химический каталог




ЭЛЕМЕНТАРНЫЕ ЧАСТИЦЫ

Автор Химическая энциклопедия г.р. Н.С.Зефиров

ЭЛЕМЕНТАРНЫЕ ЧАСТИЦЫ, в узком смысле - частицы, которые нельзя считать Состоящими из других частиц. В современной физике термин "Э. ч." используют в более широком смысле: так называют мельчайшие частицы материи, подчиненные условию, что они не являются атомными ядрами и атомами (исключение составляет протон); иногда по этой причине ЭЛЕМЕНТАРНЫЕ ЧАСТИЦЫ ч. называют субъядерными частицами. Большая часть таких частиц (а их известно более 350) являются составными системами.
ЭЛЕМЕНТАРНЫЕ ЧАСТИЦЫ ч. участвуют в электромагнитном, слабом, сильном и гравитационном взаимодействиях. Из-за малых масс ЭЛЕМЕНТАРНЫЕ ЧАСТИЦЫ ч. их гравитационное взаимодействие обычно не учитывается. Все ЭЛЕМЕНТАРНЫЕ ЧАСТИЦЫ ч. разделяют на три основные группы. Первую составляют так называемой бозоны- переносчики электрослабого взаимодействия. Сюда относится фотон, или квант электромагнитного излучения. Масса покоя фотона равна нулю, поэтому скорость распространения электромагнитных волн в вакууме (в том числе световых волн) представляет собой предельную скорость распространения физических воздействия и является одной из фундам. физических постоянных; принято, что с = (299792458 1,2) м/с.
Вторая группа ЭЛЕМЕНТАРНЫЕ ЧАСТИЦЫ ч.- лептоны, участвующие в электромагнитных и слабых взаимодействиях. Известно 6 лептонов: электрон, электронное нейтрино, мюон, мюонное нейтрино, тяжелый-лептон и соответствующее нейтрино. Электрон (символ е) считается материальным носителем наименьшей массы в природе mс, равной 9,1 x 10-28 г (в энергетич. единицах 0,511 МэВ) и наименьшего отрицат. электрич. заряда е = 1,6 x 10-19 Кл. Мюоны (символ) - частицы с массой около 207 масс электрона (105,7 МэВ) и электрич. зарядом, равным заряду электрона; тяжелый-лептон имеет массу около 1,8 ГэВ. Соответствующие этим частицам три типа нейтрино - электронное (символ vc), мюонное (символ) и-нейтрино (символ) - легкие (возможно, безмассовые) электрически нейтральные частицы.
Все лептоны имеют спин( - постоянная Планка), т. е. по статистич. свойствам являются фермионами (см. Статистическая термодинамика).
Каждому из лептонов соответствует античастица, имеющая те же значения массы, спина и др. характеристик, но отличающаяся знаком электрич. заряда. Существуют позитрон (символ е+) - античастица по отношению к электрону, положительно заряженный мюон (символ) и три типа антинейтрино (символ ), к-рым приписывают противоположный знак особого квантового числа, называют лептонным зарядом (см. ниже).
Третья группа ЭЛЕМЕНТАРНЫЕ ЧАСТИЦЫ ч,- адроны, они участвуют в сильном, слабом и электромагнитном взаимодействиях. Адроны представляют собой "тяжелые" частицы с массой, значительно превышающей массу электрона. Это наиболее многочисленная группа ЭЛЕМЕНТАРНЫЕ ЧАСТИЦЫ ч. Адроны делятся на барионы - частицы со спином мезоны - частицы с целочисленным спином (О или 1); а также так называемой резонансы - короткоживущие возбужденные состояния адронов. К барионам относят протон (символ р) - ядро атома водорода с массой, в ~ 1836 раз превышающей mс и равной 1,672648 x 10-24 г (938,3 МэВ), и положит. электрич. зарядом, равным заряду электрона, а также нейтрон (символ n) - электрически нейтральная частица, масса которой немного превышает массу протона. Из протонов и нейтронов построены все ядра атомные, именно сильное взаимодействие обусловливает связь этих частиц между собой. В сильном взаимодействии протон и нейтрон имеют одинаковые свойства и рассматриваются как два квантовых состояния одной частицы - нуклона с изотопич. спином(см. ниже). Барионы включают и гипероны - ЭЛЕМЕНТАРНЫЕ ЧАСТИЦЫ ч. с массой больше нуклонной:-гиперон имеет массу 1116 МэВ,-гиперон- 1190 МэВ,-гиперон -1320 МэВ,-гиперон- 1670 МэВ. Мезоны имеют массы, промежуточные между массами протона и электрона (-мезон, K-мезон). Существуют мезоны нейтральные и заряженные (с положит. и отрицат. элементарным электрич. зарядом). Все мезоны по своим сгатистич. свойствам относятся к бозонам.

