في الكون ، يعيش كل جسم في وقته كما يعيش الجسيمات الأولية الرئيسية أيضًا. عمر معظم الجسيمات الأولية قصير جدًا.

وبعضها يتحلل فور ولادته ، ولهذا نطلق عليه اسم جسيمات غير مستقرة.

بعد وقت قصير ، تتحلل إلى ثبات: البروتونات والإلكترونات والنيوترينوات والفوتونات والجرافيتونات والجسيمات المضادة.

أهم الكائنات الدقيقة في مساحتنا القريبة - البروتونات والإلكترونات. قد تتكون بعض الأجزاء البعيدة من الكون من مادة مضادة ، وأهم الجسيمات سيكون هناك بروتون مضاد ومضاد للإلكترون (بوزيترون).

في المجموع ، تم اكتشاف عدة مئات من الجسيمات الأولية: البروتون (p) ، النيوترون (n) ، الإلكترون (e -) ، وكذلك الفوتون (g) ، pi-mesons (p) ، muons (m) ، النيوترونات من ثلاثة الأنواع (الإلكترونية ، muon v m ، مع lepton الخامسر) ، إلخ. من الواضح أنها ستجلب المزيد من الجسيمات الدقيقة الجديدة.

ظهور الجسيمات:

البروتونات والإلكترونات

يعود ظهور البروتونات والإلكترونات إلى حوالي عشرة مليارات سنة.

نوع آخر من الأجسام الدقيقة التي تلعب دورًا مهمًا في بنية الفضاء القريب هو النيوترونات ، والتي لها اسم شائع مع البروتون: النيوترونات. النيوترونات نفسها غير مستقرة ، فهي تتحلل بعد حوالي عشر دقائق من تكوينها. يمكن أن تكون مستقرة فقط في نواة الذرة. ينشأ عدد هائل من النيوترونات باستمرار في أعماق النجوم ، حيث تولد نوى الذرات من البروتونات.

نيوترينو

في الكون ، تحدث ولادة النيوترينوات باستمرار ، والتي تشبه الإلكترون ، ولكن بدون شحنة وبكتلة صغيرة. في عام 1936 ، تم اكتشاف مجموعة متنوعة من النيوترينوات: نيوترينوات الميون ، التي تنشأ أثناء تحول البروتونات إلى نيوترونات ، في أعماق النجوم فائقة الكتلة وأثناء تحلل العديد من الأجسام الدقيقة غير المستقرة. يولدون عندما تصطدم الأشعة الكونية في الفضاء بين النجوم.

نتج عن الانفجار العظيم ظهور عدد هائل من النيوترينوات والنيوترينوات الميونية. يتزايد عددهم في الفضاء باستمرار ، لأنهم لا يمتصهم أي مادة تقريبًا.

الفوتونات

مثل الفوتونات ، تملأ النيوترينوات والنيوترينوات الميونية الفضاء بأكمله. هذه الظاهرة تسمى "بحر النيوترينو".
منذ الانفجار العظيم ، بقي عدد كبير جدًا من الفوتونات ، والتي نسميها متخيلة أو أحفورة. إنها مليئة بكل الفضاء الخارجي ، وتواترها ، وبالتالي الطاقة في تناقص مستمر ، مع توسع الكون.

في الوقت الحاضر ، تشارك جميع الأجسام الكونية ، وبشكل أساسي النجوم والسدم ، في تكوين جزء الفوتون من الكون. تولد الفوتونات على سطح النجوم من طاقة الإلكترونات.

اتصال الجسيمات

في المرحلة الأولى من تكوين الكون ، كانت جميع الجسيمات الأولية الأساسية حرة. ثم لم تكن هناك نوى للذرات ولا كواكب ولا نجوم.

تشكلت الذرات ، ومن بينها الكواكب والنجوم وجميع المواد ، فيما بعد ، بعد مرور 300 ألف عام ، وبردت المادة المتوهجة بشكل كافٍ أثناء التوسع.

فقط النيوترينو والميون نيوترينو والفوتون لم يدخلوا في أي نظام: جاذبيةهم المتبادلة ضعيفة للغاية. لقد ظلوا جزيئات حرة.

حتى في المرحلة الأولى من تكوين الكون (300000 سنة بعد ولادته) ، تتحد البروتونات والإلكترونات الحرة في ذرات الهيدروجين (بروتون واحد وإلكترون واحد متصلان بقوة كهربائية).

يعتبر البروتون الجسيم الأساسي الرئيسيبشحنة +1 وكتلة 1.672 10 27 كجم (أقل بقليل من 2000 مرة أثقل من الإلكترون). تحولت البروتونات التي وجدت نفسها في نجم هائل تدريجيًا إلى "حديد" المبنى الرئيسي للكون. أطلق كل واحد منهم واحد في المائة من كتلة الراحة. في النجوم فائقة الكتلة ، التي تنكمش إلى أحجام صغيرة نتيجة جاذبيتها في نهاية حياتها ، يمكن للبروتون أن يفقد ما يقرب من خمس طاقته الساكنة (وبالتالي خُمس كتلته الساكنة).

من المعروف أن "الكتل الصغيرة للبناء" في الكون هي البروتونات والإلكترونات.

أخيرًا ، عندما يلتقي البروتون والبروتون المضاد ، لا ينشأ أي نظام ، ولكن يتم إطلاق كل طاقتهما الباقية في شكل فوتونات ().

يدعي العلماء أن هناك أيضًا جسيمات شبحية أساسية الجرافيتون تحمل تفاعل جاذبية مشابه للكهرومغناطيسية. ومع ذلك ، فقد تم إثبات وجود الجرافيتون نظريًا فقط.

وهكذا ، نشأت الجسيمات الأولية الرئيسية وتمثل الآن كوننا ، بما في ذلك الأرض: البروتونات ، والإلكترونات ، والنيوترونات ، والفوتونات ، والجرافيتونات والعديد من الأجسام الدقيقة المكتشفة وغير المكتشفة.

هذه الجسيمات الثلاثة (بالإضافة إلى الجسيمات الأخرى الموضحة أدناه) تتجاذب وتتنافر بشكل متبادل وفقًا لها شحنة، وهي أربعة أنواع فقط وفقًا لعدد قوى الطبيعة الأساسية. يمكن ترتيب الشحنات بترتيب تناقص القوى المقابلة على النحو التالي: شحنة اللون (قوى التفاعل بين الكواركات) ؛ الشحنة الكهربائية (القوى الكهربائية والمغناطيسية) ؛ شحنة ضعيفة (قوة في بعض العمليات المشعة) ؛ أخيرًا ، الكتلة (قوة الجاذبية ، أو تفاعل الجاذبية). كلمة "لون" هنا لا علاقة لها بلون الضوء المرئي ؛ إنها ببساطة سمة من سمات أقوى شحنة وأعظم القوى.

شحنة ثابر، بمعنى آخر. الشحنة التي تدخل النظام تساوي الشحنة التي تتركه. إذا كان إجمالي الشحنة الكهربائية لعدد معين من الجسيمات قبل تفاعلها ، على سبيل المثال ، 342 وحدة ، فعندئذٍ بعد التفاعل ، بغض النظر عن نتيجته ، ستكون مساوية لـ 342 وحدة. ينطبق هذا أيضًا على الشحنات الأخرى: اللون (شحنة التفاعل القوية) والضعيف والكتلة (الكتلة). تختلف الجسيمات في تهمها: فهي من حيث الجوهر هذه التهم. التهم ، كما كانت ، "شهادة" بالحق في الرد على القوة المقابلة. وبالتالي ، فإن الجسيمات الملونة فقط هي التي تتأثر بقوى اللون ، وتتأثر الجسيمات المشحونة كهربائيًا فقط بالقوى الكهربائية ، وما إلى ذلك. يتم تحديد خصائص الجسيم من خلال القوة الأكبر المؤثرة عليه. الكواركات فقط هي التي تحمل جميع الشحنات ، وبالتالي فهي تخضع لتأثير جميع القوى ، والتي يكون اللون هو المسيطر عليها. تحتوي الإلكترونات على جميع الشحنات باستثناء اللون ، والقوة المهيمنة بالنسبة لها هي القوة الكهرومغناطيسية.

