Элементарные частицы: заряды, цвета и другие загадки микромира
Элементарные частицы — это самые маленькие кусочки материи, из которых состоит все, что нас окружает. Они так малы, что их невозможно увидеть даже в самый мощный микроскоп. Для их изучения нужны специальные устройства, называемые ускорителями частиц, которые разгоняют частицы до огромных скоростей и сталкивают их друг с другом. Так можно узнать, какие частицы есть в природе, какие свойства они имеют и как они взаимодействуют между собой.

Существует много видов элементарных частиц, но все они можно разделить на две большие группы: фермионы и бозоны. Фермионы — это частицы, из которых состоят атомы и молекулы. Бозоны — это частицы, которые передают силу между фермионами. Например, когда два магнита притягиваются или отталкиваются, это происходит благодаря бозонам, называемым фотонами. Фотоны — это те же самые частицы, из которых состоит свет.
Одно из важных свойств элементарных частиц — это электрический заряд. Это то, что определяет, как частицы реагируют на электрическое поле. Некоторые частицы имеют положительный заряд, некоторые — отрицательный, а некоторые — нейтральный. Например, электрон — это фермион с отрицательным зарядом, протон — это фермион с положительным зарядом, а нейтрон — это фермион без заряда. Фотон — это бозон без заряда.
Заряд элементарной частицы может быть кратен 1/3 или 1 элементарного заряда (обозначается e). Элементарный заряд — это минимальный заряд, который может иметь частица. Например, электрон имеет заряд -1e, а протон имеет заряд +1e. Существуют также частицы с более сложным зарядом: например, кварки. Кварки — это фермионы, из которых состоят протоны и нейтроны. Кварки имеют заряд +2/3e или -1/3e. Например, протон состоит из двух кварков с зарядом +2/3e и одного кварка с зарядом -1/3e. Сложив эти заряды, получим +1e — заряд протона.

Значение заряда элементарной частицы не меняется со временем и не зависит от того, где находится частица. Однако заряд может переходить от одной частицы к другой при их взаимодействии. Например, если электрон столкнется с протоном, то он может передать ему свой отрицательный заряд и стать нейтральным. Тогда протон станет нейтроном, а электрон станет нейтрино — фермионом без заряда.
Кроме электрического заряда, существуют также цветной заряд и лептонный заряд. Цветной заряд — это свойство кварков и глюонов, которые участвуют в сильном взаимодействии. Цветной заряд может принимать три значения: красный, зеленый или синий, а также их антицвета: антикрасный, антизеленый или антисиний. Цветные частицы обмениваются глюонами, которые также имеют цветной заряд. Лептонный заряд — это свойство лептонов и кварков, которые участвуют в лептонном взаимодействии. Лептонный заряд может принимать два значения: +1/2 или -1/2. Лептонные частицы обмениваются бозонами W и Z, которые не имеют лептоного заряда, но имеют электрический заряд и массу.
Лептоны и цветные частицы — это два вида элементарных частиц, которые имеют разные свойства и взаимодействия. Лептоны — это частицы, которые не участвуют в сильном взаимодействии, а только в дептонном, электромагнитном и гравитационном. Цветные частицы — это частицы, которые участвуют в сильном взаимодействии, а также в лептонном, электромагнитном и гравитационном. Сильное взаимодействие — это одна из четырех фундаментальных сил природы, которая держит вместе атомные ядра.

