Количества в PVP и мерните им единици • Физика на елементарните частици • LHC върху "Елементи"
Във физиката на частиците се изучават атомни ядра и дори по-малки частици. Удобно е да се изразят размерите им в фемтометри (fm): 1 fm = 10 -15 m. Тази единица също се нарича ферми: 1 ферми = 10-15 m = 1 fm.
Фемтометърът е милион пъти по-малък от нанометър, типичният размер на молекулите. Размерът на протон или неутрон е само около 1 fm. Има съставни частици, които са дори по-малки; например, месион нагоре, състоящ се от двойка b - анти-b кварк - антикварк, има размер около 0,2 fm. Други частици (наречени фундаментални), като кварки, електрони, неутрино и др., Все още се считат за точковидни; ако имат вътрешна структура, тогава тази структура ще се прояви при размери, по-малки от една хилядна от фемтометър.
За разлика от разстоянията, характерните времена, използвани за описване на трансформациите на елементарни частици, могат да бъдат много различни.
За протон-протонни сблъсъци, като основна единица време, може да се вземе времето, през което частица с близка скорост на светлината изминава разстояние, равно на размера на протон - това е около 3 · 10 –24 s. Тази единица може да се нарече типична адронен времеви мащаб. За сравнение, това е около милиард пъти по-малко от периода на трептене на светлинната вълна.
Когато два протона се сблъскат в сблъсък, през този период от време се ражда високоенергиен съсирек от материя, който се разпада на крайни частици. Родените частици обаче могат да живеят много по-дълго. Например, адроните, разпадащи се поради слабо взаимодействие, живеят в продължение на пикосекунди, наносекунди и понякога дори по-дълго. Рекордьор тук е неутронът, чийто живот в свободно състояние е около 15 минути. Сравнително дългият живот на тези частици се дължи на факта, че те се разпадат не поради силно, а поради слабо или електромагнитно взаимодействие. Такива частици имат време да летят на големи разстояния преди разпадане - милиметри, метри и повече; тези метастабилни частици се регистрират директно в детектора. Частиците, които се разлагат поради силни взаимодействия (така наречените адронни резонанси), живеят в адронен времеви мащаб. Такива частици не достигат до детектора и те се изследват следвайки следите от разпадането им.
Енергиите на елементарните частици се измерват в електрон волта (eV) и кратни. По дефиниция 1 eV е енергията, която електронът ще придобие в електрическо поле, когато премине потенциална разлика от 1 волта; 1 eV е приблизително равно на 1,6 · 10 –19 J. Електрон волтът е удобен за описване на атомни и оптични процеси. Например газовите молекули при стайна температура имат кинетична енергия от около 1/40 електрон волта. Светлинните кванти - фотони - в оптичния диапазон имат енергия от около 2 eV.
Явленията, които се случват в ядрата и елементарните частици, са придружени от много повечеотносноповече енергийни промени. Мегаелектронволти (MeV, 10 6 eV), гигаелектронволта (GeV, 10 9 eV) и дори тераелектронволта (TeV, 10 12 eV). Например протоните и неутроните се движат вътре в ядрата с кинетична енергия от няколко десетки MeV. Енергията на протон-протонни или електрон-протонни сблъсъци, при които вътрешната структура на протона става забележима, е няколко GeV. За да се родят най-тежките частици, познати досега, топ кварки, е необходимо да се сблъскат протони с енергии от около 1 TeV.
Може да се установи съответствие между скалата на разстоянието и енергийната скала. За целта можете да вземете фотон с дължина на вълната L и да изчислите енергията му: E = c · h/L. Тук c е скоростта на светлината, а h е константата на Планк, основна квантова константа, равна на около 6,62 · 10 –34 J · s. Тази връзка може да се използва не само за фотон, но и по-широко, когато се изчислява енергията, необходима за изследване на материята по скала L. В "микроскопични" мерни единици 1 GeV съответства на размер от около 1,2 fm.