Klasyfikacja cząstek elementarnych. Historia i istota odkryć naukowych

NAJWAŻNIEJSZE ODKRYCIA NAUKOWE
Darmowa biblioteka / Katalog / Najważniejsze odkrycia naukowe

Klasyfikacja cząstek elementarnych. Historia i istota odkryć naukowych

Najważniejsze odkrycia naukowe

Katalog / Najważniejsze odkrycia naukowe

„Ile cząstek elementarnych odkryto do tej pory?", pyta Regge w swojej książce o fizyce. „Sądząc po grubości krótkich podręczników opisujących ich właściwości i które są w obiegu wśród fizyków, to kilkaset. Wiele z tych cząstek jest zbieranych w rodzinach podobnych do rodzin nukleonów lub pionów. Rodziny te odgrywają rolę porównywalną z układem okresowym Mendelejewa, tak przydatnym w chemii. Ale właśnie to podobieństwo sugeruje, że zajmujemy się klasyfikacją obiektów podobnych do atomów , i wcale nie elementarne. Tak czy inaczej , ale poszukiwania prawdziwie elementarnych składników materii już się rozpoczęły i do roku 1963 stało się jasne, że cząstki należy grupować w większe rodziny.

Starożytni greccy filozofowie przypisywali atomom wyjątkowo regularne i symetryczne formy. Chociaż prawdziwe atomy są bardzo dalekie od tego, idea, że koncepcja symetrii powinna odgrywać ważną rolę w fizyce, pozostała. Klasyfikacja cząstek według rodzin odzwierciedla po prostu istnienie pewnego rodzaju symetrii w przyrodzie ... ”

Fizyka cząstek elementarnych w latach pięćdziesiątych była na etapie powstawania. Głównym środkiem badań eksperymentalnych w tej gałęzi fizyki były akceleratory, „wystrzeliwujące” wiązkę cząstek w nieruchomy cel: gdy padaące cząstki zderzają się z celem, rodziły się nowe cząstki. Za pomocą akceleratorów, oprócz znanych już protonów, neutronów i elektronów, eksperymentatorom udało się uzyskać kilka nowych typów cząstek elementarnych. Fizycy teoretyczni próbowali znaleźć jakiś schemat, który umożliwiłby klasyfikację wszystkich nowych cząstek.

Naukowcy odkryli cząstki o nietypowym (dziwnym) zachowaniu. Szybkość narodzin takich cząstek w wyniku niektórych zderzeń wskazywała, że ich zachowanie jest zdeterminowane oddziaływaniem silnym, które charakteryzuje prędkość. Oddziaływania silne, słabe, elektromagnetyczne i grawitacyjne tworzą cztery podstawowe oddziaływania, które leżą u podstaw wszystkich zjawisk. Jednocześnie dziwne cząstki rozpadały się przez niezwykle długi czas, co byłoby niemożliwe, gdyby ich zachowanie było zdeterminowane oddziaływaniem silnym. Szybkość rozpadu dziwnych cząstek zdawała się wskazywać, że proces ten był determinowany znacznie słabszym oddziaływaniem.

Na rozwiązanie tego najtrudniejszego zadania i skupił swoją uwagę Gell-Mann.

Murray Gell-Mann urodził się 15 września 1929 w Nowym Jorku i był najmłodszym synem emigrantów z Austrii Artura i Pauliny (Reichstein) Gell-Mannów. W wieku piętnastu lat Murray wstąpił na Uniwersytet Yale. Ukończył studia w 1948 z tytułem Bachelor of Science. Następne lata spędził jako doktorant w Massachusetts Institute of Technology. Tutaj, w 1951 roku, Gell-Mann uzyskał doktorat z fizyki. Po rocznym pobycie w Princeton Institute for Basic Research (New Jersey), Gell-Mann rozpoczął pracę na Uniwersytecie w Chicago z Enrico Fermi, najpierw jako wykładowca (1952–1953), następnie jako adiunkt (1953–1954) i docent (1954–1955). W 1955 Gell-Mann został profesorem nadzwyczajnym na wydziale w Caltech.

Jako punkt wyjścia do swoich konstrukcji wybrał koncepcję zwaną niezależnością ładunku. Jego istota polega na pewnym grupowaniu cząstek, podkreślającym ich podobieństwo. Na przykład, mimo że proton i neutron różnią się ładunkiem elektrycznym (proton ma ładunek +1, neutron ma ładunek 0), pod każdym innym względem są identyczne. Dlatego można je uznać za dwie odmiany tego samego typu cząstek, zwanych nukleonami, mających średni ładunek, czyli środek ładunku, wynoszący 1/2. Powszechnie mówi się, że proton i neutron tworzą dublet. Inne cząstki mogą być również zawarte w podobnych dubletach, grupach po trzy cząstki, zwanych trypletami, lub w „grupach” składających się tylko z jednej cząstki, zwanych singletami. Ogólna nazwa grupy składającej się z dowolnej liczby cząstek to multiplet.

