|
ПЛАН
Вступ
1. Відкриття елементарних частинок
2. Теорії елементарних частинок
2.1. Квантова електродинаміка (КЕД)
2.2. теорія кварків
2.3. Теорія електрослабкої взаємодії
2.4. квантова хромодинамика
висновок
література
Вступ.
У середині та другій половині ХХ століття в тих розділах фізики, які зайняті вивченням фундаментальної структури матерії, були отримані воістину дивні результати. Перш за все це проявилося у відкритті чималої кількості нових субатомних частинок. Їх зазвичай називають елементарними частинками, але далеко не всі з них дійсно елементарні. Багато з них в свою чергу складаються з ще більш елементарних частинок.
Світ субатомних частинок воістину різноманітний. До них відносяться протони і нейтрони, що становлять атомні ядра, а також обертаються навколо ядер електрони. Але є і такі частинки, які в навколишньому нас речовині практично не зустрічаються. Час їх життя надзвичайно мало, воно становить найдрібніші частки секунди. Після закінчення цього надзвичайно короткого часу вони розпадаються на звичайні частинки. Таких нестабільних короткоживучих частинок вражаюче багато: їх відомо вже кілька сотень.
У 60-70-ті роки фізики були абсолютно збиті з пантелику численністю, різноманітністю і незвичністю знову відкритих субатомних частинок. Здавалося, їм не буде кінця. Абсолютно незрозуміло, для чого стільки частинок. Чи є ці елементарні частинки хаотичними і випадковими осколками матерії? Або, можливо, вони таять в собі ключ до пізнання структури Всесвіту? Розвиток фізики в наступні десятиліття показало, що в існуванні такої структури немає ніяких сумнівів. В кінці ХХ ст. фізика починає розуміти, яке значення кожної з елементарних частинок.
Миру субатомних частинок притаманний глибокий і раціональний порядок. В основі цього порядку - фундаментальні фізичні взаємодії.
1. Відкриття елементарних частинок.
Відкриття елементарних часіц стало закономірним результатом загальних успіхів у вивченні будови речовини, досягнутих фізикою в кінці 19 ст. Воно було підготовлено всебічними дослідженнями оптичних спектрів атомів, вивченням електричних явищ в рідинах і газах, відкриттям Фотоелектрика, рентгенівських променів, природної радіоактивності, що свідчили про існування складної структури матерії.
Історично першою відкритою елементарною частинкою був електрон - носій негативного елементарного електричного заряду в атомах. У 1897 Дж. Дж. Томсон встановив, що т. Зв. катодні промені утворені потоком найдрібніших частинок, які були названі електронами. У 1911 Е. Резерфорд, пропускаючи альфа-частинки від природного радіоактивного джерела через тонкі фольги різних речовин, з'ясував, що позитивний заряд в атомах зосереджений в компактних утвореннях - ядрах, а в 1919 виявив серед частинок, вибитих з атомних ядер, протони - частки з одиничним позитивним зарядом і масою, в 1840 разів перевищує масу електрона. Інша частинка, що входить до складу ядра, - нейтрон - була відкрита в 1932 Дж. Чедвиком при дослідженнях взаємодії a-частинок з берилієм. Нейтрон має масу, близьку до маси протона, але не володіє електричним зарядом. Відкриттям нейтрона завершилося виявлення частинок - структурних елементів атомів і їх ядер.
Висновок про існування частинки електромагнітного поля - фотона - бере свій початок з роботи М. Планка (1900). Припустивши, що енергія електромагнітного випромінювання абсолютно чорного тіла квантування, Планк отримав правильну формулу для спектра випромінювання. Розвиваючи ідею Планка, А. Ейнштейн (1905) постулював, що електромагнітне випромінювання (світло) в дійсності є потоком окремих квантів (фотонів), і на цій основі пояснив закономірності фотоефекту. Прямі експериментальні докази існування фотона були дані Р. Міллікеном (1912- 1915) і А. Комптоном (1922).
