ذره ابتدایی جدول کلمات متقاطع 5 حرفی که با الف شروع می شود. ذرات بنیادی مدل استاندارد ذرات و فعل و انفعالات

از آنجایی که شاخص ها من، ک، لدر فرمول های ساختاری مقادیر از 1، 2، 3، 4، تعداد مزون ها عبور می کنند. میکبا یک اسپین داده شده باید برابر با 16 باشد. برای باریون ها Biklحداکثر تعداد حالات ممکن برای یک اسپین معین (64) محقق نمی شود، زیرا به موجب اصل پائولی، برای یک اسپین کل معین، فقط حالت های سه کوارکی مجاز هستند که دارای تقارن کاملاً تعریف شده با توجه به جایگشت هستند. شاخص های من، k، 1،یعنی: کاملاً متقارن برای اسپین 3/2 و تقارن مختلط برای اسپین 1/2. این شرط است l = 0 20 حالت باریون را برای اسپین 3/2 و 20 را برای اسپین 1/2 انتخاب می کند.

بررسی دقیق تر نشان می دهد که ارزش ترکیب کوارک و ویژگی های تقارن سیستم کوارک تعیین تمام اعداد کوانتومی پایه هادرون را ممکن می سازد. J، P، B، Q، I، Y، Ch), به استثنای جرم؛ تعیین جرم نیاز به دانش دینامیک برهمکنش کوارک ها و جرم کوارک ها دارد که هنوز در دسترس نیست.

انتقال درست مشخصات هادرون با کمترین جرم و اسپین در مقادیر داده شده Yو چ،مدل کوارک همچنین به طور طبیعی تعداد کل زیاد هادرون ها و غلبه رزونانس ها در بین آنها را توضیح می دهد. تعداد زیاد هادرون ها بازتابی از ساختار پیچیده آنها و احتمال وجود حالت های برانگیخته مختلف سیستم های کوارکی است. این امکان وجود دارد که تعداد چنین حالت های برانگیخته نامحدود باشد. همه حالت‌های برانگیخته سیستم‌های کوارکی نسبت به انتقال سریع به دلیل برهم‌کنش‌های قوی در حالت‌های زیرین ناپایدار هستند. آنها بخش عمده ای از تشدیدها را تشکیل می دهند. بخش کوچکی از رزونانس‌ها نیز از سیستم‌های کوارکی با جهت‌گیری اسپین موازی (به استثنای W -) تشکیل شده‌اند. پیکربندی کوارک با جهت گیری اسپین ضد موازی، مربوط به پایه. حالت ها، هادرون های شبه پایدار و یک پروتون پایدار را تشکیل می دهند.

برانگیختگی سیستم های کوارکی هم به دلیل تغییر در حرکت چرخشی کوارک ها (تحریک های مداری) و هم به دلیل تغییر در فضاهای آنها اتفاق می افتد. مکان (تحریکات شعاعی). در حالت اول، افزایش جرم سیستم با تغییر در کل اسپین همراه است جیو برابری آرسیستم، در حالت دوم افزایش جرم بدون تغییر رخ می دهد جی پی.به عنوان مثال مزون های با JP= 2 + اولین تحریک مداری هستند ( l = 1) مزون ها با J P = 1 - . مطابقت 2 + مزون و مزون 1 - ساختارهای کوارکی یکسان در مثال بسیاری از جفت ذرات به وضوح دیده می شود:

مزون‌های r و y به ترتیب نمونه‌هایی از برانگیختگی شعاعی مزون‌های r و y هستند (نگاه کنید به.

برانگیختگی های مداری و شعاعی توالی هایی از تشدید متناظر با همان ساختار کوارکی اولیه ایجاد می کنند. فقدان اطلاعات قابل اعتماد در مورد برهمکنش کوارک ها هنوز به ما اجازه نمی دهد تا محاسبات کمی طیف های تحریک را انجام دهیم و در مورد تعداد احتمالی چنین حالت های برانگیخته نتیجه گیری کنیم. هنگام فرمول بندی مدل کوارک ها، کوارک ها به عنوان عناصر ساختاری فرضی در نظر گرفته شدند که باز می شوند. امکان توصیف بسیار راحت هادرون ها را افزایش می دهد. متعاقباً، آزمایش‌هایی انجام شد که به ما اجازه می‌دهد در مورد کوارک‌ها به‌عنوان تشکیلات واقعی مواد درون هادرون‌ها صحبت کنیم. اولین آزمایش ها بر روی پراکندگی الکترون ها توسط نوکلئون ها در زوایای بسیار بزرگ بود. این آزمایش‌ها (1968) که یادآور آزمایش‌های کلاسیک رادرفورد در مورد پراکندگی ذرات آلفا بر روی اتم‌ها بود، وجود تشکیلات نقطه‌ای باردار در داخل نوکلئون را آشکار کرد. مقایسه داده‌های این آزمایش‌ها با داده‌های مشابه در مورد پراکندگی نوترینو روی نوکلئون‌ها (1973-1975) این امکان را فراهم کرد که بتوان در مورد میانگین مجذور مقدار بار الکتریکی این سازندهای نقطه‌ای نتیجه‌گیری کرد. نتیجه به طرز شگفت انگیزی نزدیک به مقدار 1/2 [(2/3) بود ه) 2 +(1 / 3 ه) 2 ]. مطالعه فرآیند تولید هادرون در هنگام نابودی یک الکترون و یک پوزیترون، که ظاهراً از طریق دنباله ای از فرآیندها می گذرد: ® هادرون ها، نشان دهنده وجود دو گروه از هادرون ها از نظر ژنتیکی با هر یک از کوارک های حاصله است و آن را ساخته است. امکان تعیین اسپین کوارک ها وجود دارد. معلوم شد که برابر با 1/2 است. تعداد کل هادرون های متولد شده در این فرآیند نیز نشان می دهد که کوارک های سه گونه در حالت میانی ظاهر می شوند، یعنی کوارک ها سه رنگ هستند.

