasi atomlarni hosil qiladi: protonlar, neytronlar va elektronlar bu vazifani juda qoniqarli tarzda engishadi. Biroq, bu zarralar zarrachalarning asosiy o'zaro ta'siridan kelib chiqadi oddiy modda, va ularning ko'pchiligi oddiy materiyadagi fundamental o'zaro ta'sirlarda bevosita yoki bilvosita ishtirok etadi. Ularning massalari 200 elektron massasidan proton massasidan bir necha marta kattaroq massagacha o'zgaradi. Bu barcha yangi zarralarning mavjudligi o'tkinchi, ularning hech biri bir necha mikrosekunddan ortiq davom etmaydi va ko'p zarralar taxminan 10 dan keyin parchalanadi. Ular hosil bo'lgandan keyin soniyalarning -20-darajasiga (ular deyiladi rezonanslar). Ushbu zarrachalarning parchalanishining yakuniy mahsulotlari materiyaning oddiy tarkibiy qismlari, ya'ni. protonlar, elektronlar va fotonlar, shuningdek, neytrinolar.

2. Elementar zarrachalarning tasnifi

Hayvonot dunyosining barcha son-sanoqsiz xilma-xilligini to'rtta shohlikka bo'lish mumkin: hayvonlar, o'simliklar, zamburug'lar, bakteriyalar. Bugungi kunda kuzatilgan barcha jarayonlar faqat to'rt turdagi o'zaro ta'sirga qisqartiriladi: tortishish, elektromagnit, kuchli va zaif. Elementar zarrachalarni ham xuddi shunday tasniflash mumkin.

Leptonlar

Leptonlar kuchli o'zaro ta'sirlarda qatnashmaydigan 1/2 spinli elementar zarralardir. Uchta zaryadlangan lepton ma'lum: elektron, muon va tau-lepton - va uchta neytral: elektron neytrino, muon neytrino va tau-neytrino. Bu zarralarning har biri tegishli antizarraga ega.

Elektromagnit o'zaro ta'sirlar juft zaryadlangan leptonlar hosil qiladi. Kuchsiz parchalanishlarda zaryadlangan leptonlarning har biri "o'ziga xos" antineytrino bilan birga tug'iladi. Barcha leptonlarda ma'lum bir xususiy kvant soni - lepton soni +1 ga, barcha antileptonlar esa -1 ga teng lepton soniga ega deb taxmin qilinadi. Bu raqam hozirgacha kuzatilgan barcha jarayonlarda bir xil bo'lib qoladi. Lepton sonining saqlanmaganligini ko'rish kutilgan jarayonlar: proton parchalanishi, ikki baravar ?-emirilish, neytrino tebranishlari. Myuon va t-lepton zaif o'zaro ta'sir tufayli parchalanadi. Elektron barqaror.

"Lepton" so'zi yunoncha "leptos" so'zidan kelib chiqqan - kichik, tor (taqqoslang: mite - kichik yunon tangasi).

Farqlash leptonlarning uch avlodi: birinchi avlod: elektron, elektron neytrino; ikkinchi avlod: muon, muon neytrino; uchinchi avlod: tau lepton, tau neytrino. Plyus moslik antizarralar. Shunday qilib, har bir avlod manfiy zaryadlangan (zaryad?1e) lepton, musbat zaryadlangan (zaryad +1e) antilepton va neytral neytrinolar va antineytrinolarni o'z ichiga oladi. Ularning barchasi nolga teng bo'lmagan massaga ega, ammo neytrinolarning massasi boshqa elementar zarrachalarning massalariga nisbatan juda kichik.

Adronlar

Adronlar zarrachalardir kuchli o'zaro ta'sirlar. Butun spinli adronlar deyiladi mezonlar, yarim butun son bilan - barionlar. Bir necha yuz adron ma'lum.

Aksariyat adronlar nihoyatda beqaror - bular rezonanslar deb ataladi: ular kuchli o'zaro ta'sir natijasida engilroq adronlarga aylanadi. Rezonanslarning ishlash muddati 10 dan -21 soniyadan kam.

Kvazistable adronlar ancha uzoq umr ko'radi va zaif va elektromagnit o'zaro ta'sirlar natijasida parchalanadi. Kvazbarqaror mezonlarning yemirilishining yakuniy mahsuloti engilroq mezonlar, leptonlar va fotonlar, agar parchalanuvchi mezonlar yetarlicha ogʻir boʻlsa, barion+antibarion juftlari hosil boʻladi.

Eng engil barionlar (proton va neytron) deyiladi nuklonlar. Og'irroq kvazistabil barionlar deyiladi giperonlar. Giperonlar parchalanishining yakuniy mahsuloti hisoblanadi leptonlar, fotonlar, mezonlarva albatta nuklon.

Atom yadrolari proton va neytronlardan tashkil topgan. Qolgan adronlar bizni o'rab turgan barqaror materiyaning bir qismidir kiritilmagan, ular yuqori energiyaga ega bo'lgan zarrachalarning to'qnashuvida tug'iladi. Bu zarrachalarning manbalari tezlatgichlar va kosmik nurlardir. Zamonaviy tushunchalarga ko'ra, adronlar haqiqiy elementar zarralar emas: ular kvarklardan iborat.

"Adron" so'zi yunoncha "hadros" so'zidan kelib chiqqan - massiv, kuchli, katta. Va hozirda adronlar mavjud eng ko'p sinf

Kvarklar

Bundan tashqari, savollar juda tizimli bo'ladi: “Nima kvark? Va kvark haqiqatan ham elementar zarrami?” Ular haqida juda ko'p asarlar yozilgan, ularni eng ko'zga ko'ringan olimlar va tadqiqotchilar o'rganmoqdalar va, albatta, bu inshoda men hozirda mavjud bo'lgan ma'lumotlarning mingdan bir qismini tasvirlashga imkonim yo'q. kvarklar haqida. Shunga qaramay, men taxminan taxminiy bo'lsa-da, harakat qilaman, lekin men bu savollarga turli olimlar va tadqiqot guruhlari ishiga tayanib javob beraman. Keyinchalik, men ushbu sohadagi eng mashhur olimlarning nashrlaridan olingan va xronologik tartibda joylashtirgan kvarklar haqidagi bir nechta nazariyalar taqdim etiladi.

“Elementar zarrachalarni tavsiflashning qiziqarli sxemalaridan biri bu kvark modelidir – boshqasi. M. Gell-Mannning ixtirosi.Bu model barcha elementar zarralar birikmalar deb taxmin qiladi uchta asosiy zarracha(kvarklar deb ataladi) va ularning antizarralari. Kvarklar noodatiy xususiyatlarga ega: ± 1/3e yoki ± 2/3e ga teng elektr zaryadi va ± 1/3 ga teng barion zaryadi. Shunday qilib, kvarklarning asosiy xossalari boshqa zarrachalarning xossalariga o'xshamaydi. Biroq, bu faraziy zarralarning turli kombinatsiyalari barcha ma'lum hadronlarning xususiyatlarini hayratlanarli aniqlik bilan takrorlaydi.

Bundan tashqari, kvark modeli elementar zarrachalarning sifat jihatidan ma'lum bo'lgan umrini, magnit momentlarini va parchalanish turlarini muvaffaqiyatli takrorladi. Kvarklar haqiqiymi yoki kvark modeli faqat elementar zarralarni tasvirlash uchun qulay vosita bo'lib xizmat qiladimi, lekin haqiqatdan mahrummi? jismoniy ma'no? Bu hozircha noma'lum.

Kvark modeli adronlarning bir qator xususiyatlarini tushuntirishda ajoyib muvaffaqiyatga erishgan bo'lsa-da, u hali ham juda qoniqarsiz holatda. Ehtimol, biz oxir-oqibat zarrachalarning yuzga yaqin nusxasini o'z ichiga olgan "zoologik to'plam" bilan shug'ullanish o'rniga, faqat uchta kvark va ularning antizarralari yordamida barcha kuchli jarayonlarni tasvirlay olamiz. Ammo bu mumkin bo'lishidan oldin, kvarklarni kashf qilish va ularning xususiyatlarini o'rganish kerak. Nuklonlar tomonidan tez elektronlarning tarqalishi bo'yicha tajribalar nuklonlarning tuzilishida muhim rol o'ynashi kerak bo'lgan 10 ~ 14 sm ga nisbatan kichik ma'lum uzunlik mavjudligini ko'rsatadi. Ehtimol, nuklon ichida ba'zilari mavjud kichik ob'ektlar - ehtimol kvarklar.»

“Kvarklar - bu hadronlarning tarkibiy elementlari bo'lgan 1/2 spinli zarralar. Ma'lum kvarklar olti xil (lazzat), ulardan uchtasi - pastga, g'alati, go'zallik, elektr zaryadi -1/3, qolganlari, yuqoriga, joziba, rost, -2/3 zaryadga ega.

Ga binoan kvant xromodinamikasi, kvarklar o'rtasidagi kuchli o'zaro ta'sirlar kvarklarda o'ziga xos rang zaryadlarining mavjudligi bilan bog'liq. Har bir lazzatning kvarklari uch xil rangda mavjud: "sariq", "ko'k"Va "qizil". Bir rangdagi kvark boshqa rangdagi kvarkga aylanib, rangli rang chiqarishi mumkin glyuon. Kvarklar orasidagi o'zaro ta'sir tomonidan amalga oshiriladi glyuon almashinuvi. Kvarklar adronlarda shunday rangda topiladiki, adronning umumiy rang zaryadi nolga teng. Shuning uchun adronlar rangsiz yoki oq rangga ega deyiladi.

Stenford universiteti guruhi bir necha yillar davomida erkin fraksiyonel zaryadlangan zarrachalar kuzatuvlari haqida xabar bergan bo'lsa-da, erkin kvarklarni qidirayotgan boshqa guruhlarning tajribalari salbiy natijalar berdi va ko'pchilik fiziklar erkin kvarklar mavjudligi haqidagi fikrga shubha bilan qarashadi. Kvant xromodinamikasi doirasida gipoteza mavjud qamoqqa olish(uning haqiqiyligi hali isbotlanmagan), unga ko'ra rangli zarralar (kvarklar va glyonlar va ularning rang kombinatsiyasi) printsipial jihatdan erkin holatda mavjud bo'lolmaydi.

