Елементарна частинка: що вона собою являє?
Мало хто не знає такого поняття як «електрон», адже саме він і означає «елементарна частка». Звичайно, більшість людей слабо уявляють, що це і навіщо воно потрібне. По телевізору, в книгах, в газетах і журналах ці частинки зображуються у вигляді маленьких точок або кульок. Через це неосвічені люди вважають, що форма частинок і справді куляста, і що вони вільно літають, взаємодіють, стикаються і т.д. Але таке судження в корені невірно. Поняття елементарної частинки вкрай складне для усвідомлення, але ніколи не пізно постаратися придбати хоча б дуже приблизне уявлення про сутність цих частинок.
На початку минулого століття вчені всерйоз спантеличені тим, чому електрон не падає на атомне ядро, так як, згідно ньютонівської механіці, при віддачі всієї своєї енергії, він повинен просто впасти на ядро. На подив, цього не відбувається. Як це пояснити?
Справа в тому, що фізика у своєму класичному тлумаченні та елементарна частинка - речі мало сумісні. Вона не підкоряється ніяким законам звичайної фізики, так як діє згідно з принципами квантової механіки. Основоположним принципом при цьому є невизначеність. Він каже, що неможливо точно і одночасно визначити дві взаємопов'язані величини. Чим більшою мірою визначена перша з них, тим менше можна визначити другу. З цього визначення випливають квантові кореляції, корпускулярно-хвильовий дуалізм, тунельний ефект, хвильова функція та багато іншого.
Перший важливий фактор - це невизначеність координати-імпульсу. Виходячи з основ класичної механіки можна згадати, що поняття імпульсу і траєкторії тіла нероздільні і завжди чітко визначаються. Спробуємо перенести цю закономірність в мікроскопічний світ. Наприклад, елементарна частинка має точний імпульс. Тоді при спробі визначити траєкторію пересування ми зіткнемося в невизначених координати. Це означає, що електрон виявляється відразу у всіх точках невеликого обсягу простору. Якщо постаратися зосередитися саме на траєкторії його руху, то імпульс набуває розмите значення.
З цього випливає, що як би не намагалися визначити якусь конкретну величину, друга відразу ж стає невизначеною. Цей принцип закладений в основу хвильового властивості частинок. Електрон не має чіткої координати. Можна сказати, що він одночасно розташований у всіх точках простору, яке обмежене довжиною хвилі. Таке подання дозволяє нам більш чітко зрозуміти, що являє собою елементарна частинка.
Приблизно така ж невизначеність виникає у співвідношенні енергія-час. Частка постійно взаємодіє, навіть за наявності фізичного вакууму. Така взаємодія триває протягом деякого часу. Якщо уявити, що даний показник більш-менш визначений, то енергія при цьому стає невизначеної. Це порушує прийняті закони збереження енергії в закладених невеликих проміжках.
Представлена закономірність породжує низькоенергетичні частинки - кванти фундаментальних полів. Таке поле являє собою не безперервну субстанцію. Воно складається з найдрібніших частинок. Взаємодія між ними забезпечується завдяки випускання фотонів, які поглинаються іншими частками. Це підтримує рівень енергії і утворюються стабільні елементарні частинки, які не можуть впасти на ядро.
Елементарні частинки по суті своїй нероздільні, хоча відрізняються один від одного своєю масою і певними характеристиками. Тому були розроблені певні класифікації. Приміром, за типом взаємодії можна виділити лептони і адрони. Адрони, у свою чергу, діляться на мезони, які складаються з двох кварків, і баріони, в складі яких є три кварка. Найбільш відомі баріони - це нейтрони і протони.
Елементарні частинки та їх властивості дозволяють виділити ще два класи: бозони (з цілочисловим і нульовим спіном), ферміони (з напівцілим спіном). Кожна частка має свою античастинку з протилежними характеристиками. Стійкими є тільки протони, лептони і нейтрони. Всі інші частинки піддаються розпаду і перетворюються в стабільні частинки.