Субатомска честичка

Субатомска честичка — претставува честичка која е многу помала од атомот.^[1] Постојат два вида на субатомски честички: основни честички коишто според денешните теории не се составени од други честички и сложени честички.^[2]. Честичната физика и јадрената физика ги изучуваат овие честички и начинот на кој тие меѓусебно заемодејствуваат.^[3]

Во физиката на елементарни честички,концептот честичка е само еден од неколкуте концепти наследни од класичната физика.Но,го отсликува и современото разбирање дека на квантната скала материјата и енергијата се однесуваат многу поразлично од она што секојдневното искуство би не навело да очекуваме.

Идејата за честичка била сериозно преиспитана кога екпериментите покажале дека светлината може да се однесува како проток на честички(наречени фотони),а исто така покажала и брановити својства.Тоа довело до нов концепт за корпускуларен-бранов дуализам кој покажува дека „честичките“ на квантната скала се однесуваат и како честички и како бранови (познати како честичка-бран).Друг нов концепт ,начело на неопределеност, тврди дека некои од нивните својства гледани заедно,како на пример нивниот вектор на положба и импулс,не можат точно да се измерат.^[4] Во скорешното време,корпускуларно-брановиот дуализам беше прикажан да се примени не само на фотоните туку и на големи честички.^[5] Взаемната комуникација помеѓу честичките во рамките на квантната теорија за полето е сфатена како создавање и уништување на квантот на соодвентните основни заемодејства. Ова ја меша физикатта на елементарни честички со квантата теорија за полето.

Класификација

Секоја субатомска честика,како и секоја друга честичка во тодимензионален простор кој ги следи законите на квантната механика,може да биде бозон(целоброен спински квантум)или фермион(половичен спински квантум).

По состав

•Основните честички на стандарниот модел содржат:^[6] •Шест видови кваркови: горен, долен,длабински, врвен, чуден и волшебен: •Шест видови на лептони:електрони,електрон-неутрон,муон,муон-неутрино,тау,теу-неутрино; •Дванаест баждарни бозони(носители на сила):фотон на елоктромагнетизам,трите W и Z бозони на слабата сила и осумте глуони на јаката сила; •Хигсов бозон Разни проширувања на стандарниот модел го предвидуваат постоењето на елементарна гравитонски честички и многу други елемнтарни честички.

Сложените субатомски честички(како протони или атомско јадро) се обврзувачката состојба на два или повеќе елемнтарни честички.На пример, протонот е составен од два горни кваркови и еден долен кварк,додека пак двојно јонизирано атомско јадро на хелиум е составено од два протони и два неутрони.Неутронот е составен од два долни кваркови и еден горен кварк.Сложените честички ги содржат сите хадрони: тие содржат бариони (како пртони и неутрони)и мезони(како пиони и каони).

По маса

Со специјална теорија на релативноста,енергијата од честчката во мирување е еднаква на масата помножена со брзината на светлината на квадррат.Тоа значи,масата може да биде изразена како енергија и обратно.Ако честичката има референтна рамка која што е во мирување,тогаш има позитивна маса на мирување и се смета за масивна. Сите сложени честичките се масивни.Барионите(значи,,тешки)целат кон имање поголема маса од мезоните(значи,,средни)кои од друга страна целат кон тоа да бидат потешки од лептоните (значи,,лесни),но најтешкиот лептон (тау честичката)е потешка од две најлесни ,,видови на бариони (нуклеони).Исто така, јасно е дека секоја честичка со електричен полнеж е масивна. Сите бестежински честички (честички чијашто тежина е непроменлива,односно нула)се елементарни.Тука спаѓаат фотоните и глуоните,иако последниве можат да бидат изолирани.