Kvarklarning mavjudligining birinchi, bilvosita dalillari adronlarni tasniflash asosida olingan. Keyinchalik, tajribalarda chuqur noelastikLeptonlarning adronlar bilan o'zaro ta'sirida leptonlarning alohida kvarklar bilan to'g'ridan-to'g'ri to'qnashuvi qayd etilgan. Bu to'qnashuvlar adronning chuqur qismida sodir bo'ladi va juda qisqa vaqt davom etadi, bu vaqt davomida kvark boshqa kvarklar bilan glyuon almashishga ulgurmaydi va deyarli erkin zarracha kabi o'zaro ta'sir qiladi. O'tkazilgan impuls qanchalik katta, ya'ni. lepton kvark bilan to'qnashadigan masofa qanchalik kichik bo'lsa, kvark qanchalik erkin ko'rinadi. Asimptotik erkinlikning natijasi bo'lgan bu xususiyat kvarklarning kvazizarralar emasligini, adronik materiyaning qandaydir kollektiv qo'zg'alishlari emasligini, balki leptonlar kabi haqiqiy elementar zarralar ekanligini anglatadi. Kvarklarning mumkin bo'lgan elementar bo'lmagan tabiati, masalan, leptonlar, faqat keyingisi bilan kashf qilinishi mumkin ichkariga chuqurroq kirib borishbu zarralar, ya'ni. hatto kattaroq uzatilgan impulslar bilan.

"Kvark" atamasi 1964 yilda Gell-Mann tomonidan kiritilgan va Jeyms Joysning "Finniganlarning uyg'onishi" romanidan olingan (qahramon tushida chayqalar qichqiradi: "Master Mark uchun uchta kvark"). Nemis tilida “kvark” tvorogni bildiradi”.

“Standart modelga ko'ra - bugungi kunda materiya tuzilishining eng yaxshi nazariyasi - kvarklar butun adronlarni hosil qilish uchun birlashadilar. Kvarklar orasidagi o'zaro ta'sir nazariya bilan tavsiflanadi kvant xromodinamikasi (qisqartirilgan QCD). Ushbu nazariyaga ko'ra, kvarklar bir-biri bilan o'zaro ta'sirlashib, maxsus zarralarni almashtiradilar - glyuonlar.

QCD bir qator o'lchov nazariyalaridan birinchi muvaffaqiyatli nazariyaning g'oyalarini ishlab chiqadi - kvant elektrodinamiği yoki QED. QED ma'lumotlariga ko'ra, elektr zaryadlangan zarralar orasidagi elektromagnit kuch almashinuvi natijasida paydo bo'ladi. fotonlar (yorug'lik kvantlari). QCD xuddi shunday tuzilgan, faqat elektr zaryadlari o'rniga, kvarklar o'rtasidagi o'zaro ta'sirlar olimlar deb ataydigan maxsus xususiyat tufayli yuzaga keladi. rang. U uchta ma'noga ega bo'lishi mumkin yoki agar xohlasangiz, uchta soya. Olimlar ularni shartli ravishda chaqirishadi qizil, sariq va ko'k, lekin bu atamalar tom ma'noda qabul qilinmasligi kerak. Rang faqat kvarklarga xosdir, lekin ularni o'z ichiga olgan barionlar va mezonlarga xos emas. Barionlar (xususan, proton va neytronni o'z ichiga oladi) uchta kvarkdan iborat - qizil, sariq va ko'k - ularning ranglari bir-birini bekor qiladi. Mezonlar esa "kvark + antikvark" juftligidan, shuning uchun ular ham rangsizdir. Umuman olganda, QCDda tabiatdagi kvarklar faqat shunday kombinatsiyalarni hosil qilishi mumkin bo'lgan printsip mavjud, ularning umumiy rangi neytral bo'lib chiqadi.

Kvarklar o'rtasidagi o'zaro ta'sir glyuonlar deb ataladigan sakkiz turdagi zarrachalar orqali amalga oshiriladi (inglizcha elimdan - "elim, yopishtiruvchi"; glyuonlar kvarklarni bir-biriga "yopishtirganga" o'xshaydi). Ular ijrochilardir kuchli o'zaro ta'sirlarda vositachilar. Biroq, QEDdagi elektr zaryadiga ega bo'lmagan fotonlardan farqli o'laroq, glyuonlar mavjud o'z rang zaryadiva ular mumkin kvarklarning rangini o'zgartirishular kim bilan muloqot qilishadi. Masalan, agar glyuon so'rilganda ko'k kvark qizil rangga aylansa, bu glyuon qizil rangning birlik musbat zaryadini va bir birlikni olib yurganligini anglatadi. manfiy zaryad ko'k. Kvarkning umumiy rang zaryadi o'zgarmasligi sababli, QCD doirasidagi bunday o'zaro ta'sirlar joiz va hatto zarurdir.

QCD 1980-yillarning boshidan beri va o'sha paytdan beri ishlaydi muvaffaqiyatli o'tdibir qator eksperimental sinovlar - hozirgacha uning yuqori energiyali elementar zarrachalarning to'qnashuvi natijalari haqidagi barcha bashoratlari tezlatgichlarda olingan haqiqiy ma'lumotlar bilan tasdiqlangan.

Elementar zarrachalarning turlarini ko'rib chiqib, bu zarralar bo'ysunadigan o'zaro ta'sirlarni o'rganmaslik noto'g'ri bo'lar edi. "Standart nazariya" doirasida ulardan to'rttasi bor, ammo ushbu ish mavzusidan kelib chiqib, ulardan faqat ikkitasini ko'rib chiqish kerak.

3. Zarrachalarning o‘zaro ta’siri

zarracha atomi elementar kvark

Fizikadagi eng muhim savol - bu o'zaro ta'sirlar masalasi. Agar o'zaro ta'sirlar bo'lmaganida, moddaning zarralari boshqa zarralarning mavjudligidan bexabar, mustaqil ravishda harakatlanar edi. O'zaro ta'sirlar tufayli zarralar boshqa zarralarni tanib olish va ularga javob berish qobiliyatiga ega bo'ladi, bu esa kollektiv xatti-harakatni keltirib chiqaradi. Chunki hammasi materiya zarrachalardan tashkil topgan, kuchlarning tabiatini tushuntirish uchun, oxir-oqibat, elementar zarralar fizikasiga murojaat qilish kerak. Buni amalga oshirib, fiziklar katta miqyosda qanday namoyon bo'lishidan qat'i nazar, barcha o'zaro ta'sirlarni to'rtta asosiy turga: tortishish, elektromagnit va ikkita yadro turiga qisqartirish mumkinligini aniqladilar.

Kvark darajasida ular ustunlik qiladi yadroviy o'zaro ta'sirlar. Kuchli shovqin bog‘laydikvarklar proton va neytronlarga aylanadi va yadrolarning parchalanishini oldini oladi. Atom darajasida u ustunlik qiladi elektromagnit o'zaro ta'sir, atomlar va molekulalarni birlashtiruvchi. Astronomik miqyosda u dominant bo'ladi gravitatsion o'zaro ta'sir.

IN o'tgan yillar fiziklar koinotni birgalikda boshqaradigan to'rtta asosiy kuchlar o'rtasidagi munosabatlarga qiziqish bildirishdi. Ular orasida qandaydir aloqa bormi? Ular faqat asosiyning turli gipostazlari emasmi? super kuchlar? Agar shunday super kuch mavjud bo'lsa, demak bu faol tamoyil Koinotdagi har qanday faoliyat - subatomik zarralarning tug'ilishidan yulduzlarning qulashigacha. Super kuch sirini ochish bizning tabiat ustidan kuchimizni tasavvur qilib bo'lmaydigan darajada oshiradi va hatto dunyoning "yaratilishi" ni tushuntiradi.

Biz allaqachon bilamizki, elementar zarralar boshqa zarralar orqali bir-biri bilan o'zaro ta'sir qiladi, ular doimiy ravishda chiqaradilar va yutadi. Ushbu zarrachalarning qatlamlari zaryadlarni himoya qiladi, shuning uchun zarracha turli balandliklarda zaryadlangan ko'rinadi. To'qnashayotgan zarralar har doim har xil zaryadlangan bir-birini shunday ko'radi. Ularning energiyasi qanchalik ko'p bo'lsa, ular bir-biriga qanchalik chuqur kirib boradi va markaziy himoyalanmagan zaryadlarining "nafas"ini shunchalik aniq his qiladi. Shu sababli, energiya ortib borishi bilan har xil turdagi o'zaro ta'sirlar tobora o'xshash bo'lib, yuqori energiyalarda yagona o'zaro ta'sirga - super kuchga birlashishini kutishimiz mumkin. Tabiatning barcha kuchlarining "buyuk birlashuvi" bo'ladi.

Haqiqiy vaziyat biroz murakkabroq. Himoya qiluvchi bulutlar nafaqat zaryad atrofida, balki har bir tashuvchi zarracha atrofida ham hosil bo'ladi, ular bilan to'qnashuvchi zarralar bir-birini tekshiradi. Agar o'zaro ta'sir tashuvchilar juda og'ir bo'lsa, u holda o'zaro ta'sir o'ta qisqa masofalarga uzatiladi. Markazdan uzoqda bunday zarralar deyarli topilmaydi va ular bilan bog'liq o'zaro ta'sir juda zaif. Boshqa hollarda, tashuvchilar engil (masalan, fotonlar), ular o'zlari chiqaradigan zaryaddan uzoqqa borishga qodir va ularning yordami bilan o'zaro ta'sir uzoq masofalarda sodir bo'ladi.

Shunday qilib, nafaqat zarralar, balki ularni bog'laydigan kuchlar ham favqulodda murakkab bo'lib chiqadi. Siz ularni eng oddiy nuqtalar deb atay olmaysiz! Ikki elektronning tortishish kuchi va ularning elektromagnit itarilishining milliardlab katta kuchi bir xil daraxtning shoxlari ekanligiga ishonish qiyin.