بنابراین، اعداد کوانتومی کوارک‌ها که بر اساس ملاحظات نظری معرفی شده‌اند، در تعدادی از آزمایش‌ها تأیید شده‌اند. کوارک ها به تدریج وضعیت ذرات الکترونی جدید را به دست می آورند.اگر تحقیقات بیشتر این نتیجه را تایید کند، کوارک ها رقبای جدی برای نقش ذرات الکترون واقعی برای شکل هادرونیک ماده هستند. تا طول ~ 10 -15 سانتی مترکوارک ها به عنوان سازندهای نقطه ای بدون ساختار عمل می کنند. تعداد انواع کوارک های شناخته شده کم است. البته ممکن است در آینده تغییر کند: نمی‌توان تضمین کرد که در انرژی‌های بالاتر، هادرون‌هایی با اعداد کوانتومی جدید، به دلیل وجود آن‌ها به خاطر انواع جدیدی از کوارک‌ها، کشف نخواهند شد. تشخیص Y-mesons این دیدگاه را تأیید می کند. اما کاملاً ممکن است که افزایش تعداد کوارک ها اندک باشد، که اصول کلی محدودیت هایی را بر تعداد کل کوارک ها اعمال می کند، اگرچه این محدودیت ها هنوز مشخص نیست. بی‌ساختاری کوارک‌ها نیز شاید تنها نشان‌دهنده سطح به‌دست‌آمده از تحقیقات در مورد این سازندهای مادی باشد. با این حال، تعدادی از ویژگی‌های خاص کوارک‌ها دلیلی برای این فرض می‌کند که کوارک‌ها ذراتی هستند که زنجیره اجزای ساختاری ماده را تکمیل می‌کنند.

تفاوت کوارک ها با سایر ذرات الکترونی این است که هنوز در حالت آزاد مشاهده نشده اند، اگرچه شواهدی از وجود آنها در حالت محدود وجود دارد. یکی از دلایل عدم مشاهده کوارک ها ممکن است جرم بسیار بزرگ آنها باشد که از تولید آنها در انرژی شتاب دهنده های مدرن جلوگیری می کند. با این حال، ممکن است که کوارک ها اساساً، به دلیل ماهیت خاص برهم کنششان، نتوانند در حالت آزاد باشند. استدلال‌های نظری و تجربی به نفع این واقعیت وجود دارد که نیروهای وارده بین کوارک‌ها با فاصله ضعیف نمی‌شوند. این بدان معناست که انرژی بی نهایت بیشتری برای جدا کردن کوارک ها از یکدیگر مورد نیاز است، یا در غیر این صورت، ظهور کوارک ها در حالت آزاد غیرممکن است. ناتوانی در جداسازی کوارک ها در حالت آزاد آنها را به نوع کاملاً جدیدی از واحدهای ساختاری ماده تبدیل می کند. به عنوان مثال، مشخص نیست که اگر خود کوارک‌ها را نتوان در حالت آزاد مشاهده کرد، می‌توان سؤال اجزای تشکیل‌دهنده کوارک‌ها را مطرح کرد یا خیر. ممکن است در این شرایط، قسمت هایی از کوارک ها به هیچ وجه خود را از نظر فیزیکی نشان ندهند و بنابراین کوارک ها به عنوان آخرین مرحله در تکه تکه شدن ماده هادرونیک عمل می کنند.

ذرات بنیادی و نظریه میدان کوانتومی

برای توصیف خواص و برهمکنش‌های ذرات الکترون در نظریه مدرن، مفهوم فیزیک ضروری است. میدانی که به هر ذره اختصاص داده می شود. میدان شکل خاصی از ماده است. توسط یک تابع مشخص شده در همه نقاط ( ایکس)فضا-زمان و دارا بودن خواص تبدیلی خاص در رابطه با تبدیل های گروه لورنتس (اسکالر، اسپینور، بردار، و غیره) و گروه های تقارن "داخلی" (اسکالر ایزوتوپی، اسپینور ایزوتوپی و غیره). میدان الکترومغناطیسی با خواص یک بردار چهار بعدی و m (x) (m = 1، 2، 3، 4) از نظر تاریخی اولین نمونه میدان فیزیکی است. میدان هایی که با ذرات E. مقایسه می شوند ماهیت کوانتومی دارند، یعنی انرژی و تکانه آنها از قسمت های زیادی تشکیل شده است. بخش ها - کوانتوم، و انرژی E k و تکانه pk کوانتوم با رابطه نظریه نسبیت خاص مرتبط هستند: E k 2 = p k 2 c 2 + m 2 c 2 . هر یک از این کوانتوم ها یک ذره الکترونی با انرژی معین E k، تکانه pk و جرم m است. کوانتوم های میدان الکترومغناطیسی فوتون هستند، کوانتوم های میدان های دیگر با تمام ذرات الکترونی شناخته شده دیگر مطابقت دارد. بنابراین میدان، یک میدان فیزیکی است. بازتاب وجود مجموعه های نامتناهی از ذرات - کوانتوم. دستگاه ریاضی خاص تئوری میدان کوانتومی امکان توصیف تولد و نابودی یک ذره در هر نقطه x را فراهم می کند.

خواص تبدیل میدان تمام اعداد کوانتومی ذرات E. را تعیین می کند.ویژگی های تبدیل در رابطه با تبدیلات فضا-زمان (گروه لورنتس) اسپین ذرات را تعیین می کند. بنابراین، یک اسکالر با اسپین 0، یک اسپینر - اسپین 1/2، یک بردار - اسپین 1، و غیره مطابقت دارد. از ویژگی های تبدیل میدان ها در رابطه با تبدیل های "فضاهای داخلی" ("فضای بار"، "فضای ایزوتوپی"، "فضای واحد" و غیره). وجود "رنگ" در کوارک ها، به ویژه، با یک فضای واحد "رنگی" خاص همراه است. معرفی "فضاهای داخلی" در دستگاه نظری هنوز یک ابزار کاملاً رسمی است، که با این حال، می تواند به عنوان نشانه ای باشد که بعد فضا-زمان فیزیکی، که در ویژگی های E. Ch. منعکس شده است، در واقع بیشتر از چهار - بعد فضا-زمان مشخصه تمام فرآیندهای فیزیکی ماکروسکوپی. جرم ذرات الکترون به طور مستقیم با خواص تبدیل میدان ها مرتبط نیست. این ویژگی اضافی آنهاست.

برای توصیف فرآیندهایی که با ذرات الکترون اتفاق می‌افتند، لازم است بدانیم که میدان‌های فیزیکی مختلف چگونه با یکدیگر مرتبط هستند، یعنی دینامیک میدان‌ها را بدانیم. در دستگاه مدرن تئوری میدان کوانتومی، اطلاعات در مورد دینامیک میدان ها در یک کمیت خاص که از طریق میدان ها بیان می شود - لاگرانژی (به طور دقیق تر، چگالی لاگرانژی) L. دانش L در اصل اجازه می دهد تا احتمالات را محاسبه کند. انتقال از مجموعه ای از ذرات به مجموعه ای دیگر تحت تأثیر فعل و انفعالات مختلف. این احتمالات توسط به اصطلاح داده می شود. ماتریس پراکندگی (W. Heisenberg، 1943)، که از طریق L بیان شده است. تحولات متقابل آنها دانش Lz برای توصیف فرآیندها با E.h تعیین کننده است.

صبر کنید تا ویجت تایم لاین بارگیری شود.
برای مشاهده باید جاوا اسکریپت فعال باشد.

