प्राथमिक कणों का स्तर. प्राथमिक कणों का वर्गीकरण

प्राथमिक कण

पदार्थ की संरचना पर विचार "सबसे छोटी" संरचनात्मक इकाइयों से शुरू करना स्वाभाविक है, जिसका अस्तित्व अब स्थापित हो चुका है। ऐसे कणों को प्राथमिक कहा जाता है, क्योंकि वे अधिक अविभाज्य होते हैं (उनकी संरचना पता लगाने योग्य नहीं होती है), और मौलिक होते हैं, जिनमें से पदार्थ का निर्माण होता है।

वर्गीकरण प्राथमिक कण. मजबूत अंतःक्रिया में शामिल कण हैड्रॉन परिवार बनाते हैं। ये बैरियन (प्रोटॉन) हैं आर, न्यूट्रॉन एन), हाइपरॉन्स (λ, Σ, आदि), मेसॉन (π-; क-), साथ ही तथाकथित गुंजयमान कणों (प्रतिध्वनि) का एक बड़ा समूह। बैरियन्स में आधा-पूरा स्पिन होता है, मेसॉन में पूरा स्पिन होता है। तथाकथित बेरिऑन चार्ज में बेरिऑन मेसॉन से भिन्न होते हैं, और इसलिए बेरियन चार्ज के संरक्षण के कानून द्वारा बेरिऑन का मेसॉन में परिवर्तन निषिद्ध है। यह महत्वपूर्ण संपत्ति, जो नाभिक की स्थिरता सुनिश्चित करता है और, परिणामस्वरूप, संपूर्ण आसपास की दुनिया। दरअसल, यदि बैरियन न्यूक्लियॉन (प्रोटॉन और न्यूट्रॉन) मेसॉन में बदल सकते हैं, तो परमाणु नाभिक अंततः क्षय हो जाएगा। हैड्रोन वास्तव में प्राथमिक कण नहीं हैं, यानी उनके पास हैं आंतरिक संरचना. यह, आंशिक रूप से, अधिकांश हैड्रोन की अस्थिरता की व्याख्या करता है।

आज, हैड्रोन बनाने वाले वास्तव में मौलिक संरचनाहीन कणों का अस्तित्व सिद्ध माना जा सकता है। इन कणों को क्वार्क कहा जाता है (गेल-मैन ज़्विग, 1963)। उन्हें अभी तक प्रयोगात्मक रूप से खोजा नहीं गया है, संभवतः ऐसे प्रवाह जो अलग से मौजूद नहीं हैं, यानी स्वतंत्र अवस्था में हैं। यह ज्ञात है कि क्वार्क का आवेश 1/3 का गुणज होता है इ, और स्पिन 1/2 है। क्वार्क छह प्रकार के होते हैं, जो "स्वाद" (ऊपर, नीचे, आकर्षण, अजीब, सच्चा, आकर्षण) नामक विशेषता से प्रतिष्ठित होते हैं; प्रत्येक क्वार्क को एक निश्चित क्वांटम संख्या - "रंग" (लाल, हरा, नीला) की विशेषता भी होती है। सभी बेरिऑन में तीन क्वार्क होते हैं (उदाहरण के लिए एक प्रोटॉन, शीर्ष दो पर चार्ज +2/3 होता है इऔर एक निचला चार्ज के साथ - 1/3 इ). तीन क्वार्कों को "रंग" द्वारा "चयनित" किया जाता है ताकि प्रोटॉन "सफेद" हो। मेसॉन में एक क्वार्क और एक एंटीक्वार्क होता है।

अन्य सभी कण (फोटॉन को छोड़कर) जो मजबूत अंतःक्रिया में भाग नहीं लेते, लेप्टान कहलाते हैं। लेप्टान परिवार को छह संरचनाहीन ("बिंदु") कणों द्वारा दर्शाया जाता है: इलेक्ट्रॉन इ, म्यूओन μ, ताउ-लेप्टान (ताओन) τ और इन कणों के अनुरूप न्यूट्रिनो ( वीइ, वी μ , वी τ).

क्वार्क-लेप्टान समरूपता के सिद्धांत के अनुसार, प्रत्येक लेप्टान एक विशिष्ट क्वार्क से मेल खाता है (सारणी 5.2)।

तालिका 5.2.

इस प्रकार, आज क्वार्क और लेप्टान, परस्पर क्रिया करने वाले कणों के साथ, वास्तव में प्राथमिक (मौलिक) कण माने जाते हैं। आधुनिक ब्रह्मांड का निर्माण पहली पीढ़ी के लेप्टान और क्वार्क के साथ-साथ फोटॉन से हुआ है। ऐसा माना जाता है कि दूसरी और तीसरी पीढ़ी के कण खेलते थे महत्वपूर्ण भूमिकाप्रारंभिक ब्रह्मांड में, बिग बैंग के पहले क्षणों में, क्वार्क और लेप्टान के बीच कोई अंतर नहीं था।

प्राथमिक कणों की बुनियादी विशेषताएँ. प्राथमिक कणों की सबसे महत्वपूर्ण विशेषताओं में से एक स्थिरता है, यानी एक निश्चित समय (जीवनकाल) के लिए मुक्त अवस्था में रहने की क्षमता। प्रायोगिक तौर पर खोजे गए कणों में से केवल कुछ ही स्थिर हैं। एक प्रोटॉन, इलेक्ट्रॉन, फोटॉन और, जैसा कि माना जाता है, सभी प्रकार के न्यूट्रिनो असीमित समय तक स्वतंत्र अवस्था में मौजूद रह सकते हैं। अन्य सभी कण, न्यूनतम ऊर्जा वाली अवस्था में जाने का प्रयास करते हुए, कमोबेश तेजी से क्षय करते हुए अंतिम स्थिर अवस्था में पहुँच जाते हैं। सबसे छोटी अवधिगुंजयमान कणों के लिए जीवन (~10 -23 सेकंड)। एक न्यूट्रॉन ~10 3 s तक मुक्त अवस्था में मौजूद रहता है। लेप्टान परिवार में, म्यूऑन ~10-6 सेकेंड तक "जीवित" रहता है, और ताओन ~10-12 सेकेंड तक।

यह माना जाता है कि प्रकृति में अल्पकालिक प्राथमिक कण निर्णायक भूमिका निभाते हैं चरम स्थितियां, उदाहरण के लिए, समान शुरुआती अवस्थाब्रह्माण्ड का निर्माण.

बाकी जनसमूहस्थिर प्राथमिक कणों के निम्नलिखित अर्थ हैं: प्रोटॉन एमपी ≈ 1.67 · 10 -27 किग्रा, इलेक्ट्रॉन एमई ≈ 0.91 · 10 -30 किग्रा. फोटॉन और सभी प्रकार के न्यूट्रिनो का विश्राम द्रव्यमान शून्य होता है।

एक नियम के रूप में, प्राथमिक कणों का द्रव्यमान ऊर्जा इकाइयों - इलेक्ट्रॉन वोल्ट में व्यक्त किया जाता है। तब एमр ≈938.3×10 6 eV =938.3 MeV, एमई ≈ 0.51 मेव।

प्राथमिक कणों में विद्युत आवेश होता है +ईया -इया विद्युत रूप से तटस्थ हैं।

इलेक्ट्रॉन आवेश इ- 1.6 · 10 -19 C के बराबर.

प्राथमिक कणों की सबसे महत्वपूर्ण विशेषताओं में से एक स्पिन है। स्पिन मान तरंग फ़ंक्शन के प्रकार (सममित या एंटीसिमेट्रिक) और सांख्यिकी के प्रकार (यानी, वह कानून जो माइक्रोपार्टिकल्स के समूह के व्यवहार का वर्णन करता है) को निर्धारित करता है। शून्य या पूर्णांक स्पिन वाले कण (फोटॉन, π-मेसन, आदि) बोस-आइंस्टीन सांख्यिकी का पालन करते हैं और बोसॉन कहलाते हैं। अर्ध-पूर्णांक स्पिन (इलेक्ट्रॉन, प्रोटॉन, न्यूट्रॉन) वाले कण फर्मी-डिराक आंकड़ों का पालन करते हैं और फर्मिअन कहलाते हैं। मूलभूत फ़र्मिअन लेप्टान और क्वार्क हैं। फर्मियन पाउली सिद्धांत का पालन करते हैं, जिसके अनुसार समान फर्मियन की किसी भी प्रणाली में, उनमें से कोई भी दो एक साथ एक ही स्थिति में नहीं हो सकते हैं। जब किसी परमाणु में इलेक्ट्रॉनों के वितरण पर लागू किया जाता है, तो पाउली सिद्धांत कहता है; कि एक ही परमाणु में चार क्वांटम संख्याओं के समान सेट के साथ एक से अधिक इलेक्ट्रॉन नहीं हो सकते एन, एल, एमऔर σ .

पाउली सिद्धांत समान क्वांटम कणों की अप्रभेद्यता पर आधारित है। जब दो फर्मियन आपस में बदलते हैं, तो तरंग फ़ंक्शन को अपना संकेत बदलना होगा। हालाँकि, यदि दो फ़र्मिअन की अवस्थाएँ (अर्थात, उनके क्वांटम संख्याओं के सेट) समान हैं, तो ψ फ़ंक्शन को चिह्न नहीं बदलना चाहिए। यह विरोधाभास औपचारिक रूप से केवल ψ=0 पर समाप्त हो जाता है, जिसका अर्थ है कि कण का ऐसी स्थिति में होना असंभव (शून्य संभावना) है।

प्रतिकण.प्रत्येक ज्ञात प्राथमिक कण के लिए एक तथाकथित प्रतिकण होता है। कणों और प्रतिकणों का द्रव्यमान, जीवनकाल और चक्रण समान होते हैं। अन्य विशेषताएँ, उदाहरण के लिए, विद्युत आवेश, चुंबकीय क्षण, परिमाण में समान हैं, लेकिन संकेत में विपरीत हैं। उदाहरण के लिए, ऐसे जोड़े प्रोटॉन हैं आरऔर एंटीप्रोटॉन, इलेक्ट्रॉन और एंटीइलेक्ट्रॉन इ+ (यानी पॉज़िट्रॉन इ+). कुछ कण, जैसे फोटॉन, अपने प्रतिकणों के समान होते हैं।

प्रतिकण परमाणु प्रतिक्रियाओं में काफी उच्च ऊर्जा पर पैदा होते हैं, लेकिन पदार्थ में उनका जीवनकाल छोटा होता है। जब एक कण और प्रतिकण मिलते हैं तो विनाश होता है। कण-एंटीपार्टिकल जोड़ी का द्रव्यमान और गतिज ऊर्जा फोटॉन या अन्य कणों की ऊर्जा में परिवर्तित हो जाती है। उदाहरण के लिए, जब एक इलेक्ट्रॉन और एक पॉज़िट्रॉन नष्ट हो जाते हैं, तो दो फोटॉन निकलते हैं:

इ - + इ+ → 2γ.

