Лекция - Тема 3
O Основни понятия
Фундаментални частици - според съвременните концепции, нямат
вътрешна структура и краен размер (напр. кварки, лептони)
Частици и античастици
Класификация на елементарните частици:
- за участие във взаимодействия: лептони, адрони
- по отношение на живота: стабилни (протон, електрон, неутрино), нестабилни (свободен неутрон) и резонанси (нестабилни краткотрайни)
Взаимни трансформации на елементарни частици (разпадане, създаване на нови частици при сблъсъци, унищожаване)
Възможността за всякакви реакции на елементарни частици, които не нарушават законите за запазване (енергия, заряд и т.н.)
Веществото като набор от корпускулярни структури (кварки - нуклони - атомни ядра - атоми с техните електронни обвивки)
Размери и маса на ядрото в сравнение с атом
Микрокосмос - светът на атомите и елементарните частици
Микросвят - светът на изключително малките, които не се наблюдават директно микрообекти, чието пространствено измерение се изчислява от 10-8 до 10-16 см, а животът - от безкрайността до 10-24 сек. В сферата на експериментално изследвания свят физиците фиксират размерите от порядъка на 10–16 cm (хиляда пъти по-малки от размерите на атомните ядра). Микрокосмосът се откроява като обект на квантовата механика, включително релативистки, като се вземат предвид както квантуването, така и относителността (относителността) на процесите в микрокосмоса, техните структурни, пространствено-времеви и енергийни характеристики.
От древни времена човек се опитва да научи основния принцип на света, този, от който всичко се състои. Преди това атомите се смятаха за такава основа. Тогава се оказа, че атомите и дори атомните ядра са делими.
Първо беше отворен електрон. Характеристиките му са определени през 1897 г. от J.J.Tomson. Установено е, че водородният йон, който Ръдърфорд е кръстил през 1914г. протон, е елементарен носител на положителен заряд. През 1920 г. Ръдърфорд предсказва съществуването на неутрон, който е открит през 1932 г. През същата година е открит позитрон.
Елементарни (субядрени) частици наречете такива частици, които не могат да бъдат разделени на съставните им части. Те се класифицират на стабилни и нестабилни. Всички елементарни частици имат следните основни характеристики:
1. частиците, докато съществуват, са непроменени.
2. частиците от един и същи вид са абсолютно еднакви, неразличими;
3. частиците могат да се раждат и изчезват.
Според стандартен модел цялата материя (включително светлината) се състои от 12 основни елементарни частици и 12 частици, които носят взаимодействия. Това число включва кварки (от които са създадени протони и неутрони), електрони, фотони и други елементарни частици.
Всички елементарни частици имат дуализъм на вълнови частици: от една страна, частиците са единични, неделими обекти, от друга страна, те в известен смисъл са "размазани" в пространството. При определени условия такова „размазване“ може дори да придобие макроскопични размери. Квантовата механика описва частица с помощта на т.нар вълнова функция, което определя не точно къде се намира частицата, а къде би могло да бъде и с каква вероятност. По този начин поведението на частиците е фундаментално вероятностно: поради вероятностното „размазване“ на частица в пространството не можем да определим с абсолютна сигурност нейното местоположение (принцип на несигурност). Но в макрокосмоса дуализмът е незначителен.
Причините, поради които има точно такъв набор от частици, причините за наличието на маса в някои от тях и редица други параметри все още са неизвестни. Физиката е изправена пред задачата да изгради теория, в която свойствата на частиците да следват от свойствата на вакуума.
Към днешна дата са открити няколкостотин елементарни частици. Естествено, толкова голям брой елементарни частици се нуждае от специфична класификация.
Всички елементарни частици се характеризират със следното параметри, като маса за почивка (фотон, движещ се със светлинна скорост, има нулева маса на покой, електронът е най-лекият с ненулева маса на покой, протоните и неутроните са 2000 пъти, а Z-частицата е 200000 пъти по-тежка от електрон), електрически заряд (той винаги е кратен на електронния заряд, равен на –1, или изобщо липсва), въртене (ъгловият момент на частицата, бозоните имат цяло число завъртания - 0, 1, 2 и полуцели числа за фермиони - например ½), и живот (стабилен - електрон, протон, фотон и неутрино и нестабилен, с живот от 15 минути до трилионни или по-малко от секундата).