Відкриття нейтрино - частинки, майже не взаємодіє з речовиною, веде свій початок від теоретичної здогадки В. Паулі (1930), що дозволила за рахунок припущення про народження такої частинки усунути труднощі з законом збереження енергії в процесах бета-розпаду радіоактивних ядер. Експериментально існування нейтрино було підтверджено лише в 1953 (Ф. Райнес і К Коуен, США).
З 30-х і до початку 50-х рр. вивчення елементарних частинок було тісно пов'язане з дослідженням космічних променів. У 1932 в складі космічних променів К. Андерсоном був виявлений позитрон (е +) - частинка з масою електрона, але з позитивним електричним зарядом. Позитрон був першою відкритою античастинкою. Існування е + безпосередньо випливало з релятивістської теорії електрона, розвинутої П. Діраком (1928-31) незадовго до виявлення позитрона. У 1936 американські фізики К. Андерсон і С. Неддермейер виявили при дослідженні осміческіх променів мюони (обох знаків електричного заряду) - частинки з масою приблизно в 200 мас електрона, а в іншому дивно близькі за властивостями до е-, е +.
У 1947 також в космічних променях групою С. Пауелла були відкриті p + і p - мезони з масою в 274 електронні маси, які відіграють важливу роль у взаємодії протонів з нейтронами в ядрах. Існування подібних частинок було припущено Х. Юкавой в 1935.
Кінець 40-х - початок 50-х рр. ознаменувалися відкриттям великої групи частинок з незвичайними властивостями, що одержали назву "дивних". Перші частинки цієї групи К + - і К - мезони, L-, S + -, S- -, X- -гиперона були відкриті в космічних променях, наступні відкриття дивних частинок були зроблені на прискорювачах - установках, що створюють інтенсивні потоки швидких протонів і електронів. При зіткненні з речовиною прискорені протони й електрони народжують нові елементарні частинки, які і стають предметом вивчення.
З початку 50-х рр. прискорювачі перетворилися на основний інструмент для дослідження елементарних частинок. У 70-х рр. енергії частинок, розігнаних на прискорювачах, склали десятки і сотні млрд. електронвольт (Гев). Прагнення до збільшення енергій частинок обумовлено тим, що високі енергії відкривають можливість вивчення будови матерії на тим менших відстанях, чим вище енергія зіштовхуються частинок. Прискорювачі істотно збільшили темп отримання нових даних і в короткий термін розширили і збагатили наше знання властивостей мікросвіту. Застосування прискорювачів для вивчення дивних частинок дозволило більш детально вивчити їх властивості, зокрема особливості їх розпаду, і незабаром привело до важливого відкриття: з'ясуванню можливості зміни характеристик деяких мікропроцеси при операції дзеркального відображення - т. Зв. порушення просторів, парності (1956). Введення в дію протонних прискорювачів з енергіями в мільярди електронвольт дозволив відкрити важкі античастинки: антипротон (1955), антинейтрон (1956), антісігма-гіперонів (1960). У 1964 був відкритий найважчий гіперонів W- (з масою близько двох мас протона). У 1960-х рр. на прискорювачах було відкрито велику кількість вкрай нестійких (у порівнянні з ін. нестабільними елементарними частинками) частинок, які отримали назву "резонансів". Маси більшості резонансів перевищують масу протона. Перший з них D1 (1232) був відомий з 1953. Виявилося, що резонанси складають основна частина елементарних частинок.
У 1962 було з'ясовано, що існують два різних нейтрино: електронне і мюонне. У 1964 у розпаді нейтральних К-мезонів було виявлено незбереження т. Н. комбінованої парності (введеної Лі Цзун-дао і Ян Чжень-Ніномія і незалежно Л. Д. Ландау в 1956), що означає необхідність перегляду звичних поглядів на поведінку фізичних процесів при операції відображення часу.
У 1974 були виявлені масивні (в 3-4 протонні маси) і в той же час відносно стійкі y-частинки, з часом життя, незвично великим для резонансів. Вони виявилися тісно пов'язаними з новим сімейством елементарних частинок - "зачарованих", перші представники якого (D0, D +, Lс) були відкриті в 1976. У 1975 було отримано перші відомості про існування важкого аналога електрона і мюона (важкого лептона t). У 1977 були відкриті Ў-частинки з масою порядку десятка протонних мас.
Таким чином, за роки, що минули після відкриття електрона, було виявлено величезну кількість різноманітних мікрочастинок матерії. Світ елементарних частинок виявився досить складно влаштованих. Несподіваними у багатьох відношеннях виявилися властивості виявлених елементарних частинок. Для їх опису, крім характеристик, запозичених з класичної фізики, таких, як електричний заряд, маса, момент кількості руху, треба було ввести багато нових спеціальних характеристик, зокрема для опису дивних елементарних частинок - дивина (К. Нішіджіма, М. Гелл-Ман , 1953), "зачарованих" елементарних частинок - "чарівність" (американські фізики Дж. Бьyoркен, Ш. Глешоу, 1964); вже назви приведених характеристик відображають незвичайність описуваних ними властивостей елементарних частинок.
Вивчення внутрішньої будови матерії і властивостей елементарних частинок з перших своїх кроків супроводжувалося радикальним переглядом багатьох усталених понять і уявлень. Закономірності, що керують поведінкою матерії в малому, виявилися настільки відмінними від закономірностей класичної механіки та електродинаміки, що зажадали для свого опису абсолютно нових теоретичних побудов.
2. Теорії елементарних частинок
2.1. Квантова електродинаміка (КЕД)
Квантова механіка дозволяє описувати рух елементарних частинок, але не їх породження або знищення, т. Е. Застосовується лише для опису систем з незмінним числом частинок. Узагальненням квантової механіки є квантова теорія поля - це квантова теорія систем з нескінченним числом ступенів свободи (фізичних полів). Потреба в такій теорії породжується квантово-хвильовим дуалізмом, існуванням хвильових властивостей у всіх частинок. У квантовій теорії поля взаємодія представляють як результат обміну квантами поля.
В середині ХХ ст. була створена теорія електромагнітного взаємодії - квантова електродинаміка КЕД - це продумана до найдрібніших деталей і оснащена досконалим математичним апаратом теорія взаємодії фотонів і електронів. В основі КЕД - опис електромагнітної взаємодії з використанням поняття віртуальних фотонів - його переносників. Ця теорія відповідає основним принципам як квантової теорії, так і теорії відносності.
У центрі теорії аналіз актів випускання або поглинання одного фотона однієї зарядженої часткою, а також анігіляції електронно-позитронної пари в фотон або породження фотонами такої пари.
Якщо в класичному описі електрони представляються у вигляді твердого точкового кульки, то в КЕД навколишній електрона електромагнітне поле розглядається як хмара віртуальних фотонів, яке невідступно слідує за електроном, оточуючи його квантами енергії. Після того, як електрон випромінює фотон, той породжує (віртуальну) електрон-позитронну пору, яка може анігілювати з утворенням нового фотона. Останній може поглинути вихідним фотоном, але може породити нову пару і т.д. Таким чином електрон покривається хмарою віртуальних фотонів, електронів і позитронів, що знаходяться в стані динамічної рівноваги. Фотони виникають і зникають дуже швидко, а електрони рухаються в просторі не по цілком певних траєкторіях. Ще можна тим або іншим способом визначити початкову та кінцеву точки шляху - до і після розсіювання, але сам шлях в проміжку між початком і кінцем руху залишається невизначеним.
Опис взаємодії з допомогою частинки-переносника призвело до розширення поняття фотона.Вводяться поняття реального (кванта видимого нами світла) і віртуального (швидкоплинного, примарного) фотона, який "бачать" тільки заряджені частинки, що зазнають розсіювання.
Щоб перевірити, чи відповідає теорія з реальністю, фізики зосередили увагу на двох ефектах, які представляли особливий інтерес. Перший стосувався енергетичних рівнів атома водню - найпростішого атома. Згідно КЕД, рівні повинні бути злегка зміщені щодо положення, яке вони займали б у відсутність віртуальних фотонів. Друга вирішальна перевірка КЕД стосувалася надзвичайно малою поправки до власного магнітного моменту електрона. Теоретичні та експериментальні результати перевірки КЕД збігаються з високою точністю - понад дев'ять знаків після коми. Настільки разюча відповідність дає право вважати КЕД найбільш досконалою з існуючих природно-наукових теорій.
Після подібного тріумфу КЕД була прийнята як модель для квантового опису трьох інших фундаментальних взаємодій. Зрозуміло, полях, пов'язаним з іншими взаємодіями, повинні відповідати інші частинки-переносники.
2.2. теорія кварків
Теорія кварків - це теорія будови адронів. Основна ідея цієї теорії дуже проста. Всі адрони побудовані з більш дрібних частинок, званих кварками. Значить, кварки - це більш елементарні частинки, ніж адрони. Кварки несуть дробовий електричний заряд: вони мають заряд, величина якого становить або -1 / 3 або +2 / 3 фундаментальної одиниці - заряду електрона. Комбінація з двох і трьох кварків може мати сумарний заряд, дорівнює нулю або одиниці. Всі кварки мають спін Ѕ, тому вони відносяться до ферміонами. Основоположники теорії кварків Гелл-Манн і Цвейг, щоб врахувати всі відомі в 60-і рр. адрони ввели три сорти (аромату) кварків: u (від up- верхній), d (від down- нижній) і s (від strange - дивний).
Кварки можуть з'єднуватися один з одним одним з двох можливих способів: або трійками, або парами кварк - антікварк. З трьох кварків складаються порівняно важкі частинки - баріони, що означає "важкі частинки". Найбільш відомі з баріонів нейтрон і протон. Більш легкі пари кварк - антікварк утворюють частинки, що отримали назву мезони - "проміжні частки". Наприклад, протон складається з двох u- і одного d-кварків (uud), а нейтрон - з двох d-кварків і одного u-кварка (udd) .Щоб це "тріо" кварків не розпадаються, необхідна утримує їх сила, якийсь " клей ".
Виявилося, що результуюче взаємодія між нейтронами і протонами в ядрі являє собою просто залишковий ефект більш потужного взаємодії між самими кварками. Це пояснило, чому сильна взаємодія здається настільки складним. Коли протон "прилипає" до нейтрону або іншому протона, у взаємодії беруть участь шість кварків, кожен з яких взаємодіє з усіма іншими. Значна частина сил витрачається на міцне склеювання тріо кварків, а невелика - на скріплення двох тріо кварків один з одним. (Але з'ясувалося, що кварки беруть участь і в слабкій взаємодії. Слабка взаємодія може змінювати аромат кварка. Саме так відбувається розпад нейтрона. Один з d-кварків в нейтрони перетворюється в u-кварк, а надлишок заряду забирає народжується одночасно електрон. Аналогічним чином, змінюючи аромат, слабка взаємодія призводить до розпаду і інших адронів.)
Та обставина, що з різних комбінацій трьох основних частинок можна отримати всі відомі адрони, стало тріумфом теорії кварків. Але в 70-і рр. були відкриті нові адрони (пси-частинки, іпсилон-мезон і ін.). Цим було завдано удару першим варіантом теорії кварків, оскільки в ній вже не було місця ні для однієї нової частинки. Всі можливі комбінації з кварків і їх антикварків були вже вичерпані.
Проблему вдалося вирішити за рахунок введення трьох нових ароматів. Вони отримали назву - charm (чарівність), або з; b кварка (від bottom - дно, а частіше beauty - краса, або принадність); згодом був введений ще один аромат - t (від top - верхній).
Кварки скріплюються між собою сильним взаємодією. Переносники сильної взаємодії - глюони (колірні заряди). Область фізики елементарних частинок, що вивчає взаємодію кварків і глюонів, носить назву квантової хромодинаміки. Як квантова електродинаміка - теорія електромагнітної взаємодії, так квантова хромодинамика - теорія сильної взаємодії.
Хоча й існує певна незадоволеність кваркової схемою, більшість фізиків вважає кварки справді елементарними частинками - точковими, неподільними і не володіють внутрішньою структурою. В цьому відношенні вони нагадують лептони, і вже давно передбачається, що між цими двома різними, але подібними по своїй структурі родинами повинна існувати глибокий взаємозв'язок.
Таким чином, найбільш ймовірне число істинно елементарних частинок (не рахуючи переносників фундаментальних взаємодій) на кінець ХХ століття одно 48. З них: лептонів (6х2) = 12 плюс кварків (6х3) х2 = 36.
2.3. Теорія електрослабкої взаємодії
У 70-ті ХХ століття в природознавстві сталася визначна подія: два взаємодії з чотирьох фізики об'єднали в одне. Картина фундаментальних підстав природи кілька спростилася. Електромагнітне і слабке взаємодії, здавалося б досить різні за своєю природою, в дійсності виявилися двома різновидами єдиного т.зв. електрослабкої взаємодії. Теорія електрослабкої взаємодії вирішальним чином вплинула на подальший розвиток фізики елементарних частинок в кінці ХХ ст.
Головна ідея в побудові цієї теорії полягала в описі слабкої взаємодії мовою концепції калібрувального поля, відповідно до якої ключем до розуміння природи взаємодій служить симетрія. Одна з фундаментальних ідей у фізиці другої половини ХХ ст. - це переконання, що всі взаємодії існують лише для того, щоб підтримувати в природі якийсь набір абстрактних симетрій. Яке відношення має симетрія до фундаментальних взаємодій? На перший погляд, саме припущення про існування подібної зв'язку здається парадоксальним і незрозумілим.
Перш за все про те, що розуміється під симетрією. Прийнято вважати, що предмет має симетрію, якщо предмет залишається незмінним в результаті проведення тієї чи іншої операції по його перетворенню. Так, сфера симетрична, бо виглядає однаково при повороті на будь-який кут щодо її центру. Закони електрики симетричні щодо заміни позитивних зарядів негативними і навпаки. Таким чином, під симетрією ми розуміємо інваріантність щодо певної операції.
Існують різні типи симетрій: геометричні, дзеркальні, негеометріческіх. Серед негеометріческіх є так звані калібрувальні симетрії. Калібрувальні симетрії носять абстрактний характер і безпосередньо не фіксуються. Вони пов'язані зі зміною відліку рівня, масштабу або значення деякої фізичної величини. Система має калібрувальної симетрією, якщо її природа залишається незмінною при такого роду перетворення. Так, наприклад, у фізиці робота залежить від різниці висот, а не від абсолютної висоти; напруга - від різниці потенціалів, а не від їх абсолютних величин і ін. Симетрії, на яких заснований перегляд розуміння чотирьох фундаментальних взаємодій, саме такого роду. Калібрувальні перетворення можуть бути глобальними і локальними. Калібрувальні перетворення, що змінюються від точки до точки, відомі під назвою "локальних" калібрувальних перетворень. У природі існує цілий ряд локальних калібрувальних симетрій і необхідно відповідне число полів для компенсації цих калібрувальних перетворень. Силові поля можна розглядати як засіб, за допомогою якого в природі створюються властиві їй локальні калібрувальні симетрії. Значення концепції калібрувальної симетрії полягає в тому, що завдяки їй теоретично моделюються всі чотири фундаментальні взаємодії, що зустрічаються в природі. Всі їх можна розглядати як калібрувальні поля.
Представляючи слабку взаємодію у вигляді калібрувального поля, фізики виходять з того, що всі частинки, які беруть участь в слабкій взаємодії, служать джерелами поля нового типу - поля слабких сил. Слабо взаємодіють частинки, такі, як електрони і нейтрино, є носіями "слабкого заряду", який аналогічний електричномузаряду і пов'язує ці частинки зі слабким полем.
Для представлення поля слабкої взаємодії як калібрувального перш за все необхідно встановити точну форму відповідної калібрувальної симетрії. Справа в тому, що симетрія слабкої взаємодії набагато складніше електромагнітного. Адже і сам механізм цієї взаємодії виявляється більш складним. По-перше, при розпаді нейтрона, наприклад, в слабкій взаємодії беруть участь частинки принаймні чотирьох різних типів (нейтрон, протон, електрон і нейтрино). По-друге, дія слабких сил приводить до зміни їх природи (перетворенню одних частинок в інші за рахунок слабкої взаємодії). Навпаки, електромагнітне взаємодія не змінює природи беруть участь в ньому частинок.
Це визначає ту обставину, що слабкому взаємодії відповідає більш складна калібрувальна симетрія, пов'язана зі зміною природи частинок. З'ясувалося, що для підтримки симетрії тут необхідні три нових силових поля, на відміну від єдиного електромагнітного поля. Було отримано і квантове опис цих трьох полів: повинні існувати три нових типи частинок - переносників взаємодії, по одному для кожного поля. Все весті вони називаються важкими векторними бозона зі спіном 1 і є переносниками слабкої взаємодії.
Частинки W + і W - є переносниками двох з трьох пов'язаних зі слабкою взаємодією полів. Третє поле відповідає електрично нейтральної частинки-переносники, що отримала назву Z-частинки. Існування Z-частинки означає, що слабка взаємодія може не супроводжуватися перенесенням електричного заряду.
У створенні теорії електрослабкої взаємодії ключову роль зіграло поняття спонтанного порушення симетрії: не всяке рішення задачі має мати усіма властивостями його вихідного рівня. Так, частки, зовсім різні при низьких енергіях, при високих енергіях можуть виявитися насправді однієї і тієї ж часткою, але знаходиться в різних станах. Спираючись на ідею спонтанного порушення симетрії, автори теорії електрослабкої взаємодії Вайнберг і Салам зуміли вирішити велику теоретичну проблему - вони поєднали здавалося б несумісні речі (значна маса переносників слабкої взаємодії, з одного боку, і ідею калібрувальної інваріантності, яка передбачає дальнодействием характер каліброваного поля, а значить нульову масу спокою частинок-переносників, з іншого) і таким чином з'єднали електромагнетизм і слабку взаємодію в єдиній теорії Калибровая чного поля.
У цій теорії представлено всього чотири поля: електромагнітне поле і три поля, відповідні слабким взаємодіям. Крім того, введено постійне на всьому просторі скалярний поле (т. Н. Поля Хіггса), з яким частки взаємодіють по різному, що і визначає відмінність їх мас. (Кванти скалярного поля є нові елементарні частинки з нульовим спіном. Їх називають хиггсовских (по імені фізика П.Хіггса, який припустив їх існування). Число таких хиггсовских бозонів може досягати декількох десятків. На досвіді такі бозони поки не виявлені. Більш того, ряд фізиків вважає їх існування необов'язковим, але досконалої теоретичної моделі без хіггсовскміх бозонів поки не знайдено) Спочатку W і Z-кванти не мають маси, але порушення симетрії призводить до того, що деякі частинки Хіггса сл ються з W і Z-частками, наділяючи їх масою.
Відмінності властивостей електромагнітного і слабкої взаємодій теорія пояснює порушенням симетрії.Якби симетрія не порушувалася, то обидва взаємодії можна було б порівняти за величиною. Порушення симетрії тягне за собою різке зменшення слабкої взаємодії. Можна сказати, що слабка взаємодія має настільки малу величину тому, що W і Z-частинки дуже масивні. Лептони рідко зближуються на настільки малі відстані (r <1 0 n см., Де n = - 1 6). Але при високих енергіях (> 1 0 0 Гев), коли частинки W і Z можуть вільно народжуватися, обмін W і Z бозона здійснюється настільки ж легко, як і обмін фотонами (безмасовими частками). Різниця між фотонами і бозона стірается.В цих умовах має існувати повна симетрія між електромагнітним і слабким взаємодією - електрослабкої взаємодія.
Перевірка нової теорії полягала в підтвердженні існування гіпотетичних W і Z-частинок. Їх відкриття стало можливим тільки зі створенням дуже великих прискорювачів новітнього типу. Відкриття в 1983 р W і Z-частинок означало торжество теорії електрослабкої взаємодії. Не було більше потреби говорити про чотирьох фундаментальних взаємодіях. Їх залишилося три.
2.4. квантова хромодинамика
Наступний крок на шляху Великого об'єднання фундаментальних взаємодій - злиття сильної взаємодії з електрослабкої. Для цього необхідно надати риси калібрувального поля сильному взаємодії і ввести узагальнене уявлення про ізотопічної симетрії. Сильна взаємодія можна представляти як результат обміну глюонами, який забезпечує зв'язок кварків (попарно або трійками) в адрони.