الأكثر ثباتًا في الطبيعة هي ، كقاعدة عامة ، مجموعات محايدة من الجسيمات يتم فيها تعويض شحنة جزيئات إحدى العلامات من خلال الشحنة الكلية للجسيمات لعلامة أخرى. هذا يتوافق مع الحد الأدنى من الطاقة للنظام بأكمله. (وبالمثل ، يوجد قطبان مغناطيسيتان في خط ، مع القطب الشمالي لأحدهما مواجهًا للقطب الجنوبي للآخر ، وهو ما يتوافق مع الحد الأدنى من طاقة المجال المغناطيسي.) الجاذبية هي استثناء لهذه القاعدة: لا توجد كتلة سالبة. لا توجد جثث ستسقط.

أنواع المسائل

تتكون المادة العادية من الإلكترونات والكواركات ، مجمعة في أجسام ذات لون محايد ، ثم في شحنة كهربائية. يتم تحييد قوة اللون ، والتي ستتم مناقشتها بمزيد من التفصيل أدناه ، عندما يتم دمج الجسيمات في ثلاثة توائم. (ومن هنا جاء مصطلح "اللون" نفسه ، المأخوذ من علم البصريات: الألوان الأساسية الثلاثة ، عند مزجها ، تعطي اللون الأبيض.) وهكذا ، فإن الكواركات ، التي تكون قوة اللون هي القوة الرئيسية لها ، تشكل ثلاثة توائم. لكن الكواركات ، وتنقسم إلى ش-كواركات (من الإنجليزية إلى الأعلى) و د-كواركات (من الإنجليزية إلى الأسفل - أدنى) ، لديهم أيضًا شحنة كهربائية تساوي ش-كوارك ول د-كوارك. اثنين ش-كوارك واحد د- كوارك يعطي شحنة كهربائية +1 ويشكل بروتون واحد ش-كوارك واثنان د-الكواركات تعطي شحنة كهربائية صفرية وتشكل نيوترونا.

تشكل البروتونات والنيوترونات المستقرة ، التي تنجذب إلى بعضها البعض بواسطة قوى اللون المتبقية للتفاعل بين الكواركات المكونة لها ، نواة ذرية ذات لون محايد. لكن النوى تحمل شحنة كهربائية موجبة ، ومن خلال جذب الإلكترونات السالبة التي تدور حول النواة مثل الكواكب التي تدور حول الشمس ، فإنها تميل إلى تكوين ذرة محايدة. تُزال الإلكترونات الموجودة في مداراتها من النواة على مسافات أكبر بعشرات الآلاف من المرات من نصف قطر النواة - وهو دليل على أن القوى الكهربائية التي تحتجزها أضعف بكثير من تلك النووية. نظرًا لقوة التفاعل اللوني ، يتم وضع 99.945٪ من كتلة الذرة في نواتها. وزن ش- و د- الكواركات تساوي 600 ضعف كتلة الإلكترون. لذلك ، فإن الإلكترونات أخف وزنا وأكثر قدرة على الحركة من النوى. حركتهم في المادة تسبب ظواهر كهربائية.

هناك عدة مئات من الأنواع الطبيعية من الذرات (بما في ذلك النظائر) التي تختلف في عدد النيوترونات والبروتونات في النواة ، وبالتالي في عدد الإلكترونات في المدارات. أبسطها ذرة الهيدروجين ، وتتكون من نواة على شكل بروتون وإلكترون واحد يدور حولها. تتكون كل المواد "المرئية" في الطبيعة من ذرات وذرات "مفككة" جزئيًا ، تسمى أيونات. الأيونات هي ذرات ، بعد أن فقدت (أو اكتسبت) عددًا قليلاً من الإلكترونات ، أصبحت جسيمات مشحونة. المادة ، التي تتكون من أيون واحد تقريبًا ، تسمى البلازما. النجوم التي تحترق بسبب التفاعلات الحرارية النووية التي تحدث في المراكز تتكون أساسًا من البلازما ، وبما أن النجوم هي الشكل الأكثر شيوعًا للمادة في الكون ، يمكن القول أن الكون بأكمله يتكون أساسًا من البلازما. بتعبير أدق ، النجوم هي في الغالب هيدروجين غازي مؤين بالكامل ، أي مزيج من البروتونات والإلكترونات الفردية ، وبالتالي يتكون منه الكون المرئي بأكمله تقريبًا.

هذه مادة مرئية. لكن لا تزال هناك مادة غير مرئية في الكون. وهناك جسيمات تعمل كناقلات للقوى. هناك جسيمات مضادة وحالات مثارة لبعض الجسيمات. كل هذا يؤدي إلى وفرة مفرطة بشكل واضح من الجسيمات "الأولية". في هذه الوفرة ، يمكن للمرء أن يجد إشارة إلى الطبيعة الحقيقية والحقيقية للجسيمات الأولية والقوى المؤثرة فيما بينها. وفقًا لأحدث النظريات ، يمكن أن تكون الجسيمات أساسًا كائنات هندسية ممتدة - "خيوط" في الفضاء ذي الأبعاد العشرة.

عالم غير مرئي.

لا توجد مادة مرئية في الكون فقط (ولكن توجد أيضًا ثقوب سوداء و "مادة مظلمة" مثل الكواكب الباردة التي تصبح مرئية عند إضاءتها). هناك أيضًا مادة غير مرئية حقًا تتغلغل فينا جميعًا وفي الكون بأسره كل ثانية. إنه غاز سريع الحركة من نوع واحد من الجسيمات - نيوترينوات الإلكترون.

نيوترينو الإلكترون هو شريك الإلكترون ، لكن ليس له شحنة كهربائية. تحمل النيوترينوات ما يسمى بالشحنة الضعيفة فقط. كتلة سكونها ، في جميع الاحتمالات ، صفر. لكنهم يتفاعلون مع مجال الجاذبية ، لأن لديهم طاقة حركية ه، والذي يتوافق مع الكتلة الفعالة محسب معادلة آينشتاين ه = مولودية 2 ، أين جهي سرعة الضوء.

الدور الرئيسي للنيوترينو هو أنه يساهم في التحول و-كواركات في دالكواركات ، مما أدى إلى تحول البروتون إلى نيوترون. يلعب النيوترينو دور "إبرة المكربن" للتفاعلات النووية الحرارية النجمية ، حيث تتحد أربعة بروتونات (نوى الهيدروجين) لتكوين نواة الهيليوم. ولكن نظرًا لأن نواة الهليوم لا تتكون من أربعة بروتونات ، بل تتكون من بروتونين ونيوترونين ، فمن الضروري لمثل هذا الاندماج النووي أن و-كواركات تحولت إلى قسمين د-كوارك. تحدد شدة التحول مدى سرعة احتراق النجوم. وتتحدد عملية التحول من خلال الشحنات الضعيفة وقوى التفاعل الضعيف بين الجسيمات. حيث و- كوارك (شحنة كهربائية +2/3 ، شحنة ضعيفة +1/2) ، تتفاعل مع إلكترون (شحنة كهربائية - 1 ، شحنة ضعيفة -1/2) ، تتشكل د-كوارك (شحنة كهربائية -1/3 ، شحنة ضعيفة -1/2) ونيوترينو إلكترون (شحنة كهربائية 0 ، شحنة ضعيفة +1/2). تلغي شحنات اللون (أو الألوان) للكواركين في هذه العملية بدون النيوترينو. يتمثل دور النيوترينو في التخلص من الشحنة الضعيفة غير المعوضة. لذلك ، فإن معدل التحول يعتمد على مدى ضعف القوى الضعيفة. إذا كانوا أضعف مما هم عليه ، فلن تحترق النجوم على الإطلاق. إذا كانوا أقوى ، لكانت النجوم قد احترقت منذ فترة طويلة.

