Субатомные частицы - Subatomic particle


Из Википедии, свободной энциклопедии

В физических науках , элементарные частицы являются частицами гораздо меньше , чем атомы . Два типа субатомных частиц: элементарные частицы , которые в соответствии с современными теориями, не из других частиц; и композитные частицы . Физика элементарных частиц и ядерной физики исследования эти частицы и как они взаимодействуют . Идея частицы прошла серьезное переосмысление , когда эксперименты показали , что свет может вести себя как поток частиц (называемых фотоны ), а также проявляющие волновых свойства. Это привело к новой концепции волнового дуализма , чтобы отразить , что квантово-масштаб «частица» ведет себя подобно оба частиц и волны (их иногда называют wavicles , чтобы отразить это). Еще одна новая концепция, то принцип неопределенности , утверждает , что некоторые их свойства , взятые вместе, например, их одновременное положение и импульс , не может быть измерена точно. В последнее время, двойственность волна-частица было показано, применимы не только к фотонам , но и все более и более массивных частиц , а также.

Взаимодействие частиц в рамках квантовой теории поля понимаются рождения и уничтожения квантов соответствующих фундаментальных взаимодействий . Это смешивает физику частиц с теорией поля .

классификация

По статистике

Стандартная модель классификации частиц

Любая элементарная частица, как и любая частица в трехмерном пространстве , что подчиняется законам квантовой механики , может быть либо бозоном (с целочисленным спином ) или фермионным (с нечетным полуцелым спином).

По составу

Элементарные частицы Стандартной модели включают в себя:

Различные расширения стандартной модели предсказывают существование элементарного гравитона частицы и многих других элементарных частиц .

Композитные элементарные частицы (например, протонов или атомных ядер ) являются связанными состояниями двух или более элементарных частиц . Например, протон состоит из двух до кварков и одного вниз кварка , в то время как ядро атома гелия-4 состоит из двух протонов и двух нейтронов . Нейтрон состоит из двух кварков и вниз один кварк. Композитные частицы включают в себя все адроны : они включают барионы (например, протонов и нейтронов ) и мезоны (например, пиона и каонов ).

По массе

В специальной теории относительности , то энергия частицы в состоянии покоя равна его массе , умноженной на скорость света в квадрате , Е = тс 2 . То есть, масса может быть выражена в терминах энергии , и наоборот. Если частица имеет систему координат , в которой она лежит в состоянии покоя , то она имеет положительную массу покоя и называют массивной .

Все составные частицы массивны. Барионы ( что означает «тяжелый») , как правило, имеют большую массу , чем мезоны ( что означает «промежуточные»), который , в свою очередь , как правило, тяжелее , чем лептоны ( что означает «легкие»), но самый тяжелый лептон ( частицы тау ) тяжелее , чем две легкие ароматы барионов ( нуклонов ). Он также уверен , что любая частица с электрическим зарядом имеет массовый характер .

Все невесомые частицы (частицы которых инвариантная масса равна нулю) элементарно. К ним относятся фотон и глюон, хотя последний не может быть изолирована.

Другие свойства

Благодаря работе Альберта Эйнштейна , Бозе , Луи де Бройля , и многие другие, современная научная теория утверждает , что все частицы имеют волновую природу. Это было проверено не только для элементарных частиц , но и для составных частиц , таких как атомы и даже молекулы. В самом деле, в соответствии с традиционными формулировками нерелятивистской квантовой механики, волновой дуализм относится ко всем объектам, даже макроскопическим; хотя волновые свойства макроскопических объектов не могут быть обнаружено из - за их малые длины волн.

Взаимодействия между частицами были изучены в течение многих столетий, и несколько простых законов лежат , как частицы ведут себя при столкновении и взаимодействии. Самым фундаментальным из них являются законы сохранения энергии и сохранения импульса , которые позволяют нам производить расчеты взаимодействия частиц на масштабах величины , которые варьируются от звезд до кварков . Таковы предварительные основы механики Ньютона , ряд операторов и уравнений Математических начал натуральной философии , первоначально опубликованной в 1687 году.

Разделив атом

Отрицательно заряженный электрон имеет массу , равную 1 / 1837 или 1836 того , что из водорода атома. Остальная часть массы атома водорода поступает из положительно заряженного протона . Атомный номер элемента это число протонов в ядре. Нейтроны являются нейтральными частицами , имеющими массу чуть больше , чем у протона. Различные изотопы одного и того же элемента содержат одинаковое число протонов , но разное число нейтронов. Массовое число изотопа является общим числом нуклонов (протонов и нейтронов в совокупности).

Химия касается себя , как разделение электронов связывают атомы в структуры , такие как кристаллы и молекулы . Ядерная физика имеет дело с тем, как протоны и нейтроны располагаются в ядрах. Изучение элементарных частиц, атомов и молекул, а также их структуры и взаимодействия, требует квантовой механики . Анализируя процессы , которые изменяют количество и типы частиц требует квантовой теории поля . Изучение субатомных частиц сам по себе называется физикой элементарных частиц . Термин физика высоких энергий является почти синонимом «физика элементарных частиц» , так как создание частиц требует высоких энергий: это происходит только в результате космических лучей , или в ускорителях элементарных частиц . Феноменология частиц систематизирует знания о субатомных частицах , полученных в результате этих экспериментов.

история

Термин « субатомная частица» в значительной степени является ретроним 1960 - х лет, используется , чтобы различать большое количество барионов и мезонов (которые включают адроны ) от частиц, которые в настоящее время считается истинно элементарными . До этого адроны обычно классифицируются как «элементарный» , так как их состав неизвестен.

Список важных открытий следующим образом:

частица Состав В теории интеллектуалов открытый Комментарии
электрон
е -
Элементарный ( лептон ) Г. Джонстон Стони (1874) Томсон (1897) Минимальная единица электрического заряда, для которого Стони предложил название в 1891 году.
альфа-частица
α
композит (атомное ядро) никогда Эрнест Резерфорд (1899) Проверенная Резерфорда и Томас Ройдс в 1907 году , чтобы быть гелиевые ядра.
Фотон
γ
Элементарный ( квант ) Макса Планка (1900) Альберт Эйнштейн (1905)
или Эрнест Резерфорд (1899) , как гамма - излучение
Необходимо решить проблему излучения черного тела в термодинамике .
Протон
п
композит ( барионы ) Давно Эрнест Резерфорд (1919, названный 1920) Ядро 1
ЧАС
,
нейтрон
N
композит (барионы) Эрнест Резерфорд ( с. 1918) Джеймс Чедвик (1932) Второй нуклон .
Античастицы   Поль Дирак (1928) Карл Д. Андерсон (
е +
, 1932)
Теперь объясняется СРТ - симметрии .
Пионы
π
композитные ( мезоны ) Юкава (1935) Сесар Латтес , Оккиалини (1947) и Сесил Пауэлл Объясняет ядерные силы между нуклонами. Первый мезон (по современному определению) , чтобы быть обнаруженные.
мюонов
μ -
Элементарный (лептон) никогда Карл Д. Андерсон (1936) Первый названный мезон; сегодня считается лептон.
Каоны
К
композитные (мезоны) никогда 1947 Обнаруженные в космических лучах . Первые странно частицы .
Лямбда барионы
Λ
композитные (барионы) никогда Университет Мельбурна (
Λ 0
, 1950)
Первый гипероном обнаружил.
Нейтрино
ν
Элементарный (лептон) Вольфганг Паули (1930), названный Энрико Ферми Клайд Коуэн , Райнес (
ν
е
, 1956)
Решена проблема энергетического спектра в бета - распаде .
Кварки
(
U
,
d
,
s
)
элементарный Мюррей Гелл-Манн , Джордж Цвейг (1964) Нет конкретного события подтверждения для кварковой модели .
очарование кварка
с
Элементарный (кварк) 1970 1974
нижний кварк
б
Элементарный (кварк) 1973 1977
Слабые бозонов калибровочных Элементарный (квант) Глэшоу , Вайнберг , Салам (1968) CERN (1983) Свойства проверяется с помощью 1990-х годов.
кварка
T
Элементарный (кварк) 1973 1995 Не имеет hadronize , но необходимо выполнить стандартную модель.
бозон Хиггса Элементарный (квант) Хиггс и др. (1964) CERN (2012) Думал будет подтверждено в 2013 г. Больше доказательств, обнаруженных в 2014 году.
тетракварк композитный ? Z с (3900) , 2013, будет утвержден в качестве тетракварка Новый класс адронов.
Гравитон Элементарный (квант) Альберт Эйнштейн (1916) Не обнаружено Интерпретация в гравитационных волнах как частицы является спорной.
Магнитный монополь Элементарный (несекретные) Поль Дирак (1931) Не обнаружено

Смотрите также

Рекомендации

дальнейшее чтение

Общие читатели
учебники
  • Coughlan, GD, JE Додд и BM Gripaios (2006). Идеи физики элементарных частиц: Введение для ученых , 3 - й изд. Cambridge Univ. Нажмите. Студенты текст для тех , кто не по специальности в области физики.
  • Гриффитс, Дэвид Дж (1987). Введение элементарных частиц . John Wiley & Sons . ISBN  978-0-471-60386-3 .
  • Кейн, Гордон Л. (1987). Современная физика элементарных частиц . Перси Книга . ISBN  978-0-201-11749-3 .

внешняя ссылка