Wszystkie próby zgrupowania dziwnych cząstek w podobny sposób zakończyły się niepowodzeniem. Opracowując swój schemat ich grupowania, Gell-Mann odkrył, że średni ładunek ich multipletów różni się od średniego ładunku nukleonów. Doszedł do wniosku, że ta różnica może być podstawową właściwością dziwnych cząstek i zaproponował wprowadzenie nowej właściwości kwantowej zwanej dziwnością. Z powodów algebraicznych dziwność cząstki jest równa dwukrotności różnicy między średnim ładunkiem multipletu a średnim ładunkiem nukleonu + 1/2. Gell-Mann wykazał, że obcość jest zachowana we wszystkich reakcjach z udziałem siły silnej. Innymi słowy, całkowita dziwność wszystkich cząstek przed oddziaływaniem silnym musi być absolutnie równa całkowitej dziwności wszystkich cząstek po oddziaływaniu.

Zachowanie dziwności wyjaśnia, dlaczego rozpad takich cząstek nie może być określony przez oddziaływanie silne. Kiedy zderzają się inne nieobce cząstki, dziwne cząstki powstają parami. W tym przypadku obcość jednej cząstki kompensuje obcość drugiej. Na przykład, jeśli jedna cząstka w parze ma dziwność +1, to dziwność drugiej wynosi -1. Dlatego całkowita dziwność nieobcych cząstek, zarówno przed, jak i po zderzeniu, jest równa 0. Po urodzeniu cząstki obce rozlatują się. Izolowana dziwna cząstka nie może rozpadać się w wyniku oddziaływania silnego, jeśli jej produktami rozpadu muszą być cząstki o zerowej dziwności, ponieważ taki rozpad naruszałby zasadę zachowania dziwności. Gell-Mann wykazał, że siła elektromagnetyczna (której charakterystyczny czas leży między czasami oddziaływań silnych i słabych) również zachowuje obcość. Tak więc dziwne cząstki, które się narodziły, przeżywają aż do rozpadu, zdeterminowanego przez słabe oddziaływanie, które nie zachowuje obcości. Naukowiec opublikował swoje pomysły w 1953 roku.

W 1961 Gell-Mann odkrył, że system multipletów, który zaproponował do opisania dziwnych cząstek, można włączyć do znacznie bardziej ogólnego schematu teoretycznego, co pozwoliło mu pogrupować wszystkie silnie oddziałujące cząstki w „rodziny”. Naukowiec nazwał swój schemat ośmiokrotną ścieżką (przez analogię do ośmiu atrybutów prawego życia w buddyzmie), ponieważ niektóre cząstki zostały pogrupowane w rodziny po ośmiu członków każda. Zaproponowany przez niego schemat klasyfikacji cząstek jest również znany jako symetria ósemkowa. Wkrótce, niezależnie od Gell-Mana, podobną klasyfikację cząstek zaproponował izraelski fizyk Yuval Neeman.

Ośmiokrotna ścieżka amerykańskiego naukowca jest często porównywana do układu okresowego pierwiastków chemicznych Mendelejewa, w którym pierwiastki chemiczne o podobnych właściwościach są pogrupowane w rodziny. Podobnie jak Mendelejew, który zostawił puste komórki w układzie okresowym, przewidując właściwości jeszcze nieznanych pierwiastków, Gell-Mann pozostawił wolne miejsca w niektórych rodzinach cząstek, sugerując, które cząstki o odpowiednim zestawie właściwości powinny wypełnić „pustki”. Jego teoria uzyskała częściowe potwierdzenie w 1964 roku, po odkryciu jednej z tych cząstek.

W 1963 roku, podczas wizytującego profesora w Massachusetts Institute of Technology, Gell-Mann odkrył, że szczegółową strukturę ośmiokrotnej ścieżki można wyjaśnić zakładając, że każda cząstka biorąca udział w silnym oddziaływaniu składa się z tripletu cząstek o ułamkowym ładunku. ładunek elektryczny protonu.