لكن ماذا عن النيوترينوات؟ نظرًا لأن هذه الجسيمات تتفاعل بشكل ضعيف للغاية مع المواد الأخرى ، فإنها تترك على الفور النجوم التي ولدت فيها. تتألق جميع النجوم ، وتنبعث منها نيوترينوات ، وتتألق النيوترينوات عبر أجسامنا والأرض بأكملها ليلًا ونهارًا. لذلك يتجولون في الكون ، حتى يدخلوا ، ربما ، في تفاعل جديد لـ STAR).

ناقلات التفاعل.

ما الذي يسبب القوى التي تعمل بين الجسيمات عن بعد؟ أجوبة الفيزياء الحديثة: بسبب تبادل الجسيمات الأخرى. تخيل اثنين من المتزلجين يقذفون الكرة. إعطاء الكرة الزخم عند رميها وتلقي الزخم بالكرة المستلمة ، يحصل كلاهما على دفعة في الاتجاه من بعضهما البعض. هذا يمكن أن يفسر ظهور قوى التنافر. لكن في ميكانيكا الكم ، التي تأخذ في الاعتبار الظواهر في العالم الصغير ، يُسمح بتمديد الأحداث وإلغاء تحديد موقعها بشكل غير عادي ، مما يؤدي ، على ما يبدو ، إلى المستحيل: أحد المتزلجين يرمي الكرة في الاتجاه منالآخر ، لكن الواحد مع ذلك يمكنامسك هذه الكرة. ليس من الصعب تخيل أنه إذا كان هذا ممكنًا (وفي عالم الجسيمات الأولية يكون ممكنًا) ، سيكون هناك تجاذب بين المتزلجين.

الجسيمات ، بسبب التبادل الذي تنشأ فيه قوى التفاعل بين "جسيمات المادة" الأربعة التي تمت مناقشتها أعلاه ، تسمى جسيمات المقاييس. كل من التفاعلات الأربعة - القوية والكهرومغناطيسية والضعيفة والجاذبية - لها مجموعتها الخاصة من جسيمات القياس. الجسيمات الحاملة للتفاعل القوي هي الغلوونات (لا يوجد سوى ثمانية منهم). الفوتون هو ناقل للتفاعل الكهرومغناطيسي (إنه واحد ، ونحن ندرك الفوتونات كضوء). الجسيمات الحاملة للتفاعل الضعيف هي بوزونات متجهة وسيطة (تم اكتشافها في 1983 و 1984 دبليو + -, دبليو- بوزونات ومحايدة ض-بوسون). لا يزال حامل الجسيمات لتفاعل الجاذبية عبارة عن جرافيتون افتراضي (يجب أن يكون واحدًا). كل هذه الجسيمات ، باستثناء الفوتون والجرافيتون ، التي يمكنها السفر لمسافات طويلة بلا حدود ، توجد فقط في عملية التبادل بين جسيمات المادة. تملأ الفوتونات الكون بالضوء ، والجرافيتونات - بموجات الجاذبية (لم يتم الكشف عنها بعد على وجه اليقين).

يقال إن الجسيم القادر على إصدار جسيمات قياس يكون محاطًا بمجال قوة مناسب. وبالتالي ، فإن الإلكترونات القادرة على إصدار الفوتونات محاطة بمجالات كهربائية ومغناطيسية ، فضلاً عن مجالات ضعيفة وجاذبية. الكواركات محاطة أيضًا بكل هذه المجالات ، ولكن أيضًا بمجال التفاعل القوي. تتأثر الجسيمات ذات الشحنات اللونية في مجال قوى اللون بقوة اللون. الأمر نفسه ينطبق على قوى الطبيعة الأخرى. لذلك ، يمكننا القول أن العالم يتكون من مادة (جزيئات مادية) وحقل (جسيمات قياس). المزيد عن هذا أدناه.

المادة المضادة.

يتوافق كل جسيم مع جسيم مضاد ، يمكن للجسيم أن يقضي عليه بشكل متبادل ، أي "يبيد" ، ونتيجة لذلك يتم إطلاق الطاقة. ومع ذلك ، فإن الطاقة "النقية" في حد ذاتها لا وجود لها ؛ نتيجة للإبادة ، تظهر جسيمات جديدة (على سبيل المثال ، الفوتونات) تحمل هذه الطاقة.

يمتلك الجسيم المضاد في معظم الحالات خصائص معاكسة فيما يتعلق بالجسيم المقابل: إذا تحرك الجسيم إلى اليسار تحت تأثير المجالات القوية أو الضعيفة أو الكهرومغناطيسية ، فإن جسيمه المضاد سينتقل إلى اليمين. باختصار ، يحتوي الجسيم المضاد على علامات معاكسة لجميع الشحنات (باستثناء شحنة الكتلة). إذا كان الجسيم مركبًا ، مثل النيوترون على سبيل المثال ، فإن الجسيم المضاد يتكون من مكونات لها علامات شحنة معاكسة. وبالتالي ، فإن شحنة الإلكترون المضادة لها شحنة كهربائية +1 ، وهي شحنة ضعيفة بمقدار +1/2 ويسمى بوزيترون. يتكون antineutron من و-أنتيكواركس بشحنة كهربائية –2/3 و د-أنتيكواركس بشحنة كهربائية +1/3. الجسيمات المحايدة حقًا هي جسيماتها المضادة: فالجسيم المضاد للفوتون هو الفوتون.

وفقًا للمفاهيم النظرية الحديثة ، يجب أن يكون لكل جسيم موجود في الطبيعة جسيم مضاد خاص به. وقد تم بالفعل الحصول على العديد من الجسيمات المضادة ، بما في ذلك البوزيترونات والنيوترونات المضادة ، في المختبر. إن عواقب ذلك مهمة للغاية وتكمن وراء الفيزياء التجريبية الكاملة للجسيمات الأولية. وفقًا لنظرية النسبية ، الكتلة والطاقة متكافئان ، وفي ظل ظروف معينة ، يمكن تحويل الطاقة إلى كتلة. نظرًا للحفاظ على الشحنة وشحنة الفراغ (الفضاء الفارغ) صفرًا ، يمكن لأي زوج من الجسيمات والجسيمات المضادة (بدون شحنة صافية صفرية) أن ينبثق من الفراغ ، مثل الأرانب من قبعة الساحر ، طالما أن الطاقة كافية لتكوينها. كتلة.

أجيال من الجسيمات.

أظهرت تجارب المسرعات أن الرباعي (الرباعي) لجسيمات المادة يتكرر مرتين على الأقل عند قيم كتلة أعلى. في الجيل الثاني ، يحتل الميون مكان الإلكترون (مع كتلة أكبر بحوالي 200 مرة من كتلة الإلكترون ، ولكن بنفس قيم جميع الشحنات الأخرى) ، يكون مكان النيوترينو الإلكتروني هو الميون (الذي يصاحب الميون في التفاعلات الضعيفة بنفس الطريقة التي يصاحب بها الإلكترون نيوترينو الإلكترون) ، ضع و-كوارك يحتل مع-كوارك ( سحر)، أ د-كوارك - س-كوارك ( غريب). في الجيل الثالث ، تتكون الرباعية من تاو ليبتون ، ونيوترينو تاو ، ر-كوارك و ب-كوارك.

وزن ر- تساوي كتلة الكوارك 500 مرة كتلة الأخف وزنا - د-كوارك. لقد ثبت تجريبياً أن هناك ثلاثة أنواع فقط من النيوترينوات الخفيفة. وبالتالي ، فإن الجيل الرابع من الجسيمات إما غير موجود على الإطلاق ، أو أن النيوترينوات المقابلة لها ثقيلة جدًا. هذا يتوافق مع البيانات الكونية ، والتي وفقًا لها لا يمكن أن يكون هناك أكثر من أربعة أنواع من النيوترينوات الخفيفة.

في التجارب التي أجريت على الجسيمات عالية الطاقة ، يعمل الإلكترون والميون وتاو ليبتون والنيوترينوات المقابلة كجسيمات منفصلة. لا تحمل شحنة لونية وتدخل فقط في تفاعلات كهرومغناطيسية ضعيفة. جماعيا ما يطلق عليهم اللبتونات.