बदले में, फोटॉन इलेक्ट्रॉन-पॉज़िट्रॉन जोड़े में बदल सकते हैं। ऐसी प्रतिक्रियाएं स्पष्ट रूप से क्षेत्र और पदार्थ के बीच स्पष्ट सीमा की अनुपस्थिति को दर्शाती हैं, जो दुनिया की शास्त्रीय तस्वीर की विशेषता है।

परमाणु नाभिक

प्रकृति की वस्तुओं के सुविचारित पदानुक्रम में अगला परमाणु नाभिक है। नाभिक दो प्रकार के हैड्रोन - प्रोटॉन और न्यूट्रॉन की एक बंधी हुई प्रणाली है, जो इस मामले में सामान्य नाम "न्यूक्लियॉन" के तहत संयुक्त होते हैं। प्रोटॉन सबसे सरल परमाणु - हाइड्रोजन परमाणु का नाभिक है। इसका एक धनात्मक आवेश होता है, जो संख्यात्मक रूप से एक इलेक्ट्रॉन के आवेश के बराबर होता है। न्यूट्रॉन विद्युत रूप से तटस्थ है। न्यूट्रॉन द्रव्यमान एम n =1.6750·10 -27 किग्रा. किसी परमाणु के नाभिक में प्रोटॉनों की संख्या को परमाणु संख्या कहा जाता है ( जेड), ए कुल गणनान्यूक्लियंस - द्रव्यमान संख्या ( ए). परमाणु आवेश धनात्मक एवं बराबर होता है जेड · इ. अधिकांश परमाणु नाभिकों को आइसोटोप के समूहों द्वारा दर्शाया जाता है। शुल्क जेडआइसोटोप के प्रत्येक समूह में स्थिर है, लेकिन न्यूट्रॉन की संख्या अलग है। स्थिर, दीर्घजीवी तथा रेडियोधर्मी समस्थानिक होते हैं। रेडियोधर्मी अस्थिरता के कारण नाभिक के भीतर न्यूट्रॉन की कमी या अधिकता से जुड़े हैं।

नाभिक का आकार परंपरागत रूप से त्रिज्या द्वारा दर्शाया जाता है आरगुठली. सूत्र के अनुसार, न्यूक्लिऑन की संख्या के साथ त्रिज्या बढ़ती है आर 0 = (1.3..., 1.7) · 10 -15 मीटर। नाभिक में न्यूक्लियॉन का "पैकिंग" घनत्व बहुत अधिक है और इसकी मात्रा ~10 44 न्यूक्लियॉन/मीटर 3 या 10 17 किग्रा/मीटर 3 है।

जैसा कि पहले ही उल्लेख किया गया है, नाभिक की स्थिरता को मजबूत अंतःक्रियाओं या परमाणु आकर्षण बलों की उपस्थिति से समझाया गया है। ऊर्जा के संरक्षण के नियम के अनुसार, नाभिक में न्यूक्लियॉन को रखने के लिए आवश्यक ऊर्जा, उस कार्य से निर्धारित होती है जो नाभिक को उसके घटक न्यूक्लियंस में विभाजित करने के लिए किया जाना चाहिए। इस ऊर्जा को नाभिक की बंधन ऊर्जा कहा जाता है। बंधन ऊर्जा नाभिक को बनाने वाले नाभिकों के कुल द्रव्यमान की तुलना में इसके निर्माण के दौरान नाभिक के द्रव्यमान में कमी के रूप में प्रकट होती है:

मान Δ एमद्रव्यमान दोष कहलाता है। बंधनकारी ऊर्जा को इस प्रकार परिभाषित किया गया है

आमतौर पर, नाभिक को विशिष्ट बंधन ऊर्जा, यानी प्रति न्यूक्लियॉन ऊर्जा की विशेषता होती है। चित्र में. 5.3 निर्भरता दर्शाता है विशिष्ट ऊर्जाद्रव्यमान संख्या से कनेक्शन ए, विभिन्न रासायनिक तत्वों के नाभिक में न्यूक्लियॉन बांड की ताकत की विशेषता। जैसा कि ग्राफ से पता चलता है, सबसे मजबूत बंधन द्रव्यमान संख्या (28 ... 138) वाले तत्वों के नाभिक के बीच होते हैं। जैसे-जैसे आप बढ़ते हैं एबंधनकारी ऊर्जा कम हो जाती है। नाभिक की शक्ति में कमी को इस तथ्य से समझाया जाता है कि हल्के नाभिक में नाभिक के बंधन संतृप्त नहीं होते हैं, और भारी नाभिक में एक दूसरे से प्रोटॉन का कूलम्ब प्रतिकर्षण प्रभावी होने लगता है।

चित्र से. 5.3 यह भी दर्शाता है कि अधिक स्थिर नाभिकों के निर्माण की प्रक्रियाएँ (अर्थात, के बड़े मूल्यों की विशेषता) इ SW ऊर्जा के विमोचन के साथ होता है। इस प्रकार, भारी नाभिकों के निर्माण के साथ हल्के नाभिकों के संलयन की प्रतिक्रिया (चित्र 5.3 में तीर 1) और भारी नाभिकों की विखंडन प्रतिक्रिया (चित्र 5.3 में तीर 2) ऊर्जा के दृष्टिकोण से आशाजनक हैं।

इस मुद्दे पर पाठ्यक्रम के दूसरे भाग में विस्तार से चर्चा की गई है।

परमाणु प्रतिक्रियाएँ. रेडियोधर्मिता. परमाणु अभिक्रियाएँ वे प्रक्रियाएँ हैं जिनके परिणामस्वरूप एक तत्व के नाभिक से अन्य तत्वों के नाभिक का निर्माण होता है। ये प्रक्रियाएँ बाहरी प्रभावों (उदाहरण के लिए, "अन्य कणों के साथ एक नाभिक का टकराव"), और अनायास, अनायास (रेडियोधर्मी वृद्धि) दोनों के परिणामस्वरूप हो सकती हैं।

परमाणु प्रतिक्रियाओं को रासायनिक प्रतिक्रियाओं की तरह लिखा जाता है। उदाहरण के लिए, न्यूट्रॉन के साथ टकराव में यूरेनियम नाभिक की विखंडन प्रतिक्रिया के परिणामस्वरूप, सीज़ियम और रुबिडियम नाभिक और दो न्यूट्रॉन बनते हैं:

न्यूट्रॉन के साथ नाभिक का विकिरण अक्सर परमाणु प्रतिक्रियाओं को पूरा करने के लिए उपयोग किया जाता है। मुद्दा यह है कि विद्युतीय रूप से तटस्थ न्यूट्रॉनकूलम्ब परमाणु प्रोटॉन के प्रतिकर्षण का अनुभव नहीं करता है और आसानी से इसमें प्रवेश कर जाता है। उच्च-ऊर्जा (>100 MeV) न्यूट्रॉन विकिरण के प्रभाव में, सभी नाभिक विखंडन।

क्षय प्रतिक्रियाओं में जारी न्यूट्रॉन अन्य नाभिकों के विखंडन का कारण बन सकते हैं, जिसके परिणामस्वरूप एक श्रृंखला प्रतिक्रिया होती है - एक हिमस्खलन जैसी प्रक्रिया, उदाहरण के लिए, एक विस्फोट परमाणु बम. विखंडनीय पदार्थ से कुछ न्यूट्रॉन निकाले जा सकते हैं, फिर विखंडन प्रतिक्रिया को नियंत्रित किया जा सकता है। ग्रेफाइट छड़ों में न्यूट्रॉन अवशोषण का उपयोग परमाणु रिएक्टरों में किया जाता है।

विभिन्न कणों के निकलने के साथ नाभिक के स्वतःस्फूर्त क्षय को रेडियोधर्मिता कहा जाता है। किसी भी रेडियोधर्मी क्षय में, मूल नाभिक का द्रव्यमान काटने वाले उत्पादों के एक द्रव्यमान से अधिक होता है, अर्थात। ऊर्जा निकलती है. प्राकृतिक रेडियोधर्मिता की खोज ए. बस्क्वेरेल (1896) ने की थी, और कृत्रिम रेडियोधर्मिता की खोज जूलियट-क्यूरी पति-पत्नी (1936) ने की थी। रेडियोधर्मिता के मुख्य प्रकार अल्फा, बीटा और गामा क्षय हैं।

अल्फा क्षय में एक नाभिक से एक सीआई कण (यानी एक हीलियम नाभिक) का सहज उत्सर्जन शामिल होता है। अल्फा क्षय केवल Z ≥ 82 वाले भारी नाभिक में देखा जाता है।

बीटा क्षय में, नाभिक एक इलेक्ट्रॉन और एक इलेक्ट्रॉन एंटीन्यूट्रिनो (या एक पॉज़िट्रॉन और एक इलेक्ट्रॉन न्यूट्रिनो) उत्सर्जित करता है:

बीटा क्षय कमजोर अंतःक्रिया के कारण न्यूक्लियॉन के परिवर्तन के कारण होता है, उदाहरण के लिए, रिकॉर्ड की गई प्रतिक्रियाओं में से पहली में, एक न्यूट्रॉन को योजना के अनुसार परिवर्तित किया जाता है

गामा क्षय में एक नाभिक से उच्च-ऊर्जा फोटॉन (γ क्वांटा) का उत्सर्जन होता है। नाभिक, एक क्वांटम प्रणाली होने के कारण, विभिन्न ऊर्जाओं वाली अवस्थाओं में हो सकता है। उत्तेजित ऊर्जा अवस्थाओं से जमीन, अउत्तेजित अवस्थाओं में संक्रमण के दौरान, नाभिक γ क्वांटा उत्सर्जित करते हैं। इस स्थिति में, न तो द्रव्यमान संख्या A और न ही नाभिक की परमाणु संख्या जेडबदलें नहीं।

अस्तित्व प्राथमिक कण वैज्ञानिकों ने परमाणु प्रक्रियाओं के अध्ययन के दौरान यह खोज की, इसलिए, 20वीं शताब्दी के मध्य तक, कण भौतिकी परमाणु भौतिकी की एक शाखा थी। वर्तमान में, भौतिकी की ये शाखाएँ निकट हैं, लेकिन स्वतंत्र हैं, विचाराधीन कई समस्याओं और उपयोग की जाने वाली अनुसंधान विधियों की समानता से एकजुट हैं। प्राथमिक कण भौतिकी का मुख्य कार्य प्राथमिक कणों की प्रकृति, गुणों और पारस्परिक परिवर्तनों का अध्ययन करना है।

वह विचार जिससे संसार बना है मौलिक कण , यह है लंबा इतिहास. पहली बार, आसपास की सभी वस्तुओं को बनाने वाले सबसे छोटे अदृश्य कणों के अस्तित्व का विचार 400 वर्ष ईसा पूर्व व्यक्त किया गया था। यूनानी दार्शनिकडेमोक्रिटस। उन्होंने इन कणों को परमाणु अर्थात् अविभाज्य कण कहा। विज्ञान ने परमाणुओं की अवधारणा का उपयोग केवल में ही शुरू किया प्रारंभिक XIXसदी, जब इस आधार पर एक पूरी श्रृंखला की व्याख्या करना संभव था रासायनिक घटनाएँ. 19वीं सदी के 30 के दशक में, एम. फैराडे द्वारा विकसित इलेक्ट्रोलिसिस के सिद्धांत में, एक आयन की अवधारणा सामने आई और प्राथमिक आवेश को मापा गया। देर से XIXइस सदी को रेडियोधर्मिता की घटना (ए. बेकरेल, 1896) की खोज के साथ-साथ इलेक्ट्रॉनों (जे. थॉमसन 1876) और अल्फा कणों (ई. रदरफोर्ड, 1899) की खोजों द्वारा चिह्नित किया गया था। 1905 में भौतिकी में क्वांटा की अवधारणा उत्पन्न हुई। विद्युत चुम्बकीय- फोटॉन (ए आइंस्टीन)।

