प्राथमिक कण आणि त्यांची मुख्य वैशिष्ट्ये. स्थिर प्राथमिक कण इतर विद्यमान आणि काल्पनिक कण

1. प्राथमिक कण- हे मायक्रोऑब्जेक्ट्स आहेत, ज्याचे परिमाण अणू केंद्रकांच्या आकारापेक्षा जास्त नाहीत. प्राथमिक कणांमध्ये प्रोटॉन, न्यूट्रॉन, इलेक्ट्रॉन, मेसॉन, न्यूट्रिनो, फोटॉन इ.

अभिव्यक्ती प्राथमिक कण हे रूपांतर करण्यास असमर्थ संरचनाहीन कण समजू नये. जसजसे विज्ञान विकसित होत जाते, तसतसे कोणत्याही वैज्ञानिक संज्ञेची सामग्री हळूहळू त्याच्या व्युत्पत्तीपासून दूर जाते. अशा प्रकारे, 19 व्या शतकाच्या सुरूवातीस त्याचा उदय होईपर्यंत अणू लोकांच्या मनात अविभाज्य राहिला. रासायनिक अणुवाद. आधुनिक वैज्ञानिक ज्ञानात, अणू ही एक जटिल गतिशील प्रणाली आहे जी विविध पुनर्रचना करण्यास सक्षम आहे. त्याचप्रमाणे, प्राथमिक कण, जसे त्यांचे नवीन गुणधर्म शोधले जातात, वाढत्या गुंतागुंतीची रचना प्रकट करतात.

प्राथमिक कणांचा सर्वात महत्वाचा गुणधर्म म्हणजे त्यांची जन्म घेण्याची आणि टक्कर दरम्यान एकमेकांमध्ये रूपांतरित होण्याची क्षमता. अशा प्रक्रिया होण्यासाठी, आदळणाऱ्या कणांमध्ये उच्च ऊर्जा असणे आवश्यक आहे. म्हणून, कण भौतिकशास्त्राला उच्च-ऊर्जा भौतिकशास्त्र देखील म्हणतात.

त्यांच्या जीवनकाळानुसार, सर्व प्राथमिक कण तीन गटांमध्ये विभागले जातात: स्थिर, अस्थिर आणि अनुनाद.

स्थिर कण अमर्यादित काळासाठी मुक्त स्थितीत अस्तित्वात आहेत. असे फक्त 11 कण आहेत: प्रोटॉन p, इलेक्ट्रॉन ई, इलेक्ट्रॉन न्यूट्रिनो ν 0, म्युऑन न्यूट्रिनो νμ, टाउन न्यूट्रिनो ντ, त्यांचे प्रतिकण p, e, ν e, νμ, ντ , आणि अधिक फोटॉन γ. या कणांच्या उत्स्फूर्त क्षयचे प्रायोगिक पुरावे अद्याप अज्ञात आहेत.

अस्थिर कणांचे सरासरी आयुष्य τ असते. जे 10 -23 सेकंदांच्या वैशिष्ट्यपूर्ण आण्विक उड्डाण वेळेच्या तुलनेत खूप मोठे आहे (न्युक्लीयचा व्यास ओलांडून प्रवास करण्यासाठी प्रकाश लागतो). उदाहरणार्थ, न्यूट्रॉनसाठी τ = 16 मिनिटे, म्यूऑन τ = 10 -6 s साठी, चार्ज केलेल्या pion τ = 10 -8 s साठी, हायपरॉन आणि kaons साठी τ = 10 -4 s.

10 -23 सेकंदांच्या उड्डाण वेळेशी तुलना करता रेझोनान्सचे आयुष्यमान असते. ते प्रतिक्रिया क्रॉस सेक्शन विरुद्ध ऊर्जा वक्र वर अनुनाद द्वारे नोंदणीकृत आहेत. न्यूक्लिओन्स आणि इतर कणांच्या उत्तेजित अवस्था म्हणून अनेक अनुनादांचा अर्थ लावला जातो.

2. मूलभूत परस्परसंवाद. प्राथमिक कण आणि निसर्गातील एकूणच परस्परसंवादाची विविधता 4 मुख्य प्रकारांपर्यंत खाली येते: मजबूत, विद्युत चुंबकीय, कमकुवत आणि गुरुत्वाकर्षण. मजबूत परस्परसंवाद अणू केंद्रकांमध्ये न्यूक्लिओन्स धारण करतो आणि हेड्रोन (प्रोटॉन, न्यूट्रॉन, मेसॉन, हायपरॉन इ.) मध्ये अंतर्भूत असतो. इलेक्ट्रोमॅग्नेटिक परस्परसंवाद हे मॅक्रो स्तरावर प्रकट होतात - लवचिक, चिपचिपा, आण्विक, रासायनिक इ. कमकुवत परस्परसंवादामुळे केंद्रकांचा β-क्षय होतो आणि इलेक्ट्रोमॅग्नेटिक शक्तींसह, पेप्टोनचे वर्तन नियंत्रित करतात - अर्ध-पूर्णांक स्पिनसह प्राथमिक कण जे मजबूत परस्परसंवादात सहभागी होत नाहीत. गुरुत्वाकर्षणाचा परस्परसंवाद सर्व भौतिक वस्तूंमध्ये अंतर्निहित असतो.

एकमेकांशी मूलभूत परस्परसंवादाची तुलना करा परंतु त्यांची तीव्रता. या संकल्पनेची कोणतीही अस्पष्ट व्याख्या नाही आणि तीव्रतेची तुलना करण्याची कोणतीही पद्धत नाही. म्हणून, घटनांच्या संचावर आधारित तुलना वापरली जातात.

उदाहरणार्थ, दोन प्रोटॉनमधील गुरुत्वाकर्षणाच्या बल आणि कुलॉम्ब प्रतिकर्षणाच्या बलाचे गुणोत्तर आहे G (m p m p /r 2) /(e 2 /4πε 0 r 2) = 4πε 0 G(m p 2 /e 2) = 10 -36. ही संख्या गुरुत्वाकर्षण आणि इलेक्ट्रोमॅग्नेटिक परस्परसंवादाच्या गुणोत्तराचे मोजमाप म्हणून घेतली जाते.

आण्विक अभिक्रियांच्या क्रॉस सेक्शन आणि उर्जेवरून निर्धारित मजबूत आणि इलेक्ट्रोमॅग्नेटिक परस्परसंवादांमधील गुणोत्तर 10 4: 1 असा अंदाज आहे. मजबूत आणि कमकुवत परस्परसंवादाच्या तीव्रतेची तुलना त्याच प्रकारे केली जाते.

तीव्रतेसह, परस्परसंवादाची वेळ आणि अंतर देखील परस्पर तुलनाचे मोजमाप म्हणून वापरले जाते. सहसा, वेळेची तुलना करण्यासाठी, आम्ही टक्कर करणाऱ्या कण E = 1 GeV च्या गतिज उर्जेवर प्रक्रियांचे दर घेतो. अशा ऊर्जेवर, 10 -23 s च्या आण्विक उड्डाण दरम्यान मजबूत परस्परक्रियांमुळे होणाऱ्या प्रक्रिया घडतात, विद्युत चुंबकीय परस्परसंवादामुळे होणाऱ्या प्रक्रिया सुमारे 10 -19 s लागतात, कमकुवत परस्परसंवादांना सुमारे 10 -9 s लागतात आणि गुरुत्वाकर्षण परस्परसंवाद सुमारे 10 +16 s घेतात. एस.

पदार्थातील कणाचा मध्यम मुक्त मार्ग सामान्यतः परस्परांशी तुलना करण्यासाठी अंतर म्हणून घेतला जातो. E = 1 GeV सह जोरदारपणे परस्परसंवाद करणाऱ्या कणांना 1 मीटर जाडीच्या जड धातूच्या थरामुळे विलंब होतो. तर न्यूट्रिनो, केवळ कमकुवत परस्परसंवादात भाग घेण्यास सक्षम, 100 पट कमी ऊर्जा (E = 10 MeV) द्वारे राखून ठेवली जाऊ शकते. 10 9 किमीचा थर!

ए. मजबूत संवादकेवळ सर्वात तीव्रच नाही तर निसर्गातील सर्वात लहान-अभिनय देखील आहे. 10 -15 मीटर पेक्षा जास्त अंतरावर, त्याची भूमिका नगण्य होते. केंद्रकांची स्थिरता सुनिश्चित करताना, या परस्परसंवादाचा अणू घटनांवर अक्षरशः कोणताही परिणाम होत नाही. मजबूत परस्परसंवाद सार्वत्रिक नाही. हे सर्व कणांमध्ये अंतर्भूत नसून फक्त हॅड्रॉन्समध्ये - न्यूक्लिओन्स, मेसॉन, हायपरॉन इ. कण आहेत - फोटॉन, इलेक्ट्रॉन, म्यूऑन, न्यूट्रिनो - जे मजबूत परस्परसंवादाच्या अधीन नाहीत आणि टक्करांमुळे जन्माला येत नाहीत.

b इलेक्ट्रोमॅग्नेटिक परस्परसंवादतीव्रता मजबूत पेक्षा 4 तीव्रता कमी आहे. त्याच्या प्रकटीकरणाचे मुख्य क्षेत्र 10 -15 मीटरच्या कोर व्यासापासून आणि अंदाजे 1 मीटर पर्यंतचे अंतर आहे. यामध्ये अणू, रेणू, क्रिस्टल्स, रासायनिक प्रतिक्रिया, विकृती, घर्षण, प्रकाश, रेडिओ लहरी आणि इतर अनेक भौतिक घडामोडी ज्या मानवी आकलनासाठी उपलब्ध आहेत.

इलेक्ट्रोमॅग्नेटिक परस्परसंवाद विद्युत चार्ज केलेल्या कणांसाठी सर्वात मजबूत असतो. नॉन-झिरो स्पिन असलेल्या तटस्थ कणांमध्ये ते स्वतःला कमकुवत प्रकट करते आणि केवळ अशा कणांमध्ये М=eћ/2m च्या क्रमाचा चुंबकीय क्षण असतो. तटस्थ pions π 0 आणि न्यूट्रिनोमध्ये इलेक्ट्रोमॅग्नेटिक परस्परसंवाद आणखी कमकुवत असतो.

