Элемент бөөмсийн үндсэн шинж чанарыг олж илрүүлэх мессеж. Энгийн тоосонцорыг илрүүлэх

Бүх бодисыг бүрдүүлдэг анхдагч буюу задрах боломжгүй бөөмсийг энгийн бөөмс гэж үздэг. Гэсэн хэдий ч орчин үеийн физикт "элементар бөөмс" гэсэн нэр томъёог материйн жижиг хэсгүүдийн том бүлгийг нэрлэхэд ашигладаг. Энэ бүлэгт протон, нейтрон, электрон, фотон, пи-мезон, мюон, хүнд лептон, гурван төрлийн нейтрино, хачирхалтай тоосонцор (К-мезон, гиперон), янз бүрийн резонанс, "сэтгэл татам" бөөмс, апсилон тоосонцор, "сайхан" тоосонцор орно. , завсрын бозонууд (W ± , Z 0). Нийтдээ 500 гаруй тоосонцор байдаг. Бодисын анхдагч элемент гэж үздэг бөөмсийг " жинхэнэ энгийн бөөмс» .

Шинжлэх ухааны түүхэнд анхны нээсэн бөөмс электрон- сөрөг цахилгаан цэнэгийн тээвэрлэгч. Электроныг анх Английн физикч Жозеф нээсэн Томсон, 1897 онд 1919 онд Английн физикч Эрнест Рутерфордилрүүлсэн протон– эерэг цэнэгтэй, электроны массаас 1840 дахин их масстай атомын цөмүүдийн нэг хэсэг. Цөмийн нэг хэсэг болох өөр нэг бөөмс бол нейтрон, 1932 онд Английн физикч Жеймс нээсэн Чадвик. Фотоныг бөөмс гэх санаа нь Германы физикч Максын бүтээлээс гаралтай Планк, 1900 онд цахилгаан соронзон цацрагийн энергийг квантчилсан гэсэн таамаглал дэвшүүлсэн. Планкийн санааг боловсруулахдаа Эйнштейн 1905 онд үүнийг тогтоосон цахилгаан соронзон цацрагбие даасан квантуудын урсгал юм ( фотонууд) ба үүний үндсэн дээр фотоэлектрик эффектийн хуулиудыг тайлбарлав. Фотон байгаагийн шууд туршилтын нотолгоог Америкийн физикч Роберт Милликан (1912), А. Комптон(1922).

Оршихуй нейтриноВульфганг анх санал болгосон Паули(1930), электрон нейтрино нь зөвхөн 1962 онд Америкийн физикч Ф.Рейнс, К.Коне нар туршилтаар нээсэн. Анхны нээсэн эсрэг бөөмс юм позитронэлектрон масстай боловч эерэг цахилгаан цэнэгтэй. Үүнийг 1953 онд Америкийн физикч К.Андерсон сансрын цацрагийн найрлагад нээсэн бол 1946 онд Андерсон, Неддермейер (АНУ) нар сансрын цацрагийн найрлагад агуулагдаж байгааг олж илрүүлжээ. мюонцахилгаан цэнэгийн хоёр шинж тэмдэгтэй (μ - ба μ +). Мюонууд нь электроны массаас 200 дахин их масстай ба үлдсэн шинж чанарууд нь электрон ба позитроныхтой ойролцоо байдаг. 1947 онд Америкийн физикчид С.Пауэллийн удирдлаган дор сансар огторгуйн цацрагийн найрлага дахь π ־ ба π + -ийг нээсэн. мезон. Ийм бөөмс байдаг гэдгийг Японы физикч санал болгосон Х.Юкава 1935 онд 50-иад оны эхээр. бөөмсийн том бүлэг олдсон ер бусын шинж чанарууд, гэж нэрлэдэг хачин."Энэ бүлгийн анхны тоосонцор - K ־ ба K + - мезонууд, Λ - гиперонууд нь сансрын цацрагийн нэг хэсэг болох нээгдэв. Цэнэглэгдсэн бөөмийн хурдасгуур ашиглан "хачирхалтай" бөөмсийн дараагийн нээлтүүд хийгдсэн. 50-аад оны эхэн үеэс. хурдасгуурууд нь EC-ийн судалгааны гол хэрэгсэл болсон. Энэ нь 1955 онд нээгдсэн антипротон, 1956 - антинейтрон, 1960 – антисигма гиперон, мөн 1964 онд - хамгийн хүнд гиперон - . 1960 онд хурдасгуурыг нээсэн резонансын хэсгүүд. Тэд тогтворгүй бөгөөд маш олон тул EC-ийн дийлэнх хэсгийг бүрдүүлдэг.

1962 онд эрдэмтэд хоёр өөр зүйл байдгийг олж мэдсэн нейтрино: электрон ба мюон. 1974 онд асар их, нэгэн зэрэг харьцангуй тогтвортой " илбэдсэн» бөөмс (D 0, D +, F + гэх мэт). 1975 онд электрон ба мюоны хүнд аналог (τ -) лептон), 1981 онд - " үзэсгэлэнтэй» бөөмс, 1983 онд - завсрын бозонууд(W ± ба Z 0).

Ийнхүү EC-ийн ертөнц маш нарийн төвөгтэй, олон янз байдаг нь тогтоогдсон. дунд энгийн бөөмсХамгийн түгээмэл хэрэглэгддэг электрон бол электрон юм. Энэ бүхэн электролитээр гүйдэл дамжуулж, Фарадей электродууд дээр ялгарах бодисын хэмжээг хэмжиж, байгальд устөрөгчийн ионы цэнэгтэй тэнцэх хамгийн бага цахилгаан цэнэг байдаг гэсэн санааг олж авснаас эхэлсэн юм.

Английн физикч Ж.Стоуни хамгийн бага цахилгаан цэнэгийн тусгай нэрийг гаргажээ. электрон" 19-р зууны дунд үеэс физикчид хананд битүүмжилсэн электрод бүхий тусгай шилэн хоолойд цахилгаан гүйдэл үүсгэх туршилт хийж эхэлсэн. Хийг шахах үед катодыг халаах үед хэлхээний гүйдэл зогссонгүй. Энэ гүйдэл нь үзэсгэлэнтэй, нууцлаг туяа дагалдаж байв. Хоосон дундуур гүйдэл урсах боломжгүй нь тодорхой байна. Катодоос анод руу цахилгаан дамжуулахыг нэрлэдэг катодын туяа. Английн физикч Жозеф Томсонкатодын цацрагийн мөн чанарыг тогтоож, катодын цацраг нь сөрөг цэнэгтэй жижиг хэсгүүдийн урсгал гэдгийг туршилтаар харуулсан. Тэрээр шилэн хоолойг соронзон орон дээр байрлуулж, шулуун шугамаас катодын цацрагийн хазайлтыг судалж, электронуудын цэнэгийн массын харьцаа (e/m e) нь устөрөгчийн ионуудын ижил харьцаанаас мянга дахин их болохыг олж мэдэв. (e/m n) өмнө нь Фарадей байгуулсан.

Томсон электронууд болон устөрөгчийн ионууд ижил энгийн цэнэгтэй гэсэн таамаглалыг зоригтой хүлээн зөвшөөрч, электронууд атомуудтай харьцуулахад бага жинтэй гэсэн дүгнэлтэд хүрчээ. Атомын хуваагдашгүй байдлын талаар эргэлзээ төрж байв. Анри Беккерел нээсэн атомын цацраг идэвхт байдал 1896 онд атомын хуваагдашгүй байдлын тухай нотолгоог эцэст нь сэгсэрэв. 20-р зууны эхээр Эрнест Рутерфорд радиумаас ялгардаг β ба γ гэсэн гурван төрлийн туяануудаас β - туяа нь Томсоны харсан электронтой ижил гэдгийг баталжээ.