1911 में, परमाणु नाभिक की खोज की गई (ई. रदरफोर्ड) और अंततः यह सिद्ध हो गया कि परमाणुओं की एक जटिल संरचना होती है। 1919 में, रदरफोर्ड ने कई तत्वों के परमाणु नाभिक के विखंडन उत्पादों में प्रोटॉन की खोज की। 1932 में जे. चैडविक ने न्यूट्रॉन की खोज की। यह स्पष्ट हो गया कि परमाणुओं के नाभिकों की, स्वयं परमाणुओं की तरह, एक जटिल संरचना होती है। नाभिक की संरचना का प्रोटॉन-न्यूट्रॉन सिद्धांत उत्पन्न हुआ (डी.डी. इवानेंको और वी. हाइजेनबर्ग)। उसी 1932 में, कॉस्मिक किरणों (के. एंडरसन) में एक पॉज़िट्रॉन की खोज की गई थी। पॉज़िट्रॉन एक धनावेशित कण है जिसका द्रव्यमान और आवेश इलेक्ट्रॉन के समान ही होता है। पॉज़िट्रॉन के अस्तित्व की भविष्यवाणी पी. डिराक ने 1928 में की थी। इन वर्षों के दौरान, प्रोटॉन और न्यूट्रॉन के पारस्परिक परिवर्तनों की खोज और अध्ययन किया गया, और यह स्पष्ट हो गया कि ये कण भी प्रकृति के अपरिवर्तनीय प्राथमिक "निर्माण खंड" नहीं हैं। 1937 में, कॉस्मिक किरणों में 207 इलेक्ट्रॉन द्रव्यमान वाले कणों की खोज की गई, जिन्हें कहा जाता है मुओन्स (μ-मेसन्स). फिर 1947-1950 में वे खुले चपरासी (अर्थात। π मेसंस), जो, आधुनिक अवधारणाओं के अनुसार, नाभिक में न्यूक्लियंस के बीच परस्पर क्रिया को अंजाम देते हैं। बाद के वर्षों में, नए खोजे गए कणों की संख्या तेजी से बढ़ने लगी। इसे कॉस्मिक किरणों के अनुसंधान, त्वरक प्रौद्योगिकी के विकास और परमाणु प्रतिक्रियाओं के अध्ययन द्वारा सुविधाजनक बनाया गया था।

वर्तमान में, लगभग 400 उप-परमाणु कण ज्ञात हैं, जिन्हें आमतौर पर प्राथमिक कहा जाता है। इन कणों का विशाल बहुमत अस्थिर हैं. एकमात्र अपवाद फोटॉन, इलेक्ट्रॉन, प्रोटॉन और न्यूट्रिनो हैं। अन्य सभी कण अनुभव करते हैं अविरलअन्य कणों में परिवर्तन. अस्थिर प्राथमिक कण अपने जीवनकाल में बहुत भिन्न होते हैं। सबसे लंबे समय तक जीवित रहने वाला कण न्यूट्रॉन है। न्यूट्रॉन का जीवनकाल लगभग 15 मिनट है। अन्य कण बहुत कम समय तक "जीवित" रहते हैं। उदाहरण के लिए, एक μ मेसन का औसत जीवनकाल 2.2·10 -6 सेकेंड है, एक तटस्थ π मेसन का औसत जीवनकाल 0.87·10 -16 सेकेंड है। कई विशाल कणों - हाइपरॉन - का औसत जीवनकाल 10 -10 सेकंड के क्रम का होता है।

ऐसे कई दर्जन कण हैं जिनका जीवनकाल 10 -17 सेकंड से अधिक है। सूक्ष्म जगत के पैमाने पर यह एक महत्वपूर्ण समय है। ऐसे कणों को कहा जाता है अपेक्षाकृत स्थिर . बहुमत अल्पकालिकप्राथमिक कणों का जीवनकाल 10 -22 -10 -23 सेकेंड के क्रम का होता है।

पारस्परिक परिवर्तन की क्षमता सभी प्राथमिक कणों का सबसे महत्वपूर्ण गुण है। वे पैदा होने और नष्ट होने (उत्सर्जित और अवशोषित) होने में सक्षम हैं। यह स्थिर कणों पर भी लागू होता है, एकमात्र अंतर यह है कि स्थिर कणों का परिवर्तन अनायास नहीं होता है, बल्कि अन्य कणों के साथ बातचीत के माध्यम से होता है। एक उदाहरण होगा विनाश (अर्थात। लापता होने के) इलेक्ट्रॉन और पॉज़िट्रॉन, उच्च-ऊर्जा फोटॉन के जन्म के साथ। विपरीत प्रक्रिया भी हो सकती है - जन्म उदाहरण के लिए, इलेक्ट्रॉन-पॉज़िट्रॉन जोड़ी, जब पर्याप्त उच्च ऊर्जा का एक फोटॉन एक नाभिक से टकराता है। ऐसा खतरनाक दोहराएक इलेक्ट्रॉन के लिए जो पॉज़िट्रॉन है, वही एक प्रोटॉन के लिए भी है। यह कहा जाता है एंटीप्रोटोन . एंटीप्रोटॉन का विद्युत आवेश ऋणात्मक होता है। वर्तमान में प्रति-कण सभी कणों में पाया जाता है. प्रतिकण कणों के विरोधी होते हैं क्योंकि जब कोई कण अपने प्रतिकण से मिलता है, तो उनका विनाश हो जाता है, यानी दोनों कण गायब हो जाते हैं, विकिरण क्वांटा या अन्य कणों में बदल जाते हैं।

प्रतिकण न्यूट्रॉन में भी पाया गया है। न्यूट्रॉन और एंटीन्यूट्रॉन केवल चुंबकीय क्षण और तथाकथित बैरियन चार्ज के संकेतों में भिन्न होते हैं। परमाणुओं का संभावित अस्तित्व antimatter, जिसके नाभिक में एंटीन्यूक्लियॉन और पॉज़िट्रॉन का खोल होता है। जब एंटीमैटर पदार्थ के साथ नष्ट हो जाता है, तो शेष ऊर्जा विकिरण क्वांटा की ऊर्जा में परिवर्तित हो जाती है। यह बहुत बड़ी ऊर्जा है, जो परमाणु और थर्मोन्यूक्लियर प्रतिक्रियाओं के दौरान निकलने वाली ऊर्जा से काफी अधिक है।

आज तक ज्ञात प्राथमिक कणों की विविधता में, अधिक या कम सामंजस्यपूर्ण वर्गीकरण प्रणाली का पता चलता है। तालिका में 6.9.1 10-20 सेकेंड से अधिक के जीवनकाल वाले प्राथमिक कणों के गुणों के बारे में कुछ जानकारी प्रदान करता है। एक प्राथमिक कण की विशेषता बताने वाले कई गुणों में से, तालिका केवल कण का द्रव्यमान (इलेक्ट्रॉन द्रव्यमान में), विद्युत आवेश (प्राथमिक आवेश की इकाइयों में) और कोणीय गति (तथाकथित) दिखाती है घुमाना ) प्लैंक स्थिरांक की इकाइयों में h = एच/ 2π. तालिका औसत कण जीवनकाल को भी दर्शाती है।

समूह कण का नाम प्रतीक द्रव्यमान (इलेक्ट्रॉनिक द्रव्यमान में) बिजली का आवेश घुमाना जीवन काल कण कण फोटॉनों फोटोन स्थिर लेप्टॉन न्यूट्रिनो इलेक्ट्रॉन ν ई 1 / 2 स्थिर न्यूट्रिनो म्यूऑन ν μ 1 / 2 स्थिर इलेक्ट्रॉन 1 / 2 स्थिर म्यू मेसन μ - μ + 206,8 1 / 2 2,2 10 -6 हैड्रोन्स मेसॉनों पाई मेसंस π 0 264,1 0,87 10 -16 π + π - 273,1 1 -1 2,6 10 -8 के-मेसन्स 966,4 1 -1 1,24 10 -8 क 0 974,1 ≈ 10 -10 -10 -8 एटा-नल-मेसन η 0 1074 ≈ 10 -18 बेरियान कणिकाओं प्रोटोन 1836,1 1 -1 1 / 2 स्थिर न्यूट्रॉन 1838,6 1 / 2 लैम्ब्डा हाइपरॉन Λ 0 2183,1 1 / 2 2,63 10 -10 सिग्मा हाइपरोन्स Σ + 2327,6 1 -1 1 / 2 0,8 10 -10 Σ 0 2333,6 1 / 2 7,4 10 -20 Σ - 2343,1 1 / 2 1,48 10 -10 शी-हाइपरन्स Ξ 0 2572,8 1 / 2 2,9 10 -10 Ξ - 2585,6 1 / 2 1,64 10 -10 ओमेगा-माइनस-हाइपरॉन Ω - 3273 1 / 2 0,82 10 -11

तालिका 6.9.1

प्राथमिक कणों को तीन समूहों में बांटा गया है: फोटॉनों , लेप्टॉन और Hadrons .

समूह को फोटॉनोंएक कण को ​​​​संदर्भित करता है - एक फोटॉन, जो विद्युत चुम्बकीय संपर्क का वाहक है।

अगले समूह में प्रकाश कण शामिल हैं - लेप्टॉन. इस समूह में दो प्रकार के न्यूट्रिनो (इलेक्ट्रॉन और म्यूऑन), इलेक्ट्रॉन और μ-मेसन शामिल हैं। लेप्टान में ऐसे कई कण भी शामिल हैं जो तालिका में सूचीबद्ध नहीं हैं। सभी लेप्टान का चक्रण 1/2 होता है।

तीसरा बड़ा समूहभारी कणों से बने कहलाते हैं Hadrons. इस समूह को दो भागों में बांटा गया है. हल्के कण एक उपसमूह बनाते हैं मेसॉनों . उनमें से सबसे हल्के सकारात्मक और नकारात्मक रूप से चार्ज होते हैं, साथ ही तटस्थ π-मेसन 250 इलेक्ट्रॉन द्रव्यमान के क्रम के द्रव्यमान के साथ होते हैं (तालिका 6.9.1)। पियोन परमाणु क्षेत्र के क्वांटा हैं, जैसे फोटॉन विद्युत चुम्बकीय क्षेत्र के क्वांटा हैं। इस उपसमूह में चार K मेसॉन और एक η 0 मेसॉन भी शामिल हैं। सभी मेसॉन का स्पिन शून्य के बराबर होता है।

दूसरा उपसमूह - बेरिऑनों - इसमें भारी कण शामिल हैं। यह सबसे व्यापक है. सबसे हल्के बेरिऑन न्यूक्लियॉन हैं - प्रोटॉन और न्यूट्रॉन। उनके बाद तथाकथित हाइपरन्स आते हैं। 1964 में खोजा गया ओमेगा-माइनस हाइपरॉन, तालिका को बंद कर देता है। यह 3273 इलेक्ट्रॉन द्रव्यमान वाला एक भारी कण है। सभी बैरियनों का स्पिन 1/2 है।

