Мотиваційно-потребова сфера. Шпаргалка: Мотиваційно-потребова сфера у діяльності людини

Подальше проникненняу глибини мікросвіту пов'язано з переходом від рівня атомів до рівня елементарних частинок. Як перша елементарна частка в наприкінці XIXв. було відкрито електрон, та був у перші десятиліття XX в. – фотон, протон, позитрон та нейтрон.

Після Другої світової війни, завдяки використанню сучасної експериментальної техніки, і насамперед потужним прискорювачам, у яких створюються умови високих енергій та величезних швидкостей, було встановлено існування великої кількості елементарних частинок – понад 300. Серед них є як експериментально виявлені, так і теоретично обчислені, включаючи резонанси, кварки та віртуальні частки.

Термін елементарна часткаспочатку означав найпростіші, далі ні на що не розкладаються частинки, що лежать в основі будь-яких матеріальних утворень. Пізніше фізики усвідомили всю умовність терміна "елементарний" стосовно мікрооб'єктів. Зараз уже не підлягає сумніву, що частинки мають ту чи іншу структуру, але, проте, назва, що історично склалася, продовжує існувати.

Основними характеристиками елементарних частинок є маса, заряд, середнє життя, спин і квантові числа.

Масу спокою елементарних частинок визначають по відношенню до маси спокою електрона. Існують елементарні частинки, що не мають маси спокою, – фотони. Інші частинки за цією ознакою поділяються на лептони– легкі частки (електрон та нейтрино); мезони- Середні частки з масою в межах від однієї до тисячі мас електрона; баріони– важкі частки, чия маса перевищує тисячу мас електрона та до складу яких входять протони, нейтрони, гіперони та багато резонансів.

Електричний заряд є іншою найважливішою характеристикою елементарних частинок. Всі відомі частинки мають позитивний, негативний або нульовий заряд. Кожній частинці, крім фотону та двох мезонів, відповідають античастинки з протилежним зарядом. Приблизно у 1963–1964 роках. була висловлена ​​гіпотеза про існування кварків- Часток з дробовим електричним зарядом. Експериментального підтвердження ця гіпотеза поки що не знайшла.

За часом життя частинки поділяються на стабільні і нестабільні . Стабільних частинок п'ять: фотон, два різновиди нейтрино, електрон та протон. Саме стабільні частинки грають найважливішу рольу структурі макротіл. Всі інші частки нестабільні, вони існують близько 10-10-10-24 с, після чого розпадаються. Елементарні частинки із середнім часом життя 10 –23 –10 –22 с називають резонансами. Внаслідок короткого часу життя вони розпадаються ще до того, як встигнуть залишити атом чи атомне ядро. Резонансні стани обчислені теоретично, зафіксувати їх у реальних експериментах не вдається.

Крім заряду, маси та часу життя, елементарні частинки описуються також поняттями, які не мають аналогів у класичній фізиці: поняттям спина . Спиномназивається власний момент імпульсу частинки, не пов'язаний з її переміщенням. Спин характеризується спиновим квантовим числом s, яке може набувати цілі (±1) або напівцілі (±1/2) значення. Частинки з цілим спином – бозони, з напівцілим - ферміони. Електрон відноситься до ферміонів. Відповідно до принципу Паулі в атомі не може бути більше одного електрона з одним і тим же набором квантових чисел n,m,l,s. p align="justify"> Електрони, яким відповідає хвильові функції з однаковим числомn, дуже близькі за енергіями і утворюють в атомі електронну оболонку. Відмінності в числеl визначають "подоболочку", інші квантові числа визначають її заповнення, про що було сказано вище.

У характеристиці елементарних частинок є ще одне важливе уявлення взаємодії. Як зазначалося раніше, відомо чотири види взаємодій між елементарними частинками: гравітаційне,слабке,електромагнітнеі сильне(ядерне).

Усі частки, що мають масу спокою ( m 0), беруть участь у гравітаційному взаємодії, заряджені – й у електромагнітному. Лептони беруть участь ще й у слабкій взаємодії. Адрони беруть участь у всіх чотирьох фундаментальних взаємодіях.

Згідно з квантовою теорією поля, всі взаємодії здійснюються завдяки обміну віртуальними частинками тобто частинками, про існування яких можна судити лише опосередковано, за деякими їх проявами через якісь вторинні ефекти ( реальні частки можна безпосередньо зафіксувати за допомогою приладів).

Виявляється, що всі відомі чотири типи взаємодій - гравітаційна, електромагнітна, сильна і слабка - мають калібрувальну природу і описуються калібрувальними симетріями. Тобто всі взаємодії зроблені "з однієї болванки". Це вселяє надію, що можна буде знайти "єдиний ключ до всіх відомих замків" і описати еволюцію Всесвіту зі стану, представленого єдиним суперсиметричним суперполем, зі стану, в якому відмінності між типами взаємодій між різними частинками речовини і квантами полів ще не виявлені.

Існує величезна кількістьметодів класифікації елементарних частинок. Так, наприклад, частинки поділяють на ферміони (Фермі-частинки) – частинки речовини та бозони (Бозе-частинки) – кванти полів.

Згідно з іншим підходом, частинки поділяють на 4 класи: фотони, лептони, мезони, баріони.

Фотони (Кванти електромагнітного поля) беруть участь в електромагнітних взаємодіях, але не мають сильної, слабкої, гравітаційної взаємодії.

Лептони отримали свою назву від грецького слова leptos- Легкий. До них відносяться частинки, що не володіють сильною взаємодією мюони (μ - , μ +), електрони (е - , е +), електронні нейтрино (ve - , e +) і мюонні нейтрино (v - m, v + m). Усі лептони мають спин, рівний ½, і, отже, є ферміонами. Всі лептони мають слабку взаємодію. Ті з них, які мають електричний заряд (тобто мюони та електрони), мають також електромагнітну взаємодію.

Мезони - Нестабільні частинки, що сильно взаємодіють, не несуть так званого баріонного заряду. До них належить р-мезони, або півонії (π + , π - , π 0), До-мезони, або каони (К + , К - , К 0), ця-мезони (η) . Маса До-мезонів становить ~970mе (494 МеВ для заряджених та 498 МеВ для нейтральних До-мезонів). Час життя До-мезон має величину порядку 10 -8 с. Вони розпадаються з освітою я-мезонів та лептонів або тільки лептонів. Маса ця-мезонів дорівнює 549 МеВ (1074mе), час життя - близько 10 -19 с. Ця-мезони розпадаються з утворенням π-мезонів та γ-фотонів. На відміну від лептонів, мезони мають не тільки слабку (і, якщо вони заряджені, електромагнітну), але також і сильну взаємодію, що проявляється при взаємодії їх між собою, а також при взаємодії між мезонами і баріонами. Спин усіх мезонів дорівнює нулю, тому вони є бозонами.

Клас баріонів поєднує в собі нуклони (p, n) і нестабільні частинки з масою більше маси нуклонів, що отримали назву гіперонів. Всі баріони мають сильну взаємодію і, отже, активно взаємодіють з атомними ядрами. Спин всіх баріонів дорівнює ½, тому баріони є ферміонами. За винятком протону, усі баріони нестабільні. При розпаді баріонів поряд з іншими частинками обов'язково утворюється баріон. Ця закономірність є одним із проявів закону збереження баріонного заряду.

Крім перерахованих вище частинок виявлено велику кількість сильно взаємодіючих короткоживучих частинок, які отримали назву резонансів . Ці частинки є резонансними станами, утвореними двома або великим числом елементарних частинок. Час життя резонансів становить лише ~ 10 -23 -10 -22 с.

Елементарні частинки, а також складні мікрочастинки вдається спостерігати завдяки тим слідам, які вони залишають при проходженні через речовину. Характер слідів дозволяє судити про знак заряду частинки, її енергії, імпульс і т. п. Заряджені частинки викликають іонізацію молекул на своєму шляху. Нейтральні частинки слідів не залишають, але вони можуть виявити себе в момент розпаду на заряджені частинки або в момент зіткнення з ядром. Отже, зрештою нейтральні частинки також виявляються по іонізації, викликаної породженими ними зарядженими частинками.