Өөрийгөө хянах асуултууд

1. Эгэл бөөмс гэж юу вэ?

2. Шинжлэх ухаан хэдэн энгийн бөөмсийг тогтоосон бэ?

3. Ямар бөөмсийг “жинхэнэ энгийн бөөмс” гэж нэрлэдэг вэ?

4. Шинжлэх ухааны түүхэнд анх нээсэн бөөм нь аль бөөмс вэ?

5. Электроныг хэн, хэзээ нээсэн бэ?

6. Протоныг хэн, хэзээ нээсэн бэ?

7. Нейтроныг хэн, хэзээ нээсэн бэ?

8. Фотоныг хэн, хэзээ нээсэн бэ?

9. Нейтрино байдаг гэж хэн, хэзээ санал болгосон бэ?

10. Нейтрино хэдэн онд туршилтаар нээгдсэн бэ?

11. Анхны позитроны эсрэг бөөмийг хэн хэзээ нээсэн бэ?

12. Мезон байдаг гэж хэн, хэзээ санал болгосон бэ?

13. “Хачирхалтай” гэж нэрлэгддэг бөөмсийн томоохон бүлэг хэдэн онд нээгдсэн бэ?

14. “Ид шидтэй” бөөмсийг хэдэн онд нээсэн бэ?

15. “Сайхан” бөөмсийг хэдэн онд нээсэн бэ?

16. “Завсрын бозон” гэгддэг бөөмсийг хэдэн онд нээсэн бэ?

17. Атомын цацраг идэвхт чанарыг хэн хэзээ нээсэн бэ?

Танилцуулга

1. Эгэл бөөмсийн нээлт

2. Эгэл бөөмсийн онолууд

2.1. Квант электродинамик (QED)

2.2. Кваркийн онол

2.3. Electrowweak онол

2.4. Квант хромодинамик

Дүгнэлт

Уран зохиол

Танилцуулга.

20-р зууны дунд болон хоёрдугаар хагаст материйн үндсэн бүтцийг судалдаг физикийн салбаруудад үнэхээр гайхалтай үр дүн гарсан. Юуны өмнө энэ нь бүхэл бүтэн субатомын шинэ бөөмсийг нээсэн явдал юм. Тэдгээрийг ихэвчлэн энгийн тоосонцор гэж нэрлэдэг боловч тэдгээр нь бүгд жинхэнэ элемент биш юм. Тэдний олонх нь эргээд бүр илүү энгийн хэсгүүдээс бүрддэг.

Субатомын бөөмсийн ертөнц үнэхээр олон янз байдаг. Үүнд атомын цөмийг бүрдүүлдэг протон ба нейтрон, мөн цөмийг тойрон эргэдэг электронууд орно. Гэхдээ бидний эргэн тойронд байгаа бодисоос бараг хэзээ ч олддоггүй бөөмс байдаг. Тэдний амьдралын хугацаа маш богино бөгөөд энэ нь секундын хамгийн жижиг хэсэг юм. Энэ маш богино хугацааны дараа тэд энгийн бөөмс болж задардаг. Ийм тогтворгүй богино хугацааны тоосонцор маш олон байдаг: тэдгээрийн хэдэн зуун нь аль хэдийн мэдэгддэг.

1960, 1970-аад оны үед физикчдийг шинээр нээсэн субатомын тоосонцоруудын тоо, төрөл зүйл, хачирхалтай байдал нь бүрэн эргэлзэж байв. Тэдэнд төгсгөл байхгүй юм шиг санагдав. Яагаад ийм олон тоосонцор байгаа нь бүрэн тодорхойгүй байна. Эдгээр энгийн бөөмс нь материйн эмх замбараагүй, санамсаргүй хэсгүүд мөн үү? Эсвэл тэд Орчлон ертөнцийн бүтцийг ойлгох түлхүүрийг эзэмшдэг болов уу? Дараагийн хэдэн арван жилийн физикийн хөгжил нь ийм бүтэц байгаа гэдэгт эргэлзэх зүйлгүй гэдгийг харуулсан. Хорьдугаар зууны төгсгөлд. физик нь энгийн бөөмс бүрийн ач холбогдлыг ойлгож эхэлж байна.

Субатомын бөөмсийн ертөнц нь гүн гүнзгий, оновчтой дарааллаар тодорхойлогддог. Энэ дараалал нь үндсэн физик харилцан үйлчлэл дээр суурилдаг.

1. Эгэл бөөмсийн нээлт.

Энгийн бөөмсийг нээсэн нь 19-р зууны төгсгөлд физикийн олж авсан материйн бүтцийг судлах нийтлэг амжилтын байгалийн үр дүн байв. Үүнийг атомын оптик спектрийн цогц судалгаа, шингэн ба хий дэх цахилгаан үзэгдлийн судалгаа, фото цахилгаан, рентген туяа, байгалийн цацраг идэвхт бодисыг илрүүлэх замаар бэлтгэсэн нь материйн цогц бүтэцтэй болохыг харуулж байна.

Түүхэнд анх нээсэн энгийн бөөмс нь атом дахь сөрөг элементар цахилгаан цэнэгийн тээвэрлэгч электрон юм. 1897 онд J. J. Thomson гэж нэрлэгддэг болохыг тогтоожээ. катодын цацраг нь электрон гэж нэрлэгддэг жижиг хэсгүүдийн урсгалаар үүсдэг. 1911 онд Э.Рутерфорд байгалийн цацраг идэвхт эх үүсвэрээс альфа тоосонцорыг нимгэн тугалган цаасаар дамжуулсан. янз бүрийн бодисууд, атом дахь эерэг цэнэг нь авсаархан формацууд - цөмд төвлөрдөг болохыг олж мэдсэн бөгөөд 1919 онд тэрээр атомын цөмөөс ялгарсан протон хэсгүүдийн дотроос нэг эерэг цэнэгтэй, электроны массаас 1840 дахин их масстай бөөмсийг нээсэн. Цөмийн нэг хэсэг болох өөр нэг бөөмс болох нейтроныг 1932 онд Ж.Чадвик альфа бөөмсийн бериллийтэй харилцан үйлчлэлцэхийг судалж байхдаа нээжээ. Нейтрон нь протонтой ойролцоо масстай боловч цахилгаан цэнэггүй байдаг. Нейтроны нээлт нь бөөмсийг тодорхойлох ажлыг дуусгасан - бүтцийн элементүүдатом ба тэдгээрийн цөм.

Бөөмийн оршихуйн талаархи дүгнэлт цахилгаан соронзон орон- фотон - М.Планкийн (1900) бүтээлээс гаралтай. Туйлын хар биений цахилгаан соронзон цацрагийн энергийг квантчилсан гэж үзээд Планк цацрагийн спектрийн зөв томьёог гаргажээ. Планкийн санааг хөгжүүлж, А.Эйнштейн (1905) цахилгаан соронзон цацраг (гэрэл) нь үнэндээ бие даасан квантуудын (фотон) урсгал юм гэж таамаглаж, үүний үндсэн дээр фотоэлектрик эффектийн хуулийг тайлбарлав. Фотон байгаагийн шууд туршилтын нотолгоог Р.Милликан (1912-1915), А.Комптон (1922) нар өгсөн.

