անվանական մասնիկ. b-մասնիկ բառի նշանակությունը բժշկական տերմիններով A b մասնիկ

Նրանք տասնամյակներ շարունակ փորձում էին գտնել Հիգսի բոզոնը, բայց մինչ այժմ անհաջող: Մինչդեռ առանց դրա՝ առանցքային դրույթները ժամանակակից տեսությունմիկրոտիեզերքները կախված են օդում:

Մասնիկների ուսումնասիրությունը սկսվել է ոչ այնքան վաղուց: 1897 թվականին Ջոզեֆ Ջոն Թոմսոնը հայտնաբերեց էլեկտրոնը, իսկ 20 տարի անց Էռնեստ Ռադերֆորդն ապացուցեց, որ ջրածնի միջուկները այլ տարրերի միջուկների մաս են կազմում, իսկ ավելի ուշ դրանք անվանեց պրոտոններ։ 1930-ական թվականներին հայտնաբերվեցին նեյտրոնը, մյուոնը և պոզիտրոնը և կանխատեսվեց նեյտրինոյի գոյությունը։ Միևնույն ժամանակ, Հիդեկի Յուկավան կառուցեց միջուկային ուժերի տեսություն, որոնք կրում են հիպոթետիկ մասնիկներ, որոնք հարյուրավոր անգամ ավելի ծանր են, քան էլեկտրոնը, բայց շատ ավելի թեթև, քան պրոտոնը (մեզոններ): 1947թ.-ին տիեզերական ճառագայթների ազդեցության տակ գտնվող լուսանկարչական թիթեղների վրա հայտնաբերվել են pi meson (պիոն) քայքայման հետքեր: Հետագայում հայտնաբերվեցին այլ մեզոններ, որոնցից մի քանիսն ավելի ծանր են, քան ոչ միայն պրոտոնը, այլև հելիումի միջուկը։ Ֆիզիկոսները հայտնաբերել են նաև բազմաթիվ բարիոններ՝ պրոտոնի և նեյտրոնի ծանր և, հետևաբար, անկայուն հարազատներ: Ժամանակին այս բոլոր մասնիկները կոչվում էին տարրական, բայց նման տերմինաբանությունը վաղուց հնացել է: Այժմ տարրական են համարվում միայն ոչ կոմպոզիտային մասնիկները՝ ֆերմիոնները (կես սպինով՝ լեպտոններ և քվարկներ) և բոզոնները (ամբողջական սպինով՝ հիմնարար փոխազդեցությունների կրողներ)։

Ստանդարտ մոդելի տարրական մասնիկներ

Ֆերմիոնների խումբը (կես ամբողջ սպինով) բաղկացած է այսպես կոչված երեք սերնդի լեպտոններից և քվարկներից։ Լիցքավորված լեպտոններն են էլեկտրոնը և նրա զանգվածային նմանակները՝ մյուոնը և տաու մասնիկը (և դրանց հակամասնիկները)։ Յուրաքանչյուր լեպտոն ունի չեզոք գործընկեր՝ ի դեմս նեյտրինոյի երեք տեսակներից մեկի (նաև հակամասնիկներով): Բոզոնների ընտանիքը, որի սպինը 1 է, մասնիկներ են, որոնք փոխազդում են քվարկների և լեպտոնների միջև։ Նրանցից ոմանք չունեն զանգված և էլեկտրական լիցք. սրանք գլյուոններ են, որոնք ապահովում են ինտերքվարկային կապեր մեզոններում և բարիոններում, և ֆոտոններ, էլեկտրամագնիսական դաշտի քվանտաներ: Թույլ փոխազդեցությունները, որոնք դրսևորվում են բետա քայքայման գործընթացներում, ապահովում են զանգվածային մասնիկների եռյակը՝ երկու լիցքավորված և մեկ չեզոք:

Տարրական և բարդ մասնիկների առանձին անվանումները սովորաբար չեն կապվում կոնկրետ գիտնականների անունների հետ։ Սակայն գրեթե 40 տարի առաջ կանխատեսվել էր մեկ այլ տարրական մասնիկ, որն անվանվել էր կենդանի մարդու՝ շոտլանդացի ֆիզիկոս Փիթեր Հիգսի անունով։ Ինչպես հիմնարար փոխազդեցությունների կրողները, այն ունի ամբողջ թվային սպին և պատկանում է բոզոնների դասին։ Սակայն նրա սպինը ոչ թե 1 է, այլ 0, և այս առումով չունի նմանակներ։ Տասնամյակներ շարունակ նրանք այն փնտրում էին խոշորագույն արագացուցիչներում՝ ամերիկյան Tevatron-ում, որը փակվեց անցյալ տարի, և Large Hadron Collider-ում, որն այժմ գործում է համաշխարհային լրատվամիջոցների հսկողության ներքո: Ի վերջո, Հիգսի բոզոնը շատ անհրաժեշտ է միկրոաշխարհի ժամանակակից տեսության՝ տարրական մասնիկների ստանդարտ մոդելի համար։ Եթե ​​այն չգտնվի, այս տեսության առանցքային դրույթները կախված կլինեն օդում:

Չափիչի համաչափություններ

Հիգսի բոզոն տանող ճանապարհի սկիզբը կարելի է հաշվել 1954 թվականին ԱՄՆ տեղափոխված չինացի ֆիզիկոս Յան Չժենինգի և Բրուքհավենի ազգային լաբորատորիայի նրա գործընկեր Ռոբերտ Միլսի կողմից հրապարակված կարճ հոդվածից։ Այդ տարիներին փորձարարները ավելի ու ավելի շատ նոր մասնիկներ էին հայտնաբերում, որոնց առատությունը ոչ մի կերպ հնարավոր չէր բացատրել։ Խոստումնալից գաղափարներ փնտրելով՝ Յանգն ու Միլսը որոշեցին փորձարկել շատ հետաքրքիր համաչափության հնարավորությունները, որը ենթարկվում է քվանտային էլեկտրադինամիկային։ Այդ ժամանակ այս տեսությունը ապացուցել էր փորձի հետ համաձայնեցված գերազանց արդյունքներ տալու իր կարողությունը։ Ճիշտ է, որոշ հաշվարկների ընթացքում այնտեղ հայտնվում են անսահմանություններ, բայց դուք կարող եք ազատվել դրանցից՝ օգտագործելով մաթեմատիկական պրոցեդուրան, որը կոչվում է վերանորմալացում։

Սիմետրիան, որը հետաքրքրում էր Յանգին և Միլսին, ֆիզիկա ներմուծվեց 1918 թվականին գերմանացի մաթեմատիկոս Հերման Վեյլի կողմից։ Նա այն անվանել է չափիչ, և այս անունը պահպանվել է մինչ օրս: Քվանտային էլեկտրադինամիկայի մեջ չափիչի համաչափությունը դրսևորվում է նրանով, որ ազատ էլեկտրոնի ալիքային ֆունկցիան, որը իրական և երևակայական մասերով վեկտոր է, կարող է շարունակաբար պտտվել տարածություն-ժամանակի յուրաքանչյուր կետում (այդ պատճառով սիմետրիան կոչվում է տեղական ) Այս գործողությունը (ֆորմալ լեզվով` փոխելով ալիքի ֆունկցիայի փուլը) հանգեցնում է նրան, որ էլեկտրոնի շարժման հավասարման մեջ հայտնվում են հավելումներ, որոնք պետք է փոխհատուցվեն, որպեսզի այն մնա վավեր: Դրա համար այնտեղ ներմուծվում է լրացուցիչ տերմին, որը նկարագրում է էլեկտրոնի հետ փոխազդող էլեկտրամագնիսական դաշտը։ Այս դաշտի քվանտը ֆոտոն է՝ առանց զանգվածի մասնիկ՝ միավորի սպինով։ Այսպիսով, ֆոտոնների առկայությունը (ինչպես նաև էլեկտրոնային լիցքի կայունությունը) բխում է ազատ էլեկտրոնի հավասարման տեղական չափիչի համաչափությունից։ Կարելի է ասել, որ այս համաչափությունը թելադրում է էլեկտրոնի փոխազդեցությունը էլեկտրամագնիսական դաշտի հետ։ Ցանկացած փուլային տեղաշարժ դառնում է նման փոխազդեցության ակտ, օրինակ՝ ֆոտոնի արտանետումը կամ կլանումը:

Չափաչափերի համաչափության և էլեկտրամագնիսականության միջև կապը հայտնաբերվել է դեռևս 1920-ական թվականներին, բայց մեծ հետաքրքրություն չի առաջացրել: Յանգը և Միլսն առաջինն էին, ովքեր օգտագործեցին այս համաչափությունը՝ էլեկտրոնից տարբերվող մասնիկները նկարագրող հավասարումներ կառուցելու համար։ Նրանք վերցրել են երկու «ամենահին» բարիոնները՝ պրոտոնը և նեյտրոնը: Չնայած այս մասնիկները նույնական չեն, սակայն միջուկային ուժերի հետ կապված նրանք իրենց գրեթե նույնական են պահում և ունեն գրեթե նույն զանգվածը։ 1932 թվականին Վերներ Հայզենբերգը ցույց տվեց, որ պրոտոնը և նեյտրոնը պաշտոնապես կարող են համարվել նույն մասնիկի տարբեր վիճակներ։ Նրանց նկարագրելու համար նա ներկայացրեց նոր քվանտային թիվ՝ իզոտոպային սպին։ Քանի որ ուժեղ ուժը չի տարբերում պրոտոններն ու նեյտրոնները, այն պահպանում է ընդհանուր իզոտոպային սպինը, ինչպես էլեկտրամագնիսական ուժը պահպանում է էլեկտրական լիցքը։