Tego samego odkrycia dokonał amerykański fizyk George Zweig, który pracował w Europejskim Centrum Badań Jądrowych. Gell-Mann nazwał cząstki naładowane frakcyjnie kwarkami, zapożyczając to słowo z Finnegans Wake Jamesa Joyce'a („Trzy kwarki dla pana Marka!”). Kwarki mogą mieć ładunek +2/3 lub -1/3. Istnieją również antykwarki o ładunkach -2/3 lub +1/3. Neutron bez ładunku elektrycznego składa się z jednego kwarka o ładunku +2/3 i dwóch kwarków o ładunku -1/3 Proton o ładunku +1 składa się z dwóch kwarków o ładunku +2/3 i jednego kwark o ładunku -1 /3. Kwarki o tym samym ładunku mogą różnić się innymi właściwościami, co oznacza, że istnieje kilka rodzajów kwarków o tym samym ładunku. Tak więc różne kombinacje kwarków umożliwiają opisanie wszystkich silnie oddziałujących cząstek.

Gell-Mann otrzymał Nagrodę Nobla w dziedzinie fizyki w 1969 roku „za odkrycia związane z klasyfikacją cząstek elementarnych i ich oddziaływaniami”. Ivar Waller z Królewskiej Szwedzkiej Akademii Nauk, przemawiając podczas ceremonii wręczenia nagród, zauważył, że Gell-Mann „od ponad dekady jest uważany za czołowego naukowca w dziedzinie teorii cząstek elementarnych”. Według Wallera, proponowane przez niego metody „są jednymi z najpotężniejszych środków dalszych badań w fizyce cząstek elementarnych”.

Autor: Samin D.K.

Polecamy ciekawe artykuły Sekcja Najważniejsze odkrycia naukowe:

▪ synteza organiczna

▪ Podstawowe zasady geologii

▪ Psychoanaliza Freuda

Zobacz inne artykuły Sekcja Najważniejsze odkrycia naukowe.

Czytaj i pisz przydatne komentarze do tego artykułu.

<< Wstecz

Najnowsze wiadomości o nauce i technologii, nowa elektronika:

Hałas drogowy opóźnia rozwój piskląt 06.05.2024

Dźwięki, które otaczają nas we współczesnych miastach, stają się coraz bardziej przeszywające. Jednak niewiele osób myśli o tym, jak ten hałas wpływa na świat zwierząt, zwłaszcza na tak delikatne stworzenia, jak pisklęta, które nie wykluły się jeszcze z jaj. Najnowsze badania rzucają światło na tę kwestię, wskazując na poważne konsekwencje dla ich rozwoju i przetrwania. Naukowcy odkryli, że narażenie piskląt zebry rombowatej na hałas uliczny może spowodować poważne zakłócenia w ich rozwoju. Eksperymenty wykazały, że zanieczyszczenie hałasem może znacznie opóźnić wykluwanie się piskląt, a pisklęta, które się wykluwają, borykają się z szeregiem problemów zdrowotnych. Naukowcy odkryli również, że negatywne skutki zanieczyszczenia hałasem rozciągają się na dorosłe ptaki. Zmniejszone szanse na rozrodczość i zmniejszona płodność wskazują na długoterminowe skutki, jakie hałas drogowy wywiera na dziką przyrodę. Wyniki badania podkreślają taką potrzebę ... >>

Bezprzewodowy głośnik Samsung Music Frame HW-LS60D 06.05.2024

W świecie nowoczesnych technologii audio producenci dążą nie tylko do nienagannej jakości dźwięku, ale także do łączenia funkcjonalności z estetyką. Jednym z najnowszych innowacyjnych kroków w tym kierunku jest nowy bezprzewodowy system głośników Samsung Music Frame HW-LS60D, zaprezentowany podczas wydarzenia World of Samsung 2024. Samsung HW-LS60D to coś więcej niż tylko system głośników, to sztuka dźwięku w stylu ramki. Połączenie 6-głośnikowego systemu z obsługą Dolby Atmos i stylowej konstrukcji ramki na zdjęcia sprawia, że produkt ten będzie idealnym dodatkiem do każdego wnętrza. Nowa ramka Samsung Music Frame jest wyposażona w zaawansowane technologie, w tym Adaptive Audio zapewniający wyraźne dialogi na każdym poziomie głośności oraz automatyczną optymalizację pomieszczenia w celu uzyskania bogatej reprodukcji dźwięku. Dzięki obsłudze połączeń Spotify, Tidal Hi-Fi i Bluetooth 5.2, a także integracji inteligentnego asystenta, ten głośnik jest gotowy, aby zaspokoić Twoje ... >>