EM परस्परसंवादाचा एक अत्यंत महत्त्वाचा गुणधर्म म्हणजे समान-चार्ज केलेल्या कणांमधील प्रतिकर्षण आणि विपरीत-चार्ज केलेल्या कणांमधील आकर्षण. यामुळे, शून्य निव्वळ चार्ज असलेल्या अणू आणि इतर कोणत्याही वस्तूंमधील EM परस्परसंवाद तुलनेने लहान असतात, जरी चार्ज केलेल्या कणांमधील कूलॉम्ब बल दीर्घ-श्रेणीचे असतात.

e. कमकुवत संवादमजबूत आणि इलेक्ट्रोमॅग्नेटिकच्या तुलनेत नगण्य. पण जसजसे अंतर कमी होते तसतसे ते झपाट्याने वाढते. जर आपण असे गृहीत धरले की वाढीची गतिशीलता पुरेशी खोल राहते, तर 10 -20 मीटरच्या अंतरावर कमकुवत परस्परसंवाद मजबूत समान होईल. परंतु असे अंतर अद्याप प्रायोगिक संशोधनासाठी उपलब्ध नाही.

कमकुवत परस्परसंवादामुळे कणांच्या परस्पर रूपांतरणाच्या काही प्रक्रिया होतात. उदाहरणार्थ, सिग्मा-प्लस-हायपरॉन कण, केवळ कमकुवत परस्परसंवादाच्या प्रभावाखाली, प्रोटॉन आणि तटस्थ pion मध्ये क्षय होतो, Σ + => p + π 0. कमकुवत परस्परसंवादामुळे, β क्षय होतो. हायपरॉन, काओन्स, म्युऑन यांसारखे कण कमकुवत परस्परसंवादाच्या अनुपस्थितीत स्थिर असतील.

d. गुरुत्वाकर्षण संवादसर्वात कमकुवत. परंतु हे दीर्घ-श्रेणी क्रिया, परिपूर्ण सार्वत्रिकता (सर्व शरीरे गुरुत्वाकर्षण) आणि कणांच्या कोणत्याही जोडीमधील समान चिन्हाद्वारे वैशिष्ट्यीकृत आहे. नंतरच्या गुणधर्मामुळे गुरुत्वाकर्षण शक्ती नेहमीच शरीराच्या वाढत्या वस्तुमानासह वाढते. म्हणून, गुरुत्वाकर्षण, त्याची क्षुल्लक सापेक्ष तीव्रता असूनही, वैश्विक शरीर - ग्रह, तारे, आकाशगंगा यांच्या परस्परसंवादात निर्णायक भूमिका प्राप्त करते.

प्राथमिक कणांच्या जगात, गुरुत्वाकर्षणाची भूमिका नगण्य आहे. म्हणून, अणू, न्यूक्लियस आणि प्राथमिक कणांच्या भौतिकशास्त्रामध्ये, गुरुत्वाकर्षणाचा परस्परसंवाद विचारात घेतला जात नाही.

3. प्राथमिक कणांची वैशिष्ट्ये. 20 व्या शतकाच्या 50 च्या दशकाच्या सुरुवातीपर्यंत, शोधलेल्या कणांची संख्या तुलनेने कमी असताना, सामान्य भौतिक प्रमाण कणांचे वर्णन करण्यासाठी वापरले जात होते - वस्तुमान m, गतीज ऊर्जा E, संवेग p आणि एक क्वांटम संख्या - स्पिन s, ज्यामुळे हे शक्य झाले. यांत्रिक आणि चुंबकीय क्षणांच्या कणांच्या विशालतेचा न्याय करा. अस्थिर कणांसाठी, सरासरी जीवनकाल τ येथे जोडले गेले.

परंतु हळूहळू, विशिष्ट कणांच्या जन्माच्या आणि क्षयांच्या पद्धतींमध्ये, या कणांसाठी विशिष्ट वैशिष्ट्ये ओळखणे शक्य झाले. या गुणधर्मांची नियुक्ती करण्यासाठी, नवीन क्वांटम संख्या सादर करणे आवश्यक होते. त्यापैकी काहींना आरोप म्हटले गेले.

उदाहरणार्थ, असे दिसून आले की जड कणांच्या क्षय दरम्यान, उदाहरणार्थ, न्यूट्रॉन, असे कधीच घडत नाही की केवळ हलकेच तयार होतात, उदाहरणार्थ, इलेक्ट्रॉन ई - , ई + आणि न्यूट्रिनो. याउलट, जेव्हा इलेक्ट्रॉन आणि पॉझिट्रॉन एकमेकांशी भिडतात तेव्हा न्यूट्रॉन मिळू शकत नाही, जरी ऊर्जा आणि गतीच्या संवर्धनाचे नियम समाधानी आहेत. हा पॅटर्न परावर्तित करण्यासाठी, क्वांटम क्रमांक बॅरिऑन चार्ज B सादर करण्यात आला. ते असे मानू लागले की अशा जड कण - बॅरिऑनमध्ये B = 1, आणि त्यांचे प्रतिकण B = -1 आहेत. प्रकाश कणांसाठी B = 0. परिणामी, शोधलेल्या पॅटर्नने बॅरिऑन चार्जच्या संरक्षणाच्या कायद्याचे स्वरूप घेतले.

त्याचप्रमाणे, प्रकाश कणांसाठी, क्वांटम संख्या प्रायोगिकरित्या सादर केल्या गेल्या - लेप्टन चार्जेस एल - काही परिवर्तनांच्या प्रतिबंधाची चिन्हे. आम्ही असे गृहीत धरण्यास सहमत झालो की लेप्टॉन इलेक्ट्रॉन्ससाठी L e = +1 चार्ज करतो e - आणि इलेक्ट्रॉन neutrinos ν e ,L µ = + 1 नकारात्मक muons साठी µ - आणि muonic neutrinos ν µ ,L τ = +1 नकारात्मक taons साठी τ - आणि taon. न्यूट्रिनो v τ . संबंधित प्रतिकणांसाठी L= -1. बॅरिऑन शुल्काप्रमाणे, लेप्टोनिक शुल्क सर्व परस्पर क्रियांमध्ये संरक्षित केले जाते.

सशक्त परस्परसंवादात जन्मलेल्या हायपरॉनच्या शोधामुळे, असे दिसून आले की त्यांचे जीवनकाळ 10 -23 सेकंदांच्या उड्डाण वेळेच्या बरोबरीचे नाही, जे जोरदारपणे परस्परसंवाद करणाऱ्या कणांसाठी वैशिष्ट्यपूर्ण आहे, परंतु 10 13 पट जास्त आहे. हे अनपेक्षित आणि विचित्र वाटले आणि केवळ या वस्तुस्थितीद्वारे स्पष्ट केले जाऊ शकते की मजबूत परस्परसंवादांमध्ये जन्मलेले कण कमकुवत परस्परसंवादांमध्ये क्षय करतात. कणांचा हा गुणधर्म प्रतिबिंबित करण्यासाठी, एक क्वांटम संख्या विचित्रता S सादर करण्यात आली. विचित्र कणांमध्ये S = + 1 आहे, त्यांच्या प्रतिकणांमध्ये S = - 1 आहे आणि इतर कणांमध्ये S = 0 आहे.

मायक्रोपार्टिकल्सचा इलेक्ट्रिक चार्ज Q हा त्याच्या सकारात्मक प्राथमिक शुल्क e + च्या गुणोत्तराद्वारे व्यक्त केला जातो. म्हणून, कणांचा विद्युत चार्ज Q हा देखील एक पूर्णांक क्वांटम संख्या आहे. प्रोटॉनसाठी Q = + 1, इलेक्ट्रॉन Q = -1 साठी, न्यूट्रॉनसाठी, न्यूट्रिनो आणि इतर तटस्थ कणांसाठी Q = 0.

नामांकित पॅरामीटर्स व्यतिरिक्त, प्राथमिक कणांमध्ये इतर वैशिष्ट्ये आहेत ज्यांचा येथे विचार केला जात नाही.

4. कण भौतिकशास्त्रातील संवर्धन कायदेतीन गटांमध्ये विभागले जाऊ शकते: सामान्य संवर्धन कायदे, शुल्काचे अचूक संवर्धन कायदे आणि अंदाजे संवर्धन कायदे.

ए . संवर्धनाचे सार्वत्रिक कायदेसूक्ष्म-, मॅक्रो- आणि मेगा-जगात - घटनेच्या प्रमाणाकडे दुर्लक्ष करून अचूकपणे चालते. हे नियम स्पेस-टाइमच्या भूमितीवरून चालतात. काळाची एकसंधता ऊर्जा संवर्धनाच्या कायद्याकडे, जागेची एकसंधता - संवेगाच्या संवर्धनाच्या कायद्याकडे, अंतराळाची समस्थानिकता - कोनीय संवेगाच्या संवर्धनाच्या कायद्याकडे, ISO ची समानता - केंद्राच्या संवर्धनाच्या कायद्याकडे घेऊन जाते. जडत्व या 4 नियमांव्यतिरिक्त, यात स्पेसच्या सममितीशी संबंधित आणखी दोन समाविष्ट आहेत - समन्वय अक्षांच्या आरशातील प्रतिबिंबांशी संबंधित वेळ. समन्वय अक्षांच्या मिरर सममितीवरून असे दिसून येते की जागेच्या उजव्या-डाव्या सममिती एकसारख्या आहेत (समतेच्या संरक्षणाचा नियम). काळाच्या मिरर सममितीशी संबंधित कायदा काळाच्या चिन्हातील बदलाच्या संदर्भात सूक्ष्म जगतातील घटनांच्या ओळखीबद्दल बोलतो.

b शुल्काच्या संवर्धनाचे अचूक कायदे. कोणत्याही भौतिक प्रणालीला प्रत्येक प्रकारचे पूर्णांक शुल्क नियुक्त केले जाते. प्रत्येक शुल्क हे अतिरिक्त आणि संरक्षित आहे. असे 5 शुल्क आहेत: इलेक्ट्रिक क्यू, बॅरिऑन बी, तीन लिगोनिक चार्जेस - इलेक्ट्रॉन L e, muon L µ ton L τ. सर्व शुल्क पूर्णांक आहेत आणि शून्याची सकारात्मक आणि ऋण दोन्ही मूल्ये असू शकतात.

इलेक्ट्रिक चार्जचा दुहेरी अर्थ आहे. हे केवळ क्वांटम संख्या दर्शवत नाही तर बल क्षेत्राचा स्त्रोत देखील आहे. बॅरिऑन आणि लेप्टोनिक शुल्क हे बल क्षेत्राचे स्रोत नाहीत. जटिल प्रणालीसाठी, कोणत्याही प्रकारचे एकूण शुल्क प्रणालीमध्ये समाविष्ट असलेल्या प्राथमिक कणांच्या संबंधित शुल्काच्या बेरजेइतके असते.