Յանգը և Միլսը հետաքրքրվեցին, թե տեղական չափիչի փոխակերպումները պահպանում են իզոսպինի համաչափությունը: Պարզ էր, որ դրանք չեն կարող համընկնել քվանտային էլեկտրադինամիկայի չափիչ փոխակերպումների հետ, թեկուզ միայն այն պատճառով, որ մենք արդեն խոսում էինք երկու մասնիկների մասին։ Յանգը և Միլսը վերլուծեցին նման փոխակերպումների ամբողջությունը և պարզեցին, որ դրանք առաջացնում են դաշտեր, որոնց քվանտները ենթադրաբար կրում են պրոտոնների և նեյտրոնների փոխազդեցությունները: Այս դեպքում կար երեք քվանտա՝ երկու լիցքավորված (դրական և բացասական) և մեկ չեզոք: Նրանք ունեին զրոյական զանգված և միավոր սպին (այսինքն՝ վեկտորային բոզոններ էին) և շարժվում էին լույսի արագությամբ։

B-դաշտերի տեսությունը, ինչպես դրանք անվանել են համահեղինակները, շատ գեղեցիկ էր, բայց չդիմացավ փորձի փորձությանը։ Չեզոք B-բոզոնը կարելի էր նույնացնել ֆոտոնի հետ, սակայն դրա լիցքավորված նմանակները դուրս մնացին: Ըստ քվանտային մեխանիկայի՝ միայն բավականաչափ զանգվածային վիրտուալ մասնիկները կարող են միջնորդ լինել փոքր հեռահարության ուժերի փոխանցման գործում։ Միջուկային ուժերի շառավիղը չի գերազանցում 10–13 սմ-ը, և Յանգի և Միլսի զանգված չունեցող բոզոնները ակնհայտորեն չէին կարող պնդել, որ դրանք կրողներ են: Բացի այդ, փորձարարները երբեք նման մասնիկներ չեն հայտնաբերել, թեև սկզբունքորեն լիցքավորված զանգված չունեցող բոզոնները հեշտ է հայտնաբերել։ Յանգը և Միլսն ապացուցեցին, որ «թղթի վրա» լոկալ չափիչի համաչափությունները կարող են առաջացնել ոչ էլեկտրամագնիսական բնույթի ուժային դաշտեր, սակայն այդ դաշտերի ֆիզիկական իրականությունը մաքուր ենթադրություն էր:

Electroweak երկակիություն

Հաջորդ քայլը դեպի Հիգսի բոզոնն արվել է 1957 թվականին։ Այդ ժամանակ տեսաբանները (նույն Յանգը և Լի Զունդաոն) ենթադրում էին, և փորձարարներն ապացուցեցին, որ բետա քայքայման դեպքում հավասարությունը պահպանված չէ (այլ կերպ ասած՝ հայելու համաչափությունը խախտված է)։ Այս անսպասելի արդյունքը հետաքրքրեց բազմաթիվ ֆիզիկոսների, որոնց թվում էր Ջուլիան Շվինգերը՝ քվանտային էլեկտրադինամիկայի հիմնադիրներից մեկը։ Նա ենթադրեց, որ լեպտոնների միջև թույլ փոխազդեցությունները (գիտությունը դեռ քվարկների չէր հասել) կրում են երեք վեկտորային բոզոններ՝ ֆոտոն և B-բոզոններին նման լիցքավորված մասնիկներ։ Հետևեց, որ այս փոխազդեցությունները համագործակցում են էլեկտրամագնիսական ուժերի հետ: Շվինգերն այլևս չզբաղվեց այս խնդրով, այլ այն առաջարկեց իր ասպիրանտ Շելդոն Գլաշոյին։

Աշխատանքը տևել է չորս տարի։ Շարքից հետո անհաջող փորձերԳլաշոուն կառուցել է թույլ և էլեկտրամագնիսական փոխազդեցությունների մոդել՝ հիմնվելով էլեկտրամագնիսական դաշտի և Յանգ և Միլս դաշտերի չափիչ համաչափությունների միավորման վրա։ Ֆոտոնից բացի, այն պարունակում էր ևս երեք վեկտորային բոզոններ՝ երկու լիցքավորված և մեկը չեզոք: Սակայն այս մասնիկները դարձյալ զրոյական զանգված են ունեցել, ինչը խնդիր է ստեղծել։ Թույլ փոխազդեցության շառավիղը երկու կարգով փոքր է, քան ուժեղինը, և դա առավել ևս պահանջում է շատ զանգվածային միջնորդներ: Բացի այդ, չեզոք կրիչի առկայությունը պահանջում էր բետա անցումների հնարավորություն, որոնք չեն փոխում էլեկտրական լիցքը, և այդ ժամանակ այդպիսի անցումներ հայտնի չէին։ Դրա պատճառով 1961 թվականի վերջին իր մոդելը հրապարակելուց հետո Գլաշոն կորցրեց հետաքրքրությունը թույլ և էլեկտրամագնիսական ուժերը միավորելու նկատմամբ և անցավ այլ թեմաների։

Շվինգերի վարկածը հետաքրքրեց նաև պակիստանցի տեսաբան Աբդուս Սալամին, ով Ջոն Ուորդի հետ միասին կառուցեց Գլաշուի մոդելին նման մոդել։ Նա նաև բախվեց չափիչ բոզոնների զանգվածային չլինելու հետ և նույնիսկ այն վերացնելու միջոց գտավ: Սալամը գիտեր, որ դրանց զանգվածները չեն կարող մուտքագրվել «ձեռքով», քանի որ տեսությունը դարձել է ոչ նորմալ, բայց նա հույս ուներ շրջանցել այս դժվարությունը սիմետրիայի ինքնաբուխ խախտմամբ, որպեսզի բոզոնների շարժման հավասարումների լուծումները չունենան չափիչ: համաչափություն, որը բնորոշ է հենց հավասարումներին: Այս առաջադրանքով նա հետաքրքրել է ամերիկացի Սթիվեն Վայնբերգին։

Բայց 1961 թվականին անգլիացի ֆիզիկոս Ջեֆրի Գոլդսթոնը ցույց տվեց, որ հարաբերական քվանտային տեսություններդաշտային համաչափության ինքնաբուխ խախտումը կարծես անխուսափելիորեն առաջացնում է զանգված չունեցող մասնիկներ: Սալամը և Վայնբերգը փորձել են հերքել Գոլդսթոնի թեորեմը, բայց միայն ամրապնդել են այն իրենց աշխատանքում։ Հանելուկն անլուծելի թվաց, և նրանք դիմեցին ֆիզիկայի այլ ոլորտներին:

Հիգսը և ուրիշներ

Օգնությունը ստացել է խտացված նյութի ֆիզիկայի մասնագետներից: 1961 թվականին Յոիչիրո Նամբուն նշել է, որ երբ սովորական մետաղը անցնում է գերհաղորդիչ վիճակի, նախկին սիմետրիան ինքնաբերաբար կոտրվում է, բայց առանց զանգվածի մասնիկներ չեն հայտնվում։ Երկու տարի անց Ֆիլիպ Անդերսոնը, օգտագործելով նույն օրինակը, նշեց, որ եթե էլեկտրամագնիսական դաշտը չի ենթարկվում Գոլդսթոնի թեորեմին, ապա նույնը կարելի է ակնկալել լոկալ համաչափությամբ այլ չափիչ դաշտերից։ Նա նույնիսկ կանխատեսեց, որ Գոլդսթոնի բոզոնները և Յանգ և Միլս դաշտային բոզոնները կարող են ինչ-որ կերպ ջնջել միմյանց՝ թողնելով զանգվածային մասնիկներ:

Այս կանխատեսումը մարգարեական է ստացվել։ 1964 թվականին այն արդարացվեց Բրյուսելի ազատ համալսարանի ֆիզիկոսներ Ֆրանսուա Էնգլերտի և Ռոջեր Բրոատի կողմից՝ Պիտեր Հիգսը և Լոնդոնի Կայսերական քոլեջի Ջերի Գուրալնիկը, Ռոբերտ Հեյգենը և Թոմաս Քիբլը։ Նրանք ոչ միայն ցույց տվեցին, որ Գոլդսթոունի թեորեմի կիրառելիության պայմանները բավարարված չեն Յանգ–Միլսի դաշտերում, այլ նաև գտան այս դաշտերի գրգռումներն ապահովելու ոչ զրոյական զանգվածով, որն այժմ կոչվում է Հիգսի մեխանիզմ։