اگر واپاشی های قوی در ناحیه یوکت ثانیه گروه بندی می شدند، واپاشی های الکترومغناطیسی - در مجاورت آتوثانیه ها، سپس واپاشی های ضعیف "مسئولیت همه را دنبال می کردند" - به همان اندازه پوشش می دادند. 27 مرتبه قدر در مقیاس زمانی!

در انتهای این محدوده وسیع غیرقابل تصور، دو مورد «افراطی» قرار دارند.

• فروپاشی کوارک بالایی و ذرات حامل نیروی ضعیف (بوزون های W و Z) تقریباً در 0.3 است= 3·10-25 ثانیه. اینها سریعترین فروپاشیها در بین تمام ذرات بنیادی و به طور کلی سریعترین فرآیندهایی هستند که به طور قابل اعتمادی برای فیزیک مدرن شناخته شده است. به این ترتیب معلوم می شود زیرا این پوسیدگی ها با بالاترین آزاد شدن انرژی هستند.
• طولانی ترین ذره بنیادی، نوترون، تقریباً 15 دقیقه عمر می کند. چنین زمان عظیمی با استانداردهای کیهان کوچک با این واقعیت توضیح داده می شود که این فرآیند (تجزیه بتا یک نوترون به پروتون، الکترون و پادنوترینو) دارای انرژی بسیار کمی است. این آزاد شدن انرژی به حدی ضعیف است که در شرایط مناسب (مثلاً در داخل هسته اتم)، این واپاشی ممکن است از نظر انرژی نامطلوب باشد و سپس نوترون کاملاً پایدار شود. هسته های اتمی، همه مواد اطراف ما، و خود ما فقط به لطف این ضعف شگفت انگیز تجزیه بتا وجود داریم.

در بین این افراط‌ها، بیشتر پوسیدگی‌های ضعیف نیز کم و بیش به صورت فشرده اتفاق می‌افتند. آنها را می توان به دو گروه تقسیم کرد که تقریباً آنها را می نامیم: پوسیدگی ضعیف سریع و پوسیدگی ضعیف آهسته.

سریع ها پوسیدگی هایی هستند که در حدود یک پیکو ثانیه طول می کشند. بنابراین، شگفت‌آور است که چگونه اعداد در جهان ما رشد کرده‌اند که طول عمر چند ده ذره بنیادی در محدوده باریکی از مقادیر از 0.4 تا 2 ps قرار می‌گیرد. این هادرون های به اصطلاح جذاب و دوست داشتنی هستند - ذرات حاوی کوارک سنگین.

پیکوثانیه‌ها فوق‌العاده هستند، آنها از نقطه نظر آزمایش‌هایی که روی برخورددهنده‌ها انجام می‌شود، قیمتی ندارند! واقعیت این است که در 1 ps یک ذره زمان پرواز یک سوم میلی متر را خواهد داشت و یک آشکارساز مدرن به راحتی می تواند چنین فواصل زیادی را اندازه گیری کند. به لطف این ذرات، تصویر برخورد ذرات در برخورد دهنده "آسان برای خواندن" می شود - در اینجا برخورد و ایجاد تعداد زیادی هادرون رخ داد و در آنجا کمی دورتر، واپاشی ثانویه رخ داد. طول عمر مستقیماً قابل اندازه‌گیری می‌شود، به این معنی که می‌توان فهمید چه نوع ذره‌ای بوده و تنها پس از آن از این اطلاعات برای تجزیه و تحلیل پیچیده‌تر استفاده کرد.

واپاشی های ضعیف آهسته، واپاشی هایی هستند که از صدها پیکوثانیه شروع می شوند و در کل محدوده نانوثانیه گسترش می یابند. این شامل کلاس به اصطلاح "ذرات عجیب" است - هادرون های متعدد حاوی یک کوارک عجیب. علیرغم نام آنها، برای آزمایش های مدرن اصلا عجیب نیستند، بلکه برعکس، معمولی ترین ذرات هستند. آنها فقط در دهه 50 قرن گذشته عجیب به نظر می رسیدند، زمانی که فیزیکدانان ناگهان شروع به کشف آنها یکی پس از دیگری کردند و کاملاً خواص آنها را درک نکردند. به هر حال، فراوانی هادرون های عجیب و غریب بود که نیم قرن پیش فیزیکدانان را به ایده کوارک ها سوق داد.

از نقطه نظر آزمایش های مدرن با ذرات بنیادی، نانوثانیه ها زیاد است. این به حدی است که ذره ای که از شتاب دهنده خارج می شود به سادگی زمان برای متلاشی شدن ندارد، اما آشکارساز را سوراخ می کند و علامت خود را در آن باقی می گذارد. البته پس از آن جایی در مواد آشکارساز یا سنگ های اطراف آن گیر کرده و در آنجا متلاشی می شود. اما فیزیکدانان دیگر به این فروپاشی اهمیتی نمی دهند، آنها فقط به ردی از این ذره در داخل آشکارساز علاقه دارند. بنابراین برای آزمایش‌های مدرن، چنین ذرات تقریباً پایدار به نظر می‌رسند. بنابراین آنها را اصطلاح "واسطه" می نامند - ذرات غیر پایدار.

خوب، طولانی ترین ذره، بدون احتساب نوترون، میون است - نوعی "برادر" الکترون. در فعل و انفعالات قوی شرکت نمی کند، در اثر نیروهای الکترومغناطیسی تجزیه نمی شود، بنابراین فقط برهمکنش های ضعیف برای آن باقی می ماند. و از آنجایی که کاملاً سبک است، برای 2 میکروثانیه زندگی می کند - یک دوره کامل در مقیاس ذرات بنیادی.

همه ذرات بنیادی پنج حرفی در زیر فهرست شده اند. برای هر تعریف توضیح مختصری داده شده است.

اگر چیزی برای اضافه کردن دارید، در زیر فرم نظر در خدمت شما است که در آن می توانید نظر خود را بیان کنید یا به مقاله اضافه کنید.

فهرست ذرات بنیادی

فوتون

این یک کوانتوم از تابش الکترومغناطیسی است، به عنوان مثال نور. نور نیز به نوبه خود پدیده ای است که از جریان های نور تشکیل شده است. فوتون یک ذره بنیادی است. فوتون دارای بار خنثی و جرم صفر است. اسپین فوتون برابر با وحدت است. فوتون حامل برهمکنش الکترومغناطیسی بین ذرات باردار است. واژه فوتون از واژه یونانی phos به معنای نور گرفته شده است.

فونون

این یک شبه ذره، کوانتومی از ارتعاشات الاستیک و جابجایی اتم‌ها و مولکول‌های شبکه بلوری از موقعیت تعادل است. در شبکه‌های کریستالی، اتم‌ها و مولکول‌ها دائماً با یکدیگر تعامل دارند و انرژی را با یکدیگر به اشتراک می‌گذارند. در این راستا، مطالعه پدیده های مشابه ارتعاشات اتم های منفرد در آنها تقریبا غیرممکن است. بنابراین ارتعاشات تصادفی اتم ها معمولاً با توجه به نوع انتشار امواج صوتی در داخل یک شبکه کریستالی در نظر گرفته می شود. کوانتوم این امواج فونون هستند. اصطلاح فونون از تلفن یونانی - صدا گرفته شده است.

فازون

فازون نوسان یک شبه ذره است که در آلیاژها یا در سیستم هتروفاز دیگری تحریک می شود و یک چاه پتانسیل (منطقه فرومغناطیسی) در اطراف یک ذره باردار، مثلاً یک الکترون، تشکیل می دهد و آن را می گیرد.

روتون

این یک شبه ذره است که مربوط به برانگیختگی ابتدایی در هلیوم ابر سیال، در ناحیه تکانه های زیاد، مرتبط با وقوع حرکت گردابی در یک مایع فوق سیال است. روتون، ترجمه شده از لاتین به معنای - چرخیدن، چرخیدن است. روتون در دماهای بیشتر از 0.6 کلوین ظاهر می شود و ویژگی های ظرفیت گرمایی وابسته به دما را به صورت نمایی تعیین می کند، مانند آنتروپی چگالی نرمال و غیره.

مزون

این یک ذره غیر بنیادی ناپایدار است. مزون یک الکترون سنگین در پرتوهای کیهانی است.
جرم مزون بزرگتر از جرم الکترون و کمتر از جرم پروتون است.

مزون ها دارای تعداد زوج کوارک و آنتی کوارک هستند. مزون ها شامل پیون ها، کائون ها و دیگر مزون های سنگین هستند.

کوارک

این یک ذره ابتدایی ماده است، اما تاکنون فقط به صورت فرضی. کوارک ها را معمولاً شش ذره و پاد ذره آنها (آنتی کوارک) می نامند که به نوبه خود گروهی از ذرات بنیادی ویژه هادرون را تشکیل می دهند.

اعتقاد بر این است که ذراتی که در فعل و انفعالات قوی شرکت می کنند، مانند پروتون ها، نورون ها و برخی دیگر، از کوارک هایی تشکیل شده اند که به شدت به یکدیگر متصل هستند. کوارک ها به طور مداوم در ترکیبات مختلف وجود دارند. یک نظریه وجود دارد که کوارک ها می توانند در اولین لحظات پس از انفجار بزرگ به شکل آزاد وجود داشته باشند.

گلوون

ذره ابتدایی. بر اساس یک نظریه، به نظر می رسد گلوئون ها کوارک ها را به هم می چسبانند که به نوبه خود ذراتی مانند پروتون ها و نورون ها را تشکیل می دهند. به طور کلی، گلوئون ها کوچکترین ذرات تشکیل دهنده ماده هستند.

بوزون

بوزون شبه ذره یا بوز ذره. یک بوزون دارای اسپین صفر یا صحیح است. این نام به افتخار فیزیکدان Shatyendranath Bose داده شده است. یک بوزون از این نظر متفاوت است که تعداد نامحدودی از آنها می توانند حالت کوانتومی یکسانی داشته باشند.

هادرون

هادرون یک ذره بنیادی است که واقعاً ابتدایی نیست. از کوارک ها، آنتی کوارک ها و گلوئون ها تشکیل شده است. هادرون هیچ بار رنگی ندارد و در فعل و انفعالات قوی از جمله فعل و انفعالات هسته ای شرکت می کند. واژه هادرون از واژه یونانی adros به معنای بزرگ و عظیم است.

در فیزیک، ذرات بنیادی اجرام فیزیکی در مقیاس هسته اتم بودند که نمی توان آنها را به اجزای سازنده آنها تقسیم کرد. با این حال، امروزه دانشمندان موفق به تقسیم برخی از آنها شده اند. ساختار و خواص این اجسام کوچک توسط فیزیک ذرات مطالعه می شود.

کوچکترین ذرات تشکیل دهنده همه مواد از زمان های قدیم شناخته شده اند. با این حال، بنیانگذاران به اصطلاح "اتمیسم" فیلسوف یونان باستان لوکیپوس و شاگرد مشهورتر او، دموکریتوس در نظر گرفته می شوند. فرض بر این است که دومی اصطلاح "اتم" را ابداع کرده است. از یونانی باستان "اتوموس" به "تقسیم ناپذیر" ترجمه شده است که دیدگاه های فیلسوفان باستان را تعیین می کند.

بعدها مشخص شد که اتم هنوز می تواند به دو جسم فیزیکی - هسته و الکترون - تقسیم شود. دومی متعاقباً به اولین ذره بنیادی تبدیل شد، زمانی که در سال 1897 جوزف تامسون انگلیسی آزمایشی با پرتوهای کاتدی انجام داد و متوجه شد که آنها جریانی از ذرات یکسان با جرم و بار یکسان هستند.

به موازات کار تامسون، هانری بکرل که اشعه ایکس را مطالعه می کند، آزمایش هایی با اورانیوم انجام می دهد و نوع جدیدی از تشعشعات را کشف می کند. در سال 1898، یک جفت فیزیکدان فرانسوی، ماری و پیر کوری، مواد مختلف رادیواکتیو را مورد مطالعه قرار دادند و همان تشعشعات رادیواکتیو را کشف کردند. بعدها مشخص شد که از ذرات آلفا (2 پروتون و 2 نوترون) و ذرات بتا (الکترون) تشکیل شده است و بکرل و کوری جایزه نوبل را دریافت کردند. ماری اسکلودوسکا کوری در حین انجام تحقیقات خود بر روی عناصری مانند اورانیوم، رادیوم و پولونیوم هیچ گونه اقدامات ایمنی از جمله استفاده نکردن از دستکش را انجام نداد. در نتیجه، در سال 1934 سرطان خون از او سبقت گرفت. به یاد دستاوردهای دانشمند بزرگ، عنصر کشف شده توسط زوج کوری، پلونیوم، به افتخار سرزمین مادری مریم - پولونیا، از لاتین - لهستان نامگذاری شد.

عکس از کنگره V Solvay 1927. سعی کنید تمام دانشمندان این مقاله را در این عکس پیدا کنید.

از سال 1905، آلبرت انیشتین انتشارات خود را به ناقص بودن نظریه موج نور اختصاص داده است، که فرضیه های آن با نتایج آزمایش ها در تضاد بود. که متعاقباً فیزیکدان برجسته را به ایده "کوانتوم نور" - بخشی از نور هدایت کرد. بعداً، در سال 1926، توسط شیمیدان فیزیک آمریکایی گیلبرت ان. لوئیس، آن را "فوتون"، ترجمه از یونانی "phos" ("نور") نامیدند.

در سال 1913، ارنست رادرفورد، فیزیکدان بریتانیایی، بر اساس نتایج آزمایش‌هایی که قبلاً در آن زمان انجام شده بود، خاطرنشان کرد که جرم هسته‌های بسیاری از عناصر شیمیایی چند برابر جرم هسته هیدروژن است. بنابراین، او فرض کرد که هسته هیدروژن جزئی از هسته عناصر دیگر است. رادرفورد در آزمایش خود یک اتم نیتروژن را با ذرات آلفا تابش کرد که در نتیجه ذره خاصی را که ارنست آن را "پروتون" نامید، از "پروتوس" دیگر یونانی (اول، اصلی) ساطع کرد. بعداً به طور تجربی تأیید شد که پروتون یک هسته هیدروژن است.

بدیهی است که پروتون تنها جزء هسته عناصر شیمیایی نیست. این ایده به این دلیل است که دو پروتون در هسته یکدیگر را دفع می کنند و اتم فوراً متلاشی می شود. بنابراین، رادرفورد وجود ذره دیگری را فرض کرد که جرمی برابر با جرم یک پروتون دارد، اما بدون بار است. برخی از آزمایشات دانشمندان بر روی تعامل عناصر رادیواکتیو و سبکتر آنها را به کشف یک تشعشع جدید دیگر سوق داد. در سال 1932، جیمز چادویک تشخیص داد که از آن ذرات بسیار خنثی تشکیل شده است که او آنها را نوترون نامید.

بنابراین، مشهورترین ذرات کشف شد: فوتون، الکترون، پروتون و نوترون.

علاوه بر این، کشف اجسام زیرهسته ای جدید به یک رویداد مکرر تبدیل شد و در حال حاضر حدود 350 ذره شناخته شده است که به طور کلی "بنیادی" در نظر گرفته می شوند. آن دسته از آنها که هنوز تقسیم نشده اند، بدون ساختار در نظر گرفته می شوند و "بنیاد" نامیده می شوند.

اسپین چیست؟

قبل از حرکت به سمت جلو با نوآوری های بیشتر در زمینه فیزیک، ویژگی های همه ذرات باید مشخص شود. شناخته شده ترین، جدا از جرم و بار الکتریکی، اسپین را نیز شامل می شود. این کمیت در غیر این صورت "تکانه زاویه ای ذاتی" نامیده می شود و به هیچ وجه با حرکت جسم زیرهسته ای به عنوان یک کل ارتباط ندارد. دانشمندان توانستند ذرات را با چرخش 0، ½، 1، 3/2 و 2 تشخیص دهند. برای تجسم چرخش، هرچند ساده، به عنوان ویژگی یک جسم، مثال زیر را در نظر بگیرید.

بگذارید یک جسم دارای یک چرخش برابر با 1 باشد. سپس چنین جسمی، وقتی 360 درجه بچرخد، به موقعیت اولیه خود باز می گردد. در هواپیما، این جسم می تواند یک مداد باشد که پس از یک چرخش 360 درجه، به موقعیت اولیه خود می رسد. در مورد چرخش صفر، مهم نیست که جسم چگونه بچرخد، همیشه یکسان به نظر می رسد، به عنوان مثال، یک توپ تک رنگ.

برای یک ½ چرخش، به جسمی نیاز دارید که با چرخش 180 درجه ظاهر خود را حفظ کند. این می تواند همان مداد باشد، فقط از هر دو طرف به صورت متقارن تیز شود. یک چرخش 2 به حفظ شکل هنگام چرخش 720 درجه نیاز دارد و یک چرخش 3/2 به 540 نیاز دارد.

این ویژگی برای فیزیک ذرات بسیار مهم است.

مدل استاندارد ذرات و فعل و انفعالات

دانشمندان با داشتن مجموعه ای چشمگیر از ریز اشیاء که دنیای اطراف ما را تشکیل می دهند، تصمیم به ساختار آنها گرفتند و اینگونه بود که ساختار نظری معروفی به نام "مدل استاندارد" شکل گرفت. او سه برهمکنش و 61 ذره را با استفاده از 17 ذره اساسی توصیف می کند که برخی از آنها را مدت ها قبل از کشف پیش بینی کرده بود.

این سه تعامل عبارتند از:

• الکترومغناطیسی. بین ذرات باردار الکتریکی رخ می دهد. در یک مورد ساده که از مدرسه شناخته می شود، اجسام با بار مخالف جذب می شوند و اجسام با بار مشابه دفع می کنند. این از طریق به اصطلاح حامل برهمکنش الکترومغناطیسی - فوتون - اتفاق می افتد.
• قوی، که در غیر این صورت به عنوان تعامل هسته ای شناخته می شود. همانطور که از نام آن پیداست، عمل آن به اجسام از مرتبه هسته اتم گسترش می یابد؛ این ماده مسئول جذب پروتون ها، نوترون ها و سایر ذرات متشکل از کوارک ها است. برهمکنش قوی توسط گلوئون انجام می شود.
• ضعیف. در فواصل هزاران کوچکتر از اندازه هسته موثر است. لپتون ها و کوارک ها و همچنین پادذرات آنها در این برهمکنش شرکت می کنند. علاوه بر این، در صورت تعامل ضعیف، آنها می توانند به یکدیگر تبدیل شوند. حامل‌ها بوزون‌های W+، W− و Z0 هستند.

بنابراین مدل استاندارد به صورت زیر شکل گرفت. این شامل شش کوارک است که همه هادرون ها (ذراتی که در معرض برهمکنش قوی هستند) از آنها تشکیل شده است:

• بالا (u)؛
• مسحور (ج)؛
• true(t);
• پایین تر (d)؛
• عجیب (ها)؛
• شایان ستایش (ب).

واضح است که فیزیکدانان القاب زیادی دارند. 6 ذره دیگر لپتون هستند. اینها ذرات بنیادی با اسپین ½ هستند که در برهمکنش قوی شرکت نمی کنند.

• الکترون؛
• نوترینوی الکترونی؛
• میون;
• میون نوترینو؛
• تاو لپتون؛
• نوترینو تاو

و گروه سوم مدل استاندارد، بوزون های گیج هستند که دارای اسپین برابر با 1 هستند و به عنوان حامل برهمکنش ها نشان داده می شوند:

• گلوئون - قوی؛
• فوتون - الکترومغناطیسی؛
• بوزون Z - ضعیف؛
• بوزون W ضعیف است.

اینها همچنین شامل ذره اسپین-0 است که اخیراً کشف شده است، که به بیان ساده، جرم بی اثر را به سایر اجسام زیرهسته ای منتقل می کند.

در نتیجه، طبق مدل استاندارد، جهان ما به این شکل است: همه مواد از 6 کوارک تشکیل شده اند که هادرون ها را تشکیل می دهند و 6 لپتون. همه این ذرات می توانند در سه برهمکنش شرکت کنند که حامل آن ها بوزون های گیج هستند.

معایب مدل استاندارد

با این حال، حتی قبل از کشف بوزون هیگز، آخرین ذره ای که توسط مدل استاندارد پیش بینی شده بود، دانشمندان از حد خود فراتر رفته بودند. نمونه بارز این به اصطلاح است. "برهم کنش گرانشی" که امروزه با دیگران برابری می کند. احتمالاً حامل آن ذره ای با اسپین 2 است که جرمی ندارد و فیزیکدانان هنوز نتوانسته اند آن را تشخیص دهند - "گراویتون".

علاوه بر این، مدل استاندارد 61 ذره را توصیف می کند و امروزه بیش از 350 ذره در حال حاضر برای بشر شناخته شده است. این بدان معناست که کار فیزیکدانان نظری تمام نشده است.

طبقه بندی ذرات

فیزیکدانان برای آسان‌تر کردن زندگی‌شان، همه ذرات را بسته به ویژگی‌های ساختاری و سایر ویژگی‌هایشان گروه‌بندی کرده‌اند. طبقه بندی بر اساس معیارهای زیر است:

• طول عمر.
  1. پایدار. اینها شامل پروتون و پادپروتون، الکترون و پوزیترون، فوتون و گراویتون است. وجود ذرات پایدار محدود به زمان نیست، تا زمانی که در حالت آزاد باشند، یعنی. با چیزی تعامل نکن
  2. ناپایدار. تمام ذرات دیگر پس از مدتی به اجزای سازنده خود متلاشی می شوند و به همین دلیل به آنها ناپایدار می گویند. به عنوان مثال، یک میون تنها 2.2 میکروثانیه، و یک پروتون - 2.9 10 * 29 سال زندگی می کند، پس از آن می تواند به یک پوزیترون و یک پیون خنثی تجزیه شود.
• وزن.
  1. ذرات بنیادی بدون جرم که تنها سه مورد از آنها وجود دارد: فوتون، گلوئون و گراویتون.
  2. ذرات عظیم همه بقیه هستند.
• معنی چرخش.
  1. چرخش کامل، از جمله صفر، ذراتي به نام بوزون دارند.
  2. ذرات با اسپین نیمه صحیح فرمیون هستند.
• مشارکت در تعاملات.
  1. هادرون ها (ذرات ساختاری) اجرام زیرهسته ای هستند که در هر چهار نوع برهمکنش شرکت می کنند. قبلاً ذکر شد که آنها از کوارک ها تشکیل شده اند. هادرون ها به دو زیر گروه تقسیم می شوند: مزون ها (اسپین عدد صحیح، بوزون ها) و باریون ها (اسپین نیمه صحیح، فرمیون ها).
  2. بنیادی (ذرات بدون ساختار). اینها شامل لپتون‌ها، کوارک‌ها و بوزون‌های گیج می‌شوند (قبل‌تر بخوانید - "مدل استاندارد..").

پس از آشنایی با طبقه بندی همه ذرات، می توانید به عنوان مثال، برخی از آنها را به دقت تعیین کنید. بنابراین نوترون فرمیون، هادرون یا بهتر است بگوییم باریون و نوکلئون است، یعنی دارای یک اسپین نیمه صحیح است، از کوارک ها تشکیل شده و در 4 برهم کنش شرکت می کند. نوکلئون نام رایج پروتون ها و نوترون ها است.

• جالب است که مخالفان اتمیسم دموکریتوس که وجود اتم ها را پیش بینی می کرد، اظهار داشتند که هر ماده ای در جهان به طور نامحدود تقسیم می شود. تا حدی ممکن است درست باشد، زیرا دانشمندان قبلاً موفق شده اند اتم را به یک هسته و یک الکترون، هسته را به یک پروتون و یک نوترون و اینها به نوبه خود به کوارک ها تقسیم کنند.
• دموکریتوس فرض می‌کرد که اتم‌ها شکل هندسی واضحی دارند و بنابراین اتم‌های «تیز» آتش می‌سوزند، اتم‌های خشن جامدات توسط برجستگی‌هایشان محکم به هم چسبیده‌اند و اتم‌های صاف آب در حین برهمکنش می‌لغزند، در غیر این صورت جریان می‌یابند.
• جوزف تامسون مدل خود را از اتم گردآوری کرد که به نظر او جسمی با بار مثبت بود که به نظر می‌رسید الکترون‌ها در آن «گیر کرده‌اند». مدل او «مدل پودینگ آلو» نام داشت.
• کوارک ها نام خود را به لطف فیزیکدان آمریکایی موری گل مان به دست آوردند. دانشمند می خواست از کلمه ای شبیه به صدای کواک اردک (kwork) استفاده کند. اما در رمان جیمز جویس از بیدار شدن فینیگان با کلمه کوارک در ردیف «سه کوارک برای آقای مارک!» مواجه شد که معنای آن دقیقاً تعریف نشده است و ممکن است جویس آن را صرفاً برای قافیه به کار برده باشد. موری تصمیم گرفت ذرات را این کلمه بنامد، زیرا در آن زمان تنها سه کوارک شناخته شده بود.
• اگرچه فوتون ها، ذرات نور، بدون جرم هستند، اما به نظر می رسد که در نزدیکی سیاهچاله، مسیر حرکت خود را تغییر می دهند، زیرا توسط نیروهای گرانشی به سمت آن جذب می شوند. در واقع، یک جسم پرجرم فضا-زمان را خم می کند، به همین دلیل است که هر ذره، از جمله ذرات بدون جرم، مسیر حرکت خود را به سمت سیاهچاله تغییر می دهد (نگاه کنید به).
• برخورددهنده بزرگ هادرونی دقیقاً به این دلیل که با دو پرتوی هدایت‌شده از هادرون برخورد می‌کند، ذرات با ابعادی به ترتیب هسته اتمی که در همه برهم‌کنش‌ها شرکت می‌کنند.

در اوایل دهه 30 قرن بیستم، فیزیک توصیف قابل قبولی از ساختار ماده بر اساس چهار نوع ذره بنیادی - پروتون، نوترون، الکترون و فوتون پیدا کرد. افزودن ذره پنجم، نوترینو، همچنین توضیح فرآیندهای واپاشی رادیواکتیو را ممکن کرد. به نظر می رسید که ذرات بنیادی نامبرده اولین بلوک های سازنده جهان هستند.

اما این سادگی ظاهری خیلی زود ناپدید شد. به زودی پوزیترون کشف شد. در سال 1936، اولین مزون در میان محصولات برهمکنش پرتوهای کیهانی با ماده کشف شد. پس از این، می توان مزون هایی با ماهیت متفاوت و همچنین سایر ذرات غیر معمول را مشاهده کرد. این ذرات به ندرت تحت تأثیر پرتوهای کیهانی متولد می شوند. با این حال، پس از ساخت شتاب دهنده هایی که امکان تولید ذرات پرانرژی را فراهم می کرد، بیش از 300 ذره جدید کشف شد.

پس منظور از کلمه " ابتدایی"بنیایی" پادپود منطقی "مختلط" است. ذرات بنیادی به معنای ذرات اولیه و غیر قابل تجزیه بیشتر است که همه مواد را تشکیل می دهند. در دهه چهل، تعدادی از تبدیلات ذرات "بنیادی" قبلاً شناخته شده بود. تعداد ذرات به رشد خود ادامه می دهد.بیشتر آنها ناپایدار هستند در میان ده ها ریزذره شناخته شده، تنها تعداد کمی وجود دارند که پایدار و ناتوان از تبدیل های خود به خودی هستند.

هسته دوتریوم (دوترون) از یک پروتون و یک نوترون تشکیل شده است. دوترون به عنوان یک ذره کاملاً پایدار است. در عین حال، جزء دوترون، نوترون، رادیواکتیو است، یعنی. ناپایدار این مثال نشان می دهد که مفاهیم ثبات و ابتدایی بودن یکسان نیستند. در فیزیک مدرن این اصطلاح «ذرات بنیادی» معمولاً برای نامگذاری گروه بزرگی از ذرات ریز ماده استفاده می شود(که اتم یا هسته اتمی نیستند).

همه ذرات بنیادی دارای جرم و اندازه بسیار کوچک هستند. بیشتر آنها جرمی برابر با جرم یک پروتون دارند (فقط جرم یک الکترون به طرز محسوسی کوچکتر است.
). اندازه های میکروسکوپی و جرم ذرات بنیادی، قوانین کوانتومی رفتار آنها را تعیین می کند. مهمترین خاصیت کوانتومی همه ذرات بنیادی توانایی متولد شدن و از بین رفتن (گسیل و جذب) در هنگام تعامل با ذرات دیگر است.

چهار نوع از برهمکنش های شناخته شده بین ذرات وجود دارد که از نظر ماهیت متفاوت هستند: گرانشی، الکترومغناطیسی، هسته ای، و همچنین برهمکنش در تمام فرآیندهای مربوط به نوترینوها. ویژگی های چهار نوع تعامل ذکر شده چیست؟

قوی ترین آنها برهمکنش بین ذرات هسته ای ("نیروهای هسته ای") است. این تعامل معمولا نامیده می شود قوی. قبلاً اشاره شد که نیروهای هسته ای فقط در فواصل بسیار کوچک بین ذرات عمل می کنند: شعاع عمل حدود 10-13 سانتی متر است.

بزرگترین بعدی است الکترومغناطیسیاثر متقابل. دو مرتبه قدر آن کمتر از قوی است. اما با فاصله، کندتر تغییر می کند، مانند 1/ r 2، بنابراین شعاع عمل نیروهای الکترومغناطیسی بی نهایت است.

سپس برهمکنش ناشی از مشارکت نوترینوها در واکنش ها می آید. به ترتیب بزرگی، این برهمکنش ها 10 14 برابر کمتر از برهمکنش های قوی هستند. این فعل و انفعالات معمولا نامیده می شوند ضعیف. ظاهراً دامنه عمل در اینجا همان است که در مورد تعامل قوی وجود دارد.

کوچکترین تعامل شناخته شده است گرانشی 39 مرتبه قدر از قوی کمتر است - 10 39 برابر! با فاصله، نیروهای گرانشی به آهستگی نیروهای الکترومغناطیسی کاهش می یابند، بنابراین دامنه عمل آنها نیز بی نهایت است.

در فضا، نقش اصلی متعلق به فعل و انفعالات گرانشی است، زیرا دامنه عمل تعاملات قوی و ضعیف ناچیز است. فعل و انفعالات الکترومغناطیسی نقش محدودی دارند زیرا بارهای الکتریکی علائم متضاد تمایل به تشکیل سیستم های خنثی دارند. نیروهای گرانشی همیشه نیروهای جاذبه هستند. آنها را نمی توان با نیروی علامت مخالف جبران کرد، آنها را نمی توان در برابر آنها محافظت کرد. از این رو نقش غالب آنها در فضا است.

بزرگی نیروهای برهمکنش نیز با زمان لازم برای انجام واکنش ناشی از این برهمکنش مطابقت دارد. بنابراین، فرآیندهای ناشی از تعامل قوی به زمان 10 تا 23 ثانیه نیاز دارند. (یک واکنش زمانی رخ می دهد که ذرات پرانرژی با هم برخورد کنند). زمان مورد نیاز برای انجام فرآیند ناشی از برهمکنش الکترومغناطیسی به 10-21 ثانیه نیاز دارد، برهمکنش ضعیف به ~10-9 ثانیه نیاز دارد. در واکنش های ناشی از فعل و انفعالات ذرات، نیروهای گرانشی عملاً هیچ نقشی ندارند.

فعل و انفعالات فهرست شده ظاهرا ماهیت متفاوتی دارند، یعنی نمی توان آنها را به یکدیگر تقلیل داد. در حال حاضر، هیچ راهی برای قضاوت در مورد اینکه آیا این فعل و انفعالات تمام موجودات موجود در طبیعت را خسته می کند وجود ندارد.

کلاس ذرات بنیادی که در برهمکنش های قوی شرکت می کنند هادرون (پروتون، نوترون و غیره) نامیده می شود. دسته ای از ذرات که برهمکنش قوی ندارند لپتون نامیده می شوند. لپتون ها شامل الکترون، میون، نوترینو، لپتون سنگین و پادذرات مربوط به آن ها هستند. پادذرات، مجموعه‌ای از ذرات بنیادی که جرم و سایر ویژگی‌های فیزیکی مشابه دوقلوهای خود دارند، اما در نشانه‌های برخی از ویژگی‌های برهم‌کنش با آن‌ها تفاوت دارند.(مثلاً بار الکتریکی، گشتاور مغناطیسی): الکترون و پوزیترون، نوترینو و پادنوترینو. بر اساس مفاهیم مدرن، نوترینوها و پادنوترینوها در یکی از ویژگی های کوانتومی با یکدیگر متفاوت هستند - مارپیچ، که به عنوان طرح ریزی چرخش یک ذره بر روی جهت حرکت آن (تکانه) تعریف می شود. نوترینوها یک چرخش دارند اسجهت گیری ضد موازی با پالس آر، یعنی جهت ها آرو اسیک پیچ چپ را تشکیل می دهد و نوترینو دارای مارپیچی چپ است (شکل 6.2). برای پادنوترینوها، این جهت ها یک پیچ سمت راست را تشکیل می دهند، یعنی. پادنوترینوها دارای مارپیچ راست دست هستند.

هنگامی که یک ذره و یک پاد ذره با هم برخورد می کنند، می توانند متقابلا از بین بروند - "نابود کردن".در شکل شکل 6.3 روند نابودی یک الکترون و یک پوزیترون را با ظاهر دو پرتو گاما نشان می دهد. در این مورد، تمام قوانین بقای شناخته شده - انرژی، تکانه، تکانه زاویه ای و قانون بقای بارها رعایت می شود. برای ایجاد یک جفت الکترون-پوزیترون، لازم است انرژی کمتر از مجموع انرژی های ذاتی این ذرات صرف شود، یعنی. ~ 106 eV. هنگامی که چنین جفتی نابود می شود، این انرژی یا با تشعشعات تولید شده در حین نابودی آزاد می شود یا بین ذرات دیگر توزیع می شود.

از قانون بقای بار چنین استنباط می شود که یک ذره باردار نمی تواند بدون ظاهر شدن ذره ای دیگر با بارهایی با علائم مخالف ایجاد شود (به طوری که بار کل کل سیستم ذرات تغییر نمی کند). نمونه ای از چنین واکنشی، واکنش تبدیل یک نوترون به پروتون با تشکیل همزمان یک الکترون و گسیل یک نوترینو است.

. (6.9)

بار الکتریکی در طول این تبدیل حفظ می شود. به همین ترتیب، هنگامی که یک فوتون به یک جفت الکترون-پوزیترون تبدیل می شود یا زمانی که همان جفت در نتیجه برخورد دو الکترون متولد می شود، حفظ می شود.

این فرضیه وجود دارد که تمام ذرات بنیادی ترکیبی از سه ذره اساسی هستند که به آنها می گویند کوارک هاو ضد ذرات آنها. کوارک ها در حالت آزاد (با وجود جستجوهای متعدد برای آنها در شتاب دهنده های پر انرژی، در پرتوهای کیهانی و در محیط زیست) کشف نشده اند.

توصیف خواص و دگرگونی‌های ریز ذرات بدون سیستم‌بندی غیرممکن است. هیچ نظام مندی مبتنی بر یک نظریه سختگیرانه وجود ندارد.

دو گروه اصلی ذرات بنیادی به شدت در حال تعامل هستند ( هادرون ها) و دارای تعامل ضعیف ( لپتون ها) ذرات. هادرون ها به دو دسته تقسیم می شوند مزون هاو باریون ها. باریون ها به دو دسته تقسیم می شوند نوکلئون هاو هایپرون ها. لپتون ها شامل الکترون ها، میون ها و نوترینوها هستند. در زیر مقادیری وجود دارد که ریزذرات بر اساس آنها طبقه بندی می شوند.

1. فله یا باریونیکعدد آ. حقایق متعدد مشاهده شده در فرآیند شکافت هسته ای و ایجاد یک جفت نوکلئون-آنتی نوکلئون نشان می دهد که در هر فرآیندی تعداد نوکلئون ها ثابت می ماند. به همه باریون ها شماره اختصاص داده شده است آ= +1، به هر پاد ذره آ= -1. قانون بقای باریون دقیقاً در تمام فرآیندهای هسته ای رعایت می شود. ذرات پیچیده دارای مقادیر متعددی از عدد باریون هستند. همه مزون ها و لپتون ها دارای عدد باریونی صفر هستند.

2. شارژ الکتریکی q تعداد واحدهای بار الکتریکی (بر حسب واحد بار مثبت یک پروتون) ذاتی ذره را نشان می دهد.

3. اسپین ایزوتوپی(به چرخش واقعی مربوط نمی شود). نیروهایی که بین نوکلئون‌ها در یک هسته وارد می‌شوند، تقریباً مستقل از نوع نوکلئون‌ها هستند، یعنی. فعل و انفعالات هسته ای آرآر, آرn و nnهمان هستند. این تقارن نیروهای هسته ای منجر به حفظ کمیتی به نام اسپین ایزوتوپی می شود. ایزوسپیندر برهمکنش های قوی حفظ می شود و در فرآیندهای ناشی از برهمکنش های الکترومغناطیسی و ضعیف حفظ نمی شود.

4. عجیب بودن. برای توضیح اینکه چرا برخی از فرآیندهای مربوط به هادرون ها رخ نمی دهند، M.Gell-Mann و K. Nishijima در سال 1953 پیشنهاد کردند یک عدد کوانتومی جدید معرفی کنند که آن را عجیب و غریب نامیدند. عجیب بودن هادرون های پایدار از -3 تا +3 (اعداد صحیح) متغیر است. عجیب بودن لپتون ها مشخص نشده است. در تعاملات قوی، غرابت پابرجاست.

5. چرخش. تکانه زاویه ای اسپین را مشخص می کند.

6. برابری. ویژگی درونی یک ذره مرتبط با تقارن آن نسبت به راست و چپ. تا همین اواخر، فیزیکدانان معتقد بودند که هیچ تفاوتی بین راست و چپ وجود ندارد. متعاقباً معلوم شد که آنها برای همه فرآیندهای برهمکنش ضعیف معادل نیستند - که یکی از شگفت‌انگیزترین اکتشافات در فیزیک بود.

در فیزیک کلاسیک، ماده و میدان فیزیکی به عنوان دو نوع ماده در تقابل با یکدیگر قرار داشتند. ماده از ذرات بنیادی تشکیل شده است، نوعی ماده است که جرم سکون دارد. ساختار ماده گسسته است، در حالی که ساختار میدان پیوسته است. اما فیزیک کوانتومی منجر به یکسان سازی این ایده شده است. در فیزیک کلاسیک، اعتقاد بر این است که ذرات توسط میدان های نیرو - گرانشی و الکترومغناطیسی - وارد عمل می شوند. فیزیک کلاسیک هیچ رشته دیگری نمی دانست. در فیزیک کوانتومی، آنها در پشت میدان ها حامل های واقعی برهمکنش را می بینند - کوانتوم های این میدان ها، یعنی. ذرات. برای میدان های کلاسیک اینها گراویتون ها و فوتون ها هستند. هنگامی که میدان ها به اندازه کافی قوی هستند و کوانتوم های زیادی وجود دارد، ما آنها را به عنوان ذرات جداگانه تشخیص نمی دهیم و آنها را به عنوان یک میدان درک می کنیم. حامل برهم کنش های قوی گلوئون ها هستند. از سوی دیگر، هر ریز ذره (عنصر ماده) ماهیت ذره-موجی دوگانه دارد.