Други својства

Преку работата на Алберт Ајнштајн,Луис де Броли и многу други,денешната научна теорија на ставот дека сите честички имаат брановидна природа.^[7] Ова беше потврдено не само елементарните честички туку и за сложените честички како атомите,па дури и молекулите.Всушност,според традиционалните постулати на нерелеваната квантна механика,корпускуларниот-бранов дуализам се пременува во сите предмети,дури и на макроскопские; сепак,брановидните својства на макроскопските предмети не може да се детектираат како резултат на нивните мали бранови должини.^[8]

Однесувањето меѓу честичките било испитувано низ многу векови,само неколку прости закони го поткрепуваат однесувањето на честичките при судар и земодејство. Најфудаментални од нив се законите за зачувување на енергијата и зачувување на импулсот,што ни дозволува да ги пресметаме заемодејствата меѓу честичките на скалата на магнитудата која се движи од ѕвезди до кваркови.^[9] Овие претставуваат основата на Њутновата механика,серија на тврдења и равенки во Philosophiae Naturalis Principia Mathematica,за првпат објавена во 1687 година.

Делба на атомот

Електронот со негативен полнеж има маса еднаква на 1/1836 со таа на хидрогениот атом.Остатокот од масата на хидрогениот атом доаѓа од протонот со позитивен полнеж.Различни изотопи од истиот елемент го соджат истиот број на протони но различен број на неутрони.Масниот број на изотопот е вкупниот број на нуклеони(неутрони и протони заедно).

Хемијата се занимава со тоа како споделувањето на електорните ги поврзува атомите во структури како кристали и молекули.Јадрената физика се занимава со тоа како протоните и неутроните си се средуваат во јадрата.Учењето на субатомските честички,атоми и молекули и нивната структура и заемодејство,бара квантна механика.Анализата на процеси кои го менуваат бројот и видот на честичките бара квантна теорија за полето. Учењето на субатомските честички само по себе се нарекува физика на честичките.Поимот високоенергетска физика е приближно синоним на ,,физика на елементарни честички бидејќи создавањето на честичките бара висока енергија:тоа настанува само како резултат на космичките зраци или во акцелераторите на честички.Феноменологијата на честичките го систематизира значењето за субатомските честички добиени преку овие експерименти.

Историја

Поимот ,,субатосмка честичка е ретроим од шеесеттите години на минатиот век,создаден за да се направи разлика меѓу бројните бариони и мезони(кои ги сочинуваат хадроните) и честичките кои денес се смета дека се навистина елементарни.Пред тоа,хадроните вообичаено се класифицирале како ,,елементарни затоа што нивниот состав бил непознат. Список на важни откритија:

Честички	Состав	Теорија	Откриена	Коментари
Електрон e−	Елементарен (лептон)	G. Johnstone Stoney (1874)	J. J. Thomson (1897)	Минимум единица на електрично понење,за кое Stoney го преложил името во 1891 г.[10]
Алфа-честичка α	Композитна (атомско јадро)	никогаш	Ernest Rutherford (1899)	Докажано од страна на Rutherford и Thomas Royds во 1907 година да биат хелиумски јадра
Фотон γ	Елементарен (квантна)	Max Planck (1900)	Albert Einstein (1905) или Ernest Rutherford (1899) како y зраци	Неопходно да се реши проблемот на црнотелесното зрачење во термодинамиката
Протон p	композитна (барион)	одамна	Ernest Rutherford (1919, именуван 1920)	Јадрото на 1H.
Неутрон n	композитна (барион)	Ernest Rutherford (c.1918)	James Chadwick (1932)	Вториот нуклеон.
античестички		Paul Dirac (1928)	Carl D. Anderson (e+, 1932)	Сега објаснето со CPT симетрија
Пион π	композитна (мезони)	Hideki Yukawa (1935)	César Lattes, Giuseppe Occhialini (1947) и Cecil Powell	Објаснува јадрена сила помеѓу нуклеони. Првиот мезонот (со модерна дефиниција) да биде откриен.
Мион μ−	Елементарен (лептон)	никогаш	Carl D. Anderson (1936)	Првиот именуван мезон;денес се смета лептон.
Каон K	Композитна (мезон)	никогаш	1947	Откриена во космичките зраци. Првите чудни честички.
Ламбда барион Λ	Композитна (барион)	никогаш	University of Melbourne (Λ0, 1950)[11]	Откриен првиот хиперон.
неутрино ν	Елементарен (лептон)	Wolfgang Pauli (1930), именуван од Enrico Fermi	Clyde Cowan, Frederick Reines (νe, 1956)	Решен проблемот на енергетскиот спектар на бета распаѓање..
кваркови(u, d, s)	елементарен	Murray Gell-Mann, George Zweig(1964)	Нема потврден одреден настан за моделот на кварк.
Шарм кварк c	Елементарен (кварк)	1970	1974
долен кварк b	Елементарен (кварк)	1973	1973
Weak gauge bosons	елементарен (квантна)	Glashow, Weinberg, Salam (1968)	CERN (1983)	Својства потврдена низ 1990-тите години.
Горен кварк t	Елементарен (кварк)	1973	1995	Не се hadronize,но потребно е да се заврши стандарниот модел
Хигсовиот бозон	Елементарен (квантна)	Peter Higgs et al. (1964)	CERN (2012)	Потврден во 2013 г. Повеќе докази пронајдени во 2014 г.[12]
Тетракварк	композитна	?	Zc(3900), 2013,да се потврди како тетракварк	Нова класа на хадрони.
Гравитон	Елементарен (квантна)	Albert Einstein (1916)	не се откриени	Толкувањето на гравитациските бранови како честичка е контроверзно.
Magnetic monopole	Елементарен (некласифицирана)	Paul Dirac (1931)	не се откриени

1. „Subatomic particles“. NTD. Архивирано од изворникот на 2014-02-16. Посетено на 5 June 2012.
2. Bolonkin, Alexander (2011). Universe, Human Immortality and Future Human Evaluation. Elsevier. стр. 25. ISBN 9780124158016.
3. Fritzsch, Harald (2005). Elementary Particles. World Scientific. стр. 11–20. ISBN 978-981-256-141-1.
4. Heisenberg, W. (1927), „Über den anschaulichen Inhalt der quantentheoretischen Kinematik und Mechanik“, Zeitschrift für Physik (германски), 43 (3–4): 172–198, Bibcode:1927ZPhy...43..172H, doi:10.1007/BF01397280.
5. Arndt, Markus; Nairz, Olaf; Vos-Andreae, Julian; Keller, Claudia; Van Der Zouw, Gerbrand; Zeilinger, Anton (2000). „Wave-particle duality of C60 molecules“. Nature (journal). 401 (6754): 680–682. Bibcode:1999Natur.401..680A. doi:10.1038/44348. PMID 18494170.
6. Cottingham, W. N.; Greenwood, D. A. (2007). An introduction to the standard model of particle physics. Cambridge University Press. стр. 1. ISBN 978-0-521-85249-4.
7. Walter Greiner (2001). Quantum Mechanics: An Introduction. Springer. стр. 29. ISBN 3-540-67458-6.
8. R. Eisberg & R. Resnick (1985). Quantum Physics of Atoms, Molecules, Solids, Nuclei, and Particles (2. изд.). John Wiley & Sons. стр. 59–60. ISBN 0-471-87373-X. For both large and small wavelengths, both matter and radiation have both particle and wave aspects. [...] But the wave aspects of their motion become more difficult to observe as their wavelengths become shorter. [...] For ordinary macroscopic particles the mass is so large that the momentum is always sufficiently large to make the de Broglie wavelength small enough to be beyond the range of experimental detection, and classical mechanics reigns supreme.
9. Isaac Newton (1687). Newton's Laws of Motion (Philosophiae Naturalis Principia Mathematica)
10. Klemperer, Otto (1959). Electron Physics: The Physics of the Free Electron. Academic Press.
11. Some sources such as The Strange Quark indicate 1947.
12. „архивски примерок“. Архивирано од изворникот на 2016-03-10. Посетено на 2016-03-28.