الجدول 2. أجيال من الجسيمات الأساسية
جسيم	بقية الكتلة ، MeV / مع 2	الشحنة الكهربائية	تهمة اللون	ضعف الشحن
الجيل الثاني
مع-كوارك	1500	+2/3	أحمر أو أخضر أو ​​أزرق	+1/2
س-كوارك	500	–1/3	نفس	–1/2
نيوترينو ميون		0	0	+1/2
مون	106	0	0	–1/2
الجيل الثالث
ر-كوارك	30000–174000	+2/3	أحمر أو أخضر أو ​​أزرق	+1/2
ب-كوارك	4700	–1/3	نفس	–1/2
نيوترينو تاو		0	0	+1/2
تاو	1777	–1	0	–1/2

من ناحية أخرى ، تتحد الكواركات ، تحت تأثير قوى اللون ، في جسيمات شديدة التفاعل تهيمن على معظم التجارب في فيزياء الطاقة العالية. تسمى هذه الجسيمات هدرونات. وهي تشمل فئتين فرعيتين: باريونات(مثل البروتون والنيوترون) ، والتي تتكون من ثلاثة كواركات ، و الميزوناتتتكون من كوارك وكوارك مضاد. في عام 1947 ، تم اكتشاف الميزون الأول ، المسمى بيون (أو بي ميسون) ، في الأشعة الكونية ، وكان يعتقد لبعض الوقت أن تبادل هذه الجسيمات كان السبب الرئيسي للقوى النووية. تم اكتشاف أوميغا ناقص الهادرونات في عام 1964 في مختبر بروكهافن الوطني (الولايات المتحدة الأمريكية) ، وجسيم j-psy ( ي/ذ-meson) ، تم اكتشافه في وقت واحد في Brookhaven وفي مركز ستانفورد للمسرعات الخطية (أيضًا في الولايات المتحدة) في عام 1974. وقد توقع M. Gell-Mann وجود جسيم أوميغا ناقص في ما يسمى " SU 3-نظرية "(اسم آخر هو" الطريقة الثمانية ") ، حيث تم اقتراح إمكانية وجود الكواركات لأول مرة (وأطلق عليها هذا الاسم). بعد عقد من الزمن ، تم اكتشاف الجسيم ي/ذأكد الوجود مع-كوارك وأخيراً جعل الجميع يؤمنون بنموذج الكوارك والنظرية التي تجمع بين القوى الكهرومغناطيسية والقوى الضعيفة ( انظر أدناه).

جسيمات الجيل الثاني والثالث ليست أقل واقعية من تلك الموجودة في الأجيال الأولى. صحيح ، بعد أن نشأت ، فإنها تتحلل في المليون أو المليار من الثانية إلى جسيمات عادية من الجيل الأول: إلكترون ، ونيوترينو إلكترون ، وأيضًا و- و د-جسيمات دون الذرية. لا يزال السؤال عن سبب وجود عدة أجيال من الجسيمات في الطبيعة لغزا.

غالبًا ما يتم الحديث عن أجيال مختلفة من الكواركات واللبتونات (وهو بالطبع غريب الأطوار إلى حد ما) على أنها "نكهات" مختلفة من الجسيمات. وتسمى الحاجة إلى شرحها مشكلة "النكهة".

البوزونات والخيوط والحقل والمواد

أحد الاختلافات الأساسية بين الجسيمات هو الفرق بين البوزونات والفرميونات. جميع الجسيمات مقسمة إلى هاتين الفئتين الرئيسيتين. مثل البوزونات يمكن أن تتداخل أو تتداخل ، لكن مثل الفرميونات لا تستطيع ذلك. يحدث التراكب (أو لا يحدث) في حالات الطاقة المنفصلة التي تقسم إليها ميكانيكا الكم الطبيعة. هذه الحالات هي ، كما كانت ، خلايا منفصلة يمكن وضع الجسيمات فيها. لذا ، في خلية واحدة يمكنك وضع أي عدد من البوزونات المتطابقة ، لكن فرميون واحد فقط.

على سبيل المثال ، فكر في مثل هذه الخلايا ، أو "الحالات" ، للإلكترون الذي يدور حول نواة الذرة. على عكس كواكب النظام الشمسي ، وفقًا لقوانين ميكانيكا الكم ، لا يمكن للإلكترون أن يدور في أي مدار إهليلجي ، لأنه لا يوجد سوى عدد منفصل من "حالات الحركة" المسموح بها. تسمى مجموعات من هذه الحالات ، مجمعة وفقًا للمسافة من الإلكترون إلى النواة المدارات. في المدار الأول ، توجد حالتان لهما عزم زاوي مختلف ، وبالتالي ، خليتان مسموح بهما ، وفي المدارات الأعلى ، ثماني خلايا أو أكثر.

نظرًا لأن الإلكترون هو فيرميون ، يمكن أن تحتوي كل خلية على إلكترون واحد فقط. من هذا يتبع نتائج مهمة للغاية - الكيمياء بأكملها ، حيث يتم تحديد الخصائص الكيميائية للمواد من خلال التفاعلات بين الذرات المقابلة. إذا مررت بالنظام الدوري للعناصر من ذرة إلى أخرى من أجل زيادة عدد البروتونات في النواة لكل وحدة (سيزداد عدد الإلكترونات أيضًا وفقًا لذلك) ، فإن أول إلكترونين سيحتلان المدار الأول ، الثمانية التالية ستكون موجودة في الثانية ، إلخ. هذا التغيير المتتالي في التركيب الإلكتروني للذرات من عنصر إلى عنصر يحدد الانتظام في خواصها الكيميائية.

إذا كانت الإلكترونات بوزونات ، فإن كل إلكترونات الذرة يمكن أن تشغل نفس المدار المقابل للحد الأدنى من الطاقة. في هذه الحالة ، ستكون خصائص كل مادة في الكون مختلفة تمامًا ، وفي الشكل الذي نعرفه ، سيكون الكون مستحيلًا.

جميع اللبتونات - الإلكترون ، والميون ، والتاو-ليبتون والنيوترينو المقابل لها - هي فرميونات. يمكن قول الشيء نفسه عن الكواركات. وبالتالي ، فإن جميع الجسيمات التي تشكل "المادة" ، وهي المادة الحشو الرئيسية للكون ، وكذلك النيوترينوات غير المرئية ، هي الفرميونات. هذا مهم للغاية: لا يمكن للفرميونات أن تتحد ، لذا ينطبق الأمر نفسه على الأشياء في العالم المادي.

في الوقت نفسه ، يتم تبادل جميع "جسيمات المقاييس" بين جسيمات المادة المتفاعلة والتي تخلق مجالًا من القوى ( أنظر فوق) ، هي بوزونات ، وهي أيضًا مهمة جدًا. لذلك ، على سبيل المثال ، يمكن أن تكون العديد من الفوتونات في نفس الحالة ، وتشكل مجالًا مغناطيسيًا حول مغناطيس أو مجالًا كهربائيًا حول شحنة كهربائية. بفضل هذا ، الليزر ممكن أيضًا.

غزل.

يرتبط الفرق بين البوزونات والفرميونات بخاصية أخرى للجسيمات الأولية - الى الخلف. قد يبدو هذا مفاجئًا ، لكن كل الجسيمات الأساسية لها زخمها الزاوي الخاص بها ، أو بعبارة أخرى ، تدور حول محورها. الزخم الزاوي هو سمة من سمات الحركة الدورانية ، تمامًا مثل الزخم الكلي للحركة الانتقالية. في أي تفاعل ، يتم الحفاظ على الزخم الزاوي والزخم.

في العالم المصغر ، يكون الزخم الزاوي كميًا ، أي يأخذ قيمًا منفصلة. في الوحدات المناسبة ، يكون دوران اللبتونات والكواركات يساوي 1/2 ، وجسيمات القياس لها دوران يساوي 1 (باستثناء الجرافيتون ، الذي لم يتم ملاحظته بعد تجريبيًا ، ولكن نظريًا يجب أن يكون له دوران يساوي 2). نظرًا لأن اللبتونات والكواركات عبارة عن فرميونات ، وجسيمات القياس هي بوزونات ، فيمكن افتراض أن "الفرميونية" مرتبطة بالدوران 1/2 ، و "البوزونية" مرتبطة بالدوران 1 (أو 2). في الواقع ، تؤكد كل من التجربة والنظرية أنه إذا كان للجسيم دوران نصف عدد صحيح ، فإنه يكون فيرميونًا ، وإذا كان عددًا صحيحًا ، فهو بوزون.