Fiziklar "buyuk birlashish" g'oyasiga yaqinda - yigirma-o'ttiz yil oldin kelishdi, garchi birinchi qadamni Faraday va Maksvell qo'yishgan, ular o'sha paytda butunlay boshqa o'zaro ta'sirlar hisoblangan elektr va magnitlanishni birlashtirgan. Ular "maydon" tushunchasini ham kiritdilar. Faraday elektr va magnitlanish bir elektromagnit maydonning ikkita komponenti ekanligini isbotladi.

"Buyuk birlashish" yo'lidagi keyingi qadam ancha qiyin edi. U faqat XX asrning 60-yillari o'rtalarida yaratilgan. Keyinchalik zaif o'zaro ta'sir fiziklarning e'tiborini tortdi. Bu g'alati xususiyatga ega edi: boshqa barcha kuchlar uchun oraliq maydonni belgilash mumkin, uning kvantlari o'zaro ta'sir tashuvchisi bo'lib xizmat qiladi va parchalanish jarayonlarida zarralar "so'zlashadi", aytganda, to'g'ridan-to'g'ri, vositachilarsiz, har birini itarishadi. bilyard to'plari kabi.

Bu holatda zarralar o'rtasida ham almashinish sodir bo'ladi, deb taxmin qilish tabiiy, lekin faqat shu qadar og'irki, butun jarayon juda qisqa masofalarda sodir bo'ladi va tashqi tomondan zarralar bir-birini shunchaki itarib yuborayotgandek ko'rinadi.

Hisob-kitoblar shuni ko'rsatdiki, agar oraliq zarrachalarning katta massasi bo'lmaganida, bunday o'zaro ta'sir xususiyatlar jihatidan elektromagnitlarga juda o'xshash bo'lar edi. Shunday qilib, uchta fizik: Abdus Salam, Stiv Vaynberg va Sheldon Glashov foton va zaif o'zaro ta'sirning og'ir oraliq zarralari bir xil zarracha ekanligini tan oldilar, faqat turli xil "qoplamlarda". Ular ishlab chiqqan nazariya "elektroweak" deb nomlana boshladi, chunki u alohida holat sifatida elektrodinamika va zaif o'zaro ta'sirlarning eski nazariyasini o'z ichiga oladi. Tez orada elektr kuchsiz maydonning og'ir kvantlari tezlatgichlarda ushlandi - massasi protonnikidan deyarli yuz baravar katta bo'lgan uchta aka-uka mezon. Elektr zaif maydon nazariyasini yaratish va uning tashuvchilari eksperimental kashfiyoti ikkita Nobel mukofotiga sazovor bo'ldi.

Elektrozaif maydonning kashf etilishidan ilhomlanib, fiziklarni keyingi birlashtirishning yangi g'oyasi - kuchli o'zaro ta'sirni elektr zaif bilan birlashtirish qiziqtirdi. Bu fikrning mohiyati quyidagicha. Har bir kvark rang deb ataladigan elektr zaryadining analogiga ega. Zaryaddan farqli o'laroq, kvark uch xil rangga ega. Shuning uchun glyuon maydoni ancha murakkab. U sakkiz komponentli kuch maydonidan iborat. Oddiy hadronda - proton yoki neytron - uchta kvarkning kombinatsiyasi - qizil, yashil va ko'k - har doim "oq" rangga ega. Chiqarilgan mezonlarda kvark-antikvark juftlari mavjud, shuning uchun ular ham "rangsiz". Biz bilamizki, zarralarning o'zaro ta'siri paytida ularning zaryadlari tekshiriladi, bu o'zaro ta'sir doirasidagi farqlarning ta'siriga olib keladi. har xil turlari zarralar. Barcha o'zaro ta'sirlar kattaligi bo'yicha taqqoslanadigan masofani taxmin qilish taxminan 10 dan -29 santimetrga teng. O'zaro ta'sir tashuvchisi - X-zarrasi proton massasining taxminan 10 dan 14 gacha bo'lgan massasiga ega. X zarracha mavjud bo'lgan kichik vaqt oralig'ida energiya va massa juda katta noaniqlikka ega. Va bu jihatdan biz atomlarning xossalari haqida, ularni ko'rishga zarracha umid qilmasdan o'ylagan Thales va boshqa yunon faylasuflariga o'xshaymiz.

Elementar zarralarni oddiyroq qismlarga bo'lish mumkin emas (shuning uchun ularni "elementar" deb atashgan). Bugungi kunda ma'lum bo'lgan har qanday reaktsiyalarda bu zarralar faqat bir-biriga aylanadi - ular bir-biriga aylanadi. Bundan tashqari, o'pkadan og'irroq zarralar paydo bo'lishi mumkin - agar ular etarli tezlikda harakat qilsalar (kinematik energiya massaga aylanadi)

Elementar zarralar zaryadi, spini, massasi, umri va boshqalar bilan farqlanadi. Masalan, protonning umri koinotning umridan uzoqroq, rho mezon esa 10 dan -23 soniyagacha yashaydi. Fotonlar va neytrinolarning massasi nolga teng, lekin nazariyotchilar tomonidan bashorat qilingan maksimonning (mavjud bo'lishi mumkin bo'lgan eng og'ir elementar zarrachaning) massasi mikrogramga teng - ko'zga ko'rinadigan katta chang zarrasi kabi. Ularni oilalarga bo'lish mumkin va har birining a'zolarini bir xil zarrachaning turli holatlari deb hisoblash mumkin. Oilalar murakkabroq guruhlarga - klanlarga yoki multipletlarga birlashtirilgan. Lekin asosiysi, multipletlarning ulanganligi muayyan qoidalar simmetriya. Umuman olganda, u Mendeleevnikiga o'xshash elementar zarralarning davriy jadvaliga o'xshaydi. Taxmin qilish mumkinki, fiziklar materiya tuzilishining keyingi darajasini topdilar.

Zarracha tezlatgichlari bilimlarning rivojlanishida katta rol o'ynadi. Elektron skanerlash shuni ko'rsatdiki, proton aslida nuqta emas, balki radiusi 10 dan -13 santimetrgacha bo'lgan juda katta ob'ektdir. Elektronlarning tarqalishi bo'yicha yangi tajribalar natijalarini tahlil qilib, olimlar nuklonlar ba'zi juda kichik zarralar to'dasi degan xulosaga kelishdi, ular pastroq kattalashganda bir-biriga yopishgan va bir-biriga kirib boradigan mezonlar va boshqa elementar zarrachalar to'plamiga o'xshaydi. Zarrachalarni tasniflash bilan shug'ullangan nazariyotchilar xursand bo'lishdi, chunki ular bunday zarralarning mavjudligiga uzoq vaqtdan beri shubha qilishgan, chunki ular ularni o'zlariga xos tarzda: kvarklar deb atashgan.

Nazariy maqolalar sahifalarida kvarklar paydo bo'lganda, ko'plab olimlar ularni shunchaki qiziquvchanlik, yanada mukammalroq nazariya yo'lidagi vaqtinchalik iskala deb hisoblashgan. Biroq, fiziklar ortga qarashga ulgurmaguncha, kvarklar yordamida turli xil eksperimental faktlarni juda sodda va aniq tushuntirish mumkinligi va nazariy hisob-kitoblar juda soddalashtirilganligi ma'lum bo'ldi. Molekulalar va atomlarsiz bo'lgani kabi, kvarklarsiz ham qilish imkonsiz bo'lib qoldi.

Nuklonlarni tekshirish tajribalari shuni isbotladiki, elementar zarrachaning markazida kvarklar deyarli oʻzaro taʼsir bilan bogʻlanmaydi va oʻzini havoda suzuvchi sharlar kabi tutadi. Agar ular tarqalishga harakat qilsalar, darhol ularni bir-biriga tortadigan kuchlar paydo bo'ladi. Periferiyada kvarklar faqat bog'langan bo'laklar shaklida bo'lishi mumkin - masalan, mezonlarga asoslangan yadroviy o'zaro ta'sir nazariyasiga mos keladigan pi-mezonlar shaklida. Ammo kvarklar bir-biri bilan qanday ta'sir qiladi? Ilm-fan o'zaro ta'sirni tashkil qilishning o'zaro ta'sir zarralari tashuvchisini o'tkazishdan boshqa usulini bilmasligi sababli, glyuonlar taklif qilindi - kvarklarni bir-biriga yopishtiruvchi zarralar. Glyuonlar fotonlarga o'xshaydi, faqat zaryadga ega. Foton o'z atrofida hech qanday maydon yaratmaydi, shuning uchun maydon o'z manbasi - zaryad yaqinida eng katta intensivlikka ega, keyin u asta-sekin tarqaladi va zaiflashadi. Glyuon o'z zaryadi bilan yangi glyuonlarni tug'diradi, ular o'z navbatida keyingilarini keltirib chiqaradi va hokazo, shuning uchun glyuon maydoni zaiflashmaydi, aksincha, uni hosil qilgan kvarkdan uzoqlashgan sari ortib boradi. . Uzoqlashib borayotgan kvark, xuddi ko'pik kabi, yangi glyuonlar bilan to'lib ketadi va ularning aloqasi kuchayadi.

Zarrachalar fizikasi - bu tajriba va nazariyaning ajoyib birikmasidir. Moddaning eng kichik zarrachalarining xossalari fanning boshqa sohalarida murakkabligi bo‘yicha tengsiz bo‘lgan tajribalarda aniqlangan va aniqlashda davom etmoqda. Ushbu noyob tajribalar chinakam sanoat miqyosini zargarlik buyumlari aniqligi bilan birlashtiradi. Ko'pgina hollarda tadqiqot ob'ektlarining o'zi - zarralar - o'sha erda tezlatgichlar yordamida laboratoriyada yaratiladi va shu qadar arzimas vaqtlarda yashaydiki, ular bilan solishtirganda bir lahza abadiylik kabi ko'rinadi. Milliardlab shunga o'xshash "qiziq bo'lmagan" parchalanishlar orasida zarrachaning kamdan-kam uchraydigan parchalanishini topish kerak. Elementar zarralar haqidagi barcha ma'lumotlar ehtiyotkorlik bilan o'lchovlar orqali olinadi.

Teglar: Elementar zarralar Abstrakt kimyo

Fizikada elementar zarralar atom yadrosi miqyosidagi jismoniy ob'ektlar bo'lib, ularni tarkibiy qismlarga bo'linib bo'lmaydi. Biroq, bugungi kunda olimlar ulardan ba'zilarini ajratishga muvaffaq bo'lishdi. Bu mayda jismlarning tuzilishi va xossalarini zarrachalar fizikasi o‘rganadi.