Частинки та античастинки. У 1928 р. англійському фізику П. Дірак вдалося знайти релятивістське квантово-механічне рівняння для електрона, з якого випливає ряд чудових наслідків. Насамперед, з цього рівняння природним чином, без будь-яких додаткових припущень, виходять спин і числове значеннясвого магнітного моменту електрона. Таким чином, з'ясувалося, що спин є величиною одночасно і квантової, і релятивістської. Але цим не вичерпується значення рівняння Дірака. Воно дозволило також передбачити існування античастки електрона – позитрон. З рівняння Дірака виходять повної енергії вільного електрона як позитивні, а й негативні значення. Дослідження рівняння показують, що при заданому імпульсі частинки існують рішення рівняння, що відповідають енергіям: .

Між найбільшою негативною енергією (– mе з 2) та найменшою позитивною енергією (+m e c 2) є інтервал значень енергії, які можуть реалізуватися. Ширина цього інтервалу дорівнює 2 mе з 2 . Отже, виходять дві області власних значень енергії: одна починається з + m e з 2 і простягається до +∞, інша починається з – mе з 2 і тягнеться до –∞.

Частка з негативною енергією повинна мати дуже дивні властивості. Переходячи в стани з дедалі меншою енергією (тобто з модулем, що збільшується, негативною енергією), вона могла б виділяти енергію, скажімо, у вигляді випромінювання, причому, оскільки | Е| нічим не обмежений, частка з негативною енергією могла б випромінювати нескінченно велику кількість енергії. Такого висновку можна дійти наступним шляхом: із співвідношення Е=mе з 2 випливає, що у частинки з негативною енергією маса буде негативною. Під дією гальмівної сили частка з негативною масоюповинна не сповільнюватися, а прискорюватися, здійснюючи над джерелом сили, що гальмує, нескінченно велика кількість роботи. Зважаючи на ці труднощі слід, здавалося б, визнати, що стан з негативною енергією потрібно виключити з розгляду як приводить до абсурдних результатів. Це, однак, суперечило б деяким загальним принципам квантової механіки. Тому Дірак вибрав інший шлях. Він запропонував, що переходи електронів у стани з негативною енергією зазвичай не спостерігаються з тієї причини, що всі рівні з негативною енергією вже зайняті електронами.

Згідно з Діраком, вакуум є такий стан, в якому всі рівні негативної енергії заселені електронами, а рівні з позитивною енергією вільні. Оскільки всі без винятку зайняті рівні, що лежать нижче забороненої смуги, електрони на цих рівнях ніяк себе не виявляють. Якщо одному з електронів, що знаходяться на негативних рівнях, повідомити енергію Е≥ 2mе з 2 то цей електрон перейде в стан з позитивною енергією і поводитиметься звичайним чином, як частка з позитивною масою і негативним зарядом. Ця перша з передбачених теоретично частинок була названа позитроном. При зустрічі позитрона з електроном вони анігілюють (зникають) – електрон переходить з позитивного рівня на негативний вакантний. Енергія, що відповідає різниці цих рівнів, виділяється у вигляді випромінювання. На рис. 4 стрілка 1 зображує процес народження пари електрон-позитрон, а стрілка 2 – їх анігіляцію Термін "анігіляція" не слід розуміти буквально. По суті, відбувається не зникнення, а перетворення одних частинок (електрона та позитрону) на інші (γ-фотони).

Існують частинки, які тотожні зі своїми античастинками (тобто не мають античасток). Такі частки називаються абсолютно нейтральними. До них належать фотон, π 0 -мезон і η-мезон. Частинки, тотожні зі своїми античастинками, не здатні до анігіляції. Це, однак, не означає, що вони взагалі не можуть перетворюватися на інші частки.

Якщо баріонам (тобто нуклонам та гіперонам) приписати баріонний заряд (або баріонне число) У= +1, антибаріон – баріонний заряд У= –1, а решті частинок – баріонний заряд У= 0, то для всіх процесів, що протікають за участю баріонів та антибаріонів, буде характерно збереження баріонів заряду, подібно до того як для процесів характерне збереження електричного заряду. Закон збереження баріонного заряду обумовлює стабільність м'якого з баріонів - протона. Перетворення всіх величин, що описують фізичну систему, при якому всі частинки замінюються античастинками (наприклад, електрони протонами, а протони електронами тощо), називається зарядом сполучення.

Дивні частки.До-мезони та гіперони були виявлені у складі космічних променівна початку 50-х рр. XX ст. Починаючи з 1953 р. їх одержують на прискорювачах. Поведінка цих частинок виявилася настільки незвичайною, що вони були названі дивними. Незвичайність поведінки дивних частинок полягала в тому, що народжувалися вони явно за рахунок сильних взаємодій з характерним часом близько 10 -23 с, а життя їх виявилося близько 10 -8 -10 -10 с. Остання обставина вказувала на те, що розпад частинок здійснюється внаслідок слабких взаємодій. Було незрозуміло, чому дивні частки живуть так довго. Оскільки і в народженні, і в розпаді λ-гіперону беруть участь одні й ті самі частинки (π-мезони і протон), дивувалося, що швидкість (тобто ймовірність) обох процесів настільки різна. Подальші дослідження показали, що дивні частки народжуються парами. Це навело на думку, що сильні взаємодії не можуть відігравати ролі в розпаді частинок внаслідок того, що для їх прояву потрібна присутність двох дивних частинок. З тієї ж причини виявляється неможливим поодиноке народження дивних частинок.

Щоб пояснити заборону одиночного народження дивних частинок, М. Гелл-Ман і К. Нішиджима ввели до розгляду нове квантове числосумарне значення якого має, за їх припущенням, зберігатися при сильних взаємодіях. Це квантове число Sбуло названо дивністю частинки. При слабких взаємодіях дивина може зберігатися. Тому вона приписується лише сильно взаємодіючим частинкам – мезонам та баріонам.

Нейтріно.Нейтрино - єдина частка, яка не бере участі ні в сильних, ні в електромагнітних взаємодіях. Виключаючи гравітаційне взаємодія, у якому беруть участь усі частки, нейтрино може брати участь лише у слабких взаємодіях.

Довгий час залишалося незрозумілим, чим відрізняється нейтрино від антинейтрино. Відкриття закону збереження комбінованої парності дало змогу відповісти це питання: вони відрізняються спіральністю. Під спіральністюрозуміється певне співвідношення між напрямами імпульсу Рі спина Sчастки. Спіральність вважається позитивною, якщо спин та імпульс мають однаковий напрямок. У цьому випадку напрямок руху частинки ( Р) і напрямок "обертання", що відповідає спину, утворюють правий гвинт. При протилежно спрямованих спині та імпульсі спіральність буде негативною (поступальний рух та “обертання” утворюють лівий гвинт). Відповідно до розвиненої Янгом, Лі, Ландау та Саламом теорії поздовжнього нейтрино, всі існуючі в природі нейтрино, незалежно від способу їх виникнення, завжди бувають повністю поздовжньо поляризовані (тобто спин їх спрямований паралельно або антипаралельно імпульсу) Р). Нейтрино має негативну(ліву) спіральність (йому відповідає співвідношення напрямів Sі Р, зображене на рис. 5 (б), антинейтрино - позитивну (праву) спіральність (а). Отже, спіральність – те, що відрізняє нейтрино від антинейтрино.

Рис. 5.Схема спіральності елементарних частинок

Систематика елементарних частинок.Закономірності, які у світі елементарних частинок, може бути сформульовані як законів збереження. Таких законів накопичилося вже чимало. Деякі їх виявляються не точними, а лише наближеними. Кожен закон збереження висловлює певну симетрію системи. Закони збереження імпульсу Р, моменту імпульсу Lта енергії Евідображають властивості симетрії простору та часу: збереження Еє наслідок однорідності часу, збереження Робумовлено однорідністю простору, а збереження L- Його ізотропністю. Закон збереження парності пов'язаний із симетрією між правим і лівим ( Р-Інваріантність). Симетрія щодо зарядового сполучення (симетрія частинок та античастинок) призводить до збереження зарядової парності ( З-Інваріантність). Закони збереження електричного, баріонного та лептонного зарядів виражають особливу симетрію. З-функції. Нарешті, закон збереження ізотопічного спина відбиває ізотропність ізотопічного простору. Недотримання одного із законів збереження означає порушення в даній взаємодії відповідного виду симетрії.

У світі елементарних частинок діє правило: дозволено все, що не забороняють закони збереження. Останні відіграють роль правил заборони, що регулюють взаємоперетворення частинок. Насамперед відзначимо закони збереження енергії, імпульсу та електричного заряду. Ці три закони пояснюють стабільність електрона. Зі збереження енергії та імпульсу випливає, що сумарна маса спокою продуктів розпаду повинна бути меншою за масу спокою частки, що розпадається. Отже, електрон міг би розпадатися лише з нейтрино і фотони. Але ці частинки електрично нейтральні. Ось і виходить, що електрону просто нема кому передати свій електричний заряд, тому він стабільний.

Кварки.Часток, званих елементарними, стало так багато, що виникли серйозні сумніви щодо їх елементарності. Кожна із сильно взаємодіючих частинок характеризується трьома незалежними адитивними квантовими числами: зарядом Q, гіперзарядом Ута баріонним зарядом У. У зв'язку з цим з'явилася гіпотеза про те, що всі частинки побудовані з трьох фундаментальних частинок- Носіїв цих зарядів. У 1964 р. Гелл-Ман і незалежно від нього швейцарський фізик Цвейг висунули гіпотезу, згідно з якою всі елементарні частинки побудовані з трьох частинок, названих кварками. Цим частинкам приписуються дробові квантові числа, зокрема, електричний заряд, що дорівнює +⅔; -⅓; +⅓ відповідно для кожного із трьох кварків. Ці кварки зазвичай позначаються буквами U,D,S. Крім кварків, розглядаються антикварки ( u,d, S). На сьогоднішній день відомо 12 кварків – 6 кварків та 6 антикварків. Мезони утворюються із пари кварк-антикварк, а баріони – із трьох кварків. Так, наприклад, протон та нейтрон складаються з трьох кварків, що робить протон або нейтрон безбарвними. Відповідно розрізняють три заряди сильних взаємодій - червоний ( R), жовтий ( Y) та зелений ( G).

Кожному кварку приписується однаковий магнітний момент (мкВ), величина якого з теорії не визначається. Розрахунки, зроблені на підставі такого припущення, дають для протона значення магнітного моменту p = μ кв, а для нейтрону μ n = – ⅔μ кв.

Таким чином, для відношення магнітних моментів виходить значення μ p / μ n = –⅔, що чудово узгоджується з експериментальним значенням.

В основному колір кварку (подібно до знака електричного заряду) став виражати відмінність у властивості, що визначає взаємне тяжіння і відштовхування кварків. За аналогією з квантами полів різних взаємодій (фотонами в електромагнітних взаємодіях, р-мезонами у сильних взаємодіях тощо) були введені частинки-переносники взаємодії між кварками. Ці частки були названі глюонами. Вони переносять колір від одного кварку до іншого, внаслідок чого кварки утримуються разом. У фізиці кварків сформульовано гіпотезу конфайнменту (від англ. confinements- Полон) кварків, згідно з якою неможливо віднімання кварку з цілого. Він може існувати лише як елемент цілого. Існування кварків як реальних частинок у фізиці надійно обґрунтоване.

Ідея кварків виявилася дуже плідною. Вона дозволила як систематизувати вже відомі частки, а й передбачити низку нових. Положення, що склалося у фізиці елементарних частинок, нагадують становище, що утворилося у фізиці атома після відкриття в 1869 р. Д. І. Менделєвим періодичного закону. Хоча сутність цього закону була з'ясована лише приблизно через 60 років після створення квантової механіки, він дозволив систематизувати відомі на той час хімічні елементи і, крім того, призвів до передбачення існування нових елементів та їх властивостей. Так само фізики навчилися систематизувати елементарні частинки, причому розроблена систематика в ряді випадків дозволила передбачити існування нових частинок і передбачити їх властивості.

Отже, нині істинно елементарними вважатимуться кварки і лептони; їх 12, або разом з античатицями – 24. Крім того, існують частинки, що забезпечують чотири фундаментальні взаємодії (кванти взаємодії). Цих частинок 13: гравітон, фотон, W± - і Z-частки та 8 глюонів.

Існуючі теорії елементарних частинок не можуть вказати, що є початком низки: атоми, ядра, адрони, кварки. У цьому ряду кожна складніша матеріальна структура включає більш просту як складову частину. Очевидно, так нескінченно продовжуватися не може. Припустили, що описаний ланцюжок матеріальних структур базується на об'єктах іншої природи. Показано, що такими об'єктами можуть бути не точкові, а протяжні, хоч і надзвичайно малі (~10-33 см) освіти, названі суперструнами.Описана ідея у нашому чотиривимірному просторі не реалізована. Ця область фізики взагалі надзвичайно абстрактна, і дуже важко підібрати наочні моделі, що допомагають спрощеному сприйняттю ідей, закладених у теоріях елементарних частинок. Тим не менш, ці теорії дозволяють фізикам висловити взаємоперетворення та взаємозумовленість "найбільш елементарних" мікрооб'єктів, їх зв'язок з властивостями чотиривимірного простору-часу. Найбільш перспективною вважається так звана М-теорія (М – від mystery- Загадка, таємниця). Вона оперує дванадцятимірним простором . Зрештою, при переході до безпосередньо сприйманого нами чотиривимірного світу всі “зайві” виміри “згортаються”. М-теорія поки що єдина теорія, яка дає можливість звести чотири фундаментальні взаємодії до одного – так званої Суперсила.Важливо також, що теорія допускає існування різних світів і встановлює умови, що забезпечують виникнення нашого світу. М-теорія ще недостатньо розроблена. Вважається, що остаточна «теорія всього» на основі М-теорії буде побудована вXXIв.

Слово атом означає "неподільний". Воно було введено грецькими філософами для позначення найдрібніших частинок, з яких, згідно з їхнім уявленням, складається матерія.

Фізики та хіміки дев'ятнадцятого століття прийняли цей термін для позначення найдрібніших відомих їм частинок. Хоча ми вже давно в змозі «розщепити» атоми і неподільне перестало бути неподільним, проте цей термін зберігся. Згідно з нинішнім нашим уявленням, атом складається з найдрібніших частинок, які ми називаємо елементарними частинками. Існують також інші елементарні частинки, які не є фактично складовоюатомів. Зазвичай їх отримують з допомогою потужних циклотронів, синхротронів та інших прискорювачів частинок, спеціально сконструйованих вивчення цих часток. Вони також виникають під час проходження космічних променів через атмосферу. Ці елементарні частинки розпадаються через кілька мільйонних часток секунди, а часто ще коротший проміжок часу після появи. В результаті розпаду вони або видозмінюються, перетворюючись на інші елементарні частинки, або виділяють енергію у формі випромінювання.

Вивчення елементарних частинок зосереджується на дедалі більшому числі недовго живуть елементарних частинках. Хоча ця проблема має величезне значенняЗокрема, тому, що пов'язана з найбільш фундаментальними законами фізики, проте дослідження частинок в даний час проводиться майже у відриві від інших галузей фізики. З цієї причини ми обмежимося розглядом лише тих частинок, які є постійними компонентами найпоширеніших матеріалів, а також деяких частинок, що дуже близько до них примикають. Першою з елементарних частинок, відкритих наприкінці дев'ятнадцятого століття, був електрон, який потім став виключно корисним слугою. У радіолампах потік електронів рухається у вакуумі; і саме за допомогою регулювання цього потоку посилюються вхідні радіосигнали та перетворюються на звук або шум. У телевізорі електронний промінь служить як пір'я, яке миттєво і точно копіює на екрані приймача те, що бачить камера передавача. В обох випадках електрони рухаються у вакуумі так, щоб по можливості ніщо не заважало їх руху. Ще однією корисною властивістю є їхня здатність, проходячи через газ, змушувати його світитися. Таким чином, даючи можливість електронам проходити через скляну трубку, наповнену газом під певним тиском, ми використовуємо це явище для отримання неонового світла, що використовується вночі для освітлення великих міст. А ось ще одна зустріч з електронами: блиснула блискавка, і міріади електронів, пробиваючись через товщу повітря, створюють гучний звук грому.

Однак у земних умовахє порівняно невелика кількість електронів, які можуть вільно рухатися, як ми бачили в попередніх прикладах. Більшість із них надійно пов'язані в атомах. Оскільки ядро ​​атома заряджено позитивно, воно притягує себе негативно заряджені електрони, змушуючи їх утримуватися на орбітах, що є порівняно близько від ядра. Атом зазвичай складається з ядра та деякого числа електронів. Якщо електрон залишає атом, його, як правило, негайно заміщає інший електрон, який атомне ядро ​​з великою силоюпритягує до себе зі свого найближчого оточення.

Як виглядає цей чудовий електрон? Ніхто його не бачив і ніколи не побачить; і тим не менше ми знаємо його властивості настільки добре, що можемо передбачити з усіма подробицями, як він поводитиметься в самих різних ситуаціях. Ми знаємо його масу (його «вага») та його електричний заряд. Ми знаємо, що найчастіше він поводиться так, ніби перед нами дуже дрібна частка, в інших випадках він виявляє властивості хвилі. Винятково абстрактна, але в той же час дуже точна теоріяелектрона була запропонована у закінченому вигляді кілька десятиліть тому англійським фізиком Діраком. Ця теорія дає нам можливість визначити, за яких обставин електрон буде, більше схожий на частинку, а за яких переважатиме його хвильовий характер. Така двояка природа - частка і хвиля - ускладнює можливість дати чітку картину електрона; отже, теорія, яка враховує обидві ці концепції і тим щонайменше дає закінчений опис електрона, має бути дуже абстрактною. Але було б нерозумним обмежувати опис такого чудового явища, як електрон, такими земними образами, як горошини і хвилі.

Одна з посилок теорії Дірака про електрон полягала в тому, що повинна існувати елементарна частка, що має такі ж властивості, як електрон, за винятком лише того, що заряджена вона позитивно, а не негативно. Такий двійник електрона був виявлений і названий позитроном. Він входить до складу космічних променів, а також виникає внаслідок розпаду деяких радіоактивних речовин. У земних умовах життя позитрона коротке. Як тільки він виявляється по сусідству з електроном, а трапляється це у всіх речовинах, електрон та позитрон «винищують» один одного; позитивний електричний заряд позитрону нейтралізує негативний заряделектрону. Оскільки згідно з теорією відносності маса є формою енергії і оскільки енергія «неруйнівна», енергія, представлена ​​об'єднаними масами електрона та позитрону, має бути якимось чином збережена. Це завдання виконує фотон (квант світла), або зазвичай два фотони, які випромінюються в результаті цього фатального зіткнення; їх енергія дорівнює сумарній енергії електрона та позитрону.

Ми знаємо також, що відбувається і зворотний процес. певних умов, наприклад, пролітаючи поблизу ядра атома, створити «з нічого» електрон і позитрон. Для створення він повинен мати енергією, щонайменше рівної енергії, відповідної сумарної масі електрона і позитрона.

Отже, елементарні частинки є вічними чи постійними. І електрони та позитрони можуть з'являтися та зникати; проте енергія та результуючі електричні заряди зберігаються.

Виключаючи електрон, елементарною частинкою, відомою нам набагато раніше будь-якої іншої частинки, є не позитрон, що зустрічається порівняно рідко, а протон- Ядро атома водню. Як і позитрон, заряджений він позитивно, але маса його приблизно дві тисячі разів перевищує масу позитрона або електрона. Подібно до цих частинок, протон іноді виявляємо хвильові властивості, проте лише у виключно особливих умовах. Те, що його хвильова природа менш яскраво виражена, фактично є прямим наслідком володіння ним набагато більшою масою. Хвильова природа, характерна для всієї матерії, не набуває для нас важливого значеннядо тих пір, поки ми не починаємо працювати з виключно легкими частинками, такі як електрони.

Протон - дуже поширена частка, атом водню складається з протона, що є його ядром, і електрона, що обертається навколо нього по орбіті. Протон також входить до складу всіх інших атомних ядер.

Фізики-теоретики передбачали, що протон, подібно до електрона, має античастинку. Відкриття негативного протонуабо антипротону, Що володіє тими самими властивостями, що і протон, але зарядженого негативно, підтвердило це передбачення. Зіткнення антипротону з протоном «винищує» їх обох так само, як і у разі зіткнення електрона та позитрону.

Інша елементарна частка, нейтрон, має майже таку ж масу, як і протон, але електрично нейтральна (без електричного заряду взагалі). Її відкриття в тридцятих роках нашого століття - приблизно одночасно з відкриттям позитрона - стало виключно важливим для ядерної фізики. Нейтрон входить до складу всіх атомних ядер (за винятком, звичайно, звичайного ядра атома водню, який є просто вільним протоном); руйнуючись, атомне ядро ​​виділяє один (або більше) нейтрон. Вибух атомної бомбивідбувається завдяки нейтронам, що вивільняються з ядер урану або плутонію.

Оскільки протони і нейтрони разом утворюють атомні ядра, і ті й інші називаються нуклонами, через деякий час вільний нейтрон перетворюється на протон і електрон.

Нам знайома ще одна частка, звана антинейтроном, яка, подібно до нейтрону, електрично нейтральна. Вона має багато властивостей нейтрону, проте одна з корінних відмінностей полягає в тому, що антинейтрон розпадається на антипротон і електрон. Зіткнувшись, нейтрон і антинейтрон знищують один одного,

Фотон, або світловий квант, винятково цікава елементарна частка. Бажаючи почитати книгу, ми вмикаємо електричну лампочку. Так ось, включена лампочка генерує величезну кількість фотонів, які прямують до книги, так само як і у всі інші куточки кімнати зі швидкістю світла. Деякі з них, ударяючись об стіни, тут же гинуть, інші знову і знову ударяються і відскакують від стін інших предметів, проте менш ніж одну мільйонну частку секунди з моменту появи всі вони гинуть, за винятком лише небагатьох, яким вдається вирватися через вікно і вислизнути у простір. Енергія, необхідна для генерування фотонів, поставляється електронами, що протікають через увімкнену лампочку; Гинучи, фотони віддають цю енергію книзі чи іншому предмету, нагріваючи його, чи оку, викликаючи стимуляцію зорових нервів.

Енергія фотона, а отже, і його маса не залишаються незмінними: існують дуже легкі фотони поряд з дуже важкими. Фотони, що дають звичайне світло, дуже легкі, їх маса становить лише кілька мільйонних часток маси електрона. Інші фотони мають масу приблизно таку ж, як маса електрона, і навіть набагато більшу. Прикладами важких фотонів є рентгенівські та гамма-промені.

Ось загальне правило: Чим легша елементарна частка, тим виразніше її хвильова природа. Найважчі елементарні частинки – протони – виявляють порівняно слабкі хвильові характеристики; дещо сильніші вони у електронів; найсильніші – у фотонів. Справді, хвильова природа світла було відкрито набагато раніше, ніж його корпускулярні характеристики. Ми знали, що світло є не що інше, як рух електромагнітних хвиль, відколи Максвелл продемонстрував це протягом другої половини минулого століття, але саме Планк і Ейнштейн на зорі двадцятого століття відкрили, що світло має і корпускулярні характеристики, що воно іноді випромінюється як окремих «квантів», чи, іншими словами, як потоку фотонів. Не доводиться заперечувати, що важко об'єднати і злити воєдино нашій свідомості ці дві явно несхожі концепції природи світла; але ми можемо сказати, що подібно до «двоїстої природи» електрона наше уявлення про таке невловиме явище, яким є світло, має бути дуже абстрактним. І тільки коли ми хочемо висловити наше подання у грубих образах, ми повинні іноді уподібнювати світло потоку частинок, фотонів, або ж хвильового рухуелектромагнітної природи.

Існує залежність між корпускулярною природоюявища та його «хвильовими» властивостями. Чим важча частка, тим коротша відповідна їй довжина хвилі; що довша довжина хвилі, то легша відповідна частка. Рентгенівське проміння, Що складаються з дуже важких фотонів, мають відповідно дуже коротку довжину хвилі. Червоне світло, що характеризується більшою довжиноюхвилі в порівнянні з синім світлом, складається з фотонів легших у порівнянні з фотонами, що несуть синє світло. Найдовші електромагнітні хвиліз усіх існуючих – радіохвилі – складаються з найдрібніших фотонів. Ці хвилі жодним чином не виявляють властивостей частинок, їхня хвильова природа є цілком переважаючою характеристикою.

І нарешті, найдрібнішою з усіх малих елементарних частинок є нейтрино. Воно позбавлене електричного заряду, і якщо він і є якась маса, вона близька до нуля. З деяким перебільшенням ми можемо сказати, що нейтрино просто позбавлено властивостей.

Наше пізнання елементарних частинок є сучасним кордономфізики. Атом був відкритий у дев'ятнадцятому столітті, і вчені того часу виявили все зростаюче число різних видіватомів; подібним чином сьогодні ми знаходимо все більше і більше елементарних частинок. І хоча було доведено, що атоми складаються з елементарних частинок, ми не можемо очікувати, що за аналогією буде, знайдено, що - елементарнічастинки складаються з ще більш дрібних частинок. Проблема, що стоїть перед нами сьогодні, зовсім інша, і немає жодних ознак, що вказують на те, що ми зможемо розщепити елементарні частки. Швидше слід сподіватися те що, що буде показано, що це елементарні частинки є проявом ще більш фундаментального явища. І якщо це було б можливим встановити, ми зуміли б зрозуміти всі властивості елементарних частинок; змогли б підрахувати їх маси та способи їх взаємодії. Було зроблено багато спроб підійти до вирішення цієї проблеми, яка є однією з найбільш важливих проблемфізики.

- Матеріальні об'єкти, які не можна розділити на складові частини. Відповідно до цього визначення елементарних частинок неможливо знайти віднесені молекули, атоми і атомні ядра, які піддаються поділу на складові – атом ділиться на ядро ​​і орбітальні електрони, ядро ​​– на нуклоны. У той самий час нуклони, які з більш дрібних і фундаментальних частинок – кварків, не можна розділити ці кварки. Тому нуклони відносять до елементарних частинок. З огляду на ту обставину, що нуклон та інші адрони мають складну внутрішню структуру, що складається з фундаментальніших частинок – кварків, доцільніше адрони називати не елементарними частинками, а просто частинками.
Частинки мають менші розміри, ніж атомні ядра. Розміри ядер 10 -13 - 10 -12 см. Найбільш "великі" частинки (до них відносяться і нуклони) складаються з кварків (двох або трьох) і називаються адронами. Їх розміри ≈ 10 -13 см. Існують також безструктурні (на сучасному рівні знань) точковоподібні (< 10 -17 см) частицы, которые называют фундаментальными. Это кварки, лептоны, фотон и некоторые другие. Всего известно несколько сот частиц. Это в подавляющем большинстве адроны.

Таблиця 1

Фундаментальними частинками є 6 кварків і 6 лептонів (табл. 1), що мають спін 1/2 (це фундаментальні ферміони) та кілька частинок зі спином 1 (глюон, фотон, бозони W ± і Z), а також гравітон (спин 2), звані фундаментальними бозонами (табл. 2). Фундаментальні ферміони поділяються на три групи (покоління), у кожній з яких 2 кварки та 2 лептони. З частинок першого покоління (кварки u, d, електрон е −) складається вся матерія, що спостерігається: з кварків u і d складаються нуклони, з нуклонів складаються ядра. Ядра з електронами на орбітах утворюють атоми тощо.

Таблиця 2

Роль фундаментальних бозонів у цьому, що вони реалізують взаємодію між частинками, будучи “переносниками” взаємодій. У процесі різноманітних взаємодій частинки обмінюються фундаментальними бозонами. Частинки беруть участь у чотирьох фундаментальних взаємодіях - сильному (1), електромагнітному (10 -2), слабкому (10 -6) та гравітаційному (10 -38). У дужках вказані цифри, що характеризують відносну силу кожної взаємодії в галузі енергій менше 1 ГеВ. Кварки (і адрони) беруть участь у всіх взаємодіях. Лептони не беруть участь у сильній взаємодії. Переносником сильної взаємодії є глюон (8 типів), електромагнітного – фотон, слабкого – бозони W±і Z, гравітаційного – гравітон.
Переважна кількість частинок у стані нестабільно, тобто. розпадається. Характерні часи життя частинок 10-24-10-6 сек. Час життя вільного нейтрону близько 900 с. Електрон, фотон, електронне нейтрино та можливо протон (та їх античастинки) – стабільні.
Основою теоретичного описучастинок є квантова теорія поля. Для опису електромагнітних взаємодій використовується квантова електродинаміка (КЕД), слабка та електромагнітна взаємодія спільно описуються об'єднаною теорією – електрослабкою моделлю (ЕСМ), сильна взаємодія – квантовою хромодинамікою (КХД). КХД та ЕСМ, що спільно описують сильну, електромагнітну та слабку взаємодії кварків та лептонів, утворюють теоретичну схему, звану Стандартною Моделью.

1 Історія

З відкриттям елементарних частинок фізика запитала про їх кількість і будову. Поки елементарних частинок було відкрито близько 10 - кожна елементарна частка вважалася істинно елементарною, і робилися спроби пояснити будову елементарних частинок виходячи з електромагнітного поля. Але побудувати відразу польову теорію елементарних частинокне вийшло.

Паралельно у фізиці велися роботи зі створення квантової теорії поля, які висунулися на передній план. У основі квантової теорії лежить твердження, що взаємодії носять дискретний характері і передаються з допомогою переносників - квантів. Але реально в природі було виявлено лише фотон та інші елементарні частинки. Тому як не існуючих у природі переносників взаємодій елементарних частинок було обрано самі елементарні частинки, яким приписувалася можливість тимчасового існування й у віртуальному стані порушення закону збереження енергії. Почалася епоха маніпуляцій над законами природи.

Запропонована у 1964 році модель кварків (згодом Стандартна модель елементарних частинок) стверджувала, що елементарні частинки (що беруть участь у гіпотетичній сильній взаємодії) мають складну структуруі складаються із гіпотетичних кварків. Як математичне обґрунтування гіпотези кварків було розроблено унітарну симетрію. Але вигадані кварки не були виявлені (у природі немає дробового електричного заряду, що дорівнює за величиною заряду гіпотетичних кварків), ні при яких енергіях і тоді Стандартної моделі довелося вигадати механізм, що перешкоджає появі кварків у вільному вигляді. Для цього гіпотетичні глюони (гіпотетичні переносники гіпотетичної сильної взаємодії гіпотетичних кварків, також не знайдені в природі – оскільки для них не виявилося місця у спектрі елементарних частинок) були наділені унікальними властивостями(Конфайнмент) - здатністю створювати собі подібних при русі (такої здатністю не має жодна елементарна частка). Зрозуміло, закон збереження енергії - фундаментальний закон природи знову проігнорували.

Незважаючи на успіх Стандартної моделі елементарних частинок, що здається, роботи над польовою теорією елементарних частинокне припинялися. Прогрес у цьому напрямі намітився в середині 70-х років минулого століття, коли була зроблена спроба об'єднати класику з частиною квантової механіки, що не суперечить їй (довелося пожертвувати віртуальними частинками, що порушують закон збереження енергії). Так в результаті введення квантових чисел вдалося отримати правильний спектр основних станів елементарних частинок (фотон, лептони без тау-лептону, мезони, баріони, векторні мезони). Стало ясно, що цей напрямокє перспективним. Подальша робота, підкріплена розвитком обчислювальної технікиі появою комп'ютерів, що дозволяють розраховувати взаємодії магнітних полів, призвела до значного просування польової теорії елементарних частинок.

Польова теорія елементарних частинок, діючи в рамках НАУКИ, спирається на перевірений фізичний фундамент:

• Класичну електродинаміку,
• Квантову механіку (без віртуальних частинок),
• Закони збереження – фундаментальні закони фізики.

В цьому принципова відмінність наукового підходу, використаного польовою теорією елементарних частинок - справжня теорія має суворо діяти у межах законів природи: у цьому полягає НАУКА.Довелося відкинути, через недоведеність, деякі квантові числа, постуловані Квантовою теорією і Стандартною моделлюі пов'язані з ними нібито закони збереження, бездоказово приписані їх прихильниками до законів фізики.

Тепер польова теорія елементарних частинок описує весь спектр елементарних частинок, у якому природно не знайшлося місця для казкових: кварків, глюонів, гравітонів, гравітіно, нейтраліно, партонів, преонів, …. Крім того польова теорія пояснила, звідки береться електричний заряд елементарних частинок і чому він квантується, магнітні поля елементарних частинок і чим насправді є ядерні сили. Але найголовніше - це те, що всі закони природи "знов" діють, у тому числі й такий нелюбий квантовою теорієюфундаментальний закон природи – закон збереження енергії.

Підіб'ємо підсумок сказаному:
1. Квантова теорія разом зі Стандартною моделлю стверджує, що кожна елементарна частка, що бере участь у гіпотетичній сильній взаємодії (називається ними адроном), складається з кварків - але кварки (як і глюони) не були виявлені на прискорювачах і взагалі в природі ні при яких енергіях, а обмін віртуальними частками суперечить законам природи.

2. Польова теорія стверджує, що елементарні частинки (з квантовим числом L>0, існування якого в елементарних частинок встановлено польовою теорією) складаються з поляризованого змінного електромагнітного поля, що обертається, з постійною складовою. Такі елементарні частинки повинні мати:

• постійним електричним полем,
• постійним магнітним полем,
• хвильовим змінним електромагнітним полем.

Наявність даних полів у елементарних частинок з ненульовою величиною маси спокою, а також гравітаційного поля (генерованого електромагнітними полями елементарних частинок), фізика експериментально підтвердила для ряду елементарних частинок.

З електромагнітними полями, як постійними, так і змінними, ми стикаємося на кожному кроці. Число елементарних частинок нескінченне і кожна елементарна частка (з квантовим числом L>0) має нескінченне число збуджених станів . Завдяки наявності змінного електромагнітного поля елементарні частинки мають хвильові властивості. Таким бачиться мікросвіт польовий теорією елементарних частинок.

Елементарна частка з квантовим числом L>0 у польовій теорії

Будова протона в польовій теорії ( поперечний переріз) (E-постійне електричне поле,H-постійне магнітне поле, жовтим кольоромвідзначено змінне електромагнітне поле).

Як бачимо, польова теорія охоплює все елементарні частки і пояснює їх будову з реально існуючих у природі полів.

2 Класифікація елементарних частинок

2.1 Класифікація елементарних частинок у квантовій теорії

З точки зору квантової теоріївсі елементарні частинки поділяються на два класи:

• ферміони- елементарні частинки із напівцілим спином;
• бозони- Елементарні частинки з цілим спином.

Квантова теорія вводить такі (з її точки зору існуючі) фундаментальні взаємодії:

При цьому, крім сильної взаємодії та слабкої взаємодії, квантова теорія вводить особливу електромагнітну взаємодію замість дійсно існуючих у природі електромагнітних взаємодій (відкинувши взаємодії магнітних полів елементарних частинок, які не вписувалися в квантову теорію).

За видами введених фундаментальних взаємодій квантова теорія поділяє елементарні частки такі групи:

• адрони- елементарні частинки, що беруть участь у всіх видах фундаментальних взаємодій (постульованих квантовою теорією), як реально існуючих у природі, так і вигаданих;
• лептони- ферміони, що беруть участь в електромагнітному та гіпотетичному слабкому взаємодії (квантової теорії);
• калібрувальні бозони- фотон, проміжні векторні бозони та передбачувані переносники взаємодій (у рамках припущень квантової теорії).

Тут вказані гадані квантовою теорією та Стандартною моделлю, але не знайдені в природі: кварки, глюони, гравітон, бозон Хіггса (під виглядом нібито знайденого бозона Хіггса нам підсовують знову відкриту елементарну частинку: векторний мезон), але не вказані мезони та баріони, оскільки теорія не вважає ці елементарні частинки істинно елементарними. Крім того, частина векторних мезонів квантова теорія віднесла до елементарних частинок оскільки вона вважає, що вони є переносниками слабкої взаємодії (постульованої квантовою теорією) - це W- і Z-бозони. Решта векторних мезонів квантова теорія не вважає елементарними частинками.

2.2 Класифікація елементарних частинок у польовій теорії елементарних частинок

З погляду польової теорії елементарних частиноквсі елементарні частинки поділяються на групи за квантовим числом L, що лежить в основі спина, а спектр елементарних частинок визначається одночасно Квантовою механікоюта Класичною електродинамікою. З нескінченного набору можливих значень спина виділяється лише нуль (L=1) оскільки у цій групі мезонів неможливо відрізнити нейтральну частинку від відповідної античастинки.

Всі елементарні частинки можна розбити на такі основні групи:

• фотон
• лептони
• мезони
• баріони
• векторні мезони

У цьому число баріонів і векторних мезонів переважно стані у природі нескінченно. Ця класифікаціярозбиває елементарні частинки за квантовим числом L.

Фрагмент спектру основних станів елементарних частинок

Елементарні частинки: фрагмент спектра основних станів та збуджених станів (за польовою теорією)

Гіпотетичних слабких взаємодійу природі немає, а ступінь участі елементарних частинок у ядерних силах визначається квантовим числом L (див. будову елементарних частинок) та енергією зосередженою у постійному магнітному полі. Зі зростанням квантового числа L зростає відсоток енергії зосередженої у постійному магнітному полі елементарних частинок, а також величина маси спокою – отже, зростає і ступінь участі частки у “сильних” взаємодіях (а якщо правильно: у ядерних силах). Так що з чотирьох (передбачуваних квантовою теорією) типів фундаментальних взаємодій у природі реально існує лише два - електромагнітніі гравітаційні, як і відповідні поля.

При цьому електромагнітні взаємодіївідрізняються від електромагнітної взаємодії, що враховується квантовою теорією, оскільки електромагнітні взаємодії враховують взаємодії як електричних а й магнітних полів.

3 Систематизація елементарних частинок

Є лише одна систематизація елементарних частинок та його збуджених станів що з польової теорії елементарних частинок.

4 Маса у елементарних частинок

Відповідно до класичної електродинаміки та формули Ейнштейна, а також польової теорією елементарних частинок, маса спокою елементарної частки визначається як еквівалент енергії її електромагнітних полів:

де визначений інтегралбереться по всьому власному електромагнітному полю елементарної частинки, E – напруженість електричного поля, H – напруженість магнітного поля. Тут ураховуються всі компоненти власного електромагнітного поля: постійне електричне поле, постійне магнітне поле, змінне електромагнітне поле. Це узгоджується з реально існуючими у природі фундаментальними взаємодіями. Жодний казковий бозон Хіггса масу спокою елементарних частинок та їх гравітаційне поле - не створює і створювати не може, оскільки, згідно з теорією гравітації елементарних частинок, гравітаційні поляелементарних частинок та інерційна маса елементарних частинок створюються їх електромагнітними полями.

Помістивши елементарну частинку в зовнішнє електричне або магнітне поле (наприклад, протон або нейтрон в атомне ядро), ми змінимо величину енергії електромагнітних полів елементарної частинки, а отже, і величину її маси, внаслідок чого зміниться середній час життя. Таким чином: маса спокою елементарної частки, її середній час життя (у тому числі й канали розпаду) залежать від електромагнітних полів, в яких частка знаходиться, а не тільки від величини її швидкості руху (як випливає із СТО).

5 Радіус елементарної частинки (який визначається польовою теорією елементарних частинок)

Польова теорія елементарних частинок вводить визначення польового радіусу елементарної частинки (r 0~), як середньої відстані від центру елементарної частинки (з квантовим числом L>0), на якому обертається змінне електромагнітне поле:

де:
L - головне квантове число елементарної частки;
ħ - постійна Планка;
m 0~ - маса, укладена в змінному електромагнітному полі елементарної частки;
c – швидкість світла.

Будова протона в польовій теорії (поперечний переріз) (E-постійне електричне поле, H-постійне магнітне поле, жовтим кольором відмічено змінне електромагнітне поле).


Будова електрона в польовій теорії (поперечний переріз)


Будова нейтрону в польовій теорії (поперечний переріз)
Як видно з представлених малюнків, електричні поляелементарних частинок – дипольні.

На картинках електрон виглядає менше протона, а насправді польовий радіус електрона в 600 разів більший за протонний (і нейтронний), отже впасти на атомне ядро ​​електрон ніяк не може - лінійні розміри електрона перевищують лінійні розміри будь-якого атомного ядра(Навіть найважчого). Електрон не присутній усередині нейтрону, а створюється електромагнітним полем у процесі розпаду нейтрону, звичайно разом з електронним антинейтрино, що володіє ще більшими (ніж електрон) розмірами.

У m 0~ зосереджена лише частина величини маси спокою елементарної частки:

M 0 – маса спокою елементарної частинки.
m 0= - маса, укладена у постійному електричному та постійному магнітному полі елементарної частинки.

Радіус області простору, який займає елементарна частка, визначається як:

До величини r 0~ додався ще радіус кільцевої області, займаної змінним електромагнітним полем елементарної частки. Необхідно пам'ятати, що частина величини маси спокою, зосередженої в постійних (електричному та магнітному) полях елементарної частки знаходиться за межами даної галузі відповідно до законів електродинаміки.

6 Порушені стани елементарних частинок

Згідно з польовою теорією елементарних частинок, елементарні частинки з квантовим числом L>0 можуть перебувати і в збудженому стані, що відрізняється від основного наявністю додаткового обертального моменту(V). Фізика вже експериментально відкрила безліч таких станів елементарних частинок. Приклади наведені на рисунках:

підгрупа мюона

підгрупа пі-мезону

підгрупа протону

7 Елементарна частка та теорія гравітації елементарних частинок

Теорія гравітації елементарних частинок, що з'явилася в 2015 році, встановила наявність у природі електромагнітної форми гравітації. При цьому необхідно чітко розуміти: у природі існує не гравітаційне поле речовини, а гравітаційні поля елементарних частинок, у тому числі складається речовина. Це суперпозиція векторних полів і вони складаються за правилами складання векторів.

Оскільки гравітаційні поля речовини створюються електромагнітними полями елементарних частинок, у тому числі ця речовина складається, виникло питання і природі інерційних властивостей речовини.

У рівнянні 137 теорії гравітації елементарних частинок було встановлено, що кінетична енергія електромагнітного поля елементарної частки дорівнює кінетичної енергіїїї інертної маси.

Звідси випливає: електрична та магнітна складова електромагнітного поля елементарної частинки та створюють інерційні властивості польової матерії, з якої складається речовина Всесвіту.

Тим самим було теорією гравітації елементарних частинок було доведено, що гравітаційні поля речовини та інерційні властивості речовини створюються електромагнітними полями елементарних частинок, з яких ця речовина складається. - ФІЗИКОЮ 21 століття було спростовано математичну КАЗКУ про "бозон Хіггса".

Елементарні частинки, з яких складається речовина Всесвіту - є формою електромагнітної польової матерії і цій формі матерії не потрібно ніякої казковий "бозон Хіггса" разом зі своїми казковими взаємодіями, вигаданими Стандартною моделлю та квантовою теорією. Звичайно, можна вигадати нову формуматерії, але це буде нова математична КАЗКА.

8 Трохи про Стандартну модель елементарних частинок

У 1964 році Геллман і Цвейг незалежно запропонували гіпотезу існування кварків, з яких, на їхню думку, складаються адрони. Вдалося правильно описати спектр відомих тоді елементарних частинок, але придумані кварки довелося наділити дробовим електричним зарядом, що не існує в природі. Лептони в цю кваркову модель, яка згодом переросла в стандартну модель елементарних частинок, взагалі не вписалися – тому були визнані істинно елементарними частинками, нарівні з придуманими кварками. Щоб пояснити зв'язок кварків у адронах (баріонах, мезонах), було припущено існування у природі сильної взаємодії та її переносників - глюонов. Глюони, як і належить у Квантовій теорії, наділили одиничним спином, тотожності частки та античастинки та нульовою величиною маси спокою, як у фотона. Насправді, у природі існує не сильна взаємодія гіпотетичних кварків, а ядерні сили нуклонів - і це різні поняття.

Минуло 50 років. Вигадані кварки так і не були знайдені в природі і нам написали нову математичну казочку під назвою "Конфайнмент". Мисляча людина легко побачить у ній відверте знущання над фундаментальним законом природи - законом збереження енергії. Але це зробить мисляча людина, А казкарі отримали їхнє виправдання, чому в природі немає кварків у вільному вигляді.

Введені глюони також були знайдені у природі. Справа в тому, що одиничним спином можуть мати в природі тільки векторні мезони (і ще один зі збуджених станів мезонів), але у кожного векторного мезону є античастка. – Тому векторні мезони на кандидати в «глюони» ніяк не підходять, і їм не припишеш роль переносників вигаданої сильної взаємодії. Залишається дев'ятка перших збуджених станів мезонів, але два з них суперечать самій Стандартній моделі елементарних частинок та їх існування в природі Стандартна модель не визнає, а інші непогано вивчені фізикою, і видати їх за казкові глюони не вийде. Є ще останній варіант: видати за глюон пов'язаний стан із пари лептонів (мюонів або тау-лептонів) - але і це при розпаді можна обчислити.

Так що глюонів у природі також немає, як немає в природі кварків та вигаданої сильної взаємодії. Ви вважаєте, що прихильники Стандартної моделі елементарних частинок цього не розуміють - ще як розуміють, ось тільки нудно визнати хибність того, чим займався десятиліттями. А тому ми бачимо нові математичні псевдонаукові казки, одна з яких: "теорія струн".

9 Елементарна частка та "теорія струн"

На початку 1970-х років у квантовій теорії з'явився новий напрямок: "теорія струн", що вивчає динаміку взаємодії не точкових частинок, а одновимірних протяжних об'єктів (квантових струн). Була зроблена спроба поєднати ідеї квантової механіки та теорії відносності на основі верховенства квантової теорії. Очікувалося, що на її основі буде побудовано теорію квантової гравітації.

Декілька цитат з Вікіпедії: Теорія струн полягає в гіпотезі у тому, що це елементарні частинки та його фундаментальні взаємодії виникають у результаті коливань і взаємодій ультрамікроскопічних квантових струн на масштабах порядку планківської довжини 10 -35 м. Цей підхід, з одного боку, дозволяє уникнути таких труднощів квантової теорії поля, як перенормування, а з іншого боку, призводить до більш глибокого погляду на структуру матерії та простору-часу.

Незважаючи на математичну строгість і цілісність теорії, доки знайдено варіанти експериментального підтвердження теорії струн. Теорія, що виникла для опису адронної фізики, але не цілком підійшла для цього, опинилася в свого роду експериментальному вакуумі опису всіх взаємодій.

Одна з основних проблем при спробі описати процедуру редукції струнних теорій з розмірності 26 або 10 низькоенергетичну фізику розмірності 4 полягає в велику кількістьваріантів компактифікацій додаткових вимірівна різноманіття Калабі – Яу та на орбіфолди, які, ймовірно, є приватними граничними випадками просторів Калабі – Яу. Велике число можливих рішеньз кінця 1970-х і початку 1980-х років створило проблему, відому під назвою "проблема ландшафту", у зв'язку з чим, деякі вчені сумніваються, чи заслуговує теорія струн статусу наукової.

А тепер уточнення:

• Електромагнітні поля елементарних частинок не виникають у результаті коливань ультрамікроскопічних квантових струн, які взаємодії є продуктом взаємодії цих струн.
• Основна труднощі квантової "теорії" полягає у відсутності в природі переносників, вигаданих їй взаємодій, та ігноруванні віртуальними частинками фундаментального законуПрирода - закон збереження енергії. Щодо перенормування, то одна її необхідність вказує на помилковість такої "теорії". Взяли та переписали результат дії законів природи – і це видається за науку.
• Адронної фізики у природі немає, оскільки у природі немає адронів. У природі немає кварків з глюонами, а є просто елементарні частинки, і фундаментальних взаємодій всього два.
• Простір з розмірністю 26 або 10 - а чому не 25 або 11. Маніпулюючи розмірністю простору, можна побудувати скільки завгодно "теорій", але КАЗКОВИХ. А введення в струнних теоріях багатовимірних об'єктів - це точно зі світу математичних КАЗОК.
• До теорій відносності у фізики теж є питання: спеціальна теорія відносності (СТО) всередині елементарних частинок не працює, а гравітаційне поле для загальної теоріївідносності (ОТО) ніщо не створює, крім казкових "чорних дірок", "створюваних" цим самим полем і тим самим суперечать принципу причинності. - Елементарні частинки створюють суперпозицію векторних гравітаційних полів, а не абстрактне математичне гравітаційне поле для ОТО.
• Ну а квантову "теорію гравітації" вже будувати не потрібно - розроблено НАУКОВУ ТЕОРІЮ ГРАВІТАЦІЇ ЕЛЕМЕНТАРНИХ ЧАСТОК, з яких складається речовина Всесвіту. Та й гравітонів у природі НІ.
• Передбачувані струнними "теоріями" тахіони - частинки, що рухаються зі швидкістю, що перевищує швидкість світла у вакуумі, та суперечать принципупричинності, існують лише у таких " теоріях " та й у уяві їх авторів і прибічників.
• Передбачена струнними "теоріями" багатовимірність Всесвіту суперечить експериментальним даним. Фізика встановила наявність трьох просторових вимірів, а Альберт Ейнштейн до них у спеціальній теорії відносності (що працює не скрізь) додав четвертий уявний вимір - час. Всі інші виміри Всесвіту є продуктом уяви деяких "теоретиків", що ставлять свої бажання вище законів природи.

Прихильники теорії струн, порівнюючи її зі Стандартною моделлю елементарних частинок і агітуючи за теорію струн, заявляють, що Стандартна модель має 19 вільних параметрів, для припасування під експериментальні дані, а теорія струн їх не має.

Вони дещо упускають. Коли Стандартна модель елементарних частинок ще називалася кварковою моделлю, їй вистачало лише 3 кварки. Але в міру розвитку Стандартної моделі потрібно збільшити кількість кварків до 6-ти (нижній, верхній, дивний, зачарований, чарівний, істинний), а кожен гіпотетичний кварк ще й наділити трьома кольорами (r, g, b) – отримуємо 6×3 = 18 гіпотетичних частинок. До них ще довелося додати 8 глюонів. - Модель розрослася для припасування під нові експериментальні дані. Але введення квітів у казкових кварків виявилося замало і дехто вже заговорив про складній будовікварків. Інші прихильники стандартної моделі заявляють, що кварки є формою польової матерії.

Аналогічна доля чекає і на "теорію" струн. Спочатку її прихильники розповідають математичні казки, видаючи їх за найвище досягнення науки, а більшість людства тупо цьому вірить. Нову математичну квантову казку, видаючи її за останнє словофізики, які вже викладають студентам, які наївно вважають, що вони отримують «справжні знання». За нову казкустануть отримувати «наукові» звання та Нобелівські преміїз «фізики», як це було вже з математичною казкою про «Бозон Хіггса». Нова квантова казка буде розвиватися, розростатися, і будуть потрібні параметри для припасування під нові експериментальні дані. А коли ця математична казка також зайде в ТУПІК і ЗБАНКРОТИТЬСЯ - вигадають нову казочку. А всього-то відбулася підміна старої збанкрутілої квантової математичної казки, яка вже не може керувати розумами людей, на нову аналогічну казку. – Одну ХІМЕРУ підмінили на іншу ХІМЕРУ. Людство отримало таку «науку», якою вона гідна. Ось тільки ФІЗИЦІ це літературна творчість БЕЗ ПОДОБИ.

Кожен школяр, який вивчав геометрію та механіку, знає, що кількість вимірювань простору дорівнює трьом. До них Ейнштейн, як четвертий уявний вимір у рамках дії спеціальної теорії відносності, додав час. Інших вимірів у навколишнього простору НІ. Що ж до простору загальної теорії відносності, воно існує лише у віртуальному світі цієї теорії, як і віртуальний простір спеціальної теорії відносності, може використовуватися там, де ця теорія ПРАЦЮЄ.

Дорослі дядьки з "науковими" ступенями виявляють біля простору у 3-9 разів більше вимірівЧим є насправді, напевно міцно забувши те, чого їх навчали у школі. Виходить, що з природи у простору є одна розмірність, а прибічників теорії струн – інша, значно більша. Вони є богами, що можуть собі створювати власний простір під свої "теоретичні" побудови. Ну а якщо вони не боги, то тоді просто казочники від науки, які рятують від неминучого банкрутства Квантову псевдо-теорію. Бажання всіма силами втриматися в «науці» зрозуміло, але може, буде чесніше і розумніше, попрощатися з цією збіркою математичних КАЗОК, і відправити її в архів історії розвитку фізики, як минуле ПОМИЛКА, а самим сісти за парту разом зі студентами і перевчитися Нової ФІЗ , що дуже гидко. Пам'ятайте казку про голого короля і чим вона закінчилася для короля – Вам сучасна дійсність нічого не нагадує?

Підіб'ємо підсумок: за розумними словамиі понад складною математикою"теорії струн" ховається псевдонаукова математична КАЗКА, побудована на фальшивому фундаменті.

10 Елементарна частка - різне

Прихильники квантової теорії впевнені, що в експериментах розсіяння спостерігаються сліди кварків у протоні. - Але це одне із можливих пояснень.

Візьмемо число гіпотетичних кварків в адроні і розділимо його на два - вийде головне квантове число ( L) елементарних частинок у польовій теорії. І це не просто збіг. Справа в наступному: оскільки всередині елементарних частинок обертається змінне електромагнітне поле – у них будуть стоячі хвилі (це описано у хвильових теоріях). А в стоячих хвилях є ділянки з максимальною інтенсивністю (пучності), але також точки, в яких інтенсивність завжди дорівнює нулю (вузли). Якщо розглядати стоячу хвилю з погляду щільності маси, її математично можна умовно розбити на кілька рівних частин(Рівно числу пучностей) - і це виявляється рівним числугіпотетичних кварків у адронах.

Звідси випливає ще одне пояснення експериментів: В експериментах з розсіювання спостерігаються стоячі хвилі змінного електромагнітного поля всередині елементарних частинок. Цим і пояснюється неможливість їхнього розбиття на окремі ділянки - електромагнітне поле безперервно і не розсипається на уламки, а перетворюється за законами природи.

11 Нова фізика: Елементарна частка - підсумок

Я не став розглядати всі теорії та теоретичні побудовищодо елементарних частинок. Залишилися нерозглянутими:

• деякі наукові теорії(Хвильова теорія будови елементарних частинок), які краще подивитися на сайтах авторів,
• теоретичні побудови, що не відповідають природі квантової теорії (теорії суперструн, М-теорія та ін.), що завели фізику в квантовий ТУПІК своїми математичними КАЗКАМИ,
• псевдонаукові муляжі, що імітують науку (такі, як Теорія нескінченної вкладеності матерії), за абстрактними ідеями, розумними словами і часто складною математикою, що приховують убогу фізику.

"Наукова" плодючість деяких авторів математичних казок і муляжів дуже висока, а витрачати час на їх розбір літературної творчості, що видається за наукове - БЕЗПОВІДНО. І взагалі, публікація у виданні, яке заробляє на науці, не є доказом, що перед нами НАУКОВА ПРАЦЯ. Публікують ті, хто має на це гроші - капіталізм у дії.

У польової теорії елементарних частинок немає принципових розбіжностей з хвильовими теоріямиелементарних частинок, оскільки її можна розглядати як подальший розвитокхвильового напряму у фізиці. Якби свого часу у хвильового напрямку вистачило сил протистояти встановленню монополії на істину з боку квантової теорії та стандартної моделі елементарних частинок зараз у підручниках фізики було б написано зовсім інше.

У 20 столітті покладалися великі надіїна "квантову теорію" і "Стандартну модель елементарних частинок", остання оголошувалась чи не вищим досягненням науки, що нарешті відкрили всі елементарні частинки, що перебувають у стандартній моделі. Але виявляється, природа влаштована інакше, ніж стверджували ці збірки математичних казок. Кварки і глюони так і не були знайдені ні в природі, ні на прискорювачах, ні за якої енергії - а без цих цеглинок з фундаменту стандартна модель елементарних частинок лише КАЗКА. Також у природі не було знайдено переносників взаємодій, постульованих квантовою теорією, та й число фундаментальних взаємодій виявилося значно меншим – поховавши квантову "теорію". Ну а казочка про віртуальні частки, вигадана, щоб заповнити відсутність у природі казкових переносників казкових взаємодій квантової "теорії", тепер теж впала. Закон збереження енергії, такий нелюбимий квантовою "теорією" та її "Стандартною" моделлю елементарних частинок, діяв у природі до появи цих збірок математичних казок, і продовжує діяти після їхньої неминучої смерті.

Гримнув 21 століття і фізика змінилася. Тепер Польова теорія елементарних частинок описує мікросвіт виходячи з реально існуючих у природі полів, залишаючись у рамках, що діють у природі законів – як і має бути в науці. Вона стала одним із найбільших відкриттів Нової фізики 21 століттяі найбільшим відкриттям теоретичної фізикипочатку 21 століття, з'явилася успішним завершеннямчастини робіт над створенням Теорії поля, що тривали понад 100 років, що призвели до побудови Наукової картиниМікросвіту. Як виявилося, Мікросвіт – це світ дипольних електромагнітних полів, про існування яких фізика 20 століття і не підозрювала. До цього додалася теорія гравітації елементарних частинок електромагнітну природугравітації та поховала купку математичних казок 20 століття ("теорій" гравітації, "супер-гравітації", казку про "бозон Хіггса"), у тому числі і казку про "Чорні діри". Дослідження в галузі електронних нейтрино знайшли:

• Основний природне джерелоенергії землетрусів, вулканічної діяльності, тектонічної діяльності, геотермальної діяльності, теплового потоку, що виходить із надр Землі,
• природні джерела так званого "реліктового випромінювання",
• ще один природний механізмчервоного зміщення,
• поховали математичну казкупро "Великий вибух".

Нас чекає ще багато захоплюючого та цікавого, але не шукайте цього у світовій Вікіпедії.

Володимир Горунович