Bodrum ve kiler
nominal parçacık. b-parçacığı kelimesinin tıbbi terimlerdeki anlamı A b parçacığı

nominal parçacık. b-parçacığı kelimesinin tıbbi terimlerdeki anlamı A b parçacığı

Onlarca yıldır Higgs bozonunu bulmaya çalışıyorlar, ancak şu ana kadar başarılı olamadılar. Bu arada, onsuz, temel hükümler modern teori mikro kozmoslar havada asılı kalır.

Parçacıkların incelenmesi çok uzun zaman önce başlamadı. 1897'de Joseph John Thomson elektronu keşfetti ve 20 yıl sonra Ernest Rutherford, hidrojen çekirdeğinin diğer elementlerin çekirdeğinin bir parçası olduğunu kanıtladı ve daha sonra onlara proton adını verdi. 1930'larda nötron, müon ve pozitron keşfedildi ve nötrino'nun varlığı tahmin edildi. Aynı zamanda, Hideki Yukawa, bir elektrondan yüzlerce kez daha ağır, ancak bir protondan (mezonlar) çok daha hafif olan varsayımsal parçacıklar tarafından taşınan bir nükleer kuvvetler teorisi oluşturdu. 1947'de kozmik ışınlara maruz kalan fotoğraf plakalarında pi mezon (pion) bozunmalarının izleri bulundu. Daha sonra başka mezonlar keşfedildi ve bazıları sadece protondan değil, aynı zamanda helyum çekirdeğinden daha ağırdı. Fizikçiler ayrıca proton ve nötronun ağır ve dolayısıyla kararsız akrabaları olan birçok baryon keşfettiler. Bir zamanlar, tüm bu parçacıklara temel deniyordu, ancak bu terminoloji uzun süredir eski. Şimdi sadece bileşik olmayan parçacıklar temel olarak kabul edilir - fermiyonlar (yarım spinli - leptonlar ve kuarklar) ve bozonlar (tamsayı spinli - temel etkileşimlerin taşıyıcıları).

Standart Modelin temel parçacıkları

Fermiyon grubu (yarım tamsayı spinli), üç kuşak olarak adlandırılan leptonlardan ve kuarklardan oluşur. Yüklü leptonlar elektron ve onun masif karşılıkları müon ve tau parçacığıdır (ve onların antiparçacıkları). Her lepton, üç çeşit nötrinodan birinin (ayrıca antiparçacıklarla birlikte) şahsında nötr bir eşe sahiptir. Spini 1 olan bozon ailesi, kuarklar ve leptonlar arasındaki etkileşimleri taşıyan parçacıklardır. Bazılarının kütlesi ve elektrik yükü yoktur - bunlar mezonlarda ve baryonlarda kuarklar arası bağlar sağlayan gluonlar ve elektromanyetik alanın kuantumları olan fotonlardır. Beta bozunma süreçlerinde ortaya çıkan zayıf etkileşimler, iki yüklü ve bir nötr olan üçlü büyük parçacıklar tarafından sağlanır.

Temel ve bileşik parçacıkların bireysel adları genellikle belirli bilim adamlarının adlarıyla ilişkilendirilmez. Bununla birlikte, neredeyse 40 yıl önce, yaşayan bir insan olan İskoç fizikçi Peter Higgs'in adını taşıyan başka bir temel parçacık tahmin edildi. Temel etkileşimlerin taşıyıcıları gibi, bir tamsayı dönüşüne sahiptir ve bozon sınıfına aittir. Ancak spini 1 değil 0'dır ve bu açıdan analogları yoktur. Onlarca yıldır, en büyük hızlandırıcılarda - geçen yıl kapatılan Amerikan Tevatron'da ve şu anda işleyen Büyük Hadron Çarpıştırıcısında, dünya medyasının incelemesi altında arıyorlar. Sonuçta, Higgs bozonu, mikro dünyanın modern teorisi - temel parçacıkların Standart Modeli için çok gereklidir. Bulunamazsa, bu teorinin temel hükümleri havada asılı kalacaktır.

ölçü simetrileri

Higgs bozonuna giden yolun başlangıcı, Amerika Birleşik Devletleri'ne taşınan Çinli fizikçi Yang Zhenning ve Brookhaven Ulusal Laboratuvarı'ndaki meslektaşı Robert Mills tarafından 1954'te yayınlanan kısa bir makaleden sayılabilir. O yıllarda, deneyciler, bolluğu hiçbir şekilde açıklanamayan daha fazla yeni parçacık keşfettiler. Gelecek vaat eden fikirlerin arayışında Yang ve Mills, kuantum elektrodinamiğine tabi olan çok ilginç bir simetrinin olanaklarını test etmeye karar verdiler. O zamana kadar, bu teori, deneyimle uyumlu olarak mükemmel sonuçlar verme yeteneğini kanıtlamıştı. Doğru, bazı hesaplamalar sırasında orada sonsuzluklar belirir, ancak yeniden normalleştirme adı verilen matematiksel bir prosedür kullanarak onlardan kurtulabilirsiniz.

Yang ve Mills'i ilgilendiren simetri, 1918'de Alman matematikçi Hermann Weyl tarafından fiziğe tanıtıldı. Ona bir ölçü dedi ve bu isim bu güne kadar hayatta kaldı. Kuantum elektrodinamiğinde, ayar simetrisi, gerçek ve sanal kısımları olan bir vektör olan serbest elektronun dalga fonksiyonunun uzay-zamanın her noktasında sürekli olarak döndürülebilmesi gerçeğinde kendini gösterir (bu nedenle simetriye yerel denir. ). Bu işlem (resmi dilde - dalga fonksiyonunun fazını değiştirmek), elektronun hareket denkleminde katkı maddelerinin görünmesine neden olur ve bunun geçerli kalması için telafi edilmesi gerekir. Bunu yapmak için, elektronla etkileşime giren elektromanyetik alanı tanımlayan ek bir terim tanıtıldı. Bu alanın kuantumu, birim spinli kütlesiz bir parçacık olan bir fotondur. Böylece, fotonların varlığı (ve elektron yükünün sabitliği), serbest elektron denkleminin yerel ayar simetrisinden kaynaklanır. Bu simetrinin, elektronun elektromanyetik alanla etkileşmesini belirlediğini söyleyebiliriz. Herhangi bir faz kayması, böyle bir etkileşimin eylemi haline gelir - örneğin, bir fotonun emisyonu veya absorpsiyonu.

Ayar simetrisi ve elektromanyetizma arasındaki ilişki 1920'lerde keşfedildi, ancak fazla ilgi uyandırmadı. Yang ve Mills, elektrondan farklı bir yapıya sahip parçacıkları tanımlayan denklemler oluşturmak için bu simetriyi ilk kullananlardı. İki "en eski" baryonu aldılar - proton ve nötron. Bu parçacıklar özdeş olmasalar da, nükleer kuvvetlere göre hemen hemen aynı davranırlar ve hemen hemen aynı kütleye sahiptirler. 1932'de Werner Heisenberg, proton ve nötronun resmi olarak aynı parçacığın farklı durumları olarak kabul edilebileceğini gösterdi. Onları tanımlamak için yeni bir kuantum sayısı tanıttı - izotopik dönüş. Güçlü kuvvet, protonlar ve nötronlar arasında ayrım yapmadığından, elektromanyetik kuvvetin elektrik yükünü koruduğu gibi, toplam izotopik dönüşü korur.