Примеры лептонов — это электрон, мюон, тау-лептон и нейтрино. У каждого лептона есть своя античастица, которая имеет противоположный заряд и лептонное число. Лептонное число — это квантовое число, которое сохраняется при лептонном взаимодействии. У лептонов заряд равен +1, у антилептонов — -1. Нейтрино и антинейтрино имеют нулевой электрический заряд, но не нулевой лептонный заряд. Лептонный заряд — это квантовое число, которое определяет, как частицы реагируют на лептонное поле. Нейтрино и антинейтрино очень слабо взаимодействуют с другими частицами и могут проходить сквозь материю без почти никаких столкновений.
Примеры цветных частиц — это кварки и глюоны. Кварки — это частицы, из которых состоят протоны, нейтроны и другие адроны. Глюоны — это частицы, которые передают сильное взаимодействие между кварками. У каждого кварка и глюона есть своя античастица, которая имеет противоположный цветовой заряд. Цветовой заряд — это квантовое число, которое приписывается цветным частицам. Это не то же самое, что цвет в обычном смысле слова, а просто способ обозначить разные состояния частиц. Цветовой заряд может принимать три значения: красный, зеленый или синий, а также их антицвета: антикрасный, антизеленый или антисиний. Цветные частицы обмениваются глюонами и при этом меняют свой цвет. Чтобы быть стабильными, цветные частицы должны образовывать бесцветные комбинации: например, барионы из трех кварков разных цветов или мезоны из кварка и антикварка одинаковых цветов.
30 комментариев
Добавить комментарий
Придется заняться ликбезом. Автору тоже не повредит.
‐----------
Стандартная модель (не будем усложнять картину струнами и суперами) определяет взаимодействия каких частиц с какими возможны. В ней сейчас есть три поколения лептонов и кварков плюс переносящие взаимодействия калибровочные бозоны (фотон, два W, Z, и восемь глюонов). Фотоны взаимодействуют со всеми частицами, имеющими электрический заряд, глюоны — с «цветными» частицами, а слабые — вообще со всеми и друг с другом. К примеру, два фотона могут дать пару W.
В поколениях лептонов — пары электрон плюс свое нейтрино, мюон со своим нейтрино и таон со своим нейтрино. Поколения кварков — (u,d), (c s), (t b).
Практически все частицы имеют свои античастицы. Например, у электрона — позитрон, у электронного нейтрино — электронное антинейтрино и т.д. Есть несколько истинно нейтральных частиц, у которых античастица совпадает с самой частицей — это фотон, Z-бозон и два глюона.
Это пока. Потом ещё что-нибудь придумают)
Какой кварк у какого утащил треть какого заряда? Электрического? Так они ничего друг у друга не таскают. Заряд — это все-таки свойство частицы, он не может у нее исчезнуть, изменить знак или что-то сделать еще. Это поляризацию мы можем заставить измениться, а заряд — никак. Есть варианты типа бета-распада, когда кварк ухитряется с ненулевой вероятностью породить «виртуальный» W-бозон, который распадется на электрон с антинейтрино. И где тут воровство зарядов?
Полезное нейтрино или нет — вопрос в высшей степени странный. Оно существует и имеет важное значение в космологии. В зависимости от его массы находится скорость расширения вселенной. Внезапно, скажем так. Так есть польза?
Почему эти частицы, передающие взаимодействия, называют калибровочными бозонами? Потому что имеется математика «теория групп», описывающая разного сорта симметрии. Требования к квантовым волновым функциям накладывают ограничения на возможные группы преобразований. Их и называют калибровочными.
Из классификаций найденных частиц были получены те самые группы симметрии, которые являются основой модели. Но чистая симметрия не должна приводить к появлению массы у передатчика взаимодействия. А W и Z бозоны имеют большую массу, корая объясняет слабость слабого взаимодействия. В стандартной модели масса калибровочных бозонов обеспечивается механизмом спонтанного нарушения симметрии Хиггса. Поэтому появляется еще один очень странный бозон, масса которого из СМ не определяется. Недавно его нашли и окончательно подтвердили правдивость модели. И пока не нашли «новой физики» за пределами модели.
Слабых мест… скажем так, много. Хромодинамика (сильные взаимодействия) прилеплена через электрослабые взаимодействия. Глюоны хоть и калибровочные, но «немного не той системы». Никак не объясняется тот самый конфайнмент, заставляющий кварки обесцвечиваться. Может, что-то сейчас и сделано, я не знаю, много лет, как наукой не занимаюсь.
Совсем слабое место — фермионные поколения, которых сейчас три, и никак не предсказывается сколько их всего. Массы фермионов в отличии от элегантного решения с калибровкой, вводятся просто потенциалом Юкавы, то бишь «феноменологически». Нет объяснения кварк-лептонной симметрии. Почему это в каждом поколении по два лептона и два кварка.
В общем, есть, что изучать. Плохо то, что обобщающих теорий много, но ни у одной нет экспериментальных данных.
Чушь… Электрон не может стать нейтральным. Он исчезнет, а появится нейтрино. А заряд электрона заберет и передаст какому-то кварку W-бозон, превратив тот кварк в другой.
P.S. Лучше бы посоветовались со мной прежде чем писать статью по прояснению вопросов из предыдущей статьи.
Еше видал в виде круговой диаграммы.
Добавить комментарий