نظريات القياس والهندسة

في جميع الأحوال ، تنشأ القوى بسبب تبادل البوزونات بين الفرميونات. وهكذا ، فإن القوة اللونية للتفاعل بين كواركين (كواركات - فرميونات) تنشأ بسبب تبادل الغلوونات. يحدث مثل هذا التبادل باستمرار في البروتونات والنيوترونات والنواة الذرية. بالطريقة نفسها ، تخلق الفوتونات المتبادلة بين الإلكترونات والكواركات قوى جذب كهربائية تحمل الإلكترونات في ذرة ، وتخلق البوزونات المتجهية الوسيطة المتبادلة بين اللبتونات والكواركات قوى تفاعل ضعيفة مسؤولة عن تحويل البروتونات إلى نيوترونات أثناء التفاعلات النووية الحرارية في النجوم.

إن نظرية مثل هذا التبادل أنيقة وبسيطة وربما صحيحة. يدعي نظرية القياس. لكن في الوقت الحالي ، لا يوجد سوى نظريات قياس مستقلة للتفاعلات القوية والضعيفة والكهرومغناطيسية ونظريات قياس الجاذبية مشابهة لها ، على الرغم من اختلافها في بعض النواحي. واحدة من أهم المشاكل الفيزيائية هي اختزال هذه النظريات المنفصلة في نظرية واحدة وفي نفس الوقت بسيطة ، حيث ستصبح جميعها جوانب مختلفة لواقع واحد - مثل جوانب البلورة.

الجدول 3. بعض الهادرونات

الجدول 3. بعض الهادرونات
جسيم	رمز	تكوين كوارك *	الراحة، MeV / مع 2	الشحنة الكهربائية
باريونات
بروتون	ص	UUD	938	+1
نيوترون	ن	عود	940	0
أوميغا ناقص	ث-	sss	1672	–1
ميزون
بي بلس	ص +	ش	140	+1
بي ناقص	ص –	دو	140	–1
فاي	F	sє	1020	0
JPS	ي/ ذ	ج	3100	0
ابسيلون	Ў	ب	9460	0
* تكوين الكوارك: ش- العلوي د- أدنى؛ س- غريب؛ ج- مسحور ب- جميلة. يشير الخط الموجود فوق الحرف إلى الكواركات المضادة.

أبسط وأقدم نظريات القياس هي نظرية قياس التفاعل الكهرومغناطيسي. في ذلك ، تتم مقارنة (معايرة) شحنة الإلكترون بشحنة إلكترون آخر بعيد عنها. كيف يمكن مقارنة الرسوم؟ يمكنك ، على سبيل المثال ، تقريب الإلكترون الثاني من الأول ومقارنة قوى التفاعل بينهما. لكن ألا تتغير شحنة الإلكترون عندما ينتقل إلى نقطة أخرى في الفضاء؟ الطريقة الوحيدة للتحقق هي إرسال إشارة من الإلكترون القريب إلى الإلكترون البعيد ومعرفة كيفية تفاعله. الإشارة عبارة عن جسيم قياس - فوتون. من أجل التمكن من فحص الشحنة على الجسيمات البعيدة ، يلزم وجود فوتون.

رياضيا ، تتميز هذه النظرية بالدقة الشديدة والجمال. من "مبدأ القياس" الموصوف أعلاه ، تتبع جميع الديناميكا الكهربية الكمية (النظرية الكمومية للكهرومغناطيسية) ، بالإضافة إلى نظرية ماكسويل في المجال الكهرومغناطيسي ، أحد أعظم الإنجازات العلمية في القرن التاسع عشر.

لماذا مثل هذا المبدأ البسيط مثمر للغاية؟ على ما يبدو ، فإنه يعبر عن ارتباط معين لأجزاء مختلفة من الكون ، مما يسمح بالقياسات في الكون. في المصطلحات الرياضية ، يتم تفسير الحقل هندسيًا على أنه انحناء لمساحة "داخلية" يمكن تصورها. قياس الشحنة هو قياس "الانحناء الداخلي" الكلي حول الجسيم. تختلف نظريات قياس التفاعلات القوية والضعيفة عن نظرية المقياس الكهرومغناطيسي فقط في "البنية" الهندسية الداخلية للشحنة المقابلة. تتم الإجابة على السؤال الخاص بمكان هذا الفضاء الداخلي بالضبط من خلال نظريات المجال الموحد متعددة الأبعاد ، والتي لم يتم النظر فيها هنا.

الجدول 4. التفاعلات الأساسية
التفاعل	الشدة النسبية على مسافة 10-13 سم	نصف قطر العمل	ناقل التفاعل	كتلة راحة الناقل ، MeV / مع 2	دوران الناقل
قوي	1		غلوون	0	1
الكهربائية- مغناطيسي	0,01	Ґ	الفوتون	0	1
ضعيف	10 –13		دبليو +	80400	1
			دبليو –	80400	1
			ض 0	91190	1
الجاذبية- معقول	10 –38	Ґ	جرافيتون	0	2

فيزياء الجسيمات الأولية لم تكتمل بعد. لا يزال من غير الواضح ما إذا كانت البيانات المتاحة كافية لفهم طبيعة الجسيمات والقوى بشكل كامل ، وكذلك الطبيعة الحقيقية وأبعاد المكان والزمان. هل نحتاج إلى تجارب مع طاقات 10 15 GeV لهذا ، أم أن جهد الفكر سيكون كافياً؟ لا يوجد اجابة بعد. لكن يمكننا القول بثقة أن الصورة النهائية ستكون بسيطة وأنيقة وجميلة. من الممكن ألا يكون هناك الكثير من الأفكار الأساسية: مبدأ القياس ، والمساحات ذات الأبعاد الأعلى ، والانهيار والتوسع ، وقبل كل شيء ، الهندسة.

719. قانون حفظ الشحنة الكهربائية

720- جثث مشحونة بشحنات كهربائية بعلامات مختلفة ...

هم منجذبون لبعضهم البعض.

721. كرات معدنية متطابقة مشحونة بشحنات متقابلة q 1 = 4q و q 2 = -8q ملامسة ومباعدة إلى نفس المسافة. كل كرة لها شحنة

س 1 \ u003d -2q و ف 2 \ u003d -2q

723. القطرة التي لها شحنة موجبة (+ 2 هـ) تفقد إلكترونًا واحدًا عند إضاءتها. أصبحت شحنة الانخفاض مساوية لـ

724. كرات معدنية متطابقة مشحونة بشحنات q 1 = 4q ، q 2 = - 8q و q 3 = - 2q ملامسة ومباعدة إلى نفس المسافة. سيكون لكل من الكرات تهمة

q 1 = - 2q ، q 2 = - 2q و q 3 = - 2q

725. تم إحضار كرات معدنية متطابقة مشحونة بالشحن q 1 \ u003d 5q و q 2 \ u003d 7q وتم تحريكها بعيدًا عن نفس المسافة ، ثم تم توصيل الكرات الثانية والثالثة بالشحنة q 3 \ u003d -2q وابتعدوا عن نفس المسافة. سيكون لكل من الكرات تهمة