Материтай бараг харьцдаггүй нейтрино бөөмсийг нээсэн нь В.Паули (1930) онолын таамаглалаас эхлэлтэй бөгөөд ийм бөөмс үүссэн гэсэн таамаглалаас үүдэн үүсэлтэй холбоотой хүндрэлийг арилгах боломжтой болсон. Цацраг идэвхт цөмийн бета задрал дахь энерги хадгалагдах хууль. Нейтрино байдаг нь зөвхөн 1953 онд туршилтаар батлагдсан (Ф.Рейнс, К.Коуэн, АНУ).

30-аас 50-аад оны эхэн үе хүртэл. энгийн бөөмсийг судлах нь сансрын туяаг судлахтай нягт холбоотой байв. 1932 онд К.Андерсон сансрын туяанд позитрон (e+) - электрон масстай боловч эерэг цахилгаан цэнэгтэй бөөмийг нээсэн. Позитрон бол нээсэн анхны эсрэг бөөм юм. Позитроныг нээхээс өмнөхөн П.Дирак (1928-31)-ийн боловсруулсан электроны харьцангуй онолын дагуу e+ оршин тогтнож байсан. 1936 онд Америкийн физикч К.Андерсон, С.Неддермейер нар осмик туяаг судалж байхдаа мюоныг (цахилгаан цэнэгийн хоёр шинж тэмдэг) - ойролцоогоор 200 электрон масстай бөөмсийг нээсэн боловч өөрөөр хэлбэл гайхалтай шинж чанараараа e-, e+ -тэй ойролцоо байдаг.

1947 онд мөн сансар огторгуйн туяанд С.Пауэллийн бүлэг 274 электрон масстай p+, p- мезонуудыг нээсэн бөгөөд тэдгээр нь цөм дэх протонтой нейтронтой харилцан үйлчлэхэд чухал үүрэг гүйцэтгэдэг. Ийм бөөмс байдаг гэдгийг 1935 онд Х.Юкава санал болгосон.

40-өөд оны сүүл - 50-аад оны эхэн үе. "хачин" гэж нэрлэгддэг ер бусын шинж чанартай бөөмсийн том бүлэг олдсоноор тэмдэглэгдсэн. Энэ бүлгийн анхны бөөмс болох K+- ба K- мезонууд, L-, S+ -, S- -, X-гиперонууд нь сансрын туяанаас нээгдэж, дараа нь хачирхалтай тоосонцорыг хурдасгуурууд дээр илрүүлсэн. хурдан протон ба электронууд. Бодистой мөргөлдөх үед хурдасгасан протон ба электронууд шинэ энгийн бөөмсийг төрүүлдэг бөгөөд энэ нь судалгааны сэдэв болдог.

50-аад оны эхэн үеэс. хурдасгуур нь энгийн бөөмсийг судлах гол хэрэгсэл болжээ. 70-аад онд Хурдасгуурт хурдасгасан бөөмсийн энерги нь хэдэн арван, хэдэн зуун тэрбум электрон вольт (GeV) байв. Бөөмийн энергийг нэмэгдүүлэх хүсэл нь өндөр энерги нь богино зайд бодисын бүтцийг судлах боломжийг нээж өгдөгтэй холбоотой бөгөөд мөргөлдөж буй бөөмсийн энерги их байх болно. Хурдасгагчид шинэ мэдээлэл олж авах хурдыг эрс нэмэгдүүлсэн ба богино хугацаабичил ертөнцийн шинж чанаруудын талаарх бидний мэдлэгийг өргөжүүлж, баяжуулсан. Хачирхалтай тоосонцорыг судлахын тулд хурдасгуур ашиглах нь тэдгээрийн шинж чанарыг, ялангуяа задралын шинж чанарыг илүү нарийвчлан судлах боломжийг олгосон бөгөөд удалгүй чухал нээлтэд хүргэсэн: толин тусгалыг ажиллуулах явцад зарим микропроцессын шинж чанарыг өөрчлөх боломжийг тодруулсан. тусгал - гэж нэрлэгддэг. орон зайн зөрчил, паритет (1956). Хэдэн тэрбум электрон вольтын энерги бүхий протоны хурдасгуурыг ашиглалтад оруулснаар хүнд антипротон (1955), антинейтрон (1956), сигма гиперон (1960) зэрэг хүнд хэсгүүдийг илрүүлэх боломжтой болсон. 1964 онд хамгийн хүнд W-гипероныг (ойролцоогоор хоёр протоны масстай) нээсэн. 1960-аад онд хурдасгуур дээр нээгдэв их тоотуйлын тогтворгүй (бусад тогтворгүй энгийн тоосонцортой харьцуулахад) бөөмсийг "резонанс" гэж нэрлэдэг. Ихэнх резонансын масс нь протоны массаас давж гардаг. Тэдгээрийн эхнийх нь D1 (1232) нь 1953 оноос хойш мэдэгдэж байна. Резонанс нь энгийн бөөмсийн ихэнх хэсгийг бүрдүүлдэг болох нь тогтоогджээ.

1962 онд электрон ба мюон гэсэн хоёр өөр нейтрино байдгийг олж мэдсэн. 1964 онд саармаг К-мезонуудын задралд хадгалагдахгүй гэж нэрлэгддэг зүйлийг илрүүлсэн. хосолсон паритет (Ли Цун-дао, Ян Жэнь-нин нар 1956 онд Л.Д. Ландау нар бие даан нэвтрүүлсэн) нь цаг хугацааны тусгалын үйл ажиллагааны явцад физик үйл явцын зан байдлын талаархи ердийн үзэл бодлыг эргэн харах шаардлагатай гэсэн үг юм.

1974 онд асар том (3-4 протоны масс) ба нэгэн зэрэг харьцангуй тогтвортой y бөөмсийг нээсэн бөгөөд амьдралын туршид резонансын хувьд ер бусын урт байдаг. Тэд 1976 онд анхны төлөөлөгчдийг (D0, D+, Lс) нээсэн "сэтгэл татам" гэсэн энгийн бөөмсийн шинэ гэр бүлтэй нягт холбоотой болох нь тогтоогдсон. электрон ба мюоны хүнд аналог (хүнд лептон т). 1977 онд арав орчим протоны масстай Ў-бөөмүүдийг нээсэн.

Ийнхүү электроныг нээснээс хойшхи олон жилийн туршид бодисын асар олон тооны өөр өөр бичил хэсгүүдийг илрүүлсэн. Энгийн бөөмсийн ертөнц нэлээд төвөгтэй болж хувирав. Олдсон энгийн бөөмсийн шинж чанар нь олон талаараа гэнэтийн шинж чанартай болсон. Тэдгээрийг дүрслэхийн тулд цахилгаан цэнэг, масс, өнцгийн импульс зэрэг сонгодог физикээс авсан шинж чанаруудаас гадна олон шинэ тусгай шинж чанаруудыг нэвтрүүлэх, ялангуяа хачирхалтай энгийн бөөмс - хачирхалтай байдлыг дүрслэх шаардлагатай байв (К. Нишижима, М. Гелл. -Хүн , 1953), "сэтгэл татам" энгийн бөөмс - "сэтгэл татам" (Америкийн физикч Дж. Бьоркен, С. Глашоу, 1964); Өгөгдсөн шинж чанаруудын нэрс нь тэдгээрийн тодорхойлсон энгийн бөөмсийн шинж чанаруудын ер бусын байдлыг аль хэдийн тусгасан байдаг.