व्ही. अंदाजे संवर्धन कायदेकेवळ विशिष्ट प्रकारच्या मूलभूत परस्परसंवादांमध्येच पूर्ण होतात. ते S ची विचित्रता इत्यादी वैशिष्ट्यांशी संबंधित आहेत.

सर्व सूचीबद्ध संवर्धन कायदे तक्ता 26.2 मध्ये सारांशित केले आहेत.

5. कण आणि प्रतिकणसमान वस्तुमान आहे, परंतु त्यांचे सर्व शुल्क विरुद्ध आहेत कण आणि प्रतिकणांच्या जोडीची निवड अनियंत्रित आहे. उदाहरणार्थ, इलेक्ट्रॉन + पॉझिट्रॉनच्या जोडीमध्ये, त्यांनी इलेक्ट्रॉन e ला कण म्हणून आणि पॉझिट्रॉन e + प्रतिकण म्हणून मानण्यास सहमती दर्शविली. इलेक्ट्रॉन चार्जेस Q =-1, B = 0, Le = +1, Lµ= 0, Lτ =0. पॉझिट्रॉन शुल्क Q = +1, V = 0, Le=-1, Lµ= 0, Lτ =0

कण + प्रतिकण प्रणालीचे सर्व शुल्क शून्याच्या बरोबरीचे आहेत. अशा प्रणाली, ज्यामध्ये सर्व शुल्क शून्याच्या समान असतात, त्यांना खरोखर तटस्थ म्हणतात. खरे तटस्थ आणि कण आहेत. त्यापैकी दोन आहेत: γ - क्वांटम (फोटॉन) आणि η - मेसन. कण आणि प्रतिकण येथे एकसारखे आहेत.

6. प्राथमिक कणांचे वर्गीकरणअद्याप पूर्ण झाले नाही. वर्गीकरणांपैकी एक सध्या सरासरी जीवनकाल τ, वस्तुमान m, स्पिन s, पाच प्रकारचे शुल्क, विचित्रता S आणि कणांच्या इतर मापदंडांवर आधारित आहे. सर्व कण 4 वर्गांमध्ये विभागलेले आहेत.

1 ला वर्ग एका कणाने बनतो - फोटॉन. फोटॉनमध्ये शून्य विश्रांती वस्तुमान आणि सर्व शुल्क असतात. फोटॉन मजबूत परस्परसंवादाच्या अधीन नाही. त्याची फिरकी 1 आहे, याचा अर्थ सांख्यिकीयदृष्ट्या तो बोसॉन आहे.

वर्ग 2 लेप्टॉनद्वारे तयार होतो. हे शून्य बॅरिऑन चार्ज असलेले हलके कण आहेत. प्रत्येक कण - लॅपटॉप - त्याचे एक लेंटन शुल्क आहे जे शून्याच्या बरोबरीचे नाही. लेप्टन्स मजबूत परस्परसंवादाच्या अधीन नाहीत. सर्व लेप्टॉन्सची फिरकी 1/2 आहे, म्हणजेच आकडेवारीनुसार, ते फर्मियन्स आहेत.

3रा वर्ग मेसन्सद्वारे तयार होतो. हे शून्य बॅरिऑन आणि लेप्टन चार्ज असलेले कण आहेत जे मजबूत परस्परसंवादात भाग घेतात. सर्व मेसॉनमध्ये पूर्णांक स्पिन असते, म्हणजेच आकडेवारीनुसार ते बोसॉन असतात.

चौथ्या वर्गात बॅरिऑन असतात. हे शून्य नसलेले बॅरिऑन चार्ज B ≠ O आणि शून्य लेप्टन चार्ज असलेले जड कण आहेत, Le,Lµ,Lτ = 0. त्यांच्याकडे अर्ध-पूर्णांक स्पिन (फर्मियन्स) आहेत आणि ते मजबूत परस्परसंवादात भाग घेतात. 3 री आणि 4 थी वर्गातील कणांच्या मजबूत परस्परसंवादात भाग घेण्याच्या क्षमतेमुळे, त्यांना हॅड्रॉन देखील म्हणतात.

तक्ता 26.3 सुप्रसिद्ध कण दर्शविते - त्यांच्या मुख्य वैशिष्ट्यांसह अनुनाद नाही. कण आणि प्रतिकण दिले आहेत. खरे तटस्थ कण, ज्यात कोणतेही प्रतिकण नसतात, ते स्तंभाच्या मध्यभागी ठेवलेले असतात. नावे फक्त कणांसाठी दिली आहेत. पार्टिकलच्या नावाला “अँटी” हा उपसर्ग जोडून संबंधित प्रतिकण मिळवले जातात. उदाहरणार्थ, प्रोटॉन - अँटीप्रोटॉन, न्यूट्रॉन - अँटीन्यूट्रॉन.

अँटीइलेक्ट्रॉन e+ चे ऐतिहासिक नाव पॉझिट्रॉन आहे. चार्ज केलेल्या पायन्स आणि काओन्सच्या संबंधात, "अँटीपार्टिकल" हा शब्द व्यावहारिकपणे वापरला जात नाही. ते फक्त इलेक्ट्रिक चार्जमध्ये भिन्न आहेत. म्हणून, ते फक्त सकारात्मक किंवा नकारात्मक pions आणि kaons बद्दल बोलतात.

चार्जचे वरचे चिन्ह कण, खालचे चिन्ह प्रतिकणाचा संदर्भ देते. उदाहरणार्थ, इलेक्ट्रॉनसाठी - पॉझिट्रॉन जोडी Le = ± 1. याचा अर्थ इलेक्ट्रॉनमध्ये Le = + 1 आहे आणि पॉझिट्रॉनमध्ये Le = -1 आहे.

खालील नोटेशन्स टेबलमध्ये वापरल्या आहेत: Q - इलेक्ट्रिक चार्ज, B बॅरिऑन चार्ज Le, Lµ, Lτ - अनुक्रमे, इलेक्ट्रॉन, muon, taonic leptopic शुल्क, S - strangeness, s - spin, τ - सरासरी आयुष्यभर.

उर्वरित वस्तुमान m मेगाइलेक्ट्रॉनव्होल्टमध्ये दिले जाते. सापेक्षतावादी समीकरण mc 2 =еU पासून ते m=eU/c 2 चे अनुसरण करते. 1 MeV ची कण ऊर्जा m=eU/c 2 =1.6 *10 -19 /9*10 16 =17.71*10 -31 kg वस्तुमानाशी संबंधित आहे. हे सुमारे दोन इलेक्ट्रॉन वस्तुमान आहे. इलेक्ट्रॉन m e = 9.11*10 -31 kg च्या वस्तुमानाने भागल्यास m = 1.94 m e मिळते.

इलेक्ट्रॉनचे वस्तुमान, ऊर्जेच्या संदर्भात व्यक्त केले जाते, m e = 0.511 MeV आहे.

7. हॅड्रॉनचे क्वार्क मॉडेल. हॅड्रॉन हे प्राथमिक कण आहेत जे मजबूत परस्परसंवादात भाग घेतात. हे मेसॉन आणि बॅरिऑन आहेत. 1964 मध्ये, अमेरिकन मरे गेल-मॅन आणि जॉर्ज झ्वेग यांनी असे गृहीत धरले की हॅड्रॉनची रचना आणि गुणधर्म हे गृहित धरून अधिक चांगल्या प्रकारे समजले जाऊ शकतात की हेड्रॉन अधिक मूलभूत कणांनी बनलेले आहेत, ज्याला गेल-मानने क्वार्क म्हटले आहे. क्वार्क गृहीतक अतिशय फलदायी ठरले आणि आता ते सामान्यतः स्वीकारले जाते.

पुटेटिव्ह क्वार्कची संख्या सतत वाढत आहे. आजपर्यंत, क्वार्कच्या 5 प्रकारांचा (फ्लेवर्स) सर्वात चांगला अभ्यास केला गेला आहे: क्वार्क u द्रव्यमान m u = 5 MeV सह, quark d सह वस्तुमान m d = 7 MeV, क्वार्क s सह ms = 150 MeV, क्वार्क c सह mc = 1300 MeV आणि mb=5000 MeV सह क्वार्क b. प्रत्येक क्वार्कचे स्वतःचे अँटीक्वार्क असते.

सर्व सूचीबद्ध क्वार्कमध्ये समान स्पिन 1/2 आणि समान बॅरिऑन चार्ज B = 1/3 आहे. क्वार्क्स u, c मध्ये फ्रॅक्शनल पॉझिटिव्ह चार्ज Q = + 2/3 आहे, क्वार्क्स d, s, b आहेत

अंशात्मक ऋण शुल्क Q = - 1/3. क्वार्क s हा विचित्रपणाचा वाहक आहे, क्वार्क c हा आकर्षणाचा वाहक आहे आणि क्वार्क b हा सौंदर्याचा वाहक आहे (तक्ता 26.4).

प्रत्येक हॅड्रॉनला अनेक क्वार्कचे मिश्रण म्हणून दाखवता येते. हॅड्रॉनचे क्वांटम क्रमांक Q, B, S हे हॅड्रॉन बनवणाऱ्या क्वार्कच्या संबंधित संख्यांची बेरीज म्हणून प्राप्त होतात. जर दोन समान क्वार्क हेड्रोनमध्ये प्रवेश करतात, तर त्यांचे स्पिन विरुद्ध असतात.

बॅरिअन्समध्ये अर्ध-पूर्णांक स्पिन असते, त्यामुळे त्यामध्ये क्वार्कची विषम संख्या असू शकते. उदाहरणार्थ, प्रोटॉनमध्ये तीन क्वार्क असतात, p => uud. प्रोटॉनचा इलेक्ट्रिक चार्ज Q =+ 2/3+2/3 – 1/3 = 1, प्रोटॉन B = 1/3+ 1/3 + 1/3 = 1, विचित्रता S = O, स्पिन s = १/२ – १/२ +१/२=१/२.

न्यूट्रॉनमध्ये तीन क्वार्क, n => udd देखील असतात. Q =2/3-1/3- 1/3 =O, B = 1/3+1/3+1/3=1, S = 0, s = 1/2 – 1/2 + 1/2 = 1/2. तीन क्वार्कचे संयोजन खालील बॅरिअन्सचे प्रतिनिधित्व करण्यासाठी वापरले जाऊ शकते: Λ 0 (uds), Σ + (uus), Σ 0 (uds), Σ - (dds),Ξ 0 (uss), Ξ - (dss), Ω - (sss) a°(uss). नंतरच्या प्रकरणात, सर्व क्वार्कचे स्पिन एकाच दिशेने निर्देशित केले जातात. म्हणून Ω - - हायपरॉनला स्पिन 3/2 आहे.

बॅरिऑनचे प्रतिकण संबंधित अँटीक्वार्कपासून तयार होतात.

मेसन्समध्ये कोणतेही दोन क्वार्क आणि अँटीक्वार्क असतात. उदाहरणार्थ, धनात्मक pion π + (ud) आहे. त्याचे शुल्क Q = +2/3- (-1/3) = 1, B = 1/3-1/3= O, S = 0, फिरकी 1/2 – 1/2= 0 आहे.

क्वार्क मॉडेल असे गृहीत धरते की क्वार्क हे हॅड्रॉनच्या आत अस्तित्वात आहेत, परंतु अनुभव दर्शविते की ते हॅड्रॉन्सपासून सुटू शकत नाहीत. परंतु किमान त्या उर्जेवर जे आधुनिक प्रवेगकांसह साध्य करता येतात. क्वार्क मुक्त स्थितीत अजिबात अस्तित्वात नसण्याची उच्च शक्यता आहे.

आधुनिक उच्च-ऊर्जा भौतिकशास्त्राचा असा विश्वास आहे की क्वार्कमधील परस्परसंवाद विशेष कणांद्वारे - ग्लुऑन्सद्वारे केला जातो. ग्लुऑनचे उर्वरित वस्तुमान शून्य आहे, स्पिन एकतेच्या समान आहे. हे शक्य आहे की सुमारे डझनभर विविध प्रकारचे ग्लुऑन आहेत.

हे तीन कण (तसेच खाली वर्णन केलेले इतर) परस्पर आकर्षित होतात आणि त्यांच्यानुसार दूर केले जातात शुल्क, त्यापैकी निसर्गाच्या मूलभूत शक्तींच्या संख्येनुसार फक्त चार प्रकार आहेत. शुल्काची मांडणी संबंधित शक्तींच्या घटत्या क्रमाने खालीलप्रमाणे केली जाऊ शकते: रंग चार्ज (क्वार्कमधील परस्परसंवादाची शक्ती); इलेक्ट्रिक चार्ज (विद्युत आणि चुंबकीय शक्ती); कमकुवत चार्ज (काही किरणोत्सर्गी प्रक्रियांमध्ये शक्ती); शेवटी, वस्तुमान (गुरुत्वाकर्षण बल, किंवा गुरुत्वीय परस्परसंवाद). येथे "रंग" या शब्दाचा दृश्य प्रकाशाच्या रंगाशी काहीही संबंध नाही; हे फक्त एक मजबूत चार्ज आणि महान शक्तींचे वैशिष्ट्य आहे.

शुल्क जतन केले जातात, म्हणजे सिस्टीममध्ये प्रवेश करणाऱ्या शुल्काची रक्कम सोडल्या जाणाऱ्या शुल्काप्रमाणे असते. जर विशिष्ट संख्येच्या कणांचा त्यांच्या परस्परसंवादापूर्वी एकूण विद्युत चार्ज 342 युनिट्सच्या बरोबरीचा असेल, तर परस्परसंवादानंतर, त्याच्या परिणामाकडे दुर्लक्ष करून, ते 342 युनिट्सच्या समान असेल. हे इतर शुल्कांवर देखील लागू होते: रंग (मजबूत परस्पर शुल्क), कमकुवत आणि वस्तुमान (वस्तुमान). कण त्यांच्या शुल्कामध्ये भिन्न असतात: थोडक्यात, ते हे शुल्क "आहेत". शुल्क हे योग्य शक्तीला प्रतिसाद देण्याच्या अधिकाराच्या "प्रमाणपत्र" सारखे असतात. अशाप्रकारे, केवळ रंगीत कणांवर रंगांच्या शक्तींचा प्रभाव पडतो, केवळ विद्युत चार्ज केलेले कण विद्युत शक्तींद्वारे प्रभावित होतात. कणाचे गुणधर्म त्याच्यावर कार्य करणाऱ्या सर्वात मोठ्या शक्तीद्वारे निर्धारित केले जातात. केवळ क्वार्क सर्व शुल्कांचे वाहक आहेत आणि म्हणूनच, सर्व शक्तींच्या क्रियेच्या अधीन आहेत, ज्यामध्ये प्रबळ एक रंग आहे. इलेक्ट्रॉन्समध्ये रंग वगळता सर्व शुल्क असतात आणि त्यांच्यासाठी प्रबळ शक्ती ही विद्युत चुंबकीय शक्ती असते.

निसर्गातील सर्वात स्थिर, नियमानुसार, कणांचे तटस्थ संयोग आहेत ज्यामध्ये एका चिन्हाच्या कणांच्या शुल्काची भरपाई दुसऱ्या चिन्हाच्या कणांच्या एकूण शुल्काद्वारे केली जाते. हे संपूर्ण प्रणालीच्या किमान उर्जेशी संबंधित आहे. (तशाच प्रकारे, दोन बार चुंबक एका रेषेत मांडलेले आहेत, ज्याचा उत्तर ध्रुव दुसऱ्याच्या दक्षिण ध्रुवाकडे आहे, जो चुंबकीय क्षेत्राच्या किमान ऊर्जेशी सुसंगत आहे.) गुरुत्वाकर्षण हा या नियमाला अपवाद आहे: नकारात्मक वस्तुमान अस्तित्वात नाही. वरच्या दिशेने पडणारे कोणतेही शरीर नाहीत.

पदार्थाचे प्रकार

इलेक्ट्रॉन आणि क्वार्कपासून सामान्य पदार्थ तयार होतात, ज्या वस्तू रंगात तटस्थ असतात आणि नंतर इलेक्ट्रिकल चार्जमध्ये असतात. रंगाची शक्ती तटस्थ केली जाते, जसे की खाली अधिक तपशीलवार चर्चा केली जाईल, जेव्हा कण तिप्पटांमध्ये एकत्र केले जातात. (म्हणूनच "रंग" ही संज्ञा, ऑप्टिक्समधून घेतलेली आहे: मिश्रित केल्यावर तीन प्राथमिक रंग पांढरे तयार करतात.) अशा प्रकारे, क्वार्क ज्यासाठी रंगाची ताकद मुख्य आहे ती त्रिगुण बनते. पण क्वार्क, आणि ते विभागलेले आहेत u-क्वार्क्स (इंग्रजीतून वर - वर) आणि d-क्वार्क्स (इंग्रजीतून खाली - तळाशी), सुद्धा विद्युत चार्ज समान असतात u-क्वार्क आणि साठी d-क्वार्क. दोन u-क्वार्क आणि एक d-क्वार्क +1 चा इलेक्ट्रिक चार्ज देतात आणि एक प्रोटॉन तयार करतात आणि एक u-क्वार्क आणि दोन d-क्वार्क शून्य विद्युत चार्ज देतात आणि न्यूट्रॉन तयार करतात.

स्थिर प्रोटॉन आणि न्यूट्रॉन, त्यांच्या घटक क्वार्कमधील परस्परसंवादाच्या अवशिष्ट रंग शक्तींद्वारे एकमेकांकडे आकर्षित होतात, एक रंग-तटस्थ अणू केंद्रक बनवतात. परंतु केंद्रकांमध्ये सकारात्मक विद्युत प्रभार असतो आणि सूर्याभोवती प्रदक्षिणा घालणाऱ्या ग्रहांप्रमाणे न्यूक्लियसभोवती फिरणारे नकारात्मक इलेक्ट्रॉन आकर्षित करून तटस्थ अणू बनवतात. त्यांच्या कक्षेतील इलेक्ट्रॉन्स न्यूक्लियसच्या त्रिज्यापेक्षा हजारो पट जास्त अंतरावर न्यूक्लियसमधून काढून टाकले जातात - त्यांना धारण करणारी विद्युत शक्ती परमाणु शक्तींपेक्षा खूपच कमकुवत असल्याचा पुरावा. रंग परस्परसंवादाच्या सामर्थ्याबद्दल धन्यवाद, अणूच्या वस्तुमानाचा 99.945% भाग त्याच्या केंद्रकात असतो. वजन u- आणि d-क्वार्क हे इलेक्ट्रॉनच्या वस्तुमानाच्या ६०० पट असतात. म्हणून, इलेक्ट्रॉन न्यूक्लीपेक्षा जास्त हलके आणि अधिक मोबाइल आहेत. पदार्थातील त्यांची हालचाल विद्युत घटनांमुळे होते.

न्यूक्लियसमधील न्यूट्रॉन आणि प्रोटॉनच्या संख्येत आणि त्यानुसार, त्यांच्या कक्षेतील इलेक्ट्रॉनच्या संख्येत भिन्न असलेल्या अणूंचे (आयसोटोपसह) शेकडो नैसर्गिक प्रकार आहेत. सर्वात सोपा हायड्रोजन अणू आहे, ज्यामध्ये प्रोटॉनच्या रूपात एक केंद्रक आणि त्याच्याभोवती फिरणारा एक इलेक्ट्रॉन असतो. निसर्गातील सर्व "दृश्यमान" पदार्थांमध्ये अणू आणि अंशतः "डिससेम्बल" अणू असतात, ज्यांना आयन म्हणतात. आयन हे अणू आहेत जे अनेक इलेक्ट्रॉन गमावून (किंवा मिळवले) चार्ज केलेले कण बनले आहेत. जवळजवळ संपूर्णपणे आयन असलेल्या पदार्थाला प्लाझ्मा म्हणतात. केंद्रांमध्ये होणाऱ्या थर्मोन्यूक्लियर प्रतिक्रियांमुळे जळणारे तारे मुख्यतः प्लाझ्मा असतात आणि तारे हे विश्वातील पदार्थांचे सर्वात सामान्य रूप असल्याने, आपण असे म्हणू शकतो की संपूर्ण विश्वामध्ये मुख्यतः प्लाझ्मा आहे. अधिक स्पष्टपणे, तारे प्रामुख्याने पूर्णपणे आयनीकृत हायड्रोजन वायू आहेत, म्हणजे. वैयक्तिक प्रोटॉन आणि इलेक्ट्रॉन यांचे मिश्रण, आणि म्हणूनच, जवळजवळ संपूर्ण दृश्यमान विश्व त्यात समाविष्ट आहे.

ही दृश्य बाब आहे. परंतु विश्वात अदृश्य पदार्थ देखील आहे. आणि बल वाहक म्हणून काम करणारे कण आहेत. काही कणांच्या प्रतिकण आणि उत्तेजित अवस्था असतात. हे सर्व स्पष्टपणे "प्राथमिक" कणांच्या विपुलतेकडे नेत आहे. या विपुलतेमध्ये एखाद्याला प्राथमिक कणांचे वास्तविक, खरे स्वरूप आणि त्यांच्यामध्ये कार्यरत असलेल्या शक्तींचे संकेत मिळू शकतात. सर्वात अलीकडील सिद्धांतांनुसार, कण मूलत: विस्तारित भौमितिक वस्तू असू शकतात - दहा-आयामी जागेत "स्ट्रिंग".

अदृश्य जग.

ब्रह्मांडात केवळ दृश्यमान पदार्थच नाहीत (पण कृष्णविवर आणि “काळे पदार्थ,” जसे की थंड ग्रह जे प्रकाशित झाल्यावर दृश्यमान होतात). एक खरोखर अदृश्य पदार्थ देखील आहे जो प्रत्येक सेकंदाला आपल्या सर्वांमध्ये आणि संपूर्ण विश्वामध्ये व्यापतो. हा एका प्रकारच्या कणांचा वेगवान वायू आहे - इलेक्ट्रॉन न्यूट्रिनो.

इलेक्ट्रॉन न्यूट्रिनो हा इलेक्ट्रॉनचा भागीदार असतो, परंतु त्याच्यावर विद्युत शुल्क नसते. न्यूट्रिनोमध्ये फक्त तथाकथित कमकुवत चार्ज असतो. त्यांचे उर्वरित वस्तुमान, सर्व शक्यता, शून्य आहे. परंतु ते गुरुत्वाकर्षण क्षेत्राशी संवाद साधतात कारण त्यांच्याकडे गतिज ऊर्जा असते इ, जे प्रभावी वस्तुमानाशी संबंधित आहे मी, आइन्स्टाईनच्या सूत्रानुसार इ = mc 2 कुठे c- प्रकाशाचा वेग.

न्यूट्रिनोची मुख्य भूमिका ही आहे की ते परिवर्तनास हातभार लावते आणि- मध्ये क्वार्क d-क्वार्क, परिणामी प्रोटॉनचे रूपांतर न्यूट्रॉनमध्ये होते. न्युट्रिनो तारकीय संलयन अभिक्रियांसाठी "कार्ब्युरेटर सुई" म्हणून कार्य करतात, ज्यामध्ये चार प्रोटॉन (हायड्रोजन केंद्रक) एकत्र होऊन हेलियम केंद्रक बनतात. परंतु हेलियम न्यूक्लियसमध्ये चार प्रोटॉन नसून दोन प्रोटॉन आणि दोन न्यूट्रॉन असल्याने अशा विभक्त संलयनासाठी दोन आवश्यक असतात. आणि-क्वार्क दोन मध्ये बदलले d-क्वार्क. परिवर्तनाची तीव्रता तारे किती लवकर जळतील हे ठरवते. आणि परिवर्तन प्रक्रिया कणांमधील कमकुवत शुल्क आणि कमकुवत परस्परसंवाद शक्तींद्वारे निर्धारित केली जाते. ज्यामध्ये आणि-क्वार्क (इलेक्ट्रिक चार्ज +2/3, कमकुवत चार्ज +1/2), इलेक्ट्रॉनशी संवाद साधणे (इलेक्ट्रिक चार्ज - 1, कमकुवत चार्ज -1/2), फॉर्म d-क्वार्क (इलेक्ट्रिक चार्ज -1/3, कमकुवत चार्ज -1/2) आणि इलेक्ट्रॉन न्यूट्रिनो (इलेक्ट्रिक चार्ज 0, कमकुवत चार्ज +1/2). या प्रक्रियेत न्यूट्रिनोशिवाय दोन क्वार्कचे रंग शुल्क (किंवा फक्त रंग) रद्द होतात. न्युट्रिनोची भूमिका भरपाई न होणारे कमकुवत शुल्क वाहून नेणे आहे. त्यामुळे कमकुवत शक्ती किती कमकुवत आहेत यावर परिवर्तनाचा दर अवलंबून असतो. जर ते त्यांच्यापेक्षा कमकुवत असतील तर तारे अजिबात जळणार नाहीत. जर ते अधिक मजबूत असते तर तारे खूप पूर्वी जळून गेले असते.

न्यूट्रिनोचे काय? कारण हे कण इतर पदार्थांशी अत्यंत कमकुवतपणे संवाद साधतात, ते जवळजवळ ताबडतोब ते तारे सोडून जातात ज्यामध्ये त्यांचा जन्म झाला होता. सर्व तारे चमकतात, न्यूट्रिनो उत्सर्जित करतात आणि न्यूट्रिनो आपल्या शरीरात आणि संपूर्ण पृथ्वीवर रात्रंदिवस चमकतात. त्यामुळे ते विश्वाभोवती फिरत राहतात, जोपर्यंत ते एका नवीन संवादात प्रवेश करत नाहीत, कदाचित, STAR).

परस्परसंवादाचे वाहक.

अंतरावर असलेल्या कणांमध्ये कार्य करण्याचे कारण काय? आधुनिक भौतिकशास्त्राची उत्तरे: इतर कणांच्या देवाणघेवाणीमुळे. कल्पना करा की दोन स्पीड स्केटर एक चेंडू फेकत आहेत. फेकल्यावर चेंडूला गती देऊन आणि प्राप्त झालेल्या चेंडूने गती प्राप्त करून, दोघेही एकमेकांपासून दूर असलेल्या दिशेने एक धक्का प्राप्त करतात. हे तिरस्करणीय शक्तींचा उदय स्पष्ट करू शकते. परंतु क्वांटम मेकॅनिक्समध्ये, जे मायक्रोवर्ल्डमधील घटना मानतात, घटनांचे असामान्य ताणणे आणि डिलोकॅलायझेशनला परवानगी आहे, ज्यामुळे अशक्य दिसते: स्केटरपैकी एक बॉल दिशेने फेकतो. पासूनभिन्न, परंतु तरीही एक कदाचितहा चेंडू पकड. कल्पना करणे कठीण नाही की हे शक्य असल्यास (आणि प्राथमिक कणांच्या जगात हे शक्य आहे), स्केटरमध्ये आकर्षण निर्माण होईल.

कण, ज्यांच्या देवाणघेवाणीमुळे वर चर्चा केलेल्या चार "पदार्थाचे कण" यांच्यातील परस्परसंवाद शक्तींना गेज कण म्हणतात. चार परस्परसंवादांपैकी प्रत्येक - मजबूत, इलेक्ट्रोमॅग्नेटिक, कमकुवत आणि गुरुत्वाकर्षणाचा स्वतःचा गेज कणांचा संच असतो. मजबूत परस्परसंवादाचे वाहक कण ग्लुऑन आहेत (त्यापैकी फक्त आठ आहेत). फोटॉन हा इलेक्ट्रोमॅग्नेटिक परस्परसंवादाचा वाहक असतो (तेथे फक्त एक आहे आणि आम्हाला फोटॉन प्रकाश म्हणून समजतात). कमकुवत परस्परसंवादाचे वाहक कण हे मध्यवर्ती वेक्टर बोसॉन आहेत (ते 1983 आणि 1984 मध्ये शोधले गेले. प + -, प- बोसॉन आणि तटस्थ झेड-बोसॉन). गुरुत्वीय परस्परसंवादाचा वाहक कण हा स्थिर काल्पनिक गुरुत्वाकर्षण आहे (फक्त एकच असावा). हे सर्व कण, फोटॉन आणि ग्रॅव्हिटॉन वगळता, जे अमर्यादपणे लांब अंतर प्रवास करू शकतात, केवळ भौतिक कणांमधील देवाणघेवाण प्रक्रियेत अस्तित्वात आहेत. फोटॉन विश्वाला प्रकाशाने भरतात आणि ग्रॅव्हिटॉन्स हे विश्व गुरुत्वीय लहरींनी भरतात (अद्याप विश्वसनीयरित्या आढळलेले नाही).

गेज कण उत्सर्जित करण्यास सक्षम असलेल्या कणास बलांच्या संबंधित क्षेत्राने वेढलेले म्हटले जाते. अशा प्रकारे, फोटॉन उत्सर्जित करण्यास सक्षम इलेक्ट्रॉन विद्युत आणि चुंबकीय क्षेत्रे तसेच कमकुवत आणि गुरुत्वीय क्षेत्रांनी वेढलेले असतात. क्वार्क देखील या सर्व क्षेत्रांनी वेढलेले आहेत, परंतु मजबूत परस्परसंवाद क्षेत्राने देखील. कलर फोर्सच्या क्षेत्रात कलर चार्ज असलेले कण कलर फोर्सने प्रभावित होतात. हेच निसर्गाच्या इतर शक्तींना लागू होते. म्हणून, आपण असे म्हणू शकतो की जगामध्ये पदार्थ (भौतिक कण) आणि क्षेत्र (गेज कण) असतात. खाली याबद्दल अधिक.

प्रतिपदार्थ.

प्रत्येक कणामध्ये एक प्रतिकण असतो, ज्याद्वारे कण परस्पर नष्ट करू शकतो, म्हणजे. "नाश करा", परिणामी ऊर्जा बाहेर पडते. तथापि, स्वतःमध्ये "शुद्ध" ऊर्जा अस्तित्वात नाही; उच्चाटनाच्या परिणामी, नवीन कण (उदाहरणार्थ, फोटॉन) दिसतात जे ही ऊर्जा वाहून नेतात.

बहुतेक प्रकरणांमध्ये, प्रतिकणांमध्ये संबंधित कणाच्या विरुद्ध गुणधर्म असतात: जर कण मजबूत, कमकुवत किंवा इलेक्ट्रोमॅग्नेटिक फील्डच्या प्रभावाखाली डावीकडे सरकला तर त्याचे प्रतिकण उजवीकडे सरकेल. थोडक्यात, प्रतिकणांमध्ये सर्व चार्जेस (मास चार्ज वगळता) विरुद्ध चिन्हे आहेत. जर एखादा कण संमिश्र असेल, जसे की न्यूट्रॉन, तर त्याच्या प्रतिकणांमध्ये शुल्काच्या विरुद्ध चिन्हे असलेले घटक असतात. अशाप्रकारे, अँटीइलेक्ट्रॉनमध्ये +1 चा इलेक्ट्रिक चार्ज असतो, कमकुवत चार्ज +1/2 असतो आणि त्याला पॉझिट्रॉन म्हणतात. अँटिन्यूट्रॉनचा समावेश होतो आणि-इलेक्ट्रिक चार्ज असलेले अँटीक्वार्क -2/3 आणि d-इलेक्ट्रिक चार्ज असलेले अँटीक्वार्क +1/3. खरे तटस्थ कण हे त्यांचे स्वतःचे प्रतिकण असतात: फोटॉनचे प्रतिकण हे फोटॉन असते.

आधुनिक सैद्धांतिक संकल्पनांनुसार, निसर्गात अस्तित्वात असलेल्या प्रत्येक कणाचे स्वतःचे प्रतिकण असावेत. आणि पॉझिट्रॉन आणि अँटीन्यूट्रॉनसह अनेक प्रतिकण खरोखर प्रयोगशाळेत प्राप्त झाले. याचे परिणाम अत्यंत महत्त्वाचे आहेत आणि सर्व प्रायोगिक कण भौतिकशास्त्राला अधोरेखित करतात. सापेक्षतेच्या सिद्धांतानुसार, वस्तुमान आणि ऊर्जा समतुल्य आहेत आणि काही विशिष्ट परिस्थितीत ऊर्जा वस्तुमानात रूपांतरित केली जाऊ शकते. प्रभार संरक्षित असल्याने, आणि निर्वात (रिक्त जागा) चा चार्ज शून्य असल्याने, कण आणि प्रतिकणांच्या कोणत्याही जोड्या (शून्य निव्वळ शुल्कासह) व्हॅक्यूममधून बाहेर येऊ शकतात, जसे की जादूगाराच्या टोपीतून ससे, जोपर्यंत ऊर्जा पुरेशी आहे. त्यांचे वस्तुमान तयार करा.

कणांच्या पिढ्या.

प्रवेगक प्रयोगांनी दर्शविले आहे की भौतिक कणांची चौकडी उच्च वस्तुमान मूल्यांवर किमान दोनदा पुनरावृत्ती होते. दुस-या पिढीमध्ये, इलेक्ट्रॉनचे स्थान म्यूऑन (इलेक्ट्रॉनच्या वस्तुमानापेक्षा अंदाजे 200 पट जास्त, परंतु इतर सर्व शुल्कांच्या समान मूल्यांसह) द्वारे घेतले जाते, इलेक्ट्रॉन न्यूट्रिनोचे स्थान आहे. म्यूऑनने घेतलेले (जे इलेक्ट्रॉनला इलेक्ट्रॉन न्यूट्रिनोच्या बरोबरीने कमकुवत परस्परसंवादात म्युऑन सोबत असते), स्थान आणि-क्वार्क व्यापतो सह-क्वार्क ( मोहक), ए d-क्वार्क - s-क्वार्क ( विचित्र). तिसऱ्या पिढीत, चौकडीमध्ये टाऊ लेप्टन, टाऊ न्यूट्रिनो, ट-क्वार्क आणि b-क्वार्क.

वजन ट- एक क्वार्क सर्वात हलक्याच्या वस्तुमानाच्या 500 पट आहे - d-क्वार्क. हे प्रायोगिकरित्या स्थापित केले गेले आहे की प्रकाश न्यूट्रिनोचे फक्त तीन प्रकार आहेत. अशा प्रकारे, कणांची चौथी पिढी एकतर अस्तित्वात नाही किंवा संबंधित न्यूट्रिनो खूप जड आहेत. हे कॉस्मॉलॉजिकल डेटाशी सुसंगत आहे, त्यानुसार चार प्रकारचे प्रकाश न्यूट्रिनो अस्तित्वात असू शकत नाहीत.

उच्च-ऊर्जा कणांवरील प्रयोगांमध्ये, इलेक्ट्रॉन, म्यूऑन, टाऊ लेप्टन आणि संबंधित न्यूट्रिनो पृथक कण म्हणून कार्य करतात. ते रंग चार्ज घेत नाहीत आणि केवळ कमकुवत आणि इलेक्ट्रोमॅग्नेटिक परस्परसंवादात प्रवेश करतात. एकत्रितपणे त्यांना म्हणतात लेप्टन्स.

तक्ता 2. मूलभूत कणांच्या पिढ्या
कण	विश्रांती वस्तुमान, MeV/ सह 2	इलेक्ट्रिक चार्ज	रंग चार्ज	कमकुवत शुल्क
दुसरी पिढी
सह-क्वार्क	1500	+2/3	लाल, हिरवा किंवा निळा	+1/2
s-क्वार्क	500	–1/3	त्याच	–1/2
म्युऑन न्यूट्रिनो		0	0	+1/2
मुऑन	106	0	0	–1/2
तिसरी पिढी
ट-क्वार्क	30000–174000	+2/3	लाल, हिरवा किंवा निळा	+1/2
b-क्वार्क	4700	–1/3	त्याच	–1/2
टाऊ न्यूट्रिनो		0	0	+1/2
टाळ	1777	–1	0	–1/2

क्वार्क, रंग शक्तींच्या प्रभावाखाली, जोरदार परस्परसंवादी कणांमध्ये एकत्र होतात जे बहुतेक उच्च-ऊर्जा भौतिकशास्त्र प्रयोगांवर वर्चस्व गाजवतात. अशा कणांना म्हणतात हॅड्रोन्स. त्यामध्ये दोन उपवर्ग समाविष्ट आहेत: baryons(जसे की प्रोटॉन आणि न्यूट्रॉन), जे तीन क्वार्कचे बनलेले असतात, आणि mesons, क्वार्क आणि अँटीक्वार्क यांचा समावेश होतो. 1947 मध्ये, प्रथम मेसॉन, ज्याला पायन (किंवा पाय-मेसन) म्हणतात, वैश्विक किरणांमध्ये सापडला आणि काही काळ असे मानले जात होते की या कणांची देवाणघेवाण हे परमाणु शक्तींचे मुख्य कारण आहे. ओमेगा-मायनस हॅड्रॉन्स, ब्रूकहेव्हन नॅशनल लॅबोरेटरी (यूएसए) येथे 1964 मध्ये शोधले गेले आणि जेपीएस कण ( जे/y-मेसन), 1974 मध्ये ब्रुकहेव्हन आणि स्टॅनफोर्ड लिनियर एक्सीलरेटर सेंटर (यूएसएमध्ये देखील) एकाच वेळी शोधले गेले. ओमेगा मायनस कणाच्या अस्तित्वाचा अंदाज एम. गेल-मन यांनी त्यांच्या तथाकथित " एस.यू. 3 सिद्धांत" (दुसरे नाव "आठ-पट मार्ग" आहे), ज्यामध्ये क्वार्कच्या अस्तित्वाची शक्यता प्रथम सूचित केली गेली होती (आणि हे नाव त्यांना देण्यात आले होते). एका दशकानंतर कणाचा शोध लागला जे/yअस्तित्वाची पुष्टी केली सह-क्वार्क आणि शेवटी सर्वांना क्वार्क मॉडेल आणि इलेक्ट्रोमॅग्नेटिक आणि कमकुवत शक्ती एकत्रित करणारा सिद्धांत या दोन्हींवर विश्वास ठेवला ( खाली पहा).

दुसऱ्या आणि तिसऱ्या पिढीचे कण पहिल्यापेक्षा कमी वास्तविक नाहीत. खरे आहे, उद्भवल्यानंतर, सेकंदाच्या दशलक्ष किंवा अब्जावधीत ते पहिल्या पिढीच्या सामान्य कणांमध्ये क्षय पावतात: इलेक्ट्रॉन, इलेक्ट्रॉन न्यूट्रिनो आणि आणि- आणि d-क्वार्क. निसर्गात कणांच्या अनेक पिढ्या का आहेत हा प्रश्न अजूनही एक रहस्य आहे.

क्वार्क आणि लेप्टॉनच्या वेगवेगळ्या पिढ्या अनेकदा कणांच्या वेगवेगळ्या “फ्लेवर्स” म्हणून बोलल्या जातात (जे अर्थातच काहीसे विलक्षण आहे). त्यांना समजावून सांगण्याच्या गरजेला "स्वाद" समस्या म्हणतात.

बोसन्स आणि फर्मिअन्स, फील्ड आणि मॅटर

कणांमधील मूलभूत फरकांपैकी एक म्हणजे बोसॉन आणि फर्मिअन्समधील फरक. सर्व कण या दोन मुख्य वर्गांमध्ये विभागलेले आहेत. एकसारखे बोसॉन ओव्हरलॅप किंवा ओव्हरलॅप करू शकतात, परंतु एकसारखे फर्मियन्स करू शकत नाहीत. क्वांटम मेकॅनिक्स निसर्गाला विभाजित करते अशा वेगळ्या ऊर्जा स्थितींमध्ये सुपरपोझिशन उद्भवते (किंवा होत नाही). या अवस्था वेगळ्या पेशींसारख्या असतात ज्यामध्ये कण ठेवता येतात. तर, तुम्ही एका सेलमध्ये तुम्हाला हवे तितके एकसारखे बोसॉन टाकू शकता, परंतु फक्त एक फर्मियन.

उदाहरण म्हणून, अणूच्या केंद्रकाभोवती फिरणाऱ्या इलेक्ट्रॉनसाठी अशा पेशी किंवा “अवस्था” विचारात घ्या. सूर्यमालेतील ग्रहांच्या विपरीत, क्वांटम मेकॅनिक्सच्या नियमांनुसार, इलेक्ट्रॉन कोणत्याही लंबवर्तुळाकार कक्षेत फिरू शकत नाही; त्यासाठी परवानगी असलेल्या "गती अवस्थे" ची केवळ एक स्वतंत्र मालिका आहे. इलेक्ट्रॉनपासून न्यूक्लियसपर्यंतच्या अंतरानुसार गटबद्ध केलेल्या अशा अवस्थांचे संच म्हणतात ऑर्बिटल्स. पहिल्या ऑर्बिटलमध्ये भिन्न कोनीय संवेग असलेल्या दोन अवस्था असतात आणि म्हणून, दोन अनुमत पेशी असतात आणि उच्च कक्षेत आठ किंवा अधिक पेशी असतात.