Barcha moddalarni tashkil etuvchi eng kichik zarralar qadim zamonlardan beri ma'lum. Biroq, "atomizm" deb ataladigan narsaning asoschilari faylasuf hisoblanadi Qadimgi Gretsiya Levkipp va uning mashhur shogirdi Demokrit. Ikkinchisi "atom" atamasini kiritgan deb taxmin qilinadi. Qadimgi yunon tilidan "atomos" qadimgi faylasuflarning qarashlarini belgilaydigan "bo'linmas" deb tarjima qilingan.

Keyinchalik ma'lum bo'ldiki, atom hali ham ikkita jismoniy ob'ektga - yadro va elektronga bo'linishi mumkin. 1897 yilda ingliz Jozef Tomson katod nurlari bilan tajriba o'tkazib, ular bir xil massa va zaryadga ega bo'lgan bir xil zarralar oqimi ekanligini aniqlaganida, ikkinchisi birinchi elementar zarraga aylandi.

Tomson ishiga parallel ravishda tadqiqot rentgen nurlanishi Anri Bekkerel uran bilan tajriba o'tkazdi va kashf qildi yangi tur radiatsiya. 1898 yilda frantsuz fiziklari juftligi Mari va Per Kyuri turli xil radioaktiv moddalarni o'rganib, bir xil radioaktiv nurlanishni kashf etdilar. Keyinchalik uning alfa (2 proton va 2 neytron) va beta zarrachalardan (elektron) iboratligi aniqlanadi va Bekkerel va Kyuri oladi. Nobel mukofoti. Mari Sklodovska-Kyuri uran, radiy va poloniy kabi elementlar bilan tadqiqot olib borar ekan, hech qanday xavfsizlik choralarini ko'rmagan, jumladan, qo'lqop ham ishlatmagan. Natijada, 1934 yilda u leykemiya bilan kasallangan. Buyuk olimning yutuqlari xotirasiga Kyuri juftligi tomonidan kashf etilgan element - polonium Meri vatani - Poloniya, lotin tilidan - Polsha sharafiga nomlangan.

1927 yil V Solvay Kongressidan olingan surat. Ushbu fotosuratda ushbu maqoladagi barcha olimlarni topishga harakat qiling.

1905 yildan beri Albert Eynshteyn o'z nashrlarini yorug'likning to'lqin nazariyasining nomukammalligiga bag'ishladi, uning postulatlari tajribalar natijalariga zid edi. Bu keyinchalik taniqli fizikni "yorug'lik kvanti" - yorug'likning bir qismi g'oyasiga olib keldi. Keyinchalik, 1926 yilda u amerikalik fizik kimyogari Gilbert N. Lyuis tomonidan yunoncha "phos" (yorug'lik) dan tarjima qilingan "foton" deb nomlangan.

1913 yilda Ernest Ruterford, ingliz fizigi, o'sha paytda allaqachon o'tkazilgan tajribalar natijalariga asoslanib, ko'plab kimyoviy elementlarning yadrolarining massalari vodorod yadrosi massasiga karrali ekanligini ta'kidladi. Shuning uchun u vodorod yadrosini boshqa elementlar yadrolarining tarkibiy qismi deb hisobladi. Rezerford o'z tajribasida azot atomini alfa zarralari bilan nurlantirdi, natijada Ernest tomonidan boshqa yunoncha "protos" dan (birinchi, asosiy) "proton" deb nomlangan ma'lum bir zarracha chiqarildi. Keyinchalik proton vodorod yadrosi ekanligi eksperimental ravishda tasdiqlandi.

Shubhasiz, proton kimyoviy elementlar yadrolarining yagona tarkibiy qismi emas. Bu fikr yadrodagi ikkita proton bir-birini itarishi va atomning bir zumda parchalanishi bilan asoslanadi. Shuning uchun Rezerford protonning massasiga teng massaga ega, lekin zaryadsiz bo'lgan boshqa zarracha borligi haqida faraz qildi. Olimlarning radioaktiv va engilroq elementlarning o'zaro ta'siri bo'yicha ba'zi tajribalari ularni yana bir yangi nurlanishni kashf etishga olib keldi. 1932 yilda Jeyms Chadvik u neytronlar deb atagan juda neytral zarralardan iborat ekanligini aniqladi.

Shunday qilib, eng mashhur zarralar kashf qilindi: foton, elektron, proton va neytron.

Bundan tashqari, yangi subyadroviy ob'ektlarning kashf etilishi tobora tez-tez uchraydigan hodisaga aylandi va hozirgi vaqtda 350 ga yaqin zarrachalar ma'lum bo'lib, ular odatda "elementar" hisoblanadi. Ularning hali bo'linmaganlari tuzilmasiz hisoblanadi va "asosiy" deb ataladi.

Spin nima?

Fizika sohasidagi keyingi innovatsiyalar bilan oldinga siljishdan oldin barcha zarrachalarning xususiyatlarini aniqlash kerak. Eng mashhuri, massa va elektr zaryadidan tashqari, spinni ham o'z ichiga oladi. Bu miqdor aks holda "ichki burchak momentumi" deb ataladi va hech qanday tarzda subyadroviy ob'ektning harakati bilan bog'liq emas. Olimlar 0, ½, 1, 3/2 va 2 spinli zarralarni aniqlay olishdi. Spinni ob'ektning xossasi sifatida soddalashtirilgan bo'lsa-da tasavvur qilish uchun quyidagi misolni ko'rib chiqing.

Ob'ekt 1 ga teng spinga ega bo'lsin. Keyin bunday ob'ekt 360 gradusga aylantirilganda, o'zining dastlabki holatiga qaytadi. Samolyotda bu ob'ekt qalam bo'lishi mumkin, u 360 graduslik burilishdan so'ng asl holatiga tushadi. Nol aylanish holatida, ob'ekt qanday aylanishidan qat'i nazar, u har doim bir xil ko'rinadi, masalan, bitta rangli to'p.

½ aylanish uchun sizga 180 daraja aylantirilganda ko'rinishini saqlaydigan ob'ekt kerak bo'ladi. Bu bir xil qalam bo'lishi mumkin, faqat ikkala tomondan nosimmetrik tarzda o'tkirlashadi. 2 lik aylanish 720 daraja aylantirilganda shaklni saqlab turishni talab qiladi va 3/2 aylanish uchun 540 kerak bo'ladi.

Bu xususiyat juda katta ahamiyatga ega zarrachalar fizikasi uchun.

Zarrachalar va o'zaro ta'sirlarning standart modeli

Ta'sirchan mikro-ob'ektlar to'plamiga ega bo'lish dunyo, olimlar ularni tuzishga qaror qilishdi va shunday qilib "Standart model" deb nomlangan taniqli nazariy tuzilma shakllandi. U uchta o'zaro ta'sirni va 61 ta zarrachani 17 ta asosiy ta'sirdan foydalangan holda tasvirlaydi, ulardan ba'zilari kashfiyotdan ancha oldin bashorat qilgan.

Uch o'zaro ta'sir quyidagilar:

Elektromagnit. Elektr zaryadlangan zarralar orasida sodir bo'ladi. Maktabdan ma'lum bo'lgan oddiy holatda, qarama-qarshi zaryadlangan narsalar o'ziga tortadi va xuddi shunday zaryadlangan narsalar qaytariladi. Bu elektromagnit o'zaro ta'sirning tashuvchisi - foton orqali sodir bo'ladi.
Kuchli, aks holda yadroviy shovqin deb ataladi. Nomidan ko'rinib turibdiki, uning harakati atom yadrosi tartibidagi ob'ektlarga taalluqlidir, u protonlar, neytronlar va kvarklardan iborat boshqa zarralarni jalb qilish uchun javobgardir. Kuchli o'zaro ta'sir glyuonlar tomonidan amalga oshiriladi.
Zaif. Yadro o'lchamidan minglab kichikroq masofalarda samarali. Bu o'zaro ta'sirda leptonlar va kvarklar, shuningdek, ularning antizarralari ishtirok etadi. Bundan tashqari, zaif o'zaro ta'sir bo'lsa, ular bir-biriga aylanishi mumkin. Tashuvchilar W+, W− va Z0 bozonlaridir.

Shunday qilib, standart model quyidagicha shakllantirildi. U oltita kvarkni o'z ichiga oladi, ulardan barcha adronlar (kuchli o'zaro ta'sirga uchragan zarralar) tuzilgan:

Yuqori(u);
Sehrlangan (c);
rost(t);
Pastki (d);
G'alati(lar);
Ajoyib (b).

Fiziklarning ko'plab epithetslari borligi aniq. Qolgan 6 ta zarra leptonlardir. Bu kuchli o'zaro ta'sirda ishtirok etmaydigan spini ½ bo'lgan asosiy zarralardir.

elektron;
Elektron neytrino;
muon;
Muon neytrino;
tau lepton;
Tau neytrino.

Standart modelning uchinchi guruhi esa 1 ga teng spinga ega va o'zaro ta'sir tashuvchisi sifatida ifodalangan o'lchovli bozonlardir:

Gluon - kuchli;
Foton - elektromagnit;
Z-bozon - zaif;
W bozoni zaif.

Bularga yaqinda kashf etilgan spin-0 zarrasi ham kiradi, oddiy qilib aytganda, boshqa barcha subyadroviy ob'ektlarga inert massa beradi.

Natijada, Standart Modelga ko'ra, bizning dunyomiz shunday ko'rinadi: barcha moddalar 6 ta kvarkdan iborat bo'lib, adronlar va 6 leptonlar hosil qiladi; bu barcha zarralar uchta o'zaro ta'sirda ishtirok etishi mumkin, ularning tashuvchilari kalibrli bozonlardir.

Standart modelning kamchiliklari

Biroq, standart model tomonidan bashorat qilingan oxirgi zarra bo'lgan Xiggs bozonining kashf etilishidan oldin ham olimlar uning chegarasidan chiqib ketishgan. Ajoyib misol deb ataladigan narsa bor Bugungi kunda boshqalar bilan teng bo'lgan "gravitatsion o'zaro ta'sir". Taxminlarga ko'ra, uning tashuvchisi spin 2 bo'lgan, massasi yo'q va fiziklar hali aniqlay olmagan zarralar - "graviton".

Bundan tashqari, Standart Model 61 zarrachani tavsiflaydi va bugungi kunda 350 dan ortiq zarrachalar allaqachon insoniyatga ma'lum. Demak, nazariy fiziklarning ishi tugamagan.

Zarrachalar tasnifi

Ularning hayotini osonlashtirish uchun fiziklar barcha zarralarni tuzilish xususiyatlariga va boshqa xususiyatlariga qarab guruhlarga ajratdilar. Tasniflash quyidagi mezonlarga asoslanadi:

Muddat.
1. Barqaror. Bularga proton va antiproton, elektron va pozitron, foton va graviton kiradi. Barqaror zarrachalarning mavjudligi vaqt bilan cheklanmaydi, agar ular erkin holatda bo'lsa, ya'ni. hech narsa bilan aloqa qilmang.
2. Beqaror. Boshqa barcha zarralar bir muncha vaqt o'tgach, ularning tarkibiy qismlariga parchalanadi, shuning uchun ular beqaror deb ataladi. Masalan, muon atigi 2,2 mikrosekund, proton esa 2,9 10 * 29 yil yashaydi, shundan so'ng u pozitron va neytral pionga parchalanishi mumkin.
Og'irligi.
1. Massasiz elementar zarralar, ulardan faqat uchtasi bor: foton, glyuon va graviton.
2. Massiv zarralar qolganlaridir.
Spin ma'nosi.
1. Butun aylanish, shu jumladan. nolga teng, bozonlar deb ataladigan zarrachalarga ega.
2. Yarim butun spinli zarralar fermionlardir.
O'zaro munosabatlarda ishtirok etish.
1. Adronlar (strukturaviy zarralar) to'rt turdagi o'zaro ta'sirlarda ishtirok etadigan subyadroviy ob'ektlardir. Ularning kvarklardan tashkil topganligi avval aytib o'tilgan edi. Adronlar ikkita kichik tipga bo'linadi: mezonlar (butun spin, bozonlar) va barionlar (yarim butun spin, fermionlar).
2. Asosiy (tuzilmasiz zarralar). Bularga leptonlar, kvarklar va o'lchovli bozonlar kiradi (ilgari o'qing - "Standart model ..").

Barcha zarrachalarning tasnifi bilan tanishib, siz, masalan, ulardan ba'zilarini aniq aniqlashingiz mumkin. Demak, neytron fermion, adron, toʻgʻrirogʻi barion va nuklon, yaʼni yarim butun spinga ega, kvarklardan iborat boʻlib, 4 ta oʻzaro taʼsirda ishtirok etadi. Nuklon proton va neytronlarning umumiy nomi.

Qizig'i shundaki, atomlarning mavjudligini bashorat qilgan Demokrit atomizmining muxoliflari dunyodagi har qanday moddaning cheksiz bo'linishini ta'kidladilar. Qaysidir ma'noda, ular to'g'ri bo'lishi mumkin, chunki olimlar allaqachon atomni yadro va elektronga, yadroni proton va neytronga va ular o'z navbatida kvarklarga bo'lishga muvaffaq bo'lishgan.
Demokrit atomlar aniq naqshga ega deb hisoblagan geometrik shakl, va shuning uchun olovning "o'tkir" atomlari yonadi, qattiq jismlarning qo'pol atomlari o'zlarining chiqib ketishlari bilan mustahkam ushlab turiladi va suvning silliq atomlari o'zaro ta'sir davomida sirpanadi, aks holda ular oqadi.
Jozef Tomson atomning o'z modelini tuzdi, u elektronlar "yopishgan"dek tuyulgan musbat zaryadlangan jism sifatida ko'rdi. Uning modeli "Plum puding modeli" deb nomlangan.
Kvarklar o'z nomini amerikalik fizik Murray Gell-Mann tufayli oldi. Olim o'rdak quack (kwork) tovushiga o'xshash so'z ishlatmoqchi bo'ldi. Ammo Jeyms Joysning “Finneganlar uyg‘onishi” romanida “Janob Mark uchun uch kvark!” qatorida “kvark” so‘ziga duch keldi, uning ma’nosi aniq belgilanmagan va Joys uni shunchaki qofiya uchun ishlatgan bo‘lishi mumkin. Myurrey zarrachalarni bu so'z deb atashga qaror qildi, chunki o'sha paytda faqat uchta kvark ma'lum edi.
Yorug'lik zarralari bo'lgan fotonlar massasiz bo'lsa-da, qora tuynuk yaqinida ular tortishish kuchlari ta'sirida o'z traektoriyasini o'zgartiradigan ko'rinadi. Darhaqiqat, supermassiv jism fazoviy vaqtni egadi, shuning uchun har qanday zarralar, shu jumladan massasi bo'lmaganlar ham, qora tuynuk tomon traektoriyasini o'zgartiradi (qarang).
Katta adron kollayderi "adronik" bo'lib, chunki u barcha o'zaro ta'sirlarda ishtirok etadigan atom yadrosi tartibidagi o'lchamlarga ega bo'lgan ikkita adron nurlari, zarralar to'qnashadi.

Elementar zarralar

Fiziklar elementar zarrachalar mavjudligini yadro jarayonlarini oʻrganishda aniqladilar, shuning uchun 20-asrning oʻrtalarigacha elementar zarrachalar fizikasi yadro fizikasining bir boʻlimi boʻlgan. Hozirgi vaqtda zarrachalar fizikasi va yadro fizikasi fizikaning bir-biriga yaqin, ammo mustaqil bo‘limlari bo‘lib, ko‘rib chiqilayotgan ko‘plab muammolar va qo‘llaniladigan tadqiqot usullarining umumiyligi bilan birlashtirilgan. Elementar zarralar fizikasining asosiy vazifasi elementar zarrachalarning tabiati, xossalari va oʻzaro oʻzgarishlarini oʻrganishdir.

Dunyo asosiy zarralardan iborat degan fikr bor uzoq tarix. Atrofdagi barcha jismlarni tashkil etuvchi eng kichik ko'rinmas zarrachalar mavjudligi haqidagi g'oyani birinchi marta miloddan avvalgi 400 yil ilgari yunon faylasufi Demokrit aytgan. U bu zarralarni atomlar, ya'ni bo'linmas zarralar deb atagan. Ilm-fan atomlar g'oyasidan faqat 19-asrning boshlarida, shu asosda bir qator kimyoviy hodisalarni tushuntirish mumkin bo'lganida qo'llanila boshlandi. 19-asrning 30-yillarida M. Faraday tomonidan ishlab chiqilgan elektroliz nazariyasida ion tushunchasi paydo boʻldi va elementar zaryad oʻlchandi. 19-asrning oxiri radioaktivlik hodisasining ochilishi (A. Bekkerel, 1896), shuningdek, elektronlar (J. Tomson, 1897) va alfa zarralarning (E. Rezerford, 1899) kashfiyoti bilan ajralib turadi. 1905 yilda fizikada elektromagnit maydon kvantlari - fotonlar (A. Eynshteyn) g'oyasi paydo bo'ldi.

1911 yilda u ochilgan atom yadrosi(E. Ruterford) va nihoyat atomlarning murakkab tuzilishga ega ekanligi isbotlandi. 1919 yilda Rezerford bir qator elementlarning atom yadrolarining bo‘linish mahsulotida protonlarni topdi. 1932 yilda J.Chedvik neytronni kashf etdi. Atomlarning yadrolari ham atomlarning o'zlari kabi murakkab tuzilishga ega ekanligi ma'lum bo'ldi. Yadrolar tuzilishining proton-neytron nazariyasi vujudga keldi (D. D. Ivanenko va V. Geyzenberg). Xuddi shu 1932 yilda kosmik nurlarda pozitron topildi (K. Anderson). Pozitron - elektron bilan bir xil massa va bir xil (modul) zaryadga ega bo'lgan musbat zaryadlangan zarracha. Pozitronning mavjudligi 1928 yilda P. Dirak tomonidan bashorat qilingan. Bu yillar davomida proton va neytronlarning o'zaro o'zgarishi kashf qilindi va o'rganildi va bu zarralar tabiatning o'zgarmas elementar "qurilish bloklari" ham emasligi aniq bo'ldi. 1937 yilda kosmik nurlarda massasi 207 elektron massali zarrachalar topildi, ular muon (m-mezonlar) deb ataladi. Keyinchalik, 1947-1950 yillarda, zamonaviy tushunchalarga ko'ra, yadrodagi nuklonlar o'rtasida o'zaro ta'sir qiluvchi pionlar (ya'ni p mezonlar) topildi. Keyingi yillarda yangi kashf etilgan zarrachalar soni tez sur'atlar bilan o'sa boshladi. Bunga kosmik nurlar bo'yicha tadqiqotlar, tezlatgich texnologiyasini ishlab chiqish va o'rganish yordam berdi. yadro reaksiyalari.

Hozirgi vaqtda 400 ga yaqin subyadroviy zarrachalar ma'lum bo'lib, ular odatda elementar deb ataladi. Bu zarralarning katta qismi beqaror. Faqatgina istisnolar - foton, elektron, proton va neytrino. Boshqa barcha zarralar ma'lum vaqt oralig'ida o'z-o'zidan boshqa zarrachalarga aylanadi. Stabil bo'lmagan elementar zarralar o'z hayotlarida juda katta farq qiladi. Eng uzoq umr ko'radigan zarracha neytrondir. Neytronning ishlash muddati taxminan 15 minut. Boshqa zarralar ancha qisqa vaqt davomida "yashaydi". Masalan, m mezonning oʻrtacha umri 2,2 10–6 s, neytral p mezonniki esa 0,87 10–16 s. Ko'pgina massiv zarralar - giperonlar - o'rtacha umr ko'rish muddati 10-10 s.
Yashash muddati 10-17 s dan ortiq bo'lgan bir necha o'nlab zarralar mavjud. Mikrokosmos miqyosida bu muhim vaqt. Bunday zarrachalar nisbatan barqaror deyiladi. Qisqa muddatli elementar zarralarning ko'pchiligi 10–22–10–23 sekund umrga ega.

O'zaro o'zgarishlarni boshdan kechirish qobiliyati barcha elementar zarralarning eng muhim xususiyatidir. Elementar zarralar tug'ilish va yo'q bo'lish (chiqarilish va so'rilish) qobiliyatiga ega. Bu barqaror zarrachalarga ham taalluqlidir, yagona farq shundaki, barqaror zarrachalarning o'zgarishi o'z-o'zidan emas, balki boshqa zarralar bilan o'zaro ta'sir qilish orqali sodir bo'ladi. Bunga misol qilib, yuqori energiyali fotonlarning tug'ilishi bilan birga elektron va pozitronning yo'q bo'lib ketishi (ya'ni, yo'q bo'lib ketishi) mumkin. Teskari jarayon ham sodir bo'lishi mumkin - elektron-pozitron juftligining tug'ilishi, masalan, etarli darajada yuqori energiyaga ega bo'lgan foton yadro bilan to'qnashganda. Protonda elektron uchun pozitron kabi xavfli egizak ham bor. U antiproton deb ataladi. Antiprotonning elektr zaryadi manfiy. Hozirgi vaqtda barcha zarrachalarda antizarralar topilgan. Antipartikullar zarrachalarga qarama-qarshidir, chunki har qanday zarracha o'zining antizarrasi bilan uchrashganda ularning annigilyatsiyasi sodir bo'ladi, ya'ni ikkala zarra ham yo'qolib, nurlanish kvantlariga yoki boshqa zarrachalarga aylanadi.

Antipartikul hatto neytronda ham topilgan. Neytron va antineytron faqat magnit momenti va barion zaryadi deb ataladigan belgilarda farqlanadi. Yadrolari antinuklonlardan va pozitronlar qobig'idan iborat bo'lgan antimateriya atomlarining mavjudligi mumkin. Antimateriya materiya bilan annigilyatsiya qilinganda, qolgan energiya nurlanish kvantlarining energiyasiga aylanadi. Bu juda katta energiya bo'lib, yadroviy va termoyadroviy reaktsiyalar paytida ajralib chiqadigan energiyadan sezilarli darajada oshadi.

Bugungi kunga qadar ma'lum bo'lgan turli xil elementar zarralarda ko'proq yoki kamroq uyg'un tasniflash tizimi aniqlangan. Jadvalda umri 10-20 s dan ortiq bo'lgan elementar zarrachalarning xususiyatlari haqida ba'zi ma'lumotlar keltirilgan. Jadvalda elementar zarrachani tavsiflovchi ko'plab xususiyatlardan faqat Plank doimiysi ħ = h birliklarida zarrachaning massasi (elektron massalarida), elektr zaryadi (elementar zaryad birliklarida) va burchak impulsi (spin deb ataladi) ko'rsatilgan. / 2p. Jadvalda zarrachalarning o'rtacha ishlash muddati ham ko'rsatilgan.

	Zarracha nomi		Massa (elektron massalarda)	Elektr zaryadi		Hayot vaqti (lar)
	Antipartikul
				Barqaror
	Neytrino elektron				Barqaror
Neytrino muon				Barqaror
Elektron						Barqaror

		Pi mezonlari

				≈ 10–10 –10–8

Eta-null-meson
							Barqaror

Lambda giperon
Sigma giperonlari


Xi-giperonlar

Omega-minus-giperon

Elementar zarralar uch guruhga birlashtirilgan: fotonlar, leptonlar va adronlar.
Fotonlar guruhiga bitta zarracha - elektromagnit o'zaro ta'sir tashuvchisi bo'lgan foton kiradi.

Keyingi guruh leptonlarning yengil zarrachalaridan iborat. Bu guruhga ikki turdagi neytrinolar (elektron va muon), elektron va m-mezon kiradi. Leptonlar shuningdek, jadvalda ko'rsatilmagan bir qator zarralarni o'z ichiga oladi. Barcha leptonlar 1/2 spinga ega.

uchinchi katta guruh hadronlar deb ataladigan og'ir zarralardan tashkil topgan. Bu guruh ikkita kichik guruhga bo'lingan. Yengilroq zarralar mezonlarning kichik guruhini tashkil qiladi. Ulardan eng yengili musbat va manfiy zaryadlangan, shuningdek massalari 250 elektron massaga teng neytral p-mezonlardir. Pionlar yadro maydonining kvantlari, xuddi fotonlar elektromagnit maydonning kvantlari. Ushbu kichik guruhga to'rtta K mezon va bir ē0 mezon ham kiradi. Barcha mezonlarning spini nolga teng.
Ikkinchi kichik guruh - barionlar - og'irroq zarralarni o'z ichiga oladi. Bu eng keng qamrovli. Eng yengil barionlar nuklonlar - protonlar va neytronlardir. Ulardan keyin giperonlar deb ataladi. 1964 yilda kashf etilgan omega-minus giperon, bu 3273 elektron massasi bo'lgan og'ir zarrachani yopadi. Barcha barionlar 1/2 spinga ega.

Topilgan va yangi kashf etilgan adronlarning ko'pligi olimlarni ularning barchasi boshqa fundamental zarrachalardan qurilgan degan fikrga olib keldi. 1964 yilda amerikalik fizik M.Gell-Man keyingi tadqiqotlar bilan tasdiqlangan farazni ilgari surdi, barcha og'ir fundamental zarralar - adronlar kvarklar deb ataladigan ko'proq fundamental zarrachalardan qurilgan. Kvark gipotezasiga asoslanib, nafaqat ma'lum bo'lgan adronlarning tuzilishi tushunilgan, balki yangilarining mavjudligi ham bashorat qilingan. Gell-Mann nazariyasi turli kombinatsiyalarda bir-biri bilan bog'langan uchta kvark va uchta antikvark mavjudligini taxmin qildi. Shunday qilib, har bir barion uchta kvarkdan, har bir antibarion esa uchta antikvarkdan iborat. Mezonlar kvark-antikvark juftlaridan iborat.

Kvark gipotezasini qabul qilish bilan elementar zarrachalarning garmonik tizimini yaratish mumkin bo'ldi. Biroq, bu faraziy zarralarning bashorat qilingan xususiyatlari juda kutilmagan bo'lib chiqdi. Kvarklarning elektr zaryadi elementar zaryadning 2/3 va 1/3 qismiga teng kasr sonlarida ifodalanishi kerak.
Erkin holatda kvarklarni yuqori energiyali tezlatgichlarda va kosmik nurlarda o'tkazilgan ko'plab izlanishlar muvaffaqiyatsiz tugadi. Olimlarning fikricha, erkin kvarklarning kuzatilmasligining sabablaridan biri, ehtimol, ularning juda katta massalaridir. Bu zamonaviy tezlatgichlarda erishiladigan energiyalarda kvarklarning paydo bo'lishiga to'sqinlik qiladi. Biroq, ko'pchilik mutaxassislar hozirda og'ir zarralar - adronlar ichida kvarklar mavjudligiga ishonchlari komil. Lepton va barion zaryadlaridan tashqari, quyidagilar ham ma'lum:

G'alati s. Kvant soni s -3, -2, -1, 0, +1, +2, +3 qiymatlarini olishi mumkin va adronlarning kvark tarkibi bilan aniqlanadi. Masalan, l, S giperonlari s = -l ga ega; K+, K- mezonlar s = +l ga ega.

Jozibasi bilan. c kvant soni -3, -2, -1, 0, +1, +2, +3 qiymatlarini qabul qilishi mumkin. Hozirgi vaqtda c = 0, +1 va -1 bo'lgan zarralar kashf etilgan. Masalan, d+c barioni c = +1 ga ega.

Pastkilik b. Kvant soni b -3, -2, -1, 0, +1, +2, +3 qiymatlarini qabul qilishi mumkin. Hozirgi vaqtda b = 0, +1, -1 bo'lgan zarralar kashf etilgan. Masalan, B+ mezonida b = +1 mavjud.

Yuqorilik t. t kvant soni -3, -2, -1, 0, +1, +2, +3 qiymatlarini qabul qilishi mumkin. Hozirgi vaqtda t = +1 bo'lgan faqat bitta holat topilgan.

Isospin I. Kuchli oʻzaro taʼsir qiluvchi zarralarni oʻxshash xossalarga ega boʻlgan zarrachalar guruhlariga boʻlish mumkin (spin, paritet, barion soni, gʻalatilik va kuchli oʻzaro taʼsirlarda saqlanib qolgan boshqa kvant sonlarining bir xil qiymati) - izotopik multiplitlar. Izospin I qiymati bitta izotopik multipletga kiritilgan zarrachalar sonini aniqlaydi. n va p izotopik dublet hosil qiladi I=1/2; S+ ,S- ,S0 izotopik tripletning bir qismidir I = 1, l izotopik singlet I = 0, bitta izotopik multipletga kiritilgan zarrachalar soni 2I + 1.

G-paritet zaryad konjugatsiyasining bir vaqtda ishlashi va izospinning uchinchi komponenti Iz belgisining o'zgarishiga nisbatan simmetriyaga mos keladigan kvant soni. G pariteti faqat kuchli o'zaro ta'sirlarda saqlanadi.

Asosiy o'zaro ta'sirlar. Turli xil elementar zarralar ishtirok etadigan jarayonlar juda xilma-xildir xarakterli vaqtlar ularning oqimi va energiyalari. Zamonaviy tushunchalarga ko'ra, tabiatda to'rt turdagi o'zaro ta'sirlar mavjud bo'lib, ularni boshqalarga qisqartirish mumkin emas, ko'proq oddiy turlari o'zaro ta'sirlar: kuchli, elektromagnit, zaif va tortishish. Ushbu turdagi o'zaro ta'sirlar fundamental deb ataladi.

Kuchli (yoki yadroviy) o'zaro ta'sir barcha turdagi o'zaro ta'sirlarning eng qizg'inidir. Ular atom yadrolaridagi protonlar va neytronlar o'rtasida juda kuchli bog'lanishni keltirib chiqaradi. Kuchli o'zaro ta'sirlarda faqat og'ir zarralar - adronlar (mezonlar va barionlar) ishtirok etishi mumkin. Kuchli o'zaro ta'sir 10-15 m dan kam bo'lgan masofalarda o'zini namoyon qiladi, shuning uchun u qisqa masofa deb ataladi.