Основные свойства ЭЛЕМЕНТАРНЫЕ ЧАСТИЦЫч. Каждая ЭЛЕМЕНТАРНЫЕ ЧАСТИЦЫ ч. описывается набором дискретных значений физических величин (квантовых чисел). Общие характеристики всех ЭЛЕМЕНТАРНЫЕ ЧАСТИЦЫ ч. - масса, время жизни, спин, электрич. заряд.
В зависимости от времени жизни ЭЛЕМЕНТАРНЫЕ ЧАСТИЦЫ ч. делятся на стабильные, квазистабильные и нестабильные (резонансы). Стабильными (в пределах точности современной измерений) являются: электрон (время жизни более 5 -1021 лет), протон (более 1031 лет), фотон и нейтрино. К квазистабильным относятся частицы, распадающиеся вследствие электромагнитного и слабого взаимодействия, их времена жизни более 10-20 с. Резонансы распадаются за счет сильного взаимодействия, их характерные времена жизни 10-22-10-24 с.
Внутренними характеристиками (квантовыми числами) ЭЛЕМЕНТАРНЫЕ ЧАСТИЦЫ ч. являются лептонный (символ L) и барионный (символ В)заряды; эти числа считаются строго сохраняющимися величинами для всех типов фундам. взаимодействие Для лептонных нейтрино и их античастиц L имеют противоположные знаки; для барионов В = 1, для соответствующих античастиц В = -1.
Для адронов характерно наличие особых квантовых чисел: "странности", "очарования", "красоты". Обычные (нестранные) адроны - протон, нейтрон,-мезоны. Внутри разных групп адронов имеются семейства частиц, близких по массе и со сходными свойствами по отношению к сильному взаимодействие, но с различные значениями электрич. заряда; простейший пример -протон и нейтрон. Общее квантовое число для таких ЭЛЕМЕНТАРНЫЕ ЧАСТИЦЫ ч.-так называемой изотопич. спин, принимающий, как и обычный спин, целые и полуцелые значения. К особым характеристикам адронов относится и внутренняя четность, принимающая значения1.
Важное свойство ЭЛЕМЕНТАРНЫЕ ЧАСТИЦЫ ч.- их способность к взаимопревращениям в результате электромагнитных или др. взаимодействий. Один из видов взаимопревращений - так называемой рождение пары, или образование одновременно частицы и античастицы (в общем случае - образование пары ЭЛЕМЕНТАРНЫЕ ЧАСТИЦЫ ч. с противоположными лептонными или барионными зарядами). Возможны процессы рождения электрон-позитронных пар е-е+, мюонных пар новых тяжелых частиц при столкновениях лептонов, образование из кварков cc- и bb-состояний (см. ниже). Другой вид взаимопревращений ЭЛЕМЕНТАРНЫЕ ЧАСТИЦЫ ч.- аннигиляция пары при столкновениях частиц с образованием конечного числа фотонов (квантов). Обычно образуются 2 фотона при нулевом суммарном спине сталкивающихся частиц и 3 фотона - при суммарном спине, равном 1 (проявление закона сохранения зарядовой четности).
При определенных условиях, в частности при невысокой скорости сталкивающихся частиц, возможно образование связанной системы - позитрония е-е+ и мюония Эти нестабильные системы, часто называют водородоподобными атомами, их время жизни в веществе в большой степени зависит от свойств вещества, что позволяет использовать водородоподобные атомы для изучения структуры конденсир. вещества и кинетики быстрых химический реакций (см. Мезонная химия, Ядерная химия).

Кварковая модель адронов. Детальное рассмотрение квантовых чисел адронов с целью их классификации позволило сделать вывод о том, что странные адроны и обычные адроны в совокупности образуют объединения частиц с близкими свойствами, названные унитарными мультиплетами. Числа входящих в них частиц равны 8 (октет) и 10 (декуплет). Частицы, входящие в состав унитарного мультиплета, имеют одинаковые спин и внутр. четность, но различаются значениями электрич. заряда (частицы изотопич. мультиплета) и странности. С унитарными группами связаны свойства симметрии, их обнаружение явилось основой для вывода о существовании особых структурных единиц, из которых построены адроны,-кварков. Считают, что адроны представляют собой комбинации 3 фундам. частиц со спином 1/2: и-кварков, d-кварков и s-кварков. Так, мезоны составлены из кварка и антикварка, барионы - из 3 кварков.
Допущение, что адроны составлены из 3 кварков, было сделано в 1964 (Дж. Цвейг и независимо от него М. Гелл-Ман). В дальнейшем в модель строения адронов (в частности, для того чтобы не возникало противоречия с принципом Паули) были включены еще 2 кварка - "очарованный" (с) и "красивый" (b), а также введены особые характеристики кварков - "аромат" и "цвет". Кварки, выступающие как составные части адронов, в свободном состоянии не наблюдались. Все многообразие адронов обусловлено различные сочетаниями и-, d-, s-, с- и b-кварков, образующих связные состояния. Обычным адронам (протону, нейтрону,-мезонам) соответствуют связные состояния, построенные из и- и d-кварков. Наличие в адроне наряду с и- и d-кварками одного s-, с- или b-кварка означает, что соответствующий адрон - "странный", "очарованный" или "красивый".
Кварковая модель строения адронов подтвердилась в результате экспериментов, проведенных в кон. 60-х - нач.
70-х гг. 20 в. Кварки фактически стали рассматриваться как новые ЭЛЕМЕНТАРНЫЕ ЧАСТИЦЫ ч.- истинно ЭЛЕМЕНТАРНЫЕ ЧАСТИЦЫ ч. для адронной формы материи. Ненаблюдаемость свободных кварков, по-видимому, носит принципиальный характер и дает основания предполагать, что они являются теми ЭЛЕМЕНТАРНЫЕ ЧАСТИЦЫ ч., которые замыкают цепь структурных составляющих вещества. Существуют теоретич. и эксперим. доводы в пользу того, что силы, действующие между кварками, не ослабевают с расстоянием, т. е. для отделения кварков друг от друга требуется бесконечно большая энергия или, иначе говоря, возникновение кварков в свободном состоянии невозможно. Это делает их совершенно новым типом структурных единиц вещества. Возможно, что кварки выступают как последняя ступень дробления материи.

