3.03. Организация материи на физическом уровне

Фундаментальные длины– гипотетические универсальные постоянные размерности длины, определяющие пределы применимости фундаментальных физических представлений – теории относительности, квантовой теории, принципа причинности.

Элементарные частицы– первичные частицы, из которых по предположению состоит вся материя.

Основные характеристики элементарных частиц:

Масса – зависящий от скорости коэффициент пропорциональности между импульсом частицы и ее скоростьюр =mv. Массой определяется запас энергии, имеющийся у частицы.

Заряд частицы: (сейчас известно четыре заряда)

- электрический заряд – бывает двух видов: положительный и отрицательный, по абсолютной величине всегда кратен заряду электронаq=Ne, где е = 1,6 ∙ 10^{- 19}Кл,N= 1,2,3, ….

- лептонный заряд – особое квантовое число, используемое для классификации лептонов;

- второй лептонный заряд – аналогичен первому, но как бы другого знака;

- барионный заряд– одна из внутренних характеристик элементарных частиц, отличная от нуля для барионов и равная нулю для всех остальных частиц;

Спин – собственный механический момент частицы.

Время жизни – величина τ обратная постоянной полураспада элементарной частицы λ.

Классификация элементарных частиц:

По массе покоя:

- фотоны – элементарные частицы, масса покоя которых равна нулю;

- лептоны,мезоны, барионы– масса покоя больше нуля.

По времени жизни:

Стабильные– частицы не подвергающиеся самопроизвольному радиоактивному распаду (протон, электрон, нейтрино и их античастицы); и

Нестабильные – распадающиеся с появлением новых частиц (свободный нейтрон, резонансы и пр.).Переносчики фундаментальных взаимодействий:

Различают 4 вида фундаментальных взаимодействий: электромагнитные, сильные, слабые, гравитационные.

Электромагнитные взаимодействия наблюдаются между частицами, обладающими электрическим зарядом (фотоны, электроны, протоны, мюоны).

Сильные взаимодействия – наблюдаются в ядрах атомов между пионами, барионами, каонами.

Слабые взаимодействия – определяют стабильность и нестабильность элементарных частиц.

Гравитационное взаимодействие – предположительно осуществляется гипотетическими частицами (гравитонами). Способность элементарных частиц к взаимным превращениям, не нарушающим законов сохранения– каждый закон сохранения связан с какой либо симметрией в окружающем нас мире, поэтому взаимопревращения элементарных частиц не нарушает законов сохранения.Физическое поле как совокупность виртуальных частиц – в современной квантовой теории поля взаимодействие частиц и их взаимные превращения рассматриваются как рождение или поглощение одной свободной частицей других (виртуальных) частиц. Именно виртуальные частицы в этом случае являются переносчиками взаимодействий или составляющими физического поля. Тождественность частиц – тождественные частицы – это частицы, имеющие одинаковые физические свойства: массу, эл. заряд, спин и т.п.

Вакуум как состояние поля с наименьшей энергией, состоящее из виртуальных частиц – это основное понятие квантовой теории поля, отвечающее самому низкому энергетическому состоянию квантового поля. Все квантовые числа для вакуума равны нулю.