س 1 = 6 س ، س 2 = 2 س ، ف 3 = 2 س

726. كرات معدنية متطابقة مشحونة بالشحن q 1 = - 5q و q 2 = 7q تم ملامستها وتم تحريكها بعيدًا عن نفس المسافة ، ثم تم ملامسة الكرتين الثانية والثالثة بشحنة q 3 = 5q وتم فصلهما عن بعضهما على نفس المسافة. سيكون لكل من الكرات تهمة

q 1 \ u003d 1q ، q 2 \ u003d 3q و q 3 \ u003d 3q

727. هناك أربع كرات معدنية متطابقة بشحنات q 1 = 5q ، q 2 = 7q ، q 3 = -3q و q 4 = -1q. أولاً ، تم التلامس بين الشحنتين q 1 و q 2 (نظام شحن واحد) وتم فصلهما عن نفس المسافة ، ثم تم الاتصال بالشحنات q 4 و q 3 (نظام الشحن الثاني). ثم أخذوا شحنة واحدة من كل من النظام 1 و 2 وقاموا بتطعيمهم في التلامس وفصلهم عن نفس المسافة. هاتان الكرتان سيكون لهما شحنة

728. هناك أربع كرات معدنية متطابقة بشحنات q 1 = -1q ، q 2 = 5q ، q 3 = 3q و q 4 = -7q. أولاً ، تم التلامس بين الشحنتين q 1 و q 2 (نظام شحن واحد) وتم فصلهما عن نفس المسافة ، ثم تم الاتصال بالشحنات q 4 و q 3 (نظامان للشحن). ثم أخذوا شحنة واحدة من النظام 1 و 2 وجعلوهما على اتصال وفصلوا بينهما إلى نفس المسافة. هاتان الكرتان سيكون لهما شحنة

729. في الذرة الشحنة الموجبة لها

نواة.

730. ثمانية إلكترونات تتحرك حول نواة ذرة أكسجين. عدد البروتونات في نواة ذرة الأكسجين هو

731. الشحنة الكهربائية للإلكترون تساوي

-1.6 10 -19 ج.

732. الشحنة الكهربية للبروتون تساوي

1.6 10 - 19 ج.

733. تحتوي نواة ذرة الليثيوم على 3 بروتونات. إذا كانت هناك 3 إلكترونات تدور حول النواة ، إذن

الذرة محايدة كهربائيا.

734. يوجد في نواة الفلور 19 جسيمًا ، 9 منها بروتونات. عدد النيوترونات في النواة وعدد الإلكترونات في ذرة الفلور المحايدة

نيوترونات و 9 إلكترونات.

735. إذا كان عدد البروتونات في أي جسم أكبر من عدد الإلكترونات ، فإن الجسم ككل

موجب الشحنة.

736. فقدت قطرة بشحنة موجبة قدرها + 3 e إلكترونين أثناء التشعيع. أصبحت شحنة الانخفاض مساوية لـ

8 10-19 سل.

737. تحمل الشحنة السالبة في الذرة

صدَفَة.

738. إذا تحولت ذرة الأكسجين إلى أيون موجب ، فإنها إذن

فقد إلكترون.

739. له كتلة كبيرة

أيون الهيدروجين السالب.

740. نتيجة للاحتكاك ، تمت إزالة 5 10 10 إلكترونات من سطح قضيب الزجاج. شحنة كهربائية على عصا

(هـ = -1.6 10 -19 درجة مئوية)

8 10-9 سل.

741. نتيجة للاحتكاك ، تلقت عصا ابونيت 5 10 10 إلكترونات. شحنة كهربائية على عصا

(هـ = -1.6 10 -19 درجة مئوية)

-8 10-9 سل.

742. قوة تفاعل كولوم لشحنات كهربائية ذات نقطتين مع انخفاض في المسافة بينهما بمقدار ضعفين

سيزيد 4 مرات.

743. قوة تفاعل كولوم لشحنات كهربائية ذات نقطتين مع انخفاض في المسافة بينهما بمقدار 4 مرات

ستزيد بمقدار 16 مرة.

744. تعمل الشحنات الكهربائية ذات النقطتين على بعضها البعض وفقًا لقانون كولوم بقوة 1N. إذا زادت المسافة بينهما بمقدار مرتين ، فإن قوة تفاعل كولوم لهذه الشحنات تصبح مساوية لها

745. تعمل شحنتان نقطيتان على بعضها البعض بقوة 1N. إذا زادت قيمة كل من الشحنات بمقدار 4 مرات ، فإن قوة تفاعل كولوم تصبح مساوية لها

746. قوة التفاعل بين شحنتين نقطتين هي 25 N. إذا تم تقليل المسافة بينهما بمعامل 5 ، فإن قوة التفاعل بين هذه الشحنات تصبح مساوية لـ

747. قوة تفاعل كولوم لشحنتين نقطيتين مع زيادة المسافة بينهما بمقدار ضعفين

سوف ينخفض ​​بمقدار 4 مرات.

748. قوة تفاعل كولوم لشحنات كهربائية ذات نقطتين مع زيادة المسافة بينهما بمقدار 4 مرات

سوف تنخفض بمقدار 16 مرة.

749 ـ صيغة قانون كولوم

.

750. إذا تم التلامس مع كرتين معدنيتين متطابقتين بشحنات + q و + q وتم تحريكهما بعيدًا إلى نفس المسافة ، فإن معامل قوة التفاعل

لن تتغير.

751. إذا تم التلامس مع كرتين معدنيتين متطابقتين بشحنات + q و -q وتم تحريكهما بعيدًا عن نفس المسافة ، فإن قوة التفاعل

سيصبح 0.

752. شحنتان تتفاعلان في الهواء. إذا تم وضعهم في الماء (ε = 81) ، دون تغيير المسافة بينهم ، فإن قوة تفاعل كولوم

سوف تنخفض بمقدار 81 مرة.

753- قوة التداخل بين شحنتين 10 nC لكل منهما ، تقعان في الهواء على مسافة 3 سم من بعضهما البعض ، تساوي

()

754. شحنتان مقدارها 1 μC و 10 nC تتفاعل في الهواء بقوة 9 mN على مسافة

()

755. يتنافر إلكترونان على مسافة 3 10-8 سم من بعضهما البعض ؛ ه \ u003d - 1.6 10 -19 درجة مئوية)

2.56 10 -9 ن.

756

تقليل 9 مرات.

757- تبلغ شدة المجال عند نقطة ما 300 N / C. إذا كانت الشحنة 1 10 -8 C ، فإن المسافة إلى النقطة

()

758. إذا زادت المسافة من الشحنة النقطية التي تولد مجالًا كهربائيًا بمقدار 5 مرات ، فإن شدة المجال الكهربائي

سوف تنخفض بمقدار 25 مرة.

759. شدة مجال شحنة نقطية عند نقطة ما 4 N / C. إذا تم مضاعفة المسافة من الشحنة ، تصبح الشدة مساوية لـ

760. حدد معادلة قوة المجال الكهربائي في الحالة العامة.

761- تدوين رياضي لمبدأ تراكب المجالات الكهربائية

762. حدد صيغة شدة الشحنة الكهربائية Q

.

763- وحدة قياس شدة المجال الكهربائي عند النقطة التي توجد فيها الشحنة

1 10-10 C يساوي 10 V / م. القوة المؤثرة على الشحنة هي

1 10-9 ن.

765. إذا تم توزيع شحنة مقدارها 4 10 -8 C على سطح كرة معدنية نصف قطرها 0.2 m ، فإن كثافة الشحنة

2.5 10-7 ج / م 2.

766. في مجال كهربائي موحد موجه رأسيًا ، توجد بقعة من الغبار كتلتها 1 · 10 -9 جم وشحنة تبلغ 3.2 · 10-17 درجة مئوية. إذا كانت قوة جاذبية حبة غبار متوازنة بقوة المجال الكهربائي ، فإن شدة المجال تساوي

3 10 5 N / C.

767. عند ثلاثة رؤوس لمربع طول ضلعه 0.4 متر ، توجد شحنات موجبة متطابقة مقدارها 5 10 -9 درجة مئوية لكل منها. أوجد الشد عند الرأس الرابع

() 540 N / Cl.

768. إذا كانت شحنتان 5 10-9 و 6 10-9 C ، بحيث تتنافران بقوة 12 10-4 N ، فإنهما على مسافة

768

ستزيد 8 مرات.

النقصان.

770. ناتج شحنة الإلكترون والجهد له البعد

طاقة.

771. الإمكانات عند النقطة A للمجال الكهربائي هي 100V ، والإمكانات عند النقطة B هي 200V. الشغل الذي تقوم به قوى المجال الكهربائي عند تحريك شحنة مقدارها 5 mC من النقطة A إلى النقطة B هو

-0.5 ج.

772. جسيم شحنة + q وكتلة m ، يقع عند نقاط مجال كهربائي بكثافة E وإمكاناته ، له تسارع

773. يتحرك الإلكترون في مجال كهربائي موحد على طول خط توتر من نقطة ذات جهد أعلى إلى نقطة ذات جهد أقل. في نفس الوقت سرعته

في ازدياد.

774. تفقد الذرة التي تحتوي على بروتون واحد في النواة إلكترونًا واحدًا. هذا يصنع

أيون الهيدروجين.

775. يتكون المجال الكهربائي في الفراغ من شحنات موجبة من أربع نقاط موضوعة عند رؤوس مربع مع ضلع أ. الإمكانات الموجودة في وسط المربع هي

776. إذا انخفضت المسافة من شحنة نقطية 3 مرات ، فإن احتمالية المجال

سيزيد 3 مرات.

777

778. تم نقل الشحنة q من نقطة مجال إلكتروستاتيكي إلى نقطة ذات جهد. أي من الصيغ التالية:

1) 2) ; 3) يمكنك العثور على عمل لتحريك الشحنة.

779- في مجال كهربائي موحد بقوة 2 N / C ، تتحرك شحنة مقدارها 3 C على طول خطوط مجال القوة على مسافة 0.5 متر. عمل قوى المجال الكهربائي في تحريك الشحنة هو

780. يتكون المجال الكهربائي من أربع شحنات نقطية بأسماء متقابلة موضوعة عند رؤوس مربع مع ضلع أ. الشحنات التي تحمل الاسم نفسه موجودة في رؤوس متقابلة. الإمكانات الموجودة في وسط المربع هي

781. فرق الجهد بين النقاط الواقعة على نفس خط المجال على مسافة 6 سم من بعضها البعض هو 60 فولت. إذا كان المجال موحدًا ، فإن شدته تساوي

782- وحدة فرق الجهد

1 فولت \ u003d 1 جول / 1 ج.

783. دع الشحنة تتحرك في مجال منتظم مع شدة E = 2 V / m على طول خط القوة 0.2 m أوجد الفرق بين هذه القوى.

U = 0.4 فولت.

784- وفقًا لفرضية بلانك ، فإن الجسم الأسود تمامًا يشع الطاقة

في أجزاء.

785. يتم تحديد طاقة الفوتون بواسطة الصيغة

1. E = pс 2. E = hv / c 3. ه = ح 4. E = mc 2. 5. ه = hv. 6.E = hc /

1, 4, 5, 6.

786- إذا تضاعفت طاقة الكم ، فإن تردد الإشعاع

بنسبة 2 مرات.

787. إذا سقطت فوتونات بطاقة 6 إلكترون فولت على سطح صفيحة تنجستن ، فإن الطاقة الحركية القصوى للإلكترونات التي خرجت منها هي 1.5 إلكترون فولت. الحد الأدنى من طاقة الفوتون التي يكون فيها التأثير الكهروضوئي ممكنًا للتنغستن هو:

788- البيان صحيح:

1. سرعة الفوتون أكبر من سرعة الضوء.

2. سرعة الفوتون في أي مادة أقل من سرعة الضوء.

3. سرعة الفوتون تساوي دائمًا سرعة الضوء.

4. سرعة الفوتون أكبر من أو تساوي سرعة الضوء.

5. سرعة الفوتون في أي مادة أقل من أو تساوي سرعة الضوء.

789. فوتونات الإشعاع لها زخم كبير

أزرق.

790. عندما تنخفض درجة حرارة جسم ساخن ، تكون شدة الإشعاع القصوى

© 2015-2019 الموقع
جميع الحقوق تنتمي إلى مؤلفيها. لا يدعي هذا الموقع حقوق التأليف ، ولكنه يوفر الاستخدام المجاني.
تاريخ إنشاء الصفحة: 2016-02-13

صفحة 1

من المستحيل إعطاء تعريف موجز للرسوم يكون مرضيًا من جميع النواحي. لقد اعتدنا على إيجاد تفسيرات مفهومة للتكوينات والعمليات المعقدة للغاية ، مثل الذرة ، والبلورات السائلة ، وتوزيع الجزيئات على السرعات ، وما إلى ذلك. لكن المفاهيم الأساسية والأساسية ، غير القابلة للتجزئة إلى مفاهيم أبسط ، وخالية ، وفقًا للعلم اليوم ، من أي آلية داخلية ، لا يمكن شرحها بإيجاز بطريقة مرضية. خاصة إذا كانت الأشياء لا تدركها حواسنا مباشرة. تنتمي الشحنة الكهربائية إلى مثل هذه المفاهيم الأساسية.

دعونا نحاول أولاً معرفة ليس ما هي الشحنة الكهربائية ، ولكن ما هو مخفي وراء البيان ، جسم أو جسيم معين له شحنة كهربائية.

أنت تعلم أن جميع الأجسام مبنية من جسيمات أصغر ، غير قابلة للتجزئة إلى أبسط (بقدر ما يعرف العلم الآن) ، والتي تسمى بالتالي بجسيمات أولية. جميع الجسيمات الأولية لها كتلة ونتيجة لذلك تنجذب إلى بعضها البعض. وفقًا لقانون الجاذبية العامة ، تقل قوة الجذب ببطء نسبيًا مع زيادة المسافة بينهما: تتناسب عكسًا مع مربع المسافة. بالإضافة إلى ذلك ، فإن معظم الجسيمات الأولية ، وإن لم تكن كلها ، لديها القدرة على التفاعل مع بعضها البعض بقوة تتناقص أيضًا بشكل عكسي مع مربع المسافة ، لكن هذه القوة عدد ضخم ، أكبر من قوة الجاذبية. لذلك ، في ذرة الهيدروجين ، الموضحة بشكل تخطيطي في الشكل 1 ، ينجذب الإلكترون إلى النواة (البروتون) بقوة أكبر 1039 مرة من قوة الجاذبية.

إذا تفاعلت الجسيمات مع بعضها البعض بقوى تتناقص ببطء مع المسافة وتكون أكبر بعدة مرات من قوى الجاذبية العامة ، فيقال إن هذه الجسيمات لها شحنة كهربائية. تسمى الجسيمات نفسها مشحونة. توجد جسيمات بدون شحنة كهربائية ، لكن لا توجد شحنة كهربائية بدون جسيم.

تسمى التفاعلات بين الجسيمات المشحونة الكهرومغناطيسية. عندما نقول أن الإلكترونات والبروتونات مشحونة كهربائيًا ، فهذا يعني أنها قادرة على التفاعلات من نوع معين (كهرومغناطيسي) ، ولا شيء أكثر من ذلك. يعني عدم وجود شحنة على الجسيمات أنها لا تكتشف مثل هذه التفاعلات. تحدد الشحنة الكهربائية شدة التفاعلات الكهرومغناطيسية ، تمامًا كما تحدد الكتلة شدة تفاعلات الجاذبية. الشحنة الكهربائية هي ثاني أهم خاصية للجسيمات الأولية (بعد الكتلة) ، والتي تحدد سلوكها في العالم المحيط.

في هذا الطريق

الشحنة الكهربائيةهي كمية عددية فيزيائية تميز خاصية الجسيمات أو الأجسام للدخول في تفاعلات القوة الكهرومغناطيسية.

يُشار إلى الشحنة الكهربائية بالحرفين q أو Q.

كما هو الحال في الميكانيكا ، غالبًا ما يتم استخدام مفهوم النقطة المادية ، مما يجعل من الممكن تبسيط حل العديد من المشكلات بشكل كبير ، عند دراسة تفاعل الشحنات ، يتبين أن مفهوم الشحنة النقطية فعال. الشحنة النقطية هي جسم مشحون أبعاده أصغر بكثير من المسافة من هذا الجسم إلى نقطة المراقبة والأجسام المشحونة الأخرى. على وجه الخصوص ، إذا تحدثنا عن تفاعل شحنتين نقطتين ، فإننا نفترض بالتالي أن المسافة بين الجسمين المشحونين قيد الدراسة أكبر بكثير من أبعادهما الخطية.