Yang ve Mills, hangi yerel ayar dönüşümlerinin izospin simetrisini koruduğunu merak etti. Zaten iki parçacıktan bahsettiğimiz için, kuantum elektrodinamiğinin ayar dönüşümleriyle çakışamayacakları açıktı. Young ve Mills, bu tür dönüşümlerin bütününü analiz ettiler ve bunların, kuantumları protonlar ve nötronlar arasındaki etkileşimleri taşıdığı varsayılan alanlar oluşturduğunu buldular. Bu durumda üç kuanta vardı: iki yüklü (pozitif ve negatif) ve bir nötr. Sıfır kütleye ve birim dönüşe sahiplerdi (yani vektör bozonlardı) ve ışık hızında hareket ettiler.

Ortak yazarların dediği gibi B-alanları teorisi çok güzeldi, ancak deneyim testine dayanamadı. Nötr B-bozonu fotonla tanımlanabildi, ancak yüklü karşılıkları dışarıda bırakıldı. Kuantum mekaniğine göre, kısa menzilli kuvvetlerin transferinde yalnızca yeterince büyük sanal parçacıklar aracı olabilir. Nükleer kuvvetlerin yarıçapı 10-13 cm'yi geçmez ve kütlesiz Yang ve Mills bozonları açıkça onların taşıyıcıları olduklarını iddia edemezler. Ek olarak, prensipte yüklü kütlesiz bozonları tespit etmek kolay olsa da, deneyciler bu tür parçacıkları hiçbir zaman tespit etmemiştir. Yang ve Mills, "kağıt üzerinde" yerel ayar simetrilerinin elektromanyetik olmayan bir doğaya sahip kuvvet alanları oluşturabileceğini kanıtladı, ancak bu alanların fiziksel gerçekliği tamamen varsayımdı.

Elektrozayıf ikilik

Higgs bozonuna doğru bir sonraki adım 1957'de atıldı. O zamana kadar, teorisyenler (aynı Yang ve Li Zundao), beta bozunmalarında paritenin korunmadığını (başka bir deyişle, ayna simetrisinin ihlal edildiğini) varsaydılar ve deneyciler kanıtladılar. Bu beklenmedik sonuç, aralarında kuantum elektrodinamiğinin kurucularından biri olan Julian Schwinger'in de bulunduğu birçok fizikçiyi ilgilendirdi. Leptonlar arasındaki zayıf etkileşimlerin (bilim henüz kuarklara ulaşmamıştı!) üç vektör bozonu - bir foton ve B bozonlarına benzer bir çift yüklü parçacık - tarafından taşındığını varsayıyordu. Bu etkileşimlerin elektromanyetik kuvvetlerle ortak olduğu ortaya çıktı. Schwinger artık bu sorunla ilgilenmedi, ancak yüksek lisans öğrencisi Sheldon Glashow'a önerdi.

Çalışma dört yıl sürdü. bir satırdan sonra başarısızlıkla sonuçlanmış denemeler Glashow, elektromanyetik alan ile Yang ve Mills alanlarının ayar simetrilerinin birleştirilmesine dayalı olarak zayıf ve elektromanyetik etkileşimlerin bir modelini oluşturdu. Fotona ek olarak, iki yüklü ve bir nötr olmak üzere üç vektör bozonu daha içeriyordu. Ancak bu parçacıkların yine sıfır kütleye sahip olması bir sorun yarattı. Zayıf bir etkileşimin yarıçapı, güçlü olanınkinden iki kat daha küçüktür ve çok daha büyük aracılar gerektirir. Ek olarak, nötr bir taşıyıcının varlığı, elektrik yükünü değiştirmeyen beta geçişlerinin olasılığını gerektiriyordu ve o zamanlar bu tür geçişler bilinmiyordu. Bu nedenle, Glashow 1961 sonlarında modelini yayınladıktan sonra zayıf ve elektromanyetik kuvvetleri birleştirmeye olan ilgisini kaybetti ve başka konulara geçti.

Schwinger'in hipotezi, John Ward ile birlikte Glashow'unkine benzer bir model inşa eden Pakistanlı teorisyen Abdus Salam'ı da ilgilendirdi. Ayrıca ayar bozonlarının kütlesizliğiyle de karşılaştı ve hatta onu ortadan kaldırmanın bir yolunu buldu. Salam, teori norm edilemez hale geldiğinden kütlelerinin "elle" girilemeyeceğini biliyordu, ancak bu zorluğu kendiliğinden simetri kırılmasıyla aşmayı umuyordu, böylece bozonların hareket denklemlerinin çözümlerinin ölçüsü yoktu. simetri, denklemlerin kendilerinde bulunur. Bu görevle Amerikalı Steven Weinberg'i ilgilendirdi.

Ancak 1961'de İngiliz fizikçi Geoffrey Goldstone, görelilik kuramında bunu gösterdi. kuantum teorileri alan kendiliğinden simetri kırılması kaçınılmaz olarak kütlesiz parçacıklar üretiyor gibi görünüyor. Salam ve Weinberg, Goldstone'un teoremini çürütmeye çalıştılar, ancak onu yalnızca kendi çalışmalarında güçlendirdiler. Bilmece çözülemez görünüyordu ve fiziğin diğer alanlarına yöneldiler.

Higgs ve diğerleri

Yoğun madde fiziği uzmanlarından yardım geldi. 1961'de Yoichiro Nambu, normal bir metal süper iletken duruma geçtiğinde, eski simetrinin kendiliğinden bozulduğunu, ancak kütlesiz parçacıkların ortaya çıkmadığını kaydetti. İki yıl sonra, Philip Anderson, aynı örneği kullanarak, elektromanyetik alan Goldstone teoremine uymuyorsa, yerel simetriye sahip diğer ayar alanlarından da aynı şeyin beklenebileceğini kaydetti. Hatta Goldstone bozonları ile Yang ve Mills alan bozonlarının bir şekilde birbirini iptal edip geride büyük parçacıklar bırakabileceğini öngördü.

Bu öngörünün kehanet olduğu ortaya çıktı. 1964'te, Brüksel Özgür Üniversitesi fizikçileri François Englert ve Roger Broat, Peter Higgs ve Imperial College London'dan Jerry Guralnik, Robert Hagen ve Thomas Kibble tarafından beraat etti. Sadece Goldstone teoreminin uygulanabilirlik koşullarının Yang-Mills alanlarında karşılanmadığını göstermekle kalmadılar, aynı zamanda bu alanların uyarımlarını sıfırdan farklı bir kütle ile sağlamanın bir yolunu buldular ve bu şimdi Higgs mekanizması olarak adlandırılıyor.

Bu harika eserler hemen fark edilmedi ve takdir edilmedi. Sadece 1967'de Weinberg, vektör bozonlarının üçlüsünün Higgs mekanizmasına dayalı olarak kütle kazandığı ve Salam'ın bir yıl sonra aynı şeyi yaptığı elektrozayıf etkileşimin birleşik bir modelini inşa etti. 1971'de Hollandalı Martinus Veltman ve Gerard "t Hooft, bu teorinin kendini yeniden normalleştirmeye uygun olduğunu ve bu nedenle açık bir fiziksel anlamı olduğunu kanıtladı. 1973'ten sonra bir kabarcık odasındayken sıkıca ayağa kalktı. Gargamelle(CERN, İsviçre) deneyciler, yüksüz bir ara bozonun varlığını gösteren sözde zayıf nötr akımları kaydettiler (üç vektör bozonunun tamamının doğrudan kaydı CERN'de sadece 1982–1983'te gerçekleştirildi). Glashow, Weinberg ve Salam onun için aldı Nobel ödülleri 1979'da Veltman ve "t Hooft - 1999'da. Bu teori (ve onunla birlikte Higgs bozonu) uzun zamandır temel parçacıkların Standart Modelinin ayrılmaz bir parçası olmuştur.

Higgs mekanizması

Higgs mekanizması, spinsiz kuanta - Higgs bozonları olan skaler alanlara dayanmaktadır. Büyük Patlama'dan birkaç dakika sonra ortaya çıktıklarına ve şimdi tüm Evreni doldurduklarına inanılıyor. Bu tür alanlar sıfır olmayan bir değerde en düşük enerjiye sahiptir - bu onların kararlı durumudur.

Temel parçacıkların Higgs alanı tarafından frenlemenin bir sonucu olarak kütle kazandığı sıklıkla yazılır, ancak bu aşırı mekanik bir benzetmedir. Elektrozayıf teori, dört Higgs alanını (her birinin kendi kuantasına sahip) ve dört vektör bozonunu içerir - ikisi nötr ve ikisi yüklü, bunların kütlesi yoktur. Hem yüklü hem de bir nötr olan üç bozon, her biri bir Higgs emer ve sonuç olarak kütle ve kısa menzilli kuvvetler taşıma yeteneği kazanır (bunlar W + , W - ve Z 0 sembolleriyle gösterilir). Son bozon hiçbir şeyi emmez ve kütlesiz kalır - bu bir fotondur. "Yenmiş" Higgs gözlemlenemez (fizikçiler onlara "ruhlar" derler), dördüncü kuzenleri ise doğumu için yeterli enerjilerde gözlemlenmelidir. Genel olarak, bunlar tam olarak Anderson'ın tahmin etmeyi başardığı süreçlerdir.

zor parçacık

Higgs bozonunu yakalamak için ilk ciddi girişimler 20. ve 21. yüzyılların başında Büyük Elektron-Pozitron Çarpıştırıcısı'nda yapıldı. Büyük Elektron-Pozitron Çarpıştırıcısı, LEP) CERN'de. Bu deneyler, gerçekten de, üzerinde ağır vektör bozonlarının kütlelerinin ve ömürlerinin benzeri görülmemiş bir doğrulukla belirlendiği dikkate değer bir tesisin kuğu şarkısıydı.

Standart Model, Higgs bozonunun oluşum ve bozulma kanallarını tahmin etmeyi mümkün kılar, ancak kütlesini hesaplamayı mümkün kılmaz (bu arada, kendi kendini zorlama yeteneğinden kaynaklanır). En genel tahminlere göre 8–10 GeV'den az ve 1000 GeV'den fazla olmamalıdır. LEP'deki seansların başlangıcında, çoğu fizikçi en olası aralığın 100-250 GeV olduğuna inanıyordu. LEP deneyleri alt eşiği 114.4 GeV'ye yükseltti. Pek çok uzman, bu hızlandırıcı daha uzun süre çalışsaydı ve çarpışan ışınların enerjisini yüzde on artırsaydı (ki bu teknik olarak mümkündü), Higgs bozonunun kaydedilebileceğine inanıyor ve inanıyor. Ancak CERN liderliği, aynı tünelde inşa edilecek olan Büyük Hadron Çarpıştırıcısı'nın fırlatılmasını geciktirmek istemedi ve 2000 yılının sonunda LEP kapatıldı.

bozon kalem

Birbiri ardına yapılan çok sayıda deney, Higgs bozonunun olası kütle aralıklarını dışladı. Alt eşik, LEP hızlandırıcısında ayarlandı - 114.4 GeV. Tevatron'da 150 GeV'yi aşan kütleler ekarte edildi. Daha sonra, kütle aralıkları 115-135 GeV'a rafine edildi ve CERN'de Büyük Hadron Çarpıştırıcısı'nda üst sınır 130 GeV'a kaydırıldı. Dolayısıyla Standart Modelin Higgs bozonu, eğer varsa, oldukça dar kütle sınırlarına kilitlenmiştir.

Sonraki arama döngüleri Tevatron'da (CDF ve DZero dedektörlerinde) ve LHC'de gerçekleştirildi. DZero işbirliğinin liderlerinden biri olan Dmitry Denisov'un PM'ye söylediği gibi, Tevatron 2007'de Higgs hakkında istatistik toplamaya başladı: “Yeterli enerji olmasına rağmen birçok zorluk vardı. Elektronların ve pozitronların çarpışması, Higgs'i yakalamanın "en temiz" yoludur, çünkü bu parçacıkların bir iç yapısı yoktur. Örneğin, yüksek enerjili bir elektron-pozitron çiftinin yok edilmesi sırasında, Higgs'i herhangi bir arka plan olmadan yayan bir Z 0 - bozonu doğar (ancak bu durumda daha kirli reaksiyonlar bile mümkündür). Biz ise protonlar ve antiprotonlar, kuarklardan ve gluonlardan oluşan gevşek parçacıklar ile çarpıştık. Böylece Ana görev- birçok benzer reaksiyonun arka planına karşı Higgs'in doğuşunu vurgulayın. LHC ekipleri için de benzer bir sorun var.”

Görünmeyen canavarların izleri

Higgs bozonunun doğumunun dört ana yolu (fizikçilerin dediği gibi kanallar) vardır.

Ana kanal, ağır üst kuark döngüleri aracılığıyla etkileşime giren protonların ve antiprotonların çarpışmasında gluonların (gg) füzyonudur.
İkinci kanal, kuarklar tarafından yayılan ve soğurulan sanal vektör bozonları WW veya ZZ(WZ)'nin füzyonudur.
Higgs bozonunun üretimi için üçüncü kanal, sözde ilişkisel üretimdir (W veya Z bozonu ile birlikte). Bu süreç bazen denir Higgsstrahlung(Almanca terime benzer bremsstrahlung- bremsstrahlung).
Ve son olarak, dördüncüsü, gluonlar tarafından üretilen iki üst kuark-antikuark çiftinden bir üst kuark ve bir antikuarkın (üst kuarklarla birlikte çağrışımsal üretim, tt) kaynaşmasıdır.

Dmitry Denisov, “Aralık 2011'de LHC'den yeni mesajlar geldi” diye devam ediyor. - Her ikisinde de Higgs bozunumu arıyorlardı. tepe-kuark ve onun antikuarkı, yok olup bir çift gama kuantaya veya her biri bir elektron ve bir pozitron veya bir müon ve bir antimuon'a bozunan iki Z 0 -bozonuna dönüşür. Elde edilen veriler, Higgs bozonunun yaklaşık 124-126 GeV çektiğini gösteriyor, ancak bu, nihai sonuçlar için yeterli değil. Şimdi hem işbirliklerimiz hem de CERN'deki fizikçiler deneylerin sonuçlarını analiz etmeye devam ediyor. 4 Mart'ta İtalyan Alpleri'nde düzenlenecek uluslararası bir konferansta sunulacak olan yeni sonuçlara yakında bizim ve onların yakın zamanda varmamız mümkün ve orada sıkılmayacağınıza dair bir öngörüm var.”

Higgs bozonu ve dünyanın sonu

Dolayısıyla bu yıl ya Standart Modelin Higgs bozonunun keşfini ya da tabiri caizse iptalini bekleyebiliriz. Elbette ikinci seçenek, yeni fiziksel modellere ihtiyaç yaratacaktır, ancak aynı şey ilk durumda da olabilir! Her halükarda, bu alandaki en yetkili uzmanlardan biri olan King's College London'da profesör olan John Ellis böyle düşünüyor. Ona göre, bir "hafif" (130 GeV'den daha büyük olmayan) bir Higgs bozonunun keşfi, kozmoloji için tatsız bir sorun yaratacaktır. Bu, Evrenimizin kararsız olduğu ve bir gün (belki de herhangi bir anda) daha az enerjiyle yeni bir duruma geçeceği anlamına gelecektir. O zaman dünyanın sonu olacak - en tam anlam bu kelime. Ya Higgs bozonunun bulunmayacağı ya da Ellis'in yanıldığı ya da Evren'in intiharı biraz geciktireceği umulmaktadır.

Baryonlar (Yunanca "baris" - ağırdan), üç kuarktan oluşan, güçlü bir şekilde etkileşime giren fermiyonlar olan ağır temel parçacıklardır. En kararlı baryonlar proton ve nötrondur. Başlıca baryonlar şunlardır: proton (uud), antiproton, nötron (ddu), antineutron, lambda hyperion, sigma hyperion, xi hyperion, omega hyperion.

ABD araştırma merkezleri sisteminin bir parçası olan Fermi Ulusal Hızlandırıcı Laboratuvarı'ndaki DZero uluslararası işbirliğinin çalışanları, yeni bir temel parçacık olan baryon keşfetti. "xi-bi-minus baryon" (Ξ-b) olarak adlandırılan parçacık, kendi yolunda benzersizdir. Bu sadece b-kuark içeren başka bir baryon değil, üç farklı aileden üç kuark içeren ilk parçacıktır - bir d-kuark, bir s-kuark ve bir b-kuark.

Ayrıca başka bir adı var - "cascade-bi". Bir baryon negatif bir yük taşır ve bir protonun kütlesinin yaklaşık altı katıdır (parçacık kütlesi 5.774±0.019 GeV).

Yeni bir parçacığı kaydetmek için bilim adamları, beş yıllık hızlandırıcı operasyonunun izlerini analiz etmek zorunda kaldılar. Sonuç olarak, yeni bir baryon oluşumunu gösteren 19 olay bulundu.

Daha önce, bilim adamları zaten üç farklı kuarktan oluşan bir baryon elde etmişlerdi - bir u-, d- ve b- kuarklarından oluşan bir lambda-bi baryon, ancak yalnızca iki kuark nesli içerir (bkz. ek).

Böylece, yüksek enerji fiziği tarihinde ilk kez, üç kuşak veya aileden oluşan kuarklardan oluşan bir baryon keşfedildi. İki kademeli, bir d-kuark (birinci aileye ait "aşağı" kuark), bir s-kuark ("garip" kuark, ikinci aile) ve bir b-kuark ("tılsım" kuark, üçüncü aile). Yeni Ξ-b parçacığının gerçekten benzersiz olmasının nedeni budur.

İlginç bir şekilde, işbirliği güçlü bir Tevatron hızlandırıcısına sahip Fermilab'a dayansa da, mevcut keşif Avrupa'da - CERN'deki Büyük Elektron-Pozitron Çarpıştırıcısında (LEP) yapıldı.

Böylece bilim adamları, bir "güzel" veya "alt" kuark (b) içeren baryonları keşfederek, baryon piramidinin "ikinci katında" araştırmalarına devam ederler.

İlk kez böyle parçacıklar Alınan ayrıca Fermilab'dan bir ekip. Geçen yıl, Enerji Bakanlığı'nın Fermi Ulusal Hızlandırıcı Laboratuvarı'nda deneyler yürüten CDF Uluslararası İşbirliği, baryon sınıfına ait iki yeni temel parçacığın keşfedildiğini duyurdu.Parçacıklar Σ + b ve Σ-b olarak adlandırıldı.

Fizikçiler deneylerde protonları antiprotonlarla çarpıştırdı ve onları şu anda en güçlü hızlandırıcı olan Tevatron'da hızlandırdı.

Bu hızlandırıcıda, 1 TeV enerjisine sahip bir proton demeti, aynı enerjiye sahip çarpışan bir antiproton demeti ile çarpıştığında yapılır. Böyle bir enerjiyle çarpışmada, daha sonra proton ve antiproton kuarkları ile etkileşime giren iki yeni parçacık oluşturan bir b-kuark ortaya çıktı.

Deney, pozitif yüklü doğumla ilgili 103 olay kaydetti. u-u-b parçacıkları(Σ+b) ve negatif yüklü 134 doğum d-d-b parçacıkları(Σ-b). Bu kadar çok olayı tespit etmek için bilim adamları, Tevatron'un operasyonunun beş yılı boyunca 100 trilyon çarpışmadan gelen izleri analiz etmek zorunda kaldılar.

Yaklaşık 1000 saniyeden (serbest bir nötron için) saniyenin ihmal edilebilir bir kesrine (rezonanslar için 10 -24'ten 10 −22 s'ye kadar).

Temel parçacıkların yapısı ve davranışı, temel parçacık fiziği tarafından incelenir.

Tüm temel parçacıklar özdeşlik ilkesine (Evrendeki aynı türden tüm temel parçacıklar tüm özelliklerinde tamamen aynıdır) ve parçacık-dalga ikiliği ilkesine (her temel parçacık bir de Broglie dalgasına karşılık gelir) uyar.

Tüm temel parçacıklar, etkileşimlerinin bir sonucu olan ara dönüştürülebilirlik özelliğine sahiptir: güçlü, elektromanyetik, zayıf, yerçekimi. Parçacık etkileşimleri, enerjinin, momentumun, açısal momentumun, elektrik yükünün, baryon yükünün vb. korunumu yasaları tarafından yasaklanmamışsa, parçacıkların ve bunların kümelerinin diğer parçacıklara ve bunların kümelerine dönüştürülmesine neden olur.

Temel parçacıkların temel özellikleri:ömür , kütle , dönüş , elektrik yükü , manyetik moment , baryon yükü , lepton yükü , tuhaflık , izotopik dönüş , parite , yük paritesi , G-paritesi , CP-paritesi .

sınıflandırma

yaşam süresine göre

Kararlı temel parçacıklar - serbest durumda sonsuz uzun ömre sahip parçacıklar (proton, elektron, nötrino, foton ve bunların antiparçacıkları).
Kararsız temel parçacıklar - sonlu bir zamanda serbest halde diğer parçacıklara bozunan parçacıklar (diğer tüm parçacıklar).

Ağırlığa göre

Tüm temel parçacıklar iki sınıfa ayrılır:

Kütlesiz parçacıklar - sıfır kütleli parçacıklar (foton, gluon).
Kütlesi sıfır olmayan parçacıklar (diğer tüm parçacıklar).

sırt boyutu

Tüm temel parçacıklar iki sınıfa ayrılır:

Etkileşim türüne göre

Temel parçacıklar aşağıdaki gruplara ayrılır:

Kompozit parçacıklar

Hadronlar, her türlü temel etkileşimde yer alan parçacıklardır. Kuarklardan oluşurlar ve sırayla alt bölümlere ayrılırlar:
- mezonlar - tamsayı dönüşlü hadronlar, yani bozonlar;
- baryonlar, yarı tamsayılı spinli hadronlardır, yani fermiyonlardır. Bunlar, özellikle atomun çekirdeğini oluşturan parçacıkları içerir - proton ve nötron.

Temel (yapısız) parçacıklar

Leptonlar, 10 -18 m mertebesine kadar nokta parçacıklar gibi görünen (yani hiçbir şeyden oluşmayan) fermiyonlardır, güçlü etkileşimlere katılmazlar. Elektromanyetik etkileşimlere katılım deneysel olarak yalnızca yüklü leptonlar (elektronlar, müonlar, tau leptonlar) için gözlenmiştir ve nötrinolar için gözlenmemiştir. Bilinen 6 çeşit lepton vardır.
Kuarklar, hadronları oluşturan kesirli yüklü parçacıklardır. Serbest halde gözlemlenmediler (bu tür gözlemlerin yokluğunu açıklamak için hapsetme mekanizması önerildi). Leptonlar gibi 6 türe ayrılırlar ve yapısız olarak kabul edilirler, ancak leptonlardan farklı olarak güçlü etkileşime katılırlar.
Ayar bozonları - etkileşimlerin gerçekleştirildiği değişim yoluyla parçacıklar:
- foton - elektromanyetik etkileşimi taşıyan bir parçacık;
- sekiz gluon, güçlü kuvveti taşıyan parçacıklar;
- üç ara vektör bozonu W + , W- ve Z 0, zayıf etkileşim taşıyan;
- graviton, yerçekimi etkileşimini taşıyan varsayımsal bir parçacıktır. Yerçekimi etkileşiminin zayıflığı nedeniyle henüz deneysel olarak kanıtlanmamış olmasına rağmen, gravitonların varlığı oldukça olası kabul edilir; ancak graviton, temel parçacıkların Standart Modeline dahil değildir.

Temel parçacıkların boyutları

Temel parçacıkların çok çeşitli olmasına rağmen, boyutları iki gruba ayrılır. Hadronların (hem baryonlar hem de mezonlar) boyutları yaklaşık 10 −15 m'dir ve bu, kuarkları arasındaki ortalama uzaklığa yakındır. Deneysel hata sınırları içindeki temel, yapısız parçacıkların boyutları - ayar bozonları, kuarklar ve leptonlar - nokta karakterleri ile tutarlıdır (çapın üst sınırı yaklaşık 10 -18 m'dir) ( açıklamaya bakın). Bu parçacıkların son boyutları daha sonraki deneylerde bulunmazsa, bu, ayar bozonlarının, kuarkların ve leptonların boyutlarının temel uzunluğa yakın olduğunu gösterebilir (bu, büyük olasılıkla Planck uzunluğu 1,6 10'a eşit olabilir). -35 m) .

Bununla birlikte, temel bir parçacığın boyutunun, klasik kavramlarla her zaman tutarlı olmayan, oldukça karmaşık bir kavram olduğu belirtilmelidir. İlk olarak, belirsizlik ilkesi, fiziksel bir parçacığın kesin olarak yerelleştirilmesine izin vermez. Bir parçacığı kesin olarak lokalize kuantum durumlarının bir üst üste binmesi olarak temsil eden dalga paketi, her zaman sonlu boyutlara ve belirli bir uzaysal yapıya sahiptir ve paket boyutları oldukça makroskopik olabilir - örneğin, iki yarık üzerinde girişim olan bir deneyde bir elektron "hissediyor" makroskopik bir mesafe ile ayrılmış her iki interferometre yarığı. İkincisi, fiziksel bir parçacık, kendi etrafındaki boşluğun yapısını değiştirerek kısa vadeli sanal parçacıkların bir "kürk mantosunu" - fermiyon-antifermiyon çiftleri (bkz. Bu bölgenin uzamsal boyutları, parçacığın sahip olduğu ayar yüklerine ve ara bozonların kütlelerine bağlıdır (kütleli sanal bozonların kabuğunun yarıçapı, Compton dalga boylarına yakındır, bu da sırasıyla, kendileriyle ters orantılıdır). kitle). Bu nedenle, nötrinolar açısından bir elektronun yarıçapı (sadece aralarında zayıf etkileşim mümkündür), W-bozonlarının Compton dalga boyuna, ~3 × 10 −18 m ve bölgenin boyutlarına yaklaşık olarak eşittir. Bir hadronun güçlü etkileşimi, burada bir etkileşim taşıyıcısı olarak görev yapan en hafif hadronların, pi-mezonun (~10 −15 m ) Compton dalga boyu tarafından belirlenir.

Hikaye

Başlangıçta, "temel parçacık" terimi kesinlikle temel bir şey, maddenin ilk tuğlası anlamına geliyordu. Bununla birlikte, 1950'lerde ve 1960'larda benzer özelliklere sahip yüzlerce hadron keşfedildiğinde, en azından hadronların içsel serbestlik derecelerine sahip oldukları, yani kelimenin tam anlamıyla, temel olmadıkları ortaya çıktı. Hadronların kuarklardan oluştuğu ortaya çıktığında bu şüphe daha sonra doğrulandı.

Böylece fizikçiler maddenin yapısında biraz daha derine indiler: maddenin en temel, nokta parçaları artık leptonlar ve kuarklar olarak kabul ediliyor. Onlar için (ayar bozonları ile birlikte) terimi " temel parçacıklar".

1980'lerin ortalarından beri aktif olarak geliştirilen sicim teorisi, temel parçacıkların ve onların etkileşimlerinin bir sonucu olduğunu varsayar. Çeşitli türlerözellikle küçük "sicimlerin" titreşimleri.

standart Model

Temel parçacıkların Standart Modeli, 12 çeşit fermiyon, bunlara karşılık gelen karşı parçacıklar ve ayrıca ayar bozonları (foton, gluonlar, W- ve Z parçacıklar arasındaki etkileşimleri taşıyan bozonlar) ve parçacıklarda atalet kütlesinin varlığından sorumlu olan 2012 yılında keşfedilen Higgs bozonu. Bununla birlikte, Standart Model, yerçekimini içermediğinden ve değerleri doğrudan teoriden takip etmeyen birkaç düzine serbest parametre (parçacık kütlesi vb.) içerdiğinden, gerçekten temel bir teoriden ziyade büyük ölçüde geçici bir teori olarak kabul edilir. Belki de Standart Model tarafından tanımlanmayan temel parçacıklar vardır - örneğin graviton (varsayımsal olarak yerçekimi kuvvetlerini taşıyan bir parçacık) veya sıradan parçacıkların süpersimetrik ortakları gibi. Toplamda, model 61 parçacığı tanımlar.

fermiyonlar

12 fermiyon aroması, her biri 4 parçacıktan oluşan 3 aileye (nesil) ayrılır. Bunlardan altısı kuarktır. Diğer altısı, üçü nötrino olan leptonlardır ve geri kalan üçü birim negatif yük taşır: elektron, müon ve tau lepton.

parçacık nesilleri

Birinci nesil	İkinci nesil	üçüncü nesil
Elektron: e-	Müon: μ −	Tau leptonu: τ −
Elektron nötrino: v e	Müon nötrino: ν μ	Tau nötrino: ν τ (\displaystyle \nu _(\tau ))
u-kuark ("üst"): sen	c-kuark ("büyülü"): c	t-kuark ("doğru"): t
d-kuark ("alt"): d	s-kuark ("garip"): s	b-kuark ("büyüleyici"): b

antiparçacıklar

Yukarıdaki on iki parçacığa karşılık gelen 12 fermiyonik antiparçacık da vardır.

antiparçacıklar

Birinci nesil	İkinci nesil	üçüncü nesil
pozitron: e +	Pozitif müon: μ +	Pozitif tau leptonu: τ +
Elektronik antinötrino: ν ¯ e (\displaystyle (\bar (\nu ))_(e))	Müon antinötrino: ν ¯ μ (\displaystyle (\bar (\nu ))_(\mu ))	Tau antinötrino: ν ¯ τ (\displaystyle (\bar (\nu ))_(\tau ))
sen-antikuark: u ¯ (\displaystyle (\bar (u)))	c-antikuark: c ¯ (\displaystyle (\bar (c)))	t-antikuark: t ¯ (\displaystyle (\bar(t)))
d-antikuark: d ¯ (\displaystyle (\bar (d)))	s-antikuark: s ¯ (\displaystyle (\bar (s)))	b-antikuark: b ¯ (\displaystyle (\bar (b)))

kuarklar

Kuarklar ve antikuarklar hiçbir zaman serbest halde bulunmadı - bu fenomenle açıklanıyor

Alfa(a) ışınları- atom çekirdeğinden 14.000-20.000 km / s hızla uçan pozitif yüklü helyum iyonları (He ++). Parçacık enerjisi 4-9 MeV'dir. a-radyasyon, kural olarak, ağır ve ağırlıklı olarak doğal radyoaktif elementlerde (radyum, toryum, vb.) gözlenir. Bir a-parçacığının havadaki menzili, a-radyasyonunun enerjisindeki artışla artar.

Örneğin, a-toryum parçacıkları(Th232), 3.9 V MeV enerjiye sahip, havada 2.6 cm koşan ve 7.68 MeV enerjili radyum C'nin a-parçacıkları 6.97 cm'lik bir koşuya sahiptir.Parçacıkların tam olarak emilmesi için gereken minimum soğurucu kalınlığına denir. Bu parçacıkları belirli bir maddede çalıştırın. Su ve dokudaki a parçacıklarının aralıkları 0,02-0,06 mm'dir.

a-parçacıkları bir parça kağıt mendil veya ince bir alüminyum tabakası tarafından tamamen emilir. Biri en önemli özellikler a-radyasyon güçlü bir iyonlaştırıcı etkidir. Gazlardaki bir a parçacığı hareket halindeyken çok sayıda iyon oluşturur. Örneğin, havada 15° ve 750 mm basınçta, bir a-parçacığı enerjisine bağlı olarak 150.000-250.000 çift iyon üretir.

Örneğin, havada spesifik iyonlaşma radondan gelen a-parçacıkları 5,49 MeV enerjiye sahip olan , 1 mm yol başına 2500 çift iyondur. α-parçacık çalışmasının sonunda iyonlaşma yoğunluğu artar, bu nedenle çalışmanın sonunda hücrelere verilen hasar, çalışmanın başlangıcından yaklaşık 2 kat daha fazladır.

Fiziksel özellikler a-parçacıkları vücut üzerindeki biyolojik etkilerinin özelliklerini ve bu tür radyasyona karşı korunma yöntemlerini belirler. A-ışınları ile harici ışınlama tehlikeli değildir, çünkü kaynaktan birkaç (10-20) santimetre uzaklaşmak veya radyasyonu azaltmak için kağıt, kumaş, alüminyum ve diğer yaygın malzemelerden yapılmış basit bir ekran yerleştirmek yeterlidir. tamamen emilir.

en iyisi tehlike ışınları vurulduğunda ve radyoaktif a yayan elementlerin içinde biriktiğinde temsil eder. Bu durumlarda vücudun hücreleri ve dokuları direkt olarak a-ışınları ile ışınlanır.

Beta(b)-ışınları- yaklaşık 100.000-300.000 km / s hızında atom çekirdeğinden çıkarılan bir elektron akışı. p-parçacıklarının maksimum enerjisi 0.01 ila 10 MeV aralığındadır. B-parçacığının yükü, işaret ve büyüklük olarak elektronun yüküne eşittir. B-çürüme tipinin radyoaktif dönüşümleri, doğal ve yapay radyoaktif elementler arasında yaygındır.

b-ışınları a-ışınlarından çok daha fazla nüfuz etme gücüne sahiptir. B-ışınlarının enerjisine bağlı olarak, havadaki aralıkları bir milimetrenin kesirlerinden birkaç metreye kadar değişir. Böylece 2-3 MeV enerjili b-parçacıklarının havada menzili 10-15 m, su ve dokuda ise milimetre ile ölçülür. Örneğin, dokuda maksimum 1,7 MeV enerjiye sahip radyoaktif fosfor (P32) tarafından yayılan b-parçacıklarının aralığı 8 mm'dir.

enerjili b-parçacığı 1 MeV'e eşit, havada giderken yaklaşık 30.000 çift iyon oluşturabilir. B-parçacıklarının iyonlaşma yeteneği, aynı enerjiye sahip a-parçacıklarınınkinden birkaç kat daha azdır.

b-ışınlarına maruz kalma vücutta b-partikülleri yayan aktif maddelerin yutulması durumunda hem dış hem de iç ışınlama ile kendini gösterebilir. Dış ışınlama sırasında b-ışınlarından korunmak için malzemelerden (cam, alüminyum, kurşun vb.) yapılmış ekranların kullanılması gerekir. Radyasyon yoğunluğu, kaynaktan uzaklık artırılarak azaltılabilir.

Çekirdekler nelerden yapılmıştır? Çekirdeğin parçaları nasıl bir arada tutulur? Çekirdeğin kurucu kısımlarını tutan muazzam büyüklükteki kuvvetlerin olduğu bulundu. Bu kuvvetler serbest bırakıldığında, açığa çıkan enerji kimyasal enerjiye kıyasla çok büyüktür, tıpkı bir atom bombasının patlamasını TNT'nin patlamasıyla karşılaştırmak gibidir. Bu, atom patlamasına çekirdek içindeki değişikliklerden kaynaklanırken, TNT patlaması sırasında sadece atomun dış kabuğundaki elektronların yeniden düzenlenmesi ile açıklanmaktadır.

Peki çekirdekte nötronları ve protonları bir arada tutan kuvvetler nelerdir?

Elektriksel etkileşim bir parçacıkla ilişkilidir - bir foton. Benzer şekilde, Yukawa, bir proton ve bir nötron arasındaki çekici kuvvetlerin özel bir alana sahip olduğunu ve bu alanın salınımlarının parçacıklar gibi davrandığını öne sürdü. Bu, nötron ve protonlara ek olarak, dünyada başka parçacıkların da olabileceği anlamına gelir. Yukawa, bu parçacıkların özelliklerini, nükleer kuvvetlerin zaten bilinen özelliklerinden çıkarabildi. Örneğin, bir elektrondan 200-300 kat daha büyük bir kütleye sahip olmaları gerektiğini öngördü. Ve, oh, bir mucize! - kozmik ışınlarda böyle bir kütleye sahip bir parçacık keşfedildi! Ancak bir süre sonra bunun aynı parçacık olmadığı ortaya çıktı. Ona müon ya da müon diyorlardı.

Ve yine de, biraz sonra, 1947 veya 1948'de, Yukawa'nın gereksinimlerini karşılayan bir parçacık, π-mezonu veya pion keşfedildi. Nükleer kuvvetleri elde etmek için proton ve nötrona bir pion eklenmesi gerektiği ortaya çıktı. "Müthiş! - diye haykıracaksınız. - Bu teorinin yardımıyla, şimdi kuantum nükleer dinamiklerini inşa edeceğiz ve pionlar, Yukawa'nın onları tanıttığı amaçlara hizmet edecek; Bakalım bu teori işe yarayacak mı ve eğer öyleyse, her şeyi açıklayacağız." Boş umutlar! Bu teorideki hesaplamaların o kadar karmaşık olduğu ortaya çıktı ki, henüz kimse bunları yapmayı ve teoriden herhangi bir sonuç çıkarmayı başaramadı, hiç kimse bunu deneyle karşılaştırma şansı bulamadı. Ve neredeyse 20 yıldır devam ediyor!

Teoriye uymayan bir şey yok; doğru olup olmadığını bilmiyoruz; ancak, içinde bir şeylerin eksik olduğunu, bazı düzensizliklerin gizlendiğini zaten biliyoruz. Biz teorinin etrafından dolaşıp sonuçları hesaplamaya çalışırken, deneyciler bu sırada bir şey keşfettiler. Aynı μ-meson veya müon. Ve hala neye iyi geldiğini bilmiyoruz. Yine, kozmik ışınlarda birçok "ekstra" parçacık bulundu. Bugüne kadar, zaten 30'dan fazla var ve aralarındaki bağlantıyı kavramak hala zor ve doğanın onlardan ne istediği ve hangisinin kime bağlı olduğu açık değil. Önümüzde, tüm bu parçacıklar henüz aynı özün farklı tezahürleri olarak görünmüyor ve bir sürü farklı parçacığın olması, tolere edilebilir bir teori olmadan tutarsız bilgilerin varlığının sadece bir yansımasıdır. Kuantum elektrodinamiğinin yadsınamaz başarılarından sonra - nükleer fizikten bazı bilgiler, bilgi kırıntıları, yarı deneyimli, yarı teorik. Diyelim ki, bir protonun bir nötronla etkileşiminin doğası gereği soruluyorlar ve bu kuvvetlerin nereden geldiğini gerçekten anlamadan bundan ne çıkacağına bakıyorlar. Açıklananların ötesinde, önemli bir ilerleme olmamıştır.

Fakat kimyasal elementler Ne de olsa, birçoğu da vardı ve aniden aralarında Mendeleev'in periyodik tablosu tarafından ifade edilen bağlantıyı görmek mümkün oldu. Diyelim ki potasyum ve sodyum - kimyasal özelliklerde benzer maddeler - tablodaki bir sütuna düştü. Böylece yeni parçacıklar için periyodik tablo gibi bir tablo oluşturmaya çalıştık. Böyle bir tablo ABD'de Gell-Mann ve Japonya'da Nishijima tarafından bağımsız olarak önerilmiştir. Sınıflandırmalarının temeli, elektrik yükü gibi yeni bir sayıdır. Her parçacığa atanır ve "garipliği" S olarak adlandırılır. Bu sayı, nükleer kuvvetlerin ürettiği reaksiyonlarda (tıpkı elektrik yükü gibi) değişmez.

Masada. 2.2 yeni parçacıkları gösterir. Şimdilik onlardan ayrıntılı olarak bahsetmeyeceğiz. Ama tablo en azından hala ne kadar az şey bildiğimizi gösteriyor. Her parçacığın simgesinin altında, megaelektronvolt veya MeV olarak adlandırılan belirli birimlerde ifade edilen kütlesi bulunur (1 MeV, 1.782 * 10'dur. -27 G). Bu birimin ortaya çıkmasına neden olan tarihsel nedenlere girmeyeceğiz. Parçacıklar yukarıdaki tabloda daha büyük. Bir sütunda aynı elektrik yüküne sahip parçacıklar, nötr - ortada, pozitif - sağa, negatif - sola.

Parçacıkların altı düz bir çizgiyle, "rezonanslar" ile vurgulanmıştır - vuruşlarla. Tabloda hiç parçacık yok: foton ve graviton yok, sıfır kütleli ve yüklü çok önemli parçacıklar (baryon-meson-lepton sınıflandırma şemasına girmezler) ve bazı yeni rezonanslar yok (φ , f, Y *, vb.). Mezonların karşıt parçacıkları tabloda verilmiştir ve lepton ve baryonların karşıparçacıkları için buna benzer yeni bir tablo derlemek gerekli olacaktır, ancak yalnızca sıfır sütununa göre yansıtılır. Elektron, nötrino, foton, graviton ve proton dışındaki tüm parçacıklar kararsız olmasına rağmen, bozunma ürünleri sadece rezonanslar için yazılır. Leptonların tuhaflığı da yazılmaz, çünkü bu kavram onlar için geçerli değildir - çekirdeklerle güçlü bir şekilde etkileşime girmezler.