Задум тут полягає в наступному. Кожен кварк має аналогом електричного заряду, що служить джерелом глюонного поля. Його назвали кольором (Зрозуміло, ця назва не має ніякого відношення до звичайного кольору). Якщо електромагнітне поле породжується зарядом тільки одного сорту, то для створення більш складного глюонної поля треба було три різних колірних заряду. Кожен кварк "забарвлений" в один з трьох можливих кольорів, які абсолютно довільно були названі червоним, зеленим і синім. І відповідно антикварки бувають антікрасние, антизелена і антісініе.
На наступному етапі теорія сильної взаємодії розвивається за тією ж схемою, що і теорія слабкої взаємодії. Вимога локальної калібрувальної симетрії (тобто інваріантності щодо змін кольору в кожній точці простору) призводить до необхідності введення компенсуючих силових полів. Всього потрібно вісім нових компенсуючих силових полів. Частинками - переносниками цих полів є глюони, і, таким чином, з теорії випливає, що повинно бути цілих вісім різних типів глюонів. (У той час як переносник електромагнітного взаємодії - всього лише один (фотона), а переносників слабкої взаємодії - три.) Глюони мають нульову масу спокою і спин 1. Глюони також мають різні кольори, але не чисті, а змішані (наприклад, синьо- антизелена). Тому, випускання або поглинання глюони супроводжується зміною кольору кварка ( "гра кольорів"). Так, наприклад, червоний кварк, втрачаючи червоно-антісіній глюон, перетворюється в синій кварк, а зелений кварк, поглинаючи синьо-антизелена глюон, перетворюється в синій кварк. У протоні, наприклад, три кварка постійно обмінюються глюонами, змінюючи свій колір. Однак такі зміни носять не довільний характер, а підкоряються жорсткого правилом: в будь-який момент часу "сумарний" колір трьох кварків повинен являти собою білий світ, тобто суму "червоний + зелений + синій". Це поширюється і на мезони, що складаються з пари кварк - антікварк. Оскільки антікварк характеризується антіцветом, така комбінація свідомо безбарвна ( "біла"), наприклад червоний кварк в комбінації з антікрасним кварком утворює безбарвний мезон.
З точки зору квантової хромодинаміки (квантової теорії кольору) сильна взаємодія є не що інше, як прагнення підтримувати певну абстрактну симетрію природи: збереження білого кольору всіх адронів при зміні кольору їх складових частин. Квантова хромодинамика чудово пояснює правила, яким підкоряються всі комбінації кварків, взаємодія глюонів між собою (глюон може розпадатися на два глюони або два глюони злити в один - тому і з'являються нелінійні члени в рівнянні глюонного поля), складну структуру адрону, що складається з "одягнених" в хмари кварків і ін.
Можливо, поки передчасно оцінювати квантову хромодинаміки як остаточну і завершену теорію сильної взаємодії, проте її досягнення багатообіцяючі.
Висновок.
Походження багатьох властивостей елементарних частинок і природа притаманних їм взаємодій значною мірою залишаються неясними. Можливо, знадобиться ще не одна перебудова всіх уявлень і набагато більш глибоке розуміння взаємозв'язку властивостей мікрочастинок і геометричних властивостей простору-часу, перш ніж теорія елементарних частинок буде побудована.
ЛІТЕРАТУРА
Алексєєв В.П. Становлення людства. М., 1984. Бор Н. Атомна фізика і людське пізнання. М., 1961 Борн М. ейнштейнівської теорія относітельності.М., 1964.
Дорфман Я.Г. Всесвітня історія фізики з початку 19 століття до середини 20 століття. М., 1979.
Кемпфер Ф. Шлях в сучасну фізику. М., 1972.
Найдиш В.М. Концепції сучасного природознавства. Навчальний посібник. М., 1999..
Баженов Л.Б. Будова і функції природничо-наукової теорії. М., 1978.
Розенталь І.Л. Елементарні частинки і структура Всесвіту. М, 1984.
|