Elektromagnit o'zaro ta'sir. Ushbu turdagi o'zaro ta'sirda har qanday elektr zaryadlangan zarralar, shuningdek, fotonlar - elektromagnit maydon kvantlari ishtirok etishi mumkin. Elektromagnit o'zaro ta'sir, xususan, atomlar va molekulalarning mavjudligi uchun javobgardir. U qattiq, suyuq va gazsimon holatdagi moddalarning ko'pgina xossalarini aniqlaydi. Protonlarning kulon repulsiyasi katta massa sonli yadrolarning beqarorligiga olib keladi. Elektromagnit o'zaro ta'sir materiyaning atomlari va molekulalari tomonidan fotonlarni yutish va chiqarish jarayonlarini va mikro va makrodunyo fizikasidagi boshqa ko'plab jarayonlarni belgilaydi.

Zaif o'zaro ta'sir mikrokosmosda yuzaga keladigan barcha o'zaro ta'sirlarning eng sekinidir. Unda fotonlardan tashqari har qanday elementar zarrachalar ishtirok etishi mumkin. Zaif o'zaro ta'sir neytrinolar yoki antineytrinolar bilan bog'liq jarayonlarning paydo bo'lishi uchun javobgardir, masalan, neytron b-emirilishi:

Shuningdek, uzoq umrga ega (t ≥ 10-10 s) neytrinosiz zarrachalarning parchalanish jarayonlari.

Gravitatsion o'zaro ta'sir istisnosiz barcha zarralarga xosdir, ammo elementar zarrachalarning kichik massalari tufayli ular orasidagi tortishish o'zaro ta'sir kuchlari ahamiyatsiz va ularning mikrodunyo jarayonlaridagi roli ahamiyatsiz. Kosmik jismlarning (yulduzlar, sayyoralar va boshqalar) ularning ulkan massalari bilan o'zaro ta'sirida tortishish kuchlari hal qiluvchi rol o'ynaydi.

20-asrning 30-yillarida elementar zarralar olamida oʻzaro taʼsirlar qaysidir maydon kvantlarini almashish orqali amalga oshiriladi, degan gipoteza paydo boʻldi. Bu gipotezani dastlab yurtdoshlarimiz I. E. Tamm va D. D. Ivanenkolar ilgari surdilar. Ular fundamental o'zaro ta'sirlar zarrachalar almashinuvidan kelib chiqadi, xuddi atomlarning kovalent kimyoviy bog'lanishi to'ldirilmagan elektron qobiqlarda birikadigan valentlik elektronlarining almashinuvidan kelib chiqadi.
Zarrachalar almashinuvi orqali amalga oshiriladigan o'zaro ta'sir fizikada almashinuv o'zaro ta'siri deb ataladi. Masalan, zaryadlangan zarralar orasidagi elektromagnit o'zaro ta'sir fotonlar - elektromagnit maydon kvantlari almashinuvi tufayli yuzaga keladi.

Yapon fizigi X.Yukava 1935-yilda atom yadrolaridagi nuklonlar orasidagi kuchli oʻzaro taʼsirni nuklonlar mezon deb ataluvchi faraziy zarrachalar almashinadi deb faraz qilsak, tushuntirish mumkinligini nazariy jihatdan koʻrsatganidan soʻng almashinish oʻzaro taʼsir nazariyasi eʼtirof etildi. Yukava bu zarralarning massasini hisoblab chiqdi, ular taxminan 300 elektron massaga teng bo'lib chiqdi. Bunday massaga ega bo'lgan zarralar keyinchalik haqiqatda topildi. Bu zarralar p-mezonlar (pionlar) deb ataladi. Hozirgi vaqtda pionlarning uch turi ma'lum: p+, p– va p0.

1957 yilda zaif o'zaro ta'sirning almashinuv mexanizmini keltirib chiqaradigan W+, W- va Z0 vektor bozonlari deb ataladigan og'ir zarrachalarning mavjudligi nazariy jihatdan bashorat qilingan. Bu zarralar 1983 yilda yuqori energiyali protonlar va antiprotonlarning to'qnashuvchi nurlaridan foydalangan holda tezlatgich tajribalarida topilgan. Vektor bozonlarining kashf etilishi zarralar fizikasida juda muhim yutuq bo'ldi. Ushbu kashfiyot elektromagnit va kuchsiz kuchlarni yagona elektrozaif kuchga birlashtirgan nazariyaning muvaffaqiyatini ko'rsatdi. Bu yangi nazariya elektromagnit maydonni va zaif o'zaro ta'sir maydonini bir maydonning turli komponentlari deb hisoblaydi, bunda elektromagnit maydon kvanti bilan birga vektor bozonlari ishtirok etadi.

Zamonaviy fizikada ushbu kashfiyotdan so'ng, o'zaro ta'sirning barcha turlari bir-biri bilan chambarchas bog'liq va mohiyatan qandaydir bir sohaning turli ko'rinishlari ekanligiga ishonch sezilarli darajada oshdi. Biroq, barcha o'zaro ta'sirlarning birlashishi faqat jozibali bo'lib qolmoqda ilmiy gipoteza.

Nazariy fiziklar nafaqat elektromagnit va kuchsiz, balki kuchli o'zaro ta'sirni yagona asosda ko'rib chiqishga urinishda katta kuch sarflaydilar. Bu nazariya "Buyuk birlashish" deb nomlandi. Olimlar gravitatsion o'zaro ta'sirning ham o'z tashuvchisi - graviton deb ataladigan faraziy zarrachaga ega bo'lishi kerakligini taklif qilmoqdalar. Biroq, bu zarracha hali kashf etilmagan.

Hozirgi vaqtda o'zaro ta'sirning barcha turlarini birlashtirgan yagona maydon faqat zamonaviy tezlatgichlar bilan erishib bo'lmaydigan juda yuqori zarralar energiyalarida mavjud bo'lishi isbotlangan deb hisoblanadi. Zarrachalar bunday yuqori energiyaga faqat koinot mavjudligining dastlabki bosqichlarida ega bo'lishlari mumkin edi, ular shunday deb ataladigan narsa natijasida paydo bo'lgan. katta portlash(Katta portlash). Kosmologiya - koinot evolyutsiyasini o'rganish - Katta portlash 18 milliard yil oldin sodir bo'lganligini ko'rsatadi. Koinot evolyutsiyasining standart modelida portlashdan keyingi birinchi davrda harorat 1032 K ga, zarracha energiyasi E = kT esa 1019 GeV ga yetishi mumkin deb taxmin qilinadi. Bu davrda materiya kvark va neytrino shaklida mavjud bo'lib, barcha turdagi o'zaro ta'sirlar yagona kuch maydoniga birlashgan. Asta-sekin, olam kengaygan sari zarrachalar energiyasi pasayib bordi va o'zaro ta'sirlarning birlashgan maydonidan birinchi navbatda tortishish o'zaro ta'siri (zarrachalar energiyalari ≤ 1019 GeV da), keyin esa kuchli o'zaro ta'sir elektr kuchsiz o'zaro ta'sirdan (tartibning energiyalarida) ajralib chiqdi. 1014 GeV). 103 GeV darajali energiyalarda asosiy o'zaro ta'sirlarning barcha to'rt turi ajratilgan. Ushbu jarayonlar bilan bir vaqtda materiyaning yanada murakkab shakllari - nuklonlar, engil yadrolar, ionlar, atomlar va boshqalar shakllana boshladi. Kosmologiya o'z modelida Katta portlashdan hozirgi kungacha bo'lgan rivojlanishning turli bosqichlarida koinot evolyutsiyasini kuzatishga harakat qiladi. kun, elementar zarrachalar fizikasi, shuningdek, yadro va atom fizikasi qonunlariga tayangan holda.

Elementar zarralar, atamaning aniq ma'nosida, barcha moddalardan iborat bo'lishi kerak bo'lgan asosiy, keyingi ajralmaydigan zarralardir.

Zamonaviy fizikaning elementar zarralari elementarlikning qat'iy ta'rifini qondirmaydi, chunki ularning aksariyati zamonaviy tushunchalarga ko'ra, kompozit tizimlardir. Ushbu tizimlarning umumiy xususiyati quyidagilardan iborat: Ular atom yoki yadro emasligi (istisno proton). Shuning uchun ular ba'zan subyadro zarralari deb ataladi.

O'zini moddaning asosiy elementlari deb da'vo qiladigan zarralar ba'zan "haqiqiy elementar zarralar" deb ataladi.

Birinchi topilgan elementar zarracha elektron edi. U 1897 yilda ingliz fizigi Tomson tomonidan kashf etilgan.

Birinchi topilgan sistitga qarshi pozitron - massasi elektron, lekin musbat elektr zaryadiga ega bo'lgan zarracha. Ushbu antizarra 1932 yilda amerikalik fizik Anderson tomonidan kosmik nurlarda kashf etilgan.

Zamonaviy fizikada elementar zarralar guruhi 350 dan ortiq zarralarni o'z ichiga oladi, asosan beqaror va ularning soni o'sishda davom etmoqda.

Agar ilgari elementar zarralar odatda kosmik nurlarda aniqlangan bo'lsa, 50-yillarning boshidan boshlab tezlatgichlar elementar zarralarni o'rganish uchun asosiy vositaga aylandi.

Elementar zarrachalarning mikroskopik massalari va o'lchamlari ularning xatti-harakatlarining kvant o'ziga xosligini aniqlaydi: elementar zarrachalarning xatti-harakatlarida kvant qonunlari hal qiluvchi rol o'ynaydi.

Barcha elementar zarralarning eng muhim kvant xususiyati boshqa zarralar bilan o'zaro ta'sirlashganda tug'ilish va yo'q bo'lish (chiqarilish va yutilish) qobiliyatidir. Elementar zarrachalar bilan sodir bo'lgan barcha jarayonlar so'rilish va emissiya harakatlarining ketma-ketligi orqali boradi.

Elementar zarrachalar bilan sodir bo'ladigan turli jarayonlar ularning paydo bo'lish intensivligida sezilarli darajada farqlanadi.

Elementar zarralarning o'zaro ta'sirining turli intensivligiga ko'ra, ular fenomenologik jihatdan bir necha sinflarga bo'linadi: kuchli, elektromagnit va kuchsiz. Bundan tashqari, barcha elementar zarralar gravitatsion o'zaro ta'sirga ega.

Elementar zarrachalarning kuchli o'zaro ta'siri boshqa jarayonlarga nisbatan eng katta intensivlik bilan sodir bo'ladigan jarayonlarni keltirib chiqaradi va elementar zarralarning eng kuchli bog'lanishiga olib keladi. Aynan shu narsa atomlar yadrolaridagi protonlar va neytronlar o'rtasidagi bog'liqlikni belgilaydi.

Elektromagnit o'zaro ta'sir elektromagnit maydonning ishtiroki bilan boshqalardan farq qiladi. Elektromagnit maydon (kvant fizikasida foton) o'zaro ta'sir davomida chiqariladi, so'riladi yoki jismlar orasidagi o'zaro ta'sirni uzatadi.

Elektromagnit o'zaro ta'sir moddaning atomlari va molekulalaridagi yadrolar va elektronlarning bog'lanishini ta'minlaydi va shu bilan (kvant mexanikasi qonunlari asosida) bunday mikrosistemalarning barqaror holatining imkoniyatini aniqlaydi.

Elementar zarrachalarning zaif o'zaro ta'siri elementar zarralar bilan juda sekin jarayonlarni, shu jumladan kvazbarqaror zarrachalarning parchalanishini keltirib chiqaradi.

Zaif o'zaro ta'sir nafaqat kuchli o'zaro ta'sirdan, balki elektromagnit ta'sirdan ham ancha zaif, lekin tortishish ta'siridan ancha kuchliroqdir.

Elementar zarrachalarning gravitatsion o'zaro ta'siri ma'lum bo'lganlarning eng zaifidir. Elementar zarrachalarga xos bo'lgan masofalardagi tortishish kuchining o'zaro ta'siri elementar zarrachalarning kichik massalari tufayli juda kichik effektlarni keltirib chiqaradi.

Zaif o'zaro ta'sir gravitatsiyaviy o'zaro ta'sirga qaraganda ancha kuchli, ammo ichida Kundalik hayot gravitatsion o'zaro ta'sirning roli zaif o'zaro ta'sirning roliga qaraganda ancha sezilarli. Buning sababi, tortishish o'zaro ta'siri (shuningdek, elektromagnit o'zaro ta'sir) cheksiz katta ta'sir radiusiga ega. Shuning uchun, masalan, Yer yuzasida joylashgan jismlar Yerni tashkil etuvchi barcha atomlarning tortishish kuchiga duchor bo'ladi. Zaif o'zaro ta'sir shu qadar kichik ta'sir doirasiga egaki, u hali o'lchanmagan.

Zamonaviy fizikada cheksiz miqdordagi erkinlik darajasiga ega fizik tizimlarning relativistik kvant nazariyasi - kvant maydon nazariyasi asosiy rol o'ynaydi. Bu nazariya mikrodunyoning eng umumiy xususiyatlaridan biri - elementar zarrachalarning universal o'zaro konvertatsiyasini tasvirlash uchun qurilgan. Bunday jarayonlarni tasvirlash uchun kvant to'lqin maydoniga o'tish kerak edi. Kvant maydon nazariyasi majburiy ravishda relativistikdir, chunki agar tizim asta-sekin harakatlanuvchi zarralardan iborat bo'lsa, unda ularning energiyasi nolga teng bo'lmagan tinch massaga ega bo'lgan yangi zarralarni hosil qilish uchun etarli bo'lmasligi mumkin. Nol tinch massaga ega bo'lgan zarralar (foton, ehtimol neytrino) har doim relyativistikdir, ya'ni. doimo yorug'lik tezligida harakat qiladi.

O'lchov simmetriyasiga asoslangan barcha o'zaro ta'sirlarni hal qilishning universal usuli ularni birlashtirishga imkon beradi.

Kvant maydon nazariyasi elementar zarrachalarning o'zaro ta'sirining tabiatini tushunish va barcha turdagi o'zaro ta'sirlarni birlashtirish uchun eng mos apparat bo'lib chiqdi.

Kvant elektrodinamika - bu elektromagnit maydon va zaryadlangan zarrachalarning (yoki elektron-pozitron maydoni) o'zaro ta'siri bilan shug'ullanadigan kvant maydon nazariyasining bir qismi.

Hozirgi vaqtda kvant elektrodinamika kuchsiz va elektromagnit o'zaro ta'sirlarning yagona nazariyasining ajralmas qismi sifatida qaraladi.

Muayyan turdagi o'zaro ta'sirlarda ishtirok etishiga qarab, barcha o'rganilgan elementar zarralar, foton bundan mustasno, ikkita asosiy guruhga bo'linadi - adronlar va leptonlar.

Adronlar (yunoncha - katta, kuchli) - kuchli o'zaro ta'sirlarda (elektromagnit va kuchsizlar bilan birga) ishtirok etadigan elementar zarralar sinfi. Leptonlar (yunoncha - yupqa, engil) - kuchli o'zaro ta'sirga ega bo'lmagan, faqat elektromagnit va kuchsiz o'zaro ta'sirlarda qatnashadigan elementar zarralar sinfi. (Barcha elementar zarralar, shu jumladan foton uchun tortishish o'zaro ta'sirining mavjudligi nazarda tutilgan).

Hadronlarning to'liq nazariyasi yoki ular o'rtasidagi kuchli o'zaro ta'sir hali mavjud emas, ammo to'liq yoki umumiy qabul qilinmagan bo'lsa-da, ularning asosiy xususiyatlarini tushuntirishga imkon beradigan nazariya mavjud. Bu nazariya kvant xromodinamikasi bo'lib, unga ko'ra adronlar kvarklardan tashkil topgan bo'lib, kvarklar orasidagi kuchlar glyuonlarning almashinishi hisobiga sodir bo'ladi. Barcha aniqlangan adronlar besh xil turdagi kvarklardan ("lazzatlar") iborat. Har bir "lazzat" kvark uchta "rang" holatida bo'lishi mumkin yoki uchta turli xil "rang zaryadiga" ega bo'lishi mumkin.

Agar xarakterlovchi miqdorlar o'rtasidagi munosabatlarni o'rnatuvchi qonunlar jismoniy tizim, yoki bu miqdorlarning vaqt o'tishi bilan o'zgarishini aniqlaydigan, tizim duchor bo'lishi mumkin bo'lgan ma'lum transformatsiyalar ostida o'zgarmaydi, keyin bu qonunlar bu o'zgarishlarga nisbatan simmetriyaga (yoki o'zgarmaslikka) ega deyiladi. Matematik jihatdan simmetriya o'zgarishlari bir guruh hosil qiladi.

IN zamonaviy nazariya Elementar zarralarda ma'lum o'zgarishlarga oid qonunlarning simmetriyasi tushunchasi etakchi hisoblanadi. Simmetriya elementar zarrachalarning turli guruhlari va oilalarining mavjudligini belgilovchi omil sifatida qaraladi.

Kuchli o'zaro ta'sir maxsus "izotop makonida" aylanishlarga nisbatan nosimmetrikdir. Matematik nuqtai nazardan izotopik simmetriya unitar simmetriya guruhining SU(2) o'zgarishlariga mos keladi. Izotopik simmetriya tabiatning aniq simmetriyasi emas, chunki u elektromagnit o'zaro ta'sir va kvark massalarining farqlari bilan buziladi.

Izotopik simmetriya kuchli o'zaro ta'sirning kengroq taxminiy simmetriyasining bir qismi - unitar SU(3) simmetriya. Unitar simmetriya izotopik simmetriyaga qaraganda ancha buzilgan. Biroq, erishilgan energiyalarda juda kuchli buzilgan bu simmetriyalar "katta birlashish" deb ataladigan energiyada tiklanishi taklif etiladi.

Maydon nazariyasi tenglamalarining ichki simmetriyalari sinfi uchun (ya'ni, fazo-vaqt xususiyatlari bilan emas, balki elementar zarrachalarning xususiyatlari bilan bog'liq simmetriyalar) umumiy nom ishlatiladi - o'lchov simmetriyasi.

O'lchov simmetriyasi vektor o'lchov maydonlarining mavjudligi zarurligiga olib keladi, ularning kvantlari almashinuvi zarrachalarning o'zaro ta'sirini belgilaydi.

O'lchov simmetriyasi g'oyasi kuchsiz va elektromagnit o'zaro ta'sirlarning yagona nazariyasida eng samarali bo'ldi.

Kvant maydon nazariyasidagi qiziqarli muammo bu kuchli o'zaro ta'sirni ("katta birlashtirish") yagona o'lchov sxemasiga kiritishdir.

Birlashtirishning yana bir istiqbolli yo'nalishi supergauge simmetriyasi yoki oddiygina supersimmetriya hisoblanadi.

60-yillarda amerikalik fiziklar S.Vaynberg, S.Glashov, pokiston fizigi A.Salam va boshqalar kuchsiz va elektromagnit oʻzaro taʼsirlarning birlashgan nazariyasini yaratdilar, keyinchalik bu nazariya elektrozaif oʻzaro taʼsirning standart nazariyasi nomi bilan mashhur boʻldi. Bu nazariyada elektromagnit o'zaro ta'sirni amalga oshiruvchi foton bilan bir qatorda oraliq vektor bozonlari - kuchsiz ta'sir o'tkazuvchi zarralar paydo bo'ladi. Bu zarralar 1983 yilda CERNda eksperimental ravishda topilgan.

Oraliq vektor bozonlarining eksperimental kashfiyoti elektrozaif o'zaro ta'sirning standart nazariyasining asosiy (o'lchov) g'oyasining to'g'riligini tasdiqlaydi.

Biroq, nazariyani to'liq sinab ko'rish uchun, shuningdek, simmetriyaning o'z-o'zidan uzilish mexanizmini eksperimental ravishda o'rganish kerak. Agar bu mexanizm haqiqatan ham tabiatda sodir bo'lsa, unda elementar skalyar bozonlar - Xiggs bozonlari bo'lishi kerak. Elektrozaif o'zaro ta'sirning standart nazariyasi kamida bitta skalyar bozonning mavjudligini taxmin qiladi.