Сурч байна дотоод бүтэцанхны алхмуудаас эхлээд материйн хөгжил, энгийн бөөмсийн шинж чанарууд нь олон тогтсон үзэл баримтлал, санааг эрс шинэчлэн дагалдаж байв. Жижиг дэх материйн зан үйлийг зохицуулдаг хуулиуд хуулиас тэс өөр болж хувирав сонгодог механикба электродинамикийг тайлбарлахын тулд цоо шинэ онолын бүтцийг шаарддаг.

Мөн шаардлагатай тоо хэмжээ. Анхны өгөгдлөөс хүссэн утга руу шилжихийн тулд хийх ёстой үйлдлүүдийн дарааллыг алгоритм гэж нэрлэдэг. 2. Элемент бөөмсийн загваруудын түүхэн хөгжил 2.1 Элемент бөөмсийн физикийн хөгжлийн гурван үе шат Нэгдүгээр шат. Электроноос позитрон руу: 1897-1932 (Элементар бөөмс - "Демокритын атомууд" илүү гүнзгий түвшинд) Хэзээ Грек...

Хязгаарлагдмал тооны үзэгдлүүд: Ньютоны механик, эсвэл технологийн оновчтой эсвэл төгс бүтээлээс хол байна: Титаник онгоц, Ту-144, Конкорд онгоц, Чернобылийн атомын цахилгаан станц, сансрын хөлөг"Shuttle" цуврал болон бусад олон. 3. Хөгжил системчилсэн хандлагашинжлэх ухаанд 3.1 Физик мэдлэгийг системчлэх анхны оролдлого ... тухай мэдлэгийг системчлэх анхны жинхэнэ амжилттай оролдлого.

III Бичил ертөнц

Хөдөлгөөн ба бие махбодийн харилцан үйлчлэл.

Орчин үеийн физикийн үндсэн зарчим ба квант механик: тэгш хэмийн зарчим, нэмэлт ба тодорхойгүй байдлын зарчим, суперпозицийн зарчим, нийцлийн зарчим. Бичил ертөнцийн бүтэц, механикийн тайлбар дахь "апофатизм".

"Бүх зүйлийн онол"-ыг бий болгох чиг хандлагын талаархи теологийн ойлголт.

Судлах уран зохиол:

1. Барбур И.Шашин ба шинжлэх ухаан: түүх ба орчин үе. - М .: Гэгээн Петрийн Библи-теологийн хүрээлэн. ap. Андрей, 2001. – х.199-216; 230-238; 253-256. (Цахим эх сурвалж: http://www.mpda.ru/publ/text/59427.html)

2. Горелов А.А.Үзэл баримтлал орчин үеийн байгалийн шинжлэх ухаан. - М.: Дээд боловсрол, 2006. – 110-120 х.

3. Ногоон Б.Дэгжин орчлон. Superstrings, далд хэмжээсүүд ба эцсийн онолыг хайх: Transl. англи хэлнээс - М.: КомКнига, 2007.

4. Ногоон Б.Орон зайн даавуу: Орон зай, цаг хугацаа, бодит байдлын бүтэц: Транс. англи хэлнээс - М.: URSS, 2009.

5. Осипов A.I.Үнэнийг эрэлхийлэх учир шалтгааны зам. – Санкт-Петербург: Сатис, 2007. - 100-110 х.

6. Садохин А.П.Орчин үеийн байгалийн шинжлэх ухааны үзэл баримтлал: лекцийн курс. – М.: Омега-Л, 2006. – P. 64-78.

7. Фейнман Р., Физик хуулиудын мөн чанар. – М.: Наука, 1987. (Цахим нөөц: http://vivovoco.rsl.ru/VV/Q_PROJECT/FEYNMAN/CONT.HTM)

Атом, адрон, кварк, мөр зэрэг энгийн бөөмсийг нээсэн түүх.

Эртний Грекийн гүн ухаантан Левкип (Λεύκιππος, МЭӨ 5-р зуун) болон Демокрит (Δημόκριτος; МЭӨ 460 он - МЭӨ 370 он орчим) нарын үзэж байгаагаар дэлхийн атомизмыг үндэслэгч. атомууд- амьд ба амьгүй бүх зүйлийг нааж, бүрдүүлдэг хамгийн жижиг хуваагдашгүй бөөмс.

18-р зуун гэхэд атом бол энгийн зүйл болох нь тодорхой болсон химийн хувьд хуваагддаггүйбөөмс, байхад молекул, - шинж чанараа хадгалдаг бодисын энгийн бөөмс, - тодорхой "төрлийн" атомуудаас бүрддэг. Ижил төрлийн атомуудад элементийн нэр өгдөг. 1869 онд Дмитрий Иванович Менделеев өөрийн бүтээлийг бүтээжээ Үелэх хүснэгт, түүний дотор 64 элемент (2009 оны 10-р сарын байдлаар 117 нь мэдэгдэж байна химийн элементүүд 1-ээс 116 ба 118 хүртэлх серийн дугаартай, үүнээс 94 нь байгальд олдсон (зарим нь зөвхөн ул мөрийн хэмжээгээр), үлдсэн 23-ыг нь зохиомлоор олж авсан. цөмийн урвалууд).

Гэсэн хэдий ч аль хэдийн 1910-аад онд. физикчид атом хуваагддаг (ἄτομος - хуваагдашгүй!) гэсэн дүгнэлтэд хүрдэг. Хэд хэдэн атомын загвар бүтээгдэж байгаа бөгөөд тэдгээрээс шинэчлэгдсэн постулат бүхий атомын "гараг" загвар нь хүлээн зөвшөөрөгдсөн (Э.Рутерфорд, Эрнест Рутерфорд; 1871 - 1937, Н. Бор, Нильс Бор; 1885 - 1962).

Атомын гаригийн загвар нь цацрагийн спектрийн шугаман шинж чанартай үндсэн зөрчилдөөний улмаас тохиромжгүй болохыг тун удалгүй хүлээн зөвшөөрсөн: эерэг цэнэгтэй цөмийн эргэн тойронд эргэлдэж буй электрон тасралтгүй цацарч, өөрөөр хэлбэл энерги алдаж, удалгүй зайлшгүй "унах ёстой". ” цөм дээр. Нөхцөл байдлыг Борын постулатуудаар засч залруулсан бөгөөд электрон нь доод тойрог замд огцом шилжсэний үр дүнд цацраг туяа байнга алдаж болохгүй; Бүтээл квант онол 20-иод оны атом Борын постулатуудыг орхих ёстойг харуулсан. Атомын цөмийн тухай санаа нь 20-р зууны эхэн үед Рутерфордын альфа бөөмсийг тараах туршилт хийсний дараа ижилхэн хэвээр байв: цөм нь протон ба зарим хэсгээс бүрддэг. бага тооэлектронууд. Нейтроныг 1932 онд Английн физикч Ж.Чадвик (Жеймс Чадвик; 1891 - 1974) нээжээ. Дараа нь драмын дараагийн жүжиг гарч ирэв. Бета задралын үед цөмөөс зугтаж буй электрон нь цөмд байсан электронуудын нэг гэж үздэг байв. Харин одоо цөм нь протон ба нейтроноос бүрддэг нь аль хэдийн мэдэгдэж байсан. Электрон хаанаас ирдэг вэ? Италийн нэрт физикч Э.Ферми (Энрико Ферми; 1901 - 1954) гаж таамаг дэвшүүлжээ. Ялзалтын үед цөмд электрон байхгүй, электрон төрж, нейтрон нь протон болж хувирдаг. Асуудлын ийм шийдэл нь хүлээн зөвшөөрөгдөхгүй мэт санагдсан тул нэр хүндтэй Nature сэтгүүл энэ сэдвээр Фермигийн нийтлэлийг нийтлэхээс татгалзав. Энэ нь эрчим хүчнээс бөөмс үүсэх анхны тохиолдол юм. Хачирхалтай санаануудын хэлхээ үүгээр дууссангүй. Японы онолын физикч Хидеки Юкава (1907 - 1981) нуклонуудыг тэгээс өөр масстай бөөмсөөр сольсны үр дүнд цөм дэх нуклонуудыг барьж байх хүч үүсдэг энгийн физик загварыг бүтээжээ. Юкава мөн энэ "виртуал" бөөмийн массыг тооцоолсон. Гэсэн хэдий ч тухайн үеийн физикчдийн үзэл баримтлалын дагуу бөөмс нь чөлөөт төлөвт байгаа тохиолдолд түүнийг байгаа гэж хүлээн зөвшөөрч болно. Сансар огторгуйн туяанаас Юкавагийн бөөмийг хайж олоход тэр бөөмс олдсон бололтой. Гэвч олсон бөөмс нь Юкавагийн бөөмсөөс бага жинтэй байжээ. Үүнээс гадна, олсон бөөмс нь электронтой төстэй боловч илүү хүнд болохыг нотлох баримтууд гарч ирэв. Дараа нь бөөмийг му-мезон (Грекээр μέσος - дундаж) гэж нэрлэжээ. Хайлт үргэлжилж, дөчөөд онд өөр нэг бүрэн тохиромжтой бөөмс олдсон (үүнийг пи мезон гэж нэрлэдэг байсан). 1948 онд Юкава Нобелийн шагнал хүртжээ.