Այս հրաշալի աշխատանքները ոչ մի կերպ անմիջապես նկատվեցին ու գնահատվեցին։ Միայն 1967 թվականին Վայնբերգը կառուցեց էլեկտրաթույլ փոխազդեցության միասնական մոդելը, որտեղ վեկտորային բոզոնների եռյակը զանգված է ստանում Հիգսի մեխանիզմի հիման վրա, իսկ Սալամը նույնը արեց մեկ տարի անց։ 1971-ին հոլանդացի Մարտինուս Վելտմանը և Ջերարդ «տ Հուֆթն ապացուցեցին, որ այս տեսությունը հարմարվում է վերանորմալացմանը և, հետևաբար, ունի հստակ ֆիզիկական իմաստ: Նա ամուր կանգնեց իր ոտքերի վրա 1973 թվականից հետո, երբ գտնվում էր պղպջակների խցիկում: Գարգամել(CERN, Շվեյցարիա) փորձարարները գրանցեցին, այսպես կոչված, թույլ չեզոք հոսանքները, ինչը վկայում է չլիցքավորված միջանկյալ բոզոնի գոյության մասին (բոլոր երեք վեկտորային բոզոնների ուղղակի գրանցումն իրականացվել է CERN-ում միայն 1982–1983 թթ.)։ Գլաշոն, Վայնբերգը և Սալամը ստացան նրա փոխարեն Նոբելյան մրցանակներ 1979 թվականին Վելտմանը և «t Hooft»-ը 1999 թվականին: Այս տեսությունը (և դրա հետ մեկտեղ Հիգսի բոզոնը) վաղուց եղել է տարրական մասնիկների ստանդարտ մոդելի անբաժանելի մասը:

Հիգսի մեխանիզմը

Հիգսի մեխանիզմը հիմնված է սկալյար դաշտերի վրա՝ առանց սպին քվանտաներով՝ Հիգսի բոզոններով: Ենթադրվում է, որ դրանք առաջացել են Մեծ պայթյունից մի քանի րոպե անց և այժմ լցվում են ամբողջ Տիեզերքը: Նման դաշտերն ունեն ամենացածր էներգիան ոչ զրոյական արժեքով. սա նրանց կայուն վիճակն է:

Հաճախ գրվում է, որ տարրական մասնիկները զանգված են ձեռք բերում Հիգսի դաշտի արգելակման արդյունքում, բայց սա չափազանց մեխանիկական անալոգիա է։ Էլեկտրաթույլ տեսությունը ներառում է չորս Հիգսի դաշտեր (յուրաքանչյուրն իր քվանտներով) և չորս վեկտորային բոզոններ՝ երկու չեզոք և երկու լիցքավորված, որոնք իրենք զանգված չունեն: Երեք բոզոններ՝ երկուսն էլ լիցքավորված, և մեկը չեզոք, յուրաքանչյուրը կլանում է մեկ Հիգս և արդյունքում ձեռք է բերում զանգված և կարճ հեռահար ուժեր կրելու ունակություն (նշվում են W +, W - և Z 0 նշաններով): Վերջին բոզոնը ոչինչ չի կլանում և մնում է անզանգված՝ դա ֆոտոն է։ «Կերված» Հիգսը աննկատելի է (ֆիզիկոսները նրանց անվանում են «ոգիներ»), մինչդեռ նրանց չորրորդ զարմիկին պետք է դիտարկել նրա ծննդյան համար բավարար էներգիայով: Ընդհանրապես, դրանք հենց այն գործընթացներն են, որոնք Անդերսոնին հաջողվել է կանխատեսել։

խուսափողական մասնիկ

Հիգսի բոզոնը բռնելու առաջին լուրջ փորձերը կատարվել են 20-րդ և 21-րդ դարերի վերջում՝ Էլեկտրոն-պոզիտրոնային խոշոր բախիչում ( Էլեկտրոն-պոզիտրոնային խոշոր բախիչ, LEP) CERN-ում։ Այս փորձերը իսկապես ուշագրավ հաստատության կարապի երգն էին, որի վրա աննախադեպ ճշգրտությամբ որոշվում էին ծանր վեկտորային բոզոնների զանգվածներն ու կյանքի տևողությունը:

Ստանդարտ մոդելը հնարավորություն է տալիս կանխատեսել Հիգսի բոզոնի ստեղծման և քայքայման ուղիները, սակայն հնարավորություն չի տալիս հաշվարկել նրա զանգվածը (որն, ի դեպ, առաջանում է ինքնահարկ տալու կարողությունից)։ Ըստ ամենաընդհանուր գնահատականների՝ այն չպետք է լինի 8–10 ԳեՎ-ից պակաս և 1000 ԳեՎ-ից ավելի։ LEP-ի նիստերի սկզբում ֆիզիկոսների մեծ մասը կարծում էր, որ ամենահավանական միջակայքը 100–250 ԳեՎ է: LEP փորձերը բարձրացրել են ստորին շեմը մինչև 114,4 ԳեՎ: Շատ փորձագետներ հավատում և կարծում են, որ եթե այս արագացուցիչն ավելի երկար աշխատեր և տասը տոկոսով ավելացներ բախվող ճառագայթների էներգիան (ինչը տեխնիկապես հնարավոր էր), ապա Հիգսի բոզոնը կարող էր գրանցվել։ Սակայն CERN-ի ղեկավարությունը չցանկացավ հետաձգել Մեծ հադրոնային կոլայդերի գործարկումը, որը պետք է կառուցվեր նույն թունելում, և 2000 թվականի վերջին LEP-ը փակվեց։

Բոզոնային գրիչ

Բազմաթիվ փորձեր, մեկը մյուսի հետևից, բացառեցին Հիգսի բոզոնի զանգվածի հնարավոր միջակայքերը։ Ստորին շեմը սահմանվել է LEP արագացուցիչի մոտ՝ 114,4 ԳեՎ։ Տևատրոնի մոտ 150 ԳէՎ-ից ավելի զանգվածները բացառվել են։ Հետագայում զանգվածային միջակայքերը զտվեցին մինչև 115–135 ԳեՎ, իսկ վերին սահմանը տեղափոխվեց մինչև 130 ԳեՎ CERN-ում Մեծ հադրոնային կոլայդերում։ Այսպիսով, Ստանդարտ մոդելի Հիգսի բոզոնը, եթե այն գոյություն ունի, փակված է զանգվածի բավականին նեղ սահմաններում:

Հետագա որոնման ցիկլերն իրականացվել են Tevatron-ում (CDF և DZero դետեկտորների վրա) և LHC-ում: Ինչպես վարչապետին ասաց DZero համագործակցության ղեկավարներից մեկը՝ Դմիտրի Դենիսովը, Tevatron-ը սկսել է վիճակագրություն հավաքել Հիգսի վերաբերյալ 2007 թվականին. Էլեկտրոնների և պոզիտրոնների բախումը Հիգսին բռնելու «ամենամաքուր» միջոցն է, քանի որ այդ մասնիկները ներքին կառուցվածք չունեն։ Օրինակ, բարձր էներգիայի էլեկտրոն-պոզիտրոն զույգի ոչնչացման ժամանակ ծնվում է Z 0 -բոզոն, որն առանց ֆոնի արտանետում է Հիգսը (սակայն այս դեպքում հնարավոր են նույնիսկ ավելի կեղտոտ ռեակցիաներ)։ Մյուս կողմից, մենք բախվեցինք պրոտոններին և հակապրոտոններին՝ քվարկներից և գլյուոններից կազմված չամրացված մասնիկներին: Այնպես, որ հիմնական խնդիրը- ընդգծել Հիգսի ծնունդը բազմաթիվ նմանատիպ ռեակցիաների ֆոնին: Նման խնդիր կա ԼՀԿ-ի թիմերի դեպքում»։

Անտեսանելի գազանների հետքեր

Հիգսի բոզոնի ծննդյան չորս հիմնական եղանակ կա (ինչպես ասում են ֆիզիկոսները՝ ալիքներ):

Հիմնական ալիքը գլյուոնների (gg) միաձուլումն է պրոտոնների և հակապրոտոնների բախման ժամանակ, որոնք փոխազդում են ծանր վերին քվարկների օղակների միջոցով։
Երկրորդ ալիքը WW կամ ZZ(WZ) վիրտուալ վեկտորային բոզոնների միաձուլումն է, որոնք արտանետվում և կլանվում են քվարկների կողմից։
Հիգսի բոզոնի արտադրության երրորդ ալիքը, այսպես կոչված, ասոցիատիվ արտադրությունն է (W կամ Z բոզոնի հետ միասին): Այս գործընթացը երբեմն կոչվում է Higgsstrahlung(նման է գերմանական տերմինին bremsstrahlung- bremsstrahlung):
Եվ վերջապես, չորրորդը վերին քվարկի և անտիկվարկի միաձուլումն է (ասոցիատիվ արտադրությունը վերին քվարկների հետ միասին, tt) գլյուոնների կողմից առաջացած երկու վերին քվարկ-անտիկվարկ զույգերից։