Краткие исторические сведения. Первой открытой ЭЛЕМЕНТАРНЫЕ ЧАСТИЦЫ ч. был электрон - носитель отрицат. электрич. заряда в атомах (Дж. Дж. Томсон, 1897). В 1919 ЭЛЕМЕНТАРНЫЕ ЧАСТИЦЫ Резерфорд обнаружил среди частиц, выбитых из атомных ядер, протоны. Нейтроны открыты в 1932 Дж. Чедвиком. В 1905 А. Эйнштейн постулировал, что электромагнитное излучение является потоком отд. квантов (фотонов) и на этой основе объяснил закономерности фотоэффекта. Существование нейтрино как особой ЭЛЕМЕНТАРНЫЕ ЧАСТИЦЫ ч. впервые предложил В. Паули (1930); экспериментально электронное нейтрино открыто в 1953 (Ф. Райнес, К. Коуэн).
При исследовании космич. лучей были обнаружены: позитрон (К. Андерсон, 1932), мюоны обоих знаков электрич. заряда (К. Андерсон и С. Неддермейер, 1936), и К-мезоны (группа С. Пауэлла, 1947; существование подобных частиц было предположено X. Юкавой в 1935). В кон. 40-х - нач. 50-х гг. были обнаружены "странные" частицы. Первые частицы этой группы - К+- и К--мезоны, Л-гипероны - были зафиксированы также в космич. лучах.
С нач. 50-х гг. ускорители превратились в основные инструмент исследования ЭЛЕМЕНТАРНЫЕ ЧАСТИЦЫ ч. Были открыты антипротон (1955), антинейтрон (1956), анти--гиперон (1960), а в 1964 - самый тяжелый W -гиперон. В 1960-х гг. на ускорителях обнаружили большое число крайне неустойчивых резонансов. В 1962 выяснилось, что существуют два разных нейтрино: электронное и мюонное. В 1974 обнаружены массивные (в 3-4 протонные массы) и в то же время относительно устойчивые (по сравнению с обычными резонансами) частицы, которые оказались тесно связанными с новым семейством ЭЛЕМЕНТАРНЫЕ ЧАСТИЦЫ ч.- "очарованных", их первые представители открыты в 1976. В 1975 обнаружен тяжелый аналог электрона и мюона --лептон, в 1977 - частицы с массой порядка десяти протонных масс, в 1981 - "красивые" частицы. В 1983 открыты самые тяжелые из известных ЭЛЕМЕНТАРНЫЕ ЧАСТИЦЫ ч.- бозоны (масса80 ГэВ) и Z° (91 ГэВ).
Т. обр., за годы, прошедшие после открытия электрона, выявлено огромное число разнообразных микрочастиц. Мир ЭЛЕМЕНТАРНЫЕ ЧАСТИЦЫ ч. оказался сложно устроенным, а их свойства во многих отношениях неожиданными.

Литература: Коккедэ Я., Теория кварков, [пер. с англ.], М., 1971; Марков М. А., О природе материи, М., 1976; Окунь Л.Б., Лептоны и кварки, 2 изд., М., 1990.

Химическая энциклопедия. Том 5 >> К списку статей


[каталог]  [статьи]  [доска объявлений]    [обратная связь]

 

 

Реклама
декоративная фасадная штукатурка цена
http://dveripandora.ru/catalog/mezhkomnatnye-dveri/volkhovets/modum/volkhovets-4023/
детские кровати от 3 лет из массива дерева
http://taxi-stolica.ru/nashi_avtomobili/mikroavtobusi/mikroavtobus_15_18_mest/

Рекомендуемые книги

Введение в химию окружающей среды.

Книга известных английских ученых раскрывает основные принципы химии окружающей среды и их действие в локальных и глобальных масштабах. Важный аспект книги заключается в раскрытии механизма действия природных геохимических процессов в разных масштабах времени и влияния на них человеческой деятельности. Показываются химический состав, происхождение и эволюция земной коры, океанов и атмосферы. Детально рассматриваются процессы выветривания и их влияние на химический состав осадочных образований, почв и поверхностных вод на континентах. Для студентов и преподавателей факультетов биологии, географии и химии университетов и преподавателей средних школ, а также для широкого круга читателей.

Химия и технология редких и рассеянных элементов.

Книга представляет собой учебное пособие по специальным курсам для студентов химико-технологических вузов. В первой части изложены основы химии и технологии лития, рубидия, цезия, бериллия, галлия, индия, таллия. Во второй части книги изложены основы химии и технологии скандия, натрия, лантана, лантаноидов, германия, титана, циркония, гафния. В третьей части книги изложены основы химии и технологии ванадия, ниобия, тантала, селена, теллура, молибдена, вольфрама, рения. Наибольшее внимание уделено свойствам соединений элементов, имеющих значение в технологии. В технологии каждого элемента описаны важнейшие области применения, характеристика рудного сырья и его обогащение, получение соединений из концентратов и отходов производства, современные методы разделения и очистки элементов. Пособие составлено по материалам, опубликованным из советской и зарубежной печати по 1972 год включительно.

 

 



Рейтинг@Mail.ru Rambler's Top100

Copyright © 2001-2012
(24.06.2017)