Nowy sposób kontrolowania i manipulowania sygnałami optycznymi 05.05.2024

Współczesny świat nauki i technologii rozwija się dynamicznie i każdego dnia pojawiają się nowe metody i technologie, które otwierają przed nami nowe perspektywy w różnych dziedzinach. Jedną z takich innowacji jest opracowanie przez niemieckich naukowców nowego sposobu sterowania sygnałami optycznymi, co może doprowadzić do znacznego postępu w dziedzinie fotoniki. Niedawne badania pozwoliły niemieckim naukowcom stworzyć przestrajalną płytkę falową wewnątrz falowodu ze stopionej krzemionki. Metoda ta, bazująca na zastosowaniu warstwy ciekłokrystalicznej, pozwala na efektywną zmianę polaryzacji światła przechodzącego przez falowód. Ten przełom technologiczny otwiera nowe perspektywy rozwoju kompaktowych i wydajnych urządzeń fotonicznych zdolnych do przetwarzania dużych ilości danych. Elektrooptyczna kontrola polaryzacji zapewniona dzięki nowej metodzie może stanowić podstawę dla nowej klasy zintegrowanych urządzeń fotonicznych. Otwiera to ogromne możliwości dla ... >>

Przypadkowe wiadomości z Archiwum

Najrzadsze połączenie koloru włosów i oczu 22.10.2017

Wygląd każdego z nas jest wyjątkowy. Oczy "mamy", nos "taty", postać "babci" - nie da się powtórzyć tak wybuchowej mieszanki. Ale nawet wśród wyjątkowych są nawet jednorożce. Tak więc naukowcy niedawno obliczyli kombinację koloru oczu i włosów, które spotykane są tak rzadko, że bardziej prawdopodobne jest, że zostanie uderzony przez piorun niż spotkanie z nosicielem tych genów. Czy uważasz, że jesteś również jednym z ich rzadkich?

Genetyka to niesamowita rzecz. I każde odkrycie w tej dziedzinie nie może nie zadziwić. Bez względu na to, jak absurdalnie może to zabrzmieć. Na przykład, czy wiesz, że zgodnie ze współczesną hipotezą wszyscy ludzie na Ziemi o niebieskich oczach są krewnymi? To prawda, z korzeniami pokrewieństwa w bardzo, bardzo odległej przeszłości. Inna popularna teoria mówi, że za dwa stulecia na świecie nie będzie już naturalnych blondynki. Gen blond włosów zostanie po prostu wypchnięty z rasy ewolucyjnej przez znacznie silniejszego mrocznego brata. Ale pomimo smutnych statystyk niebieskookie blondynki nie są najrzadszym wyglądem na Ziemi. Przynajmniej na razie.

Naukowcy z Amerykańskiego Towarzystwa Chemicznego odkryli, że najrzadszą kombinacją są rude włosy i niebieskie oczy. Sekret wyjątkowości polega na tym, że oba geny odpowiedzialne za kolor włosów i oczu są recesywne. A prawdopodobieństwo odziedziczenia dwóch naraz jest niezwykle małe. Na przykład tylko 17% ludzi na planecie może pochwalić się „niebiańskim wyglądem” (chociaż najrzadszy odcień wcale nie jest niebieski, ale zielony). I rudowłosa wśród całej populacji Ziemi - i nie więcej niż 2%. Dlatego jest wśród nas tak mało niebieskookich „rudzielców”: tylko 12,7 miliona z 7,5 miliarda.

Co zaskakujące, statystycznie bardziej prawdopodobne jest trafienie pioruna (0,03% szansy) niż spotkanie osoby z rudymi włosami i niebieskimi oczami (0,017% szansy). Cuda i nie tylko!

Inne ciekawe wiadomości:

▪ MAX30102 - czujnik tętna i tlenu we krwi

▪ Przy braku tlenu starzenie się komórek zaczyna się jeszcze przed urodzeniem.

▪ Robot wilkołaka idzie na Tytana

▪ Wyświetlacze HELIOS

▪ Termity do produkcji biopaliw

Wiadomości o nauce i technologii, nowa elektronika

Ciekawe materiały z bezpłatnej biblioteki technicznej:

▪ na stronie internetowej Radio Control. Wybór artykułów

▪ artykuł Dokładność (dokładność) - dzięki uprzejmości królów. Popularne wyrażenie

▪ artykuł Czy rośliny mogą jeść owady? Szczegółowa odpowiedź

▪ artykuł Praca z pistoletem do montażu tłokowego. Standardowe instrukcje dotyczące ochrony pracy

▪ artykuł Cybernetyczny łazik planetarny. Encyklopedia elektroniki radiowej i elektrotechniki

▪ artykuł Hamcomm - radiomodem Baycom. Encyklopedia elektroniki radiowej i elektrotechniki

Zostaw swój komentarz do tego artykułu:

Wszystkie języki tej strony

Strona główna | biblioteka | Artykuły | Mapa stony | Recenzje witryn