«2011 թվականի դեկտեմբերին ԼՀԿ-ից նոր հաղորդագրություններ ստացվեցին»,- շարունակում է Դմիտրի Դենիսովը: - Նրանք փնտրում էին Հիգսի քայքայումը կամ վրա գագաթ-քվարկը և նրա հակաքվարկը, որոնք ոչնչացնում են և վերածվում զույգ գամմա քվանտաների կամ երկու Z 0 -բոզոնի, որոնցից յուրաքանչյուրը քայքայվում է էլեկտրոնի և պոզիտրոնի կամ մյուոնի և հակամյուոնի: Ստացված տվյալները ցույց են տալիս, որ Հիգսի բոզոնը ձգում է մոտ 124–126 ԳեՎ, սակայն դա բավարար չէ վերջնական եզրակացությունների համար։ Այժմ և՛ մեր համագործակցությունները, և՛ CERN-ի ֆիզիկոսները շարունակում են վերլուծել փորձերի արդյունքները: Հնարավոր է, որ մենք և նրանք շուտով գանք նոր եզրահանգումների, որոնք կներկայացվեն մարտի 4-ին իտալական Ալպերում կայանալիք միջազգային կոնֆերանսի ժամանակ, և ես մի համոզմունք ունեմ, որ այնտեղ չեք ձանձրանա»։

Հիգսի բոզոնը և աշխարհի վերջը

Այսպիսով, այս տարի մենք կարող ենք սպասել կա՛մ Ստանդարտ մոդելի Հիգսի բոզոնի հայտնաբերմանը, կա՛մ, այսպես ասած, դրա չեղարկմանը։ Իհարկե, երկրորդ տարբերակը նոր ֆիզիկական մոդելների կարիք կառաջացնի, բայց նույնը կարող է լինել առաջին դեպքում։ Ամեն դեպքում, այդպես է կարծում այս ոլորտի ամենահեղինակավոր փորձագետներից մեկը՝ Լոնդոնի Քինգս քոլեջի պրոֆեսոր Ջոն Էլիսը։ Նրա կարծիքով՝ «թեթև» (130 ԳեՎ-ից ոչ ավելի զանգվածային) Հիգսի բոզոնի հայտնաբերումը տհաճ խնդիր կստեղծի տիեզերագիտության համար։ Դա կնշանակի, որ մեր Տիեզերքն անկայուն է և մի օր (գուցե նույնիսկ ցանկացած պահի) կտեղափոխվի նոր վիճակ՝ ավելի քիչ էներգիայով: Այդ ժամանակ աշխարհի վերջը կկատարվի հենց սկզբում ամբողջական իմաստըայս բառը. Մնում է հուսալ, որ կա՛մ Հիգսի բոզոնը չի գտնվի, կա՛մ Էլլիսը սխալվում է, կա՛մ Տիեզերքը մի փոքր կհետաձգի ինքնասպանությունը։

Բարիոնները (հունարեն «baris»-ից՝ ծանր) ծանր տարրական մասնիկներ են, ուժեղ փոխազդող ֆերմիոններ՝ բաղկացած երեք քվարկներից։ Ամենակայուն բարիոններն են պրոտոնը և նեյտրոնը։ Հիմնական բարիոններն են՝ պրոտոն (uud), հակապրոտոն, նեյտրոն (ddu), հականեյտրոն, լամբդա հիպերիոն, սիգմա հիպերիոն, xi հիպերիոն, օմեգա հիպերիոն։

ԱՄՆ հետազոտական ​​կենտրոնների համակարգի մաս կազմող Fermi National Accelerator Laboratory-ի DZero միջազգային համագործակցության աշխատակիցները նոր տարրական մասնիկ են հայտնաբերել՝ բարիոնը։ «xi-bi-minus baryon» (Ξ-b) անվանումը ստացած մասնիկը եզակի է իր ձևով։ Սա ոչ միայն մեկ այլ բարիոն է, որը պարունակում է b-քվարկ, այլ առաջին մասնիկը, որը պարունակում է երեք տարբեր ընտանիքների երեք քվարկներ՝ d-քվարկ, s-քվարկ և b-քվարկ:

Նա նաև այլ անուն ունի՝ «կասկադ-բի»։ Բարիոնը կրում է բացասական լիցք և ունի մոտ վեց անգամ ավելի զանգված, քան պրոտոնը (մասնիկների զանգվածը՝ 5,774±0,019 ԳեՎ)։

Նոր մասնիկ գրանցելու համար գիտնականները պետք է վերլուծեին արագացուցիչի աշխատանքի հինգ տարվա հետքերը: Արդյունքում հայտնաբերվել է 19 իրադարձություն, որոնք վկայում են նոր բարիոնի ձևավորման մասին։

Նախկինում գիտնականներն արդեն ստացել են բարիոն, որը բաղկացած է երեք տարբեր քվարկներից՝ լամբդա-բի բարիոն, որը բաղկացած է u-, d- և b- քվարկներից, բայց այն պարունակում է քվարկների ընդամենը երկու սերունդ (տես ներդիր):

Այսպիսով, բարձր էներգիաների ֆիզիկայի պատմության մեջ առաջին անգամ հայտնաբերվել է բարիոն, որը բաղկացած է երեք սերնդի կամ ընտանիքների քվարկներից։ Բի-կասկադը բաղկացած է մեկ դ-քվարկից (առաջին ընտանիքին պատկանող «ներքև» քվարկը), մեկ s-քվարկից («տարօրինակ» քվարկ, երկրորդ ընտանիք) և մեկ b-քվարկից («հմայքը» քվարկը, երրորդ ընտանիք): Ահա թե ինչու նոր Ξ-b մասնիկը իսկապես եզակի է։

Հետաքրքիր է, որ չնայած համագործակցությունը հիմնված է Fermilab-ում, որն ունի հզոր Tevatron արագացուցիչ, ներկայիս հայտնագործությունը կատարվել է Եվրոպայում՝ CERN-ի (LEP) խոշոր էլեկտրոն-պոզիտրոնային կոլայդերում:

Այսպիսով, գիտնականները շարունակում են իրենց որոնումները բարիոնային բուրգի «երկրորդ հարկում»՝ հայտնաբերելով բարիոններ, որոնք պարունակում են մեկ «գեղեցիկ» կամ «ներքևի» քվարկ (b):

Առաջին անգամ նման մասնիկներ ստացել էնաև թիմ Fermilab-ից: Անցյալ տարի CDF միջազգային համագործակցությունը, որը փորձեր էր կատարում Էներգետիկայի դեպարտամենտի Ֆերմի ազգային արագացուցիչի լաբորատորիայում, հայտարարեց բարիոնների դասին պատկանող երկու նոր տարրական մասնիկների հայտնաբերման մասին, որոնք կոչվում էին Σ + b և Σ-b:

Փորձերի ժամանակ ֆիզիկոսները բախում էին պրոտոններին հակապրոտոնների հետ՝ արագացնելով դրանք Տևատրոնի մոտ, որն այս պահին ամենահզոր արագացուցիչն է։

Այս արագացուցչում կատարվում են փորձեր, երբ 1 ՏէՎ էներգիա ունեցող պրոտոնների ճառագայթը բախվում է նույն էներգիայի հակապրոտոնների բախվող ճառագայթին։ Նման էներգիայի հետ բախման ժամանակ առաջացել է b-քվարկ, որն այնուհետեւ, փոխազդելով պրոտոնների և հակապրոտոնների քվարկների հետ, առաջացրել է երկու նոր մասնիկ։

Փորձը գրանցել է 103 իրադարձություն՝ կապված դրական լիցքավորվածների ծննդյան հետ u-u-b մասնիկներ(Σ+b) և բացասական լիցքավորված 134 ծնունդ d-d-b մասնիկներ(Σ-b). Այսքան շատ իրադարձություններ հայտնաբերելու համար գիտնականները պետք է վերլուծեին Tevatron-ի շահագործման հինգ տարիների ընթացքում 100 տրիլիոն բախումների հետքերը:

Մոտավորապես 1000 վայրկյանից (ազատ նեյտրոնի դեպքում) մինչև վայրկյանի չնչին մասն (ռեզոնանսների դեպքում՝ 10–24–ից մինչև 10–22 վրկ)։

Տարրական մասնիկների կառուցվածքն ու վարքը ուսումնասիրվում է տարրական մասնիկների ֆիզիկայի կողմից։

Բոլոր տարրական մասնիկները հնազանդվում են նույնականության սկզբունքին (Տիեզերքում նույն տիպի բոլոր տարրական մասնիկները բոլորովին նույնական են իրենց բոլոր հատկություններով) և կորպուսուլյար-ալիքային դուալիզմի սկզբունքին (յուրաքանչյուր տարրական մասնիկ համապատասխանում է դե Բրոյլի ալիքին):

Բոլոր տարրական մասնիկներն ունեն փոխադարձ փոխակերպման հատկություն, ինչը նրանց փոխազդեցության հետեւանք է՝ ուժեղ, էլեկտրամագնիսական, թույլ, գրավիտացիոն։ Մասնիկների փոխազդեցությունները հանգեցնում են մասնիկների և դրանց ագրեգատների փոխակերպմանը այլ մասնիկների և դրանց ագրեգատների, եթե այդպիսի փոխակերպումները արգելված չեն էներգիայի պահպանման, իմպուլսի, անկյունային իմպուլսի, էլեկտրական լիցքի, բարիոնի լիցքի և այլնի օրենքներով։

Տարրական մասնիկների հիմնական բնութագրերը.կյանքի տևողություն, զանգված, սպին, էլեկտրական լիցք, մագնիսական պահ, բարիոնային լիցք, լեպտոնի լիցք, տարօրինակություն, իզոտոպային սպին, պարիտետ, լիցքի հավասարություն, G-պարիտետ, CP-հավասարություն:

Դասակարգում

Ըստ կյանքի ժամանակի

• Կայուն տարրական մասնիկներ - մասնիկներ, որոնք ունեն անսահման երկար կյանք ազատ վիճակում (պրոտոն, էլեկտրոն, նեյտրինո, ֆոտոն և դրանց հակամասնիկները):
• Անկայուն տարրական մասնիկներ - մասնիկներ, որոնք քայքայվում են այլ մասնիկների ազատ վիճակում սահմանափակ ժամանակում (մյուս բոլոր մասնիկները):

Քաշով

Բոլոր տարրական մասնիկները բաժանվում են երկու դասի.