Bir nötron ve bir proton ile birlikte olan parçacıklara baryon denir. Bu, 1115.4 MeV kütleye ve sigma-eksi, sigma-sıfır, sigma-artı olarak adlandırılan ve neredeyse aynı kütlelere sahip diğer üç “sigma”ya sahip bir “lambda”dır. Hemen hemen aynı kütleye (% 1-2 fark) sahip parçacık gruplarına çoklu denir. Bir multipletteki tüm parçacıklar aynı tuhaflığa sahiptir. İlk multiplet bir çift (ikili) proton - nötrondur, ardından singlet (tekli) lambda, ardından triplet (üçlü) sigma, doublet xi ve singlet omega-eksi gelir. 1961'den itibaren yeni ağır parçacıklar keşfedilmeye başlandı. Ama onlar parçacık mı? Ömürleri o kadar kısadır ki (oluştukları anda bozunurlar) onlara yeni parçacıklar mı diyeceğimiz yoksa bozunma ürünleri arasında, diyelim ki Λ ve π arasında "rezonanslı" bir etkileşim olarak mı düşünüleceği bilinmemektedir. enerji.

Nükleer etkileşimler için baryonlara ek olarak başka parçacıklara da ihtiyaç vardır - mezonlar. Bunlar, ilk olarak, yeni bir üçlü oluşturan üç çeşit pion (artı, sıfır ve eksi). Yeni parçacıklar da bulundu - K-mezonları (bu bir K çiftidir+ ve K 0 ). Her parçacığın bir karşı parçacığı vardır, eğer parçacık kendi karşı parçacığı değilse, diyelim ki π+ ve π- birbirlerinin antiparçacıklarıdır, a π 0 kendi antiparçacığıdır. Antiparçacıklar ve K- K + ile ve K 0 ile K 0 ile `. Ek olarak, 1961'den sonra, neredeyse anında bozunan yeni mezonlar veya bir çeşit mezon keşfetmeye başladık. Böyle bir meraka omega denir, ω, kütlesi 783, üç pion'a dönüşür; bir çift pion elde edilen başka bir oluşum var.

Çok başarılı periyodik tablodan bazı nadir toprak elementleri düştüğü gibi, bazı parçacıklar da tablomuzdan düşer. Bunlar, çekirdeklerle güçlü bir şekilde etkileşime girmeyen, nükleer etkileşimle hiçbir ilgisi olmayan ve ayrıca birbirleriyle güçlü bir şekilde etkileşime girmeyen parçacıklardır (güçlü, atom enerjisi veren güçlü bir etkileşim türü olarak anlaşılır). Bu parçacıklara lepton denir; bunlar elektronu (kütlesi 0,51 MeV olan çok hafif bir parçacık) ve müonu (bir elektronun kütlesinin 206 katı olan) içerir. Tüm deneylerden yargılayabildiğimiz kadarıyla, elektron ve müon sadece kütle olarak farklıdır. Müonun tüm özellikleri, tüm etkileşimleri elektronun özelliklerinden farklı değildir - sadece biri diğerinden daha ağırdır. Neden daha ağırdır, ne işe yarar, bilmiyoruz. Bunlara ek olarak, nötr bir akar da vardır - kütlesi sıfır olan bir nötrino. Dahası, artık iki tür nötrino olduğu bilinmektedir: biri elektronlarla, diğeri ise müonlarla ilişkilidir.

Son olarak, çekirdekle etkileşime girmeyen iki parçacık daha var. Zaten bildiğimiz bir foton; ve eğer yerçekimi alanı da kuantum mekanik özelliklere sahipse (kuantum yerçekimi teorisi henüz geliştirilmemiş olsa da), o zaman belki de sıfır kütleli bir graviton parçacığı vardır.

"kütle sıfır" nedir? Verdiğimiz kütleler, durgun haldeki parçacıkların kütleleridir. Bir parçacığın kütlesi sıfırsa, bu, dinlenmeye cesaret edemediği anlamına gelir. Bir foton asla sabit durmaz, hızı her zaman 300.000 km/sn'dir. Yine de görelilik teorisini anlayacağız ve kütle kavramının anlamını daha derinlemesine incelemeye çalışacağız.

Böylece birlikte maddenin çok temel bir parçası gibi görünen bir dizi parçacıkla karşılaştık. Neyse ki, bu parçacıkların hepsi etkileşimlerinde birbirinden farklı değildir. Görünüşe göre, aralarında sadece dört tür etkileşim var. Bunları azalan kuvvet sırasına göre sıralıyoruz: nükleer kuvvetler, elektriksel etkileşimler, (β-çürüme etkileşimi ve yerçekimi. Bir foton, 1/137 sabit sayısı ile karakterize edilen bir kuvvetle tüm yüklü parçacıklarla etkileşime girer. Bu bağlantının ayrıntılı yasası bilinmektedir. - bu kuantum elektrodinamiğidir.Yerçekimi herhangi bir enerji ile etkileşime girer, ancak son derece zayıf, elektrikten çok daha zayıf.Ve bu yasa bilinir.O zaman sözde zayıf bozunmalar vardır: β-çürüme, çünkü nötron oldukça yavaş bozunur bir proton, bir elektron ve bir nötrino Burada yasa açıklığa kavuşturulmuştur Ve sözde güçlü etkileşim (bir mezonun bir baryonla bağı) bu ölçekte bire eşit bir güce sahiptir ve yasası tamamen belirsizdir, ancak bazıları baryon sayısının herhangi bir tepkimede değişmemesi gibi kurallar bilinmektedir.

Modern fiziğin içinde bulunduğu durum korkunç kabul edilmelidir. Bunu şu sözlerle özetlerdim: çekirdeğin dışında her şeyi biliyor gibiyiz; içinde kuantum mekaniği geçerlidir, ilkelerinin ihlali orada bulunmadı.

Tüm bilgimizin üzerinde çalıştığı aşama göreli uzay-zamandır; yerçekiminin de onunla ilişkili olması mümkündür. Evrenin nasıl başladığını bilmiyoruz ve uzay-zaman hakkındaki fikirlerimizi küçük mesafelerde doğru bir şekilde test etmek için hiçbir zaman deneyler kurmadık, sadece bu mesafelerin dışında görüşlerimizin yanılmaz olduğunu biliyoruz. Oyunun kurallarının prensipler olduğunu da ekleyebiliriz. Kuantum mekaniği; ve bildiğimiz kadarıyla, eskilerinden daha kötü olmayan yeni parçacıklara uygulanırlar. Nükleer kuvvetlerin kökenini araştırmak bizi yeni parçacıklara götürür; ancak tüm bu keşifler yalnızca kafa karışıklığına neden olur. Aralarında bazı çarpıcı bağlantılar görmüş olsak da, karşılıklı ilişkileri hakkında tam bir anlayışa sahip değiliz. Görünüşe göre, atom ötesi parçacıkların dünyasının anlaşılmasına yavaş yavaş yaklaşıyoruz, ancak bu yolda ne kadar ilerlediğimiz bilinmiyor.