Адрон - це... Поняття, визначення, склад, структура та призначення

Опубликованно 14.01.2019 07:25

Кожна людина чув про атомах і про те, що ці маленькі частинки речовини складають навколишнє нас матерію. Проте не всі люди знають, що атом не є елементарним "цеглинкою" світобудови. Що ним є? Однозначної відповіді поки немає. Тим не менш розгляд питання, що це - адрон, допоможе прояснити проблему. Навколишня матерія та її структура

Питання, що це - адрон, почнемо розглядати "зверху". Всі речовина, з яким людина стикається щодня, яке може помацати, оцінити його колір та інші властивості, складається з сукупностей молекул і атомів. Останні, в свою чергу, утворені електронами і ядрами. Цей факт був встановлений приблизно століття тому завдяки роботам Ернеста Резерфорда.

Тепер залишимо без уваги електрон і розглянемо атомне ядро. Як відомо, воно утворене двома видами частинок: нейтронами і протонами. І тут ми, нарешті, докопалися до суті, оскільки нейтрон і протон - це адрони. Поняття про адроне

У загальному випадку адрон - це частинка, яка утворена кварками і може приймати участь в сильних взаємодіях. Це визначення звучить не зовсім зрозуміло, оскільки необхідно знати, що собою представляють кварки і сильні поля, що буде розглянуто нижче. Яке значення слова "адрон"? Воно має грецьке коріння і переводиться як "масивний, щільний". Тобто мова йде про щільною частки матерії, що має велику масу.

Як було сказано вище, адронами є протон і нейтрон, кожен з них складається з трьох кварків. Що таке кварк?

Ближче до середини XX століття фізики з усього світу в різних експериментах почали спостерігати все нові і нові "елементарні" частинки. Експерименти спочатку обмежувалися вивченням природної радіоактивності деяких хімічних елементів, а потім були побудовані перші прискорювачі частинок, які дозволили зіштовхувати їх високоенергетичні пучки, що значно збільшило число частинок. Останні мали різний заряд, спін, масу, час життя і по-різному вели себе в різних взаємодіях (слабких, сильних, електромагнітних).

Весь цей величезний пласт інформації привів до того, що необхідна була теорія, яка б зібрала воєдино всі частинки. Такий теоретичної здогадкою став кварк. Ця назва вперше використав Маррі Гелл-Ман, американський фізик, який у 1963 році. Цікаво відзначити, що слово "кварк" він підгледів в одному з літературних творів, воно означало імітацію крику чайок.

Завдяки запровадженню нового "цеглинки" у фізику елементарних частинок всі виявлені згустки матерії струнко лягли в рамках нової концепції. Зазначимо, що кварками утворені тільки адрони, такі частинки, як нейтрино або електрон, відносяться до класу лептонів, вони вважаються елементарними, і кварки до них не мають жодного стосунку. Скільки кварків існує і якими характеристиками вони описуються?

Адрони складаються з кварків. Але що являє собою кварк? Це якийсь реальний об\'єкт, розмір якого знаходиться в межах 10-18-10-15 метра. Існує 3 покоління кварків, які відрізняються один від одного смаком. В дійсності тільки перше покоління кварків бере участь в утворенні стабільних адронів. Два інших покоління володіють великою масою (енергією), тому швидко переходять в "базові" кварки.

До першого покоління відносяться лише дві частки: u або верхній і d або нижній кварки. Відрізняються вони изоспином (u має +1/2, d має -1/2), зарядом і масою. Спін наведемо спеціально, щоб показати, що мова йде про фермионах, поведінка яких при високих густинах матерії відрізняється від бозонів (цілочисельний спін). Прикладом останніх можуть бути фотони, глюони, і будь-які інші "переносники" взаємодії.

Скажімо два слова про смак і колір кварків, щоб не тримати читачів в подиві. Смак - це сукупність властивостей (изоспин, "дивина", "чудовість", "дно", "вершина") кварка, яка обумовлює тип його взаємодії з частинками Z і W, тобто визначає характер переходу між кварками (слабкі взаємодії). Смак частинок u і d визначається виключно изоспином.

Що стосується кольору, то це зовсім інше властивість кварків як, наприклад, їх електричний заряд або маса. Зі звичним нам усім словом "колір" воно, звісно, не має ніякого фізичного зв\'язку, а було названо так тому, що може приймати одне з 3 значень ("синій", "червоний", "зелений"). Колір пов\'язаний з тривимірністю простору. Грубо можна сказати, що колір - це вектор, спрямований в одному з 3 напрямків (x, y, z). Введення кольору для кварків дозволило пояснити, чому вони можуть перебувати в одному стані (принцип заборони Паулі, якого дотримуються всі ферміони).

Якщо враховувати згаданих два кварка (u, d), а також те, що кожен з них може мати один з 3 кольорів, то отримуємо 6 різних "цеглинок" для побудови адронів. Це число потрібно помножити на 2, оскільки для кожного з них є його античастинка. Класифікація адронів

Коли читач познайомився зі значенням слова "адрон" і з поняттям про цікавився кварками, можна навести загальноприйняту класифікацію елементарних частинок. Отже, всі вони поділяються на два великих класи: адрони і лептони.

Адрони представлені баріонів і мезонами. Перші утворені трьома кварками або трьома аникварками, другі - це сукупність всього 2 частинок: кварк-антикварк, тому всі мезони (півонії, каоны) мають маленьке життя і анігілюють швидко. Баріони - це стабільні частинки-адрони, що мають получисленный спін (ферміони). Протон і нейтрон - яскраві представники баріонів, їх часто називають нуклонами, оскільки вони утворюють атомні ядра.

Таким чином, значення адронів у Всесвіті велике, адже вся оточуюча нас матерія є барионно-лептонной (електрон - це лептон). Однак сучасна наука підійшла до порогу відкриття іншого виду речовини, тобто не барионно-лептонного (темна матерія, речовина чорних дір). Нуклони: протон і нейтрон

Ці елементарні частинки-адрони утворені 2 типи кварків: u і d. Склад протона описується, як u-u-d, нейтрона - u-d-d. У них кварки пов\'язані сильними взаємодіями, носіями яких є глюони. Чим далі кварки знаходяться один від одного, тим сильніше зростають сили їх тяжіння. Цей факт пояснює, що окремий кварк в природі виявити не вдається.

Що стосується маси протона і нейтрона, то визначити її простим підсумовуванням трьох кварків не можна, оскільки вона набагато більше цієї суми. Справа в тому, що внесок в масу цих адронів надає не тільки кварк в спокої, але і в русі (кінетична енергія).

Протон і нейтрон можуть переходити одна в одну в результаті слабких взаємодій, що ведуть до перетворення між кварками u і d.

Зауважимо, що як кварки в адронах, так і адрони між собою взаємодіють за допомогою одного і того ж механізму - глюонового поля. Сучасний стан фізики елементарних частинок

Кварки з\'явилися у фізичній теорії на початку 1960-х років, а вже в 1970-х було висунуто припущення, що вони теж не є елементарними "цеглинками" і складаються з так званих преонов. Останні ще не відкриті, однак, якщо таке відбудеться, то це повинно істотно спростити існуючу теорію елементарної світу.

Крім проблеми вище, залишається ще ряд невирішених питань: опис гравітації і темної матерії не вкладається в стандартну модель Всесвіту; чому три кварка в протон дають точний по модулю заряд елементарної частинки зовсім іншого класу - електрона (лептон); з\'явилися свідчення існування адронів, які складаються не з 2, як мезони, або 3, як баріони, але з 5 кварків.

Всі згадані проблеми не є простими. Достатньо лише сказати, що Альберт Ейнштейн присвятив останні 30 років свого життя вирішення деяких з них і не прийшов ні до якого результату. Він мав IQ 160! Автор: Валерій Савельєв 11 Жовтня, 2018

Категория: Новости