• Անզանգված մասնիկներ - զրոյական զանգված ունեցող մասնիկներ (ֆոտոն, գլյուոն):
• Ոչ զրոյական զանգված ունեցող մասնիկներ (մյուս բոլոր մասնիկները):

Մեջքի չափը

Բոլոր տարրական մասնիկները բաժանվում են երկու դասի.

Ըստ փոխազդեցության տեսակի

Տարրական մասնիկները բաժանվում են հետևյալ խմբերի.

Կոմպոզիտային մասնիկներ

• Հադրոնները մասնիկներ են, որոնք մասնակցում են բոլոր տեսակի հիմնարար փոխազդեցություններին: Դրանք կազմված են քվարկներից և իրենց հերթին բաժանվում են.
  • մեզոններ - հադրոններ ամբողջ թվով սպինով, այսինքն՝ լինելով բոզոններ.
  • բարիոնները հադրոններ են՝ կես ամբողջ թվով սպինով, այսինքն՝ ֆերմիոններ։ Դրանց թվում են, մասնավորապես, ատոմի միջուկը կազմող մասնիկները՝ պրոտոնը և նեյտրոնը։

Հիմնարար (առանց կառուցվածքի) մասնիկներ

• Լեպտոնները ֆերմիոններ են, որոնք նման են կետային մասնիկների (այսինքն՝ ոչնչից չեն կազմված) մինչև 10 −18 մ կարգի մասշտաբներով։ Նրանք չեն մասնակցում ուժեղ փոխազդեցությունների։ Մասնակցություն էլեկտրամագնիսական փոխազդեցություններին փորձնականորեն նկատվել է միայն լիցքավորված լեպտոնների (էլեկտրոններ, մյուոններ, տաու լեպտոններ) և չի դիտարկվել նեյտրինոների համար։ Հայտնի է լեպտոնների 6 տեսակ.
• Քվարկները կոտորակային լիցքավորված մասնիկներ են, որոնք կազմում են հադրոններ։ Դրանք ազատ վիճակում չեն դիտարկվել (նման դիտարկումների բացակայությունը բացատրելու համար առաջարկվել է կալանքի մեխանիզմը)։ Ինչպես լեպտոնները, դրանք բաժանվում են 6 տեսակի և համարվում են անկառույց, սակայն, ի տարբերություն լեպտոնների, նրանք մասնակցում են ուժեղ փոխազդեցության։
• Չափիչ բոզոններ - մասնիկներ, որոնց փոխանակման միջոցով իրականացվում են փոխազդեցություններ.
  • ֆոտոն - էլեկտրամագնիսական փոխազդեցություն կրող մասնիկ;
  • ութ գլյուոններ, մասնիկներ, որոնք կրում են ուժեղ ուժ;
  • երեք միջանկյալ վեկտորային բոզոններ Վ + , Վ- և Զ 0, թույլ փոխազդեցություն;
  • Գրավիտոնը հիպոթետիկ մասնիկ է, որը կրում է գրավիտացիոն փոխազդեցությունը: Գրավիտոնների գոյությունը, թեև փորձնականորեն դեռևս ապացուցված չէ գրավիտացիոն փոխազդեցության թուլության պատճառով, համարվում է բավականին հավանական; սակայն, գրավիտոնը ներառված չէ տարրական մասնիկների ստանդարտ մոդելում:

Տարրական մասնիկների չափերը

Չնայած տարրական մասնիկների մեծ բազմազանությանը, դրանց չափերը տեղավորվում են երկու խմբի. Հադրոնների (և բարիոնների, և մեզոնների) չափերը մոտ 10−15 մ են, ինչը մոտ է նրանց քվարկների միջև միջին հեռավորությանը։ Հիմնարար, կառուցվածք չունեցող մասնիկների՝ չափիչ բոզոնների, քվարկների և լեպտոնների չափերը փորձարարական սխալի սահմաններում համահունչ են դրանց կետային բնույթին (տրամագծի վերին սահմանը մոտ 10−18 մ է) ( տես բացատրությունը) Եթե ​​այս մասնիկների վերջնական չափերը չեն հայտնաբերվել հետագա փորձերում, ապա դա կարող է ցույց տալ, որ չափիչ բոզոնների, քվարկների և լեպտոնների չափերը մոտ են հիմնարար երկարությանը (որը, ամենայն հավանականությամբ, կարող է պարզվել, որ Պլանկի երկարությունը հավասար է 1,6 10-ի: −35 մ)

Հարկ է նշել, սակայն, որ տարրական մասնիկի չափը բավականին բարդ հասկացություն է, որը միշտ չէ, որ համահունչ է դասական հասկացություններին։ Նախ, անորոշության սկզբունքը թույլ չի տալիս խստորեն տեղայնացնել ֆիզիկական մասնիկը: Ալիքային փաթեթը, որը ներկայացնում է մասնիկը որպես ճշգրիտ տեղայնացված քվանտային վիճակների սուպերպոզիցիա, միշտ ունի վերջավոր չափեր և որոշակի տարածական կառուցվածք, իսկ փաթեթի չափերը կարող են լինել բավականին մակրոսկոպիկ. ինտերֆերոմետրի երկու ճեղքերը բաժանված են մակրոսկոպիկ հեռավորությամբ: Երկրորդ՝ ֆիզիկական մասնիկը փոխում է իր շուրջը գտնվող վակուումի կառուցվածքը՝ ստեղծելով կարճաժամկետ վիրտուալ մասնիկների «մուշտակ»՝ ֆերմիոն-հակաֆերմիոն զույգեր (տես Վակուումային բևեռացում) և բոզոններ՝ փոխազդեցությունների կրողներ։ Այս շրջանի տարածական չափերը կախված են մասնիկի ունեցած չափիչ լիցքերից և միջանկյալ բոզոնների զանգվածներից (զանգվածային վիրտուալ բոզոնների թաղանթի շառավիղը մոտ է նրանց Կոմպտոնի ալիքի երկարությանը, որն իր հերթին հակադարձ համեմատական ​​է դրանց զանգված): Այսպիսով, էլեկտրոնի շառավիղը նեյտրինոների տեսանկյունից (նրանց միջև հնարավոր է միայն թույլ փոխազդեցություն) մոտավորապես հավասար է W-բոզոնների Կոմպտոնի ալիքի երկարությանը, ~ 3 × 10 −18 մ, և տարածքի չափերին. Հադրոնի ուժեղ փոխազդեցությունը որոշվում է ամենաթեթև հադրոնների՝ պի-մեզոնի Կոմպտոնի ալիքի երկարությամբ (~10 −15 մ ), որն այստեղ գործում է որպես փոխազդեցության կրող։

Պատմություն

Սկզբում «տարրական մասնիկ» տերմինը նշանակում էր բացարձակ տարրական մի բան՝ նյութի առաջին աղյուսը։ Սակայն, երբ 1950-1960-ական թվականներին հայտնաբերվեցին նմանատիպ հատկություններով հարյուրավոր հադրոններ, պարզ դարձավ, որ առնվազն հադրոններն ունեն ազատության ներքին աստիճաններ, այսինքն՝ դրանք, բառի խիստ իմաստով, տարրական չեն։ Հետագայում այս կասկածը հաստատվեց, երբ պարզվեց, որ հադրոնները կազմված են քվարկներից։

Այսպիսով, ֆիզիկոսները մի փոքր ավելի են խորացել նյութի կառուցվածքի մեջ. նյութի ամենատարրական, կետային մասերն այժմ համարվում են լեպտոններ և քվարկներ: Նրանց համար (չափիչ բոզոնների հետ միասին) տերմինը « հիմնարարմասնիկներ»:

Լարերի տեսությունը, որն ակտիվորեն զարգացել է 1980-ականների կեսերից, ենթադրում է, որ տարրական մասնիկները և նրանց փոխազդեցությունները հետևանք են. տարբեր տեսակներհատկապես փոքր «լարերի» թրթռումները։