इलेक्ट्रॉन एक फर्मियन असल्याने, प्रत्येक सेलमध्ये फक्त एक इलेक्ट्रॉन असू शकतो. यापासून खूप महत्त्वाचे परिणाम होतात - सर्व रसायनशास्त्र, कारण पदार्थांचे रासायनिक गुणधर्म संबंधित अणूंमधील परस्परसंवादाद्वारे निर्धारित केले जातात. जर तुम्ही घटकांच्या नियतकालिक प्रणालीतून एका अणूपासून दुस-या अणुकेंद्रात प्रोटॉनची संख्या एकाने वाढवण्याच्या क्रमाने गेलात (त्यानुसार इलेक्ट्रॉनची संख्या देखील वाढेल), तर पहिले दोन इलेक्ट्रॉन पहिल्या कक्षेत व्यापतील, पुढील आठ दुसऱ्यामध्ये असतील, इ. अणूंच्या इलेक्ट्रॉनिक संरचनेतील घटकांपासून ते घटकापर्यंत हा सातत्यपूर्ण बदल त्यांच्या रासायनिक गुणधर्मांमधील नमुने निर्धारित करतो.

जर इलेक्ट्रॉन बोसॉन असतील, तर अणूमधील सर्व इलेक्ट्रॉन किमान ऊर्जेशी संबंधित समान कक्षा व्यापू शकतील. या प्रकरणात, विश्वातील सर्व पदार्थांचे गुणधर्म पूर्णपणे भिन्न असतील आणि विश्व ज्या स्वरूपात आपल्याला माहित आहे ते अशक्य होईल.

सर्व लेप्टॉन्स - इलेक्ट्रॉन, म्युऑन, टाऊ लेप्टॉन आणि त्यांच्याशी संबंधित न्यूट्रिनो - फर्मियन आहेत. क्वार्कबद्दलही असेच म्हणता येईल. अशाप्रकारे, सर्व कण जे "पदार्थ" बनवतात, विश्वाचे मुख्य फिलर, तसेच अदृश्य न्यूट्रिनो हे फर्मियन आहेत. हे अगदी लक्षणीय आहे: फर्मिअन्स एकत्र करू शकत नाहीत, म्हणून तेच भौतिक जगातील वस्तूंना लागू होते.

त्याच वेळी, सर्व "गेज कण" जे परस्पर क्रियाशील पदार्थ कणांमध्ये देवाणघेवाण करतात आणि जे बलांचे क्षेत्र तयार करतात ( वर पहा), बोसॉन आहेत, जे देखील खूप महत्वाचे आहे. तर, उदाहरणार्थ, अनेक फोटॉन एकाच स्थितीत असू शकतात, चुंबकाभोवती चुंबकीय क्षेत्र बनवतात किंवा विद्युत शुल्काभोवती विद्युत क्षेत्र तयार करतात. याबद्दल धन्यवाद, लेसर देखील शक्य आहे.

फिरकी.

बोसॉन आणि फर्मिअन्समधील फरक प्राथमिक कणांच्या आणखी एका वैशिष्ट्याशी संबंधित आहे - फिरकी. आश्चर्याची गोष्ट म्हणजे, सर्व मूलभूत कणांचा स्वतःचा कोनीय संवेग असतो किंवा अगदी सोप्या भाषेत सांगायचे तर ते त्यांच्या स्वतःच्या अक्षाभोवती फिरतात. ट्रान्सलेशनल मोशनच्या एकूण आवेगाप्रमाणेच आवेगाचा कोन हे रोटेशनल मोशनचे वैशिष्ट्य आहे. कोणत्याही परस्परसंवादामध्ये, कोनीय संवेग आणि संवेग संरक्षित केले जातात.

सूक्ष्म जगामध्ये, कोनीय संवेग परिमाणित केला जातो, म्हणजे. स्वतंत्र मूल्ये घेते. मापनाच्या योग्य एककांमध्ये, लेप्टॉन आणि क्वार्कची फिरकी 1/2 असते आणि गेज कणांची फिरकी 1 असते (ग्रॅव्हिटॉन वगळता, जे अद्याप प्रायोगिकपणे पाहिले गेले नाही, परंतु सैद्धांतिकदृष्ट्या 2 स्पिन असावे). लेप्टॉन आणि क्वार्क हे फर्मिअन्स असल्याने आणि गेज कण बोसॉन असल्याने, आपण असे गृहीत धरू शकतो की “फर्मिओनसिटी” स्पिन 1/2 शी संबंधित आहे आणि “बोसोनिसिटी” स्पिन 1 (किंवा 2) शी संबंधित आहे. खरंच, प्रयोग आणि सिद्धांत दोन्ही पुष्टी करतात की जर एखाद्या कणाची अर्ध-पूर्णांक फिरकी असेल तर तो एक फर्मियन आहे आणि जर त्याला पूर्णांक स्पिन असेल तर तो बोसॉन आहे.

गेज सिद्धांत आणि भूमिती

सर्व प्रकरणांमध्ये, फर्मियन्समधील बोसॉनच्या देवाणघेवाणीमुळे शक्ती उद्भवतात. अशा प्रकारे, दोन क्वार्क (क्वार्क - फर्मियन्स) मधील परस्परसंवादाचे रंग बल ग्लुऑनच्या देवाणघेवाणीमुळे उद्भवते. प्रोटॉन, न्यूट्रॉन आणि अणु केंद्रकांमध्ये अशीच देवाणघेवाण सतत होत असते. त्याचप्रमाणे, इलेक्ट्रॉन आणि क्वार्क यांच्यात देवाणघेवाण होणारे फोटॉन अणूमध्ये इलेक्ट्रॉन धारण करणाऱ्या विद्युत आकर्षक शक्ती तयार करतात आणि लेप्टॉन आणि क्वार्क यांच्यामध्ये एक्सचेंज केलेले मध्यवर्ती वेक्टर बोसॉन ताऱ्यातील थर्मोन्यूक्लियर प्रतिक्रियांमध्ये प्रोटॉनचे न्यूट्रॉनमध्ये रूपांतर करण्यासाठी जबाबदार असलेल्या कमकुवत शक्ती तयार करतात.

या देवाणघेवाणीमागील सिद्धांत मोहक, साधा आणि कदाचित बरोबर आहे. असे म्हणतात गेज सिद्धांत. परंतु सध्या सशक्त, कमकुवत आणि इलेक्ट्रोमॅग्नेटिक परस्परसंवादाचे केवळ स्वतंत्र गेज सिद्धांत आहेत आणि तत्सम, जरी काहीसे वेगळे असले तरी, गुरुत्वाकर्षणाचा गेज सिद्धांत आहे. सर्वात महत्त्वाच्या शारीरिक समस्यांपैकी एक म्हणजे या वैयक्तिक सिद्धांतांना एकल आणि त्याच वेळी साध्या सिद्धांतामध्ये कमी करणे, ज्यामध्ये ते सर्व एकाच वास्तविकतेचे भिन्न पैलू बनतील - जसे की क्रिस्टलच्या चेहऱ्यांसारखे.

तक्ता 3. काही हॅड्रोन्स

तक्ता 3. काही हॅड्रोन्स
कण	चिन्ह	क्वार्क रचना *	विश्रांती वस्तुमान, MeV/ सह 2	इलेक्ट्रिक चार्ज
बॅरिअन्स
प्रोटॉन	p	uud	938	+1
न्यूट्रॉन	n	udd	940	0
ओमेगा वजा	प -	sss	1672	–1
मेसन्स
पाई-प्लस	p +	u	140	+1
पाय वजा	p –	du	140	–1
Fi	f	sє	1020	0
जेपी	जे/y	cў	3100	0
अप्सिलॉन	Ў	b	9460	0
* क्वार्क रचना: u- शीर्ष; d- कमी; s- विचित्र; c- मंत्रमुग्ध; b- सुंदर. प्राचीन वस्तू अक्षराच्या वरच्या एका ओळीने दर्शविल्या जातात.

गेज सिद्धांतांपैकी सर्वात सोपा आणि सर्वात जुना म्हणजे इलेक्ट्रोमॅग्नेटिक परस्परसंवादाचा गेज सिद्धांत. त्यामध्ये, इलेक्ट्रॉनच्या चार्जची त्याच्यापासून दूर असलेल्या दुसर्या इलेक्ट्रॉनच्या चार्जशी तुलना (कॅलिब्रेटेड) केली जाते. तुम्ही शुल्काची तुलना कशी करू शकता? आपण, उदाहरणार्थ, दुसरा इलेक्ट्रॉन पहिल्याच्या जवळ आणू शकता आणि त्यांच्या परस्परसंवाद शक्तींची तुलना करू शकता. पण जेव्हा इलेक्ट्रॉन अवकाशातील दुसऱ्या बिंदूकडे जातो तेव्हा त्याचा चार्ज बदलत नाही का? तपासण्याचा एकमेव मार्ग म्हणजे जवळच्या इलेक्ट्रॉनपासून दूरवर सिग्नल पाठवणे आणि ते कसे प्रतिक्रिया देते ते पहा. सिग्नल एक गेज कण आहे - एक फोटॉन. दूरच्या कणांवर शुल्काची चाचणी घेण्यास सक्षम होण्यासाठी, एक फोटॉन आवश्यक आहे.

गणिताच्या दृष्टीने हा सिद्धांत अत्यंत अचूक आणि सुंदर आहे. वर वर्णन केलेल्या "गेज तत्त्व" वरून सर्व क्वांटम इलेक्ट्रोडायनामिक्स (विद्युतचुंबकत्वाचा क्वांटम सिद्धांत), तसेच इलेक्ट्रोमॅग्नेटिक फील्डचा मॅक्सवेलचा सिद्धांत - 19व्या शतकातील सर्वात मोठी वैज्ञानिक कामगिरींपैकी एक आहे.

इतके साधे तत्त्व इतके फलदायी का आहे? वरवर पाहता, हे विश्वाच्या विविध भागांमधील एक विशिष्ट संबंध व्यक्त करते, ज्यामुळे विश्वामध्ये मोजमाप करता येते. गणिताच्या दृष्टीने, फील्डचा अर्थ भौमितिक पद्धतीने काही कल्पनीय "अंतर्गत" जागेची वक्रता म्हणून केला जातो. मापन शुल्क म्हणजे कणाभोवती एकूण "अंतर्गत वक्रता" मोजणे. सशक्त आणि कमकुवत परस्परसंवादांचे गेज सिद्धांत विद्युत चुंबकीय गेज सिद्धांतापेक्षा फक्त संबंधित शुल्काच्या अंतर्गत भौमितिक "संरचना" मध्ये भिन्न असतात. ही अंतर्गत जागा नेमकी कोठे आहे या प्रश्नाचे उत्तर बहुआयामी युनिफाइड फील्ड थिअरींनी शोधले आहे, ज्याची येथे चर्चा केलेली नाही.