खोजे गए और नए खोजे गए हैड्रोन की प्रचुरता ने वैज्ञानिकों को यह विश्वास दिलाया कि वे सभी कुछ अन्य मौलिक कणों से निर्मित हुए थे। 1964 में, अमेरिकी भौतिक विज्ञानी एम. गेल-मैन ने एक परिकल्पना सामने रखी, जिसकी बाद के शोध से पुष्टि हुई, कि सभी भारी कण - हैड्रॉन - अधिक मौलिक कणों से निर्मित होते हैं जिन्हें कहा जाता है क्वार्क . क्वार्क परिकल्पना के आधार पर, न केवल पहले से ज्ञात हैड्रॉन की संरचना को समझा गया, बल्कि नए हैड्रॉन के अस्तित्व की भी भविष्यवाणी की गई। गेल-मैन के सिद्धांत ने विभिन्न संयोजनों में एक दूसरे से जुड़ते हुए तीन क्वार्क और तीन एंटीक्वार्क के अस्तित्व को माना। इस प्रकार, प्रत्येक बेरिऑन में तीन क्वार्क होते हैं, और प्रत्येक एंटीबेरियोन में तीन एंटीक्वार्क होते हैं। मेसॉन में क्वार्क-एंटीक्वार्क जोड़े होते हैं।

क्वार्क परिकल्पना की स्वीकृति के साथ, प्राथमिक कणों की एक सामंजस्यपूर्ण प्रणाली बनाना संभव हो गया। हालाँकि, इन काल्पनिक कणों के अनुमानित गुण काफी अप्रत्याशित निकले। क्वार्क का विद्युत आवेश व्यक्त किया जाना चाहिए भिन्नात्मक संख्याएँ, प्राथमिक आवेश के 2/3 और 1/3 के बराबर।

उच्च-ऊर्जा त्वरक और कॉस्मिक किरणों में की गई मुक्त अवस्था में क्वार्क की कई खोजें असफल रही हैं। वैज्ञानिकों का मानना ​​है कि मुक्त क्वार्कों की अप्राप्यता का एक कारण शायद उनका बहुत बड़ा द्रव्यमान है। यह आधुनिक त्वरक में प्राप्त ऊर्जा पर क्वार्क के जन्म को रोकता है। हालाँकि, अधिकांश विशेषज्ञ अब आश्वस्त हैं कि क्वार्क भारी कणों - हैड्रॉन के अंदर मौजूद हैं।

मौलिक अंतःक्रियाएँ . वे प्रक्रियाएँ जिनमें विभिन्न प्राथमिक कण भाग लेते हैं, ऊर्जा और उनके घटित होने के विशिष्ट समय में बहुत भिन्न होते हैं। आधुनिक अवधारणाओं के अनुसार, प्रकृति में चार प्रकार की अंतःक्रियाएँ होती हैं जिन्हें दूसरों तक सीमित नहीं किया जा सकता सरल प्रकार: मज़बूत , विद्युत चुम्बकीय , कमज़ोर और गुरुत्वीय . इस प्रकार की अंतःक्रियाएँ कहलाती हैं मौलिक.

मज़बूत(या नाभिकीय) इंटरैक्शन- सबसे तीव्र. यह परमाणुओं के नाभिक में प्रोटॉन और न्यूट्रॉन के बीच एक अत्यंत मजबूत बंधन का कारण बनता है। केवल भारी कण - हैड्रोन (मेसॉन और बेरिऑन) - मजबूत अंतःक्रिया में भाग ले सकते हैं। मजबूत अंतःक्रिया 10-15 मीटर या उससे कम की दूरी पर ही प्रकट होती है। इसीलिए इसे लघु-अभिनय कहा जाता है।

विद्युत चुम्बकीय संपर्क.कोई भी विद्युत आवेशित कण, साथ ही फोटॉन - विद्युत चुम्बकीय क्षेत्र का क्वांटा, इसमें भाग ले सकते हैं। विशेष रूप से, परमाणुओं और अणुओं के अस्तित्व के लिए विद्युतचुंबकीय संपर्क जिम्मेदार है। यह ठोस, तरल और गैसीय अवस्था में पदार्थों के कई गुणों को निर्धारित करता है। प्रोटॉन के कूलम्ब प्रतिकर्षण से बड़ी द्रव्यमान संख्या वाले नाभिकों में अस्थिरता आ जाती है। इलेक्ट्रोमैग्नेटिक इंटरैक्शन पदार्थ के परमाणुओं और अणुओं द्वारा फोटॉन के अवशोषण और उत्सर्जन की प्रक्रियाओं और सूक्ष्म और मैक्रोवर्ल्ड के भौतिकी में कई अन्य प्रक्रियाओं को निर्धारित करता है।

कमजोर अंतःक्रिया- सूक्ष्म जगत में होने वाली सबसे धीमी प्रक्रियाओं के पाठ्यक्रम को निर्धारित करता है। फोटॉन को छोड़कर कोई भी प्राथमिक कण इसमें भाग ले सकता है। कमजोर अंतःक्रिया न्यूट्रिनो या एंटीन्यूट्रिनो से जुड़ी प्रक्रियाओं के लिए जिम्मेदार है, उदाहरण के लिए, न्यूट्रॉन बीटा क्षय

साथ ही न्यूट्रिनोलेस कण क्षय प्रक्रियाओं के साथ बड़ा समयजीवन (τ ≥ 10 -10 सेकंड)।

गुरुत्वीय अंतःक्रियाबिना किसी अपवाद के सभी कणों में निहित है, हालांकि, प्राथमिक कणों के छोटे द्रव्यमान के कारण, उनके बीच गुरुत्वाकर्षण संपर्क बल नगण्य हैं और माइक्रोवर्ल्ड की प्रक्रियाओं में उनकी भूमिका नगण्य है। गुरुत्वाकर्षण बल खेलते हैं निर्णायक भूमिकाअंतरिक्ष पिंडों (तारों, ग्रहों, आदि) की उनके विशाल द्रव्यमान के साथ परस्पर क्रिया के दौरान।

20वीं सदी के 30 के दशक में, एक परिकल्पना सामने आई कि प्राथमिक कणों की दुनिया में, किसी क्षेत्र के क्वांटा के आदान-प्रदान के माध्यम से बातचीत की जाती है। यह परिकल्पना मूल रूप से हमारे हमवतन आई.ई. द्वारा सामने रखी गई थी। टैम और डी.डी इवानेंको। उन्होंने प्रस्तावित किया कि मौलिक अंतःक्रियाएं कणों के आदान-प्रदान से उत्पन्न होती हैं, जैसे परमाणुओं के सहसंयोजक रासायनिक बंधन वैलेंस इलेक्ट्रॉनों के आदान-प्रदान से उत्पन्न होते हैं जो कि अपूर्ण इलेक्ट्रॉन कोशों पर संयोजित होते हैं।

कणों के आदान-प्रदान द्वारा की जाने वाली अंतःक्रिया को भौतिकी में कहा जाता है आदान-प्रदान बातचीत . उदाहरण के लिए, आवेशित कणों के बीच विद्युत चुम्बकीय संपर्क फोटॉनों के आदान-प्रदान के परिणामस्वरूप उत्पन्न होता है - विद्युत चुम्बकीय क्षेत्र का क्वांटा।

विनिमय अंतःक्रिया के सिद्धांत को तब मान्यता मिली जब जापानी भौतिक विज्ञानी एच. युकावा ने 1935 में सैद्धांतिक रूप से दिखाया कि परमाणुओं के नाभिक में न्यूक्लियंस के बीच मजबूत अंतःक्रिया को समझाया जा सकता है यदि हम मानते हैं कि न्यूक्लियंस मेसॉन नामक काल्पनिक कणों का आदान-प्रदान करते हैं। युकावा ने इन कणों के द्रव्यमान की गणना की, जो लगभग 300 इलेक्ट्रॉन द्रव्यमान के बराबर निकला। ऐसे द्रव्यमान वाले कण वास्तव में बाद में खोजे गए। इन कणों को π-मेसॉन (पियोन्स) कहा जाता है। वर्तमान में, तीन प्रकार के पियोन ज्ञात हैं: π +, π - और π 0 (तालिका 6.9.1 देखें)।

1957 में, भारी कणों का अस्तित्व, तथाकथित वी वेक्टर बोसॉन डब्ल्यू + , डब्ल्यू - और जेड 0 , जो कमजोर अंतःक्रिया के विनिमय तंत्र को निर्धारित करते हैं। इन कणों की खोज 1983 में उच्च-ऊर्जा प्रोटॉन और एंटीप्रोटॉन की टकराती किरणों का उपयोग करके त्वरक प्रयोगों में की गई थी। वेक्टर बोसोन की खोज बहुत ही महत्वपूर्ण थी महत्वपूर्ण उपलब्धिकण भौतिकी। इस खोज ने उस सिद्धांत की सफलता को चिह्नित किया जिसने विद्युत चुम्बकीय और कमजोर अंतःक्रियाओं को एक तथाकथित में एकजुट किया विद्युत कमजोर अंतःक्रिया . यह नया सिद्धांत विद्युत चुम्बकीय क्षेत्र और कमजोर अंतःक्रिया क्षेत्र को एक ही क्षेत्र के अलग-अलग घटक मानता है, जिसमें वेक्टर बोसॉन क्वांटम के साथ भाग लेते हैं।

आधुनिक भौतिकी में इस खोज के बाद, यह विश्वास काफी बढ़ गया है कि सभी प्रकार की अंतःक्रियाएँ एक-दूसरे से निकटता से जुड़ी हुई हैं और संक्षेप में, किसी एक ही क्षेत्र की विभिन्न अभिव्यक्तियाँ हैं। हालाँकि, सभी अंतःक्रियाओं का एकीकरण केवल एक आकर्षक वैज्ञानिक परिकल्पना (एकीकृत क्षेत्र सिद्धांत) बना हुआ है।

सैद्धांतिक भौतिक विज्ञानी न केवल विद्युत चुम्बकीय और कमजोर अंतःक्रियाओं, बल्कि मजबूत अंतःक्रियाओं पर भी एकीकृत आधार पर विचार करने के लिए महत्वपूर्ण प्रयास कर रहे हैं। इस सिद्धांत को कहा गया महान एकीकरण . वैज्ञानिकों का सुझाव है कि गुरुत्वाकर्षण संपर्क का अपना वाहक भी होना चाहिए - जिसे एक काल्पनिक कण कहा जाता है गुरुत्वाकर्षण . हालाँकि, इस कण की अभी तक खोज नहीं हो पाई है।

अब यह सिद्ध माना जाता है कि एक एकल क्षेत्र जो सभी प्रकार की अंतःक्रियाओं को एकजुट करता है, केवल अत्यधिक उच्च कण ऊर्जा पर मौजूद हो सकता है, जो आधुनिक त्वरक के साथ अप्राप्य है। कणों में इतनी उच्च ऊर्जा केवल ब्रह्मांड के अस्तित्व के शुरुआती चरणों में ही हो सकती थी, जो तथाकथित के परिणामस्वरूप उत्पन्न हुई थी महा विस्फोट (महा विस्फोट)। ब्रह्माण्ड विज्ञान - ब्रह्मांड के विकास का अध्ययन - बताता है कि बिग बैंग लगभग 13.7 अरब साल पहले हुआ था। ब्रह्मांड के विकास के मानक मॉडल में, यह माना जाता है कि विस्फोट के बाद पहली अवधि में तापमान 10 32 K तक पहुंच सकता है, और कण ऊर्जा इ = के.टी. 10 19 GeV के मान तक पहुँचें। इस अवधि के दौरान, पदार्थ क्वार्क और न्यूट्रिनो के रूप में मौजूद थे, और सभी प्रकार की अंतःक्रियाओं को एक ही बल क्षेत्र में संयोजित किया गया था। धीरे-धीरे, जैसे-जैसे ब्रह्मांड का विस्तार हुआ, कण ऊर्जा कम हो गई, और अंतःक्रिया के एकीकृत क्षेत्र से, गुरुत्वाकर्षण अंतःक्रिया पहले उभरी (कण ऊर्जा ≤ 10 19 GeV पर), और फिर मजबूत अंतःक्रिया इलेक्ट्रोवेक अंतःक्रिया से अलग हो गई (ऊर्जा की ऊर्जा पर) 10 14 GeV का क्रम)। 10 3 GeV के क्रम की ऊर्जाओं पर, सभी चार प्रकार की मूलभूत अंतःक्रियाएँ अलग हो गईं। इसके साथ ही इन प्रक्रियाओं के साथ, पदार्थ के अधिक जटिल रूपों का निर्माण हुआ - न्यूक्लियॉन, प्रकाश नाभिक, आयन, परमाणु, आदि। ब्रह्मांड विज्ञान अपने मॉडल में बिग बैंग से लेकर इसके विकास के विभिन्न चरणों में ब्रह्मांड के विकास का पता लगाने की कोशिश करता है। वर्तमान समय, प्राथमिक कण भौतिकी के नियमों के साथ-साथ परमाणु और परमाणु भौतिकी पर निर्भर है।

प्राथमिक कणसंकीर्ण अर्थ में, वे कण हैं जिन्हें अन्य कणों से बना नहीं माना जा सकता है। आधुनिक भौतिकी में शब्द " प्राथमिक कण" का प्रयोग व्यापक अर्थ में किया जाता है: इसे कहा जाता है छोटे कणपदार्थ इस शर्त के अधीन है कि वे परमाणु नहीं हैं (अपवाद प्रोटॉन है); कभी-कभी इसी कारण से प्राथमिक कणउपनाभिकीय कण कहलाते हैं। के सबसेऐसे कण (और उनमें से 350 से अधिक ज्ञात हैं) मिश्रित प्रणालियाँ हैं।

प्राथमिक कणविद्युत चुम्बकीय, कमजोर, मजबूत और गुरुत्वाकर्षण इंटरैक्शन में भाग लें। छोटे जनसमूह के कारण प्राथमिक कणउनके गुरुत्वीय संपर्क को आमतौर पर ध्यान में नहीं रखा जाता है। सभी प्राथमिक कणतीन मुख्य समूहों में विभाजित। पहले में तथाकथित बोसॉन शामिल हैं - इलेक्ट्रोवीक इंटरैक्शन के वाहक। इसमें एक फोटॉन, या विद्युत चुम्बकीय विकिरण की एक मात्रा शामिल है। एक फोटॉन का बाकी द्रव्यमान शून्य है, इसलिए विद्युत चुम्बकीय तरंगों (प्रकाश तरंगों सहित) के प्रसार की गति भौतिक प्रभाव के प्रसार की अधिकतम गति का प्रतिनिधित्व करती है और मौलिक भौतिक स्थिरांक में से एक है; ऐसा माना जाता है साथ= (299792458±1.2) मी/से.

दूसरा समूह प्राथमिक कण- लेप्टान विद्युत चुम्बकीय और कमजोर अंतःक्रिया में भाग लेते हैं। 6 लेप्टान ज्ञात हैं: , इलेक्ट्रॉन न्यूट्रिनो, म्यूऑन, म्यूऑन न्यूट्रिनो, भारी τ-लेप्टान और संबंधित न्यूट्रिनो। इलेक्ट्रॉन (प्रतीक ई) को प्रकृति में सबसे छोटे द्रव्यमान का भौतिक वाहक माना जाता है एमई 9.1×10 -28 ग्राम के बराबर (ऊर्जा इकाइयों में ≈0.511 MeV) और सबसे छोटा नकारात्मक विद्युत आवेश इ= 1.6×10 -19 सीएल. म्यूऑन (प्रतीक μ -) लगभग 207 इलेक्ट्रॉन द्रव्यमान (105.7 MeV) के द्रव्यमान और इलेक्ट्रॉन चार्ज के बराबर विद्युत आवेश वाले कण हैं; भारी τ लेप्टान का द्रव्यमान लगभग 1.8 GeV है। इन कणों के अनुरूप तीन प्रकार के न्यूट्रिनो इलेक्ट्रॉन (प्रतीक) हैं ν ई), म्यूऑन (प्रतीक ν μ) और τ-न्यूट्रिनो (प्रतीक ν τ) हल्के (संभवतः द्रव्यमान रहित) विद्युत रूप से तटस्थ कण हैं।

प्रत्येक लेप्टान एक लेप्टान से मेल खाता है, जिसमें द्रव्यमान, स्पिन और अन्य विशेषताओं के समान मूल्य होते हैं, लेकिन विद्युत आवेश के संकेत में भिन्न होता है। वहाँ (प्रतीक ई +) - एंटीपार्टिकल के संबंध में, सकारात्मक रूप से चार्ज (प्रतीक μ +) और तीन प्रकार के एंटीन्यूट्रिनो (प्रतीक) हैं जिन्हें लेप्टान चार्ज नामक एक विशेष क्वांटम संख्या के विपरीत संकेत सौंपा गया है (नीचे देखें)।

प्राथमिक कणों का तीसरा समूह हैड्रोन है; वे मजबूत, कमजोर और विद्युत चुम्बकीय इंटरैक्शन में भाग लेते हैं। हैड्रोन "भारी" कण होते हैं जिनका द्रव्यमान इलेक्ट्रॉन के द्रव्यमान से काफी अधिक होता है। यह सबसे बड़ा समूह है प्राथमिक कण. हैड्रोन को बेरियन में विभाजित किया गया है - स्पिन ½ћ वाले कण, मेसॉन - पूर्णांक स्पिन वाले कण (0 या 1); साथ ही तथाकथित प्रतिध्वनि - हैड्रोन की अल्पकालिक उत्तेजित अवस्थाएँ। बैरियन में एक प्रोटॉन (प्रतीक पी) शामिल है - एक हाइड्रोजन परमाणु का नाभिक जिसका द्रव्यमान ~ 1836 गुना अधिक है एमई और 1.672648×10 -24 ग्राम (≈938.3 एमईवी) के बराबर, और एक सकारात्मक विद्युत आवेश न्यूट्रॉन के आवेश के बराबर (प्रतीक एन) - एक विद्युत रूप से तटस्थ कण जिसका द्रव्यमान एक प्रोटॉन के द्रव्यमान से थोड़ा अधिक है। सब कुछ प्रोटॉन और न्यूट्रॉन से बना है; यह मजबूत अंतःक्रिया है जो इन कणों के एक दूसरे के साथ संबंध को निर्धारित करती है। एक मजबूत अंतःक्रिया में, एक प्रोटॉन और एक न्यूट्रॉन में समान गुण होते हैं और उन्हें एक कण की दो क्वांटम अवस्थाओं के रूप में माना जाता है - आइसोटोपिक स्पिन ½ћ वाला एक न्यूक्लियॉन (नीचे देखें)। बैरियन्स में हाइपरॉन्स भी शामिल हैं - प्राथमिक कणन्यूक्लियॉन से अधिक द्रव्यमान के साथ: Λ-हाइपरॉन का द्रव्यमान 1116 MeV, Σ-हाइपरॉन - 1190 MeV, Θ-हाइपरॉन - 1320 MeV, Ω-हाइपरॉन - 1670 MeV है। मेसॉन का द्रव्यमान एक प्रोटॉन और एक इलेक्ट्रॉन के द्रव्यमान के बीच का होता है (π-मेसन, क-मेसन). तटस्थ और आवेशित मेसॉन (सकारात्मक और ऋणात्मक प्राथमिक विद्युत आवेश के साथ) होते हैं। उनके सांख्यिकीय गुणों के अनुसार, सभी मेसॉन को बोसॉन के रूप में वर्गीकृत किया गया है।

प्राथमिक कणों के मूल गुण

प्रत्येक प्राथमिक कणअलग-अलग मूल्यों के एक सेट द्वारा वर्णित भौतिक मात्रा(क्वांटम संख्याएं)। सामान्य विशेषताएँसब लोग प्राथमिक कण- द्रव्यमान, जीवनकाल, स्पिन, विद्युत आवेश।

जीवन काल पर निर्भर करता है प्राथमिक कणस्थिर, अर्ध-स्थिर और अस्थिर (प्रतिध्वनि) में विभाजित हैं। स्थिर (आधुनिक माप की सटीकता के भीतर) हैं: इलेक्ट्रॉन (जीवनकाल 5 × 10 21 वर्ष से अधिक), प्रोटॉन (10 31 वर्ष से अधिक), फोटॉन और न्यूट्रिनो। अर्ध-स्थिर कणों में वे कण शामिल होते हैं जो विद्युत चुम्बकीय और कमजोर अंतःक्रियाओं के कारण क्षय होते हैं; उनका जीवनकाल 10-20 सेकंड से अधिक होता है। मजबूत अंतःक्रिया के कारण अनुनादों का क्षय होता है, उनका विशिष्ट जीवनकाल 10 -22 - 10 -24 सेकंड होता है।

आंतरिक विशेषताएँ (क्वांटम संख्या) प्राथमिक कणलेप्टान (प्रतीक) हैं एल) और बेरिऑन (प्रतीक) में)शुल्क; इन संख्याओं को सभी प्रकार की मूलभूत अंतःक्रियाओं के लिए कड़ाई से संरक्षित मात्राएँ माना जाता है। लेप्टान और उनके प्रतिकणों के लिए एलविपरीत संकेत हैं; बेरियनों के लिए में= 1, संगत प्रतिकणों के लिए में=-1.

हैड्रोन को विशेष क्वांटम संख्याओं की उपस्थिति की विशेषता है: "अजीबता", "आकर्षण", "सौंदर्य"। साधारण (गैर-अजीब) हैड्रोन - प्रोटॉन, न्यूट्रॉन, π-मेसन। अंदर विभिन्न समूहहैड्रोन में कणों के परिवार होते हैं जो द्रव्यमान में समान होते हैं और मजबूत अंतःक्रिया के संबंध में समान गुणों वाले होते हैं, लेकिन विभिन्न विद्युत आवेश मूल्यों के साथ; सबसे सरल उदाहरण- प्रोटॉन और न्यूट्रॉन. ऐसे के लिए सामान्य क्वांटम संख्या प्राथमिक कण- तथाकथित समस्थानिक स्पिन, जो सामान्य स्पिन की तरह, पूर्णांक और अर्ध-पूर्णांक मान लेता है। हैड्रोन की विशेष विशेषताओं में आंतरिक समता भी शामिल है, जो ±1 का मान लेती है।

महत्वपूर्ण संपत्ति प्राथमिक कण- विद्युत चुम्बकीय या अन्य अंतःक्रियाओं के परिणामस्वरूप पारस्परिक परिवर्तनों से गुजरने की उनकी क्षमता। पारस्परिक परिवर्तनों के प्रकारों में से एक जोड़ी का तथाकथित जन्म है, या एक ही समय में एक कण और एक एंटीपार्टिकल का गठन (सामान्य मामले में, एक जोड़ी का गठन) प्राथमिक कणविपरीत लेप्टान या बैरियन आवेश के साथ)। इलेक्ट्रॉन-पॉज़िट्रॉन जोड़े ई - ई +, म्यूऑन जोड़े μ + μ के जन्म की संभावित प्रक्रियाएं - लेप्टान की टक्कर में नए भारी कण, क्वार्क से निर्माण प्रतिलिपि- और बी बी-स्टेट्स (नीचे देखें)। एक अन्य प्रकार का अंतर्रूपांतरण प्राथमिक कण- सीमित संख्या में फोटॉन (γ-क्वांटा) के निर्माण के साथ कण टकराव के दौरान एक जोड़ी का विनाश। आमतौर पर, 2 फोटॉन तब उत्पन्न होते हैं जब टकराने वाले कणों का कुल स्पिन शून्य होता है और 3 फोटॉन तब उत्पन्न होते हैं जब कुल स्पिन 1 के बराबर होता है (चार्ज समता के संरक्षण के नियम का प्रकटीकरण)।

पर कुछ शर्तें, विशेष रूप से, टकराने वाले कणों की कम गति पर, एक बाध्य प्रणाली का निर्माण संभव है - पॉज़िट्रोनियम ई - ई + और म्यूओनियम μ + ई -। ये अस्थिर प्रणालियाँ हैं, जिन्हें अक्सर हाइड्रोजन-जैसी कहा जाता है। इनका जीवनकाल पदार्थ में होता है एक बड़ी हद तकपदार्थ के गुणों पर निर्भर करता है, जिससे संघनित पदार्थ की संरचना और तेज़ गति की गतिशीलता का अध्ययन करने के लिए हाइड्रोजन जैसे परमाणुओं का उपयोग करना संभव हो जाता है। रासायनिक प्रतिक्रिएं(मेसन रसायन विज्ञान, परमाणु रसायन विज्ञान देखें)।

हैड्रोन का क्वार्क मॉडल

उनके वर्गीकरण के उद्देश्य से हैड्रॉन की क्वांटम संख्याओं की विस्तृत जांच से यह निष्कर्ष निकला कि अजीब हैड्रॉन और साधारण हैड्रॉन मिलकर समान गुणों वाले कणों का संघ बनाते हैं, जिन्हें एकात्मक गुणक कहा जाता है। इनमें शामिल कणों की संख्या 8 (ऑक्टेट) और 10 (डिक्यूपलेट) है। एकात्मक गुणक बनाने वाले कणों में समान आंतरिक समता होती है, लेकिन विद्युत आवेश (समस्थानिक गुणक के कण) और विचित्रता के मूल्यों में भिन्नता होती है। समरूपता गुण एकात्मक समूहों से जुड़े हैं; उनकी खोज विशेष संरचनात्मक इकाइयों के अस्तित्व के बारे में निष्कर्ष का आधार थी जिनसे हैड्रॉन का निर्माण होता है - क्वार्क। माना जाता है कि हैड्रोन स्पिन ½ के साथ 3 मौलिक कणों का संयोजन है: एन-क्वार्क, डी-क्वार्क और एस-क्वार्क. इस प्रकार, मेसॉन एक क्वार्क और एक एंटीक्वार्क से बने होते हैं, बैरियन 3 क्वार्क से बने होते हैं।

यह धारणा कि हैड्रॉन 3 क्वार्क से बने होते हैं, 1964 में बनाई गई थी (जे. ज़्विग और, स्वतंत्र रूप से, एम. गेल-मैन)। इसके बाद, हैड्रोन की संरचना के मॉडल में दो और क्वार्क शामिल किए गए (विशेष रूप से, पाउली सिद्धांत के साथ टकराव से बचने के लिए) - "आकर्षण" ( साथ) और खूबसूरत" ( बी), और क्वार्क की विशेष विशेषताओं - "स्वाद" और "रंग" का भी परिचय दिया। हैड्रोन के घटकों के रूप में कार्य करने वाले क्वार्क को स्वतंत्र अवस्था में नहीं देखा गया है। हैड्रोन की सारी विविधता किसके कारण है? विभिन्न संयोजन एन-, डी-, एस-, साथ- और बी-क्वार्क जुड़े हुए राज्य बनाते हैं। साधारण हैड्रोन (प्रोटॉन, न्यूट्रॉन, π-मेसन) निर्मित जुड़े हुए राज्यों से मेल खाते हैं एन- और डी-क्वार्क. साथ में हैड्रोन में उपस्थिति एन- और डी-एक का क्वार्क एस-, साथ- या बी-क्वार्क का अर्थ है कि संबंधित हैड्रॉन "अजीब", "आकर्षक" या "सुंदर" है।

हैड्रॉन संरचना के क्वार्क मॉडल की पुष्टि 60 के दशक के अंत और 70 के दशक की शुरुआत में किए गए प्रयोगों के परिणामस्वरूप की गई थी। XX सदी क्वार्क वास्तव में नये माने जाने लगे प्राथमिक कण- सत्य प्राथमिक कणपदार्थ के हेड्रोनिक रूप के लिए। मुक्त क्वार्क की अप्राप्यता, जाहिरा तौर पर, एक मौलिक प्रकृति की है और यह मानने का कारण देती है कि वे वही हैं प्राथमिक कण, जो किसी पदार्थ के संरचनात्मक घटकों की श्रृंखला को बंद कर देते हैं। इस तथ्य के पक्ष में सैद्धांतिक और प्रायोगिक तर्क हैं कि क्वार्कों के बीच कार्य करने वाली ताकतें दूरी के साथ कमजोर नहीं होती हैं, अर्थात। क्वार्कों को एक दूसरे से अलग करने के लिए असीम रूप से बड़ी ऊर्जा की आवश्यकता होती है, या दूसरे शब्दों में, मुक्त अवस्था में क्वार्कों का उद्भव असंभव है। यह उन्हें पदार्थ की बिल्कुल नई प्रकार की संरचनात्मक इकाइयाँ बनाता है। यह संभव है कि क्वार्क पदार्थ विखंडन के अंतिम चरण के रूप में कार्य करते हैं।

संक्षिप्त ऐतिहासिक जानकारी

सबसे पहले खुला प्राथमिक कणएक इलेक्ट्रॉन था - परमाणुओं में नकारात्मक विद्युत आवेश का वाहक (जे.जे. थॉमसन, 1897)। 1919 में, ई. रदरफोर्ड ने परमाणु नाभिक से निकले कणों के बीच प्रोटॉन की खोज की। न्यूट्रॉन की खोज 1932 में जे. चैडविक ने की थी। 1905 में, ए. आइंस्टीन ने माना कि विद्युत चुम्बकीय विकिरण व्यक्तिगत क्वांटा (फोटॉन) का प्रवाह है और इस आधार पर फोटोइलेक्ट्रिक प्रभाव के नियमों की व्याख्या की। विशेष के रूप में अस्तित्व प्राथमिक कणपहली बार डब्ल्यू. पाउली (1930) द्वारा प्रस्तावित; इलेक्ट्रोनिक

"प्राथमिक कण" की अवधारणा की कोई स्पष्ट परिभाषा नहीं है; आमतौर पर इन कणों की विशेषता वाली भौतिक मात्राओं के मूल्यों का केवल एक निश्चित सेट और उनके कुछ बहुत महत्वपूर्ण विशिष्ट गुणों का संकेत दिया जाता है। प्राथमिक कणों में है:

1) विद्युत आवेश

2) आंतरिक कोणीय गति या स्पिन

3) चुंबकीय क्षण

4) अपना द्रव्यमान - "शेष द्रव्यमान"

भविष्य में, कणों की विशेषता बताने वाली अन्य मात्राओं की खोज की जा सकती है, इसलिए प्राथमिक कणों के मुख्य गुणों की इस सूची को पूर्ण नहीं माना जाना चाहिए।

हालाँकि, सभी प्राथमिक कणों (उनकी एक सूची नीचे दी गई है) में उपरोक्त गुणों का पूरा सेट नहीं है। उनमें से कुछ में केवल विद्युत आवेश और द्रव्यमान होता है, लेकिन कोई स्पिन नहीं होता है (आवेशित पियोन और काओन); अन्य कणों में द्रव्यमान, स्पिन और चुंबकीय क्षण होता है, लेकिन विद्युत आवेश नहीं होता है (न्यूट्रॉन, लैम्ब्डा हाइपरॉन); फिर भी दूसरों के पास केवल द्रव्यमान (तटस्थ पियोन और काओन) या केवल स्पिन (फोटॉन, न्यूट्रिनो) होता है। प्राथमिक कणों में ऊपर सूचीबद्ध गुणों में से कम से कम एक गुण होना अनिवार्य है। ध्यान दें कि पदार्थ के सबसे महत्वपूर्ण कण - रन और इलेक्ट्रॉन - इन गुणों के एक पूरे सेट की विशेषता रखते हैं। इस पर जोर दिया जाना चाहिए: विद्युत आवेश और स्पिन पदार्थ के कणों के मूलभूत गुण हैं, अर्थात उनका संख्यात्मक मान सभी परिस्थितियों में स्थिर रहता है।

कण और प्रतिकण

प्रत्येक प्राथमिक कण का अपना विपरीत होता है - एक "एंटीपार्टिकल"। कण और प्रतिकण का द्रव्यमान, स्पिन और चुंबकीय क्षण समान है, लेकिन यदि कण पर विद्युत आवेश है, तो उसके प्रतिकण पर विपरीत चिन्ह का आवेश होता है। प्रोटॉन, पॉज़िट्रॉन और एंटीन्यूट्रॉन में समान चुंबकीय क्षण और स्पिन होते हैं, जबकि इलेक्ट्रॉन, न्यूट्रॉन और एंटीप्रोटॉन में विपरीत दिशाएँ होती हैं।

किसी कण की उसके प्रतिकण के साथ अन्योन्यक्रिया अन्य कणों के साथ अन्योन्यक्रिया से काफी भिन्न होती है। यह अंतर इस तथ्य में व्यक्त होता है कि एक कण और उसका प्रतिकण विनाश करने में सक्षम होते हैं, यानी एक ऐसी प्रक्रिया जिसके परिणामस्वरूप वे गायब हो जाते हैं, और उनके स्थान पर अन्य कण प्रकट होते हैं। इसलिए, उदाहरण के लिए, एक इलेक्ट्रॉन और एक पॉज़िट्रॉन के विनाश के परिणामस्वरूप, फोटॉन, प्रोटॉन और एंटीप्रोटॉन-पियोन आदि प्रकट होते हैं।

जीवनभर

स्थिरता प्राथमिक कणों की अनिवार्य विशेषता नहीं है। केवल इलेक्ट्रॉन, प्रोटॉन, न्यूट्रिनो और उनके प्रतिकण, साथ ही फोटॉन, स्थिर हैं। शेष कण या तो सीधे स्थिर कणों में परिवर्तित हो जाते हैं, जैसा कि होता है, उदाहरण के लिए, न्यूट्रॉन के साथ, या क्रमिक परिवर्तनों की एक श्रृंखला के माध्यम से; उदाहरण के लिए, एक अस्थिर नकारात्मक पियोन पहले एक म्यूऑन और एक न्यूट्रिनो में बदल जाता है, और फिर म्यूऑन एक इलेक्ट्रॉन और दूसरे न्यूट्रिनो में बदल जाता है:

प्रतीक "म्यूऑन" न्यूट्रिनो और एंटीन्यूट्रिनो को दर्शाते हैं, जो "इलेक्ट्रॉनिक" न्यूट्रिनो और एंटीन्यूट्रिनो से भिन्न हैं।

कणों की अस्थिरता का आकलन "जन्म" के क्षण से लेकर क्षय के क्षण तक उनके अस्तित्व की अवधि से किया जाता है; समय के इन दोनों क्षणों को मापने वाले प्रतिष्ठानों में कण ट्रैक द्वारा चिह्नित किया जाता है। यदि किसी दिए गए "प्रकार" के कणों की बड़ी संख्या में अवलोकन हैं, तो या तो "औसत जीवनकाल" या क्षय के आधे जीवन की गणना की जाती है। आइए मान लें कि किसी समय पर क्षयकारी कणों की संख्या बराबर है, और उस क्षण यह संख्या बराबर हो जाती है। यह मानते हुए कि कणों का क्षय एक संभाव्य नियम का पालन करता है

आप औसत जीवनकाल (जिसके दौरान कणों की संख्या एक कारक से घट जाती है) और आधे जीवन की गणना कर सकते हैं

(जिस दौरान यह संख्या आधी हो जाती है)।

यह ध्यान रखना दिलचस्प है कि:

1) न्यूट्रिनो और फोटॉन को छोड़कर सभी अनावेशित कण अस्थिर होते हैं (न्यूट्रिनो और फोटॉन अन्य प्राथमिक कणों से इस मायने में अलग होते हैं कि उनके पास अपना शेष द्रव्यमान नहीं होता है);

2) आवेशित कणों में से केवल इलेक्ट्रॉन और प्रोटॉन (और उनके प्रतिकण) ही स्थिर होते हैं।

यहां पदनाम और मुख्य को दर्शाते हुए सबसे महत्वपूर्ण कणों (वर्तमान समय में उनकी संख्या में वृद्धि जारी है) की एक सूची दी गई है

गुण; विद्युत आवेश आमतौर पर प्राथमिक इकाइयों द्रव्यमान में - इलेक्ट्रॉन द्रव्यमान स्पिन की इकाइयों में - इकाइयों में इंगित किया जाता है

(स्कैन देखें)

कण वर्गीकरण

प्राथमिक कणों के अध्ययन से पता चला है कि उन्हें उनके मूल गुणों (आवेश, द्रव्यमान, स्पिन) के मूल्यों के अनुसार समूहीकृत करना अपर्याप्त है। इन कणों को महत्वपूर्ण रूप से भिन्न "परिवारों" में विभाजित करना आवश्यक हो गया:

1) फोटॉन, 2) लेप्टान, 3) मेसॉन, 4) बेरिऑन

और कणों की नई विशेषताओं का परिचय देंगे जो दर्शाएंगे कि कोई दिया गया कण इनमें से किसी एक परिवार से संबंधित है। इन विशेषताओं को पारंपरिक रूप से "आवेश" या "संख्या" कहा जाता है। शुल्क तीन प्रकार के होते हैं:

1) लेप्टान-इलेक्ट्रॉन चार्ज;

2) लेप्टान-म्यूऑन आवेश

3) बेरिऑन चार्ज

ये चार्ज दिए गए हैं संख्यात्मक मान: और -1 (कणों पर प्लस चिन्ह होता है, एंटीपार्टिकल्स पर माइनस चिन्ह होता है; फोटॉन और मेसॉन पर शून्य चार्ज होता है)।

प्राथमिक कण निम्नलिखित दो नियमों का पालन करते हैं:

प्रत्येक प्राथमिक कण केवल एक परिवार से संबंधित है और उपरोक्त आवेशों (संख्याओं) में से केवल एक की विशेषता है।

उदाहरण के लिए:

हालाँकि, प्राथमिक कणों के एक परिवार में कई अलग-अलग कण हो सकते हैं; उदाहरण के लिए, बेरिऑन के समूह में प्रोटॉन, न्यूट्रॉन और शामिल हैं बड़ी संख्याहाइपरोन्स। आइए हम प्राथमिक कणों का परिवारों में विभाजन प्रस्तुत करें:

लेप्टान "इलेक्ट्रॉनिक": इनमें इलेक्ट्रॉन पॉज़िट्रॉन इलेक्ट्रॉन न्यूट्रिनो और इलेक्ट्रॉन एंटीन्यूट्रिनो शामिल हैं

लेप्टान "म्यूओनिक": इनमें नकारात्मक और सकारात्मक विद्युत आवेश वाले म्यूऑन और म्यूऑन न्यूट्रिनो और एंटीन्यूट्रिनो शामिल हैं। इनमें प्रोटॉन, न्यूट्रॉन, हाइपरॉन और उनके सभी एंटीपार्टिकल्स शामिल हैं।

विद्युत चार्ज का अस्तित्व या अनुपस्थिति किसी भी सूचीबद्ध परिवार में सदस्यता से जुड़ा नहीं है। यह देखा गया है कि सभी कण जिनकी स्पिन 1/2 के बराबर है, उनमें आवश्यक रूप से ऊपर बताए गए आवेशों में से एक होता है। फोटॉन (जिनकी स्पिन एकता के बराबर होती है), मेसॉन - पियोन और काओन (जिनकी स्पिन शून्य के बराबर) में न तो लेप्टोनिक और न ही बैरियन चार्ज है।

सभी में भौतिक घटनाएंजिसमें प्राथमिक कण भाग लेते हैं - क्षय प्रक्रियाओं में; जन्म, प्रलय और परस्पर परिवर्तन में दूसरा नियम देखा जाता है:

प्रत्येक प्रकार के आवेश के लिए अलग-अलग संख्याओं का बीजगणितीय योग हमेशा स्थिर रखा जाता है।

यह नियम तीन संरक्षण कानूनों के बराबर है:

इन कानूनों का यह भी अर्थ है कि विभिन्न परिवारों से संबंधित कणों के बीच पारस्परिक परिवर्तन निषिद्ध हैं।

कुछ कणों के लिए - काओन और हाइपरॉन - अतिरिक्त रूप से एक और विशेषता पेश करना आवश्यक हो गया, जिसे विचित्रता कहा जाता है और काओन द्वारा निरूपित लैम्ब्डा और सिग्मा हाइपरॉन - xi-हाइपरॉन - (कणों के लिए ऊपरी संकेत, एंटीपार्टिकल्स के लिए निचला संकेत)। जिन प्रक्रियाओं में कणों की विचित्रता के साथ उपस्थिति (जन्म) देखी जाती है, उनमें निम्नलिखित नियम का पालन किया जाता है:

विचित्रता के संरक्षण का नियम. इसका मतलब यह है कि एक अजीब कण की उपस्थिति अनिवार्य रूप से एक या अधिक अजीब एंटीकणों की उपस्थिति के साथ होनी चाहिए, ताकि पहले और बाद की संख्याओं का बीजगणितीय योग

जन्म प्रक्रिया निरंतर बनी रही। यह भी देखा गया है कि विचित्र कणों के क्षय के दौरान विचित्रता के संरक्षण के नियम का पालन नहीं किया जाता है, अर्थात् यह नियम केवल विचित्र कणों के जन्म की प्रक्रियाओं में ही कार्य करता है। इस प्रकार, अजीब कणों के लिए सृजन और क्षय की प्रक्रियाएँ अपरिवर्तनीय हैं। उदाहरण के लिए, एक लैम्ब्डा हाइपरॉन (विचित्रता एक प्रोटॉन और एक नकारात्मक पियोन में क्षय के बराबर होती है:

इस प्रतिक्रिया में विचित्रता के संरक्षण के नियम का पालन नहीं किया जाता है, क्योंकि प्रतिक्रिया के बाद प्राप्त प्रोटॉन और पियोन में विचित्रता शून्य के बराबर होती है। हालाँकि, विपरीत प्रतिक्रिया में, जब एक नकारात्मक पियोन एक प्रोटॉन से टकराता है, तो एक भी लैम्ब्डा हाइपरॉन प्रकट नहीं होता है; प्रतिक्रिया विपरीत संकेतों की विषमताओं वाले दो कणों के निर्माण के साथ आगे बढ़ती है:

नतीजतन, लैम्ब्डा हाइपरॉन के निर्माण की प्रतिक्रिया में, विचित्रता के संरक्षण का नियम देखा जाता है: प्रतिक्रिया से पहले और बाद में, "अजीब" संख्याओं का बीजगणितीय योग शून्य के बराबर होता है। केवल एक क्षय प्रतिक्रिया ज्ञात है जिसमें अजीब संख्याओं के योग की स्थिरता देखी जाती है - यह एक तटस्थ सिग्मा हाइपरॉन का लैम्ब्डा हाइपरॉन और एक फोटॉन में क्षय है:

अजीब कणों की एक और विशेषता जन्म प्रक्रियाओं की अवधि (क्रम के) और उनके अस्तित्व के औसत समय (लगभग) के बीच तीव्र अंतर है; अन्य (गैर-अजीब) कणों के लिए ये समय समान क्रम के हैं।

ध्यान दें कि लेप्टान और बैरियन संख्याओं या आवेशों को पेश करने की आवश्यकता और उपरोक्त संरक्षण कानूनों का अस्तित्व हमें यह मानने के लिए मजबूर करता है कि ये आवेश विभिन्न प्रकार के कणों के साथ-साथ कणों और एंटीकणों के बीच गुणात्मक अंतर व्यक्त करते हैं। यह तथ्य कि कणों और प्रतिकणों को विपरीत संकेतों का आरोप सौंपा जाना चाहिए, उनके बीच पारस्परिक परिवर्तनों की असंभवता को इंगित करता है।

350 से अधिक प्राथमिक कणों की खोज की गई है। इनमें से फोटॉन, इलेक्ट्रॉन और म्यूऑन न्यूट्रिनो, इलेक्ट्रॉन, प्रोटॉन और उनके प्रतिकण स्थिर होते हैं। शेष प्राथमिक कण लगभग 1000 सेकंड (एक मुक्त न्यूट्रॉन के लिए) से एक सेकंड के नगण्य अंश (प्रतिध्वनि के लिए 10−24 से 10−22 सेकंड तक) तक स्थिर समय के साथ एक घातीय नियम के अनुसार स्वचालित रूप से क्षय हो जाते हैं।

प्राथमिक कणों की संरचना और व्यवहार का अध्ययन प्राथमिक कण भौतिकी द्वारा किया जाता है।

सभी प्राथमिक कण पहचान के सिद्धांत के अधीन हैं (ब्रह्मांड में एक ही प्रकार के सभी प्राथमिक कण अपने सभी गुणों में पूरी तरह समान हैं) और तरंग-कण द्वैत के सिद्धांत (प्रत्येक प्राथमिक कण एक डी ब्रोगली तरंग से मेल खाता है)।

सभी प्राथमिक कणों में अंतर्परिवर्तनीयता का गुण होता है, जो उनकी परस्पर क्रिया का परिणाम है: मजबूत, विद्युत चुम्बकीय, कमजोर, गुरुत्वाकर्षण। कणों की परस्पर क्रिया कणों और उनके संग्रहों के अन्य कणों और उनके संग्रहों में परिवर्तन का कारण बनती है, यदि ऐसे परिवर्तन ऊर्जा, संवेग, कोणीय संवेग, विद्युत आवेश, बैरियन आवेश आदि के संरक्षण के नियमों द्वारा निषिद्ध नहीं हैं।

प्राथमिक कणों की मुख्य विशेषताएं: द्रव्यमान, स्पिन, विद्युत आवेश, जीवनकाल, समता, जी-समता, चुंबकीय क्षण, बैरियन चार्ज, लेप्टान चार्ज, विचित्रता, समस्थानिक स्पिन, सीपी समता, चार्ज समता।

विश्वकोश यूट्यूब

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✪प्राथमिक कण

✪ सर्न: कण भौतिकी का मानक मॉडल

✪ पाठ 473. प्राथमिक कण। पॉज़िट्रॉन। न्युट्रीनो

✪ ब्रह्मांड की ईंटें: प्राथमिक कण जो दुनिया बनाते हैं। प्रोफेसर डेविड टोंग द्वारा व्याख्यान।

✪ प्राथमिक कणों की दुनिया (शिक्षाविद् वालेरी रूबाकोव द्वारा वर्णित)

उपशीर्षक

वर्गीकरण

जीवनकाल तक

• स्थिर प्राथमिक कण वे कण होते हैं जिनका मुक्त अवस्था में जीवनकाल अनंत रूप से लंबा होता है (प्रोटॉन, इलेक्ट्रॉन, न्यूट्रिनो, फोटॉन, ग्रेविटॉन और उनके एंटीपार्टिकल्स)।
• अस्थिर प्राथमिक कण वे कण होते हैं जो एक सीमित समय में मुक्त अवस्था में अन्य कणों (अन्य सभी कण) में विघटित हो जाते हैं।

वजन से

सभी प्राथमिक कणों को दो वर्गों में बांटा गया है:

• द्रव्यमान रहित कण शून्य द्रव्यमान (फोटॉन, ग्लूऑन, ग्रेविटॉन और उनके एंटीपार्टिकल्स) वाले कण होते हैं।
• शून्येतर द्रव्यमान वाले कण (अन्य सभी कण)।

सबसे बड़ी पीठ द्वारा

सभी प्राथमिक कणों को दो वर्गों में बांटा गया है:

बातचीत के प्रकार से

प्राथमिक कणों को निम्नलिखित समूहों में विभाजित किया गया है:

यौगिक कण

• हैड्रोन ऐसे कण हैं जो सभी प्रकार की मूलभूत अंतःक्रियाओं में भाग लेते हैं। वे क्वार्क से बने होते हैं और बदले में विभाजित होते हैं:
  • मेसॉन पूर्णांक स्पिन वाले हैड्रॉन हैं, यानी वे बोसोन हैं;
  • बेरिऑन अर्ध-पूर्णांक स्पिन वाले हैड्रोन हैं, यानी फर्मियन। इनमें, विशेष रूप से, वे कण शामिल हैं जो परमाणु के नाभिक का निर्माण करते हैं - प्रोटॉन और न्यूट्रॉन।

मौलिक (संरचना रहित) कण

• लेप्टान फ़र्मिअन होते हैं जिनमें 10 −18 मीटर के क्रम के पैमाने तक बिंदु कणों (अर्थात, किसी भी चीज़ से युक्त नहीं) का रूप होता है। वे मजबूत इंटरैक्शन में भाग नहीं लेते हैं। विद्युत चुम्बकीय अंतःक्रियाओं में भागीदारी प्रयोगात्मक रूप से केवल आवेशित लेप्टान (इलेक्ट्रॉन, म्यूऑन, ताऊ लेप्टान) के लिए देखी गई थी और न्यूट्रिनो के लिए नहीं देखी गई थी। लेप्टान के 6 ज्ञात प्रकार हैं।
• क्वार्क आंशिक रूप से आवेशित कण होते हैं जो हैड्रोन का हिस्सा होते हैं। उन्हें मुक्त अवस्था में नहीं देखा गया (ऐसी टिप्पणियों की अनुपस्थिति को समझाने के लिए एक कारावास तंत्र प्रस्तावित किया गया है)। लेप्टान की तरह, उन्हें 6 प्रकारों में विभाजित किया जाता है और उन्हें संरचनाहीन माना जाता है, हालांकि, लेप्टान के विपरीत, वे मजबूत अंतःक्रिया में भाग लेते हैं।
• गेज बोसॉन वे कण हैं जिनके माध्यम से परस्पर क्रिया होती है:
  • फोटॉन - एक कण जो विद्युत चुम्बकीय संपर्क करता है;
  • आठ ग्लूऑन - कण जो मजबूत अंतःक्रिया करते हैं;
  • तीन मध्यवर्ती वेक्टर बोसोन डब्ल्यू + , डब्ल्यू− और जेड 0, जो कमजोर अंतःक्रिया को सहन करते हैं;
  • ग्रेविटॉन एक काल्पनिक कण है जो गुरुत्वाकर्षण संपर्क को स्थानांतरित करता है। गुरुत्वाकर्षण संपर्क की कमजोरी के कारण गुरुत्वाकर्षण का अस्तित्व, हालांकि अभी तक प्रयोगात्मक रूप से सिद्ध नहीं हुआ है, काफी संभावित माना जाता है; हालाँकि, ग्रेविटॉन प्राथमिक कणों के मानक मॉडल में शामिल नहीं है।

प्राथमिक कणों के आकार

प्राथमिक कणों की विस्तृत विविधता के बावजूद, उनके आकार दो समूहों में फिट होते हैं। हैड्रोन (बैरिऑन और मेसॉन दोनों) का आकार लगभग 10 −15 मीटर है, जो उनमें शामिल क्वार्कों के बीच की औसत दूरी के करीब है। प्रायोगिक त्रुटि के भीतर मौलिक, संरचनाहीन कणों - गेज बोसॉन, क्वार्क और लेप्टान - के आकार उनकी बिंदु प्रकृति के अनुरूप हैं (व्यास की ऊपरी सीमा लगभग 10 −18 मीटर है) ( स्पष्टीकरण देखें). यदि आगे के प्रयोगों में इन कणों के अंतिम आकार की खोज नहीं की जाती है, तो यह संकेत दे सकता है कि गेज बोसॉन, क्वार्क और लेप्टान के आकार मौलिक लंबाई के करीब हैं (जो बहुत संभावना है कि प्लैंक लंबाई 1.6 के बराबर हो सकती है) 10 −35 मीटर) .

हालाँकि, यह ध्यान दिया जाना चाहिए कि प्राथमिक कण का आकार एक जटिल अवधारणा है जो हमेशा शास्त्रीय अवधारणाओं के अनुरूप नहीं होती है। सबसे पहले, अनिश्चितता सिद्धांत किसी भौतिक कण को ​​सख्ती से स्थानीयकृत करने की अनुमति नहीं देता है। एक तरंग पैकेट, जो एक कण को ​​सटीक रूप से स्थानीयकृत क्वांटम अवस्थाओं के सुपरपोजिशन के रूप में दर्शाता है, में हमेशा सीमित आयाम और एक निश्चित स्थानिक संरचना होती है, और पैकेट के आयाम काफी स्थूल हो सकते हैं - उदाहरण के लिए, दो स्लिट पर हस्तक्षेप के साथ एक प्रयोग में एक इलेक्ट्रॉन इंटरफेरोमीटर के दोनों स्लिट्स को मैक्रोस्कोपिक दूरी से अलग करके "महसूस" किया जाता है। दूसरे, एक भौतिक कण अपने चारों ओर निर्वात की संरचना को बदल देता है, जिससे अल्पकालिक आभासी कणों का एक "कोट" बनता है - फ़र्मियन-एंटीफ़र्मियन जोड़े (वैक्यूम का ध्रुवीकरण देखें) और बोसॉन जो परस्पर क्रिया करते हैं। इस क्षेत्र के स्थानिक आयाम कण के पास मौजूद गेज आवेशों और मध्यवर्ती बोसॉन के द्रव्यमान पर निर्भर करते हैं (विशाल आभासी बोसॉन के खोल की त्रिज्या उनके कॉम्पटन तरंग दैर्ध्य के करीब है, जो बदले में, उनके द्रव्यमान के व्युत्क्रमानुपाती होती है) ). इस प्रकार, न्यूट्रिनो के दृष्टिकोण से एक इलेक्ट्रॉन की त्रिज्या (उनके बीच केवल कमजोर अंतःक्रिया संभव है) लगभग W-बोसोन के कॉम्पटन तरंग दैर्ध्य, ~3 × 10 −18 मीटर, और क्षेत्र के आयाम के बराबर है हैड्रॉन की मजबूत अंतःक्रिया सबसे हल्के हैड्रॉन, पाई-मेसन (~10 −15 मीटर) के कॉम्पटन तरंग दैर्ध्य द्वारा निर्धारित की जाती है, जो यहां अंतःक्रिया के वाहक के रूप में कार्य करता है।

कहानी

प्रारंभ में, "प्राथमिक कण" शब्द का अर्थ बिल्कुल प्राथमिक था, पदार्थ की पहली ईंट। हालाँकि, जब 1950 और 1960 के दशक में समान गुणों वाले सैकड़ों हैड्रॉन की खोज की गई, तो यह स्पष्ट हो गया कि हैड्रॉन में कम से कम स्वतंत्रता की आंतरिक डिग्री होती है, यानी, वे शब्द के सख्त अर्थ में प्राथमिक नहीं हैं। इस संदेह की बाद में पुष्टि हुई जब यह पता चला कि हैड्रॉन में क्वार्क होते हैं।

इस प्रकार, भौतिक विज्ञानी पदार्थ की संरचना में थोड़ा गहराई से आगे बढ़े हैं: लेप्टान और क्वार्क को अब पदार्थ का सबसे प्राथमिक, बिंदु-समान भाग माना जाता है। उनके लिए (गेज बोसॉन के साथ) शब्द " मौलिककण"।

स्ट्रिंग सिद्धांत में, जिसे 1980 के दशक के मध्य से सक्रिय रूप से विकसित किया गया है, यह माना जाता है कि प्राथमिक कण और उनकी परस्पर क्रिया परिणाम हैं विभिन्न प्रकार केविशेष रूप से छोटे "तार" का कंपन।

मानक मॉडल

प्राथमिक कणों के मानक मॉडल में फ़र्मियन के 12 स्वाद, उनके संबंधित एंटीपार्टिकल्स, साथ ही गेज बोसॉन (फोटॉन, ग्लूऑन) शामिल हैं। डब्ल्यू- और जेड-बोसोन), जो कणों के बीच परस्पर क्रिया करता है, और हिग्स बोसोन, 2012 में खोजा गया, जो कणों में जड़त्वीय द्रव्यमान की उपस्थिति के लिए जिम्मेदार है। हालाँकि, मानक मॉडल को वास्तव में मौलिक के बजाय एक अस्थायी सिद्धांत के रूप में देखा जाता है, क्योंकि इसमें गुरुत्वाकर्षण शामिल नहीं है और इसमें कई दर्जन मुक्त पैरामीटर (कण द्रव्यमान, आदि) शामिल हैं, जिनके मान सीधे अनुसरण नहीं करते हैं सिद्धांत। शायद ऐसे प्राथमिक कण हैं जिनका वर्णन नहीं किया गया है मानक मॉडल- उदाहरण के लिए, जैसे ग्रेविटॉन (एक कण जो गुरुत्वाकर्षण बल वहन करता है) या साधारण कणों के सुपरसिमेट्रिक भागीदार। कुल मिलाकर, मॉडल 61 कणों का वर्णन करता है।

फरमिओन्स

फ़र्मियन के 12 स्वादों को 4 कणों के 3 परिवारों (पीढ़ियों) में विभाजित किया गया है। उनमें से छह क्वार्क हैं। अन्य छह लेप्टान हैं, जिनमें से तीन न्यूट्रिनो हैं, और शेष तीन में एक इकाई नकारात्मक चार्ज होता है: इलेक्ट्रॉन, म्यूऑन और ताऊ लेप्टान।

कणों की पीढ़ियाँ

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