ստանդարտ մոդել

Տարրական մասնիկների ստանդարտ մոդելը ներառում է ֆերմիոնների 12 համային տեսականի, դրանց համապատասխան հակամասնիկներ, ինչպես նաև չափիչ բոզոններ (ֆոտոն, գլյուոններ, Վ- և Զբոզոններ), որոնք կրում են մասնիկների միջև փոխազդեցություն, և 2012 թվականին հայտնաբերված Հիգսի բոզոնը, որը պատասխանատու է մասնիկների մեջ իներցիոն զանգվածի առկայության համար։ Այնուամենայնիվ, ստանդարտ մոդելը հիմնականում դիտվում է որպես ժամանակավոր տեսություն, այլ ոչ թե իսկապես հիմնարար, քանի որ այն չի ներառում գրավիտացիան և պարունակում է մի քանի տասնյակ ազատ պարամետրեր (մասնիկների զանգվածներ և այլն), որոնց արժեքները ուղղակիորեն չեն բխում տեսությունից: Միգուցե կան տարրական մասնիկներ, որոնք չեն նկարագրվում Ստանդարտ մոդելի կողմից, օրինակ, ինչպիսին է գրավիտոնը (մասնիկ, որը հիպոթետիկորեն կրում է գրավիտացիոն ուժեր) կամ սովորական մասնիկների գերսիմետրիկ գործընկերներ: Ընդհանուր առմամբ մոդելը նկարագրում է 61 մասնիկ։

Ֆերմիոններ

Ֆերմիոնների 12 համերը բաժանված են 3 ընտանիքի (սերունդների)՝ յուրաքանչյուրը 4 մասնիկից։ Դրանցից վեցը քվարկներ են։ Մնացած վեցը լեպտոններ են, որոնցից երեքը նեյտրինո են, իսկ մնացած երեքը կրում են միավոր բացասական լիցք՝ էլեկտրոնը, մյուոնը և տաու լեպտոնը։

Մասնիկների սերունդներ

Առաջին սերունդ	Երկրորդ սերունդ	երրորդ սերունդ
Էլեկտրոն: էլ.	Մյուոն: μ −	Տաու լեպտոն. τ −
Էլեկտրոնային նեյտրինո. v ե	Մյուոնային նեյտրինո. ν μ	Տաու նեյտրինո. ν τ (\displaystyle \nu _(\tau ))
u-քվարկ («վերև»): u	c-quark («կախարդված»): գ	t-quark («ճշմարիտ»): տ
դ-քվարկ («ներքև»): դ	s-quark («տարօրինակ»): ս	բ-քվարկ («հմայիչ»): բ

հակամասնիկներ

Կան նաև 12 ֆերմիոնային հակամասնիկներ, որոնք համապատասխանում են վերը նշված տասներկու մասնիկներին։

հակամասնիկներ

Առաջին սերունդ	Երկրորդ սերունդ	երրորդ սերունդ
պոզիտրոն: e +	Դրական մյուոն. μ +	Դրական տաու լեպտոն. τ +
Էլեկտրոնային հականեյտրինո. ν ¯ e (\ցուցադրման ոճ (\ բար (\nu ))_(e))	Մյուոնային հականեյտրինո. ν ¯ μ (\ցուցադրման ոճ (\ բար (\nu ))_(\mu ))	Տաու հականեյտրինո. ν ¯ τ (\ցուցադրման ոճ (\ բար (\nu ))_(\tau ))
u- անտիկվարկ: u ¯ (\displaystyle (\bar(u)))	գ- անտիկվարկ: c ¯ (\displaystyle (\bar (c)))	տ- անտիկվարկ: t ¯ (\displaystyle (\bar(t)))
դ- անտիկվարկ: d ¯ (\ցուցադրման ոճ (\ բար (դ)))	ս- անտիկվարկ: s ¯ (\ցուցադրման ոճ (\ բար (եր)))	բ- անտիկվարկ: b ¯ (\ցուցադրման ոճ (\ բար (բ)))

Քվարկներ

Քվարկներն ու անտիկվարկները երբեք ազատ վիճակում չեն գտնվել, դա բացատրվում է երևույթով

Ալֆա (ա) ճառագայթներ- դրական լիցքավորված հելիումի իոններ (He ++), որոնք դուրս են թռչում ատոմային միջուկներից 14,000-20,000 կմ / ժ արագությամբ: Մասնիկների էներգիան 4-9 ՄէՎ է։ ա-ճառագայթումը դիտվում է, որպես կանոն, ծանր և գերազանցապես բնական ռադիոակտիվ տարրերում (ռադիում, թորիում և այլն)։ Ա-մասնիկի տիրույթը օդում մեծանում է a-ճառագայթման էներգիայի ավելացման հետ։

Օրինակ, ա- թորիումի մասնիկներ(Th232), որն ունի 3,9 Վ ՄԷՎ էներգիա, օդում աշխատում է 2,6 սմ, իսկ C ռադիումի a-մասնիկները 7,68 ՄէՎ էներգիա ունեն 6,97 սմ: Կլանիչի նվազագույն հաստությունը, որն անհրաժեշտ է մասնիկների ամբողջական կլանման համար, կոչվում է. այս մասնիկների վարումը տվյալ նյութի մեջ: Ջրի և հյուսվածքի մեջ a-մասնիկների միջակայքերը 0,02-0,06 մմ են։

ա-մասնիկներամբողջությամբ ներծծվում է մի կտոր թղթի կամ ալյումինի բարակ շերտով: Մեկը ամենակարևոր հատկություններըա-ճառագայթումը ուժեղ իոնացնող ազդեցություն է: Շարժման ճանապարհին գազերում a-մասնիկը կազմում է հսկայական քանակությամբ իոններ։ Օրինակ, օդում 15° և 750 մմ ճնշման դեպքում մեկ ա-մասնիկը արտադրում է 150000-250000 զույգ իոն՝ կախված իր էներգիայից։

Օրինակ՝ սպեցիֆիկ իոնացում օդում ա-մասնիկներ ռադոնիցՈւնենալով 5,49 ՄէՎ էներգիա, կազմում է 2500 զույգ իոն 1 մմ ուղու վրա։ Իոնացման խտությունը α-մասնիկների վազքի վերջում մեծանում է, ուստի բջիջների վնասը վազքի վերջում մոտավորապես 2 անգամ ավելի մեծ է, քան վազքի սկզբում:

Ֆիզիկական հատկություններա-մասնիկներորոշել մարմնի վրա դրանց կենսաբանական ազդեցության առանձնահատկությունները և այս տեսակի ճառագայթումից պաշտպանվելու մեթոդները: Արտաքին ճառագայթումը a-ճառագայթներով վտանգավոր չէ, քանի որ բավական է աղբյուրից հեռանալ մի քանի (10-20) սանտիմետրով կամ տեղադրել թղթից, գործվածքից, ալյումինից և այլ սովորական նյութերից պատրաստված պարզ էկրան, որպեսզի ճառագայթումը լինի: ամբողջությամբ կլանված.

մեծագույն վտանգի ա-ճառագայթներներկայացնում է, երբ հարվածում է և նստում ռադիոակտիվ ա-արտանետվող տարրերի ներսում: Այս դեպքերում մարմնի բջիջներն ու հյուսվածքները ուղղակիորեն ճառագայթվում են a-ճառագայթներով։

Բետա (բ) ճառագայթներ- ատոմային միջուկներից արտանետվող էլեկտրոնների հոսք մոտավորապես 100,000-300,000 կմ / վ արագությամբ: p-մասնիկների առավելագույն էներգիան գտնվում է 0,01-ից 10 ՄէՎ միջակայքում։ b-մասնիկի լիցքը նշանով և մեծությամբ հավասար է էլեկտրոնի լիցքին։ Բնական և արհեստական ​​ռադիոակտիվ տարրերի մեջ տարածված են b-decay տիպի ռադիոակտիվ փոխակերպումները։

բ-ճառագայթներունեն շատ ավելի մեծ թափանցող ուժ, քան ա-ճառագայթները։ Կախված b-ճառագայթների էներգիայից՝ օդում դրանց տիրույթը տատանվում է միլիմետրի կոտորակներից մինչև մի քանի մետր։ Այսպիսով, օդում 2-3 ՄէՎ էներգիա ունեցող b-մասնիկների տիրույթը կազմում է 10-15 մ, իսկ ջրի և հյուսվածքի մեջ այն չափվում է միլիմետրերով։ Օրինակ, ռադիոակտիվ ֆոսֆորի (P32) արտանետվող b-մասնիկների միջակայքը, որի առավելագույն էներգիան 1,7 ՄէՎ է հյուսվածքում, կազմում է 8 մմ:

b-մասնիկ էներգիայով, որը հավասար է 1 ՄէՎ-ի, կարող է օդում ձևավորել մոտ 30000 զույգ իոններ։ b-մասնիկների իոնացնող ունակությունը մի քանի անգամ ավելի քիչ է, քան նույն էներգիայի a մասնիկներինը։