तक्ता 4. मूलभूत परस्परसंवाद
संवाद	10-13 सेमी अंतरावर सापेक्ष तीव्रता	क्रियेची त्रिज्या	परस्परसंवाद वाहक	वाहक विश्रांती वस्तुमान, MeV/ सह 2	वाहक फिरवा
मजबूत	1		ग्लुऑन	0	1
इलेक्ट्रो- चुंबकीय	0,01	Ґ	फोटॉन	0	1
कमकुवत	10 –13		प +	80400	1
			प –	80400	1
			झेड 0	91190	1
गुरुत्वाकर्षण- राष्ट्रीय	10 –38	Ґ	ग्रॅव्हिटन	0	2

कण भौतिकशास्त्र अजून पूर्ण झालेले नाही. कण आणि शक्तींचे स्वरूप तसेच जागा आणि काळाचे खरे स्वरूप आणि परिमाण पूर्णपणे समजून घेण्यासाठी उपलब्ध डेटा पुरेसा आहे की नाही हे अद्याप स्पष्ट नाही. यासाठी 10 15 GeV च्या ऊर्जेसह प्रयोगांची गरज आहे, किंवा विचारांचे प्रयत्न पुरेसे असतील? अजून उत्तर नाही. परंतु आम्ही आत्मविश्वासाने म्हणू शकतो की अंतिम चित्र सोपे, मोहक आणि सुंदर असेल. हे शक्य आहे की इतक्या मूलभूत कल्पना नसतील: गेज तत्त्व, उच्च परिमाणांची जागा, संकुचित आणि विस्तार आणि सर्वात महत्त्वाचे म्हणजे भूमिती.

१३.१. "प्राथमिक कण" ची संकल्पना

"प्राथमिक" या शब्दाचा नेमका अर्थ म्हणजे पदार्थ बनवणारे अंतर्गत रचना नसलेले प्राथमिक अविभाज्य साधे कण.

1932 पर्यंत, चार प्रकारचे कण ज्ञात होते: इलेक्ट्रॉन, प्रोटॉन, न्यूट्रॉन आणि फोटॉन. हे कण (फोटॉनचा अपवाद वगळता) खरंच निरीक्षण करण्यायोग्य पदार्थाचे घटक आहेत.

1956 पर्यंत, सुमारे 30 प्राथमिक कण आधीच शोधले गेले होते. अशा प्रकारे, वैश्विक किरणोत्सर्गाचा भाग म्हणून, पॉझिट्रॉन (1932), म्यूऑन (1936), p(pi) - मेसॉन (1947), विचित्र कण K (ka) - मेसॉन आणि हायपरॉन्स शोधले गेले. या क्षेत्रातील नंतरचे शोध मोठ्या प्रवेगकांच्या मदतीने लावले गेले जे कणांना शेकडो आणि हजारो MeV च्या क्रमाने ऊर्जा देतात. अशा प्रकारे, अँटीप्रोटॉन (1955) आणि अँटीन्यूट्रॉन (1956), जड हायपरॉन आणि अनुनाद (60s), "मोहक" आणि "लव्हली" कण (70s), t(tau) - लेप्टन (1975), n(अपसिलॉन) - एक कण सुमारे दहा (!) प्रोटॉन वस्तुमान, “सुंदर” कण (1981), इंटरमीडिएट वेक्टर बोसॉन (1983). अनेकशे कण आता ज्ञात आहेत आणि त्यांची संख्या वाढतच आहे.

या सर्व प्राथमिक कणांचा सामान्य गुणधर्म असा आहे की ते पदार्थाच्या अस्तित्वाचे विशिष्ट प्रकार आहेत जे केंद्रक आणि अणूंशी संबंधित नाहीत. या कारणास्तव, संज्ञा " सबन्यूक्लियर कण". यापैकी बहुतेक कण प्राथमिकतेची कठोर व्याख्या पूर्ण करत नाहीत, कारण (आधुनिक संकल्पनांनुसार) ते आहेत संमिश्र प्रणाली, म्हणजे, त्यांची अंतर्गत रचना आहे. तथापि, स्थापित प्रथेनुसार, "प्राथमिक कण" हा शब्द कायम ठेवला जातो. पदार्थाचे प्राथमिक घटक (उदाहरणार्थ, इलेक्ट्रॉन) असल्याचा दावा करणाऱ्या कणांना “ खरोखर प्राथमिक".

१३.१.१. प्राथमिक कणांचे मूलभूत गुणधर्म

सर्व प्राथमिक कणांमध्ये खूप लहान वस्तुमान असते: 10 -22 (मध्यवर्ती बोसॉनसाठी) ते ~ 10 -27 (इलेक्ट्रॉनसाठी). सर्वात हलके कण न्यूट्रिनो आहेत (त्याचे वस्तुमान इलेक्ट्रॉनच्या वस्तुमानापेक्षा 10 हजार पट कमी मानले जाते). प्राथमिक कणांचा आकार देखील अत्यंत लहान आहे: 10 -13 सेमी (हॅड्रॉनसाठी) पासून< 10 -16 см у электронов и мюонов.

सूक्ष्म वस्तुमान आणि आकार निर्धारित करतात क्वांटम विशिष्टताप्राथमिक कणांचे वर्तन. सर्वात महत्वाची क्वांटम गुणधर्म म्हणजे इतर कणांशी संवाद साधताना जन्म घेण्याची आणि नष्ट होण्याची (उत्सर्जक आणि शोषून घेण्याची) क्षमता.

बहुतेक प्राथमिक कण अस्थिर: वैश्विक किरणांमध्ये किंवा प्रवेगकांमध्ये जन्मलेले, ते एका सेकंदाच्या अंशासाठी जगतात आणि नंतर क्षय सहन करतात. कण स्थिरतेचे एक माप म्हणजे सरासरी आयुष्यभर टी. इलेक्ट्रॉन, प्रोटॉन, फोटॉन आणि न्यूट्रिनो - पूर्णपणे स्थिर कण(t®¥), कोणत्याही परिस्थितीत, त्यांचा क्षय प्रायोगिकरित्या आढळला नाही. न्यूट्रॉन अर्ध-स्थिर(t=(898±16)s. 10 -6, 10 -8, 10 -10, 10 -13, 10 -16, 10 -20 s च्या क्रमाने सरासरी आयुर्मान असलेल्या अस्थिर कणांचे गट आहेत. सर्वात जास्त नम्रपणे जिवंत कण अनुनाद आहेत : t~(10 -22 ¸10 -23)s.

स्पिन, इलेक्ट्रिक चार्ज q आणि आंतरिक चुंबकीय क्षण देखील प्राथमिक कणांची सामान्य वैशिष्ट्ये आहेत. स्पिन सहसा एककांमध्ये व्यक्त केले जाते आणि केवळ पूर्णांक किंवा अर्ध-पूर्णांक मूल्ये घेतात. हे कणाच्या संभाव्य स्पिन अवस्थांची संख्या तसेच हे कण कोणत्या प्रकारच्या आकडेवारीच्या अधीन आहेत हे निर्धारित करते. या निकषानुसार, सर्व कणांमध्ये विभागले गेले आहेत फर्मिअन्स(अर्धा पूर्णांक स्पिन असलेले कण) आणि बोसॉन(पूर्णांक स्पिनसह कण). कणाचा विद्युत चार्ज हा प्राथमिक शुल्काचा पूर्णांक गुणक आहे |e| = 1.6 × 10 -19 क्ल. ज्ञात प्राथमिक कणांसाठी, e च्या युनिट्समधील विद्युत शुल्क खालील मूल्ये घेते: q = 0, ±1, ±2. फ्रॅक्शनल चार्ज असलेले कण - क्वार्क- मुक्त स्थितीत उद्भवू नका (खंड 5.3.2 पहा).

आंतरिक चुंबकीय क्षण बाह्य चुंबकीय क्षेत्रासह विश्रांतीवर असलेल्या कणाचा परस्परसंवाद दर्शवतो. वेक्टर आणि

समांतर किंवा समांतर.

सूचीबद्ध केलेल्या व्यतिरिक्त, प्राथमिक कण देखील अनेक क्वांटम वैशिष्ट्यांद्वारे दर्शविले जातात, ज्यांना "अंतर्गत" म्हणतात (लेप्टन चार्ज, बॅरिऑन चार्ज, विचित्रपणा, इ.).

13.1.2 कण आणि प्रतिकण

जवळजवळ प्रत्येक कण परस्पर आहे प्रतिकण- समान वस्तुमान, आजीवन, फिरकी असलेला कण; त्यांची इतर वैशिष्ट्ये परिमाणात समान आहेत, परंतु चिन्हात विरुद्ध आहेत (विद्युत चार्ज, चुंबकीय क्षण, अंतर्गत क्वांटम वैशिष्ट्ये). काही कणांमध्ये (उदाहरणार्थ, फोटॉन) कोणतेही अंतर्गत क्वांटम संख्या नसतात आणि म्हणूनच, त्यांच्या प्रतिकणांशी एकसारखे असतात - हे आहे खरे तटस्थ कण.

प्रतिकणांच्या अस्तित्वाविषयीचा निष्कर्ष प्रथम पी. डिराक (1930) यांनी काढला होता. त्याने एक सापेक्षतावादी क्वांटम समीकरण काढले जे अर्ध-पूर्णांक स्पिनसह कणाच्या स्थितीचे वर्णन करते. मुक्त कणासाठी, डायरॅक समीकरण कणाचा संवेग (p), ऊर्जा (E) आणि वस्तुमान (m) यांच्यातील सापेक्षतावादी संबंधाकडे नेतो:

विश्रांतीवर असलेल्या इलेक्ट्रॉनसाठी (p e =0), खालील ऊर्जा पातळी शक्य आहेत: आणि , ऊर्जा श्रेणी "प्रतिबंधीत".

क्वांटम फील्ड थिअरीमध्ये, नकारात्मक ऊर्जा असलेल्या कणाची स्थिती प्रतिकणाची स्थिती म्हणून व्याख्या केली जाते, ज्यामध्ये सकारात्मक ऊर्जा असते परंतु विरुद्ध विद्युत शुल्क असते. सर्व संभाव्य नकारात्मक उर्जेचे स्तर भरलेले आहेत परंतु निरीक्षण करण्यायोग्य नाहीत. ऊर्जा असलेला फोटॉन नकारात्मक ऊर्जा असलेल्या स्थितीतून सकारात्मक ऊर्जा असलेल्या स्थितीत इलेक्ट्रॉन स्थानांतरित करण्यास सक्षम आहे (चित्र 5.1 पहा) - इलेक्ट्रॉन निरीक्षण करण्यायोग्य बनतो.