Ийнхүү физикчид виртуал төлөвт бөөмс оршин тогтнох боломжийг ойлгосон, өөрөөр хэлбэл цөм хуваагдах үед бөөмс нь илрэхгүй, харин цөм дэх нуклонуудын харилцан таталцлыг бодитоор баталгаажуулдаг. Зөвхөн атомууд хуваагдашгүй төдийгүй тэдгээрийн цөм болох протон ба нейтроныг бүрдүүлдэг "барилгын материал" нь тодорхой болсон.

1960-аад онд Эдгээр хэсгүүд нь эерэг эсвэл сөрөг цэнэгтэй бүр ч жижиг хэсгүүдээс бүрддэг нь батлагдсан ( 1 /3 дэсвэл 2/3 д) - кваркууд. “Элементар” бөөмсийг тодорхой дэд нэгжүүдээс бүрдүүлдэг гэсэн таамаглалыг Америкийн физикч М.Гелл-Манн (1929 онд төрсөн), Ж.Цвейг (1937 онд төрсөн) нар 1964 онд анх дэвшүүлсэн. 1969-1994 онуудад. Наад зах нь шууд бусаар кваркууд оршин тогтнох боломжийг туршилтаар нотлох боломжтой байв.

"Кварк" гэдэг үгийг Гелл-Маннаас авсан уран зөгнөлт романЖ.Жойсын "Финнеганчууд сэрж байна" киноны нэг ангид "Мустер Маркийн гурван кварк!" (ихэвчлэн "М. Маркийн хувьд гурван кварк!" гэж орчуулагддаг). Энэ хэллэг дэх "кварк" гэдэг үг нь далайн шувуудын хашгирах ономатопея буюу герман хэлээр "утгагүй" гэсэн утгатай.

Кваркууд бие даасан байдлаар "өөрөө" байдаггүй, зөвхөн системд байдаг - "элементар" бөөмс (протон, нейтрон гэх мэт) бөгөөд тэдгээрийг "амт" (6 төрөл, диаграмыг харна уу) гэх мэт тусгай үзүүлэлтээр тодорхойлдог. " өнгө" ("улаан", "цэнхэр", "ногоон", "улаан эсрэг", "цэнхэрийн эсрэг", "эсрэг ногоон"). Системд нэгтгэсэн 2 эсвэл 3 кваркийн нийт цэнэг бүхэл тоо (0 эсвэл 1) байх ёстой. Өнгөний нийлбэр нь мөн "тэг" (цагаан).

Хүчтэй бие махбодийн харилцан үйлчлэлийн улмаас кваркууд бие биедээ "наалддаг". Мөн кваркууд цахилгаан соронзон болон сул харилцан үйлчлэлд оролцдог гэж үздэг. Түүгээр ч зогсохгүй эхний тохиолдолд кваркууд нь өнгө, амтаа өөрчилдөггүй, харин хоёр дахь тохиолдолд өнгө нь хэвээр үлдэж, амтыг өөрчилдөг.

Хорьдугаар зуунд нийтдээ 400 орчим энгийн тоосонцор олдсон. Тэдгээрийн зарим нь дээр дурдсанчлан тодорхой бүтэцтэй (протон, нейтрон), бусад нь бүтэцгүй (электрон, нейтрино, фотон, кварк) байдаг.

Элементар бөөмс нь нэлээд олон тооны параметртэй байдаг тул тэдгээрийн ангиллын хэд хэдэн стандарт төрлүүд байдаг бөгөөд доор өгөгдсөн байдаг.

1. Бөөмийн амарч буй массаар (масстай бүх бөөмс дотроос хамгийн хөнгөн нь гэж тооцогддог электроны тайван масстай харьцуулан тодорхойлсон тайван масс):

фотонууд(φῶς, φωτός - гэрэл) - тайван массгүй, гэрлийн хурдаар хөдөлдөг бөөмс;

лептонууд(λεπτός - гэрэл) - гэрлийн бөөмс (электрон ба янз бүрийн төрөлнейтрино);

мезон(μέσος - дундаж, дунд) - нэгээс мянган электрон масстай дунд зэргийн бөөмс;

барионууд(βαρύς - хүнд) - мянга гаруй электрон масстай хүнд хэсгүүд (протон, нейтрон, гиперон, олон резонанс).

2. Цахилгаан цэнэгээр үргэлж цэнэгийн үндсэн нэгжийн үржвэр буюу электроны цэнэг (-1) нь цэнэгийн нэгж гэж тооцогддог. Бөөмийн цэнэг сөрөг, эерэг, тэг байж болно. Дээр дурдсанчлан кваркууд нь бутархай цахилгаан цэнэгээр тодорхойлогддог.

3. Тодорхой энгийн бөөмс оролцох физик харилцан үйлчлэлийн төрлөөр (доороос үзнэ үү). Энэ үзүүлэлтийн дагуу тэдгээрийг гурван бүлэгт хувааж болно.

· адронууд(ἁδρός - хүнд, том, хүчтэй), цахилгаан соронзон, хүчтэй, сул харилцан үйлчлэлд оролцдог (мезон ба барион);

· лептонууд,зөвхөн цахилгаан соронзон ба сул харилцан үйлчлэлд оролцох;

· тоосонцор - харилцан үйлчлэлийн тээвэрлэгчид (фотонууд- цахилгаан соронзон харилцан үйлчлэлийн тээвэрлэгчид; глюонууд -хүчтэй харилцан үйлчлэлийн векторууд, хүнд векторууд бозонууд- сул харилцан үйлчлэлийн тээвэрлэгчид, таамаглал гравитонууд -таталцлын харилцан үйлчлэлийг хангадаг бөөмс).

4. Бөөмийн амьдрах хугацаагаар:

· тогтвортой "урт элэг"(фотон, нейтрино, нейтрон, протон, электрон; амьдралын хугацаа - хязгааргүй хүртэл);

· хагас тогтвортой (резонанс); ашиглалтын хугацаа 10 -24 -10 -26 секунд; цахилгаан соронзон ба сул харилцан үйлчлэлийн үр дүнд задрах;

· тогтворгүй(ихэнх энгийн бөөмс; тэдний амьдрах хугацаа 10 -10 - 10 -24 сек).

5. Ар талд (англи хэлнээс. эргүүлэх– spindle, twirl(s)) - бөөмийн дотоод өнцгийн импульс (момент), түүний дотоод эрх чөлөөний зэрэг нь нэмэлт физик төлөв байдлыг хангадаг. Ямар ч утгыг авч болох сонгодог өнцгийн импульсээс ялгаатай нь эргэлт нь зөвхөн таван боломжит утгыг авдаг. Энэ нь бүхэл тоо (0, 1, 2) эсвэл хагас бүхэл тоо (1/2 (электрон, протон, нейтрон), 3/2 (омега гиперон)) тоотой тэнцүү байж болно. Хагас бүхэл тоо ээрэх бөөмсийг дуудна фермионууд, мөн бүхэлд нь - бозонууд(спин 1-тэй фотонууд; мезонууд - 0; гравитонууд - 2).

Бөөм бүр өөрийн эсрэг бөөмтэй (матери ба эсрэг бодис) байдаг. Тэд уулзах үед харилцан сүйрэл (устгалт) үүсч, их хэмжээний энерги ялгардаг.

Энгийн бөөмсийн шинж чанаруудын нээсэн хэв маяг, тэдгээрийг "гэр бүл" эсвэл "үе" болгон хуваах нь тэдгээрийн шинж чанарыг тодорхойлдог дотоод гүн хэв шинжүүд байгаа эсэх талаар асуулт тавих боломжийг олгосон (диаграмыг үз).

Бичил ертөнцийн бүтцийг тайлбарладаг онолууд байдаг (жишээлбэл, Стандарт загвар). 1970-аад онд маш оригинал нь гарч ирэв хэлхээний онол(Жон Хенри Шварц, Шварц, 1941 онд төрсөн; Г. Венециано, Габриэль Венециано; 1942 онд төрсөн; М. Грин, Майкл Грин гэх мэт). Мөрний онол- физикийн олон салбар шиг цэгийн бөөмсийг бус, харин нэг хэмжээст өргөтгөсөн хэсгүүдийг судалдаг математик физикийн чиглэл. геометрийн объектууд- квант утаснууд. Онол нь бүх үндсэн бөөмс ба тэдгээрийн харилцан үйлчлэл нь хэлбэлзэл (өдөөгдөх төлөв) ба хэт микроскопийн энергитэй квант утаснуудын харилцан үйлчлэлийн үр дүнд үүсдэг гэсэн таамаглал дээр суурилдаг. Хөгжмийн зэмсгийн чавхдаст чичиргээнээс янз бүрийн давтамжийн дуу гардаг шиг Планкийн урт 10−33 м. Түүнээс гадна орон зай, цаг хугацаа нь чавхдаст чичиргээний тодорхой горимуудын дериватив гэж тооцогддог. Эдгээр чичиргээт утаснуудын тоо томшгүй олон тооноос бүрдэх орчлон ертөнц нь "сансар огторгуйн симфони" мэт сонсогддог. Хэд хэдэн тогтоол гаргасан ч одоо байгаа асуудлууд, мөрийн онол нь туршилтын баталгаажуулалтыг шаарддаг голчлон математикийн хийсвэрлэл хэвээр байна.

Энгийн бөөмсийг нээсэн нь 19-р зууны төгсгөлд физикийн олж авсан материйн бүтцийг судлах нийтлэг амжилтын байгалийн үр дүн байв.

Үүнийг атомын оптик спектрийн цогц судалгаа, шингэн ба хий дэх цахилгаан үзэгдлийн судалгаа, фото цахилгаан, рентген туяа, байгалийн цацраг идэвхт бодисыг илрүүлэх замаар бэлтгэсэн нь материйн цогц бүтэцтэй болохыг харуулж байна.

Түүхэнд анх нээсэн энгийн бөөмс бол атом дахь сөрөг элементар цахилгаан цэнэгийн тээвэрлэгч электрон юм. 1897 онд J. J. Thomson катодын цацрагийг электрон гэж нэрлэгддэг жижиг хэсгүүдийн урсгалаар үүсгэдэг болохыг олж мэдсэн.

1911 онд Э.Рутерфорд байгалийн цацраг идэвхт эх үүсвэрээс альфа тоосонцорыг янз бүрийн бодисын нимгэн тугалган цаасаар дамжуулж, атомын эерэг цэнэг авсаархан формацууд - цөмд төвлөрдөг болохыг олж мэдсэн бөгөөд 1919 онд атомаас тасарсан хэсгүүдийн дунд протоныг нээсэн. цөм - электроны массаас 1840 дахин их масстай нэгж эерэг цэнэгтэй бөөмс. Цөмийн нэг хэсэг болох өөр нэг бөөмс болох нейтроныг 1932 онд Ж.Чадвик а-бөөмийн бериллитэй харилцан үйлчлэлийг судалж байхдаа нээжээ. Нейтрон нь протонтой ойролцоо масстай боловч цахилгаан цэнэггүй байдаг. Нейтроныг нээсэн нь бөөмс - атомын бүтцийн элементүүд ба тэдгээрийн цөмүүдийг тодорхойлох ажлыг дуусгасан.

Цахилгаан соронзон орны бөөмс - фотон байгаа тухай дүгнэлт нь М.Планкийн (1900) бүтээлээс гаралтай. Туйлын хар биений цахилгаан соронзон цацрагийн энергийг квантчилсан гэж үзээд Планк цацрагийн спектрийн зөв томьёог гаргажээ. Планкийн санааг хөгжүүлж, А.Эйнштейн (1905) цахилгаан соронзон цацраг (гэрэл) нь үнэндээ бие даасан квантуудын (фотон) урсгал юм гэж таамаглаж, үүний үндсэн дээр фотоэлектрик эффектийн хуулийг тайлбарлав. Фотон байгаагийн шууд туршилтын нотолгоог Р.Милликан (1912-1915), А.Комптон (1922) нар гаргажээ.

30-аас 50-аад оны эхэн үе хүртэл. энгийн бөөмсийг судлах нь сансрын туяаг судлахтай нягт холбоотой байв. 1932 онд К.Андерсон сансрын туяанд позитрон (e+) - электрон масстай боловч эерэг цахилгаан цэнэгтэй бөөмийг нээсэн. Позитрон бол нээсэн анхны эсрэг бөөм юм. Позитроныг нээхээс өмнөхөн П.Дирак (1928-31)-ийн боловсруулсан электроны харьцангуй онолын дагуу e+ оршин тогтнож байсан. 1936 онд Америкийн физикч К.Андерсон, С.Неддермейер нар сансар огторгуйн туяаг судалж байхдаа мюон (цахилгаан цэнэгийн хоёр шинж тэмдэг) - ойролцоогоор 200 электрон масстай бөөмсийг нээсэн, гэхдээ өөрөөр хэлбэл гайхалтай шинж чанараараа e-, e+ -тэй ойролцоо байдаг.

50-аад оны эхэн үеэс. хурдасгуур нь энгийн бөөмсийг судлах гол хэрэгсэл болжээ. 70-аад онд Хурдасгуурт хурдасгасан бөөмсийн энерги нь хэдэн арван, хэдэн зуун тэрбум электронвольт (GeV) байв. Бөөмийн энергийг нэмэгдүүлэх хүсэл нь өндөр энерги нь богино зайд бодисын бүтцийг судлах боломжийг нээж өгдөгтэй холбоотой бөгөөд мөргөлдөж буй бөөмсийн энерги их байх болно. Хурдасгагчид шинэ мэдээлэл олж авах хурдыг эрс нэмэгдүүлж, богино хугацаанд бичил ертөнцийн шинж чанарын талаарх бидний мэдлэгийг өргөжүүлж, баяжуулсан. Хачирхалтай тоосонцорыг судлахын тулд хурдасгуур ашиглах нь тэдгээрийн шинж чанарыг, ялангуяа задралын шинж чанарыг илүү нарийвчлан судлах боломжийг олгосон бөгөөд удалгүй чухал нээлтэд хүргэсэн: толин тусгалыг ажиллуулах явцад зарим микропроцессын шинж чанарыг өөрчлөх боломжийг тодруулсан. тусгал - орон зайн зөрчил, паритет (1956). Хэдэн тэрбум электрон вольтын энерги бүхий протоны хурдасгуурыг ашиглалтад оруулснаар хүнд антипротон (1955), антинейтрон (1956), сигма гиперон (1960) зэрэг хүнд хэсгүүдийг илрүүлэх боломжтой болсон. 1964 онд хамгийн хүнд W-гипероныг (ойролцоогоор хоёр протоны масстай) нээсэн. 1960-аад онд Хурдасгагчид "резонанс" гэж нэрлэгддэг маш тогтворгүй (бусад тогтворгүй энгийн бөөмстэй харьцуулахад) олон тооны бөөмсийг илрүүлсэн. Ихэнх резонансын масс нь протоны массаас давж гардаг. Эдгээрийн эхнийх нь D1 нь 1953 оноос хойш мэдэгдэж байна. Резонанс нь энгийн бөөмсийн дийлэнх хэсгийг бүрдүүлдэг болох нь тогтоогдсон.

1974 онд асар том (3-4 протоны масс) ба нэгэн зэрэг харьцангуй тогтвортой y бөөмсийг нээсэн бөгөөд амьдралын туршид резонансын хувьд ер бусын урт байдаг. Тэд 1976 онд анхны төлөөлөгчдийг (D0, D+, Lc) нээсэн "сэтгэл татам" гэсэн энгийн бөөмсийн шинэ бүлтэй нягт холбоотой болох нь тогтоогдсон. электрон ба мюоны хүнд аналог (хүнд лептон т). 1977 онд арав орчим протоны масстай Ў-бөөмүүдийг нээсэн.

Оршихуй энгийн бөөмс эрдэмтэд цөмийн процессыг судлах явцад олж илрүүлсэн тул 20-р зууны дунд үе хүртэл бөөмийн физик нь нэг хэсэг байв. цөмийн физик. Одоогийн байдлаар физикийн эдгээр салбарууд нь хоорондоо нягт холбоотой боловч бие даасан, авч үзэж буй олон асуудал, ашигласан судалгааны аргуудын нийтлэг шинж чанараараа нэгдмэл байдаг. Элемент бөөмсийн физикийн гол ажил бол энгийн бөөмсийн шинж чанар, шинж чанар, харилцан хувиргалтыг судлах явдал юм.

Дэлхий ертөнц үүнээс бүрддэг гэсэн санаа үндсэн хэсгүүд , байна урт түүх. Эргэн тойрон дахь бүх биетүүдийг бүрдүүлдэг хамгийн жижиг үл үзэгдэх бөөмс байдаг гэсэн санааг МЭӨ 400 жилийн өмнө Грекийн гүн ухаантан Демокрит анх удаа илэрхийлжээ. Тэрээр эдгээр бөөмсийг атом, өөрөөр хэлбэл хуваагдашгүй бөөмс гэж нэрлэсэн. Шинжлэх ухаан атомын тухай ойлголтыг зөвхөн онд ашиглаж эхэлсэн XIX эхэн үеЭнэ үндсэн дээр тайлбарлах боломжтой байсан зуун бүхэл бүтэн цувралхимийн үзэгдлүүд. 19-р зууны 30-аад онд М.Фарадейгийн боловсруулсан электролизийн онолд ион гэсэн ойлголт гарч ирж хэмжилт хийсэн. энгийн цэнэг. XIX сүүлзуунд цацраг идэвхт байдлын үзэгдлийн нээлт (1896, А. Беккерел), мөн электрон (1897, Ж. Томсон), альфа бөөмс (1899, Э. Рутерфорд) нээгдсэнээр тэмдэглэгдсэн. 1905 онд цахилгаан соронзон орны квант - фотонуудын тухай санаа (А. Эйнштейн) физикт гарч ирэв.

1911 онд атомын цөмийг нээсэн (Э.Рутерфорд) атомууд цогц бүтэцтэй болох нь эцэстээ батлагдсан. 1919 онд Рутерфорд хэд хэдэн элементийн атомын цөмийн задралын бүтээгдэхүүнээс протоныг нээсэн. 1932 онд Ж.Чадвик нейтроныг нээсэн. Атомын цөм нь атомын нэгэн адил нарийн төвөгтэй бүтэцтэй болох нь тодорхой болсон. Цөмийн бүтцийн протон-нейтроны онол гарч ирэв (Д. Д. Иваненко, В. Гейзенберг). Мөн 1932 онд сансрын туяанд позитрон нээсэн (К. Андерсон). Позитрон гэдэг нь электронтой ижил масстай, ижил (модуль) цэнэгтэй эерэг цэнэгтэй бөөм юм. Позитрон оршин тогтнохыг 1928 онд П.Дирак таамаглаж байжээ. Эдгээр жилүүдэд протон, нейтроны харилцан хувирлыг олж, судалж, эдгээр бөөмс нь мөн адил байгалийн өөрчлөгдөөгүй энгийн "барилгын материал" биш болох нь тодорхой болсон. 1937 онд сансрын туяанаас 207 электрон масстай бөөмсийг нээсэн. мюон (μ-мезонууд). Дараа нь 1947-1950 онд тэд нээгдэв Цээнэ цэцэг (өөрөөр хэлбэл π мезон), дагуу орчин үеийн санаанууд, цөм дэх нуклонуудын харилцан үйлчлэлийг гүйцэтгэнэ. Дараагийн жилүүдэд шинээр нээгдсэн бөөмсийн тоо хурдацтай өсч эхэлсэн. Сансрын туяаг судлах, хурдасгуурын технологийг хөгжүүлэх, цөмийн урвалыг судлах зэрэг нь үүнд нөлөөлсөн.

Одоогийн байдлаар 400 орчим дэд цөмийн бөөмсийг мэддэг бөгөөд тэдгээрийг энгийн гэж нэрлэдэг. Эдгээр хэсгүүдийн дийлэнх нь тогтворгүй байна. Үл хамаарах зүйл бол фотон, электрон, протон, нейтрино юм. Бусад бүх бөөмсийг мэдэрдэг аяндаабусад бөөмс болгон хувиргах. Тогтворгүй энгийн бөөмс нь амьдрах хугацаандаа ихээхэн ялгаатай байдаг. Хамгийн урт насалдаг бөөмс бол нейтрон юм. Нейтроны амьдрах хугацаа 15 минут орчим байна. Бусад тоосонцор илүү богино хугацаанд "амьдардаг". Жишээлбэл, μ мезоны дундаж наслалт 2.2·10 –6 сек, саармаг π мезон 0.87·10 –16 сек байна. Олон том бөөмс - гиперонууд - дундаж наслалт 10-10 секунд байна.

10-17 секундээс дээш амьдрах хугацаатай хэдэн арван тоосонцор байдаг. Микроскопоор авч үзвэл энэ нь маш их хугацаа юм. Ийм бөөмсийг нэрлэдэг харьцангуй тогтвортой . Олонхи богино настайэнгийн бөөмс 10-22-10-23 секундын хугацаатай байдаг.

Харилцан өөрчлөлт хийх чадвар нь бүх элементийн бөөмсийн хамгийн чухал шинж чанар юм. Тэд төрөх, устгах чадвартай (ялгарах, шингээх). Энэ нь тогтвортой бөөмсүүдэд ч хамаатай бөгөөд цорын ганц ялгаа нь тогтвортой бөөмсийн хувирал нь аяндаа биш, харин бусад хэсгүүдтэй харилцан үйлчлэлцэх замаар явагддаг. Жишээ нь болно устгах (өөрөөр хэлбэл алга болох) электрон ба позитрон, өндөр энергитэй фотонуудын төрөлт дагалддаг. Энэ нь бас гоожиж болно урвуу үйл явц – төрөлт электрон-позитрон хос, жишээлбэл, хангалттай өндөр энергитэй фотон цөмтэй мөргөлдөх үед. Протон нь электроны позитрон шиг аюултай ихэртэй байдаг. гэж нэрлэдэг антипротон . Цахилгаан цэнэгантипротон сөрөг байна. Одоогоор эсрэг бөөмс бүх бөөмсөөс олддог. Эсрэг бөөмс нь бөөмсийг эсэргүүцдэг, учир нь аливаа бөөмс нь эсрэг бөөмстэй тулгарах үед тэдгээр нь устаж үгүй болдог, өөрөөр хэлбэл аль аль нь алга болж, цацрагийн квант эсвэл бусад бөөмс болж хувирдаг.

Эсрэг бөөм нь нейтроноос хүртэл олдсон. Нейтрон ба антинейтрон нь зөвхөн шинж тэмдгээр ялгаатай соронзон моментмөн барион цэнэг гэж нэрлэгддэг. Атомын оршин тогтнох боломж эсрэг бодис, цөм нь антинуклон, бүрхүүл нь позитроноос бүрддэг. Антиматер нь бодистой хамт устах үед үлдсэн энерги нь цацрагийн квантуудын энерги болж хувирдаг. Энэ нь цөмийн болон термоядролын урвалын үед ялгардаг эрчим хүчнээс хамаагүй их энерги юм.

Өнөөдрийг хүртэл мэдэгдэж байгаа олон янзын энгийн бөөмсүүдэд илүү их эсвэл бага зохицсон ангиллын системийг илрүүлсэн. Хүснэгтэнд 6.9.1-д 10-20 секундээс дээш амьдрах хугацаатай энгийн бөөмсийн шинж чанарын талаарх зарим мэдээллийг өгсөн. Энгийн бөөмийг тодорхойлдог олон шинж чанаруудаас хүснэгтэд зөвхөн бөөмийн масс (электрон массаар), цахилгаан цэнэг (энгийн цэнэгийн нэгжээр) ба өнцгийн импульс (гэж нэрлэдэг) зэргийг харуулав. эргүүлэх ) Планкийн тогтмолын нэгжээр ħ = h/ 2π. Хүснэгтэнд бөөмийн дундаж ашиглалтын хугацааг мөн харуулав.

Элементар бөөмсийг гурван бүлэгт нэгтгэдэг. фотонууд , лептонууд Тэгээд адронууд .

Бүлэг рүү фотонуудцахилгаан соронзон харилцан үйлчлэлийн тээвэрлэгч болох нэг бөөмс - фотоныг хэлнэ.

Дараагийн бүлэг нь хөнгөн хэсгүүдээс бүрдэнэ - лептонууд. Энэ бүлэгт хоёр төрлийн нейтрино (электрон ба мюон), электрон ба μ-мезон орно. Лептонуудад мөн хүснэгтэд ороогүй хэд хэдэн тоосонцор орно. Бүх лептонууд эргэлттэй байдаг

Гурав дахь том бүлэг нь хүнд хэсгүүдээс бүрддэг адрон. Энэ бүлэг нь хоёр хэсэгт хуваагддаг. Хөнгөн хэсгүүд нь дэд бүлгийг үүсгэдэг мезон . Тэдгээрийн хамгийн хөнгөн нь эерэг ба сөрөг цэнэгтэй, мөн 250 электрон масстай саармаг π-мезонууд (Хүснэгт 6.9.1). Фотонууд нь цахилгаан соронзон орны квантуудын нэгэн адил пионууд нь цөмийн талбайн квантууд юм. Энэ дэд бүлэгт мөн дөрвөн К мезон, нэг η 0 мезон орно. Бүх мезонууд 0-тэй тэнцүү эргэлттэй байдаг.

Хоёрдахь дэд бүлэг - барионууд - хүнд хэсгүүд орно. Энэ нь хамгийн өргөн цар хүрээтэй юм. Хамгийн хөнгөн барионууд нь нуклонууд - протон ба нейтронууд юм. Тэдний араас гиперонууд гэж нэрлэгддэг. 1964 онд нээгдсэн омега хасах гиперон нь 3273 электрон масстай хүнд бөөмс юм. Бүх барионууд нь спинтэй байдаг

Олдсон болон шинээр нээсэн адронуудын элбэг дэлбэг байдал нь эрдэмтдийг тэдгээр нь бусад үндсэн бөөмсөөс бий болсон гэж үзэхэд хүргэсэн. 1964 онд Америкийн физикчМ.Гелл-Ман бүх хүнд хэсгүүд болох адронууд нь илүү суурь тоосонцороос бүтээгдсэн гэсэн таамаглал дэвшүүлж, дараагийн судалгаагаар батлагдсан. кваркууд . Кваркийн таамаглал дээр үндэслэн аль хэдийн мэдэгдэж байсан адронуудын бүтцийг ойлгоод зогсохгүй шинэ нь оршин тогтнохыг урьдчилан таамагласан. Гелл-Манны онол нь гурван кварк ба гурван антикваркууд байдаг бөгөөд өөр хоорондоо янз бүрийн хослолоор холбогддог гэж үздэг. Иймд барион бүр гурван кваркаас, антибарион бүр гурван антикваркаас тогтдог. Мезонууд нь кварк-антикварк хосуудаас тогтдог.

Кваркийн таамаглалыг хүлээн зөвшөөрснөөр энгийн бөөмсүүдийн эв нэгдэлтэй системийг бий болгох боломжтой болсон. Гэсэн хэдий ч эдгээр таамагласан хэсгүүдийн урьдчилан таамагласан шинж чанарууд нь үнэхээр гэнэтийн зүйл болж хувирав. Кваркуудын цахилгаан цэнэгийг илэрхийлэх ёстой бутархай тоо, энгийн цэнэгтэй тэнцүү.

Өндөр энергитэй хурдасгуур болон сансрын туяанд хийсэн чөлөөт төлөвт кваркуудыг хайх олон тооны хайлт амжилтгүй болсон. Эрдэмтэд чөлөөт кваркууд ажиглагдахгүй байх нэг шалтгаан нь тэдний маш том масс гэж үздэг. Энэ нь орчин үеийн хурдасгуурт хүрдэг эрчим хүч дээр кварк үүсэхээс сэргийлдэг. Гэсэн хэдий ч ихэнх мэргэжилтнүүд кваркууд хүнд бөөмс болох адрон дотор байдаг гэдэгт итгэлтэй байна.