Систематика элементарных частиц. Суперэлементарные частицы

Другая культура » Становление физической картины мира от Галилея до Эйнштейна » Систематика элементарных частиц. Суперэлементарные частицы

Страница 1

Основная трудность, которая возникает при определении понятие элементарной частицысвязано с тем, что в настоящее время таких частиц оказывается очень много – значительно больше, чем атомов химических элементов. Недавно были открытычастицы в 10 раз более тяжёлые, чем протон, и приблизительно с такой же массой, как у ядра бора.

Отчаявшись выявить какую – либо иерархию в разрастающемся множестве равноэлементарныхобъектов, некоторые физики выдвинули идею бутстрапа («шнуровки», или «ядерной демократии»), согласно которой каждая элементарная частица состоит извсех других частиц (точнее, структура каждой элементарной частицы определяется взаимодействиями всех других частиц). Однако эта идея не устраняет чувства удовлетворённости из – за слишкомбольшого числа «наипростейших сущностей» последовательная формулировка идеи бутстрапа, напоминающая чем – токонцепцию Демокрита приводит к выводу о бесконечном числе элементарных объектов.

Структура микрообъектов в теории бутстрапа принимает относительный смысл – что - то вроде особой системы координат, которуюможно выбрать различным образом. Определение элементов структуры становится весьма неоднозначным. Так как одну и туже частицу можно различными способами«составить» из других частиц. Более того, остаётся неясным, можно ли вообще на этом пути сформулировать точную замкнутую систему уравнений, определяющуюразличные свойства, в том числе и структуру элементарных частиц. Теоретиками анализировались лишь очень грубые модели бутстрапа, учитывающие взаимосвязьвсего двух – трёх сортов частиц, и, хотя в ряде случаев были получены обнадёживающие качественные результаты, попытки их уточнения сразу женаталкиваются на огромные трудности. Идею бутстрапа нельзя считать удовлетворительным решением проблемы «наипростейших элементов».

Значительно более плодотворным оказался путь объединения частиц в замкнутые группы(мультиплеты), члены каждой из которых могут трактоваться как различные состояния одной и той же частицы. Руководящим принципом при этом служитвыявление симметрий в свойствах различных частиц. Такой «групповой подход», использующий хорошо разработанный математический аппарат теории групп, являетсядальнейшим развитием формализма зарядовых (изотопических) мультиплетов.

Большое значение имело открытие так называемой унитарной симметрии, позволившееобъединить изотопические мультиплеты «обычных» и странных частиц в единые октеты и декаплеты. Учёт спинов дал возможность построить ещё более сложныесемейства частиц: унитарные мультиплеты мезонов объединились в семейство, состоящее из 35 частиц («35 - плет»), а октет и декаплет барионов – в семейство из 56элементов («56 - плет»).

Дальнейшее разработка систематики частиц связана с идеей кварков. Выяснилось, чтоотдельные унитарные мультиплеты не являются совершенно изолированными друг от друга, а связаны строгими правилами симметрии. И самым поразительным было то,что эти правила предсказывали существование частиц с дробными электрическими зарядами – кварков. Вот эти – то частицы на современном уровне развитиянауки действительно можно считать «самыми элементарными», потому что из них могут быть построены всё остальное взаимодействующие частицы – иногда «простымсложением», как атомные ядра из протонов и нейтронов, а иногда рассматривая их как возбуждённые состояния уже построенных частиц, - и в то же время самикварки нельзя построить из других элементарных частиц. В этом смысле кварки существенно отличаются от всех других частиц, среди которых, как ужеотмечалось, невозможно выделить какие – либо более элементарные «строительные элементы». Кварки можно рассматривать как следующий, более глубокий,«суперэлементарный» уровень организации материи и с точки зрения величины дефекта масс, то есть плотности из упаковки внутри протонов, мезонов и других«менее элементарных» объектов.

С позиции теории кварков структурный уровень элементарных частиц – это областьобъектов, состоящих из кварков и антикварков и характеризуемых большим дефектом масс в отношении любых их распадов и виртуальных диссоциаций. Вместе с тем,хотя кварк и является «самой простейшей » известной сегодня частицей, он обладает очень сложными свойствами. От всех других известных нам частиц кваркотличается не только дробным электрическим зарядом, но и дробным барионным числом. Среди других элементарных частиц он выглядит неким кентавром: по своимсвойствам он одновременно и мезон, и барион.

Первоначально считалось, что кварк имеет три состояния: два из них различаются лишь величинойэлектрического заряда, а в третьем состоянии кварк проявляется как странная частица. Однако после открытия семейств «шармированных» (очарованных) частиц ктрём состояниям кварка пришлось добавить четвёртое – «шармом». На самом большом мире ускорителе протонов в Батавии, близ Чикаго, была обнаружена новаяудивительная частица - e-мезон. Его масса значительно превосходит массунуклона, а свойства таковы, что его приходится рассматривать как слипшиеся кварк и антикварк. При этом приходится допустить, что кварк и антикваркобладают ещё одним, пятым по счёту состоянием. Для квантового числа, характеризующего это состояние, ещё нет даже общепринятого названия (чаще всегоего называют «прелестью кварка» или соответствующим английским термином «бьюти»). Пять квантовых степеней свободы кварка принято называть его «ароматом»(некоторые авторы предпочитают говорить о пяти «степенях вкуса кварка»).

Страницы: 1 2 3

Похожие статьи:

«Говорящие картины» и «застывшие стихотворения»: представления о родстве поэзии и живописи в Англии на рубеже XVI-XVII веков
Представление о родстве поэзии и живописи, слова и изображения являлось одной из самых популярных идей в европейской литературной критике и художественной теории XVI - начала XVII вв., а также нашло непосредственное воплощение в художеств ...

Эглиз де Сен-Сюльпис. Церковь Святого Сюльпиция
На участке между Люксембургским садом и бульваром Сен-Жермен в Париже высится асимметричное здание церкви Сен-Сюльпис. Строительство ее в дошедшем до нас виде было начато в середине 17 века и продолжалось в течение почти 134 лет. Основная ...

Казанский Кремль: от прошлого к будущему
Седой кремль, сердце столицы Татарстана, пережив многие века, вступает в свою вторую молодость: начата его радикальная реконструкция. - Начало этому положил Президент РТ: по его инициативе Кабинет Министров республики в августе 1994 года ...