ФУНДАМЕНТАЛНИ ФУНДАМЕНТАЛНИ ЧАСТИЦИ И ЧАСТИЦИ И

ВЗАИМОДЕЙСТВИЯВЗАИМОДЕЙСТВИЯ

1. Кварки За да обяснят свойствата на

елементарните частици, през 1963 г. независимо един от друг американските физици Мъреи Гел-Ман Мъреи Гел-Ман и Джордж Цвайг Джордж Цвайг създават теоретичен модел, съгласно който всички адрони са изградени от по-малки частици, наречени кварки.

Кварките са единствените частици с Кварките са единствените частици с дробен електричен заряддробен електричен заряд: u – кваркът има положителен заряд +2 e /3, a d и s – кварките са носители на отрицателен заряд – е /3.

2. Видове кварки (на всеки кварк съответства антикварк)

Имесимвол

Електр. заряд

Барионен заряд

Странност Очарован Красота Истина

Горен u +2/3 1/3 0 0 0 0

Долен d -1/3 1/3 0 0 0 0

Странен s -1/3 1/3 -1 0 0 0

Очарован c +2/3 1/3 0 1 0 0

Красив b -1/3 1/3 0 0 1 0

Истински t +2/3 1/3 0 0 0 1

2. Основни положения на кварковия модел на адроните

а) Всички адрони се състоят от субелементарни частици – кварки.кварки.

б) Взаимодействието между кварките се осъществява чрез електрически неутрални частици – глюони.глюони.Кварките са заредени частици, но електричните сили нямат съществено значение при тяхното взаимодействие.

То се определя от един нов вид заряд, характерен само за кварките и се нарича цветен зарядцветен заряд или само цвят.

в) Кварките и глюоните имат цвят цвят - квантова характеристика, определяща състоянието им.

Съществуват три вида цветни заряди, наречени червен, зелен и син.

Антикварките са носители съответно на античервен, антизелен и антисин цветен заряд.

г) Силите, действащи между кварките нарастват с увеличаване на разстоянието между тях.

Цветните заряди се Цветните заряди се групират в три двойкигрупират в три двойкипротивоположни зарядипротивоположни заряди:

* * червен-античервенчервен-античервен* * зелен - антизелен зелен - антизелен * * син-антисинсин-антисин..

Трите кварка в протоните и неутроните имат различни цветни заряди, така че общият цветен заряд е бял(или неутрален).

НЕУ

ТРО

Н

НЕУ

ТРО

Н

ПРОТОН

д) Адроните са система от кварки, чийто сумарен цвят е нула..

Мезоните са изградени от един кварк и от един антикварк.

Барионите са изградени от три кварка с различен цветен заряд, които взаимно се привличат.

Всички природни явления могат да се обяснят посредством четири типа взаимодействия четири типа взаимодействия между елементарните частици - силно ядрено взаимодействиесилно ядрено взаимодействие, слабо ядрено взимодействиеслабо ядрено взимодействие, електромагнитноелектромагнитно и гравитационно гравитационно взаимодействие. Всяко събитие във Вселената - от разцепването на атом до раждането на звезда - не е нищо повече от взаимодействието на тези четири сили с материята!

Видове взаимодействияСилни (ядрени)Силни (ядрени)

ЕлектромагнитниЕлектромагнитни

Силно ядрено взаимодействие свързва протоните и неутроните, изграждащи ядрото и се противопоставя на силата на отблъскване между протони. Тези сили са много по-големи от всички останали сили в природата (около 100 пъти по-интензивно от електромагнитното) Осигуряват стабилността на ядратаОсигуряват стабилността на ядрата.

Електромагнитната сила Електромагнитната сила определя начините, по които се държат електрически заредени частици с други като тях и с магнитни полета. Натези сили се дължат електромагнитни и оптични явления, химични превръщания, сили на триене, агрегатни състояния и други. Осигуряват стабилността на Осигуряват стабилността на атомите и молекулите.атомите и молекулите.

СлабиСлаби

ГравитационниГравитационни

Слабото ядрено взаимодействие Слабото ядрено взаимодействие кара ядрата на някои елементи да се разпадат. То управлява процеса наречен „бета разпадане”, както и синтезирането на различни елементи в ядрата на звездите. По-слабо е от електромагнитното около 1000 пъти. Тези сили Тези сили ““управляватуправляват”” еволюцията на звездите.еволюцията на звездите.

Гравитацията е само сила на привличане за всички тела във Вселената. Тя събира материята, кара телата да тежат, задържа Луната в орбита около Земята и свързва галактиките. Гравитационните взаимодействия са универсални. Проявяват Гравитационните взаимодействия са универсални. Проявяват се най-вече при макротелата.се най-вече при макротелата.

ГРАВИТАЦИОННО ЕЛЕКТРОМАГНИТНО СИЛНО СЛАБО

Радиус надействие Ґ Ґ 10-16m до 10-15m <<10-16m

Примерсили,

действащи между

планетите

сили, действащи между заредени

частици

задържа протоните и неутроните в ядрото

-разпадане на ядрата

Относителна сила 10-41 10-2 1 10-14

Участващи тела

и частици всички заредени частици адрониадрони и лептони

Частици,които сеобменят

гравитони (хипотетични

частици)фотони адрони, глюони

междинни векторни бозони

Свойства и роля на лептоните и кварките в строежа на веществото.

Лептони Лептони • Имат цял електричен

заряд.• Съществуват в

свободно състояние.• е- изграждат атомната

обвивка, която определя физичните и химичните свойства на елементите.

КваркиКварки• Имат дробен

електричен заряд.• Не съществуват в

свободно състояние.• Горен и долен кварк

изграждат протоните и неутроните, които определят свойствата на ядрата.

Античастици Античастици се

създават при удари на частици с много голяма кинетична енергия.

В лабораторни условия античастици се създават в ускорители.

Движат се със скорост близка до скоростта на светлината. Следи от античастици

в мехурчеста камера.

Aнтиматерия

Антиматерията е огледален образ на материята. Тя е най-мощния източник на енергия в

природата. Антиматерията е изключително нестабилна. Според теорията за Големия взрив в първите

секунди след него, от енергия се зараждат материя и антиматерия в почти еднакви количества.

Aнихилация Срещата на частицата с

нейната античастица води до тяхната анихилация (унищожаване, изчезване), т.е. до превръщането им в γ-кванти.

    

ее¯̄ + е + е++ → → γγ + + γγ

анихилация на електрон и позитрон:

Обратният на анихилацията процес се осъществява при много високи енергии:

от γγ-квант, при определени условия, се ражда електрон-позитронна двойка:

γγ →→ ee¯̄ + e + e++

u

uu

u

uu

dd

dd

dd

e-

e-

Кварк <10 -18m Електрон <10 -18m

Ядро ≈10 -14m

Протон и неутрон

≈10 -15m

Структура на атома в светлината на последните постижения на Структура на атома в светлината на последните постижения на физикатафизиката

ПоколениеПоколение ЛептониЛептони КваркиКварки

първо е– 0,5 MeV u 310 MeVd 310 MeV

второ 107 MeV c 1500 MeVs 505 MeV

трето 1,8 GeV< 164 MeV

t 174 GeVb 5 GeV