Բ-ճառագայթների ազդեցությունմարմնի վրա կարող է դրսևորվել ինչպես արտաքին, այնպես էլ ներքին ճառագայթմամբ՝ օրգանիզմ b-մասնիկներ արտանետող ակտիվ նյութերի ընդունման դեպքում։ Արտաքին ճառագայթման ժամանակ բ-ճառագայթներից պաշտպանվելու համար անհրաժեշտ է օգտագործել նյութերից (ապակու, ալյումինի, կապարի և այլն) պատրաստված էկրաններ։ Ճառագայթման ինտենսիվությունը կարելի է նվազեցնել՝ ավելացնելով աղբյուրից հեռավորությունը:

Ինչից են կազմված միջուկները: Ինչպե՞ս են միջուկի մասերը միասին պահվում: Պարզվել է, որ գոյություն ունեն ահռելի մեծության ուժեր, որոնք պահում են միջուկի բաղկացուցիչ մասերը։ Երբ այդ ուժերն արձակվում են, արձակված էներգիան ահռելի է համեմատած քիմիական էներգիայի հետ, դա նման է ատոմային ռումբի պայթյունը TNT-ի պայթյունի հետ համեմատելուն: Սա բացատրվում է նրանով, որ ատոմային պայթյունը տեղի է ունենում միջուկի ներսում տեղի ունեցող փոփոխությունների պատճառով, մինչդեռ տրոտիլի պայթյունի ժամանակ վերադասավորվում են միայն ատոմի արտաքին թաղանթի էլեկտրոնները։

Այսպիսով, որո՞նք են այն ուժերը, որոնք նեյտրոններն ու պրոտոնները միասին են պահում միջուկում:

Էլեկտրական փոխազդեցությունը կապված է մասնիկի՝ ֆոտոնի հետ։ Նմանապես, Յուկավան առաջարկեց, որ պրոտոնի և նեյտրոնի միջև ձգող ուժերը ունեն հատուկ տեսակի դաշտ, և որ այս դաշտի տատանումները իրենց պահում են մասնիկների պես: Սա նշանակում է, որ հնարավոր է, որ նեյտրոններից և պրոտոններից բացի, աշխարհում կան նաև այլ մասնիկներ։ Յուկավան կարողացավ այդ մասնիկների հատկությունները եզրակացնել միջուկային ուժերի արդեն հայտնի բնութագրերից: Օրինակ, նա կանխատեսեց, որ դրանք պետք է ունենան էլեկտրոնից 200-300 անգամ մեծ զանգված: Եվ, օ՜, հրաշք,- հենց նոր տիեզերական ճառագայթներում հայտնաբերվեց նման զանգված ունեցող մասնիկ: Սակայն քիչ անց պարզվեց, որ սա ամենևին էլ նույն մասնիկը չէ։ Նրանք այն անվանում էին մյուոն կամ մյուոն։

Եվ այնուամենայնիվ, մի փոքր ավելի ուշ՝ 1947-ին կամ 1948-ին, հայտնաբերվեց մի մասնիկ՝ π-մեզոնը կամ պիոնը, որը համապատասխանում էր Յուկավայի պահանջներին։ Ստացվում է, որ միջուկային ուժեր ստանալու համար պրոտոնին ու նեյտրոնին պետք է պիոն ավելացնել։ «Հրաշալի՜ - կբացականչեք, - այս տեսության օգնությամբ մենք այժմ կկառուցենք միջուկային քվանտային դինամիկա, և պիոնները կծառայեն այն նպատակներին, որոնց համար դրանք ներկայացրել է Յուկավան. Տեսնենք՝ այս տեսությունը կաշխատի, եթե այո, ամեն ինչ կբացատրենք»: Զուր հույսեր. Պարզվեց, որ այս տեսության հաշվարկներն այնքան բարդ են, որ դեռ ոչ ոքի չի հաջողվել դրանք անել և տեսությունից որևէ հետևանք կորզել, ոչ ոքի բախտ չի ունեցել դա համեմատել փորձի հետ։ Եվ դա շարունակվում է գրեթե 20 տարի:

Ինչ-որ բան չի համապատասխանում տեսությանը. մենք չգիտենք՝ դա ճիշտ է, թե ոչ. սակայն, մենք արդեն գիտենք, որ դրա մեջ ինչ-որ բան պակասում է, ինչ-որ խախտումներ են թաքնված: Մինչ մենք ոտնահարում էինք տեսությունը՝ փորձելով հաշվարկել հետևանքները, փորձարարներն այս ընթացքում ինչ-որ բան հայտնաբերեցին։ Դե, նույն μ-մեզոնը կամ մյուոնը: Եվ մենք դեռ չգիտենք, թե դա ինչի համար է լավ: Կրկին շատ «լրացուցիչ» մասնիկներ են հայտնաբերվել տիեզերական ճառագայթներում: Մինչ օրս դրանք արդեն 30-ից ավելին են, և նրանց միջև կապը դեռևս դժվար է ըմբռնել, և պարզ չէ, թե ինչ է ուզում բնությունը նրանցից, և նրանցից որն է կախված: Մեր առջև այս բոլոր մասնիկները դեռ չեն երևում որպես նույն էության տարբեր դրսևորումներ, և այն փաստը, որ գոյություն ունի տարբեր մասնիկների մի փունջ, միայն արտացոլումն է անհամապատասխան տեղեկատվության առկայության՝ առանց տանելի տեսության: Քվանտային էլեկտրադինամիկայի անհերքելի հաջողություններից հետո՝ միջուկային ֆիզիկայի որոշ տեղեկություններ, գիտելիքի կտորներ, կիսափորձ, կիսատեսական։ Նրանց հարցնում են, ասենք, պրոտոնի փոխազդեցության բնույթը նեյտրոնի հետ և նայում են, թե ինչ է ստացվելու դրանից՝ իրականում չհասկանալով, թե որտեղից են այդ ուժերը: Նկարագրվածից այն կողմ, էական առաջընթաց չկա:

Բայց քիմիական տարրերչէ՞ որ նրանք նույնպես շատ էին, և հանկարծ նրանց միջև հնարավոր եղավ տեսնել Մենդելեևի պարբերական աղյուսակով արտահայտված կապը։ Ենթադրենք, որ կալիումը և նատրիումը` քիմիական հատկություններով նման նյութեր, աղյուսակում ընկել են մեկ սյունակի մեջ: Այսպիսով, մենք փորձեցինք կառուցել պարբերական աղյուսակի նման աղյուսակ նոր մասնիկների համար: Նման աղյուսակներից մեկն առաջարկվել է Գել-Մանի կողմից ԱՄՆ-ում և Նիշիջիմայի կողմից՝ Ճապոնիայում: Նրանց դասակարգման հիմքը նոր թիվ է, ինչպես էլեկտրական լիցքը։ Այն վերագրվում է յուրաքանչյուր մասնիկի և կոչվում է նրա «տարօրինակությունը» S: Այս թիվը չի փոխվում (ինչպես էլեկտրական լիցքը) միջուկային ուժերի կողմից առաջացած ռեակցիաներում:

Աղյուսակում. 2.2-ը ցույց է տալիս նոր մասնիկներ: Դրանց մասին առայժմ մանրամասն չենք խոսի։ Բայց աղյուսակը գոնե ցույց է տալիս, թե որքան քիչ բան մենք դեռ գիտենք: Յուրաքանչյուր մասնիկի խորհրդանիշի տակ նրա զանգվածն է՝ արտահայտված որոշակի միավորներով, որոնք կոչվում են մեգաէլեկտրոնվոլտ կամ ՄԷՎ (1 ՄէՎ 1,782 * 10 է: -27 Գ) Մենք չենք մտնի պատմական պատճառների մեջ, որոնք ստիպել են այս միավորի ներդրմանը։ Վերևի աղյուսակում մասնիկները ավելի զանգվածային են: Մեկ սյունակում նույն էլեկտրական լիցքի մասնիկներն են, չեզոք՝ մեջտեղում, դրական՝ աջ, բացասական՝ ձախ։

Մասնիկներն ընդգծված են հոծ գծով, «ռեզոնանսները»՝ հարվածներով։ Աղյուսակում ընդհանրապես մասնիկներ չկան. չկա ֆոտոն և գրավիտոն, զրոյական զանգվածով և լիցքով շատ կարևոր մասնիկներ (նրանք չեն մտնում բարիոն-մեզոն-լեպտոնների դասակարգման սխեմայի մեջ), և չկան որոշ նոր ռեզոնանսներ (φ): , f, Y * և այլն .): Մեզոնների հակամասնիկները տրված են աղյուսակում, իսկ լեպտոնների և բարիոնների հակամասնիկների համար անհրաժեշտ կլինի կազմել այս աղյուսակի նման, բայց միայն հայելային զրոյական սյունակի նկատմամբ։ Թեև բոլոր մասնիկները, բացառությամբ էլեկտրոնի, նեյտրինոյի, ֆոտոնի, գրավիտոնի և պրոտոնի, անկայուն են, դրանց քայքայման արտադրանքները գրված են միայն ռեզոնանսների համար: Լեպտոնների տարօրինակությունը նույնպես գրված չէ, քանի որ այս հայեցակարգը կիրառելի չէ նրանց համար. նրանք խիստ չեն փոխազդում միջուկների հետ:

Նեյտրոնի և պրոտոնի հետ միասին գտնվող մասնիկները կոչվում են բարիոններ։ Սա «լամբդա» է՝ 1115,4 ՄէՎ զանգվածով և երեք այլ «սիգմա», որոնք կոչվում են սիգմա-մինուս, սիգմա-զրո, սիգմա-պլյուս, գրեթե նույն զանգվածներով: Գրեթե նույն զանգվածի մասնիկների խմբերը (տարբերությունը 1-2%) կոչվում են մուլտիպլետներ։ Բազմակի բոլոր մասնիկներն ունեն նույն տարօրինակությունը: Առաջին մուլտիպլիկտը զույգ (կրկնակի) պրոտոն-նեյտրոնն է, այնուհետև գալիս է միաձույլ (մեկ) լամբդան, այնուհետև եռյակը (եռակի) սիգմա, կրկնակի xi և սինգլ օմեգա-մինուս: Սկսած 1961 թվականից, սկսեցին հայտնաբերել նոր ծանր մասնիկներ։ Բայց արդյոք դրանք մասնիկներ են: Նրանք ունեն այնքան կարճ կյանքի տևողություն (նրանք քայքայվում են հենց ձևավորվելուն պես), որ հայտնի չէ՝ դրանք անվանել նոր մասնիկներ, թե դրանք համարել «ռեզոնանսային» փոխազդեցություն իրենց քայքայման արգասիքների միջև, ասենք, Λ և π որոշ ֆիքսված վիճակում։ էներգիա.

Միջուկային փոխազդեցությունների համար, բարիոններից բացի, անհրաժեշտ են այլ մասնիկներ՝ մեզոններ։ Սրանք, առաջին հերթին, պիոնների երեք տեսակ են (գումարած, զրո և մինուս), որոնք կազմում են նոր եռյակ: Հայտնաբերվել են նաև նոր մասնիկներ՝ K-մեզոններ (սա կրկնակի Կ+ և K 0 ) Յուրաքանչյուր մասնիկ ունի հակամասնիկ, բացառությամբ այն դեպքերի, երբ մասնիկը իր սեփական հակամասնիկն է, ասենք π.+ և π- միմյանց հակամասնիկներ են, a π 0 իր սեփական հակամասնիկն է: Հակամասնիկներն ու Կ- K +-ով, իսկ K 0-ով K 0-ով «. Բացի այդ, 1961 թվականից հետո մենք սկսեցինք հայտնաբերել նոր մեզոններ կամ մեզոնների տեսակ, որոնք գրեթե ակնթարթորեն քայքայվում են: Նման հետաքրքրասիրությունը կոչվում է օմեգա, ω, նրա զանգվածը 783 է, այն վերածվում է երեք պիոնի; կա ևս մեկ գոյացություն, որից ստացվում է զույգ պիոն։

Ինչպես որոշ հազվագյուտ հողեր են դուրս են ընկել շատ հաջող պարբերական աղյուսակից, այնպես էլ որոշ մասնիկներ են ընկնում մեր աղյուսակից: Սրանք մասնիկներ են, որոնք խիստ չեն փոխազդում միջուկների հետ, կապ չունեն միջուկային փոխազդեցության հետ, ինչպես նաև ուժեղ չեն փոխազդում միմյանց հետ (ուժեղը հասկացվում է որպես ատոմային էներգիա տվող փոխազդեցության հզոր տեսակ)։ Այս մասնիկները կոչվում են լեպտոններ; դրանք ներառում են էլեկտրոնը (0,51 ՄէՎ զանգվածով շատ թեթև մասնիկ) և մյուոնը (էլեկտրոնի զանգվածից 206 անգամ մեծ զանգվածով): Որքան կարող ենք դատել բոլոր փորձերից, էլեկտրոնն ու մյուոնը տարբերվում են միայն զանգվածով։ Մյուոնի բոլոր հատկությունները, նրա բոլոր փոխազդեցությունները ոչնչով չեն տարբերվում էլեկտրոնի հատկություններից՝ միայն մեկը մյուսից ծանր է։ Ինչու է այն ավելի ծանր, ինչ օգուտ, մենք չգիտենք։ Նրանցից բացի կա նաև չեզոք միթ՝ նեյտրինո՝ զրոյական զանգվածով։ Ավելին, այժմ հայտնի է, որ կան երկու տեսակի նեյտրինոներ՝ մեկը կապված է էլեկտրոնների, իսկ մյուսը՝ մյուոնների հետ։

Վերջապես, կան ևս երկու մասնիկներ, որոնք նույնպես չեն փոխազդում միջուկների հետ: Մեկը, որը մենք արդեն գիտենք, ֆոտոն է. իսկ եթե գրավիտացիոն դաշտն ունի նաև քվանտային մեխանիկական հատկություններ (չնայած ձգողականության քվանտային տեսությունը դեռ մշակված չէ), ապա, հավանաբար, կա նաև զրոյական զանգված ունեցող գրավիտոնի մասնիկ։

Ի՞նչ է «զրո զանգվածը»: Զանգվածները, որոնք մենք տվել ենք, հանգստի վիճակում գտնվող մասնիկների զանգվածներն են: Եթե ​​մասնիկը զրոյական զանգված ունի, ապա դա նշանակում է, որ այն չի համարձակվում հանգստանալ։ Ֆոտոնը երբեք չի կանգնում, նրա արագությունը միշտ 300000 կմ/վ է։ Մենք դեռ կհասկանանք հարաբերականության տեսությունը և կփորձենք խորանալ զանգված հասկացության իմաստի մեջ։

Այսպիսով, մենք հանդիպեցինք մասնիկների մի ամբողջ զանգվածի, որոնք միասին կարծես նյութի շատ հիմնարար մասն են: Բարեբախտաբար, այս մասնիկները ոչ բոլորն են տարբերվում միմյանցից իրենց փոխազդեցությամբ: Ըստ երևույթին, նրանց միջև կա միայն չորս տեսակի փոխազդեցություն. Մենք թվարկում ենք դրանք ըստ ուժի նվազման՝ միջուկային ուժեր, էլեկտրական փոխազդեցություններ (β-քայքայման փոխազդեցություն և գրավիտացիա։ Ֆոտոնը փոխազդում է բոլոր լիցքավորված մասնիկների հետ 1/137 հաստատուն թվով բնութագրվող ուժով։ Այս կապի մանրամասն օրենքը հայտնի է։ - սա քվանտային էլեկտրադինամիկան է: Ձգողականությունը փոխազդում է ցանկացած էներգիայի հետ, բայց չափազանց թույլ, շատ ավելի թույլ, քան էլեկտրականությունը: Եվ այս օրենքը հայտնի է: Այնուհետև կան այսպես կոչված թույլ քայքայումներ. β-քայքայումը, որի պատճառով նեյտրոնը բավականին դանդաղ է քայքայվում: պրոտոն, էլեկտրոն և նեյտրինո: Այստեղ օրենքը հստակեցվում է Եվ այսպես կոչված ուժեղ փոխազդեցությունը (մեզոնի կապը բարիոնի հետ) ունի ուժ, որը հավասար է մեկին այս մասշտաբով, և դրա օրենքը լիովին անհասկանալի է, չնայած որոշ հայտնի են կանոններ, ինչպես, օրինակ, այն, որ բարիոնների թիվը չի փոխվում ոչ մի ռեակցիայի ժամանակ։

Իրավիճակը, որում հայտնվել է ժամանակակից ֆիզիկան, պետք է սարսափելի համարել։ Ես դա կամփոփեի հետևյալ բառերով. առանցքից դուրս մենք կարծես ամեն ինչ գիտենք. դրա ներսում քվանտային մեխանիկա է գործում, դրա սկզբունքների խախտումներ այնտեղ չեն հայտնաբերվել։

Բեմը, որի վրա գործում է մեր ողջ գիտելիքը, հարաբերական տարածություն-ժամանակն է. հնարավոր է, որ դրա հետ կապված է նաև ձգողականությունը։ Մենք չգիտենք, թե ինչպես է սկսվել Տիեզերքը, և մենք երբեք փորձեր չենք կազմակերպել փոքր հեռավորությունների վրա տարածության ժամանակի մասին մեր պատկերացումները ճշգրիտ ստուգելու համար, մենք միայն գիտենք, որ այս հեռավորություններից դուրս մեր հայացքներն անսխալական են: Կարելի է ավելացնել նաև, որ խաղի կանոններն են սկզբունքները քվանտային մեխանիկա; և, որքան գիտենք, դրանք վերաբերում են նոր մասնիկներին ոչ ավելի վատ, քան հիններինը: Միջուկային ուժերի ծագման որոնումը մեզ տանում է դեպի նոր մասնիկներ. բայց այս բոլոր բացահայտումները միայն շփոթություն են առաջացնում: Մենք լիովին չենք պատկերացնում նրանց փոխհարաբերությունները, թեև արդեն տեսել ենք նրանց միջև ապշեցուցիչ կապեր։ Մենք, ըստ երևույթին, աստիճանաբար մոտենում ենք ատոմային մասնիկների աշխարհի ըմբռնմանը, բայց հայտնի չէ, թե որքան հեռու ենք գնացել այս ճանապարհով: