Slide 1

Елементарні частинки – найдрібніші суб’ядерні
частинки речовини або фізичного поля. Це дискретні
структурні елементи, що можуть існувати в неасоційованому
стані. Найхарактернішою особливістю елементарних
частинок є їхня здатність до перетворень і взаємодії.
Починаючи з 1932 року було відкрито понад 400 елементарних частинок і це
число зростає й надалі.

Фундаментальні частинки - це безструктурні частинки,
які до теперішнього часу не вдалося описати як складові.

1897р. – Дж. Томсон відкрив
електрон

1919 р.– Е. Резерфорд відкрив протон

1932р. – Дж. Чедвік відкрив
нейтрон і досліджує до цього часу

За величиною спіну всі елементарні частинки
поділяють на два класи:
Ферміони
Частинки з напівцілим
спіном. Кварки (вони
утворюють протони і
нейтрони, які також є
фермионами), лептони
(електрони, мюони, таулептони, нейтрино), дірки
(квазічастинки в
напівпровіднику)

Бозони
Частинки з цілим спіном.
Елементарні бозони є
квантами калібрувальних
полів. До таких
калібрувальних бозонів
відносять:фотон
(електромагнітна
взаємодія),глюон (сильна
взаємодія) Z-бозони (слабка
взаємодія)

Ферміони підкоряються статистиці Фермі-Дірака: в
одному квантовому стані може знаходитися не більше
однієї частинки (принцип Паулі). Принцип Паулі відповідає
за стійкість електронних оболонок атомів, роблячи
можливим існування складних хімічних елементів. Він
також дозволяє існувати виродженої матерії під дією
високих тисків (нейтронні зірки). Квантова система складається з непарного числа ферміонів, сама є
ферміоном (наприклад, ядро з непарним масовим числом
A; атом чи йон з непарної сумою A і числа електронів).

Всі елементарні бозони, за винятком W ±-бозонів, є
незарядженими. W + і W-бозони по відношенню один до
одного виступають як античастинки. Калібровані бозони
(фотон, глюон, W ± і Z-бозони) мають одиничний спін.
Гіпотетичний гравітон - спін 2, і бозон Хіггса - спін 0. До
складових бозонів відносять численні двухкваркові зв'язані
стани, звані мезонами. Як і у будь-яких бозонів, спін мезонів є
цілочисловим, і його значення, в принципі, не обмежене
(0,1,2,3, ...). Іншими прикладами бозонів є ядра, що містять
парну кількість нуклонів (протонів і нейтронів).

За видами взаємодій
Складові частки
• адрони які в свою чергу,
поділяються на:
1. мезони
2. баріони

Фундаментальні (безструктурні)
частки
• лептони
• кварки
• калібрувальні бозони

1. фотон
2. вісім глюонів
3. три проміжних векторних
бозона
4. гравітон

Адрони - частинки, що беруть участь у всіх видах фундаментальних взаємодій.
Вони складаються з кварків і поділяються, в свою чергу, на:
• мезони - адрони з цілим спіном, тобто є бозонами;
• баріони - адрони з напівцілим спіном, тобто ферміони. До них, зокрема,
відносяться частинки, що становлять ядро атома, - протон і нейтрон.
Лептони - ферміони, які мають вигляд точкових частинок аж до масштабів
порядку 10 -18 м. Не беруть участь в сильних взаємодіях. Участь в
електромагнітних взаємодіях експериментально спостерігалася тільки для
заряджених лептонів ( електрони, мюони, тау-лептони) і не спостерігалося для
нейтрино. Відомі 6 типів лептонів.

Кварки - дрібнозаряджені частинки, що входять до складу адронів. У
вільному стані не спостерігалися. Як і лептони, вони діляться на 6 типів і
вважаються безструктурними, проте, на відміну від лептонів, беруть
участь у сильній взаємодії.
Калібрувальні бозони - частинки, за допомогою обміну якими
здійснюються взаємодії:
• фотон - частинка, що переносить електромагнітне взаємодія;
• вісім глюонів - частинок, що переносять сильну взаємодію;
• три проміжних векторних бозона W +, W - і Z 0, що переносять слабку
взаємодію;
• гравітон - гіпотетична частинка, що переносить гравітаційну
взаємодію. Існування гравітонів, хоча поки не доведено
експериментально в зв'язку зі слабкістю гравітаційної взаємодії,
вважається цілком вірогідним, проте гравітон не входить в
Стандартну модель елементарних часток.

Електро́н — стабільна, негативно
заряджена елементарна частинка,
що входить до складу всіх атомів.
Має електричний заряд (-е=
−1,6021892(46)×10−19 Кл) і масу
(9,109554(906)×10−31 кг).
Зазвичай електрон позначається в
формулах символом e-.
Електрон належить до родини
лептонів, має електричний заряд −e.
Електрон є лептоном першого
покоління, бере участь в
електромагнітній, слабкій та
гравітаційній взаємодіях.
Античастинкою для електрона є
позитрон.
Завдяки напівцілому спіну електрон
є ферміоном, і підкоряється
статистиці Фермі-Дірака.
Електрон стабільна частинка, його
час життя принаймні перевищує
1026 років.

Історія відкриття
• Термін електрон запровадив у 1894 році Джордж Джонстоун Стоуні.
Він вперше сформулював ідею про те, що природа складається із
заряджених частинок ще в 1874 році.
• Експериментально відкрив електрон у 1897 році Джозеф Джон Томсон
у експериментах з катодними променями у вакуумних лампах. Томсон
першим довів, що проміння складається з заряджених часток та
визначив відношення заряду частки до її маси. Визначена Томсоном
маса була в тисячі разів меншою, ніж маса атома водню, що свідчило
про те, що електрон — субатомна частинка.
• В 1909 році Міллікен у дослідах із падінням олійних крапель
продемонстрував, що електричний заряд може мати лише дискретні
значення, кратні певному елементарному заряду, і виміряв значення
цього заряду.
• В 1927 році Девісон і Джермер, а також незалежно від них Томсон,
продемонстрували явище дифракції електронів, довівши, що електрон
має як корпускулярні, так і хвильові властивості.

Прото́н — єдина стабільна частинка з позитивним зарядом +е.
Раніше вважали, що протони, як і електрони — елементарні
частинки, не мають внутрішньої структури. Однак сучасні
дослідження показують, що протон є дуже складною системою, а
його складові частинки, кварки, мають унікальні характеристики.
Маса протона становить 1,00727663 а.о.м. або 938,2723 МеВ.
Крім електричного заряду протон має також магнітний момент.
Античастинкою для протона є антипротон, характеристики якого
схожі на протон за винятком від'ємного заряду.
Протони беруть участь у всіх типах взаєомодії: сильній,
електромагнітній, слабкій та гравітаційній.

Історія
В 1919 році Ернест Резерфорд, опромінюючи альфа-частинками газ азоту, виявив в
ньому певну кількість атомів водню. Це була перша штучно викликана ядерна реакція.
Зважаючи на те, що водень має атомну масу 1, Резерфорд прийшов до висновку, що
його ядро є елементарною частинкою, яка входить до складу інших частинок.
Однак ідею про те, що інші хімічні елементи складаються з водню, висловлював ще в
1815–1816 роках у серії статей Вільям Праут, виходячи із того, що хімічні речовини
вступають в реакції в пропорціях, які виражаються малими цілими числами. Його
гіпотезу відкинули, коли точні вимірювання атомних мас хімічних елементів дали
значення, дещо відмінні від цілих чисел.
Антипротон був відкритий у лабораторії університету Берклі в 1955 році. За його
відкриття Еміліо Сеґре й Оуен Чемберлен отримали Нобелівську премію з фізики 1959.

Час життя
Питання про стабільність протона разом з питанням про стабільність електрона є
наріжними каменями, на яких побудовані сучасні уявлення про будову Всесвіту. Наразі
нижня межа часу життя протона щодо розпаду експериментально підтверджена на
рівні 1033 років.

Нейтрон — електрично нейтральна
частинка, що входить до групи частинок під
назвою баріони, котрі в свою чергу входять
до складу групи адронів. У нейтрона є
античастинка, яка називається
антинейтроном.
Маса нейтрона приблизно дорівнює масі
протона 1,6749543•10−24г = 1838,5 мас
електрона. Це тільки на ~2,5 електронних
мас перевищує масу протона. З нейтронів і
протонів складаються ядра атомів, в яких
нейтрон стабільний. У вільному стані
нейтрон нестабільний і радіоактивний.
Середній період існування 12,5 хв.
Перетворюється на
протон+електрон+антинейтрино. Внаслідок
відсутності заряду має велику проникність,
оскільки під час руху в речовині нейтрон не
витрачає енергії на йонізацію,
випромінювання тощо. Нейтрони
використовуються в активаційному аналізі,
нейтронній радіографії, нейтронному
гамма-каротажі, нейтронографії та інших
методах досліджень.

Історія відкриття
Нейтрон відкрив у 1932 році Джеймс Чедвік. У 1935 році він отримав за це
відкриття Нобелівську премію. Експерименти, які засвідчували
виникнення випромінювання з великою глибиною проникнення в
речовину, проводилися й раніше, але це випромінювання намагалися
інтерпретувати, як народження гамма-квантів. Спочатку вважалося, що
нейтрон є зв'язаним станом протона й електрона, а ядро атома
складається із протонів та електроні. Існували й інші складнощі протонноелектронної моделі. Вона не могла пояснити ціле значення спіну ядра
Нітрогену в молекулі азоту, а також відсутність електронного внеску в
надтонку структуру. Крім того, електрон надто легка частинка, щоб її
можна було локалізувати в об'ємі ядра. Першими довели, що ядро не
може складатися з електронів та протонів Віктор Амбарцумян та Дмитро
Іваненко, а з середини 1930-их утвердилася протон-нейтронна модель
ядра. Антинейтрон відкрив у 1956 році Брюс Корк.

Нейтри́но — стабільні нейтральні лептони з напівцілим

спіном, що беруть участь тільки в слабкій і гравітаційній
взаємодіях. Надзвичайно слабо взаємодіють з речовиною:
нейтрино з енергією 1 МеВ мають в свинці довжину вільного
пробігу ~ 1020 см (~ 100 світлових років).
Нейтрино - стабільна електрично нейтральна елементарна
частинка, маса якої близька до нуля. Вона належить до групи
лептонів. Швидкість руху нейтрино близька до швидкості світла.
Розрізняють нейтрино електронне, мюонне і τ-лептонне
нейтрино. Нейтрино і відповідні їм антинейтрино беруть участь
тільки у слабких та гравітаційних взаємодіях. Вони відіграють
велику роль у перетвореннях елементарних частинок, у
глобальних космогонічних процесах.

Гіпотезу про існування
частинки, яка надзвичайно
слабо взаємодіє з речовиною,
висунув 4 грудня 1930 Паулі —
не в статті, а в неформальному
листі учасникам фізичної
конференції в Тюбінгені.
Згодом нейтроном була
названа, як виявилося, інша
елементарна частинка.
На Сольвеївському Конгресі
1933 р. в Брюселі Паулі
виступив з рефератом про
механізм β-розпаду з участю
легкої нейтральної частинки зі
спіном 1/2, в якому, з
посиланням на пропозицію
Фермі, назвав гіпотетичну
частинку «нейтрино». Цей
виступ був фактично першою
офіційною публікацією,
присвяченою нейтрино.

Взаємодії елементарних частинок
У мікросвіті здійснюються чотири типи фундаментальних взаємодій. З них
тільки дві (гравітаційна і електромагнітна) відповідають процесам макросвіту.
Гравітаційна взаємодія для процесів мікросвіту настільки мала, що звичайно
нею нехтують. Це пов'язано головним чином з тим, що маси елементарних
частинок дуже малі. Однак вона властива всім частинкам без винятку.
Електромагнітна взаємодія ґрунтується на процесах, що відбуваються з
частинкою в електромагнітному полі. Для електронейтральних частинок
(нейтрино, антинейтрино, фотон) вона не здійснюється. Саме електромагнітна
взаємодія обумовлює існування атомів і молекул, тому що зв'язок між ядром і
електронами здійснюється завдяки їхнім різнойменним зарядам.
Слабка взаємодія охоплює процеси, що відбуваються за участю нейтрино або
антинейтрино. Це найповільніша з усіх взаємодій мікросвіту. До неї
зараховують такі процеси, як β- і μ-розпади, безнейтринні процеси розпаду
частинок з великою тривалістю життя (τ = 10-10 с).
Сильна взаємодія виявляє себе у зв'язку протонів і нейтронів у ядрі, хоча
ядерні сили — це тільки окремий випадок сильної взаємодії.


Slide 2

Елементарні частинки – найдрібніші суб’ядерні
частинки речовини або фізичного поля. Це дискретні
структурні елементи, що можуть існувати в неасоційованому
стані. Найхарактернішою особливістю елементарних
частинок є їхня здатність до перетворень і взаємодії.
Починаючи з 1932 року було відкрито понад 400 елементарних частинок і це
число зростає й надалі.

Фундаментальні частинки - це безструктурні частинки,
які до теперішнього часу не вдалося описати як складові.

1897р. – Дж. Томсон відкрив
електрон

1919 р.– Е. Резерфорд відкрив протон

1932р. – Дж. Чедвік відкрив
нейтрон і досліджує до цього часу

За величиною спіну всі елементарні частинки
поділяють на два класи:
Ферміони
Частинки з напівцілим
спіном. Кварки (вони
утворюють протони і
нейтрони, які також є
фермионами), лептони
(електрони, мюони, таулептони, нейтрино), дірки
(квазічастинки в
напівпровіднику)

Бозони
Частинки з цілим спіном.
Елементарні бозони є
квантами калібрувальних
полів. До таких
калібрувальних бозонів
відносять:фотон
(електромагнітна
взаємодія),глюон (сильна
взаємодія) Z-бозони (слабка
взаємодія)

Ферміони підкоряються статистиці Фермі-Дірака: в
одному квантовому стані може знаходитися не більше
однієї частинки (принцип Паулі). Принцип Паулі відповідає
за стійкість електронних оболонок атомів, роблячи
можливим існування складних хімічних елементів. Він
також дозволяє існувати виродженої матерії під дією
високих тисків (нейтронні зірки). Квантова система складається з непарного числа ферміонів, сама є
ферміоном (наприклад, ядро з непарним масовим числом
A; атом чи йон з непарної сумою A і числа електронів).

Всі елементарні бозони, за винятком W ±-бозонів, є
незарядженими. W + і W-бозони по відношенню один до
одного виступають як античастинки. Калібровані бозони
(фотон, глюон, W ± і Z-бозони) мають одиничний спін.
Гіпотетичний гравітон - спін 2, і бозон Хіггса - спін 0. До
складових бозонів відносять численні двухкваркові зв'язані
стани, звані мезонами. Як і у будь-яких бозонів, спін мезонів є
цілочисловим, і його значення, в принципі, не обмежене
(0,1,2,3, ...). Іншими прикладами бозонів є ядра, що містять
парну кількість нуклонів (протонів і нейтронів).

За видами взаємодій
Складові частки
• адрони які в свою чергу,
поділяються на:
1. мезони
2. баріони

Фундаментальні (безструктурні)
частки
• лептони
• кварки
• калібрувальні бозони

1. фотон
2. вісім глюонів
3. три проміжних векторних
бозона
4. гравітон

Адрони - частинки, що беруть участь у всіх видах фундаментальних взаємодій.
Вони складаються з кварків і поділяються, в свою чергу, на:
• мезони - адрони з цілим спіном, тобто є бозонами;
• баріони - адрони з напівцілим спіном, тобто ферміони. До них, зокрема,
відносяться частинки, що становлять ядро атома, - протон і нейтрон.
Лептони - ферміони, які мають вигляд точкових частинок аж до масштабів
порядку 10 -18 м. Не беруть участь в сильних взаємодіях. Участь в
електромагнітних взаємодіях експериментально спостерігалася тільки для
заряджених лептонів ( електрони, мюони, тау-лептони) і не спостерігалося для
нейтрино. Відомі 6 типів лептонів.

Кварки - дрібнозаряджені частинки, що входять до складу адронів. У
вільному стані не спостерігалися. Як і лептони, вони діляться на 6 типів і
вважаються безструктурними, проте, на відміну від лептонів, беруть
участь у сильній взаємодії.
Калібрувальні бозони - частинки, за допомогою обміну якими
здійснюються взаємодії:
• фотон - частинка, що переносить електромагнітне взаємодія;
• вісім глюонів - частинок, що переносять сильну взаємодію;
• три проміжних векторних бозона W +, W - і Z 0, що переносять слабку
взаємодію;
• гравітон - гіпотетична частинка, що переносить гравітаційну
взаємодію. Існування гравітонів, хоча поки не доведено
експериментально в зв'язку зі слабкістю гравітаційної взаємодії,
вважається цілком вірогідним, проте гравітон не входить в
Стандартну модель елементарних часток.

Електро́н — стабільна, негативно
заряджена елементарна частинка,
що входить до складу всіх атомів.
Має електричний заряд (-е=
−1,6021892(46)×10−19 Кл) і масу
(9,109554(906)×10−31 кг).
Зазвичай електрон позначається в
формулах символом e-.
Електрон належить до родини
лептонів, має електричний заряд −e.
Електрон є лептоном першого
покоління, бере участь в
електромагнітній, слабкій та
гравітаційній взаємодіях.
Античастинкою для електрона є
позитрон.
Завдяки напівцілому спіну електрон
є ферміоном, і підкоряється
статистиці Фермі-Дірака.
Електрон стабільна частинка, його
час життя принаймні перевищує
1026 років.

Історія відкриття
• Термін електрон запровадив у 1894 році Джордж Джонстоун Стоуні.
Він вперше сформулював ідею про те, що природа складається із
заряджених частинок ще в 1874 році.
• Експериментально відкрив електрон у 1897 році Джозеф Джон Томсон
у експериментах з катодними променями у вакуумних лампах. Томсон
першим довів, що проміння складається з заряджених часток та
визначив відношення заряду частки до її маси. Визначена Томсоном
маса була в тисячі разів меншою, ніж маса атома водню, що свідчило
про те, що електрон — субатомна частинка.
• В 1909 році Міллікен у дослідах із падінням олійних крапель
продемонстрував, що електричний заряд може мати лише дискретні
значення, кратні певному елементарному заряду, і виміряв значення
цього заряду.
• В 1927 році Девісон і Джермер, а також незалежно від них Томсон,
продемонстрували явище дифракції електронів, довівши, що електрон
має як корпускулярні, так і хвильові властивості.

Прото́н — єдина стабільна частинка з позитивним зарядом +е.
Раніше вважали, що протони, як і електрони — елементарні
частинки, не мають внутрішньої структури. Однак сучасні
дослідження показують, що протон є дуже складною системою, а
його складові частинки, кварки, мають унікальні характеристики.
Маса протона становить 1,00727663 а.о.м. або 938,2723 МеВ.
Крім електричного заряду протон має також магнітний момент.
Античастинкою для протона є антипротон, характеристики якого
схожі на протон за винятком від'ємного заряду.
Протони беруть участь у всіх типах взаєомодії: сильній,
електромагнітній, слабкій та гравітаційній.

Історія
В 1919 році Ернест Резерфорд, опромінюючи альфа-частинками газ азоту, виявив в
ньому певну кількість атомів водню. Це була перша штучно викликана ядерна реакція.
Зважаючи на те, що водень має атомну масу 1, Резерфорд прийшов до висновку, що
його ядро є елементарною частинкою, яка входить до складу інших частинок.
Однак ідею про те, що інші хімічні елементи складаються з водню, висловлював ще в
1815–1816 роках у серії статей Вільям Праут, виходячи із того, що хімічні речовини
вступають в реакції в пропорціях, які виражаються малими цілими числами. Його
гіпотезу відкинули, коли точні вимірювання атомних мас хімічних елементів дали
значення, дещо відмінні від цілих чисел.
Антипротон був відкритий у лабораторії університету Берклі в 1955 році. За його
відкриття Еміліо Сеґре й Оуен Чемберлен отримали Нобелівську премію з фізики 1959.

Час життя
Питання про стабільність протона разом з питанням про стабільність електрона є
наріжними каменями, на яких побудовані сучасні уявлення про будову Всесвіту. Наразі
нижня межа часу життя протона щодо розпаду експериментально підтверджена на
рівні 1033 років.

Нейтрон — електрично нейтральна
частинка, що входить до групи частинок під
назвою баріони, котрі в свою чергу входять
до складу групи адронів. У нейтрона є
античастинка, яка називається
антинейтроном.
Маса нейтрона приблизно дорівнює масі
протона 1,6749543•10−24г = 1838,5 мас
електрона. Це тільки на ~2,5 електронних
мас перевищує масу протона. З нейтронів і
протонів складаються ядра атомів, в яких
нейтрон стабільний. У вільному стані
нейтрон нестабільний і радіоактивний.
Середній період існування 12,5 хв.
Перетворюється на
протон+електрон+антинейтрино. Внаслідок
відсутності заряду має велику проникність,
оскільки під час руху в речовині нейтрон не
витрачає енергії на йонізацію,
випромінювання тощо. Нейтрони
використовуються в активаційному аналізі,
нейтронній радіографії, нейтронному
гамма-каротажі, нейтронографії та інших
методах досліджень.

Історія відкриття
Нейтрон відкрив у 1932 році Джеймс Чедвік. У 1935 році він отримав за це
відкриття Нобелівську премію. Експерименти, які засвідчували
виникнення випромінювання з великою глибиною проникнення в
речовину, проводилися й раніше, але це випромінювання намагалися
інтерпретувати, як народження гамма-квантів. Спочатку вважалося, що
нейтрон є зв'язаним станом протона й електрона, а ядро атома
складається із протонів та електроні. Існували й інші складнощі протонноелектронної моделі. Вона не могла пояснити ціле значення спіну ядра
Нітрогену в молекулі азоту, а також відсутність електронного внеску в
надтонку структуру. Крім того, електрон надто легка частинка, щоб її
можна було локалізувати в об'ємі ядра. Першими довели, що ядро не
може складатися з електронів та протонів Віктор Амбарцумян та Дмитро
Іваненко, а з середини 1930-их утвердилася протон-нейтронна модель
ядра. Антинейтрон відкрив у 1956 році Брюс Корк.

Нейтри́но — стабільні нейтральні лептони з напівцілим

спіном, що беруть участь тільки в слабкій і гравітаційній
взаємодіях. Надзвичайно слабо взаємодіють з речовиною:
нейтрино з енергією 1 МеВ мають в свинці довжину вільного
пробігу ~ 1020 см (~ 100 світлових років).
Нейтрино - стабільна електрично нейтральна елементарна
частинка, маса якої близька до нуля. Вона належить до групи
лептонів. Швидкість руху нейтрино близька до швидкості світла.
Розрізняють нейтрино електронне, мюонне і τ-лептонне
нейтрино. Нейтрино і відповідні їм антинейтрино беруть участь
тільки у слабких та гравітаційних взаємодіях. Вони відіграють
велику роль у перетвореннях елементарних частинок, у
глобальних космогонічних процесах.

Гіпотезу про існування
частинки, яка надзвичайно
слабо взаємодіє з речовиною,
висунув 4 грудня 1930 Паулі —
не в статті, а в неформальному
листі учасникам фізичної
конференції в Тюбінгені.
Згодом нейтроном була
названа, як виявилося, інша
елементарна частинка.
На Сольвеївському Конгресі
1933 р. в Брюселі Паулі
виступив з рефератом про
механізм β-розпаду з участю
легкої нейтральної частинки зі
спіном 1/2, в якому, з
посиланням на пропозицію
Фермі, назвав гіпотетичну
частинку «нейтрино». Цей
виступ був фактично першою
офіційною публікацією,
присвяченою нейтрино.

Взаємодії елементарних частинок
У мікросвіті здійснюються чотири типи фундаментальних взаємодій. З них
тільки дві (гравітаційна і електромагнітна) відповідають процесам макросвіту.
Гравітаційна взаємодія для процесів мікросвіту настільки мала, що звичайно
нею нехтують. Це пов'язано головним чином з тим, що маси елементарних
частинок дуже малі. Однак вона властива всім частинкам без винятку.
Електромагнітна взаємодія ґрунтується на процесах, що відбуваються з
частинкою в електромагнітному полі. Для електронейтральних частинок
(нейтрино, антинейтрино, фотон) вона не здійснюється. Саме електромагнітна
взаємодія обумовлює існування атомів і молекул, тому що зв'язок між ядром і
електронами здійснюється завдяки їхнім різнойменним зарядам.
Слабка взаємодія охоплює процеси, що відбуваються за участю нейтрино або
антинейтрино. Це найповільніша з усіх взаємодій мікросвіту. До неї
зараховують такі процеси, як β- і μ-розпади, безнейтринні процеси розпаду
частинок з великою тривалістю життя (τ = 10-10 с).
Сильна взаємодія виявляє себе у зв'язку протонів і нейтронів у ядрі, хоча
ядерні сили — це тільки окремий випадок сильної взаємодії.


Slide 3

Елементарні частинки – найдрібніші суб’ядерні
частинки речовини або фізичного поля. Це дискретні
структурні елементи, що можуть існувати в неасоційованому
стані. Найхарактернішою особливістю елементарних
частинок є їхня здатність до перетворень і взаємодії.
Починаючи з 1932 року було відкрито понад 400 елементарних частинок і це
число зростає й надалі.

Фундаментальні частинки - це безструктурні частинки,
які до теперішнього часу не вдалося описати як складові.

1897р. – Дж. Томсон відкрив
електрон

1919 р.– Е. Резерфорд відкрив протон

1932р. – Дж. Чедвік відкрив
нейтрон і досліджує до цього часу

За величиною спіну всі елементарні частинки
поділяють на два класи:
Ферміони
Частинки з напівцілим
спіном. Кварки (вони
утворюють протони і
нейтрони, які також є
фермионами), лептони
(електрони, мюони, таулептони, нейтрино), дірки
(квазічастинки в
напівпровіднику)

Бозони
Частинки з цілим спіном.
Елементарні бозони є
квантами калібрувальних
полів. До таких
калібрувальних бозонів
відносять:фотон
(електромагнітна
взаємодія),глюон (сильна
взаємодія) Z-бозони (слабка
взаємодія)

Ферміони підкоряються статистиці Фермі-Дірака: в
одному квантовому стані може знаходитися не більше
однієї частинки (принцип Паулі). Принцип Паулі відповідає
за стійкість електронних оболонок атомів, роблячи
можливим існування складних хімічних елементів. Він
також дозволяє існувати виродженої матерії під дією
високих тисків (нейтронні зірки). Квантова система складається з непарного числа ферміонів, сама є
ферміоном (наприклад, ядро з непарним масовим числом
A; атом чи йон з непарної сумою A і числа електронів).

Всі елементарні бозони, за винятком W ±-бозонів, є
незарядженими. W + і W-бозони по відношенню один до
одного виступають як античастинки. Калібровані бозони
(фотон, глюон, W ± і Z-бозони) мають одиничний спін.
Гіпотетичний гравітон - спін 2, і бозон Хіггса - спін 0. До
складових бозонів відносять численні двухкваркові зв'язані
стани, звані мезонами. Як і у будь-яких бозонів, спін мезонів є
цілочисловим, і його значення, в принципі, не обмежене
(0,1,2,3, ...). Іншими прикладами бозонів є ядра, що містять
парну кількість нуклонів (протонів і нейтронів).

За видами взаємодій
Складові частки
• адрони які в свою чергу,
поділяються на:
1. мезони
2. баріони

Фундаментальні (безструктурні)
частки
• лептони
• кварки
• калібрувальні бозони

1. фотон
2. вісім глюонів
3. три проміжних векторних
бозона
4. гравітон

Адрони - частинки, що беруть участь у всіх видах фундаментальних взаємодій.
Вони складаються з кварків і поділяються, в свою чергу, на:
• мезони - адрони з цілим спіном, тобто є бозонами;
• баріони - адрони з напівцілим спіном, тобто ферміони. До них, зокрема,
відносяться частинки, що становлять ядро атома, - протон і нейтрон.
Лептони - ферміони, які мають вигляд точкових частинок аж до масштабів
порядку 10 -18 м. Не беруть участь в сильних взаємодіях. Участь в
електромагнітних взаємодіях експериментально спостерігалася тільки для
заряджених лептонів ( електрони, мюони, тау-лептони) і не спостерігалося для
нейтрино. Відомі 6 типів лептонів.

Кварки - дрібнозаряджені частинки, що входять до складу адронів. У
вільному стані не спостерігалися. Як і лептони, вони діляться на 6 типів і
вважаються безструктурними, проте, на відміну від лептонів, беруть
участь у сильній взаємодії.
Калібрувальні бозони - частинки, за допомогою обміну якими
здійснюються взаємодії:
• фотон - частинка, що переносить електромагнітне взаємодія;
• вісім глюонів - частинок, що переносять сильну взаємодію;
• три проміжних векторних бозона W +, W - і Z 0, що переносять слабку
взаємодію;
• гравітон - гіпотетична частинка, що переносить гравітаційну
взаємодію. Існування гравітонів, хоча поки не доведено
експериментально в зв'язку зі слабкістю гравітаційної взаємодії,
вважається цілком вірогідним, проте гравітон не входить в
Стандартну модель елементарних часток.

Електро́н — стабільна, негативно
заряджена елементарна частинка,
що входить до складу всіх атомів.
Має електричний заряд (-е=
−1,6021892(46)×10−19 Кл) і масу
(9,109554(906)×10−31 кг).
Зазвичай електрон позначається в
формулах символом e-.
Електрон належить до родини
лептонів, має електричний заряд −e.
Електрон є лептоном першого
покоління, бере участь в
електромагнітній, слабкій та
гравітаційній взаємодіях.
Античастинкою для електрона є
позитрон.
Завдяки напівцілому спіну електрон
є ферміоном, і підкоряється
статистиці Фермі-Дірака.
Електрон стабільна частинка, його
час життя принаймні перевищує
1026 років.

Історія відкриття
• Термін електрон запровадив у 1894 році Джордж Джонстоун Стоуні.
Він вперше сформулював ідею про те, що природа складається із
заряджених частинок ще в 1874 році.
• Експериментально відкрив електрон у 1897 році Джозеф Джон Томсон
у експериментах з катодними променями у вакуумних лампах. Томсон
першим довів, що проміння складається з заряджених часток та
визначив відношення заряду частки до її маси. Визначена Томсоном
маса була в тисячі разів меншою, ніж маса атома водню, що свідчило
про те, що електрон — субатомна частинка.
• В 1909 році Міллікен у дослідах із падінням олійних крапель
продемонстрував, що електричний заряд може мати лише дискретні
значення, кратні певному елементарному заряду, і виміряв значення
цього заряду.
• В 1927 році Девісон і Джермер, а також незалежно від них Томсон,
продемонстрували явище дифракції електронів, довівши, що електрон
має як корпускулярні, так і хвильові властивості.

Прото́н — єдина стабільна частинка з позитивним зарядом +е.
Раніше вважали, що протони, як і електрони — елементарні
частинки, не мають внутрішньої структури. Однак сучасні
дослідження показують, що протон є дуже складною системою, а
його складові частинки, кварки, мають унікальні характеристики.
Маса протона становить 1,00727663 а.о.м. або 938,2723 МеВ.
Крім електричного заряду протон має також магнітний момент.
Античастинкою для протона є антипротон, характеристики якого
схожі на протон за винятком від'ємного заряду.
Протони беруть участь у всіх типах взаєомодії: сильній,
електромагнітній, слабкій та гравітаційній.

Історія
В 1919 році Ернест Резерфорд, опромінюючи альфа-частинками газ азоту, виявив в
ньому певну кількість атомів водню. Це була перша штучно викликана ядерна реакція.
Зважаючи на те, що водень має атомну масу 1, Резерфорд прийшов до висновку, що
його ядро є елементарною частинкою, яка входить до складу інших частинок.
Однак ідею про те, що інші хімічні елементи складаються з водню, висловлював ще в
1815–1816 роках у серії статей Вільям Праут, виходячи із того, що хімічні речовини
вступають в реакції в пропорціях, які виражаються малими цілими числами. Його
гіпотезу відкинули, коли точні вимірювання атомних мас хімічних елементів дали
значення, дещо відмінні від цілих чисел.
Антипротон був відкритий у лабораторії університету Берклі в 1955 році. За його
відкриття Еміліо Сеґре й Оуен Чемберлен отримали Нобелівську премію з фізики 1959.

Час життя
Питання про стабільність протона разом з питанням про стабільність електрона є
наріжними каменями, на яких побудовані сучасні уявлення про будову Всесвіту. Наразі
нижня межа часу життя протона щодо розпаду експериментально підтверджена на
рівні 1033 років.

Нейтрон — електрично нейтральна
частинка, що входить до групи частинок під
назвою баріони, котрі в свою чергу входять
до складу групи адронів. У нейтрона є
античастинка, яка називається
антинейтроном.
Маса нейтрона приблизно дорівнює масі
протона 1,6749543•10−24г = 1838,5 мас
електрона. Це тільки на ~2,5 електронних
мас перевищує масу протона. З нейтронів і
протонів складаються ядра атомів, в яких
нейтрон стабільний. У вільному стані
нейтрон нестабільний і радіоактивний.
Середній період існування 12,5 хв.
Перетворюється на
протон+електрон+антинейтрино. Внаслідок
відсутності заряду має велику проникність,
оскільки під час руху в речовині нейтрон не
витрачає енергії на йонізацію,
випромінювання тощо. Нейтрони
використовуються в активаційному аналізі,
нейтронній радіографії, нейтронному
гамма-каротажі, нейтронографії та інших
методах досліджень.

Історія відкриття
Нейтрон відкрив у 1932 році Джеймс Чедвік. У 1935 році він отримав за це
відкриття Нобелівську премію. Експерименти, які засвідчували
виникнення випромінювання з великою глибиною проникнення в
речовину, проводилися й раніше, але це випромінювання намагалися
інтерпретувати, як народження гамма-квантів. Спочатку вважалося, що
нейтрон є зв'язаним станом протона й електрона, а ядро атома
складається із протонів та електроні. Існували й інші складнощі протонноелектронної моделі. Вона не могла пояснити ціле значення спіну ядра
Нітрогену в молекулі азоту, а також відсутність електронного внеску в
надтонку структуру. Крім того, електрон надто легка частинка, щоб її
можна було локалізувати в об'ємі ядра. Першими довели, що ядро не
може складатися з електронів та протонів Віктор Амбарцумян та Дмитро
Іваненко, а з середини 1930-их утвердилася протон-нейтронна модель
ядра. Антинейтрон відкрив у 1956 році Брюс Корк.

Нейтри́но — стабільні нейтральні лептони з напівцілим

спіном, що беруть участь тільки в слабкій і гравітаційній
взаємодіях. Надзвичайно слабо взаємодіють з речовиною:
нейтрино з енергією 1 МеВ мають в свинці довжину вільного
пробігу ~ 1020 см (~ 100 світлових років).
Нейтрино - стабільна електрично нейтральна елементарна
частинка, маса якої близька до нуля. Вона належить до групи
лептонів. Швидкість руху нейтрино близька до швидкості світла.
Розрізняють нейтрино електронне, мюонне і τ-лептонне
нейтрино. Нейтрино і відповідні їм антинейтрино беруть участь
тільки у слабких та гравітаційних взаємодіях. Вони відіграють
велику роль у перетвореннях елементарних частинок, у
глобальних космогонічних процесах.

Гіпотезу про існування
частинки, яка надзвичайно
слабо взаємодіє з речовиною,
висунув 4 грудня 1930 Паулі —
не в статті, а в неформальному
листі учасникам фізичної
конференції в Тюбінгені.
Згодом нейтроном була
названа, як виявилося, інша
елементарна частинка.
На Сольвеївському Конгресі
1933 р. в Брюселі Паулі
виступив з рефератом про
механізм β-розпаду з участю
легкої нейтральної частинки зі
спіном 1/2, в якому, з
посиланням на пропозицію
Фермі, назвав гіпотетичну
частинку «нейтрино». Цей
виступ був фактично першою
офіційною публікацією,
присвяченою нейтрино.

Взаємодії елементарних частинок
У мікросвіті здійснюються чотири типи фундаментальних взаємодій. З них
тільки дві (гравітаційна і електромагнітна) відповідають процесам макросвіту.
Гравітаційна взаємодія для процесів мікросвіту настільки мала, що звичайно
нею нехтують. Це пов'язано головним чином з тим, що маси елементарних
частинок дуже малі. Однак вона властива всім частинкам без винятку.
Електромагнітна взаємодія ґрунтується на процесах, що відбуваються з
частинкою в електромагнітному полі. Для електронейтральних частинок
(нейтрино, антинейтрино, фотон) вона не здійснюється. Саме електромагнітна
взаємодія обумовлює існування атомів і молекул, тому що зв'язок між ядром і
електронами здійснюється завдяки їхнім різнойменним зарядам.
Слабка взаємодія охоплює процеси, що відбуваються за участю нейтрино або
антинейтрино. Це найповільніша з усіх взаємодій мікросвіту. До неї
зараховують такі процеси, як β- і μ-розпади, безнейтринні процеси розпаду
частинок з великою тривалістю життя (τ = 10-10 с).
Сильна взаємодія виявляє себе у зв'язку протонів і нейтронів у ядрі, хоча
ядерні сили — це тільки окремий випадок сильної взаємодії.


Slide 4

Елементарні частинки – найдрібніші суб’ядерні
частинки речовини або фізичного поля. Це дискретні
структурні елементи, що можуть існувати в неасоційованому
стані. Найхарактернішою особливістю елементарних
частинок є їхня здатність до перетворень і взаємодії.
Починаючи з 1932 року було відкрито понад 400 елементарних частинок і це
число зростає й надалі.

Фундаментальні частинки - це безструктурні частинки,
які до теперішнього часу не вдалося описати як складові.

1897р. – Дж. Томсон відкрив
електрон

1919 р.– Е. Резерфорд відкрив протон

1932р. – Дж. Чедвік відкрив
нейтрон і досліджує до цього часу

За величиною спіну всі елементарні частинки
поділяють на два класи:
Ферміони
Частинки з напівцілим
спіном. Кварки (вони
утворюють протони і
нейтрони, які також є
фермионами), лептони
(електрони, мюони, таулептони, нейтрино), дірки
(квазічастинки в
напівпровіднику)

Бозони
Частинки з цілим спіном.
Елементарні бозони є
квантами калібрувальних
полів. До таких
калібрувальних бозонів
відносять:фотон
(електромагнітна
взаємодія),глюон (сильна
взаємодія) Z-бозони (слабка
взаємодія)

Ферміони підкоряються статистиці Фермі-Дірака: в
одному квантовому стані може знаходитися не більше
однієї частинки (принцип Паулі). Принцип Паулі відповідає
за стійкість електронних оболонок атомів, роблячи
можливим існування складних хімічних елементів. Він
також дозволяє існувати виродженої матерії під дією
високих тисків (нейтронні зірки). Квантова система складається з непарного числа ферміонів, сама є
ферміоном (наприклад, ядро з непарним масовим числом
A; атом чи йон з непарної сумою A і числа електронів).

Всі елементарні бозони, за винятком W ±-бозонів, є
незарядженими. W + і W-бозони по відношенню один до
одного виступають як античастинки. Калібровані бозони
(фотон, глюон, W ± і Z-бозони) мають одиничний спін.
Гіпотетичний гравітон - спін 2, і бозон Хіггса - спін 0. До
складових бозонів відносять численні двухкваркові зв'язані
стани, звані мезонами. Як і у будь-яких бозонів, спін мезонів є
цілочисловим, і його значення, в принципі, не обмежене
(0,1,2,3, ...). Іншими прикладами бозонів є ядра, що містять
парну кількість нуклонів (протонів і нейтронів).

За видами взаємодій
Складові частки
• адрони які в свою чергу,
поділяються на:
1. мезони
2. баріони

Фундаментальні (безструктурні)
частки
• лептони
• кварки
• калібрувальні бозони

1. фотон
2. вісім глюонів
3. три проміжних векторних
бозона
4. гравітон

Адрони - частинки, що беруть участь у всіх видах фундаментальних взаємодій.
Вони складаються з кварків і поділяються, в свою чергу, на:
• мезони - адрони з цілим спіном, тобто є бозонами;
• баріони - адрони з напівцілим спіном, тобто ферміони. До них, зокрема,
відносяться частинки, що становлять ядро атома, - протон і нейтрон.
Лептони - ферміони, які мають вигляд точкових частинок аж до масштабів
порядку 10 -18 м. Не беруть участь в сильних взаємодіях. Участь в
електромагнітних взаємодіях експериментально спостерігалася тільки для
заряджених лептонів ( електрони, мюони, тау-лептони) і не спостерігалося для
нейтрино. Відомі 6 типів лептонів.

Кварки - дрібнозаряджені частинки, що входять до складу адронів. У
вільному стані не спостерігалися. Як і лептони, вони діляться на 6 типів і
вважаються безструктурними, проте, на відміну від лептонів, беруть
участь у сильній взаємодії.
Калібрувальні бозони - частинки, за допомогою обміну якими
здійснюються взаємодії:
• фотон - частинка, що переносить електромагнітне взаємодія;
• вісім глюонів - частинок, що переносять сильну взаємодію;
• три проміжних векторних бозона W +, W - і Z 0, що переносять слабку
взаємодію;
• гравітон - гіпотетична частинка, що переносить гравітаційну
взаємодію. Існування гравітонів, хоча поки не доведено
експериментально в зв'язку зі слабкістю гравітаційної взаємодії,
вважається цілком вірогідним, проте гравітон не входить в
Стандартну модель елементарних часток.

Електро́н — стабільна, негативно
заряджена елементарна частинка,
що входить до складу всіх атомів.
Має електричний заряд (-е=
−1,6021892(46)×10−19 Кл) і масу
(9,109554(906)×10−31 кг).
Зазвичай електрон позначається в
формулах символом e-.
Електрон належить до родини
лептонів, має електричний заряд −e.
Електрон є лептоном першого
покоління, бере участь в
електромагнітній, слабкій та
гравітаційній взаємодіях.
Античастинкою для електрона є
позитрон.
Завдяки напівцілому спіну електрон
є ферміоном, і підкоряється
статистиці Фермі-Дірака.
Електрон стабільна частинка, його
час життя принаймні перевищує
1026 років.

Історія відкриття
• Термін електрон запровадив у 1894 році Джордж Джонстоун Стоуні.
Він вперше сформулював ідею про те, що природа складається із
заряджених частинок ще в 1874 році.
• Експериментально відкрив електрон у 1897 році Джозеф Джон Томсон
у експериментах з катодними променями у вакуумних лампах. Томсон
першим довів, що проміння складається з заряджених часток та
визначив відношення заряду частки до її маси. Визначена Томсоном
маса була в тисячі разів меншою, ніж маса атома водню, що свідчило
про те, що електрон — субатомна частинка.
• В 1909 році Міллікен у дослідах із падінням олійних крапель
продемонстрував, що електричний заряд може мати лише дискретні
значення, кратні певному елементарному заряду, і виміряв значення
цього заряду.
• В 1927 році Девісон і Джермер, а також незалежно від них Томсон,
продемонстрували явище дифракції електронів, довівши, що електрон
має як корпускулярні, так і хвильові властивості.

Прото́н — єдина стабільна частинка з позитивним зарядом +е.
Раніше вважали, що протони, як і електрони — елементарні
частинки, не мають внутрішньої структури. Однак сучасні
дослідження показують, що протон є дуже складною системою, а
його складові частинки, кварки, мають унікальні характеристики.
Маса протона становить 1,00727663 а.о.м. або 938,2723 МеВ.
Крім електричного заряду протон має також магнітний момент.
Античастинкою для протона є антипротон, характеристики якого
схожі на протон за винятком від'ємного заряду.
Протони беруть участь у всіх типах взаєомодії: сильній,
електромагнітній, слабкій та гравітаційній.

Історія
В 1919 році Ернест Резерфорд, опромінюючи альфа-частинками газ азоту, виявив в
ньому певну кількість атомів водню. Це була перша штучно викликана ядерна реакція.
Зважаючи на те, що водень має атомну масу 1, Резерфорд прийшов до висновку, що
його ядро є елементарною частинкою, яка входить до складу інших частинок.
Однак ідею про те, що інші хімічні елементи складаються з водню, висловлював ще в
1815–1816 роках у серії статей Вільям Праут, виходячи із того, що хімічні речовини
вступають в реакції в пропорціях, які виражаються малими цілими числами. Його
гіпотезу відкинули, коли точні вимірювання атомних мас хімічних елементів дали
значення, дещо відмінні від цілих чисел.
Антипротон був відкритий у лабораторії університету Берклі в 1955 році. За його
відкриття Еміліо Сеґре й Оуен Чемберлен отримали Нобелівську премію з фізики 1959.

Час життя
Питання про стабільність протона разом з питанням про стабільність електрона є
наріжними каменями, на яких побудовані сучасні уявлення про будову Всесвіту. Наразі
нижня межа часу життя протона щодо розпаду експериментально підтверджена на
рівні 1033 років.

Нейтрон — електрично нейтральна
частинка, що входить до групи частинок під
назвою баріони, котрі в свою чергу входять
до складу групи адронів. У нейтрона є
античастинка, яка називається
антинейтроном.
Маса нейтрона приблизно дорівнює масі
протона 1,6749543•10−24г = 1838,5 мас
електрона. Це тільки на ~2,5 електронних
мас перевищує масу протона. З нейтронів і
протонів складаються ядра атомів, в яких
нейтрон стабільний. У вільному стані
нейтрон нестабільний і радіоактивний.
Середній період існування 12,5 хв.
Перетворюється на
протон+електрон+антинейтрино. Внаслідок
відсутності заряду має велику проникність,
оскільки під час руху в речовині нейтрон не
витрачає енергії на йонізацію,
випромінювання тощо. Нейтрони
використовуються в активаційному аналізі,
нейтронній радіографії, нейтронному
гамма-каротажі, нейтронографії та інших
методах досліджень.

Історія відкриття
Нейтрон відкрив у 1932 році Джеймс Чедвік. У 1935 році він отримав за це
відкриття Нобелівську премію. Експерименти, які засвідчували
виникнення випромінювання з великою глибиною проникнення в
речовину, проводилися й раніше, але це випромінювання намагалися
інтерпретувати, як народження гамма-квантів. Спочатку вважалося, що
нейтрон є зв'язаним станом протона й електрона, а ядро атома
складається із протонів та електроні. Існували й інші складнощі протонноелектронної моделі. Вона не могла пояснити ціле значення спіну ядра
Нітрогену в молекулі азоту, а також відсутність електронного внеску в
надтонку структуру. Крім того, електрон надто легка частинка, щоб її
можна було локалізувати в об'ємі ядра. Першими довели, що ядро не
може складатися з електронів та протонів Віктор Амбарцумян та Дмитро
Іваненко, а з середини 1930-их утвердилася протон-нейтронна модель
ядра. Антинейтрон відкрив у 1956 році Брюс Корк.

Нейтри́но — стабільні нейтральні лептони з напівцілим

спіном, що беруть участь тільки в слабкій і гравітаційній
взаємодіях. Надзвичайно слабо взаємодіють з речовиною:
нейтрино з енергією 1 МеВ мають в свинці довжину вільного
пробігу ~ 1020 см (~ 100 світлових років).
Нейтрино - стабільна електрично нейтральна елементарна
частинка, маса якої близька до нуля. Вона належить до групи
лептонів. Швидкість руху нейтрино близька до швидкості світла.
Розрізняють нейтрино електронне, мюонне і τ-лептонне
нейтрино. Нейтрино і відповідні їм антинейтрино беруть участь
тільки у слабких та гравітаційних взаємодіях. Вони відіграють
велику роль у перетвореннях елементарних частинок, у
глобальних космогонічних процесах.

Гіпотезу про існування
частинки, яка надзвичайно
слабо взаємодіє з речовиною,
висунув 4 грудня 1930 Паулі —
не в статті, а в неформальному
листі учасникам фізичної
конференції в Тюбінгені.
Згодом нейтроном була
названа, як виявилося, інша
елементарна частинка.
На Сольвеївському Конгресі
1933 р. в Брюселі Паулі
виступив з рефератом про
механізм β-розпаду з участю
легкої нейтральної частинки зі
спіном 1/2, в якому, з
посиланням на пропозицію
Фермі, назвав гіпотетичну
частинку «нейтрино». Цей
виступ був фактично першою
офіційною публікацією,
присвяченою нейтрино.

Взаємодії елементарних частинок
У мікросвіті здійснюються чотири типи фундаментальних взаємодій. З них
тільки дві (гравітаційна і електромагнітна) відповідають процесам макросвіту.
Гравітаційна взаємодія для процесів мікросвіту настільки мала, що звичайно
нею нехтують. Це пов'язано головним чином з тим, що маси елементарних
частинок дуже малі. Однак вона властива всім частинкам без винятку.
Електромагнітна взаємодія ґрунтується на процесах, що відбуваються з
частинкою в електромагнітному полі. Для електронейтральних частинок
(нейтрино, антинейтрино, фотон) вона не здійснюється. Саме електромагнітна
взаємодія обумовлює існування атомів і молекул, тому що зв'язок між ядром і
електронами здійснюється завдяки їхнім різнойменним зарядам.
Слабка взаємодія охоплює процеси, що відбуваються за участю нейтрино або
антинейтрино. Це найповільніша з усіх взаємодій мікросвіту. До неї
зараховують такі процеси, як β- і μ-розпади, безнейтринні процеси розпаду
частинок з великою тривалістю життя (τ = 10-10 с).
Сильна взаємодія виявляє себе у зв'язку протонів і нейтронів у ядрі, хоча
ядерні сили — це тільки окремий випадок сильної взаємодії.


Slide 5

Елементарні частинки – найдрібніші суб’ядерні
частинки речовини або фізичного поля. Це дискретні
структурні елементи, що можуть існувати в неасоційованому
стані. Найхарактернішою особливістю елементарних
частинок є їхня здатність до перетворень і взаємодії.
Починаючи з 1932 року було відкрито понад 400 елементарних частинок і це
число зростає й надалі.

Фундаментальні частинки - це безструктурні частинки,
які до теперішнього часу не вдалося описати як складові.

1897р. – Дж. Томсон відкрив
електрон

1919 р.– Е. Резерфорд відкрив протон

1932р. – Дж. Чедвік відкрив
нейтрон і досліджує до цього часу

За величиною спіну всі елементарні частинки
поділяють на два класи:
Ферміони
Частинки з напівцілим
спіном. Кварки (вони
утворюють протони і
нейтрони, які також є
фермионами), лептони
(електрони, мюони, таулептони, нейтрино), дірки
(квазічастинки в
напівпровіднику)

Бозони
Частинки з цілим спіном.
Елементарні бозони є
квантами калібрувальних
полів. До таких
калібрувальних бозонів
відносять:фотон
(електромагнітна
взаємодія),глюон (сильна
взаємодія) Z-бозони (слабка
взаємодія)

Ферміони підкоряються статистиці Фермі-Дірака: в
одному квантовому стані може знаходитися не більше
однієї частинки (принцип Паулі). Принцип Паулі відповідає
за стійкість електронних оболонок атомів, роблячи
можливим існування складних хімічних елементів. Він
також дозволяє існувати виродженої матерії під дією
високих тисків (нейтронні зірки). Квантова система складається з непарного числа ферміонів, сама є
ферміоном (наприклад, ядро з непарним масовим числом
A; атом чи йон з непарної сумою A і числа електронів).

Всі елементарні бозони, за винятком W ±-бозонів, є
незарядженими. W + і W-бозони по відношенню один до
одного виступають як античастинки. Калібровані бозони
(фотон, глюон, W ± і Z-бозони) мають одиничний спін.
Гіпотетичний гравітон - спін 2, і бозон Хіггса - спін 0. До
складових бозонів відносять численні двухкваркові зв'язані
стани, звані мезонами. Як і у будь-яких бозонів, спін мезонів є
цілочисловим, і його значення, в принципі, не обмежене
(0,1,2,3, ...). Іншими прикладами бозонів є ядра, що містять
парну кількість нуклонів (протонів і нейтронів).

За видами взаємодій
Складові частки
• адрони які в свою чергу,
поділяються на:
1. мезони
2. баріони

Фундаментальні (безструктурні)
частки
• лептони
• кварки
• калібрувальні бозони

1. фотон
2. вісім глюонів
3. три проміжних векторних
бозона
4. гравітон

Адрони - частинки, що беруть участь у всіх видах фундаментальних взаємодій.
Вони складаються з кварків і поділяються, в свою чергу, на:
• мезони - адрони з цілим спіном, тобто є бозонами;
• баріони - адрони з напівцілим спіном, тобто ферміони. До них, зокрема,
відносяться частинки, що становлять ядро атома, - протон і нейтрон.
Лептони - ферміони, які мають вигляд точкових частинок аж до масштабів
порядку 10 -18 м. Не беруть участь в сильних взаємодіях. Участь в
електромагнітних взаємодіях експериментально спостерігалася тільки для
заряджених лептонів ( електрони, мюони, тау-лептони) і не спостерігалося для
нейтрино. Відомі 6 типів лептонів.

Кварки - дрібнозаряджені частинки, що входять до складу адронів. У
вільному стані не спостерігалися. Як і лептони, вони діляться на 6 типів і
вважаються безструктурними, проте, на відміну від лептонів, беруть
участь у сильній взаємодії.
Калібрувальні бозони - частинки, за допомогою обміну якими
здійснюються взаємодії:
• фотон - частинка, що переносить електромагнітне взаємодія;
• вісім глюонів - частинок, що переносять сильну взаємодію;
• три проміжних векторних бозона W +, W - і Z 0, що переносять слабку
взаємодію;
• гравітон - гіпотетична частинка, що переносить гравітаційну
взаємодію. Існування гравітонів, хоча поки не доведено
експериментально в зв'язку зі слабкістю гравітаційної взаємодії,
вважається цілком вірогідним, проте гравітон не входить в
Стандартну модель елементарних часток.

Електро́н — стабільна, негативно
заряджена елементарна частинка,
що входить до складу всіх атомів.
Має електричний заряд (-е=
−1,6021892(46)×10−19 Кл) і масу
(9,109554(906)×10−31 кг).
Зазвичай електрон позначається в
формулах символом e-.
Електрон належить до родини
лептонів, має електричний заряд −e.
Електрон є лептоном першого
покоління, бере участь в
електромагнітній, слабкій та
гравітаційній взаємодіях.
Античастинкою для електрона є
позитрон.
Завдяки напівцілому спіну електрон
є ферміоном, і підкоряється
статистиці Фермі-Дірака.
Електрон стабільна частинка, його
час життя принаймні перевищує
1026 років.

Історія відкриття
• Термін електрон запровадив у 1894 році Джордж Джонстоун Стоуні.
Він вперше сформулював ідею про те, що природа складається із
заряджених частинок ще в 1874 році.
• Експериментально відкрив електрон у 1897 році Джозеф Джон Томсон
у експериментах з катодними променями у вакуумних лампах. Томсон
першим довів, що проміння складається з заряджених часток та
визначив відношення заряду частки до її маси. Визначена Томсоном
маса була в тисячі разів меншою, ніж маса атома водню, що свідчило
про те, що електрон — субатомна частинка.
• В 1909 році Міллікен у дослідах із падінням олійних крапель
продемонстрував, що електричний заряд може мати лише дискретні
значення, кратні певному елементарному заряду, і виміряв значення
цього заряду.
• В 1927 році Девісон і Джермер, а також незалежно від них Томсон,
продемонстрували явище дифракції електронів, довівши, що електрон
має як корпускулярні, так і хвильові властивості.

Прото́н — єдина стабільна частинка з позитивним зарядом +е.
Раніше вважали, що протони, як і електрони — елементарні
частинки, не мають внутрішньої структури. Однак сучасні
дослідження показують, що протон є дуже складною системою, а
його складові частинки, кварки, мають унікальні характеристики.
Маса протона становить 1,00727663 а.о.м. або 938,2723 МеВ.
Крім електричного заряду протон має також магнітний момент.
Античастинкою для протона є антипротон, характеристики якого
схожі на протон за винятком від'ємного заряду.
Протони беруть участь у всіх типах взаєомодії: сильній,
електромагнітній, слабкій та гравітаційній.

Історія
В 1919 році Ернест Резерфорд, опромінюючи альфа-частинками газ азоту, виявив в
ньому певну кількість атомів водню. Це була перша штучно викликана ядерна реакція.
Зважаючи на те, що водень має атомну масу 1, Резерфорд прийшов до висновку, що
його ядро є елементарною частинкою, яка входить до складу інших частинок.
Однак ідею про те, що інші хімічні елементи складаються з водню, висловлював ще в
1815–1816 роках у серії статей Вільям Праут, виходячи із того, що хімічні речовини
вступають в реакції в пропорціях, які виражаються малими цілими числами. Його
гіпотезу відкинули, коли точні вимірювання атомних мас хімічних елементів дали
значення, дещо відмінні від цілих чисел.
Антипротон був відкритий у лабораторії університету Берклі в 1955 році. За його
відкриття Еміліо Сеґре й Оуен Чемберлен отримали Нобелівську премію з фізики 1959.

Час життя
Питання про стабільність протона разом з питанням про стабільність електрона є
наріжними каменями, на яких побудовані сучасні уявлення про будову Всесвіту. Наразі
нижня межа часу життя протона щодо розпаду експериментально підтверджена на
рівні 1033 років.

Нейтрон — електрично нейтральна
частинка, що входить до групи частинок під
назвою баріони, котрі в свою чергу входять
до складу групи адронів. У нейтрона є
античастинка, яка називається
антинейтроном.
Маса нейтрона приблизно дорівнює масі
протона 1,6749543•10−24г = 1838,5 мас
електрона. Це тільки на ~2,5 електронних
мас перевищує масу протона. З нейтронів і
протонів складаються ядра атомів, в яких
нейтрон стабільний. У вільному стані
нейтрон нестабільний і радіоактивний.
Середній період існування 12,5 хв.
Перетворюється на
протон+електрон+антинейтрино. Внаслідок
відсутності заряду має велику проникність,
оскільки під час руху в речовині нейтрон не
витрачає енергії на йонізацію,
випромінювання тощо. Нейтрони
використовуються в активаційному аналізі,
нейтронній радіографії, нейтронному
гамма-каротажі, нейтронографії та інших
методах досліджень.

Історія відкриття
Нейтрон відкрив у 1932 році Джеймс Чедвік. У 1935 році він отримав за це
відкриття Нобелівську премію. Експерименти, які засвідчували
виникнення випромінювання з великою глибиною проникнення в
речовину, проводилися й раніше, але це випромінювання намагалися
інтерпретувати, як народження гамма-квантів. Спочатку вважалося, що
нейтрон є зв'язаним станом протона й електрона, а ядро атома
складається із протонів та електроні. Існували й інші складнощі протонноелектронної моделі. Вона не могла пояснити ціле значення спіну ядра
Нітрогену в молекулі азоту, а також відсутність електронного внеску в
надтонку структуру. Крім того, електрон надто легка частинка, щоб її
можна було локалізувати в об'ємі ядра. Першими довели, що ядро не
може складатися з електронів та протонів Віктор Амбарцумян та Дмитро
Іваненко, а з середини 1930-их утвердилася протон-нейтронна модель
ядра. Антинейтрон відкрив у 1956 році Брюс Корк.

Нейтри́но — стабільні нейтральні лептони з напівцілим

спіном, що беруть участь тільки в слабкій і гравітаційній
взаємодіях. Надзвичайно слабо взаємодіють з речовиною:
нейтрино з енергією 1 МеВ мають в свинці довжину вільного
пробігу ~ 1020 см (~ 100 світлових років).
Нейтрино - стабільна електрично нейтральна елементарна
частинка, маса якої близька до нуля. Вона належить до групи
лептонів. Швидкість руху нейтрино близька до швидкості світла.
Розрізняють нейтрино електронне, мюонне і τ-лептонне
нейтрино. Нейтрино і відповідні їм антинейтрино беруть участь
тільки у слабких та гравітаційних взаємодіях. Вони відіграють
велику роль у перетвореннях елементарних частинок, у
глобальних космогонічних процесах.

Гіпотезу про існування
частинки, яка надзвичайно
слабо взаємодіє з речовиною,
висунув 4 грудня 1930 Паулі —
не в статті, а в неформальному
листі учасникам фізичної
конференції в Тюбінгені.
Згодом нейтроном була
названа, як виявилося, інша
елементарна частинка.
На Сольвеївському Конгресі
1933 р. в Брюселі Паулі
виступив з рефератом про
механізм β-розпаду з участю
легкої нейтральної частинки зі
спіном 1/2, в якому, з
посиланням на пропозицію
Фермі, назвав гіпотетичну
частинку «нейтрино». Цей
виступ був фактично першою
офіційною публікацією,
присвяченою нейтрино.

Взаємодії елементарних частинок
У мікросвіті здійснюються чотири типи фундаментальних взаємодій. З них
тільки дві (гравітаційна і електромагнітна) відповідають процесам макросвіту.
Гравітаційна взаємодія для процесів мікросвіту настільки мала, що звичайно
нею нехтують. Це пов'язано головним чином з тим, що маси елементарних
частинок дуже малі. Однак вона властива всім частинкам без винятку.
Електромагнітна взаємодія ґрунтується на процесах, що відбуваються з
частинкою в електромагнітному полі. Для електронейтральних частинок
(нейтрино, антинейтрино, фотон) вона не здійснюється. Саме електромагнітна
взаємодія обумовлює існування атомів і молекул, тому що зв'язок між ядром і
електронами здійснюється завдяки їхнім різнойменним зарядам.
Слабка взаємодія охоплює процеси, що відбуваються за участю нейтрино або
антинейтрино. Це найповільніша з усіх взаємодій мікросвіту. До неї
зараховують такі процеси, як β- і μ-розпади, безнейтринні процеси розпаду
частинок з великою тривалістю життя (τ = 10-10 с).
Сильна взаємодія виявляє себе у зв'язку протонів і нейтронів у ядрі, хоча
ядерні сили — це тільки окремий випадок сильної взаємодії.


Slide 6

Елементарні частинки – найдрібніші суб’ядерні
частинки речовини або фізичного поля. Це дискретні
структурні елементи, що можуть існувати в неасоційованому
стані. Найхарактернішою особливістю елементарних
частинок є їхня здатність до перетворень і взаємодії.
Починаючи з 1932 року було відкрито понад 400 елементарних частинок і це
число зростає й надалі.

Фундаментальні частинки - це безструктурні частинки,
які до теперішнього часу не вдалося описати як складові.

1897р. – Дж. Томсон відкрив
електрон

1919 р.– Е. Резерфорд відкрив протон

1932р. – Дж. Чедвік відкрив
нейтрон і досліджує до цього часу

За величиною спіну всі елементарні частинки
поділяють на два класи:
Ферміони
Частинки з напівцілим
спіном. Кварки (вони
утворюють протони і
нейтрони, які також є
фермионами), лептони
(електрони, мюони, таулептони, нейтрино), дірки
(квазічастинки в
напівпровіднику)

Бозони
Частинки з цілим спіном.
Елементарні бозони є
квантами калібрувальних
полів. До таких
калібрувальних бозонів
відносять:фотон
(електромагнітна
взаємодія),глюон (сильна
взаємодія) Z-бозони (слабка
взаємодія)

Ферміони підкоряються статистиці Фермі-Дірака: в
одному квантовому стані може знаходитися не більше
однієї частинки (принцип Паулі). Принцип Паулі відповідає
за стійкість електронних оболонок атомів, роблячи
можливим існування складних хімічних елементів. Він
також дозволяє існувати виродженої матерії під дією
високих тисків (нейтронні зірки). Квантова система складається з непарного числа ферміонів, сама є
ферміоном (наприклад, ядро з непарним масовим числом
A; атом чи йон з непарної сумою A і числа електронів).

Всі елементарні бозони, за винятком W ±-бозонів, є
незарядженими. W + і W-бозони по відношенню один до
одного виступають як античастинки. Калібровані бозони
(фотон, глюон, W ± і Z-бозони) мають одиничний спін.
Гіпотетичний гравітон - спін 2, і бозон Хіггса - спін 0. До
складових бозонів відносять численні двухкваркові зв'язані
стани, звані мезонами. Як і у будь-яких бозонів, спін мезонів є
цілочисловим, і його значення, в принципі, не обмежене
(0,1,2,3, ...). Іншими прикладами бозонів є ядра, що містять
парну кількість нуклонів (протонів і нейтронів).

За видами взаємодій
Складові частки
• адрони які в свою чергу,
поділяються на:
1. мезони
2. баріони

Фундаментальні (безструктурні)
частки
• лептони
• кварки
• калібрувальні бозони

1. фотон
2. вісім глюонів
3. три проміжних векторних
бозона
4. гравітон

Адрони - частинки, що беруть участь у всіх видах фундаментальних взаємодій.
Вони складаються з кварків і поділяються, в свою чергу, на:
• мезони - адрони з цілим спіном, тобто є бозонами;
• баріони - адрони з напівцілим спіном, тобто ферміони. До них, зокрема,
відносяться частинки, що становлять ядро атома, - протон і нейтрон.
Лептони - ферміони, які мають вигляд точкових частинок аж до масштабів
порядку 10 -18 м. Не беруть участь в сильних взаємодіях. Участь в
електромагнітних взаємодіях експериментально спостерігалася тільки для
заряджених лептонів ( електрони, мюони, тау-лептони) і не спостерігалося для
нейтрино. Відомі 6 типів лептонів.

Кварки - дрібнозаряджені частинки, що входять до складу адронів. У
вільному стані не спостерігалися. Як і лептони, вони діляться на 6 типів і
вважаються безструктурними, проте, на відміну від лептонів, беруть
участь у сильній взаємодії.
Калібрувальні бозони - частинки, за допомогою обміну якими
здійснюються взаємодії:
• фотон - частинка, що переносить електромагнітне взаємодія;
• вісім глюонів - частинок, що переносять сильну взаємодію;
• три проміжних векторних бозона W +, W - і Z 0, що переносять слабку
взаємодію;
• гравітон - гіпотетична частинка, що переносить гравітаційну
взаємодію. Існування гравітонів, хоча поки не доведено
експериментально в зв'язку зі слабкістю гравітаційної взаємодії,
вважається цілком вірогідним, проте гравітон не входить в
Стандартну модель елементарних часток.

Електро́н — стабільна, негативно
заряджена елементарна частинка,
що входить до складу всіх атомів.
Має електричний заряд (-е=
−1,6021892(46)×10−19 Кл) і масу
(9,109554(906)×10−31 кг).
Зазвичай електрон позначається в
формулах символом e-.
Електрон належить до родини
лептонів, має електричний заряд −e.
Електрон є лептоном першого
покоління, бере участь в
електромагнітній, слабкій та
гравітаційній взаємодіях.
Античастинкою для електрона є
позитрон.
Завдяки напівцілому спіну електрон
є ферміоном, і підкоряється
статистиці Фермі-Дірака.
Електрон стабільна частинка, його
час життя принаймні перевищує
1026 років.

Історія відкриття
• Термін електрон запровадив у 1894 році Джордж Джонстоун Стоуні.
Він вперше сформулював ідею про те, що природа складається із
заряджених частинок ще в 1874 році.
• Експериментально відкрив електрон у 1897 році Джозеф Джон Томсон
у експериментах з катодними променями у вакуумних лампах. Томсон
першим довів, що проміння складається з заряджених часток та
визначив відношення заряду частки до її маси. Визначена Томсоном
маса була в тисячі разів меншою, ніж маса атома водню, що свідчило
про те, що електрон — субатомна частинка.
• В 1909 році Міллікен у дослідах із падінням олійних крапель
продемонстрував, що електричний заряд може мати лише дискретні
значення, кратні певному елементарному заряду, і виміряв значення
цього заряду.
• В 1927 році Девісон і Джермер, а також незалежно від них Томсон,
продемонстрували явище дифракції електронів, довівши, що електрон
має як корпускулярні, так і хвильові властивості.

Прото́н — єдина стабільна частинка з позитивним зарядом +е.
Раніше вважали, що протони, як і електрони — елементарні
частинки, не мають внутрішньої структури. Однак сучасні
дослідження показують, що протон є дуже складною системою, а
його складові частинки, кварки, мають унікальні характеристики.
Маса протона становить 1,00727663 а.о.м. або 938,2723 МеВ.
Крім електричного заряду протон має також магнітний момент.
Античастинкою для протона є антипротон, характеристики якого
схожі на протон за винятком від'ємного заряду.
Протони беруть участь у всіх типах взаєомодії: сильній,
електромагнітній, слабкій та гравітаційній.

Історія
В 1919 році Ернест Резерфорд, опромінюючи альфа-частинками газ азоту, виявив в
ньому певну кількість атомів водню. Це була перша штучно викликана ядерна реакція.
Зважаючи на те, що водень має атомну масу 1, Резерфорд прийшов до висновку, що
його ядро є елементарною частинкою, яка входить до складу інших частинок.
Однак ідею про те, що інші хімічні елементи складаються з водню, висловлював ще в
1815–1816 роках у серії статей Вільям Праут, виходячи із того, що хімічні речовини
вступають в реакції в пропорціях, які виражаються малими цілими числами. Його
гіпотезу відкинули, коли точні вимірювання атомних мас хімічних елементів дали
значення, дещо відмінні від цілих чисел.
Антипротон був відкритий у лабораторії університету Берклі в 1955 році. За його
відкриття Еміліо Сеґре й Оуен Чемберлен отримали Нобелівську премію з фізики 1959.

Час життя
Питання про стабільність протона разом з питанням про стабільність електрона є
наріжними каменями, на яких побудовані сучасні уявлення про будову Всесвіту. Наразі
нижня межа часу життя протона щодо розпаду експериментально підтверджена на
рівні 1033 років.

Нейтрон — електрично нейтральна
частинка, що входить до групи частинок під
назвою баріони, котрі в свою чергу входять
до складу групи адронів. У нейтрона є
античастинка, яка називається
антинейтроном.
Маса нейтрона приблизно дорівнює масі
протона 1,6749543•10−24г = 1838,5 мас
електрона. Це тільки на ~2,5 електронних
мас перевищує масу протона. З нейтронів і
протонів складаються ядра атомів, в яких
нейтрон стабільний. У вільному стані
нейтрон нестабільний і радіоактивний.
Середній період існування 12,5 хв.
Перетворюється на
протон+електрон+антинейтрино. Внаслідок
відсутності заряду має велику проникність,
оскільки під час руху в речовині нейтрон не
витрачає енергії на йонізацію,
випромінювання тощо. Нейтрони
використовуються в активаційному аналізі,
нейтронній радіографії, нейтронному
гамма-каротажі, нейтронографії та інших
методах досліджень.

Історія відкриття
Нейтрон відкрив у 1932 році Джеймс Чедвік. У 1935 році він отримав за це
відкриття Нобелівську премію. Експерименти, які засвідчували
виникнення випромінювання з великою глибиною проникнення в
речовину, проводилися й раніше, але це випромінювання намагалися
інтерпретувати, як народження гамма-квантів. Спочатку вважалося, що
нейтрон є зв'язаним станом протона й електрона, а ядро атома
складається із протонів та електроні. Існували й інші складнощі протонноелектронної моделі. Вона не могла пояснити ціле значення спіну ядра
Нітрогену в молекулі азоту, а також відсутність електронного внеску в
надтонку структуру. Крім того, електрон надто легка частинка, щоб її
можна було локалізувати в об'ємі ядра. Першими довели, що ядро не
може складатися з електронів та протонів Віктор Амбарцумян та Дмитро
Іваненко, а з середини 1930-их утвердилася протон-нейтронна модель
ядра. Антинейтрон відкрив у 1956 році Брюс Корк.

Нейтри́но — стабільні нейтральні лептони з напівцілим

спіном, що беруть участь тільки в слабкій і гравітаційній
взаємодіях. Надзвичайно слабо взаємодіють з речовиною:
нейтрино з енергією 1 МеВ мають в свинці довжину вільного
пробігу ~ 1020 см (~ 100 світлових років).
Нейтрино - стабільна електрично нейтральна елементарна
частинка, маса якої близька до нуля. Вона належить до групи
лептонів. Швидкість руху нейтрино близька до швидкості світла.
Розрізняють нейтрино електронне, мюонне і τ-лептонне
нейтрино. Нейтрино і відповідні їм антинейтрино беруть участь
тільки у слабких та гравітаційних взаємодіях. Вони відіграють
велику роль у перетвореннях елементарних частинок, у
глобальних космогонічних процесах.

Гіпотезу про існування
частинки, яка надзвичайно
слабо взаємодіє з речовиною,
висунув 4 грудня 1930 Паулі —
не в статті, а в неформальному
листі учасникам фізичної
конференції в Тюбінгені.
Згодом нейтроном була
названа, як виявилося, інша
елементарна частинка.
На Сольвеївському Конгресі
1933 р. в Брюселі Паулі
виступив з рефератом про
механізм β-розпаду з участю
легкої нейтральної частинки зі
спіном 1/2, в якому, з
посиланням на пропозицію
Фермі, назвав гіпотетичну
частинку «нейтрино». Цей
виступ був фактично першою
офіційною публікацією,
присвяченою нейтрино.

Взаємодії елементарних частинок
У мікросвіті здійснюються чотири типи фундаментальних взаємодій. З них
тільки дві (гравітаційна і електромагнітна) відповідають процесам макросвіту.
Гравітаційна взаємодія для процесів мікросвіту настільки мала, що звичайно
нею нехтують. Це пов'язано головним чином з тим, що маси елементарних
частинок дуже малі. Однак вона властива всім частинкам без винятку.
Електромагнітна взаємодія ґрунтується на процесах, що відбуваються з
частинкою в електромагнітному полі. Для електронейтральних частинок
(нейтрино, антинейтрино, фотон) вона не здійснюється. Саме електромагнітна
взаємодія обумовлює існування атомів і молекул, тому що зв'язок між ядром і
електронами здійснюється завдяки їхнім різнойменним зарядам.
Слабка взаємодія охоплює процеси, що відбуваються за участю нейтрино або
антинейтрино. Це найповільніша з усіх взаємодій мікросвіту. До неї
зараховують такі процеси, як β- і μ-розпади, безнейтринні процеси розпаду
частинок з великою тривалістю життя (τ = 10-10 с).
Сильна взаємодія виявляє себе у зв'язку протонів і нейтронів у ядрі, хоча
ядерні сили — це тільки окремий випадок сильної взаємодії.


Slide 7

Елементарні частинки – найдрібніші суб’ядерні
частинки речовини або фізичного поля. Це дискретні
структурні елементи, що можуть існувати в неасоційованому
стані. Найхарактернішою особливістю елементарних
частинок є їхня здатність до перетворень і взаємодії.
Починаючи з 1932 року було відкрито понад 400 елементарних частинок і це
число зростає й надалі.

Фундаментальні частинки - це безструктурні частинки,
які до теперішнього часу не вдалося описати як складові.

1897р. – Дж. Томсон відкрив
електрон

1919 р.– Е. Резерфорд відкрив протон

1932р. – Дж. Чедвік відкрив
нейтрон і досліджує до цього часу

За величиною спіну всі елементарні частинки
поділяють на два класи:
Ферміони
Частинки з напівцілим
спіном. Кварки (вони
утворюють протони і
нейтрони, які також є
фермионами), лептони
(електрони, мюони, таулептони, нейтрино), дірки
(квазічастинки в
напівпровіднику)

Бозони
Частинки з цілим спіном.
Елементарні бозони є
квантами калібрувальних
полів. До таких
калібрувальних бозонів
відносять:фотон
(електромагнітна
взаємодія),глюон (сильна
взаємодія) Z-бозони (слабка
взаємодія)

Ферміони підкоряються статистиці Фермі-Дірака: в
одному квантовому стані може знаходитися не більше
однієї частинки (принцип Паулі). Принцип Паулі відповідає
за стійкість електронних оболонок атомів, роблячи
можливим існування складних хімічних елементів. Він
також дозволяє існувати виродженої матерії під дією
високих тисків (нейтронні зірки). Квантова система складається з непарного числа ферміонів, сама є
ферміоном (наприклад, ядро з непарним масовим числом
A; атом чи йон з непарної сумою A і числа електронів).

Всі елементарні бозони, за винятком W ±-бозонів, є
незарядженими. W + і W-бозони по відношенню один до
одного виступають як античастинки. Калібровані бозони
(фотон, глюон, W ± і Z-бозони) мають одиничний спін.
Гіпотетичний гравітон - спін 2, і бозон Хіггса - спін 0. До
складових бозонів відносять численні двухкваркові зв'язані
стани, звані мезонами. Як і у будь-яких бозонів, спін мезонів є
цілочисловим, і його значення, в принципі, не обмежене
(0,1,2,3, ...). Іншими прикладами бозонів є ядра, що містять
парну кількість нуклонів (протонів і нейтронів).

За видами взаємодій
Складові частки
• адрони які в свою чергу,
поділяються на:
1. мезони
2. баріони

Фундаментальні (безструктурні)
частки
• лептони
• кварки
• калібрувальні бозони

1. фотон
2. вісім глюонів
3. три проміжних векторних
бозона
4. гравітон

Адрони - частинки, що беруть участь у всіх видах фундаментальних взаємодій.
Вони складаються з кварків і поділяються, в свою чергу, на:
• мезони - адрони з цілим спіном, тобто є бозонами;
• баріони - адрони з напівцілим спіном, тобто ферміони. До них, зокрема,
відносяться частинки, що становлять ядро атома, - протон і нейтрон.
Лептони - ферміони, які мають вигляд точкових частинок аж до масштабів
порядку 10 -18 м. Не беруть участь в сильних взаємодіях. Участь в
електромагнітних взаємодіях експериментально спостерігалася тільки для
заряджених лептонів ( електрони, мюони, тау-лептони) і не спостерігалося для
нейтрино. Відомі 6 типів лептонів.

Кварки - дрібнозаряджені частинки, що входять до складу адронів. У
вільному стані не спостерігалися. Як і лептони, вони діляться на 6 типів і
вважаються безструктурними, проте, на відміну від лептонів, беруть
участь у сильній взаємодії.
Калібрувальні бозони - частинки, за допомогою обміну якими
здійснюються взаємодії:
• фотон - частинка, що переносить електромагнітне взаємодія;
• вісім глюонів - частинок, що переносять сильну взаємодію;
• три проміжних векторних бозона W +, W - і Z 0, що переносять слабку
взаємодію;
• гравітон - гіпотетична частинка, що переносить гравітаційну
взаємодію. Існування гравітонів, хоча поки не доведено
експериментально в зв'язку зі слабкістю гравітаційної взаємодії,
вважається цілком вірогідним, проте гравітон не входить в
Стандартну модель елементарних часток.

Електро́н — стабільна, негативно
заряджена елементарна частинка,
що входить до складу всіх атомів.
Має електричний заряд (-е=
−1,6021892(46)×10−19 Кл) і масу
(9,109554(906)×10−31 кг).
Зазвичай електрон позначається в
формулах символом e-.
Електрон належить до родини
лептонів, має електричний заряд −e.
Електрон є лептоном першого
покоління, бере участь в
електромагнітній, слабкій та
гравітаційній взаємодіях.
Античастинкою для електрона є
позитрон.
Завдяки напівцілому спіну електрон
є ферміоном, і підкоряється
статистиці Фермі-Дірака.
Електрон стабільна частинка, його
час життя принаймні перевищує
1026 років.

Історія відкриття
• Термін електрон запровадив у 1894 році Джордж Джонстоун Стоуні.
Він вперше сформулював ідею про те, що природа складається із
заряджених частинок ще в 1874 році.
• Експериментально відкрив електрон у 1897 році Джозеф Джон Томсон
у експериментах з катодними променями у вакуумних лампах. Томсон
першим довів, що проміння складається з заряджених часток та
визначив відношення заряду частки до її маси. Визначена Томсоном
маса була в тисячі разів меншою, ніж маса атома водню, що свідчило
про те, що електрон — субатомна частинка.
• В 1909 році Міллікен у дослідах із падінням олійних крапель
продемонстрував, що електричний заряд може мати лише дискретні
значення, кратні певному елементарному заряду, і виміряв значення
цього заряду.
• В 1927 році Девісон і Джермер, а також незалежно від них Томсон,
продемонстрували явище дифракції електронів, довівши, що електрон
має як корпускулярні, так і хвильові властивості.

Прото́н — єдина стабільна частинка з позитивним зарядом +е.
Раніше вважали, що протони, як і електрони — елементарні
частинки, не мають внутрішньої структури. Однак сучасні
дослідження показують, що протон є дуже складною системою, а
його складові частинки, кварки, мають унікальні характеристики.
Маса протона становить 1,00727663 а.о.м. або 938,2723 МеВ.
Крім електричного заряду протон має також магнітний момент.
Античастинкою для протона є антипротон, характеристики якого
схожі на протон за винятком від'ємного заряду.
Протони беруть участь у всіх типах взаєомодії: сильній,
електромагнітній, слабкій та гравітаційній.

Історія
В 1919 році Ернест Резерфорд, опромінюючи альфа-частинками газ азоту, виявив в
ньому певну кількість атомів водню. Це була перша штучно викликана ядерна реакція.
Зважаючи на те, що водень має атомну масу 1, Резерфорд прийшов до висновку, що
його ядро є елементарною частинкою, яка входить до складу інших частинок.
Однак ідею про те, що інші хімічні елементи складаються з водню, висловлював ще в
1815–1816 роках у серії статей Вільям Праут, виходячи із того, що хімічні речовини
вступають в реакції в пропорціях, які виражаються малими цілими числами. Його
гіпотезу відкинули, коли точні вимірювання атомних мас хімічних елементів дали
значення, дещо відмінні від цілих чисел.
Антипротон був відкритий у лабораторії університету Берклі в 1955 році. За його
відкриття Еміліо Сеґре й Оуен Чемберлен отримали Нобелівську премію з фізики 1959.

Час життя
Питання про стабільність протона разом з питанням про стабільність електрона є
наріжними каменями, на яких побудовані сучасні уявлення про будову Всесвіту. Наразі
нижня межа часу життя протона щодо розпаду експериментально підтверджена на
рівні 1033 років.

Нейтрон — електрично нейтральна
частинка, що входить до групи частинок під
назвою баріони, котрі в свою чергу входять
до складу групи адронів. У нейтрона є
античастинка, яка називається
антинейтроном.
Маса нейтрона приблизно дорівнює масі
протона 1,6749543•10−24г = 1838,5 мас
електрона. Це тільки на ~2,5 електронних
мас перевищує масу протона. З нейтронів і
протонів складаються ядра атомів, в яких
нейтрон стабільний. У вільному стані
нейтрон нестабільний і радіоактивний.
Середній період існування 12,5 хв.
Перетворюється на
протон+електрон+антинейтрино. Внаслідок
відсутності заряду має велику проникність,
оскільки під час руху в речовині нейтрон не
витрачає енергії на йонізацію,
випромінювання тощо. Нейтрони
використовуються в активаційному аналізі,
нейтронній радіографії, нейтронному
гамма-каротажі, нейтронографії та інших
методах досліджень.

Історія відкриття
Нейтрон відкрив у 1932 році Джеймс Чедвік. У 1935 році він отримав за це
відкриття Нобелівську премію. Експерименти, які засвідчували
виникнення випромінювання з великою глибиною проникнення в
речовину, проводилися й раніше, але це випромінювання намагалися
інтерпретувати, як народження гамма-квантів. Спочатку вважалося, що
нейтрон є зв'язаним станом протона й електрона, а ядро атома
складається із протонів та електроні. Існували й інші складнощі протонноелектронної моделі. Вона не могла пояснити ціле значення спіну ядра
Нітрогену в молекулі азоту, а також відсутність електронного внеску в
надтонку структуру. Крім того, електрон надто легка частинка, щоб її
можна було локалізувати в об'ємі ядра. Першими довели, що ядро не
може складатися з електронів та протонів Віктор Амбарцумян та Дмитро
Іваненко, а з середини 1930-их утвердилася протон-нейтронна модель
ядра. Антинейтрон відкрив у 1956 році Брюс Корк.

Нейтри́но — стабільні нейтральні лептони з напівцілим

спіном, що беруть участь тільки в слабкій і гравітаційній
взаємодіях. Надзвичайно слабо взаємодіють з речовиною:
нейтрино з енергією 1 МеВ мають в свинці довжину вільного
пробігу ~ 1020 см (~ 100 світлових років).
Нейтрино - стабільна електрично нейтральна елементарна
частинка, маса якої близька до нуля. Вона належить до групи
лептонів. Швидкість руху нейтрино близька до швидкості світла.
Розрізняють нейтрино електронне, мюонне і τ-лептонне
нейтрино. Нейтрино і відповідні їм антинейтрино беруть участь
тільки у слабких та гравітаційних взаємодіях. Вони відіграють
велику роль у перетвореннях елементарних частинок, у
глобальних космогонічних процесах.

Гіпотезу про існування
частинки, яка надзвичайно
слабо взаємодіє з речовиною,
висунув 4 грудня 1930 Паулі —
не в статті, а в неформальному
листі учасникам фізичної
конференції в Тюбінгені.
Згодом нейтроном була
названа, як виявилося, інша
елементарна частинка.
На Сольвеївському Конгресі
1933 р. в Брюселі Паулі
виступив з рефератом про
механізм β-розпаду з участю
легкої нейтральної частинки зі
спіном 1/2, в якому, з
посиланням на пропозицію
Фермі, назвав гіпотетичну
частинку «нейтрино». Цей
виступ був фактично першою
офіційною публікацією,
присвяченою нейтрино.

Взаємодії елементарних частинок
У мікросвіті здійснюються чотири типи фундаментальних взаємодій. З них
тільки дві (гравітаційна і електромагнітна) відповідають процесам макросвіту.
Гравітаційна взаємодія для процесів мікросвіту настільки мала, що звичайно
нею нехтують. Це пов'язано головним чином з тим, що маси елементарних
частинок дуже малі. Однак вона властива всім частинкам без винятку.
Електромагнітна взаємодія ґрунтується на процесах, що відбуваються з
частинкою в електромагнітному полі. Для електронейтральних частинок
(нейтрино, антинейтрино, фотон) вона не здійснюється. Саме електромагнітна
взаємодія обумовлює існування атомів і молекул, тому що зв'язок між ядром і
електронами здійснюється завдяки їхнім різнойменним зарядам.
Слабка взаємодія охоплює процеси, що відбуваються за участю нейтрино або
антинейтрино. Це найповільніша з усіх взаємодій мікросвіту. До неї
зараховують такі процеси, як β- і μ-розпади, безнейтринні процеси розпаду
частинок з великою тривалістю життя (τ = 10-10 с).
Сильна взаємодія виявляє себе у зв'язку протонів і нейтронів у ядрі, хоча
ядерні сили — це тільки окремий випадок сильної взаємодії.


Slide 8

Елементарні частинки – найдрібніші суб’ядерні
частинки речовини або фізичного поля. Це дискретні
структурні елементи, що можуть існувати в неасоційованому
стані. Найхарактернішою особливістю елементарних
частинок є їхня здатність до перетворень і взаємодії.
Починаючи з 1932 року було відкрито понад 400 елементарних частинок і це
число зростає й надалі.

Фундаментальні частинки - це безструктурні частинки,
які до теперішнього часу не вдалося описати як складові.

1897р. – Дж. Томсон відкрив
електрон

1919 р.– Е. Резерфорд відкрив протон

1932р. – Дж. Чедвік відкрив
нейтрон і досліджує до цього часу

За величиною спіну всі елементарні частинки
поділяють на два класи:
Ферміони
Частинки з напівцілим
спіном. Кварки (вони
утворюють протони і
нейтрони, які також є
фермионами), лептони
(електрони, мюони, таулептони, нейтрино), дірки
(квазічастинки в
напівпровіднику)

Бозони
Частинки з цілим спіном.
Елементарні бозони є
квантами калібрувальних
полів. До таких
калібрувальних бозонів
відносять:фотон
(електромагнітна
взаємодія),глюон (сильна
взаємодія) Z-бозони (слабка
взаємодія)

Ферміони підкоряються статистиці Фермі-Дірака: в
одному квантовому стані може знаходитися не більше
однієї частинки (принцип Паулі). Принцип Паулі відповідає
за стійкість електронних оболонок атомів, роблячи
можливим існування складних хімічних елементів. Він
також дозволяє існувати виродженої матерії під дією
високих тисків (нейтронні зірки). Квантова система складається з непарного числа ферміонів, сама є
ферміоном (наприклад, ядро з непарним масовим числом
A; атом чи йон з непарної сумою A і числа електронів).

Всі елементарні бозони, за винятком W ±-бозонів, є
незарядженими. W + і W-бозони по відношенню один до
одного виступають як античастинки. Калібровані бозони
(фотон, глюон, W ± і Z-бозони) мають одиничний спін.
Гіпотетичний гравітон - спін 2, і бозон Хіггса - спін 0. До
складових бозонів відносять численні двухкваркові зв'язані
стани, звані мезонами. Як і у будь-яких бозонів, спін мезонів є
цілочисловим, і його значення, в принципі, не обмежене
(0,1,2,3, ...). Іншими прикладами бозонів є ядра, що містять
парну кількість нуклонів (протонів і нейтронів).

За видами взаємодій
Складові частки
• адрони які в свою чергу,
поділяються на:
1. мезони
2. баріони

Фундаментальні (безструктурні)
частки
• лептони
• кварки
• калібрувальні бозони

1. фотон
2. вісім глюонів
3. три проміжних векторних
бозона
4. гравітон

Адрони - частинки, що беруть участь у всіх видах фундаментальних взаємодій.
Вони складаються з кварків і поділяються, в свою чергу, на:
• мезони - адрони з цілим спіном, тобто є бозонами;
• баріони - адрони з напівцілим спіном, тобто ферміони. До них, зокрема,
відносяться частинки, що становлять ядро атома, - протон і нейтрон.
Лептони - ферміони, які мають вигляд точкових частинок аж до масштабів
порядку 10 -18 м. Не беруть участь в сильних взаємодіях. Участь в
електромагнітних взаємодіях експериментально спостерігалася тільки для
заряджених лептонів ( електрони, мюони, тау-лептони) і не спостерігалося для
нейтрино. Відомі 6 типів лептонів.

Кварки - дрібнозаряджені частинки, що входять до складу адронів. У
вільному стані не спостерігалися. Як і лептони, вони діляться на 6 типів і
вважаються безструктурними, проте, на відміну від лептонів, беруть
участь у сильній взаємодії.
Калібрувальні бозони - частинки, за допомогою обміну якими
здійснюються взаємодії:
• фотон - частинка, що переносить електромагнітне взаємодія;
• вісім глюонів - частинок, що переносять сильну взаємодію;
• три проміжних векторних бозона W +, W - і Z 0, що переносять слабку
взаємодію;
• гравітон - гіпотетична частинка, що переносить гравітаційну
взаємодію. Існування гравітонів, хоча поки не доведено
експериментально в зв'язку зі слабкістю гравітаційної взаємодії,
вважається цілком вірогідним, проте гравітон не входить в
Стандартну модель елементарних часток.

Електро́н — стабільна, негативно
заряджена елементарна частинка,
що входить до складу всіх атомів.
Має електричний заряд (-е=
−1,6021892(46)×10−19 Кл) і масу
(9,109554(906)×10−31 кг).
Зазвичай електрон позначається в
формулах символом e-.
Електрон належить до родини
лептонів, має електричний заряд −e.
Електрон є лептоном першого
покоління, бере участь в
електромагнітній, слабкій та
гравітаційній взаємодіях.
Античастинкою для електрона є
позитрон.
Завдяки напівцілому спіну електрон
є ферміоном, і підкоряється
статистиці Фермі-Дірака.
Електрон стабільна частинка, його
час життя принаймні перевищує
1026 років.

Історія відкриття
• Термін електрон запровадив у 1894 році Джордж Джонстоун Стоуні.
Він вперше сформулював ідею про те, що природа складається із
заряджених частинок ще в 1874 році.
• Експериментально відкрив електрон у 1897 році Джозеф Джон Томсон
у експериментах з катодними променями у вакуумних лампах. Томсон
першим довів, що проміння складається з заряджених часток та
визначив відношення заряду частки до її маси. Визначена Томсоном
маса була в тисячі разів меншою, ніж маса атома водню, що свідчило
про те, що електрон — субатомна частинка.
• В 1909 році Міллікен у дослідах із падінням олійних крапель
продемонстрував, що електричний заряд може мати лише дискретні
значення, кратні певному елементарному заряду, і виміряв значення
цього заряду.
• В 1927 році Девісон і Джермер, а також незалежно від них Томсон,
продемонстрували явище дифракції електронів, довівши, що електрон
має як корпускулярні, так і хвильові властивості.

Прото́н — єдина стабільна частинка з позитивним зарядом +е.
Раніше вважали, що протони, як і електрони — елементарні
частинки, не мають внутрішньої структури. Однак сучасні
дослідження показують, що протон є дуже складною системою, а
його складові частинки, кварки, мають унікальні характеристики.
Маса протона становить 1,00727663 а.о.м. або 938,2723 МеВ.
Крім електричного заряду протон має також магнітний момент.
Античастинкою для протона є антипротон, характеристики якого
схожі на протон за винятком від'ємного заряду.
Протони беруть участь у всіх типах взаєомодії: сильній,
електромагнітній, слабкій та гравітаційній.

Історія
В 1919 році Ернест Резерфорд, опромінюючи альфа-частинками газ азоту, виявив в
ньому певну кількість атомів водню. Це була перша штучно викликана ядерна реакція.
Зважаючи на те, що водень має атомну масу 1, Резерфорд прийшов до висновку, що
його ядро є елементарною частинкою, яка входить до складу інших частинок.
Однак ідею про те, що інші хімічні елементи складаються з водню, висловлював ще в
1815–1816 роках у серії статей Вільям Праут, виходячи із того, що хімічні речовини
вступають в реакції в пропорціях, які виражаються малими цілими числами. Його
гіпотезу відкинули, коли точні вимірювання атомних мас хімічних елементів дали
значення, дещо відмінні від цілих чисел.
Антипротон був відкритий у лабораторії університету Берклі в 1955 році. За його
відкриття Еміліо Сеґре й Оуен Чемберлен отримали Нобелівську премію з фізики 1959.

Час життя
Питання про стабільність протона разом з питанням про стабільність електрона є
наріжними каменями, на яких побудовані сучасні уявлення про будову Всесвіту. Наразі
нижня межа часу життя протона щодо розпаду експериментально підтверджена на
рівні 1033 років.

Нейтрон — електрично нейтральна
частинка, що входить до групи частинок під
назвою баріони, котрі в свою чергу входять
до складу групи адронів. У нейтрона є
античастинка, яка називається
антинейтроном.
Маса нейтрона приблизно дорівнює масі
протона 1,6749543•10−24г = 1838,5 мас
електрона. Це тільки на ~2,5 електронних
мас перевищує масу протона. З нейтронів і
протонів складаються ядра атомів, в яких
нейтрон стабільний. У вільному стані
нейтрон нестабільний і радіоактивний.
Середній період існування 12,5 хв.
Перетворюється на
протон+електрон+антинейтрино. Внаслідок
відсутності заряду має велику проникність,
оскільки під час руху в речовині нейтрон не
витрачає енергії на йонізацію,
випромінювання тощо. Нейтрони
використовуються в активаційному аналізі,
нейтронній радіографії, нейтронному
гамма-каротажі, нейтронографії та інших
методах досліджень.

Історія відкриття
Нейтрон відкрив у 1932 році Джеймс Чедвік. У 1935 році він отримав за це
відкриття Нобелівську премію. Експерименти, які засвідчували
виникнення випромінювання з великою глибиною проникнення в
речовину, проводилися й раніше, але це випромінювання намагалися
інтерпретувати, як народження гамма-квантів. Спочатку вважалося, що
нейтрон є зв'язаним станом протона й електрона, а ядро атома
складається із протонів та електроні. Існували й інші складнощі протонноелектронної моделі. Вона не могла пояснити ціле значення спіну ядра
Нітрогену в молекулі азоту, а також відсутність електронного внеску в
надтонку структуру. Крім того, електрон надто легка частинка, щоб її
можна було локалізувати в об'ємі ядра. Першими довели, що ядро не
може складатися з електронів та протонів Віктор Амбарцумян та Дмитро
Іваненко, а з середини 1930-их утвердилася протон-нейтронна модель
ядра. Антинейтрон відкрив у 1956 році Брюс Корк.

Нейтри́но — стабільні нейтральні лептони з напівцілим

спіном, що беруть участь тільки в слабкій і гравітаційній
взаємодіях. Надзвичайно слабо взаємодіють з речовиною:
нейтрино з енергією 1 МеВ мають в свинці довжину вільного
пробігу ~ 1020 см (~ 100 світлових років).
Нейтрино - стабільна електрично нейтральна елементарна
частинка, маса якої близька до нуля. Вона належить до групи
лептонів. Швидкість руху нейтрино близька до швидкості світла.
Розрізняють нейтрино електронне, мюонне і τ-лептонне
нейтрино. Нейтрино і відповідні їм антинейтрино беруть участь
тільки у слабких та гравітаційних взаємодіях. Вони відіграють
велику роль у перетвореннях елементарних частинок, у
глобальних космогонічних процесах.

Гіпотезу про існування
частинки, яка надзвичайно
слабо взаємодіє з речовиною,
висунув 4 грудня 1930 Паулі —
не в статті, а в неформальному
листі учасникам фізичної
конференції в Тюбінгені.
Згодом нейтроном була
названа, як виявилося, інша
елементарна частинка.
На Сольвеївському Конгресі
1933 р. в Брюселі Паулі
виступив з рефератом про
механізм β-розпаду з участю
легкої нейтральної частинки зі
спіном 1/2, в якому, з
посиланням на пропозицію
Фермі, назвав гіпотетичну
частинку «нейтрино». Цей
виступ був фактично першою
офіційною публікацією,
присвяченою нейтрино.

Взаємодії елементарних частинок
У мікросвіті здійснюються чотири типи фундаментальних взаємодій. З них
тільки дві (гравітаційна і електромагнітна) відповідають процесам макросвіту.
Гравітаційна взаємодія для процесів мікросвіту настільки мала, що звичайно
нею нехтують. Це пов'язано головним чином з тим, що маси елементарних
частинок дуже малі. Однак вона властива всім частинкам без винятку.
Електромагнітна взаємодія ґрунтується на процесах, що відбуваються з
частинкою в електромагнітному полі. Для електронейтральних частинок
(нейтрино, антинейтрино, фотон) вона не здійснюється. Саме електромагнітна
взаємодія обумовлює існування атомів і молекул, тому що зв'язок між ядром і
електронами здійснюється завдяки їхнім різнойменним зарядам.
Слабка взаємодія охоплює процеси, що відбуваються за участю нейтрино або
антинейтрино. Це найповільніша з усіх взаємодій мікросвіту. До неї
зараховують такі процеси, як β- і μ-розпади, безнейтринні процеси розпаду
частинок з великою тривалістю життя (τ = 10-10 с).
Сильна взаємодія виявляє себе у зв'язку протонів і нейтронів у ядрі, хоча
ядерні сили — це тільки окремий випадок сильної взаємодії.


Slide 9

Елементарні частинки – найдрібніші суб’ядерні
частинки речовини або фізичного поля. Це дискретні
структурні елементи, що можуть існувати в неасоційованому
стані. Найхарактернішою особливістю елементарних
частинок є їхня здатність до перетворень і взаємодії.
Починаючи з 1932 року було відкрито понад 400 елементарних частинок і це
число зростає й надалі.

Фундаментальні частинки - це безструктурні частинки,
які до теперішнього часу не вдалося описати як складові.

1897р. – Дж. Томсон відкрив
електрон

1919 р.– Е. Резерфорд відкрив протон

1932р. – Дж. Чедвік відкрив
нейтрон і досліджує до цього часу

За величиною спіну всі елементарні частинки
поділяють на два класи:
Ферміони
Частинки з напівцілим
спіном. Кварки (вони
утворюють протони і
нейтрони, які також є
фермионами), лептони
(електрони, мюони, таулептони, нейтрино), дірки
(квазічастинки в
напівпровіднику)

Бозони
Частинки з цілим спіном.
Елементарні бозони є
квантами калібрувальних
полів. До таких
калібрувальних бозонів
відносять:фотон
(електромагнітна
взаємодія),глюон (сильна
взаємодія) Z-бозони (слабка
взаємодія)

Ферміони підкоряються статистиці Фермі-Дірака: в
одному квантовому стані може знаходитися не більше
однієї частинки (принцип Паулі). Принцип Паулі відповідає
за стійкість електронних оболонок атомів, роблячи
можливим існування складних хімічних елементів. Він
також дозволяє існувати виродженої матерії під дією
високих тисків (нейтронні зірки). Квантова система складається з непарного числа ферміонів, сама є
ферміоном (наприклад, ядро з непарним масовим числом
A; атом чи йон з непарної сумою A і числа електронів).

Всі елементарні бозони, за винятком W ±-бозонів, є
незарядженими. W + і W-бозони по відношенню один до
одного виступають як античастинки. Калібровані бозони
(фотон, глюон, W ± і Z-бозони) мають одиничний спін.
Гіпотетичний гравітон - спін 2, і бозон Хіггса - спін 0. До
складових бозонів відносять численні двухкваркові зв'язані
стани, звані мезонами. Як і у будь-яких бозонів, спін мезонів є
цілочисловим, і його значення, в принципі, не обмежене
(0,1,2,3, ...). Іншими прикладами бозонів є ядра, що містять
парну кількість нуклонів (протонів і нейтронів).

За видами взаємодій
Складові частки
• адрони які в свою чергу,
поділяються на:
1. мезони
2. баріони

Фундаментальні (безструктурні)
частки
• лептони
• кварки
• калібрувальні бозони

1. фотон
2. вісім глюонів
3. три проміжних векторних
бозона
4. гравітон

Адрони - частинки, що беруть участь у всіх видах фундаментальних взаємодій.
Вони складаються з кварків і поділяються, в свою чергу, на:
• мезони - адрони з цілим спіном, тобто є бозонами;
• баріони - адрони з напівцілим спіном, тобто ферміони. До них, зокрема,
відносяться частинки, що становлять ядро атома, - протон і нейтрон.
Лептони - ферміони, які мають вигляд точкових частинок аж до масштабів
порядку 10 -18 м. Не беруть участь в сильних взаємодіях. Участь в
електромагнітних взаємодіях експериментально спостерігалася тільки для
заряджених лептонів ( електрони, мюони, тау-лептони) і не спостерігалося для
нейтрино. Відомі 6 типів лептонів.

Кварки - дрібнозаряджені частинки, що входять до складу адронів. У
вільному стані не спостерігалися. Як і лептони, вони діляться на 6 типів і
вважаються безструктурними, проте, на відміну від лептонів, беруть
участь у сильній взаємодії.
Калібрувальні бозони - частинки, за допомогою обміну якими
здійснюються взаємодії:
• фотон - частинка, що переносить електромагнітне взаємодія;
• вісім глюонів - частинок, що переносять сильну взаємодію;
• три проміжних векторних бозона W +, W - і Z 0, що переносять слабку
взаємодію;
• гравітон - гіпотетична частинка, що переносить гравітаційну
взаємодію. Існування гравітонів, хоча поки не доведено
експериментально в зв'язку зі слабкістю гравітаційної взаємодії,
вважається цілком вірогідним, проте гравітон не входить в
Стандартну модель елементарних часток.

Електро́н — стабільна, негативно
заряджена елементарна частинка,
що входить до складу всіх атомів.
Має електричний заряд (-е=
−1,6021892(46)×10−19 Кл) і масу
(9,109554(906)×10−31 кг).
Зазвичай електрон позначається в
формулах символом e-.
Електрон належить до родини
лептонів, має електричний заряд −e.
Електрон є лептоном першого
покоління, бере участь в
електромагнітній, слабкій та
гравітаційній взаємодіях.
Античастинкою для електрона є
позитрон.
Завдяки напівцілому спіну електрон
є ферміоном, і підкоряється
статистиці Фермі-Дірака.
Електрон стабільна частинка, його
час життя принаймні перевищує
1026 років.

Історія відкриття
• Термін електрон запровадив у 1894 році Джордж Джонстоун Стоуні.
Він вперше сформулював ідею про те, що природа складається із
заряджених частинок ще в 1874 році.
• Експериментально відкрив електрон у 1897 році Джозеф Джон Томсон
у експериментах з катодними променями у вакуумних лампах. Томсон
першим довів, що проміння складається з заряджених часток та
визначив відношення заряду частки до її маси. Визначена Томсоном
маса була в тисячі разів меншою, ніж маса атома водню, що свідчило
про те, що електрон — субатомна частинка.
• В 1909 році Міллікен у дослідах із падінням олійних крапель
продемонстрував, що електричний заряд може мати лише дискретні
значення, кратні певному елементарному заряду, і виміряв значення
цього заряду.
• В 1927 році Девісон і Джермер, а також незалежно від них Томсон,
продемонстрували явище дифракції електронів, довівши, що електрон
має як корпускулярні, так і хвильові властивості.

Прото́н — єдина стабільна частинка з позитивним зарядом +е.
Раніше вважали, що протони, як і електрони — елементарні
частинки, не мають внутрішньої структури. Однак сучасні
дослідження показують, що протон є дуже складною системою, а
його складові частинки, кварки, мають унікальні характеристики.
Маса протона становить 1,00727663 а.о.м. або 938,2723 МеВ.
Крім електричного заряду протон має також магнітний момент.
Античастинкою для протона є антипротон, характеристики якого
схожі на протон за винятком від'ємного заряду.
Протони беруть участь у всіх типах взаєомодії: сильній,
електромагнітній, слабкій та гравітаційній.

Історія
В 1919 році Ернест Резерфорд, опромінюючи альфа-частинками газ азоту, виявив в
ньому певну кількість атомів водню. Це була перша штучно викликана ядерна реакція.
Зважаючи на те, що водень має атомну масу 1, Резерфорд прийшов до висновку, що
його ядро є елементарною частинкою, яка входить до складу інших частинок.
Однак ідею про те, що інші хімічні елементи складаються з водню, висловлював ще в
1815–1816 роках у серії статей Вільям Праут, виходячи із того, що хімічні речовини
вступають в реакції в пропорціях, які виражаються малими цілими числами. Його
гіпотезу відкинули, коли точні вимірювання атомних мас хімічних елементів дали
значення, дещо відмінні від цілих чисел.
Антипротон був відкритий у лабораторії університету Берклі в 1955 році. За його
відкриття Еміліо Сеґре й Оуен Чемберлен отримали Нобелівську премію з фізики 1959.

Час життя
Питання про стабільність протона разом з питанням про стабільність електрона є
наріжними каменями, на яких побудовані сучасні уявлення про будову Всесвіту. Наразі
нижня межа часу життя протона щодо розпаду експериментально підтверджена на
рівні 1033 років.

Нейтрон — електрично нейтральна
частинка, що входить до групи частинок під
назвою баріони, котрі в свою чергу входять
до складу групи адронів. У нейтрона є
античастинка, яка називається
антинейтроном.
Маса нейтрона приблизно дорівнює масі
протона 1,6749543•10−24г = 1838,5 мас
електрона. Це тільки на ~2,5 електронних
мас перевищує масу протона. З нейтронів і
протонів складаються ядра атомів, в яких
нейтрон стабільний. У вільному стані
нейтрон нестабільний і радіоактивний.
Середній період існування 12,5 хв.
Перетворюється на
протон+електрон+антинейтрино. Внаслідок
відсутності заряду має велику проникність,
оскільки під час руху в речовині нейтрон не
витрачає енергії на йонізацію,
випромінювання тощо. Нейтрони
використовуються в активаційному аналізі,
нейтронній радіографії, нейтронному
гамма-каротажі, нейтронографії та інших
методах досліджень.

Історія відкриття
Нейтрон відкрив у 1932 році Джеймс Чедвік. У 1935 році він отримав за це
відкриття Нобелівську премію. Експерименти, які засвідчували
виникнення випромінювання з великою глибиною проникнення в
речовину, проводилися й раніше, але це випромінювання намагалися
інтерпретувати, як народження гамма-квантів. Спочатку вважалося, що
нейтрон є зв'язаним станом протона й електрона, а ядро атома
складається із протонів та електроні. Існували й інші складнощі протонноелектронної моделі. Вона не могла пояснити ціле значення спіну ядра
Нітрогену в молекулі азоту, а також відсутність електронного внеску в
надтонку структуру. Крім того, електрон надто легка частинка, щоб її
можна було локалізувати в об'ємі ядра. Першими довели, що ядро не
може складатися з електронів та протонів Віктор Амбарцумян та Дмитро
Іваненко, а з середини 1930-их утвердилася протон-нейтронна модель
ядра. Антинейтрон відкрив у 1956 році Брюс Корк.

Нейтри́но — стабільні нейтральні лептони з напівцілим

спіном, що беруть участь тільки в слабкій і гравітаційній
взаємодіях. Надзвичайно слабо взаємодіють з речовиною:
нейтрино з енергією 1 МеВ мають в свинці довжину вільного
пробігу ~ 1020 см (~ 100 світлових років).
Нейтрино - стабільна електрично нейтральна елементарна
частинка, маса якої близька до нуля. Вона належить до групи
лептонів. Швидкість руху нейтрино близька до швидкості світла.
Розрізняють нейтрино електронне, мюонне і τ-лептонне
нейтрино. Нейтрино і відповідні їм антинейтрино беруть участь
тільки у слабких та гравітаційних взаємодіях. Вони відіграють
велику роль у перетвореннях елементарних частинок, у
глобальних космогонічних процесах.

Гіпотезу про існування
частинки, яка надзвичайно
слабо взаємодіє з речовиною,
висунув 4 грудня 1930 Паулі —
не в статті, а в неформальному
листі учасникам фізичної
конференції в Тюбінгені.
Згодом нейтроном була
названа, як виявилося, інша
елементарна частинка.
На Сольвеївському Конгресі
1933 р. в Брюселі Паулі
виступив з рефератом про
механізм β-розпаду з участю
легкої нейтральної частинки зі
спіном 1/2, в якому, з
посиланням на пропозицію
Фермі, назвав гіпотетичну
частинку «нейтрино». Цей
виступ був фактично першою
офіційною публікацією,
присвяченою нейтрино.

Взаємодії елементарних частинок
У мікросвіті здійснюються чотири типи фундаментальних взаємодій. З них
тільки дві (гравітаційна і електромагнітна) відповідають процесам макросвіту.
Гравітаційна взаємодія для процесів мікросвіту настільки мала, що звичайно
нею нехтують. Це пов'язано головним чином з тим, що маси елементарних
частинок дуже малі. Однак вона властива всім частинкам без винятку.
Електромагнітна взаємодія ґрунтується на процесах, що відбуваються з
частинкою в електромагнітному полі. Для електронейтральних частинок
(нейтрино, антинейтрино, фотон) вона не здійснюється. Саме електромагнітна
взаємодія обумовлює існування атомів і молекул, тому що зв'язок між ядром і
електронами здійснюється завдяки їхнім різнойменним зарядам.
Слабка взаємодія охоплює процеси, що відбуваються за участю нейтрино або
антинейтрино. Це найповільніша з усіх взаємодій мікросвіту. До неї
зараховують такі процеси, як β- і μ-розпади, безнейтринні процеси розпаду
частинок з великою тривалістю життя (τ = 10-10 с).
Сильна взаємодія виявляє себе у зв'язку протонів і нейтронів у ядрі, хоча
ядерні сили — це тільки окремий випадок сильної взаємодії.


Slide 10

Елементарні частинки – найдрібніші суб’ядерні
частинки речовини або фізичного поля. Це дискретні
структурні елементи, що можуть існувати в неасоційованому
стані. Найхарактернішою особливістю елементарних
частинок є їхня здатність до перетворень і взаємодії.
Починаючи з 1932 року було відкрито понад 400 елементарних частинок і це
число зростає й надалі.

Фундаментальні частинки - це безструктурні частинки,
які до теперішнього часу не вдалося описати як складові.

1897р. – Дж. Томсон відкрив
електрон

1919 р.– Е. Резерфорд відкрив протон

1932р. – Дж. Чедвік відкрив
нейтрон і досліджує до цього часу

За величиною спіну всі елементарні частинки
поділяють на два класи:
Ферміони
Частинки з напівцілим
спіном. Кварки (вони
утворюють протони і
нейтрони, які також є
фермионами), лептони
(електрони, мюони, таулептони, нейтрино), дірки
(квазічастинки в
напівпровіднику)

Бозони
Частинки з цілим спіном.
Елементарні бозони є
квантами калібрувальних
полів. До таких
калібрувальних бозонів
відносять:фотон
(електромагнітна
взаємодія),глюон (сильна
взаємодія) Z-бозони (слабка
взаємодія)

Ферміони підкоряються статистиці Фермі-Дірака: в
одному квантовому стані може знаходитися не більше
однієї частинки (принцип Паулі). Принцип Паулі відповідає
за стійкість електронних оболонок атомів, роблячи
можливим існування складних хімічних елементів. Він
також дозволяє існувати виродженої матерії під дією
високих тисків (нейтронні зірки). Квантова система складається з непарного числа ферміонів, сама є
ферміоном (наприклад, ядро з непарним масовим числом
A; атом чи йон з непарної сумою A і числа електронів).

Всі елементарні бозони, за винятком W ±-бозонів, є
незарядженими. W + і W-бозони по відношенню один до
одного виступають як античастинки. Калібровані бозони
(фотон, глюон, W ± і Z-бозони) мають одиничний спін.
Гіпотетичний гравітон - спін 2, і бозон Хіггса - спін 0. До
складових бозонів відносять численні двухкваркові зв'язані
стани, звані мезонами. Як і у будь-яких бозонів, спін мезонів є
цілочисловим, і його значення, в принципі, не обмежене
(0,1,2,3, ...). Іншими прикладами бозонів є ядра, що містять
парну кількість нуклонів (протонів і нейтронів).

За видами взаємодій
Складові частки
• адрони які в свою чергу,
поділяються на:
1. мезони
2. баріони

Фундаментальні (безструктурні)
частки
• лептони
• кварки
• калібрувальні бозони

1. фотон
2. вісім глюонів
3. три проміжних векторних
бозона
4. гравітон

Адрони - частинки, що беруть участь у всіх видах фундаментальних взаємодій.
Вони складаються з кварків і поділяються, в свою чергу, на:
• мезони - адрони з цілим спіном, тобто є бозонами;
• баріони - адрони з напівцілим спіном, тобто ферміони. До них, зокрема,
відносяться частинки, що становлять ядро атома, - протон і нейтрон.
Лептони - ферміони, які мають вигляд точкових частинок аж до масштабів
порядку 10 -18 м. Не беруть участь в сильних взаємодіях. Участь в
електромагнітних взаємодіях експериментально спостерігалася тільки для
заряджених лептонів ( електрони, мюони, тау-лептони) і не спостерігалося для
нейтрино. Відомі 6 типів лептонів.

Кварки - дрібнозаряджені частинки, що входять до складу адронів. У
вільному стані не спостерігалися. Як і лептони, вони діляться на 6 типів і
вважаються безструктурними, проте, на відміну від лептонів, беруть
участь у сильній взаємодії.
Калібрувальні бозони - частинки, за допомогою обміну якими
здійснюються взаємодії:
• фотон - частинка, що переносить електромагнітне взаємодія;
• вісім глюонів - частинок, що переносять сильну взаємодію;
• три проміжних векторних бозона W +, W - і Z 0, що переносять слабку
взаємодію;
• гравітон - гіпотетична частинка, що переносить гравітаційну
взаємодію. Існування гравітонів, хоча поки не доведено
експериментально в зв'язку зі слабкістю гравітаційної взаємодії,
вважається цілком вірогідним, проте гравітон не входить в
Стандартну модель елементарних часток.

Електро́н — стабільна, негативно
заряджена елементарна частинка,
що входить до складу всіх атомів.
Має електричний заряд (-е=
−1,6021892(46)×10−19 Кл) і масу
(9,109554(906)×10−31 кг).
Зазвичай електрон позначається в
формулах символом e-.
Електрон належить до родини
лептонів, має електричний заряд −e.
Електрон є лептоном першого
покоління, бере участь в
електромагнітній, слабкій та
гравітаційній взаємодіях.
Античастинкою для електрона є
позитрон.
Завдяки напівцілому спіну електрон
є ферміоном, і підкоряється
статистиці Фермі-Дірака.
Електрон стабільна частинка, його
час життя принаймні перевищує
1026 років.

Історія відкриття
• Термін електрон запровадив у 1894 році Джордж Джонстоун Стоуні.
Він вперше сформулював ідею про те, що природа складається із
заряджених частинок ще в 1874 році.
• Експериментально відкрив електрон у 1897 році Джозеф Джон Томсон
у експериментах з катодними променями у вакуумних лампах. Томсон
першим довів, що проміння складається з заряджених часток та
визначив відношення заряду частки до її маси. Визначена Томсоном
маса була в тисячі разів меншою, ніж маса атома водню, що свідчило
про те, що електрон — субатомна частинка.
• В 1909 році Міллікен у дослідах із падінням олійних крапель
продемонстрував, що електричний заряд може мати лише дискретні
значення, кратні певному елементарному заряду, і виміряв значення
цього заряду.
• В 1927 році Девісон і Джермер, а також незалежно від них Томсон,
продемонстрували явище дифракції електронів, довівши, що електрон
має як корпускулярні, так і хвильові властивості.

Прото́н — єдина стабільна частинка з позитивним зарядом +е.
Раніше вважали, що протони, як і електрони — елементарні
частинки, не мають внутрішньої структури. Однак сучасні
дослідження показують, що протон є дуже складною системою, а
його складові частинки, кварки, мають унікальні характеристики.
Маса протона становить 1,00727663 а.о.м. або 938,2723 МеВ.
Крім електричного заряду протон має також магнітний момент.
Античастинкою для протона є антипротон, характеристики якого
схожі на протон за винятком від'ємного заряду.
Протони беруть участь у всіх типах взаєомодії: сильній,
електромагнітній, слабкій та гравітаційній.

Історія
В 1919 році Ернест Резерфорд, опромінюючи альфа-частинками газ азоту, виявив в
ньому певну кількість атомів водню. Це була перша штучно викликана ядерна реакція.
Зважаючи на те, що водень має атомну масу 1, Резерфорд прийшов до висновку, що
його ядро є елементарною частинкою, яка входить до складу інших частинок.
Однак ідею про те, що інші хімічні елементи складаються з водню, висловлював ще в
1815–1816 роках у серії статей Вільям Праут, виходячи із того, що хімічні речовини
вступають в реакції в пропорціях, які виражаються малими цілими числами. Його
гіпотезу відкинули, коли точні вимірювання атомних мас хімічних елементів дали
значення, дещо відмінні від цілих чисел.
Антипротон був відкритий у лабораторії університету Берклі в 1955 році. За його
відкриття Еміліо Сеґре й Оуен Чемберлен отримали Нобелівську премію з фізики 1959.

Час життя
Питання про стабільність протона разом з питанням про стабільність електрона є
наріжними каменями, на яких побудовані сучасні уявлення про будову Всесвіту. Наразі
нижня межа часу життя протона щодо розпаду експериментально підтверджена на
рівні 1033 років.

Нейтрон — електрично нейтральна
частинка, що входить до групи частинок під
назвою баріони, котрі в свою чергу входять
до складу групи адронів. У нейтрона є
античастинка, яка називається
антинейтроном.
Маса нейтрона приблизно дорівнює масі
протона 1,6749543•10−24г = 1838,5 мас
електрона. Це тільки на ~2,5 електронних
мас перевищує масу протона. З нейтронів і
протонів складаються ядра атомів, в яких
нейтрон стабільний. У вільному стані
нейтрон нестабільний і радіоактивний.
Середній період існування 12,5 хв.
Перетворюється на
протон+електрон+антинейтрино. Внаслідок
відсутності заряду має велику проникність,
оскільки під час руху в речовині нейтрон не
витрачає енергії на йонізацію,
випромінювання тощо. Нейтрони
використовуються в активаційному аналізі,
нейтронній радіографії, нейтронному
гамма-каротажі, нейтронографії та інших
методах досліджень.

Історія відкриття
Нейтрон відкрив у 1932 році Джеймс Чедвік. У 1935 році він отримав за це
відкриття Нобелівську премію. Експерименти, які засвідчували
виникнення випромінювання з великою глибиною проникнення в
речовину, проводилися й раніше, але це випромінювання намагалися
інтерпретувати, як народження гамма-квантів. Спочатку вважалося, що
нейтрон є зв'язаним станом протона й електрона, а ядро атома
складається із протонів та електроні. Існували й інші складнощі протонноелектронної моделі. Вона не могла пояснити ціле значення спіну ядра
Нітрогену в молекулі азоту, а також відсутність електронного внеску в
надтонку структуру. Крім того, електрон надто легка частинка, щоб її
можна було локалізувати в об'ємі ядра. Першими довели, що ядро не
може складатися з електронів та протонів Віктор Амбарцумян та Дмитро
Іваненко, а з середини 1930-их утвердилася протон-нейтронна модель
ядра. Антинейтрон відкрив у 1956 році Брюс Корк.

Нейтри́но — стабільні нейтральні лептони з напівцілим

спіном, що беруть участь тільки в слабкій і гравітаційній
взаємодіях. Надзвичайно слабо взаємодіють з речовиною:
нейтрино з енергією 1 МеВ мають в свинці довжину вільного
пробігу ~ 1020 см (~ 100 світлових років).
Нейтрино - стабільна електрично нейтральна елементарна
частинка, маса якої близька до нуля. Вона належить до групи
лептонів. Швидкість руху нейтрино близька до швидкості світла.
Розрізняють нейтрино електронне, мюонне і τ-лептонне
нейтрино. Нейтрино і відповідні їм антинейтрино беруть участь
тільки у слабких та гравітаційних взаємодіях. Вони відіграють
велику роль у перетвореннях елементарних частинок, у
глобальних космогонічних процесах.

Гіпотезу про існування
частинки, яка надзвичайно
слабо взаємодіє з речовиною,
висунув 4 грудня 1930 Паулі —
не в статті, а в неформальному
листі учасникам фізичної
конференції в Тюбінгені.
Згодом нейтроном була
названа, як виявилося, інша
елементарна частинка.
На Сольвеївському Конгресі
1933 р. в Брюселі Паулі
виступив з рефератом про
механізм β-розпаду з участю
легкої нейтральної частинки зі
спіном 1/2, в якому, з
посиланням на пропозицію
Фермі, назвав гіпотетичну
частинку «нейтрино». Цей
виступ був фактично першою
офіційною публікацією,
присвяченою нейтрино.

Взаємодії елементарних частинок
У мікросвіті здійснюються чотири типи фундаментальних взаємодій. З них
тільки дві (гравітаційна і електромагнітна) відповідають процесам макросвіту.
Гравітаційна взаємодія для процесів мікросвіту настільки мала, що звичайно
нею нехтують. Це пов'язано головним чином з тим, що маси елементарних
частинок дуже малі. Однак вона властива всім частинкам без винятку.
Електромагнітна взаємодія ґрунтується на процесах, що відбуваються з
частинкою в електромагнітному полі. Для електронейтральних частинок
(нейтрино, антинейтрино, фотон) вона не здійснюється. Саме електромагнітна
взаємодія обумовлює існування атомів і молекул, тому що зв'язок між ядром і
електронами здійснюється завдяки їхнім різнойменним зарядам.
Слабка взаємодія охоплює процеси, що відбуваються за участю нейтрино або
антинейтрино. Це найповільніша з усіх взаємодій мікросвіту. До неї
зараховують такі процеси, як β- і μ-розпади, безнейтринні процеси розпаду
частинок з великою тривалістю життя (τ = 10-10 с).
Сильна взаємодія виявляє себе у зв'язку протонів і нейтронів у ядрі, хоча
ядерні сили — це тільки окремий випадок сильної взаємодії.


Slide 11

Елементарні частинки – найдрібніші суб’ядерні
частинки речовини або фізичного поля. Це дискретні
структурні елементи, що можуть існувати в неасоційованому
стані. Найхарактернішою особливістю елементарних
частинок є їхня здатність до перетворень і взаємодії.
Починаючи з 1932 року було відкрито понад 400 елементарних частинок і це
число зростає й надалі.

Фундаментальні частинки - це безструктурні частинки,
які до теперішнього часу не вдалося описати як складові.

1897р. – Дж. Томсон відкрив
електрон

1919 р.– Е. Резерфорд відкрив протон

1932р. – Дж. Чедвік відкрив
нейтрон і досліджує до цього часу

За величиною спіну всі елементарні частинки
поділяють на два класи:
Ферміони
Частинки з напівцілим
спіном. Кварки (вони
утворюють протони і
нейтрони, які також є
фермионами), лептони
(електрони, мюони, таулептони, нейтрино), дірки
(квазічастинки в
напівпровіднику)

Бозони
Частинки з цілим спіном.
Елементарні бозони є
квантами калібрувальних
полів. До таких
калібрувальних бозонів
відносять:фотон
(електромагнітна
взаємодія),глюон (сильна
взаємодія) Z-бозони (слабка
взаємодія)

Ферміони підкоряються статистиці Фермі-Дірака: в
одному квантовому стані може знаходитися не більше
однієї частинки (принцип Паулі). Принцип Паулі відповідає
за стійкість електронних оболонок атомів, роблячи
можливим існування складних хімічних елементів. Він
також дозволяє існувати виродженої матерії під дією
високих тисків (нейтронні зірки). Квантова система складається з непарного числа ферміонів, сама є
ферміоном (наприклад, ядро з непарним масовим числом
A; атом чи йон з непарної сумою A і числа електронів).

Всі елементарні бозони, за винятком W ±-бозонів, є
незарядженими. W + і W-бозони по відношенню один до
одного виступають як античастинки. Калібровані бозони
(фотон, глюон, W ± і Z-бозони) мають одиничний спін.
Гіпотетичний гравітон - спін 2, і бозон Хіггса - спін 0. До
складових бозонів відносять численні двухкваркові зв'язані
стани, звані мезонами. Як і у будь-яких бозонів, спін мезонів є
цілочисловим, і його значення, в принципі, не обмежене
(0,1,2,3, ...). Іншими прикладами бозонів є ядра, що містять
парну кількість нуклонів (протонів і нейтронів).

За видами взаємодій
Складові частки
• адрони які в свою чергу,
поділяються на:
1. мезони
2. баріони

Фундаментальні (безструктурні)
частки
• лептони
• кварки
• калібрувальні бозони

1. фотон
2. вісім глюонів
3. три проміжних векторних
бозона
4. гравітон

Адрони - частинки, що беруть участь у всіх видах фундаментальних взаємодій.
Вони складаються з кварків і поділяються, в свою чергу, на:
• мезони - адрони з цілим спіном, тобто є бозонами;
• баріони - адрони з напівцілим спіном, тобто ферміони. До них, зокрема,
відносяться частинки, що становлять ядро атома, - протон і нейтрон.
Лептони - ферміони, які мають вигляд точкових частинок аж до масштабів
порядку 10 -18 м. Не беруть участь в сильних взаємодіях. Участь в
електромагнітних взаємодіях експериментально спостерігалася тільки для
заряджених лептонів ( електрони, мюони, тау-лептони) і не спостерігалося для
нейтрино. Відомі 6 типів лептонів.

Кварки - дрібнозаряджені частинки, що входять до складу адронів. У
вільному стані не спостерігалися. Як і лептони, вони діляться на 6 типів і
вважаються безструктурними, проте, на відміну від лептонів, беруть
участь у сильній взаємодії.
Калібрувальні бозони - частинки, за допомогою обміну якими
здійснюються взаємодії:
• фотон - частинка, що переносить електромагнітне взаємодія;
• вісім глюонів - частинок, що переносять сильну взаємодію;
• три проміжних векторних бозона W +, W - і Z 0, що переносять слабку
взаємодію;
• гравітон - гіпотетична частинка, що переносить гравітаційну
взаємодію. Існування гравітонів, хоча поки не доведено
експериментально в зв'язку зі слабкістю гравітаційної взаємодії,
вважається цілком вірогідним, проте гравітон не входить в
Стандартну модель елементарних часток.

Електро́н — стабільна, негативно
заряджена елементарна частинка,
що входить до складу всіх атомів.
Має електричний заряд (-е=
−1,6021892(46)×10−19 Кл) і масу
(9,109554(906)×10−31 кг).
Зазвичай електрон позначається в
формулах символом e-.
Електрон належить до родини
лептонів, має електричний заряд −e.
Електрон є лептоном першого
покоління, бере участь в
електромагнітній, слабкій та
гравітаційній взаємодіях.
Античастинкою для електрона є
позитрон.
Завдяки напівцілому спіну електрон
є ферміоном, і підкоряється
статистиці Фермі-Дірака.
Електрон стабільна частинка, його
час життя принаймні перевищує
1026 років.

Історія відкриття
• Термін електрон запровадив у 1894 році Джордж Джонстоун Стоуні.
Він вперше сформулював ідею про те, що природа складається із
заряджених частинок ще в 1874 році.
• Експериментально відкрив електрон у 1897 році Джозеф Джон Томсон
у експериментах з катодними променями у вакуумних лампах. Томсон
першим довів, що проміння складається з заряджених часток та
визначив відношення заряду частки до її маси. Визначена Томсоном
маса була в тисячі разів меншою, ніж маса атома водню, що свідчило
про те, що електрон — субатомна частинка.
• В 1909 році Міллікен у дослідах із падінням олійних крапель
продемонстрував, що електричний заряд може мати лише дискретні
значення, кратні певному елементарному заряду, і виміряв значення
цього заряду.
• В 1927 році Девісон і Джермер, а також незалежно від них Томсон,
продемонстрували явище дифракції електронів, довівши, що електрон
має як корпускулярні, так і хвильові властивості.

Прото́н — єдина стабільна частинка з позитивним зарядом +е.
Раніше вважали, що протони, як і електрони — елементарні
частинки, не мають внутрішньої структури. Однак сучасні
дослідження показують, що протон є дуже складною системою, а
його складові частинки, кварки, мають унікальні характеристики.
Маса протона становить 1,00727663 а.о.м. або 938,2723 МеВ.
Крім електричного заряду протон має також магнітний момент.
Античастинкою для протона є антипротон, характеристики якого
схожі на протон за винятком від'ємного заряду.
Протони беруть участь у всіх типах взаєомодії: сильній,
електромагнітній, слабкій та гравітаційній.

Історія
В 1919 році Ернест Резерфорд, опромінюючи альфа-частинками газ азоту, виявив в
ньому певну кількість атомів водню. Це була перша штучно викликана ядерна реакція.
Зважаючи на те, що водень має атомну масу 1, Резерфорд прийшов до висновку, що
його ядро є елементарною частинкою, яка входить до складу інших частинок.
Однак ідею про те, що інші хімічні елементи складаються з водню, висловлював ще в
1815–1816 роках у серії статей Вільям Праут, виходячи із того, що хімічні речовини
вступають в реакції в пропорціях, які виражаються малими цілими числами. Його
гіпотезу відкинули, коли точні вимірювання атомних мас хімічних елементів дали
значення, дещо відмінні від цілих чисел.
Антипротон був відкритий у лабораторії університету Берклі в 1955 році. За його
відкриття Еміліо Сеґре й Оуен Чемберлен отримали Нобелівську премію з фізики 1959.

Час життя
Питання про стабільність протона разом з питанням про стабільність електрона є
наріжними каменями, на яких побудовані сучасні уявлення про будову Всесвіту. Наразі
нижня межа часу життя протона щодо розпаду експериментально підтверджена на
рівні 1033 років.

Нейтрон — електрично нейтральна
частинка, що входить до групи частинок під
назвою баріони, котрі в свою чергу входять
до складу групи адронів. У нейтрона є
античастинка, яка називається
антинейтроном.
Маса нейтрона приблизно дорівнює масі
протона 1,6749543•10−24г = 1838,5 мас
електрона. Це тільки на ~2,5 електронних
мас перевищує масу протона. З нейтронів і
протонів складаються ядра атомів, в яких
нейтрон стабільний. У вільному стані
нейтрон нестабільний і радіоактивний.
Середній період існування 12,5 хв.
Перетворюється на
протон+електрон+антинейтрино. Внаслідок
відсутності заряду має велику проникність,
оскільки під час руху в речовині нейтрон не
витрачає енергії на йонізацію,
випромінювання тощо. Нейтрони
використовуються в активаційному аналізі,
нейтронній радіографії, нейтронному
гамма-каротажі, нейтронографії та інших
методах досліджень.

Історія відкриття
Нейтрон відкрив у 1932 році Джеймс Чедвік. У 1935 році він отримав за це
відкриття Нобелівську премію. Експерименти, які засвідчували
виникнення випромінювання з великою глибиною проникнення в
речовину, проводилися й раніше, але це випромінювання намагалися
інтерпретувати, як народження гамма-квантів. Спочатку вважалося, що
нейтрон є зв'язаним станом протона й електрона, а ядро атома
складається із протонів та електроні. Існували й інші складнощі протонноелектронної моделі. Вона не могла пояснити ціле значення спіну ядра
Нітрогену в молекулі азоту, а також відсутність електронного внеску в
надтонку структуру. Крім того, електрон надто легка частинка, щоб її
можна було локалізувати в об'ємі ядра. Першими довели, що ядро не
може складатися з електронів та протонів Віктор Амбарцумян та Дмитро
Іваненко, а з середини 1930-их утвердилася протон-нейтронна модель
ядра. Антинейтрон відкрив у 1956 році Брюс Корк.

Нейтри́но — стабільні нейтральні лептони з напівцілим

спіном, що беруть участь тільки в слабкій і гравітаційній
взаємодіях. Надзвичайно слабо взаємодіють з речовиною:
нейтрино з енергією 1 МеВ мають в свинці довжину вільного
пробігу ~ 1020 см (~ 100 світлових років).
Нейтрино - стабільна електрично нейтральна елементарна
частинка, маса якої близька до нуля. Вона належить до групи
лептонів. Швидкість руху нейтрино близька до швидкості світла.
Розрізняють нейтрино електронне, мюонне і τ-лептонне
нейтрино. Нейтрино і відповідні їм антинейтрино беруть участь
тільки у слабких та гравітаційних взаємодіях. Вони відіграють
велику роль у перетвореннях елементарних частинок, у
глобальних космогонічних процесах.

Гіпотезу про існування
частинки, яка надзвичайно
слабо взаємодіє з речовиною,
висунув 4 грудня 1930 Паулі —
не в статті, а в неформальному
листі учасникам фізичної
конференції в Тюбінгені.
Згодом нейтроном була
названа, як виявилося, інша
елементарна частинка.
На Сольвеївському Конгресі
1933 р. в Брюселі Паулі
виступив з рефератом про
механізм β-розпаду з участю
легкої нейтральної частинки зі
спіном 1/2, в якому, з
посиланням на пропозицію
Фермі, назвав гіпотетичну
частинку «нейтрино». Цей
виступ був фактично першою
офіційною публікацією,
присвяченою нейтрино.

Взаємодії елементарних частинок
У мікросвіті здійснюються чотири типи фундаментальних взаємодій. З них
тільки дві (гравітаційна і електромагнітна) відповідають процесам макросвіту.
Гравітаційна взаємодія для процесів мікросвіту настільки мала, що звичайно
нею нехтують. Це пов'язано головним чином з тим, що маси елементарних
частинок дуже малі. Однак вона властива всім частинкам без винятку.
Електромагнітна взаємодія ґрунтується на процесах, що відбуваються з
частинкою в електромагнітному полі. Для електронейтральних частинок
(нейтрино, антинейтрино, фотон) вона не здійснюється. Саме електромагнітна
взаємодія обумовлює існування атомів і молекул, тому що зв'язок між ядром і
електронами здійснюється завдяки їхнім різнойменним зарядам.
Слабка взаємодія охоплює процеси, що відбуваються за участю нейтрино або
антинейтрино. Це найповільніша з усіх взаємодій мікросвіту. До неї
зараховують такі процеси, як β- і μ-розпади, безнейтринні процеси розпаду
частинок з великою тривалістю життя (τ = 10-10 с).
Сильна взаємодія виявляє себе у зв'язку протонів і нейтронів у ядрі, хоча
ядерні сили — це тільки окремий випадок сильної взаємодії.


Slide 12

Елементарні частинки – найдрібніші суб’ядерні
частинки речовини або фізичного поля. Це дискретні
структурні елементи, що можуть існувати в неасоційованому
стані. Найхарактернішою особливістю елементарних
частинок є їхня здатність до перетворень і взаємодії.
Починаючи з 1932 року було відкрито понад 400 елементарних частинок і це
число зростає й надалі.

Фундаментальні частинки - це безструктурні частинки,
які до теперішнього часу не вдалося описати як складові.

1897р. – Дж. Томсон відкрив
електрон

1919 р.– Е. Резерфорд відкрив протон

1932р. – Дж. Чедвік відкрив
нейтрон і досліджує до цього часу

За величиною спіну всі елементарні частинки
поділяють на два класи:
Ферміони
Частинки з напівцілим
спіном. Кварки (вони
утворюють протони і
нейтрони, які також є
фермионами), лептони
(електрони, мюони, таулептони, нейтрино), дірки
(квазічастинки в
напівпровіднику)

Бозони
Частинки з цілим спіном.
Елементарні бозони є
квантами калібрувальних
полів. До таких
калібрувальних бозонів
відносять:фотон
(електромагнітна
взаємодія),глюон (сильна
взаємодія) Z-бозони (слабка
взаємодія)

Ферміони підкоряються статистиці Фермі-Дірака: в
одному квантовому стані може знаходитися не більше
однієї частинки (принцип Паулі). Принцип Паулі відповідає
за стійкість електронних оболонок атомів, роблячи
можливим існування складних хімічних елементів. Він
також дозволяє існувати виродженої матерії під дією
високих тисків (нейтронні зірки). Квантова система складається з непарного числа ферміонів, сама є
ферміоном (наприклад, ядро з непарним масовим числом
A; атом чи йон з непарної сумою A і числа електронів).

Всі елементарні бозони, за винятком W ±-бозонів, є
незарядженими. W + і W-бозони по відношенню один до
одного виступають як античастинки. Калібровані бозони
(фотон, глюон, W ± і Z-бозони) мають одиничний спін.
Гіпотетичний гравітон - спін 2, і бозон Хіггса - спін 0. До
складових бозонів відносять численні двухкваркові зв'язані
стани, звані мезонами. Як і у будь-яких бозонів, спін мезонів є
цілочисловим, і його значення, в принципі, не обмежене
(0,1,2,3, ...). Іншими прикладами бозонів є ядра, що містять
парну кількість нуклонів (протонів і нейтронів).

За видами взаємодій
Складові частки
• адрони які в свою чергу,
поділяються на:
1. мезони
2. баріони

Фундаментальні (безструктурні)
частки
• лептони
• кварки
• калібрувальні бозони

1. фотон
2. вісім глюонів
3. три проміжних векторних
бозона
4. гравітон

Адрони - частинки, що беруть участь у всіх видах фундаментальних взаємодій.
Вони складаються з кварків і поділяються, в свою чергу, на:
• мезони - адрони з цілим спіном, тобто є бозонами;
• баріони - адрони з напівцілим спіном, тобто ферміони. До них, зокрема,
відносяться частинки, що становлять ядро атома, - протон і нейтрон.
Лептони - ферміони, які мають вигляд точкових частинок аж до масштабів
порядку 10 -18 м. Не беруть участь в сильних взаємодіях. Участь в
електромагнітних взаємодіях експериментально спостерігалася тільки для
заряджених лептонів ( електрони, мюони, тау-лептони) і не спостерігалося для
нейтрино. Відомі 6 типів лептонів.

Кварки - дрібнозаряджені частинки, що входять до складу адронів. У
вільному стані не спостерігалися. Як і лептони, вони діляться на 6 типів і
вважаються безструктурними, проте, на відміну від лептонів, беруть
участь у сильній взаємодії.
Калібрувальні бозони - частинки, за допомогою обміну якими
здійснюються взаємодії:
• фотон - частинка, що переносить електромагнітне взаємодія;
• вісім глюонів - частинок, що переносять сильну взаємодію;
• три проміжних векторних бозона W +, W - і Z 0, що переносять слабку
взаємодію;
• гравітон - гіпотетична частинка, що переносить гравітаційну
взаємодію. Існування гравітонів, хоча поки не доведено
експериментально в зв'язку зі слабкістю гравітаційної взаємодії,
вважається цілком вірогідним, проте гравітон не входить в
Стандартну модель елементарних часток.

Електро́н — стабільна, негативно
заряджена елементарна частинка,
що входить до складу всіх атомів.
Має електричний заряд (-е=
−1,6021892(46)×10−19 Кл) і масу
(9,109554(906)×10−31 кг).
Зазвичай електрон позначається в
формулах символом e-.
Електрон належить до родини
лептонів, має електричний заряд −e.
Електрон є лептоном першого
покоління, бере участь в
електромагнітній, слабкій та
гравітаційній взаємодіях.
Античастинкою для електрона є
позитрон.
Завдяки напівцілому спіну електрон
є ферміоном, і підкоряється
статистиці Фермі-Дірака.
Електрон стабільна частинка, його
час життя принаймні перевищує
1026 років.

Історія відкриття
• Термін електрон запровадив у 1894 році Джордж Джонстоун Стоуні.
Він вперше сформулював ідею про те, що природа складається із
заряджених частинок ще в 1874 році.
• Експериментально відкрив електрон у 1897 році Джозеф Джон Томсон
у експериментах з катодними променями у вакуумних лампах. Томсон
першим довів, що проміння складається з заряджених часток та
визначив відношення заряду частки до її маси. Визначена Томсоном
маса була в тисячі разів меншою, ніж маса атома водню, що свідчило
про те, що електрон — субатомна частинка.
• В 1909 році Міллікен у дослідах із падінням олійних крапель
продемонстрував, що електричний заряд може мати лише дискретні
значення, кратні певному елементарному заряду, і виміряв значення
цього заряду.
• В 1927 році Девісон і Джермер, а також незалежно від них Томсон,
продемонстрували явище дифракції електронів, довівши, що електрон
має як корпускулярні, так і хвильові властивості.

Прото́н — єдина стабільна частинка з позитивним зарядом +е.
Раніше вважали, що протони, як і електрони — елементарні
частинки, не мають внутрішньої структури. Однак сучасні
дослідження показують, що протон є дуже складною системою, а
його складові частинки, кварки, мають унікальні характеристики.
Маса протона становить 1,00727663 а.о.м. або 938,2723 МеВ.
Крім електричного заряду протон має також магнітний момент.
Античастинкою для протона є антипротон, характеристики якого
схожі на протон за винятком від'ємного заряду.
Протони беруть участь у всіх типах взаєомодії: сильній,
електромагнітній, слабкій та гравітаційній.

Історія
В 1919 році Ернест Резерфорд, опромінюючи альфа-частинками газ азоту, виявив в
ньому певну кількість атомів водню. Це була перша штучно викликана ядерна реакція.
Зважаючи на те, що водень має атомну масу 1, Резерфорд прийшов до висновку, що
його ядро є елементарною частинкою, яка входить до складу інших частинок.
Однак ідею про те, що інші хімічні елементи складаються з водню, висловлював ще в
1815–1816 роках у серії статей Вільям Праут, виходячи із того, що хімічні речовини
вступають в реакції в пропорціях, які виражаються малими цілими числами. Його
гіпотезу відкинули, коли точні вимірювання атомних мас хімічних елементів дали
значення, дещо відмінні від цілих чисел.
Антипротон був відкритий у лабораторії університету Берклі в 1955 році. За його
відкриття Еміліо Сеґре й Оуен Чемберлен отримали Нобелівську премію з фізики 1959.

Час життя
Питання про стабільність протона разом з питанням про стабільність електрона є
наріжними каменями, на яких побудовані сучасні уявлення про будову Всесвіту. Наразі
нижня межа часу життя протона щодо розпаду експериментально підтверджена на
рівні 1033 років.

Нейтрон — електрично нейтральна
частинка, що входить до групи частинок під
назвою баріони, котрі в свою чергу входять
до складу групи адронів. У нейтрона є
античастинка, яка називається
антинейтроном.
Маса нейтрона приблизно дорівнює масі
протона 1,6749543•10−24г = 1838,5 мас
електрона. Це тільки на ~2,5 електронних
мас перевищує масу протона. З нейтронів і
протонів складаються ядра атомів, в яких
нейтрон стабільний. У вільному стані
нейтрон нестабільний і радіоактивний.
Середній період існування 12,5 хв.
Перетворюється на
протон+електрон+антинейтрино. Внаслідок
відсутності заряду має велику проникність,
оскільки під час руху в речовині нейтрон не
витрачає енергії на йонізацію,
випромінювання тощо. Нейтрони
використовуються в активаційному аналізі,
нейтронній радіографії, нейтронному
гамма-каротажі, нейтронографії та інших
методах досліджень.

Історія відкриття
Нейтрон відкрив у 1932 році Джеймс Чедвік. У 1935 році він отримав за це
відкриття Нобелівську премію. Експерименти, які засвідчували
виникнення випромінювання з великою глибиною проникнення в
речовину, проводилися й раніше, але це випромінювання намагалися
інтерпретувати, як народження гамма-квантів. Спочатку вважалося, що
нейтрон є зв'язаним станом протона й електрона, а ядро атома
складається із протонів та електроні. Існували й інші складнощі протонноелектронної моделі. Вона не могла пояснити ціле значення спіну ядра
Нітрогену в молекулі азоту, а також відсутність електронного внеску в
надтонку структуру. Крім того, електрон надто легка частинка, щоб її
можна було локалізувати в об'ємі ядра. Першими довели, що ядро не
може складатися з електронів та протонів Віктор Амбарцумян та Дмитро
Іваненко, а з середини 1930-их утвердилася протон-нейтронна модель
ядра. Антинейтрон відкрив у 1956 році Брюс Корк.

Нейтри́но — стабільні нейтральні лептони з напівцілим

спіном, що беруть участь тільки в слабкій і гравітаційній
взаємодіях. Надзвичайно слабо взаємодіють з речовиною:
нейтрино з енергією 1 МеВ мають в свинці довжину вільного
пробігу ~ 1020 см (~ 100 світлових років).
Нейтрино - стабільна електрично нейтральна елементарна
частинка, маса якої близька до нуля. Вона належить до групи
лептонів. Швидкість руху нейтрино близька до швидкості світла.
Розрізняють нейтрино електронне, мюонне і τ-лептонне
нейтрино. Нейтрино і відповідні їм антинейтрино беруть участь
тільки у слабких та гравітаційних взаємодіях. Вони відіграють
велику роль у перетвореннях елементарних частинок, у
глобальних космогонічних процесах.

Гіпотезу про існування
частинки, яка надзвичайно
слабо взаємодіє з речовиною,
висунув 4 грудня 1930 Паулі —
не в статті, а в неформальному
листі учасникам фізичної
конференції в Тюбінгені.
Згодом нейтроном була
названа, як виявилося, інша
елементарна частинка.
На Сольвеївському Конгресі
1933 р. в Брюселі Паулі
виступив з рефератом про
механізм β-розпаду з участю
легкої нейтральної частинки зі
спіном 1/2, в якому, з
посиланням на пропозицію
Фермі, назвав гіпотетичну
частинку «нейтрино». Цей
виступ був фактично першою
офіційною публікацією,
присвяченою нейтрино.

Взаємодії елементарних частинок
У мікросвіті здійснюються чотири типи фундаментальних взаємодій. З них
тільки дві (гравітаційна і електромагнітна) відповідають процесам макросвіту.
Гравітаційна взаємодія для процесів мікросвіту настільки мала, що звичайно
нею нехтують. Це пов'язано головним чином з тим, що маси елементарних
частинок дуже малі. Однак вона властива всім частинкам без винятку.
Електромагнітна взаємодія ґрунтується на процесах, що відбуваються з
частинкою в електромагнітному полі. Для електронейтральних частинок
(нейтрино, антинейтрино, фотон) вона не здійснюється. Саме електромагнітна
взаємодія обумовлює існування атомів і молекул, тому що зв'язок між ядром і
електронами здійснюється завдяки їхнім різнойменним зарядам.
Слабка взаємодія охоплює процеси, що відбуваються за участю нейтрино або
антинейтрино. Це найповільніша з усіх взаємодій мікросвіту. До неї
зараховують такі процеси, як β- і μ-розпади, безнейтринні процеси розпаду
частинок з великою тривалістю життя (τ = 10-10 с).
Сильна взаємодія виявляє себе у зв'язку протонів і нейтронів у ядрі, хоча
ядерні сили — це тільки окремий випадок сильної взаємодії.


Slide 13

Елементарні частинки – найдрібніші суб’ядерні
частинки речовини або фізичного поля. Це дискретні
структурні елементи, що можуть існувати в неасоційованому
стані. Найхарактернішою особливістю елементарних
частинок є їхня здатність до перетворень і взаємодії.
Починаючи з 1932 року було відкрито понад 400 елементарних частинок і це
число зростає й надалі.

Фундаментальні частинки - це безструктурні частинки,
які до теперішнього часу не вдалося описати як складові.

1897р. – Дж. Томсон відкрив
електрон

1919 р.– Е. Резерфорд відкрив протон

1932р. – Дж. Чедвік відкрив
нейтрон і досліджує до цього часу

За величиною спіну всі елементарні частинки
поділяють на два класи:
Ферміони
Частинки з напівцілим
спіном. Кварки (вони
утворюють протони і
нейтрони, які також є
фермионами), лептони
(електрони, мюони, таулептони, нейтрино), дірки
(квазічастинки в
напівпровіднику)

Бозони
Частинки з цілим спіном.
Елементарні бозони є
квантами калібрувальних
полів. До таких
калібрувальних бозонів
відносять:фотон
(електромагнітна
взаємодія),глюон (сильна
взаємодія) Z-бозони (слабка
взаємодія)

Ферміони підкоряються статистиці Фермі-Дірака: в
одному квантовому стані може знаходитися не більше
однієї частинки (принцип Паулі). Принцип Паулі відповідає
за стійкість електронних оболонок атомів, роблячи
можливим існування складних хімічних елементів. Він
також дозволяє існувати виродженої матерії під дією
високих тисків (нейтронні зірки). Квантова система складається з непарного числа ферміонів, сама є
ферміоном (наприклад, ядро з непарним масовим числом
A; атом чи йон з непарної сумою A і числа електронів).

Всі елементарні бозони, за винятком W ±-бозонів, є
незарядженими. W + і W-бозони по відношенню один до
одного виступають як античастинки. Калібровані бозони
(фотон, глюон, W ± і Z-бозони) мають одиничний спін.
Гіпотетичний гравітон - спін 2, і бозон Хіггса - спін 0. До
складових бозонів відносять численні двухкваркові зв'язані
стани, звані мезонами. Як і у будь-яких бозонів, спін мезонів є
цілочисловим, і його значення, в принципі, не обмежене
(0,1,2,3, ...). Іншими прикладами бозонів є ядра, що містять
парну кількість нуклонів (протонів і нейтронів).

За видами взаємодій
Складові частки
• адрони які в свою чергу,
поділяються на:
1. мезони
2. баріони

Фундаментальні (безструктурні)
частки
• лептони
• кварки
• калібрувальні бозони

1. фотон
2. вісім глюонів
3. три проміжних векторних
бозона
4. гравітон

Адрони - частинки, що беруть участь у всіх видах фундаментальних взаємодій.
Вони складаються з кварків і поділяються, в свою чергу, на:
• мезони - адрони з цілим спіном, тобто є бозонами;
• баріони - адрони з напівцілим спіном, тобто ферміони. До них, зокрема,
відносяться частинки, що становлять ядро атома, - протон і нейтрон.
Лептони - ферміони, які мають вигляд точкових частинок аж до масштабів
порядку 10 -18 м. Не беруть участь в сильних взаємодіях. Участь в
електромагнітних взаємодіях експериментально спостерігалася тільки для
заряджених лептонів ( електрони, мюони, тау-лептони) і не спостерігалося для
нейтрино. Відомі 6 типів лептонів.

Кварки - дрібнозаряджені частинки, що входять до складу адронів. У
вільному стані не спостерігалися. Як і лептони, вони діляться на 6 типів і
вважаються безструктурними, проте, на відміну від лептонів, беруть
участь у сильній взаємодії.
Калібрувальні бозони - частинки, за допомогою обміну якими
здійснюються взаємодії:
• фотон - частинка, що переносить електромагнітне взаємодія;
• вісім глюонів - частинок, що переносять сильну взаємодію;
• три проміжних векторних бозона W +, W - і Z 0, що переносять слабку
взаємодію;
• гравітон - гіпотетична частинка, що переносить гравітаційну
взаємодію. Існування гравітонів, хоча поки не доведено
експериментально в зв'язку зі слабкістю гравітаційної взаємодії,
вважається цілком вірогідним, проте гравітон не входить в
Стандартну модель елементарних часток.

Електро́н — стабільна, негативно
заряджена елементарна частинка,
що входить до складу всіх атомів.
Має електричний заряд (-е=
−1,6021892(46)×10−19 Кл) і масу
(9,109554(906)×10−31 кг).
Зазвичай електрон позначається в
формулах символом e-.
Електрон належить до родини
лептонів, має електричний заряд −e.
Електрон є лептоном першого
покоління, бере участь в
електромагнітній, слабкій та
гравітаційній взаємодіях.
Античастинкою для електрона є
позитрон.
Завдяки напівцілому спіну електрон
є ферміоном, і підкоряється
статистиці Фермі-Дірака.
Електрон стабільна частинка, його
час життя принаймні перевищує
1026 років.

Історія відкриття
• Термін електрон запровадив у 1894 році Джордж Джонстоун Стоуні.
Він вперше сформулював ідею про те, що природа складається із
заряджених частинок ще в 1874 році.
• Експериментально відкрив електрон у 1897 році Джозеф Джон Томсон
у експериментах з катодними променями у вакуумних лампах. Томсон
першим довів, що проміння складається з заряджених часток та
визначив відношення заряду частки до її маси. Визначена Томсоном
маса була в тисячі разів меншою, ніж маса атома водню, що свідчило
про те, що електрон — субатомна частинка.
• В 1909 році Міллікен у дослідах із падінням олійних крапель
продемонстрував, що електричний заряд може мати лише дискретні
значення, кратні певному елементарному заряду, і виміряв значення
цього заряду.
• В 1927 році Девісон і Джермер, а також незалежно від них Томсон,
продемонстрували явище дифракції електронів, довівши, що електрон
має як корпускулярні, так і хвильові властивості.

Прото́н — єдина стабільна частинка з позитивним зарядом +е.
Раніше вважали, що протони, як і електрони — елементарні
частинки, не мають внутрішньої структури. Однак сучасні
дослідження показують, що протон є дуже складною системою, а
його складові частинки, кварки, мають унікальні характеристики.
Маса протона становить 1,00727663 а.о.м. або 938,2723 МеВ.
Крім електричного заряду протон має також магнітний момент.
Античастинкою для протона є антипротон, характеристики якого
схожі на протон за винятком від'ємного заряду.
Протони беруть участь у всіх типах взаєомодії: сильній,
електромагнітній, слабкій та гравітаційній.

Історія
В 1919 році Ернест Резерфорд, опромінюючи альфа-частинками газ азоту, виявив в
ньому певну кількість атомів водню. Це була перша штучно викликана ядерна реакція.
Зважаючи на те, що водень має атомну масу 1, Резерфорд прийшов до висновку, що
його ядро є елементарною частинкою, яка входить до складу інших частинок.
Однак ідею про те, що інші хімічні елементи складаються з водню, висловлював ще в
1815–1816 роках у серії статей Вільям Праут, виходячи із того, що хімічні речовини
вступають в реакції в пропорціях, які виражаються малими цілими числами. Його
гіпотезу відкинули, коли точні вимірювання атомних мас хімічних елементів дали
значення, дещо відмінні від цілих чисел.
Антипротон був відкритий у лабораторії університету Берклі в 1955 році. За його
відкриття Еміліо Сеґре й Оуен Чемберлен отримали Нобелівську премію з фізики 1959.

Час життя
Питання про стабільність протона разом з питанням про стабільність електрона є
наріжними каменями, на яких побудовані сучасні уявлення про будову Всесвіту. Наразі
нижня межа часу життя протона щодо розпаду експериментально підтверджена на
рівні 1033 років.

Нейтрон — електрично нейтральна
частинка, що входить до групи частинок під
назвою баріони, котрі в свою чергу входять
до складу групи адронів. У нейтрона є
античастинка, яка називається
антинейтроном.
Маса нейтрона приблизно дорівнює масі
протона 1,6749543•10−24г = 1838,5 мас
електрона. Це тільки на ~2,5 електронних
мас перевищує масу протона. З нейтронів і
протонів складаються ядра атомів, в яких
нейтрон стабільний. У вільному стані
нейтрон нестабільний і радіоактивний.
Середній період існування 12,5 хв.
Перетворюється на
протон+електрон+антинейтрино. Внаслідок
відсутності заряду має велику проникність,
оскільки під час руху в речовині нейтрон не
витрачає енергії на йонізацію,
випромінювання тощо. Нейтрони
використовуються в активаційному аналізі,
нейтронній радіографії, нейтронному
гамма-каротажі, нейтронографії та інших
методах досліджень.

Історія відкриття
Нейтрон відкрив у 1932 році Джеймс Чедвік. У 1935 році він отримав за це
відкриття Нобелівську премію. Експерименти, які засвідчували
виникнення випромінювання з великою глибиною проникнення в
речовину, проводилися й раніше, але це випромінювання намагалися
інтерпретувати, як народження гамма-квантів. Спочатку вважалося, що
нейтрон є зв'язаним станом протона й електрона, а ядро атома
складається із протонів та електроні. Існували й інші складнощі протонноелектронної моделі. Вона не могла пояснити ціле значення спіну ядра
Нітрогену в молекулі азоту, а також відсутність електронного внеску в
надтонку структуру. Крім того, електрон надто легка частинка, щоб її
можна було локалізувати в об'ємі ядра. Першими довели, що ядро не
може складатися з електронів та протонів Віктор Амбарцумян та Дмитро
Іваненко, а з середини 1930-их утвердилася протон-нейтронна модель
ядра. Антинейтрон відкрив у 1956 році Брюс Корк.

Нейтри́но — стабільні нейтральні лептони з напівцілим

спіном, що беруть участь тільки в слабкій і гравітаційній
взаємодіях. Надзвичайно слабо взаємодіють з речовиною:
нейтрино з енергією 1 МеВ мають в свинці довжину вільного
пробігу ~ 1020 см (~ 100 світлових років).
Нейтрино - стабільна електрично нейтральна елементарна
частинка, маса якої близька до нуля. Вона належить до групи
лептонів. Швидкість руху нейтрино близька до швидкості світла.
Розрізняють нейтрино електронне, мюонне і τ-лептонне
нейтрино. Нейтрино і відповідні їм антинейтрино беруть участь
тільки у слабких та гравітаційних взаємодіях. Вони відіграють
велику роль у перетвореннях елементарних частинок, у
глобальних космогонічних процесах.

Гіпотезу про існування
частинки, яка надзвичайно
слабо взаємодіє з речовиною,
висунув 4 грудня 1930 Паулі —
не в статті, а в неформальному
листі учасникам фізичної
конференції в Тюбінгені.
Згодом нейтроном була
названа, як виявилося, інша
елементарна частинка.
На Сольвеївському Конгресі
1933 р. в Брюселі Паулі
виступив з рефератом про
механізм β-розпаду з участю
легкої нейтральної частинки зі
спіном 1/2, в якому, з
посиланням на пропозицію
Фермі, назвав гіпотетичну
частинку «нейтрино». Цей
виступ був фактично першою
офіційною публікацією,
присвяченою нейтрино.

Взаємодії елементарних частинок
У мікросвіті здійснюються чотири типи фундаментальних взаємодій. З них
тільки дві (гравітаційна і електромагнітна) відповідають процесам макросвіту.
Гравітаційна взаємодія для процесів мікросвіту настільки мала, що звичайно
нею нехтують. Це пов'язано головним чином з тим, що маси елементарних
частинок дуже малі. Однак вона властива всім частинкам без винятку.
Електромагнітна взаємодія ґрунтується на процесах, що відбуваються з
частинкою в електромагнітному полі. Для електронейтральних частинок
(нейтрино, антинейтрино, фотон) вона не здійснюється. Саме електромагнітна
взаємодія обумовлює існування атомів і молекул, тому що зв'язок між ядром і
електронами здійснюється завдяки їхнім різнойменним зарядам.
Слабка взаємодія охоплює процеси, що відбуваються за участю нейтрино або
антинейтрино. Це найповільніша з усіх взаємодій мікросвіту. До неї
зараховують такі процеси, як β- і μ-розпади, безнейтринні процеси розпаду
частинок з великою тривалістю життя (τ = 10-10 с).
Сильна взаємодія виявляє себе у зв'язку протонів і нейтронів у ядрі, хоча
ядерні сили — це тільки окремий випадок сильної взаємодії.


Slide 14

Елементарні частинки – найдрібніші суб’ядерні
частинки речовини або фізичного поля. Це дискретні
структурні елементи, що можуть існувати в неасоційованому
стані. Найхарактернішою особливістю елементарних
частинок є їхня здатність до перетворень і взаємодії.
Починаючи з 1932 року було відкрито понад 400 елементарних частинок і це
число зростає й надалі.

Фундаментальні частинки - це безструктурні частинки,
які до теперішнього часу не вдалося описати як складові.

1897р. – Дж. Томсон відкрив
електрон

1919 р.– Е. Резерфорд відкрив протон

1932р. – Дж. Чедвік відкрив
нейтрон і досліджує до цього часу

За величиною спіну всі елементарні частинки
поділяють на два класи:
Ферміони
Частинки з напівцілим
спіном. Кварки (вони
утворюють протони і
нейтрони, які також є
фермионами), лептони
(електрони, мюони, таулептони, нейтрино), дірки
(квазічастинки в
напівпровіднику)

Бозони
Частинки з цілим спіном.
Елементарні бозони є
квантами калібрувальних
полів. До таких
калібрувальних бозонів
відносять:фотон
(електромагнітна
взаємодія),глюон (сильна
взаємодія) Z-бозони (слабка
взаємодія)

Ферміони підкоряються статистиці Фермі-Дірака: в
одному квантовому стані може знаходитися не більше
однієї частинки (принцип Паулі). Принцип Паулі відповідає
за стійкість електронних оболонок атомів, роблячи
можливим існування складних хімічних елементів. Він
також дозволяє існувати виродженої матерії під дією
високих тисків (нейтронні зірки). Квантова система складається з непарного числа ферміонів, сама є
ферміоном (наприклад, ядро з непарним масовим числом
A; атом чи йон з непарної сумою A і числа електронів).

Всі елементарні бозони, за винятком W ±-бозонів, є
незарядженими. W + і W-бозони по відношенню один до
одного виступають як античастинки. Калібровані бозони
(фотон, глюон, W ± і Z-бозони) мають одиничний спін.
Гіпотетичний гравітон - спін 2, і бозон Хіггса - спін 0. До
складових бозонів відносять численні двухкваркові зв'язані
стани, звані мезонами. Як і у будь-яких бозонів, спін мезонів є
цілочисловим, і його значення, в принципі, не обмежене
(0,1,2,3, ...). Іншими прикладами бозонів є ядра, що містять
парну кількість нуклонів (протонів і нейтронів).

За видами взаємодій
Складові частки
• адрони які в свою чергу,
поділяються на:
1. мезони
2. баріони

Фундаментальні (безструктурні)
частки
• лептони
• кварки
• калібрувальні бозони

1. фотон
2. вісім глюонів
3. три проміжних векторних
бозона
4. гравітон

Адрони - частинки, що беруть участь у всіх видах фундаментальних взаємодій.
Вони складаються з кварків і поділяються, в свою чергу, на:
• мезони - адрони з цілим спіном, тобто є бозонами;
• баріони - адрони з напівцілим спіном, тобто ферміони. До них, зокрема,
відносяться частинки, що становлять ядро атома, - протон і нейтрон.
Лептони - ферміони, які мають вигляд точкових частинок аж до масштабів
порядку 10 -18 м. Не беруть участь в сильних взаємодіях. Участь в
електромагнітних взаємодіях експериментально спостерігалася тільки для
заряджених лептонів ( електрони, мюони, тау-лептони) і не спостерігалося для
нейтрино. Відомі 6 типів лептонів.

Кварки - дрібнозаряджені частинки, що входять до складу адронів. У
вільному стані не спостерігалися. Як і лептони, вони діляться на 6 типів і
вважаються безструктурними, проте, на відміну від лептонів, беруть
участь у сильній взаємодії.
Калібрувальні бозони - частинки, за допомогою обміну якими
здійснюються взаємодії:
• фотон - частинка, що переносить електромагнітне взаємодія;
• вісім глюонів - частинок, що переносять сильну взаємодію;
• три проміжних векторних бозона W +, W - і Z 0, що переносять слабку
взаємодію;
• гравітон - гіпотетична частинка, що переносить гравітаційну
взаємодію. Існування гравітонів, хоча поки не доведено
експериментально в зв'язку зі слабкістю гравітаційної взаємодії,
вважається цілком вірогідним, проте гравітон не входить в
Стандартну модель елементарних часток.

Електро́н — стабільна, негативно
заряджена елементарна частинка,
що входить до складу всіх атомів.
Має електричний заряд (-е=
−1,6021892(46)×10−19 Кл) і масу
(9,109554(906)×10−31 кг).
Зазвичай електрон позначається в
формулах символом e-.
Електрон належить до родини
лептонів, має електричний заряд −e.
Електрон є лептоном першого
покоління, бере участь в
електромагнітній, слабкій та
гравітаційній взаємодіях.
Античастинкою для електрона є
позитрон.
Завдяки напівцілому спіну електрон
є ферміоном, і підкоряється
статистиці Фермі-Дірака.
Електрон стабільна частинка, його
час життя принаймні перевищує
1026 років.

Історія відкриття
• Термін електрон запровадив у 1894 році Джордж Джонстоун Стоуні.
Він вперше сформулював ідею про те, що природа складається із
заряджених частинок ще в 1874 році.
• Експериментально відкрив електрон у 1897 році Джозеф Джон Томсон
у експериментах з катодними променями у вакуумних лампах. Томсон
першим довів, що проміння складається з заряджених часток та
визначив відношення заряду частки до її маси. Визначена Томсоном
маса була в тисячі разів меншою, ніж маса атома водню, що свідчило
про те, що електрон — субатомна частинка.
• В 1909 році Міллікен у дослідах із падінням олійних крапель
продемонстрував, що електричний заряд може мати лише дискретні
значення, кратні певному елементарному заряду, і виміряв значення
цього заряду.
• В 1927 році Девісон і Джермер, а також незалежно від них Томсон,
продемонстрували явище дифракції електронів, довівши, що електрон
має як корпускулярні, так і хвильові властивості.

Прото́н — єдина стабільна частинка з позитивним зарядом +е.
Раніше вважали, що протони, як і електрони — елементарні
частинки, не мають внутрішньої структури. Однак сучасні
дослідження показують, що протон є дуже складною системою, а
його складові частинки, кварки, мають унікальні характеристики.
Маса протона становить 1,00727663 а.о.м. або 938,2723 МеВ.
Крім електричного заряду протон має також магнітний момент.
Античастинкою для протона є антипротон, характеристики якого
схожі на протон за винятком від'ємного заряду.
Протони беруть участь у всіх типах взаєомодії: сильній,
електромагнітній, слабкій та гравітаційній.

Історія
В 1919 році Ернест Резерфорд, опромінюючи альфа-частинками газ азоту, виявив в
ньому певну кількість атомів водню. Це була перша штучно викликана ядерна реакція.
Зважаючи на те, що водень має атомну масу 1, Резерфорд прийшов до висновку, що
його ядро є елементарною частинкою, яка входить до складу інших частинок.
Однак ідею про те, що інші хімічні елементи складаються з водню, висловлював ще в
1815–1816 роках у серії статей Вільям Праут, виходячи із того, що хімічні речовини
вступають в реакції в пропорціях, які виражаються малими цілими числами. Його
гіпотезу відкинули, коли точні вимірювання атомних мас хімічних елементів дали
значення, дещо відмінні від цілих чисел.
Антипротон був відкритий у лабораторії університету Берклі в 1955 році. За його
відкриття Еміліо Сеґре й Оуен Чемберлен отримали Нобелівську премію з фізики 1959.

Час життя
Питання про стабільність протона разом з питанням про стабільність електрона є
наріжними каменями, на яких побудовані сучасні уявлення про будову Всесвіту. Наразі
нижня межа часу життя протона щодо розпаду експериментально підтверджена на
рівні 1033 років.

Нейтрон — електрично нейтральна
частинка, що входить до групи частинок під
назвою баріони, котрі в свою чергу входять
до складу групи адронів. У нейтрона є
античастинка, яка називається
антинейтроном.
Маса нейтрона приблизно дорівнює масі
протона 1,6749543•10−24г = 1838,5 мас
електрона. Це тільки на ~2,5 електронних
мас перевищує масу протона. З нейтронів і
протонів складаються ядра атомів, в яких
нейтрон стабільний. У вільному стані
нейтрон нестабільний і радіоактивний.
Середній період існування 12,5 хв.
Перетворюється на
протон+електрон+антинейтрино. Внаслідок
відсутності заряду має велику проникність,
оскільки під час руху в речовині нейтрон не
витрачає енергії на йонізацію,
випромінювання тощо. Нейтрони
використовуються в активаційному аналізі,
нейтронній радіографії, нейтронному
гамма-каротажі, нейтронографії та інших
методах досліджень.

Історія відкриття
Нейтрон відкрив у 1932 році Джеймс Чедвік. У 1935 році він отримав за це
відкриття Нобелівську премію. Експерименти, які засвідчували
виникнення випромінювання з великою глибиною проникнення в
речовину, проводилися й раніше, але це випромінювання намагалися
інтерпретувати, як народження гамма-квантів. Спочатку вважалося, що
нейтрон є зв'язаним станом протона й електрона, а ядро атома
складається із протонів та електроні. Існували й інші складнощі протонноелектронної моделі. Вона не могла пояснити ціле значення спіну ядра
Нітрогену в молекулі азоту, а також відсутність електронного внеску в
надтонку структуру. Крім того, електрон надто легка частинка, щоб її
можна було локалізувати в об'ємі ядра. Першими довели, що ядро не
може складатися з електронів та протонів Віктор Амбарцумян та Дмитро
Іваненко, а з середини 1930-их утвердилася протон-нейтронна модель
ядра. Антинейтрон відкрив у 1956 році Брюс Корк.

Нейтри́но — стабільні нейтральні лептони з напівцілим

спіном, що беруть участь тільки в слабкій і гравітаційній
взаємодіях. Надзвичайно слабо взаємодіють з речовиною:
нейтрино з енергією 1 МеВ мають в свинці довжину вільного
пробігу ~ 1020 см (~ 100 світлових років).
Нейтрино - стабільна електрично нейтральна елементарна
частинка, маса якої близька до нуля. Вона належить до групи
лептонів. Швидкість руху нейтрино близька до швидкості світла.
Розрізняють нейтрино електронне, мюонне і τ-лептонне
нейтрино. Нейтрино і відповідні їм антинейтрино беруть участь
тільки у слабких та гравітаційних взаємодіях. Вони відіграють
велику роль у перетвореннях елементарних частинок, у
глобальних космогонічних процесах.

Гіпотезу про існування
частинки, яка надзвичайно
слабо взаємодіє з речовиною,
висунув 4 грудня 1930 Паулі —
не в статті, а в неформальному
листі учасникам фізичної
конференції в Тюбінгені.
Згодом нейтроном була
названа, як виявилося, інша
елементарна частинка.
На Сольвеївському Конгресі
1933 р. в Брюселі Паулі
виступив з рефератом про
механізм β-розпаду з участю
легкої нейтральної частинки зі
спіном 1/2, в якому, з
посиланням на пропозицію
Фермі, назвав гіпотетичну
частинку «нейтрино». Цей
виступ був фактично першою
офіційною публікацією,
присвяченою нейтрино.

Взаємодії елементарних частинок
У мікросвіті здійснюються чотири типи фундаментальних взаємодій. З них
тільки дві (гравітаційна і електромагнітна) відповідають процесам макросвіту.
Гравітаційна взаємодія для процесів мікросвіту настільки мала, що звичайно
нею нехтують. Це пов'язано головним чином з тим, що маси елементарних
частинок дуже малі. Однак вона властива всім частинкам без винятку.
Електромагнітна взаємодія ґрунтується на процесах, що відбуваються з
частинкою в електромагнітному полі. Для електронейтральних частинок
(нейтрино, антинейтрино, фотон) вона не здійснюється. Саме електромагнітна
взаємодія обумовлює існування атомів і молекул, тому що зв'язок між ядром і
електронами здійснюється завдяки їхнім різнойменним зарядам.
Слабка взаємодія охоплює процеси, що відбуваються за участю нейтрино або
антинейтрино. Це найповільніша з усіх взаємодій мікросвіту. До неї
зараховують такі процеси, як β- і μ-розпади, безнейтринні процеси розпаду
частинок з великою тривалістю життя (τ = 10-10 с).
Сильна взаємодія виявляє себе у зв'язку протонів і нейтронів у ядрі, хоча
ядерні сили — це тільки окремий випадок сильної взаємодії.


Slide 15

Елементарні частинки – найдрібніші суб’ядерні
частинки речовини або фізичного поля. Це дискретні
структурні елементи, що можуть існувати в неасоційованому
стані. Найхарактернішою особливістю елементарних
частинок є їхня здатність до перетворень і взаємодії.
Починаючи з 1932 року було відкрито понад 400 елементарних частинок і це
число зростає й надалі.

Фундаментальні частинки - це безструктурні частинки,
які до теперішнього часу не вдалося описати як складові.

1897р. – Дж. Томсон відкрив
електрон

1919 р.– Е. Резерфорд відкрив протон

1932р. – Дж. Чедвік відкрив
нейтрон і досліджує до цього часу

За величиною спіну всі елементарні частинки
поділяють на два класи:
Ферміони
Частинки з напівцілим
спіном. Кварки (вони
утворюють протони і
нейтрони, які також є
фермионами), лептони
(електрони, мюони, таулептони, нейтрино), дірки
(квазічастинки в
напівпровіднику)

Бозони
Частинки з цілим спіном.
Елементарні бозони є
квантами калібрувальних
полів. До таких
калібрувальних бозонів
відносять:фотон
(електромагнітна
взаємодія),глюон (сильна
взаємодія) Z-бозони (слабка
взаємодія)

Ферміони підкоряються статистиці Фермі-Дірака: в
одному квантовому стані може знаходитися не більше
однієї частинки (принцип Паулі). Принцип Паулі відповідає
за стійкість електронних оболонок атомів, роблячи
можливим існування складних хімічних елементів. Він
також дозволяє існувати виродженої матерії під дією
високих тисків (нейтронні зірки). Квантова система складається з непарного числа ферміонів, сама є
ферміоном (наприклад, ядро з непарним масовим числом
A; атом чи йон з непарної сумою A і числа електронів).

Всі елементарні бозони, за винятком W ±-бозонів, є
незарядженими. W + і W-бозони по відношенню один до
одного виступають як античастинки. Калібровані бозони
(фотон, глюон, W ± і Z-бозони) мають одиничний спін.
Гіпотетичний гравітон - спін 2, і бозон Хіггса - спін 0. До
складових бозонів відносять численні двухкваркові зв'язані
стани, звані мезонами. Як і у будь-яких бозонів, спін мезонів є
цілочисловим, і його значення, в принципі, не обмежене
(0,1,2,3, ...). Іншими прикладами бозонів є ядра, що містять
парну кількість нуклонів (протонів і нейтронів).

За видами взаємодій
Складові частки
• адрони які в свою чергу,
поділяються на:
1. мезони
2. баріони

Фундаментальні (безструктурні)
частки
• лептони
• кварки
• калібрувальні бозони

1. фотон
2. вісім глюонів
3. три проміжних векторних
бозона
4. гравітон

Адрони - частинки, що беруть участь у всіх видах фундаментальних взаємодій.
Вони складаються з кварків і поділяються, в свою чергу, на:
• мезони - адрони з цілим спіном, тобто є бозонами;
• баріони - адрони з напівцілим спіном, тобто ферміони. До них, зокрема,
відносяться частинки, що становлять ядро атома, - протон і нейтрон.
Лептони - ферміони, які мають вигляд точкових частинок аж до масштабів
порядку 10 -18 м. Не беруть участь в сильних взаємодіях. Участь в
електромагнітних взаємодіях експериментально спостерігалася тільки для
заряджених лептонів ( електрони, мюони, тау-лептони) і не спостерігалося для
нейтрино. Відомі 6 типів лептонів.

Кварки - дрібнозаряджені частинки, що входять до складу адронів. У
вільному стані не спостерігалися. Як і лептони, вони діляться на 6 типів і
вважаються безструктурними, проте, на відміну від лептонів, беруть
участь у сильній взаємодії.
Калібрувальні бозони - частинки, за допомогою обміну якими
здійснюються взаємодії:
• фотон - частинка, що переносить електромагнітне взаємодія;
• вісім глюонів - частинок, що переносять сильну взаємодію;
• три проміжних векторних бозона W +, W - і Z 0, що переносять слабку
взаємодію;
• гравітон - гіпотетична частинка, що переносить гравітаційну
взаємодію. Існування гравітонів, хоча поки не доведено
експериментально в зв'язку зі слабкістю гравітаційної взаємодії,
вважається цілком вірогідним, проте гравітон не входить в
Стандартну модель елементарних часток.

Електро́н — стабільна, негативно
заряджена елементарна частинка,
що входить до складу всіх атомів.
Має електричний заряд (-е=
−1,6021892(46)×10−19 Кл) і масу
(9,109554(906)×10−31 кг).
Зазвичай електрон позначається в
формулах символом e-.
Електрон належить до родини
лептонів, має електричний заряд −e.
Електрон є лептоном першого
покоління, бере участь в
електромагнітній, слабкій та
гравітаційній взаємодіях.
Античастинкою для електрона є
позитрон.
Завдяки напівцілому спіну електрон
є ферміоном, і підкоряється
статистиці Фермі-Дірака.
Електрон стабільна частинка, його
час життя принаймні перевищує
1026 років.

Історія відкриття
• Термін електрон запровадив у 1894 році Джордж Джонстоун Стоуні.
Він вперше сформулював ідею про те, що природа складається із
заряджених частинок ще в 1874 році.
• Експериментально відкрив електрон у 1897 році Джозеф Джон Томсон
у експериментах з катодними променями у вакуумних лампах. Томсон
першим довів, що проміння складається з заряджених часток та
визначив відношення заряду частки до її маси. Визначена Томсоном
маса була в тисячі разів меншою, ніж маса атома водню, що свідчило
про те, що електрон — субатомна частинка.
• В 1909 році Міллікен у дослідах із падінням олійних крапель
продемонстрував, що електричний заряд може мати лише дискретні
значення, кратні певному елементарному заряду, і виміряв значення
цього заряду.
• В 1927 році Девісон і Джермер, а також незалежно від них Томсон,
продемонстрували явище дифракції електронів, довівши, що електрон
має як корпускулярні, так і хвильові властивості.

Прото́н — єдина стабільна частинка з позитивним зарядом +е.
Раніше вважали, що протони, як і електрони — елементарні
частинки, не мають внутрішньої структури. Однак сучасні
дослідження показують, що протон є дуже складною системою, а
його складові частинки, кварки, мають унікальні характеристики.
Маса протона становить 1,00727663 а.о.м. або 938,2723 МеВ.
Крім електричного заряду протон має також магнітний момент.
Античастинкою для протона є антипротон, характеристики якого
схожі на протон за винятком від'ємного заряду.
Протони беруть участь у всіх типах взаєомодії: сильній,
електромагнітній, слабкій та гравітаційній.

Історія
В 1919 році Ернест Резерфорд, опромінюючи альфа-частинками газ азоту, виявив в
ньому певну кількість атомів водню. Це була перша штучно викликана ядерна реакція.
Зважаючи на те, що водень має атомну масу 1, Резерфорд прийшов до висновку, що
його ядро є елементарною частинкою, яка входить до складу інших частинок.
Однак ідею про те, що інші хімічні елементи складаються з водню, висловлював ще в
1815–1816 роках у серії статей Вільям Праут, виходячи із того, що хімічні речовини
вступають в реакції в пропорціях, які виражаються малими цілими числами. Його
гіпотезу відкинули, коли точні вимірювання атомних мас хімічних елементів дали
значення, дещо відмінні від цілих чисел.
Антипротон був відкритий у лабораторії університету Берклі в 1955 році. За його
відкриття Еміліо Сеґре й Оуен Чемберлен отримали Нобелівську премію з фізики 1959.

Час життя
Питання про стабільність протона разом з питанням про стабільність електрона є
наріжними каменями, на яких побудовані сучасні уявлення про будову Всесвіту. Наразі
нижня межа часу життя протона щодо розпаду експериментально підтверджена на
рівні 1033 років.

Нейтрон — електрично нейтральна
частинка, що входить до групи частинок під
назвою баріони, котрі в свою чергу входять
до складу групи адронів. У нейтрона є
античастинка, яка називається
антинейтроном.
Маса нейтрона приблизно дорівнює масі
протона 1,6749543•10−24г = 1838,5 мас
електрона. Це тільки на ~2,5 електронних
мас перевищує масу протона. З нейтронів і
протонів складаються ядра атомів, в яких
нейтрон стабільний. У вільному стані
нейтрон нестабільний і радіоактивний.
Середній період існування 12,5 хв.
Перетворюється на
протон+електрон+антинейтрино. Внаслідок
відсутності заряду має велику проникність,
оскільки під час руху в речовині нейтрон не
витрачає енергії на йонізацію,
випромінювання тощо. Нейтрони
використовуються в активаційному аналізі,
нейтронній радіографії, нейтронному
гамма-каротажі, нейтронографії та інших
методах досліджень.

Історія відкриття
Нейтрон відкрив у 1932 році Джеймс Чедвік. У 1935 році він отримав за це
відкриття Нобелівську премію. Експерименти, які засвідчували
виникнення випромінювання з великою глибиною проникнення в
речовину, проводилися й раніше, але це випромінювання намагалися
інтерпретувати, як народження гамма-квантів. Спочатку вважалося, що
нейтрон є зв'язаним станом протона й електрона, а ядро атома
складається із протонів та електроні. Існували й інші складнощі протонноелектронної моделі. Вона не могла пояснити ціле значення спіну ядра
Нітрогену в молекулі азоту, а також відсутність електронного внеску в
надтонку структуру. Крім того, електрон надто легка частинка, щоб її
можна було локалізувати в об'ємі ядра. Першими довели, що ядро не
може складатися з електронів та протонів Віктор Амбарцумян та Дмитро
Іваненко, а з середини 1930-их утвердилася протон-нейтронна модель
ядра. Антинейтрон відкрив у 1956 році Брюс Корк.

Нейтри́но — стабільні нейтральні лептони з напівцілим

спіном, що беруть участь тільки в слабкій і гравітаційній
взаємодіях. Надзвичайно слабо взаємодіють з речовиною:
нейтрино з енергією 1 МеВ мають в свинці довжину вільного
пробігу ~ 1020 см (~ 100 світлових років).
Нейтрино - стабільна електрично нейтральна елементарна
частинка, маса якої близька до нуля. Вона належить до групи
лептонів. Швидкість руху нейтрино близька до швидкості світла.
Розрізняють нейтрино електронне, мюонне і τ-лептонне
нейтрино. Нейтрино і відповідні їм антинейтрино беруть участь
тільки у слабких та гравітаційних взаємодіях. Вони відіграють
велику роль у перетвореннях елементарних частинок, у
глобальних космогонічних процесах.

Гіпотезу про існування
частинки, яка надзвичайно
слабо взаємодіє з речовиною,
висунув 4 грудня 1930 Паулі —
не в статті, а в неформальному
листі учасникам фізичної
конференції в Тюбінгені.
Згодом нейтроном була
названа, як виявилося, інша
елементарна частинка.
На Сольвеївському Конгресі
1933 р. в Брюселі Паулі
виступив з рефератом про
механізм β-розпаду з участю
легкої нейтральної частинки зі
спіном 1/2, в якому, з
посиланням на пропозицію
Фермі, назвав гіпотетичну
частинку «нейтрино». Цей
виступ був фактично першою
офіційною публікацією,
присвяченою нейтрино.

Взаємодії елементарних частинок
У мікросвіті здійснюються чотири типи фундаментальних взаємодій. З них
тільки дві (гравітаційна і електромагнітна) відповідають процесам макросвіту.
Гравітаційна взаємодія для процесів мікросвіту настільки мала, що звичайно
нею нехтують. Це пов'язано головним чином з тим, що маси елементарних
частинок дуже малі. Однак вона властива всім частинкам без винятку.
Електромагнітна взаємодія ґрунтується на процесах, що відбуваються з
частинкою в електромагнітному полі. Для електронейтральних частинок
(нейтрино, антинейтрино, фотон) вона не здійснюється. Саме електромагнітна
взаємодія обумовлює існування атомів і молекул, тому що зв'язок між ядром і
електронами здійснюється завдяки їхнім різнойменним зарядам.
Слабка взаємодія охоплює процеси, що відбуваються за участю нейтрино або
антинейтрино. Це найповільніша з усіх взаємодій мікросвіту. До неї
зараховують такі процеси, як β- і μ-розпади, безнейтринні процеси розпаду
частинок з великою тривалістю життя (τ = 10-10 с).
Сильна взаємодія виявляє себе у зв'язку протонів і нейтронів у ядрі, хоча
ядерні сили — це тільки окремий випадок сильної взаємодії.


Slide 16

Елементарні частинки – найдрібніші суб’ядерні
частинки речовини або фізичного поля. Це дискретні
структурні елементи, що можуть існувати в неасоційованому
стані. Найхарактернішою особливістю елементарних
частинок є їхня здатність до перетворень і взаємодії.
Починаючи з 1932 року було відкрито понад 400 елементарних частинок і це
число зростає й надалі.

Фундаментальні частинки - це безструктурні частинки,
які до теперішнього часу не вдалося описати як складові.

1897р. – Дж. Томсон відкрив
електрон

1919 р.– Е. Резерфорд відкрив протон

1932р. – Дж. Чедвік відкрив
нейтрон і досліджує до цього часу

За величиною спіну всі елементарні частинки
поділяють на два класи:
Ферміони
Частинки з напівцілим
спіном. Кварки (вони
утворюють протони і
нейтрони, які також є
фермионами), лептони
(електрони, мюони, таулептони, нейтрино), дірки
(квазічастинки в
напівпровіднику)

Бозони
Частинки з цілим спіном.
Елементарні бозони є
квантами калібрувальних
полів. До таких
калібрувальних бозонів
відносять:фотон
(електромагнітна
взаємодія),глюон (сильна
взаємодія) Z-бозони (слабка
взаємодія)

Ферміони підкоряються статистиці Фермі-Дірака: в
одному квантовому стані може знаходитися не більше
однієї частинки (принцип Паулі). Принцип Паулі відповідає
за стійкість електронних оболонок атомів, роблячи
можливим існування складних хімічних елементів. Він
також дозволяє існувати виродженої матерії під дією
високих тисків (нейтронні зірки). Квантова система складається з непарного числа ферміонів, сама є
ферміоном (наприклад, ядро з непарним масовим числом
A; атом чи йон з непарної сумою A і числа електронів).

Всі елементарні бозони, за винятком W ±-бозонів, є
незарядженими. W + і W-бозони по відношенню один до
одного виступають як античастинки. Калібровані бозони
(фотон, глюон, W ± і Z-бозони) мають одиничний спін.
Гіпотетичний гравітон - спін 2, і бозон Хіггса - спін 0. До
складових бозонів відносять численні двухкваркові зв'язані
стани, звані мезонами. Як і у будь-яких бозонів, спін мезонів є
цілочисловим, і його значення, в принципі, не обмежене
(0,1,2,3, ...). Іншими прикладами бозонів є ядра, що містять
парну кількість нуклонів (протонів і нейтронів).

За видами взаємодій
Складові частки
• адрони які в свою чергу,
поділяються на:
1. мезони
2. баріони

Фундаментальні (безструктурні)
частки
• лептони
• кварки
• калібрувальні бозони

1. фотон
2. вісім глюонів
3. три проміжних векторних
бозона
4. гравітон

Адрони - частинки, що беруть участь у всіх видах фундаментальних взаємодій.
Вони складаються з кварків і поділяються, в свою чергу, на:
• мезони - адрони з цілим спіном, тобто є бозонами;
• баріони - адрони з напівцілим спіном, тобто ферміони. До них, зокрема,
відносяться частинки, що становлять ядро атома, - протон і нейтрон.
Лептони - ферміони, які мають вигляд точкових частинок аж до масштабів
порядку 10 -18 м. Не беруть участь в сильних взаємодіях. Участь в
електромагнітних взаємодіях експериментально спостерігалася тільки для
заряджених лептонів ( електрони, мюони, тау-лептони) і не спостерігалося для
нейтрино. Відомі 6 типів лептонів.

Кварки - дрібнозаряджені частинки, що входять до складу адронів. У
вільному стані не спостерігалися. Як і лептони, вони діляться на 6 типів і
вважаються безструктурними, проте, на відміну від лептонів, беруть
участь у сильній взаємодії.
Калібрувальні бозони - частинки, за допомогою обміну якими
здійснюються взаємодії:
• фотон - частинка, що переносить електромагнітне взаємодія;
• вісім глюонів - частинок, що переносять сильну взаємодію;
• три проміжних векторних бозона W +, W - і Z 0, що переносять слабку
взаємодію;
• гравітон - гіпотетична частинка, що переносить гравітаційну
взаємодію. Існування гравітонів, хоча поки не доведено
експериментально в зв'язку зі слабкістю гравітаційної взаємодії,
вважається цілком вірогідним, проте гравітон не входить в
Стандартну модель елементарних часток.

Електро́н — стабільна, негативно
заряджена елементарна частинка,
що входить до складу всіх атомів.
Має електричний заряд (-е=
−1,6021892(46)×10−19 Кл) і масу
(9,109554(906)×10−31 кг).
Зазвичай електрон позначається в
формулах символом e-.
Електрон належить до родини
лептонів, має електричний заряд −e.
Електрон є лептоном першого
покоління, бере участь в
електромагнітній, слабкій та
гравітаційній взаємодіях.
Античастинкою для електрона є
позитрон.
Завдяки напівцілому спіну електрон
є ферміоном, і підкоряється
статистиці Фермі-Дірака.
Електрон стабільна частинка, його
час життя принаймні перевищує
1026 років.

Історія відкриття
• Термін електрон запровадив у 1894 році Джордж Джонстоун Стоуні.
Він вперше сформулював ідею про те, що природа складається із
заряджених частинок ще в 1874 році.
• Експериментально відкрив електрон у 1897 році Джозеф Джон Томсон
у експериментах з катодними променями у вакуумних лампах. Томсон
першим довів, що проміння складається з заряджених часток та
визначив відношення заряду частки до її маси. Визначена Томсоном
маса була в тисячі разів меншою, ніж маса атома водню, що свідчило
про те, що електрон — субатомна частинка.
• В 1909 році Міллікен у дослідах із падінням олійних крапель
продемонстрував, що електричний заряд може мати лише дискретні
значення, кратні певному елементарному заряду, і виміряв значення
цього заряду.
• В 1927 році Девісон і Джермер, а також незалежно від них Томсон,
продемонстрували явище дифракції електронів, довівши, що електрон
має як корпускулярні, так і хвильові властивості.

Прото́н — єдина стабільна частинка з позитивним зарядом +е.
Раніше вважали, що протони, як і електрони — елементарні
частинки, не мають внутрішньої структури. Однак сучасні
дослідження показують, що протон є дуже складною системою, а
його складові частинки, кварки, мають унікальні характеристики.
Маса протона становить 1,00727663 а.о.м. або 938,2723 МеВ.
Крім електричного заряду протон має також магнітний момент.
Античастинкою для протона є антипротон, характеристики якого
схожі на протон за винятком від'ємного заряду.
Протони беруть участь у всіх типах взаєомодії: сильній,
електромагнітній, слабкій та гравітаційній.

Історія
В 1919 році Ернест Резерфорд, опромінюючи альфа-частинками газ азоту, виявив в
ньому певну кількість атомів водню. Це була перша штучно викликана ядерна реакція.
Зважаючи на те, що водень має атомну масу 1, Резерфорд прийшов до висновку, що
його ядро є елементарною частинкою, яка входить до складу інших частинок.
Однак ідею про те, що інші хімічні елементи складаються з водню, висловлював ще в
1815–1816 роках у серії статей Вільям Праут, виходячи із того, що хімічні речовини
вступають в реакції в пропорціях, які виражаються малими цілими числами. Його
гіпотезу відкинули, коли точні вимірювання атомних мас хімічних елементів дали
значення, дещо відмінні від цілих чисел.
Антипротон був відкритий у лабораторії університету Берклі в 1955 році. За його
відкриття Еміліо Сеґре й Оуен Чемберлен отримали Нобелівську премію з фізики 1959.

Час життя
Питання про стабільність протона разом з питанням про стабільність електрона є
наріжними каменями, на яких побудовані сучасні уявлення про будову Всесвіту. Наразі
нижня межа часу життя протона щодо розпаду експериментально підтверджена на
рівні 1033 років.

Нейтрон — електрично нейтральна
частинка, що входить до групи частинок під
назвою баріони, котрі в свою чергу входять
до складу групи адронів. У нейтрона є
античастинка, яка називається
антинейтроном.
Маса нейтрона приблизно дорівнює масі
протона 1,6749543•10−24г = 1838,5 мас
електрона. Це тільки на ~2,5 електронних
мас перевищує масу протона. З нейтронів і
протонів складаються ядра атомів, в яких
нейтрон стабільний. У вільному стані
нейтрон нестабільний і радіоактивний.
Середній період існування 12,5 хв.
Перетворюється на
протон+електрон+антинейтрино. Внаслідок
відсутності заряду має велику проникність,
оскільки під час руху в речовині нейтрон не
витрачає енергії на йонізацію,
випромінювання тощо. Нейтрони
використовуються в активаційному аналізі,
нейтронній радіографії, нейтронному
гамма-каротажі, нейтронографії та інших
методах досліджень.

Історія відкриття
Нейтрон відкрив у 1932 році Джеймс Чедвік. У 1935 році він отримав за це
відкриття Нобелівську премію. Експерименти, які засвідчували
виникнення випромінювання з великою глибиною проникнення в
речовину, проводилися й раніше, але це випромінювання намагалися
інтерпретувати, як народження гамма-квантів. Спочатку вважалося, що
нейтрон є зв'язаним станом протона й електрона, а ядро атома
складається із протонів та електроні. Існували й інші складнощі протонноелектронної моделі. Вона не могла пояснити ціле значення спіну ядра
Нітрогену в молекулі азоту, а також відсутність електронного внеску в
надтонку структуру. Крім того, електрон надто легка частинка, щоб її
можна було локалізувати в об'ємі ядра. Першими довели, що ядро не
може складатися з електронів та протонів Віктор Амбарцумян та Дмитро
Іваненко, а з середини 1930-их утвердилася протон-нейтронна модель
ядра. Антинейтрон відкрив у 1956 році Брюс Корк.

Нейтри́но — стабільні нейтральні лептони з напівцілим

спіном, що беруть участь тільки в слабкій і гравітаційній
взаємодіях. Надзвичайно слабо взаємодіють з речовиною:
нейтрино з енергією 1 МеВ мають в свинці довжину вільного
пробігу ~ 1020 см (~ 100 світлових років).
Нейтрино - стабільна електрично нейтральна елементарна
частинка, маса якої близька до нуля. Вона належить до групи
лептонів. Швидкість руху нейтрино близька до швидкості світла.
Розрізняють нейтрино електронне, мюонне і τ-лептонне
нейтрино. Нейтрино і відповідні їм антинейтрино беруть участь
тільки у слабких та гравітаційних взаємодіях. Вони відіграють
велику роль у перетвореннях елементарних частинок, у
глобальних космогонічних процесах.

Гіпотезу про існування
частинки, яка надзвичайно
слабо взаємодіє з речовиною,
висунув 4 грудня 1930 Паулі —
не в статті, а в неформальному
листі учасникам фізичної
конференції в Тюбінгені.
Згодом нейтроном була
названа, як виявилося, інша
елементарна частинка.
На Сольвеївському Конгресі
1933 р. в Брюселі Паулі
виступив з рефератом про
механізм β-розпаду з участю
легкої нейтральної частинки зі
спіном 1/2, в якому, з
посиланням на пропозицію
Фермі, назвав гіпотетичну
частинку «нейтрино». Цей
виступ був фактично першою
офіційною публікацією,
присвяченою нейтрино.

Взаємодії елементарних частинок
У мікросвіті здійснюються чотири типи фундаментальних взаємодій. З них
тільки дві (гравітаційна і електромагнітна) відповідають процесам макросвіту.
Гравітаційна взаємодія для процесів мікросвіту настільки мала, що звичайно
нею нехтують. Це пов'язано головним чином з тим, що маси елементарних
частинок дуже малі. Однак вона властива всім частинкам без винятку.
Електромагнітна взаємодія ґрунтується на процесах, що відбуваються з
частинкою в електромагнітному полі. Для електронейтральних частинок
(нейтрино, антинейтрино, фотон) вона не здійснюється. Саме електромагнітна
взаємодія обумовлює існування атомів і молекул, тому що зв'язок між ядром і
електронами здійснюється завдяки їхнім різнойменним зарядам.
Слабка взаємодія охоплює процеси, що відбуваються за участю нейтрино або
антинейтрино. Це найповільніша з усіх взаємодій мікросвіту. До неї
зараховують такі процеси, як β- і μ-розпади, безнейтринні процеси розпаду
частинок з великою тривалістю життя (τ = 10-10 с).
Сильна взаємодія виявляє себе у зв'язку протонів і нейтронів у ядрі, хоча
ядерні сили — це тільки окремий випадок сильної взаємодії.


Slide 17

Елементарні частинки – найдрібніші суб’ядерні
частинки речовини або фізичного поля. Це дискретні
структурні елементи, що можуть існувати в неасоційованому
стані. Найхарактернішою особливістю елементарних
частинок є їхня здатність до перетворень і взаємодії.
Починаючи з 1932 року було відкрито понад 400 елементарних частинок і це
число зростає й надалі.

Фундаментальні частинки - це безструктурні частинки,
які до теперішнього часу не вдалося описати як складові.

1897р. – Дж. Томсон відкрив
електрон

1919 р.– Е. Резерфорд відкрив протон

1932р. – Дж. Чедвік відкрив
нейтрон і досліджує до цього часу

За величиною спіну всі елементарні частинки
поділяють на два класи:
Ферміони
Частинки з напівцілим
спіном. Кварки (вони
утворюють протони і
нейтрони, які також є
фермионами), лептони
(електрони, мюони, таулептони, нейтрино), дірки
(квазічастинки в
напівпровіднику)

Бозони
Частинки з цілим спіном.
Елементарні бозони є
квантами калібрувальних
полів. До таких
калібрувальних бозонів
відносять:фотон
(електромагнітна
взаємодія),глюон (сильна
взаємодія) Z-бозони (слабка
взаємодія)

Ферміони підкоряються статистиці Фермі-Дірака: в
одному квантовому стані може знаходитися не більше
однієї частинки (принцип Паулі). Принцип Паулі відповідає
за стійкість електронних оболонок атомів, роблячи
можливим існування складних хімічних елементів. Він
також дозволяє існувати виродженої матерії під дією
високих тисків (нейтронні зірки). Квантова система складається з непарного числа ферміонів, сама є
ферміоном (наприклад, ядро з непарним масовим числом
A; атом чи йон з непарної сумою A і числа електронів).

Всі елементарні бозони, за винятком W ±-бозонів, є
незарядженими. W + і W-бозони по відношенню один до
одного виступають як античастинки. Калібровані бозони
(фотон, глюон, W ± і Z-бозони) мають одиничний спін.
Гіпотетичний гравітон - спін 2, і бозон Хіггса - спін 0. До
складових бозонів відносять численні двухкваркові зв'язані
стани, звані мезонами. Як і у будь-яких бозонів, спін мезонів є
цілочисловим, і його значення, в принципі, не обмежене
(0,1,2,3, ...). Іншими прикладами бозонів є ядра, що містять
парну кількість нуклонів (протонів і нейтронів).

За видами взаємодій
Складові частки
• адрони які в свою чергу,
поділяються на:
1. мезони
2. баріони

Фундаментальні (безструктурні)
частки
• лептони
• кварки
• калібрувальні бозони

1. фотон
2. вісім глюонів
3. три проміжних векторних
бозона
4. гравітон

Адрони - частинки, що беруть участь у всіх видах фундаментальних взаємодій.
Вони складаються з кварків і поділяються, в свою чергу, на:
• мезони - адрони з цілим спіном, тобто є бозонами;
• баріони - адрони з напівцілим спіном, тобто ферміони. До них, зокрема,
відносяться частинки, що становлять ядро атома, - протон і нейтрон.
Лептони - ферміони, які мають вигляд точкових частинок аж до масштабів
порядку 10 -18 м. Не беруть участь в сильних взаємодіях. Участь в
електромагнітних взаємодіях експериментально спостерігалася тільки для
заряджених лептонів ( електрони, мюони, тау-лептони) і не спостерігалося для
нейтрино. Відомі 6 типів лептонів.

Кварки - дрібнозаряджені частинки, що входять до складу адронів. У
вільному стані не спостерігалися. Як і лептони, вони діляться на 6 типів і
вважаються безструктурними, проте, на відміну від лептонів, беруть
участь у сильній взаємодії.
Калібрувальні бозони - частинки, за допомогою обміну якими
здійснюються взаємодії:
• фотон - частинка, що переносить електромагнітне взаємодія;
• вісім глюонів - частинок, що переносять сильну взаємодію;
• три проміжних векторних бозона W +, W - і Z 0, що переносять слабку
взаємодію;
• гравітон - гіпотетична частинка, що переносить гравітаційну
взаємодію. Існування гравітонів, хоча поки не доведено
експериментально в зв'язку зі слабкістю гравітаційної взаємодії,
вважається цілком вірогідним, проте гравітон не входить в
Стандартну модель елементарних часток.

Електро́н — стабільна, негативно
заряджена елементарна частинка,
що входить до складу всіх атомів.
Має електричний заряд (-е=
−1,6021892(46)×10−19 Кл) і масу
(9,109554(906)×10−31 кг).
Зазвичай електрон позначається в
формулах символом e-.
Електрон належить до родини
лептонів, має електричний заряд −e.
Електрон є лептоном першого
покоління, бере участь в
електромагнітній, слабкій та
гравітаційній взаємодіях.
Античастинкою для електрона є
позитрон.
Завдяки напівцілому спіну електрон
є ферміоном, і підкоряється
статистиці Фермі-Дірака.
Електрон стабільна частинка, його
час життя принаймні перевищує
1026 років.

Історія відкриття
• Термін електрон запровадив у 1894 році Джордж Джонстоун Стоуні.
Він вперше сформулював ідею про те, що природа складається із
заряджених частинок ще в 1874 році.
• Експериментально відкрив електрон у 1897 році Джозеф Джон Томсон
у експериментах з катодними променями у вакуумних лампах. Томсон
першим довів, що проміння складається з заряджених часток та
визначив відношення заряду частки до її маси. Визначена Томсоном
маса була в тисячі разів меншою, ніж маса атома водню, що свідчило
про те, що електрон — субатомна частинка.
• В 1909 році Міллікен у дослідах із падінням олійних крапель
продемонстрував, що електричний заряд може мати лише дискретні
значення, кратні певному елементарному заряду, і виміряв значення
цього заряду.
• В 1927 році Девісон і Джермер, а також незалежно від них Томсон,
продемонстрували явище дифракції електронів, довівши, що електрон
має як корпускулярні, так і хвильові властивості.

Прото́н — єдина стабільна частинка з позитивним зарядом +е.
Раніше вважали, що протони, як і електрони — елементарні
частинки, не мають внутрішньої структури. Однак сучасні
дослідження показують, що протон є дуже складною системою, а
його складові частинки, кварки, мають унікальні характеристики.
Маса протона становить 1,00727663 а.о.м. або 938,2723 МеВ.
Крім електричного заряду протон має також магнітний момент.
Античастинкою для протона є антипротон, характеристики якого
схожі на протон за винятком від'ємного заряду.
Протони беруть участь у всіх типах взаєомодії: сильній,
електромагнітній, слабкій та гравітаційній.

Історія
В 1919 році Ернест Резерфорд, опромінюючи альфа-частинками газ азоту, виявив в
ньому певну кількість атомів водню. Це була перша штучно викликана ядерна реакція.
Зважаючи на те, що водень має атомну масу 1, Резерфорд прийшов до висновку, що
його ядро є елементарною частинкою, яка входить до складу інших частинок.
Однак ідею про те, що інші хімічні елементи складаються з водню, висловлював ще в
1815–1816 роках у серії статей Вільям Праут, виходячи із того, що хімічні речовини
вступають в реакції в пропорціях, які виражаються малими цілими числами. Його
гіпотезу відкинули, коли точні вимірювання атомних мас хімічних елементів дали
значення, дещо відмінні від цілих чисел.
Антипротон був відкритий у лабораторії університету Берклі в 1955 році. За його
відкриття Еміліо Сеґре й Оуен Чемберлен отримали Нобелівську премію з фізики 1959.

Час життя
Питання про стабільність протона разом з питанням про стабільність електрона є
наріжними каменями, на яких побудовані сучасні уявлення про будову Всесвіту. Наразі
нижня межа часу життя протона щодо розпаду експериментально підтверджена на
рівні 1033 років.

Нейтрон — електрично нейтральна
частинка, що входить до групи частинок під
назвою баріони, котрі в свою чергу входять
до складу групи адронів. У нейтрона є
античастинка, яка називається
антинейтроном.
Маса нейтрона приблизно дорівнює масі
протона 1,6749543•10−24г = 1838,5 мас
електрона. Це тільки на ~2,5 електронних
мас перевищує масу протона. З нейтронів і
протонів складаються ядра атомів, в яких
нейтрон стабільний. У вільному стані
нейтрон нестабільний і радіоактивний.
Середній період існування 12,5 хв.
Перетворюється на
протон+електрон+антинейтрино. Внаслідок
відсутності заряду має велику проникність,
оскільки під час руху в речовині нейтрон не
витрачає енергії на йонізацію,
випромінювання тощо. Нейтрони
використовуються в активаційному аналізі,
нейтронній радіографії, нейтронному
гамма-каротажі, нейтронографії та інших
методах досліджень.

Історія відкриття
Нейтрон відкрив у 1932 році Джеймс Чедвік. У 1935 році він отримав за це
відкриття Нобелівську премію. Експерименти, які засвідчували
виникнення випромінювання з великою глибиною проникнення в
речовину, проводилися й раніше, але це випромінювання намагалися
інтерпретувати, як народження гамма-квантів. Спочатку вважалося, що
нейтрон є зв'язаним станом протона й електрона, а ядро атома
складається із протонів та електроні. Існували й інші складнощі протонноелектронної моделі. Вона не могла пояснити ціле значення спіну ядра
Нітрогену в молекулі азоту, а також відсутність електронного внеску в
надтонку структуру. Крім того, електрон надто легка частинка, щоб її
можна було локалізувати в об'ємі ядра. Першими довели, що ядро не
може складатися з електронів та протонів Віктор Амбарцумян та Дмитро
Іваненко, а з середини 1930-их утвердилася протон-нейтронна модель
ядра. Антинейтрон відкрив у 1956 році Брюс Корк.

Нейтри́но — стабільні нейтральні лептони з напівцілим

спіном, що беруть участь тільки в слабкій і гравітаційній
взаємодіях. Надзвичайно слабо взаємодіють з речовиною:
нейтрино з енергією 1 МеВ мають в свинці довжину вільного
пробігу ~ 1020 см (~ 100 світлових років).
Нейтрино - стабільна електрично нейтральна елементарна
частинка, маса якої близька до нуля. Вона належить до групи
лептонів. Швидкість руху нейтрино близька до швидкості світла.
Розрізняють нейтрино електронне, мюонне і τ-лептонне
нейтрино. Нейтрино і відповідні їм антинейтрино беруть участь
тільки у слабких та гравітаційних взаємодіях. Вони відіграють
велику роль у перетвореннях елементарних частинок, у
глобальних космогонічних процесах.

Гіпотезу про існування
частинки, яка надзвичайно
слабо взаємодіє з речовиною,
висунув 4 грудня 1930 Паулі —
не в статті, а в неформальному
листі учасникам фізичної
конференції в Тюбінгені.
Згодом нейтроном була
названа, як виявилося, інша
елементарна частинка.
На Сольвеївському Конгресі
1933 р. в Брюселі Паулі
виступив з рефератом про
механізм β-розпаду з участю
легкої нейтральної частинки зі
спіном 1/2, в якому, з
посиланням на пропозицію
Фермі, назвав гіпотетичну
частинку «нейтрино». Цей
виступ був фактично першою
офіційною публікацією,
присвяченою нейтрино.

Взаємодії елементарних частинок
У мікросвіті здійснюються чотири типи фундаментальних взаємодій. З них
тільки дві (гравітаційна і електромагнітна) відповідають процесам макросвіту.
Гравітаційна взаємодія для процесів мікросвіту настільки мала, що звичайно
нею нехтують. Це пов'язано головним чином з тим, що маси елементарних
частинок дуже малі. Однак вона властива всім частинкам без винятку.
Електромагнітна взаємодія ґрунтується на процесах, що відбуваються з
частинкою в електромагнітному полі. Для електронейтральних частинок
(нейтрино, антинейтрино, фотон) вона не здійснюється. Саме електромагнітна
взаємодія обумовлює існування атомів і молекул, тому що зв'язок між ядром і
електронами здійснюється завдяки їхнім різнойменним зарядам.
Слабка взаємодія охоплює процеси, що відбуваються за участю нейтрино або
антинейтрино. Це найповільніша з усіх взаємодій мікросвіту. До неї
зараховують такі процеси, як β- і μ-розпади, безнейтринні процеси розпаду
частинок з великою тривалістю життя (τ = 10-10 с).
Сильна взаємодія виявляє себе у зв'язку протонів і нейтронів у ядрі, хоча
ядерні сили — це тільки окремий випадок сильної взаємодії.


Slide 18

Елементарні частинки – найдрібніші суб’ядерні
частинки речовини або фізичного поля. Це дискретні
структурні елементи, що можуть існувати в неасоційованому
стані. Найхарактернішою особливістю елементарних
частинок є їхня здатність до перетворень і взаємодії.
Починаючи з 1932 року було відкрито понад 400 елементарних частинок і це
число зростає й надалі.

Фундаментальні частинки - це безструктурні частинки,
які до теперішнього часу не вдалося описати як складові.

1897р. – Дж. Томсон відкрив
електрон

1919 р.– Е. Резерфорд відкрив протон

1932р. – Дж. Чедвік відкрив
нейтрон і досліджує до цього часу

За величиною спіну всі елементарні частинки
поділяють на два класи:
Ферміони
Частинки з напівцілим
спіном. Кварки (вони
утворюють протони і
нейтрони, які також є
фермионами), лептони
(електрони, мюони, таулептони, нейтрино), дірки
(квазічастинки в
напівпровіднику)

Бозони
Частинки з цілим спіном.
Елементарні бозони є
квантами калібрувальних
полів. До таких
калібрувальних бозонів
відносять:фотон
(електромагнітна
взаємодія),глюон (сильна
взаємодія) Z-бозони (слабка
взаємодія)

Ферміони підкоряються статистиці Фермі-Дірака: в
одному квантовому стані може знаходитися не більше
однієї частинки (принцип Паулі). Принцип Паулі відповідає
за стійкість електронних оболонок атомів, роблячи
можливим існування складних хімічних елементів. Він
також дозволяє існувати виродженої матерії під дією
високих тисків (нейтронні зірки). Квантова система складається з непарного числа ферміонів, сама є
ферміоном (наприклад, ядро з непарним масовим числом
A; атом чи йон з непарної сумою A і числа електронів).

Всі елементарні бозони, за винятком W ±-бозонів, є
незарядженими. W + і W-бозони по відношенню один до
одного виступають як античастинки. Калібровані бозони
(фотон, глюон, W ± і Z-бозони) мають одиничний спін.
Гіпотетичний гравітон - спін 2, і бозон Хіггса - спін 0. До
складових бозонів відносять численні двухкваркові зв'язані
стани, звані мезонами. Як і у будь-яких бозонів, спін мезонів є
цілочисловим, і його значення, в принципі, не обмежене
(0,1,2,3, ...). Іншими прикладами бозонів є ядра, що містять
парну кількість нуклонів (протонів і нейтронів).

За видами взаємодій
Складові частки
• адрони які в свою чергу,
поділяються на:
1. мезони
2. баріони

Фундаментальні (безструктурні)
частки
• лептони
• кварки
• калібрувальні бозони

1. фотон
2. вісім глюонів
3. три проміжних векторних
бозона
4. гравітон

Адрони - частинки, що беруть участь у всіх видах фундаментальних взаємодій.
Вони складаються з кварків і поділяються, в свою чергу, на:
• мезони - адрони з цілим спіном, тобто є бозонами;
• баріони - адрони з напівцілим спіном, тобто ферміони. До них, зокрема,
відносяться частинки, що становлять ядро атома, - протон і нейтрон.
Лептони - ферміони, які мають вигляд точкових частинок аж до масштабів
порядку 10 -18 м. Не беруть участь в сильних взаємодіях. Участь в
електромагнітних взаємодіях експериментально спостерігалася тільки для
заряджених лептонів ( електрони, мюони, тау-лептони) і не спостерігалося для
нейтрино. Відомі 6 типів лептонів.

Кварки - дрібнозаряджені частинки, що входять до складу адронів. У
вільному стані не спостерігалися. Як і лептони, вони діляться на 6 типів і
вважаються безструктурними, проте, на відміну від лептонів, беруть
участь у сильній взаємодії.
Калібрувальні бозони - частинки, за допомогою обміну якими
здійснюються взаємодії:
• фотон - частинка, що переносить електромагнітне взаємодія;
• вісім глюонів - частинок, що переносять сильну взаємодію;
• три проміжних векторних бозона W +, W - і Z 0, що переносять слабку
взаємодію;
• гравітон - гіпотетична частинка, що переносить гравітаційну
взаємодію. Існування гравітонів, хоча поки не доведено
експериментально в зв'язку зі слабкістю гравітаційної взаємодії,
вважається цілком вірогідним, проте гравітон не входить в
Стандартну модель елементарних часток.

Електро́н — стабільна, негативно
заряджена елементарна частинка,
що входить до складу всіх атомів.
Має електричний заряд (-е=
−1,6021892(46)×10−19 Кл) і масу
(9,109554(906)×10−31 кг).
Зазвичай електрон позначається в
формулах символом e-.
Електрон належить до родини
лептонів, має електричний заряд −e.
Електрон є лептоном першого
покоління, бере участь в
електромагнітній, слабкій та
гравітаційній взаємодіях.
Античастинкою для електрона є
позитрон.
Завдяки напівцілому спіну електрон
є ферміоном, і підкоряється
статистиці Фермі-Дірака.
Електрон стабільна частинка, його
час життя принаймні перевищує
1026 років.

Історія відкриття
• Термін електрон запровадив у 1894 році Джордж Джонстоун Стоуні.
Він вперше сформулював ідею про те, що природа складається із
заряджених частинок ще в 1874 році.
• Експериментально відкрив електрон у 1897 році Джозеф Джон Томсон
у експериментах з катодними променями у вакуумних лампах. Томсон
першим довів, що проміння складається з заряджених часток та
визначив відношення заряду частки до її маси. Визначена Томсоном
маса була в тисячі разів меншою, ніж маса атома водню, що свідчило
про те, що електрон — субатомна частинка.
• В 1909 році Міллікен у дослідах із падінням олійних крапель
продемонстрував, що електричний заряд може мати лише дискретні
значення, кратні певному елементарному заряду, і виміряв значення
цього заряду.
• В 1927 році Девісон і Джермер, а також незалежно від них Томсон,
продемонстрували явище дифракції електронів, довівши, що електрон
має як корпускулярні, так і хвильові властивості.

Прото́н — єдина стабільна частинка з позитивним зарядом +е.
Раніше вважали, що протони, як і електрони — елементарні
частинки, не мають внутрішньої структури. Однак сучасні
дослідження показують, що протон є дуже складною системою, а
його складові частинки, кварки, мають унікальні характеристики.
Маса протона становить 1,00727663 а.о.м. або 938,2723 МеВ.
Крім електричного заряду протон має також магнітний момент.
Античастинкою для протона є антипротон, характеристики якого
схожі на протон за винятком від'ємного заряду.
Протони беруть участь у всіх типах взаєомодії: сильній,
електромагнітній, слабкій та гравітаційній.

Історія
В 1919 році Ернест Резерфорд, опромінюючи альфа-частинками газ азоту, виявив в
ньому певну кількість атомів водню. Це була перша штучно викликана ядерна реакція.
Зважаючи на те, що водень має атомну масу 1, Резерфорд прийшов до висновку, що
його ядро є елементарною частинкою, яка входить до складу інших частинок.
Однак ідею про те, що інші хімічні елементи складаються з водню, висловлював ще в
1815–1816 роках у серії статей Вільям Праут, виходячи із того, що хімічні речовини
вступають в реакції в пропорціях, які виражаються малими цілими числами. Його
гіпотезу відкинули, коли точні вимірювання атомних мас хімічних елементів дали
значення, дещо відмінні від цілих чисел.
Антипротон був відкритий у лабораторії університету Берклі в 1955 році. За його
відкриття Еміліо Сеґре й Оуен Чемберлен отримали Нобелівську премію з фізики 1959.

Час життя
Питання про стабільність протона разом з питанням про стабільність електрона є
наріжними каменями, на яких побудовані сучасні уявлення про будову Всесвіту. Наразі
нижня межа часу життя протона щодо розпаду експериментально підтверджена на
рівні 1033 років.

Нейтрон — електрично нейтральна
частинка, що входить до групи частинок під
назвою баріони, котрі в свою чергу входять
до складу групи адронів. У нейтрона є
античастинка, яка називається
антинейтроном.
Маса нейтрона приблизно дорівнює масі
протона 1,6749543•10−24г = 1838,5 мас
електрона. Це тільки на ~2,5 електронних
мас перевищує масу протона. З нейтронів і
протонів складаються ядра атомів, в яких
нейтрон стабільний. У вільному стані
нейтрон нестабільний і радіоактивний.
Середній період існування 12,5 хв.
Перетворюється на
протон+електрон+антинейтрино. Внаслідок
відсутності заряду має велику проникність,
оскільки під час руху в речовині нейтрон не
витрачає енергії на йонізацію,
випромінювання тощо. Нейтрони
використовуються в активаційному аналізі,
нейтронній радіографії, нейтронному
гамма-каротажі, нейтронографії та інших
методах досліджень.

Історія відкриття
Нейтрон відкрив у 1932 році Джеймс Чедвік. У 1935 році він отримав за це
відкриття Нобелівську премію. Експерименти, які засвідчували
виникнення випромінювання з великою глибиною проникнення в
речовину, проводилися й раніше, але це випромінювання намагалися
інтерпретувати, як народження гамма-квантів. Спочатку вважалося, що
нейтрон є зв'язаним станом протона й електрона, а ядро атома
складається із протонів та електроні. Існували й інші складнощі протонноелектронної моделі. Вона не могла пояснити ціле значення спіну ядра
Нітрогену в молекулі азоту, а також відсутність електронного внеску в
надтонку структуру. Крім того, електрон надто легка частинка, щоб її
можна було локалізувати в об'ємі ядра. Першими довели, що ядро не
може складатися з електронів та протонів Віктор Амбарцумян та Дмитро
Іваненко, а з середини 1930-их утвердилася протон-нейтронна модель
ядра. Антинейтрон відкрив у 1956 році Брюс Корк.

Нейтри́но — стабільні нейтральні лептони з напівцілим

спіном, що беруть участь тільки в слабкій і гравітаційній
взаємодіях. Надзвичайно слабо взаємодіють з речовиною:
нейтрино з енергією 1 МеВ мають в свинці довжину вільного
пробігу ~ 1020 см (~ 100 світлових років).
Нейтрино - стабільна електрично нейтральна елементарна
частинка, маса якої близька до нуля. Вона належить до групи
лептонів. Швидкість руху нейтрино близька до швидкості світла.
Розрізняють нейтрино електронне, мюонне і τ-лептонне
нейтрино. Нейтрино і відповідні їм антинейтрино беруть участь
тільки у слабких та гравітаційних взаємодіях. Вони відіграють
велику роль у перетвореннях елементарних частинок, у
глобальних космогонічних процесах.

Гіпотезу про існування
частинки, яка надзвичайно
слабо взаємодіє з речовиною,
висунув 4 грудня 1930 Паулі —
не в статті, а в неформальному
листі учасникам фізичної
конференції в Тюбінгені.
Згодом нейтроном була
названа, як виявилося, інша
елементарна частинка.
На Сольвеївському Конгресі
1933 р. в Брюселі Паулі
виступив з рефератом про
механізм β-розпаду з участю
легкої нейтральної частинки зі
спіном 1/2, в якому, з
посиланням на пропозицію
Фермі, назвав гіпотетичну
частинку «нейтрино». Цей
виступ був фактично першою
офіційною публікацією,
присвяченою нейтрино.

Взаємодії елементарних частинок
У мікросвіті здійснюються чотири типи фундаментальних взаємодій. З них
тільки дві (гравітаційна і електромагнітна) відповідають процесам макросвіту.
Гравітаційна взаємодія для процесів мікросвіту настільки мала, що звичайно
нею нехтують. Це пов'язано головним чином з тим, що маси елементарних
частинок дуже малі. Однак вона властива всім частинкам без винятку.
Електромагнітна взаємодія ґрунтується на процесах, що відбуваються з
частинкою в електромагнітному полі. Для електронейтральних частинок
(нейтрино, антинейтрино, фотон) вона не здійснюється. Саме електромагнітна
взаємодія обумовлює існування атомів і молекул, тому що зв'язок між ядром і
електронами здійснюється завдяки їхнім різнойменним зарядам.
Слабка взаємодія охоплює процеси, що відбуваються за участю нейтрино або
антинейтрино. Це найповільніша з усіх взаємодій мікросвіту. До неї
зараховують такі процеси, як β- і μ-розпади, безнейтринні процеси розпаду
частинок з великою тривалістю життя (τ = 10-10 с).
Сильна взаємодія виявляє себе у зв'язку протонів і нейтронів у ядрі, хоча
ядерні сили — це тільки окремий випадок сильної взаємодії.


Slide 19

Елементарні частинки – найдрібніші суб’ядерні
частинки речовини або фізичного поля. Це дискретні
структурні елементи, що можуть існувати в неасоційованому
стані. Найхарактернішою особливістю елементарних
частинок є їхня здатність до перетворень і взаємодії.
Починаючи з 1932 року було відкрито понад 400 елементарних частинок і це
число зростає й надалі.

Фундаментальні частинки - це безструктурні частинки,
які до теперішнього часу не вдалося описати як складові.

1897р. – Дж. Томсон відкрив
електрон

1919 р.– Е. Резерфорд відкрив протон

1932р. – Дж. Чедвік відкрив
нейтрон і досліджує до цього часу

За величиною спіну всі елементарні частинки
поділяють на два класи:
Ферміони
Частинки з напівцілим
спіном. Кварки (вони
утворюють протони і
нейтрони, які також є
фермионами), лептони
(електрони, мюони, таулептони, нейтрино), дірки
(квазічастинки в
напівпровіднику)

Бозони
Частинки з цілим спіном.
Елементарні бозони є
квантами калібрувальних
полів. До таких
калібрувальних бозонів
відносять:фотон
(електромагнітна
взаємодія),глюон (сильна
взаємодія) Z-бозони (слабка
взаємодія)

Ферміони підкоряються статистиці Фермі-Дірака: в
одному квантовому стані може знаходитися не більше
однієї частинки (принцип Паулі). Принцип Паулі відповідає
за стійкість електронних оболонок атомів, роблячи
можливим існування складних хімічних елементів. Він
також дозволяє існувати виродженої матерії під дією
високих тисків (нейтронні зірки). Квантова система складається з непарного числа ферміонів, сама є
ферміоном (наприклад, ядро з непарним масовим числом
A; атом чи йон з непарної сумою A і числа електронів).

Всі елементарні бозони, за винятком W ±-бозонів, є
незарядженими. W + і W-бозони по відношенню один до
одного виступають як античастинки. Калібровані бозони
(фотон, глюон, W ± і Z-бозони) мають одиничний спін.
Гіпотетичний гравітон - спін 2, і бозон Хіггса - спін 0. До
складових бозонів відносять численні двухкваркові зв'язані
стани, звані мезонами. Як і у будь-яких бозонів, спін мезонів є
цілочисловим, і його значення, в принципі, не обмежене
(0,1,2,3, ...). Іншими прикладами бозонів є ядра, що містять
парну кількість нуклонів (протонів і нейтронів).

За видами взаємодій
Складові частки
• адрони які в свою чергу,
поділяються на:
1. мезони
2. баріони

Фундаментальні (безструктурні)
частки
• лептони
• кварки
• калібрувальні бозони

1. фотон
2. вісім глюонів
3. три проміжних векторних
бозона
4. гравітон

Адрони - частинки, що беруть участь у всіх видах фундаментальних взаємодій.
Вони складаються з кварків і поділяються, в свою чергу, на:
• мезони - адрони з цілим спіном, тобто є бозонами;
• баріони - адрони з напівцілим спіном, тобто ферміони. До них, зокрема,
відносяться частинки, що становлять ядро атома, - протон і нейтрон.
Лептони - ферміони, які мають вигляд точкових частинок аж до масштабів
порядку 10 -18 м. Не беруть участь в сильних взаємодіях. Участь в
електромагнітних взаємодіях експериментально спостерігалася тільки для
заряджених лептонів ( електрони, мюони, тау-лептони) і не спостерігалося для
нейтрино. Відомі 6 типів лептонів.

Кварки - дрібнозаряджені частинки, що входять до складу адронів. У
вільному стані не спостерігалися. Як і лептони, вони діляться на 6 типів і
вважаються безструктурними, проте, на відміну від лептонів, беруть
участь у сильній взаємодії.
Калібрувальні бозони - частинки, за допомогою обміну якими
здійснюються взаємодії:
• фотон - частинка, що переносить електромагнітне взаємодія;
• вісім глюонів - частинок, що переносять сильну взаємодію;
• три проміжних векторних бозона W +, W - і Z 0, що переносять слабку
взаємодію;
• гравітон - гіпотетична частинка, що переносить гравітаційну
взаємодію. Існування гравітонів, хоча поки не доведено
експериментально в зв'язку зі слабкістю гравітаційної взаємодії,
вважається цілком вірогідним, проте гравітон не входить в
Стандартну модель елементарних часток.

Електро́н — стабільна, негативно
заряджена елементарна частинка,
що входить до складу всіх атомів.
Має електричний заряд (-е=
−1,6021892(46)×10−19 Кл) і масу
(9,109554(906)×10−31 кг).
Зазвичай електрон позначається в
формулах символом e-.
Електрон належить до родини
лептонів, має електричний заряд −e.
Електрон є лептоном першого
покоління, бере участь в
електромагнітній, слабкій та
гравітаційній взаємодіях.
Античастинкою для електрона є
позитрон.
Завдяки напівцілому спіну електрон
є ферміоном, і підкоряється
статистиці Фермі-Дірака.
Електрон стабільна частинка, його
час життя принаймні перевищує
1026 років.

Історія відкриття
• Термін електрон запровадив у 1894 році Джордж Джонстоун Стоуні.
Він вперше сформулював ідею про те, що природа складається із
заряджених частинок ще в 1874 році.
• Експериментально відкрив електрон у 1897 році Джозеф Джон Томсон
у експериментах з катодними променями у вакуумних лампах. Томсон
першим довів, що проміння складається з заряджених часток та
визначив відношення заряду частки до її маси. Визначена Томсоном
маса була в тисячі разів меншою, ніж маса атома водню, що свідчило
про те, що електрон — субатомна частинка.
• В 1909 році Міллікен у дослідах із падінням олійних крапель
продемонстрував, що електричний заряд може мати лише дискретні
значення, кратні певному елементарному заряду, і виміряв значення
цього заряду.
• В 1927 році Девісон і Джермер, а також незалежно від них Томсон,
продемонстрували явище дифракції електронів, довівши, що електрон
має як корпускулярні, так і хвильові властивості.

Прото́н — єдина стабільна частинка з позитивним зарядом +е.
Раніше вважали, що протони, як і електрони — елементарні
частинки, не мають внутрішньої структури. Однак сучасні
дослідження показують, що протон є дуже складною системою, а
його складові частинки, кварки, мають унікальні характеристики.
Маса протона становить 1,00727663 а.о.м. або 938,2723 МеВ.
Крім електричного заряду протон має також магнітний момент.
Античастинкою для протона є антипротон, характеристики якого
схожі на протон за винятком від'ємного заряду.
Протони беруть участь у всіх типах взаєомодії: сильній,
електромагнітній, слабкій та гравітаційній.

Історія
В 1919 році Ернест Резерфорд, опромінюючи альфа-частинками газ азоту, виявив в
ньому певну кількість атомів водню. Це була перша штучно викликана ядерна реакція.
Зважаючи на те, що водень має атомну масу 1, Резерфорд прийшов до висновку, що
його ядро є елементарною частинкою, яка входить до складу інших частинок.
Однак ідею про те, що інші хімічні елементи складаються з водню, висловлював ще в
1815–1816 роках у серії статей Вільям Праут, виходячи із того, що хімічні речовини
вступають в реакції в пропорціях, які виражаються малими цілими числами. Його
гіпотезу відкинули, коли точні вимірювання атомних мас хімічних елементів дали
значення, дещо відмінні від цілих чисел.
Антипротон був відкритий у лабораторії університету Берклі в 1955 році. За його
відкриття Еміліо Сеґре й Оуен Чемберлен отримали Нобелівську премію з фізики 1959.

Час життя
Питання про стабільність протона разом з питанням про стабільність електрона є
наріжними каменями, на яких побудовані сучасні уявлення про будову Всесвіту. Наразі
нижня межа часу життя протона щодо розпаду експериментально підтверджена на
рівні 1033 років.

Нейтрон — електрично нейтральна
частинка, що входить до групи частинок під
назвою баріони, котрі в свою чергу входять
до складу групи адронів. У нейтрона є
античастинка, яка називається
антинейтроном.
Маса нейтрона приблизно дорівнює масі
протона 1,6749543•10−24г = 1838,5 мас
електрона. Це тільки на ~2,5 електронних
мас перевищує масу протона. З нейтронів і
протонів складаються ядра атомів, в яких
нейтрон стабільний. У вільному стані
нейтрон нестабільний і радіоактивний.
Середній період існування 12,5 хв.
Перетворюється на
протон+електрон+антинейтрино. Внаслідок
відсутності заряду має велику проникність,
оскільки під час руху в речовині нейтрон не
витрачає енергії на йонізацію,
випромінювання тощо. Нейтрони
використовуються в активаційному аналізі,
нейтронній радіографії, нейтронному
гамма-каротажі, нейтронографії та інших
методах досліджень.

Історія відкриття
Нейтрон відкрив у 1932 році Джеймс Чедвік. У 1935 році він отримав за це
відкриття Нобелівську премію. Експерименти, які засвідчували
виникнення випромінювання з великою глибиною проникнення в
речовину, проводилися й раніше, але це випромінювання намагалися
інтерпретувати, як народження гамма-квантів. Спочатку вважалося, що
нейтрон є зв'язаним станом протона й електрона, а ядро атома
складається із протонів та електроні. Існували й інші складнощі протонноелектронної моделі. Вона не могла пояснити ціле значення спіну ядра
Нітрогену в молекулі азоту, а також відсутність електронного внеску в
надтонку структуру. Крім того, електрон надто легка частинка, щоб її
можна було локалізувати в об'ємі ядра. Першими довели, що ядро не
може складатися з електронів та протонів Віктор Амбарцумян та Дмитро
Іваненко, а з середини 1930-их утвердилася протон-нейтронна модель
ядра. Антинейтрон відкрив у 1956 році Брюс Корк.

Нейтри́но — стабільні нейтральні лептони з напівцілим

спіном, що беруть участь тільки в слабкій і гравітаційній
взаємодіях. Надзвичайно слабо взаємодіють з речовиною:
нейтрино з енергією 1 МеВ мають в свинці довжину вільного
пробігу ~ 1020 см (~ 100 світлових років).
Нейтрино - стабільна електрично нейтральна елементарна
частинка, маса якої близька до нуля. Вона належить до групи
лептонів. Швидкість руху нейтрино близька до швидкості світла.
Розрізняють нейтрино електронне, мюонне і τ-лептонне
нейтрино. Нейтрино і відповідні їм антинейтрино беруть участь
тільки у слабких та гравітаційних взаємодіях. Вони відіграють
велику роль у перетвореннях елементарних частинок, у
глобальних космогонічних процесах.

Гіпотезу про існування
частинки, яка надзвичайно
слабо взаємодіє з речовиною,
висунув 4 грудня 1930 Паулі —
не в статті, а в неформальному
листі учасникам фізичної
конференції в Тюбінгені.
Згодом нейтроном була
названа, як виявилося, інша
елементарна частинка.
На Сольвеївському Конгресі
1933 р. в Брюселі Паулі
виступив з рефератом про
механізм β-розпаду з участю
легкої нейтральної частинки зі
спіном 1/2, в якому, з
посиланням на пропозицію
Фермі, назвав гіпотетичну
частинку «нейтрино». Цей
виступ був фактично першою
офіційною публікацією,
присвяченою нейтрино.

Взаємодії елементарних частинок
У мікросвіті здійснюються чотири типи фундаментальних взаємодій. З них
тільки дві (гравітаційна і електромагнітна) відповідають процесам макросвіту.
Гравітаційна взаємодія для процесів мікросвіту настільки мала, що звичайно
нею нехтують. Це пов'язано головним чином з тим, що маси елементарних
частинок дуже малі. Однак вона властива всім частинкам без винятку.
Електромагнітна взаємодія ґрунтується на процесах, що відбуваються з
частинкою в електромагнітному полі. Для електронейтральних частинок
(нейтрино, антинейтрино, фотон) вона не здійснюється. Саме електромагнітна
взаємодія обумовлює існування атомів і молекул, тому що зв'язок між ядром і
електронами здійснюється завдяки їхнім різнойменним зарядам.
Слабка взаємодія охоплює процеси, що відбуваються за участю нейтрино або
антинейтрино. Це найповільніша з усіх взаємодій мікросвіту. До неї
зараховують такі процеси, як β- і μ-розпади, безнейтринні процеси розпаду
частинок з великою тривалістю життя (τ = 10-10 с).
Сильна взаємодія виявляє себе у зв'язку протонів і нейтронів у ядрі, хоча
ядерні сили — це тільки окремий випадок сильної взаємодії.