10 самых маленьких частиц во вселенной

Что такое кварк?

Кварк — наименьшая частица мироздания. Именно из кварков состоят все электроны, нейтроны и протоны атомов, каждый из которых был образован 13,7 миллиардов лет назад сразу после Большого Взрыва. Спустя несколько минут после рождения Вселенной, наше мироздание смогло остынуть настолько, что смогли образоваться первые элементарные частицы — кварки и электроны. Кварки соединились друг с другом, образовав ядро атомов. Спустя примерно 400 000 лет Вселенная смогла остынуть настолько, что произошло замедление в движении электронов, позволив атомным ядрам их захватить. Именно таким образом все видимое и невидимое нам пространство смогло обзавестись первыми атомами гелия и водорода, которые, между прочим, все еще остаются самыми распространенными веществами во Вселенной.

Возможно, вам будет интересно: Робот с машинным зрением способен быстро обезвреживать атомные реакторы

Дефисное и раздельное написание частиц

1.Бы(б), же(ж), ли(ль), будто, дескать
пишутся раздельно

2.Если частицы ли, же, бы
входят в состав цельных слов, то они пишутся слитно:неужели
(частица), позже
(наречие),также
(союз),даже
(частица, союз),чтобы
(частица, союз)

3.Частица -ка,-тка,-то,-де,-с
пишутся через дефис

4.Частица кое
пишется раздельно с местоимениями,если она отделена от него предлогами:кое от кого, кое о чём, кое о ком
;

5.Частица таки
пишется через дефис только после глаголов(сделал-таки, выяснил-таки, успел-таки
) и в составе наречий всё-таки, опять-таки, довольно-таки
.В остальных случаях частица таки
пишется раздельно.

БОЗОНЫ И ФЕРМИОНЫ, ПОЛЕ И ВЕЩЕСТВО

Одним из принципиальных различий между частицами является различие между бозонами и фермионами. Все частицы делятся на эти два основных класса. Одинаковые бозоны могут налагаться друг на друга или перекрываться, а одинаковые фермионы – нет. Наложение происходит (или не происходит) в дискретных энергетических состояниях, на которые квантовая механика делит природу. Эти состояния представляют собой как бы отдельные ячейки, в которые можно помещать частицы. Так вот, в одну ячейку можно поместить сколько угодно одинаковых бозонов, но только один фермион (см. также КВАНТОВАЯ МЕХАНИКА).

В качестве примера рассмотрим такие ячейки, или «состояния», для электрона, вращающегося вокруг ядра атома. В отличие от планет Солнечной системы, электрон по законам квантовой механики не может обращаться по любой эллиптической орбите, для него существует только дискретный ряд разрешенных «состояний движения». Наборы таких состояний, группируемые в соответствии с расстоянием от электрона до ядра, называются орбиталями. В первой орбитали имеются два состояния с разными моментами импульса и, следовательно, две разрешенные ячейки, а в более высоких орбиталях – восемь и более ячеек.

Поскольку электрон относится к фермионам, в каждой ячейке может находиться только один электрон. Отсюда вытекают очень важные следствия – вся химия, поскольку химические свойства веществ определяются взаимодействиями между соответствующими атомами. Если идти по периодической системе элементов от одного атома к другому в порядке увеличения на единицу числа протонов в ядре (число электронов тоже будет соответственно увеличиваться), то первые два электрона займут первую орбиталь, следующие восемь расположатся на второй и т.д. Этим последовательным изменением электронной структуры атомов от элемента к элементу и обусловлены закономерности в их химических свойствах (см. также ПЕРИОДИЧЕСКАЯ ТАБЛИЦА ЭЛЕМЕНТОВ).

Если бы электроны были бозонами, то все электроны атома могли бы занимать одну и ту же орбиталь, соответствующую минимальной энергии. При этом свойства всего вещества во Вселенной были бы совершенно другими, и в том виде, в котором мы ее знаем, Вселенная была бы невозможна.

Все лептоны – электрон, мюон, тау-лептон и соответствующие им нейтрино – являются фермионами. То же можно сказать о кварках. Таким образом, все частицы, которые образуют «вещество», основной наполнитель Вселенной, а также невидимые нейтрино, являются фермионами. Это весьма существенно: фермионы не могут совмещаться, так что то же самое относится к предметам материального мира.

В то же время все «калибровочные частицы», которыми обмениваются взаимодействующие материальные частицы и которые создают поле сил (см

выше), являются бозонами, что тоже очень важно. Так, например, много фотонов могут находиться в одном состоянии, образуя магнитное поле вокруг магнита или электрическое поле вокруг электрического заряда

Благодаря этому же возможен лазер (см. также ЛАЗЕР).

9.

Нейтрино
Нейтрино – это субатомная частица, которая очень похожа на электрон, но не имеет электрического заряда и очень маленькой массы, которая может даже быть нулевой.
Нейтрино являются одной из самых распространенных частиц во Вселенной. Однако, поскольку они очень мало взаимодействуют с материей, их невероятно сложно обнаружить.
Для обнаружения нейтрино требуются очень большие и очень чувствительные детекторы. Как правило, нейтрино с низкой энергией проходит через многие световые годы нормальной материи, прежде чем взаимодействовать с чем-либо.
Следовательно, все наземные нейтринные эксперименты основаны на измерении крошечной доли нейтрино, которые взаимодействуют в детекторах разумного размера.

Поколения частиц.

Эксперименты на ускорителях показали, что четверка (квартет) материальных частиц по крайней мере дважды повторяется при более высоких значениях массы. Во втором поколении место электрона занимает мюон (с массой, примерно в 200 раз большей массы электрона, но с прежними значениями всех остальных зарядов), место электронного нейтрино – мюонное (которое сопутствует в слабых взаимодействиях мюону так же, как электрону сопутствует электронное нейтрино), место и-кварка занимает с-кварк (очарованный), а d-кварка – s-кварк (странный). В третьем поколении квартет состоит из тау-лептона, тау-нейтрино, t-кварка и b-кварка.

Масса t-кварка примерно в 500 раз больше массы самого легкого – d-кварка. Экспериментально установлено, что существуют только три типа легких нейтрино. Таким образом, четвертое поколение частиц или не существует вовсе, или соответствующие нейтрино являются очень тяжелыми. Это согласуется с космологическими данными, в соответствии с которыми могут существовать не более четырех типов легких нейтрино.

В экспериментах с частицами высоких энергий электрон, мюон, тау-лептон и соответствующие нейтрино выступают как обособленные частицы. Они не несут цветового заряда и вступают только в слабые и электромагнитные взаимодействия. В совокупности они называются лептонами.

Кварки же под действием цветовых сил объединяются в сильно взаимодействующие частицы, преобладающие в большинстве экспериментов физики высоких энергий. Такие частицы называются адронами. В них входят два подкласса: барионы (например, протон и нейтрон), которые состоят из трех кварков, и мезоны, состоящие из кварка и антикварка. В 1947 в космических лучах был открыт первый мезон, названный пионом (или пи-мезоном), и некоторое время считалось, что обмен этими частицами – главная причина ядерных сил. Особой известностью в физике элементарных частиц пользовались также адроны омега-минус, открытые в 1964 в Брукхейвенской национальной лаборатории (США), и джей-пси-частица (J/y-мезон), открытая одновременно в Брукхейвене и в Стэнфордском центре линейных ускорителей (тоже в США) в 1974. Существование омега-минус-частицы было предсказано М.Гелл-Манном в его так называемой «SU₃-теории» (другое название – «восьмеричный путь»), в которой впервые было высказано предположение о возможности существования кварков (и было дано им это название). Десятилетие спустя открытие частицы J/y подтвердило существование с-кварка и заставило, наконец, всех поверить и в кварковую модель, и в теорию, объединившую электромагнитные и слабые силы (см. ниже).

Частицы второго и третьего поколения не менее реальны, чем первого. Правда, возникнув, они за миллионные или миллиардные доли секунды распадаются на обычные частицы первого поколения: электрон, электронное нейтрино, а также и— и d-кварки. Вопрос о том, почему в природе существуют несколько поколений частиц, до сих пор остается загадкой.

О разных поколениях кварков и лептонов часто говорят (что, конечно, несколько эксцентрично) как о разных «ароматах» частиц. Необходимость их объяснения называется проблемой «аромата».

Базовая модель атома и атомная теория

Все вещества состоят из частиц, называемых атомами. Атомы связываются друг с другом, образуя элементы, и содержат только один вид атома.

Атомы различных элементов образуют соединения, молекулы и объекты.

Атом — это строительный блок материи, который нельзя разбить на части с помощью каких-либо химических средств.

Ядерные реакции могут изменить атомы.

Три части атома — это протоны (положительно заряженные), нейтроны (нейтральный заряд) и электроны (отрицательно заряженные).

Протоны и нейтроны образуют атомное ядро.

Электроны притягиваются к протонам в ядре, но движутся так быстро, что падают к нему (орбите), а не прилипают к протонам.

Идентичность атома определяется его числом протонов. Это также называется его атомным номером.

Части Атома

Атомы состоят из трех частей:

Протоны: протоны являются основой атомов. В то время как атом может получать или терять нейтроны и электроны, его идентичность связана с числом протонов. Символом числа протонов является заглавная буква Z.

Нейтроны: число нейтронов в атоме обозначается буквой N. Атомная масса атома является суммой его протонов и нейтронов или Z + N. Сильная ядерная сила связывает протоны и нейтроны вместе, образуя ядро атом.

Электроны: электроны намного меньше протонов или нейтронов и вращаются вокруг них.

Основные характеристики атомов:

Атомы не могут быть разделены с помощью химических веществ. Они состоят из частей, которые включают протоны, нейтроны и электроны, но атом является основным химическим строительным материалом материи. Ядерные реакции, такие как радиоактивный распад и деление, могут разрушать атомы.

Каждый электрон имеет отрицательный электрический заряд.

Каждый протон имеет положительный электрический заряд. Заряд протона и электрона равен по величине, но противоположен по знаку. Электроны и протоны электрически притягиваются друг к другу. Как заряды (протоны и протоны, электроны и электроны) отталкиваются друг от друга.

Каждый нейтрон электрически нейтрален; иными словами, нейтроны не имеют заряда и не притягиваются электрически ни к электронам, ни к протонам.

Протоны и нейтроны имеют примерно одинаковые размеры и намного больше электронов. Масса протона по существу такая же, как у нейтрона.

Масса протона в 1840 (!) раз больше массы электрона.

Ядро атома содержит протоны и нейтроны. Ядро несет положительный электрический заряд.

Электроны движутся вне ядра; они организованы в оболочки, которые являются областью наиболее вероятного их местонахождения.

Простые модели показывают, что электроны вращаются вокруг ядра по почти круговой орбите, подобно планетам, вращающимся вокруг звезды, но реальное поведение намного сложнее.

Некоторые электронные оболочки напоминают сферы, но другие больше похожи на тупые колокольчики или другие формы.

Технически, электрон может быть найден в любом месте в пределах атома, но проводит большую часть своего времени в области, описываемой орбиталью.

Электроны также могут перемещаться между орбиталями.

Атомы очень маленькие. Средний размер атома составляет около 100 пикометров или одну десятитысячную часть метра.

Почти вся масса атома находится в его ядре; почти весь объем атома занят электронами.

Количество протонов (также известно как его атомный номер) определяет элемент.

Изменение количества нейтронов приводит к образованию изотопов. Изменение числа электронов приводит к образованию ионов. Изотопы и ионы атома с постоянным числом протонов — это вариации одного элемента.

Частицы внутри атома связаны друг с другом мощными силами.

В общем, электроны легче добавлять или удалять из атома, чем протон или нейтрон.

Химические реакции в основном включают атомы или группы атомов и взаимодействия между их электронами.

10.

Бозон Хиггса
Физике частиц обычно тяжело конкурировать с политикой и сплетнями знаменитостей за заголовки, но бозон Хиггса привлек серьезное внимание. Возможно, знаменитое и неоднозначное прозвище знаменитого бозона, «Частица Бога», заставляло гудеть средства массовой информации.
С другой стороны, интригующая возможность того, что бозон Хиггса отвечает за всю массу во Вселенной, захватывает воображение.
Бозон Хиггса является, если не сказать, самой дорогой частицей всех времен

Это немного несправедливое сравнение; например, для открытия электрона потребовалось немного больше, чем для вакуумной трубки и настоящего гения, а для поиска бозона Хиггса потребовалось создание экспериментальных энергий, которые раньше редко встречались на планете Земля.

Наука и технологии
3 июня, 2020
186 просмотров

8.

Мюон
Мюоны имеют такой же отрицательный заряд, как и электроны, но в 200 раз больше массы. Они возникают, когда частицы высокой энергии, называемые космическими лучами, врезаются в атомы в атмосфере Земли.
Путешествуя со скоростью, близкой к скорости света, мюоны осыпают Землю со всех сторон. Каждая область планеты размером с руку поражена примерно одним мюоном в секунду, и частицы могут пройти через сотни метров твердого материала, прежде чем они будут поглощены.
По словам Кристины Карлогану, физика из Физической лаборатории Клермон-Феррана во Франции, их вездесущность и проникающая способность делают мюоны идеальными для визуализации больших плотных объектов без их повреждения.

6.1 Электрическое поле заряженной элементарной частицы

Для приближенного описания постоянного электрического поля заряженной элементарной частицы, как системы точечных зарядов, потребуется не менее 6 «кварков» внутри элементарной частицы — лучше если взять 8 «кварков», и при этом совершенно не важно, будет это позитрон, π+ мезон, протон, положительно заряженный векторный мезон, или любая другая положительно заряженная элементарная частица (для отрицательно заряженных элементарных частиц, поле меняет свой знак, на противоположный). Три сказочных кварка в протоне и два сказочных кварка в заряженном мезоне не могут отобразить реальную структуру постоянного электрического поля заряженной элементарной частицы

Понятное дело, что это выходит за рамки стандартной модели — модели кварков.
У любой заряженной элементарной частицы, можно выделить два электрических заряда и соответственно два электрических радиуса.
Для отрицательно заряженной элементарной частицы:

• электрический радиус внешнего постоянного электрического поля (заряда -1.25e) — r_q-.
• электрический радиус внутреннего постоянного электрического поля (заряда +0.25e) — r_q+.

Для положительно заряженной элементарной частицы

• электрический радиус внешнего постоянного электрического поля (заряда +1.25e) — r_q+.
• электрический радиус внутреннего постоянного электрического поля (заряда -0.25e) — r_q-.

Величины радиусов определяются полевой теорией элементарных частиц.
Данные характеристики электрического поля заряженной элементарной частицы соответствуют распределению 1 полевой теории элементарных частиц. Физика пока экспериментально не установила точность данного распределения и какое распределение наиболее точно соответствует реальной структуре постоянного электрического поля заряженной элементарной частицы в ближней зоне.
Электрический радиус указывает среднее местонахождение равномерно распределенного по окружности электрического заряда, создающего аналогичное электрическое поле. Оба электрических заряда лежат в одной плоскости (плоскости вращения переменного электромагнитного поля элементарной частицы) и имеют общий центр, совпадающий с центром вращения переменного электромагнитного поля элементарной частицы.
Напряженность E электрического поля отрицательно заряженной элементарной частицы (например, электрона) в ближней зоне (r~r_0~), в системе СИ, как векторная сумма, приблизительно равна:

где n_—=r_—/r — единичный вектор из ближней (1) или дальней (2) точки заряда q_— элементарной частицы в направлении точки наблюдения (А), n₊=r₊/r — единичный вектор из ближней (1) или дальней (2) точки заряда q₊ элементарной частицы в направлении точки наблюдения (А), r — расстояние от центра элементарной частицы до проекции точки наблюдения на плоскость электрона, q_— — внешний электрический заряд -1.25e, q₊ — внутренний электрический заряд +0.25e, жирным шрифтом выделены вектора, ε — электрическая постоянная, z — высота точки наблюдения (А) (расстояние от точки наблюдения до плоскости элементарной частицы), r — нормировочный параметр. (В системе СГС отсутствует множитель .) Для определения напряженности электрического поля положительно заряженной элементарной частицы (например, протона), в уравнении необходимо заменить все знаки электрических зарядов на противоположные.
Данное математическое выражение представляет собой сумму векторов и ее надо вычислять по правилам сложения векторов, поскольку это поле двух распределенных электрических зарядов (q_—= -1.25e и q₊= +0.25e). Первое и третье слагаемое соответствуют ближним точкам зарядов, второе и четвертое — дальним. Данное математическое выражение не работает во внутренней (кольцевой) области элементарной частицы, генерирующей ее постоянные поля (при одновременном выполнении двух условий: r< ħ/m_0~c и Z< ħ/2m_0~c).
Потенциал электрического поля отрицательно заряженной элементарной частицы (например, электрона) в точке (А) в ближней зоне (r~r_0~), в системе СИ приблизительно равен:

где r — нормировочный параметр, величина которого может отличаться от значения в формуле E. (В системе СГС отсутствует множитель .) Данное математическое выражение не работает во внутренней (кольцевой) области элементарной частицы, генерирующей ее постоянные поля (при одновременном выполнении двух условий: r< ħ/m_0~c и Z< ħ/2m_0~c). Для определения потенциала электрического поля положительно заряженной элементарной частицы (например, протона), в уравнении необходимо заменить все знаки электрических зарядов на противоположные.
Калибровку r для обоих выражений ближней зоны необходимо производить на границе области, генерирующей постоянные поля электрона.

Квазичастицы

См. более подробный список квазичастиц.

В их число входят:

• Фононы — колебательные моды в кристаллической решётке.
• Экситоны — связанные состояния электрона и дырки.
• Трионы — связанные состояния двух электронов и дырки, либо двух дырок и электрона.
• Плазмоны — когерентные возбуждения плазмы.
• Дроплетоны — квазичастица, представляющая собой совокупность электронов и дырок внутри полупроводника.
• Поляритоны — смеси фотонов с другими квазичастицами.
• Поляроны — двигающиеся заряженные (квази-)частицы, окружённые ионами в веществе.
• Магноны — когерентные возбуждения электронных спинов в веществе.
• Ротоны — вращательные состояния в вырожденных средах (например, в жидком гелии).
• Примесоны — поведение примесного атома в квантовых кристаллах.
• Дефектоны — характеризует поведение дефектов в квантовых кристаллах.
• Дырка — носитель положительного заряда, равного элементарному заряду в полупроводниках.
• Биротоны.
• Биэкситоны — связаное состояние двух экситонов. Представляют собой, фактически, экситонные молекулы.
• Биполяроны — связанная пара двух поляронов.
• Орбитоны — являющиеся элементарными квантами орбитальной волны в твёрдом теле.
• Фазоны — флуктуоны, сопровождающиеся изменением фазы.
• Флуктуоны — квазичастицы, наблюдающиеся в неупорядоченных сплавах и подобных им системах.
• Холоны — наряду со спиноном квазичастица, возникающая в результате разделения спина и заряда в одномерных системах.
• Спиноны.
• Chargon — Квазичастицы, образующиеся при разделении спина и заряда электрона.
• Конфигуроны — элементарное конфигурационное возбуждение в аморфном материале, которое включает в себя разрыв химической связи.
• Квазиэлектроны — электрон плюс экранирующее облако, зависит от других сил и взаимодействий в твердом теле.
• Плазмароны — Квазичастицы от связи между плазмоном и дыркой.
• Солитоны — самоусиливающие уединенные волны возбуждения.
• Фермион Майораны — квазичастица, равная своей античастице, находится в запрещенной зоне некоторых сверхпроводников.
• Фрактоны — коллективные квантованные колебания на подложке с фрактальной структурой.
• Флексуроны Кацнельсона.
• Конформоны.
• Фокусоны — эстафетная передача импульса налетевшей частицы ионам или атомам кристалла с фокусировкой импульса вдоль плотно упакованных атомных рядов описывается квазичастицей, назывемой фокусоном.

Как выглядят атомные частицы?

Наиболее крупными атомными частицами считаются протоны и нейтроны, которые несколько тяжелее электронов и располагаются прямо в самом центре атома. Электроны же образуют легковесное облако, которое вращается вокруг атомного ядра. Известно, что вес 1800 электронов соответствует одному тяжеловесу-протону. Помимо этого, добавление хотя бы одного протона к атому приводит к образованию нового вещества с отличными от оригинала свойствами, причем добавление лишнего нейтрона создает всего лишь изотоп вещества или же просто более тяжелую его версию.

Ядро атома состоит из протонов, нейтронов и электронов, которые, в свою очередь, состоят из кварков

Наиболее крупными атомными частицами считаются протоны и нейтроны, которые несколько тяжелее электронов и располагаются прямо в самом центре атома. Электроны же образуют легковесное облако, которое вращается вокруг атомного ядра. Известно, что вес 1800 электронов соответствует одному тяжеловесу-протону. Помимо этого, добавление хотя бы одного протона к атому приводит к образованию нового вещества с отличными от оригинала свойствами, причем добавление лишнего нейтрона создает всего лишь изотоп вещества или же просто более тяжелую его версию.

Как уже говорилось выше, абсолютно все элементарные частицы состоят из кварков. которые представляют из себя основу мироздания. Интересный факт: Название “кварк” было взято в одном из романов известного в XX веке писателя-модерниста Джеймса Джойса, который необычным словом решил обозначить звук, воспроизводимый утками.

Джеймс Джойс — писатель, благодаря которому появился термин «кварки»

Сами же кварки подразделяются на 6 так называемых “ароматов”, каждый из которых обладает своими собственными характеристиками или “цветом”. Кроме того, каждый из 6 типов кварков обладает и собственным весьма оригинальным именем. Так, помимо нижнего и верхнего видов кварков, существуют также странный, очарованный, прелестный и истинный кварки.

Конечно же, “странность” или “прелестность” кварков сильно отличаются от привычных нам понятий. Точно так же, как и понятие цвета кварков на самом деле имеет в виду далеко не их оттенок, но способ взаимодействия кварков и других микрочастиц — глюонов. Что ж, фантазия ученых иногда умеет удивлять.

В любом случае, кварки представляют из себя по-настоящему уникальные частицы, от которых во всех смыслах зависит существование нашей Вселенной в том виде, в котором мы ее знаем. Быть может, тайна возникновения Большого взрыва и наше постижение основных законов Вселенной действительно зависят от одной крошечной песчинки, которая в тысячи и тысячи раз меньше атома.

«Частица как часть речи»

Частица — служебная часть речи, которая вносит в предложение различные оттенки значения или служит для образования форм слова. Частицы не изменяются и не являются членами предложения. По значению и роли в предложении частицы делятся на формообразующие, модальные (также называются смысловыми) и отрицательные частицы (к ним относятся НЕ и НИ). Иногда отрицательные частицы не выделяются как особый разряд и рассматриваются как модальные.

Формообразующие частицы

Формообразующие частицы служат для образования условного и повелительного наклонения глагола.

Условное наклонение глагола образуется при помощи частицы бы (б), которая в предложении может стоять после глагола, к которому относится, перед ним или может отделяться от глагола другими словами: Я сделал бы лучше; Я бы сделал лучше; Я бы лучше сделал. 

Повелительное наклонение глагола образуется при помощи частиц да, давай (давайте), пусть (пускай) и форм изъявительного наклонения: да здравствует; давай мы сходам; пусть он прочитает.

Модальные частицы (смысловые)

Модальные частицы вносят в предложение различные смысловые оттенки (вопрос, указание, уточнение, выделение,  ограничение), а также выражают чувства и отношение говорящего (восклицание, сомнение, усиление, смягчение требования).

Нужно запомнить!

Нужно различать формообразующие частицы и омонимичные им части речи.

• В отличие от частиц глаголы давай (давайте) и пускай имеют собственное лексическое значение (сравним: давай книгу; пускай змея — глаголы; давай пройдёмся, пускай расскажет — частицы).
• Восклицательную частицу как (Как хорошо!), сравнительный союз как (Голос звенел, как ручей) и наречие как (Как ты себя чувствуешь?).
• Восклицательную частицу что за (Что за секреты между нами!) и местоимение что с предлогом за (Что за этим скрывается?).
• Усилительную частицу всё (Он всё бежал) и местоимение всё (Он уже всё решил).
• Усилительную частицу уж (Уж я-то знаю) и наречие уж (уже) (Уж вечерело).
• Усилительную частицу -то, которая пишется через дефис (Он-то справится), местоимение то (Увидел то, что другие не заметили) и суффикс неопределённых местоимений и наречий -то, который тоже пишется через дефис (кто- то, какой-то, где-то).
• Формообразующую частицу бы после местоимения что (Что бы ты хотел получить в подарок?) и союз чтобы (Он поехал за город, чтобы отдохнуть); частицу же после местоимения то и наречия так (Я видел то же самое) и союзы тоже, также (Я тоже взволнован).