الشحنة الكهربائية لجسيم أولي

الشحنة الكهربائية للجسيم الأولي ليست "آلية" خاصة في الجسيم يمكن إزالتها منه ، وتتحلل إلى أجزائها المكونة ويعاد تجميعها. إن وجود شحنة كهربائية في الإلكترون والجسيمات الأخرى يعني فقط وجود تفاعلات معينة بينهما.

في الطبيعة ، هناك جسيمات تحمل شحنة إشارات معاكسة. تسمى شحنة البروتون موجبة ، وتسمى شحنة الإلكترون سالبة. لا تعني الإشارة الموجبة لشحنة الجسيم ، بالطبع ، أن لها مزايا خاصة. إن إدخال شحنة من علامتين يعبر ببساطة عن حقيقة أن الجسيمات المشحونة يمكن أن تجتذب وتتنافر. الجسيمات التي تحمل نفس علامة الشحنة تتنافر مع بعضها البعض ومع علامات مختلفة تتجاذبها.

لا يوجد تفسير لأسباب وجود نوعين من الشحنات الكهربائية الآن. على أي حال ، لا توجد فروق جوهرية بين الشحنات الموجبة والسالبة. إذا انعكست علامات الشحنات الكهربائية للجسيمات ، فلن تتغير طبيعة التفاعلات الكهرومغناطيسية في الطبيعة.

يتم تعويض الرسوم الموجبة والسالبة بشكل جيد للغاية في الكون. وإذا كان الكون محدودًا ، فإن إجمالي شحنته الكهربائية ، في جميع الاحتمالات ، يساوي صفرًا.

الشيء الأكثر روعة هو أن الشحنة الكهربائية لجميع الجسيمات الأولية هي نفسها تمامًا من حيث القيمة المطلقة. يوجد حد أدنى من الشحنة ، يسمى الأولي ، تمتلكه جميع الجسيمات الأولية المشحونة. يمكن أن تكون الشحنة موجبة ، مثل البروتون ، أو سالبة ، مثل الإلكترون ، لكن معامل الشحنة هو نفسه في جميع الحالات.

من المستحيل فصل جزء من الشحنة ، على سبيل المثال ، عن الإلكترون. ربما هذا هو الشيء الأكثر روعة. لا توجد نظرية حديثة يمكنها تفسير سبب تساوي شحنات جميع الجسيمات ، ولا يمكنها حساب قيمة أدنى شحنة كهربائية. يتم تحديده تجريبيا بمساعدة التجارب المختلفة.

في الستينيات ، بعد أن بدأ عدد الجسيمات الأولية المكتشفة حديثًا في النمو بشكل خطير ، تم طرح فرضية مفادها أن جميع الجسيمات شديدة التفاعل هي مركبات. كانت الجسيمات الأكثر أساسية تسمى الكواركات. اتضح أنه من المدهش أن الكواركات يجب أن يكون لها شحنة كهربائية جزئية: 1/3 و 2/3 من الشحنة الأولية. يكفي نوعان من الكواركات لبناء البروتونات والنيوترونات. والعدد الأقصى ، على ما يبدو ، لا يتجاوز ستة.

وحدة الشحنة الكهربائية

الجسيم الأولي هو أصغر جسيم غير قابل للتجزئة وغير منظم.

أساسيات الديناميكا الكهربائية

الديناميكا الكهربائية- فرع الفيزياء الذي يدرس التفاعلات الكهرومغناطيسية. التفاعلات الكهرومغناطيسية- تفاعلات الجسيمات المشحونة. الأهداف الرئيسية للدراسة في الديناميكا الكهربائية هي المجالات الكهربائية والمغناطيسية الناتجة عن الشحنات والتيارات الكهربائية.

الموضوع 1. المجال الكهربائي (الكهرباء الساكنة)

الكهرباء الساكنة -فرع الديناميكا الكهربية الذي يدرس تفاعل الشحنات الثابتة (الساكنة).

الشحنة الكهربائية.

جميع الهيئات مكهربة.

إن كهربة الجسم يعني إعطائه شحنة كهربائية.

تتفاعل الأجسام المكهربة - تجذب وتتنافر.

كلما زادت الأجسام المكهربة ، كلما كان تفاعلها أقوى.

الشحنة الكهربائية هي كمية فيزيائية تميز خاصية الجسيمات أو الأجسام للدخول في التفاعلات الكهرومغناطيسية وهي مقياس كمي لهذه التفاعلات.

يتيح لنا مجموع جميع الحقائق التجريبية المعروفة استخلاص الاستنتاجات التالية:

هناك نوعان من الشحنات الكهربائية ، يطلق عليهما تقليديًا الشحنات الموجبة والسالبة.

لا توجد رسوم بدون جزيئات

يمكن نقل الرسوم من جسم إلى آخر.

· على عكس كتلة الجسم ، فإن الشحنة الكهربائية ليست خاصية متكاملة لجسم معين. يمكن أن يكون لنفس الجسم في ظروف مختلفة شحنة مختلفة.

· لا تعتمد الشحنة الكهربائية على اختيار النظام المرجعي الذي تقاس فيه. لا تعتمد الشحنة الكهربائية على سرعة حامل الشحنة.

تتنافر الرسوم التي تحمل الاسم نفسه ، على عكس رسوم الجذب.

وحدة si - قلادة

الجسيم الأولي هو أصغر جسيم غير قابل للتجزئة وغير منظم.

على سبيل المثال ، في الذرة: إلكترون ( ، بروتون ( النيوترون ( .

قد يكون للجسيم الأولي شحنة وقد لا يكون: , ,

الشحنة الأولية هي شحنة تنتمي إلى جسيم أولي ، أصغرها ، غير قابل للتجزئة.

الشحنة الأولية - شحنة نمط الإلكترون.

شحنتا الإلكترون والبروتون متساويتان عدديًا ، لكنهما معاكستان في الإشارة:

كهربة الهاتف.
ماذا تعني عبارة "الجسم العياني مشحون"؟ ما الذي يحدد شحنة أي جسم؟

تتكون جميع الأجسام من ذرات ، والتي تشمل بروتونات موجبة الشحنة ، وإلكترونات سالبة الشحنة ، وجسيمات متعادلة - نيوترونات. . تعد البروتونات والنيوترونات جزءًا من النوى الذرية ، وتشكل الإلكترونات غلاف الإلكترون للذرات.

في الذرة المحايدة ، عدد البروتونات في النواة يساوي عدد الإلكترونات في الغلاف.

الأجسام العيانية المكونة من ذرات محايدة تكون محايدة كهربائيا.

يمكن لذرة مادة معينة أن تفقد إلكترونًا واحدًا أو أكثر أو تكتسب إلكترونًا إضافيًا. في هذه الحالات ، تتحول الذرة المحايدة إلى أيون موجب أو سالب الشحنة.

كهربة الهيئات– عملية الحصول على أجسام مشحونة كهربائيًا من الأجسام المحايدة كهربائيًا.

تصبح الأجسام مكهربة عندما تتلامس مع بعضها البعض.

عند التلامس ، يمر جزء من الإلكترونات من جسم إلى آخر ، وكلا الجسمين مكهربين ، أي تلقي رسوم متساوية في الحجم والعكس في علامة:
"زيادة" الإلكترونات مقارنة بالبروتونات تخلق شحنة "-" في الجسم.
يخلق "نقص" الإلكترونات مقارنة بالبروتونات شحنة "+" في الجسم.
يتم تحديد شحنة أي جسم من خلال عدد الإلكترونات الزائدة أو غير الكافية مقارنة بالبروتونات.

يمكن نقل الشحنة من جسم إلى آخر فقط في أجزاء تحتوي على عدد صحيح من الإلكترونات. وبالتالي ، فإن الشحنة الكهربائية للجسم هي قيمة منفصلة ، وهي مضاعفة شحنة الإلكترون: