Текст книги "Физика для "чайников" (СИ)"
Автор книги: Андрей Задумавшийся
сообщить о нарушении
Текущая страница: 12 (всего у книги 12 страниц)
Второй момент. Всё тот же принцип "природа стремится к равновесию" – раз все частички (протоны и нейтроны часто обзывают "нуклонами", так как "нукл" – это ядро) связаны между собой, значит, это для ядра чем-то выгодно. А именно: чтобы разорвать пучок из нуклонов, нужно снова затратить какую-то энергию. Она называется энергией связи – это энергия, которую нужно затратить, чтобы разделить атом на отдельные частички. (Есть ещё "удельная энергия связи", это энергия связи делить на количество нуклонов.) Значение этой энергии и определяется сильным взаимодействием. Эта энергия достаточно мала, чтобы мерить её в джоулях, поэтому здесь у неё специальная величина – электронвольт (эВ). Это энергия, которую приобретает 1 электрон, ускоренный напряжением в 1 В. То есть 1 эВ = 1.6*10^-19 Дж. Удельная энергия связи лёгких ядер составляет примерно 0.8 МэВ/нуклон. Да, наверное, это ни о чём не говорит. Ладно, об этом чуть позже. Здесь остаётся отметить только одну вещь, которую обычно не отмечают в таблице Менделеева, но которая при этом существует: изотопы. Это атомы, в ядрах которых поселился один или несколько "лишних" нейтронов, либо, наоборот, из которых ушли один или несколько нейтронов. Наиболее известные изотопы – это изотопы урана и водорода. У урана (атомная масса = 238 а.е.м.) есть такие изотопы: уран-234 и наиболее известный – уран-235. Массы у них соответственно: 234 и 235 а.е.м., то есть у первого "отлипли" 4 нейтрона, у второго – три. У водорода, наоборот, нейтроны прибавляются: обычный водород их вообще не содержит, на совсем сухом научном языке он называется "протий" (атомная масса – 1 а.е.м.). Если добавить один нейтрон, получится водород с массой 2 а.е.м., который называется "дейтерий", он даже обозначается своей буквой – D вместо H. Вода, в которой вместо водорода – дейтерий, называется тяжёлой, внешне мало отличается от обычной и даже несильно ядовита. Если же добавить ещё один нейтрон, то такой "водород" будет называться "тритий", у него атомная масса 3 а.е.м., и вместе он свои внутренности держать уже будет с трудом – он радиоактивен. Обозначается тоже своей буквой – T, вода T2O называется сверхтяжёлой.
Третий момент, которым прожужжал уже все уши. Радиоактивность – что это за зверь и с чем его едят? Разбираемся по порядку. Как я уже несколько раз повторял выше, есть атомы "стабильные" и "нестабильные". Стабильные существуют долгое время без изменений, а у нестабильных энергии связи не хватает на то, чтобы держать все нуклоны связанными друг с другом – их тупо слишком много, в охапке их не удержишь: одно дело, когда у тебя в руках просто пара карандашей, другое – когда нужно унести с собой в двух руках четыре набора цветных карандашей без коробок и ещё с десяток ручек впридачу. Какие-то из них могут упасть, причём упасть может как один карандашик, так и большая пачка, а то и с половину где-нибудь. Примерно так и получается при радиоактивном распаде: ядро атома периодически разваливается на составные части, выплёвывая при этом в виде того, что мы называем радиацией, всякую гадость. Эту гадость можно разделить на три части.
Первые – это "альфа-частицы". В сравнении с карандашами – это небольшая пачка (штуки 4) карандашей, падающих из рук. Альфа-частица представляет собой не что иное, как ядро атома гелия. Почему именно гелий – а пёс его знает. Скорее всего, потому, что два протона и два нейтрона, вместе связанные, обладают наибольшей энергией связи, их труднее всего разъединить. Когда такая частичка отваливается от атома, его номер уменьшается на 2, а атомная масса – на 4. То есть уран-238 при альфа-распаде превратится в торий (масса = 234, атомный номер = 90). (Торий тоже радиоактивен, поэтому и он со временем будет как-то разваливаться – и так до тех пор, пока не отвалится столько частичек, что атом не станет стабильным – например, хотя бы до свинца, у которого атомный номер = 82.) По опасности альфа-излучение можно сравнить с ползущим в дрянь пьяным толстяком: прямое столкновение с ним не принесёт практически никаких повреждений. Альфа-частицы хоть и большие (по сравнению с мелкими частицами), но слабы по энергии – защититься от них можно даже обычным листом бумаги.
Второй вид выплёвываемых частиц назвали буквой "бета" – бета-частицы. (Это можно сравнить с одним карандашом, выпадающим из рук.) Потом оказалось, что это всего лишь летящие электрончики. Отсюда вполне логичное утверждение: когда ядро испытывает бета-распад, его заряд повышается на 1, а массовое число не меняется. Строго говоря, бета-распад гораздо сложнее; выплёвывание электронов – это не единственное его проявление, можно ещё плеваться частичкой под названием "нейтрино" или даже "античастицами". (!) Но в школе обычно ограничиваются только электронами. По опасности бета-излучение можно сравнить с бегущим человеком: при столкновении можно разве что легко ушибиться. Конечно, это уже зависит от того, насколько быстро человек бежит – точно так же и опасность от бета-излучения зависит от энергии электронов, но в целом считается, что от бета-частиц можно защититься при помощи листа алюминиевой фольги.
Третий вид, уже знакомый ранее и самый опасный – это гамма-лучи. Это уже никакие не частицы, при гамма-распаде заряд и массовое число ядра не меняются. Причины его сидят ещё глубже, чем в альфа– и бета-распадах: само ядро атома может возбудиться от какого-то взаимодействия, причём возбуждённое состояние будет длиться достаточно долго (по атомным или ядерным меркам, конечно). В конце концов, оно "успокоится" и вернётся в обычное состояние, но при этом испустит квант электромагнитной энергии – причём значение этой энергии настолько большое, что по опасности гамма-излучение можно сравнить с летящим на полном ходу высокоскоростным поездом, машиной Формулы-1 или самолётом: при наезде – мгновенная смерть. В жизни всё не настолько страшно, один гамма-квант (или десять) никого не погубит, но вот если их слишком много... Защититься от них можно только чем-нибудь ядрёным вроде слоя свинца толщиной в несколько сантиметров или даже десятков сантиметров – опять-таки, в зависимости от энергии кванта. (Вместо свинца может быть и другой материал, но он должен быть очень плотным – именно большой атомный номер позволяет затормозить гамма-лучи.)
Наконец, бывают ядерные реакции, когда одно вещество тупо распадается на два, и при этом ещё откалывается мелкий кусочек типа той же альфа– или бета-частицы: например, тот же уран-235 может развалиться на барий (масса = 139 а.е.м., заряд = 56) и криптон (масса = 95 а.е.м., заряд = 36), при этом ещё отрыгнёт два нейтрона. Это можно сравнить с разваливанием охапки карандашей на две части.
Все три типа лучей (альфа, бета, гамма) – ионизирующие, однако "альфа" и "бета" лучами как таковыми не являются, хотя уже чисто исторически повелось, что их тоже называют ионизирующим излучением. (В самом широком смысле ионизирующим излучением может быть поток любых частиц, которые вызывают ионизацию атомов.)
Ещё два момента, на которые здесь надо бы обратить внимание. Первый – это, конечно же, период полураспада, ставший известным благодаря сами знаете какой игре. Как я уже написал выше, ядра разваливаются на части – но как часто? За это и отвечает данное число. Период полураспада – это время, за которое распадётся половина всех ядер того или иного вещества, обозначается он буквой T (НЕ лямбда!!!). Есть только одно огорошивающее "но": за два периода полураспада абсолютно все ядра не развалятся! Потому, что распад происходит по ниспадающей: сначала разваливаются все друг за другом, потом всё меньше, меньше и меньше... В итоге за два периода полураспада останется четверть всех ядер, за три периода полураспада – одна восьмая, и так далее. Собственно, в том числе и поэтому и существует естественный радиационный фон – мимо нас регулярно пролетают всякие ионизирующие лучики, на которых мы уже не обращаем внимания, потому что мать-природа приспособила. Другое дело, если их станет слишком много – тогда ионизируются атомы, из которых состоит человеческое тело, в результате из-за отрыва электрончиков может пойти неуправляемая химическая реакция – поменяется состав клеток, или ещё хуже – при отравлении радиоактивным веществом может поменяться даже химический состав (уже на уровне молекул!) организма. Итог – от банального до крайне печального: при слабом облучении – обычная повышенная температура, организм в принципе даже может сам попробовать справиться с наступившей лучевой болезнью, при сильном – от мутаций (результат изменения состава клеток; третьих глаза или руки, конечно, не вырастет, но вот опухоль в пол-лица размером – так, что один глаз выдвинется аж на середину лба, огрести можно) до тошноты непонятной гадостью (уже вряд ли радиоактивной, но всё равно совсем не сахар) и заражения крови, при критическом уровне – мгновенная смерть. Единственное возможное спасение при всё-таки полученном облучении – это фрукты. Нет, я не шучу. Фруктоза содержит химически активную OH-группу, которая берёт на себе отколотые ионизирующей гадостью частички атомов на себя, выводя впоследствии эту дрянь из организма. На самый худой конец, если больше ничего под рукой не останется, сойдёт и спирт – всё из-за той же OH-группы. Только не стоит забывать, что, переборщив со спиртом, можно помереть от спирта, а не от радиации. Одно другого не сильно слаще...
И второй момент – это, конечно же, ядерная энергетика. За основу берётся реакция, которую я уже писал: уран = барий + криптон + 2 нейтрона. Особо умные сразу же спросят: а энергия связи? Выполняется ли закон сохранения энергии? Выполняется, куда ему деться. Разница между энергиями высвобождается, и её можно использовать для производства хоть того же электричества! Правда, на АЭС (атомных электростанциях) это делают не напрямую: высвободившаяся энергия уходит на нагрев специальной воды, которая становится тоже радиоактивной. Она остывает, передавая тепло другой воде, уже безопасной – та, в свою очередь, от этого закипает, полученный водяной пар вращает турбину, которая подрублена к генератору, который преобразовывает механическую энергию вращения в электроэнергию (а водяной пар, совершив работу, остывает, конденсируется и снова превращается в воду). Из-за такой цепочки КПД очень мал – в электричество превращается в лучшем случае несколько процентов от энергии, даваемой ураном, но даже эти процентики по количеству джоулей будут выше, чем сжигание большой кучи угля или то же течение воды. Один только вопрос: надо "подталкивать" уран, чтобы он делился постоянно и в то же время контролируемо. Первоначальный толчок делают банальным нагревом – частички приобретают энергию от тепла, и разваливание происходит уже из-за этого – а дальше в дело выступают выплёвываемые ураном 2 нейтрона. Нетрудно догадаться, что если оставить их как есть, то каждый из них вызовет ещё 2 – то есть всего станет 4, – потом 8, 16, 32, 64... и всё это с сумасшедшей скоростью. Отсюда печальный вывод – если оставить всё как есть, то получится атомная бомба – энергии выделится очень много за очень малый промежуток времени, что в жизни является взрывом. Два утешительных момента: это происходит не при любом количестве урана, и "лишние" нейтроны можно "скушать". При определённой массе вещества цепная реакция (это самое деление с нейтронами) становится возможным, такую массу называют критической, у урана она составляет что-то, чуть меньшее 50 кг. (Чтобы атомная бомба не срабатывала заранее, кусок урана разделяют на две части, а при сбросе бомбы соединяют их – как правило, при помощи обычного взрыва, уничтожающего перегородку.) А "лишние" нейтроны можно гасить специальными стержнями, которые можно впихивать в ядрёный... то есть в ядерный, реактор. Чаще всего их делают из углерода, они просто "кушают" все лишние частички. Когда размножение нейтронов поддерживается около единички "сына" на единичку "отца", всё хорошо – реакция идёт, электричество вырабатывается. Когда больше – атас, можно взлететь на воздух со страшнейшей силой. Когда меньше – тоже плохо: реакция может прекратиться вообще, её придётся начинать заново.
Ну и на закуску к радиоактивности – маленький взгляд в будущее. Ясен пень, когда народ увидел, что можно добывать ядерную энергию, сразу же стали копать в направлении других атомов: а нельзя ли воспользоваться другими, какими-нибудь более безопасными, атомами? Ответ оказался положительным, но природа ничто не даёт просто так. Более лёгкие вещества уже толком не распадаются, зато есть другой способ – соединить несколько атомов воедино. При этом есть одно очень существенное "но": чтобы их соединить, нужно суметь притянуть их друг к другу так, чтобы силу кулоновского отталкивания между ядрами (которую никто не отменял!) сумела подавить сила сильного взаимодействия. Тогда получится, что два атома соединятся в один, выдав разницу между энергиями связи – а это такая энергия, которая оказалась примерно в сотню раз выше энергии ядерного синтеза! Наиболее известная такая реакция: D + T = He + n (по-русски – дейтерий + тритий = гелий + нейтрон). А для преодоления кулоновского отталкивания сумели придумать только один способ – тупо нагрев. Причём нагрев этот идёт до таких температур, которые вообразить себе трудно: от десятков миллионов до миллиардов кельвин! Единственное пока известное место, где такая температура есть, – это наше Солнце. Но оттуда и энергию просто так не заберёшь! Поэтому создают заумные установки по термоядерному синтезу, где дейтерий-тритиевую плазму (большая температура становится в том числе и у электронов, и они разгоняются так, что становятся способными выскакивать из атомов и возбуждать их уже не электрическим способом) нагревают до страшных температур, при этом возникает ещё куча проблем, так как всё то же стремление природы к равновесию яро старается рассеять тепло от нагрева как можно скорее, расширить плазму (а при её чрезмерном сужении – схлопнуть чуть ли не в точку!) и так далее. Итог – пока что термоядерным способом энергию получить удалось, но она получилась такой, что затраты энергии на её получение вышло больше. На что всё то же меркантильное человечество пожало плечами и сказало: ну, крутую вы игрушку сделали, ребята, но с такой играться невыгодно. Зато военные радостно потирают руки, оскалив зубы: возможно создание термоядерной бомбы. Секрет в том, что тепла, выделяющегося при мощном ядерном взрыве, вполне может хватить для поддержания термоядерной реакции. То есть ступеней становится три: вначале обычная бомба детонирует, соединяя куски ядерного топлива, которое, в свою очередь, тоже взрываясь, создаёт условия для протекания термоядерной реакции, после чего наступает самый страшный взрыв. Что ещё хуже – мощность термоядерной бомбы зависит только от количества топлива... Остаётся только надеяться, что народ не будет забывать: применив очень мощное термоядерное оружие, способное уничтожить хоть всю Землю, ты укокошишь в первую же очередь самого себя.
На этой грустной ноте, наконец переходим к самому последнему большому пункту. Первый же главный и грустный ответ: да, протоны, нейтроны и электроны – это далеко не все элементарные частицы, которые существуют, и они состоят из ещё более мелких частичек, которых называют "фундаментальными". Есть и другие элементарные частички; некоторые из них могут существовать отдельно, некоторые, как радиоактивные атомы, тоже со временем разваливаются на части (только уже без радиации). Всего их можно разделить по двум признакам: это по виду спина и по виду взаимодействий.
По виду спина частички делятся на фермионы и бозоны. У первых спин полуцелый (+1/2 или -1/2 – это протон, нейтрон, электрон или частица с загадочным названием "нейтрино"), у вторых целый (1 или -1 – например, это фотон или непонятная частичка под названием "мезон").
Если разделять частички по типу взаимодействий, то получится такая классификация: адроны, лептоны, кварки и так называемые "калибровочные бозоны". Что такое адроны, понять проще всего так: это частички, которые участвуют во всех четырех типах фундаментальных взаимодействий. (Да, я не ошибся. Именно четырёх, хотя я пока написал про три. О четвёртом – чуть-чуть попозже.) Они делятся на мезоны и барионы, которые по первой классификации являются соответственно бозонами и фермионами. Итог – мезоны участвуют во всех взаимодействиях, имеют целый спин, являются одновременно бозонами и адронами, барионы участвуют во всех взаимодействиях, имеют полуцелый спин, являются одновременно фермионами и адронами. Жуть, всего два разных слова, а намешали-то кучу какую...
Но я обещал рассказать про последнее известное на данный момент, четвёртое, взаимодействие. Когда копались во всей этой куче элементарных частичек, то во время деления некоторых частичек – например, нейтрона – возникало подозрение на тему, что существует ещё какая-то непонятная частичка, которая ни с чем не взаимодействует, и именно поэтому её не удаётся поймать. Подозрения навевал в основном закон сохранения энергии – какая-то её часть уходила как будто в никуда, что закон не мог допустить. В итоге оказалось, что искомая частичка не участвует ни в электромагнитном, ни даже в сильном взаимодействии! Зато взаимодействует "слабо" – именно так назвали новый тип взаимодействия. Его обнаружили, когда закопались ещё глубже и открыли, что некоторые элементарные частички могут якобы "просто так" обмениваться чем-нибудь друг с другом: энергией, зарядом, массой... Слабое взаимодействие слабее сильного и электромагнитного, но сильнее гравитационного. (Нейтрино, строго говоря, участвует и в гравитационном взаимодействии, но масса у него совсем крохотная.) Название "нейтрино" – видимо, шутка юмора: это уменьшительно-ласкательное от "нейтрон" на итальянском. Вообще, при дальнейшем углублении в физику элементарных частиц начинают прорисовываться термины, которые вызывают улыбку: цвет (?), аромат (??), странность (!), прелесть (!!), очарование (!!!) И всё это – тоже числа, характеризующие свойства тех или иных частиц!
Лептоны – это фермионы, которые не участвуют в сильных взаимодействиях. Известно 6 штук таких лептонов, в их числе – электрон и нейтрино. Лептоны, имеющие электрический заряд, могут также участвовать в электромагнитном взаимодействии. Не имеющие? А кто его знает, тут ещё эксперименты не всё выяснили.
Кварки – это то, из чего состоят адроны. Самые маленькие из всех известных на данный момент частичек, наряду с лептонами и калибровочными бозонами, состоят ли они из чего-нибудь – науке неизвестно, поэтому их пока обзывают "фундаментальными" частицами. В свободном состоянии их нет, зато три кварка образуют адрон. У них есть свои характеристики типа тех, которых я пометил восклицательными знаками выше – заряды и спины у них посчитали, но и этого оказалось мало: два кварка с одинаковыми параметрами по-прежнему вели себя по-разному. Поэтому и стали выдумывать такие забавные словеса типа "цвет". Участвуют в сильных взаимодействиях.
Осталось ещё два момента по элементарным частицам: это последняя категория ("калибровочные бозоны") и античастицы. Совсем коротенько о последних: когда ещё зарождалась квантовая механика, обрастая страшной математикой, товарищ по фамилии Дирак, решая тамошние уравнения, наткнулся на то, что одно из них может иметь решение в виде отрицательной энергии. Товарищ не растерялся и решил принять это таким образом: частица с отрицательной энергией – это вовсе не неподходящее по условию задачи решение и не бредовый сон очередного физика-шизика, а всего лишь "античастица". И всё бы ничего, но народ поверил и начал копать даже в этом направлении. До сих пор не знаю, каким образом, но в итоге, чуть более 40 лет спустя после открытия электрона, был открыт антиэлектрон, первая античастица. Его назвали позитроном: разница между ним и электроном заключается только в том, что у него заряд с плюсом, а не с минусом (+1.6*10^-19 Кл). Потом стали открывать другие античастицы, но местами поджидал облом: частица и соответствующая ей античастица полностью совпадали. Такие частички стали называть истинно нейтральными. Самый известный из таких – фотон. Ну а для остальных возможно как рождение античастиц, так и их смерть: при встрече частицы с соответствующим её "двойником" (хоть тех же электрона и позитрона) они могут взаимно уничтожиться, или – как выражается наука – может произойти реакции аннигиляции. ("Нигил" означает "ничто": когда частица и её антипод встретятся, то они взаимно уничтожат друг друга так, что от них не останется вообще ничего, кроме энергии, конечно.) Электрон + позитрон = 2 гамма-кванта. И такой же результат (2 гамма-кванта, иногда 3 – если энергия большая) для всех остальных пар "частица-античастица"! Более того, получив античастички, стали добиваться их соединения в вещество – так получили не то антиводород, не то антигелий. Но он почему-то сам собой разваливается, и вообще – современная физика всё ещё чешет репу при вопросе на тему, почему вообще у нас во Вселенной толком нету антивещества, если оно вроде бы равноправно по сравнению с нашим обычным веществом. Во как, дискриминация добралась даже до уровня элементарных частиц! А народ о мировой справедливости канючит...
И заключительный аккорд умных слов – калибровочные бозоны. Как уже я выше написал, выделяют четыре типа фундаментальных взаимодействий. И народ стал копать и в эту сторону: а какова их природа? Особенно насторожило то, что при электромагнитном взаимодействии везде летают эти непонятные фотоны; именно обмениваясь ими, вещества получают или теряют энергию! А ну как у остальных взаимодействий так же? И понеслось: сильному взаимодействию приписали обмен частичками под названием "глюон" – именно ними обмениваются протоны, нейтроны и даже самые мелкие – кварки. Слабому взаимодействию тоже нашли своих "поводырей" – специальные три бозона, два из которых обозвали буквами W (одна с плюсом, другая с минусом), третьего – Z. (Не надо спрашивать, почему такие буквы, я и сам тут уже плохо понимаю.) Именно этими бозонами обмениваются, например, нейтрино – и именно благодаря ним удалось обнаружить эту "неуловимую" частичку. Наконец, гравитационному взаимодействию тоже приписывают обмен частичками – гравитонами. Но их пока не обнаружили, хоть и очень надеются.
Ну и гвоздь программы, о котором в школе уже не спрашивают, но которым звонят в уши последние года три уже много раз: бозон Хиггса! Да, эта штука отвечает за наличие массы у вещества. Но больше о нём мало что известно. Да, его получили на той самой здоровенной штуковине, которая заставила народ бежать в магазин за фомками, отращивать бороды, портить зрение (чтобы с чистой совестью надеть очки) и надевать защитные костюмы H.E.V. – Большой адронный коллайдер. Что такое адрон – я страшно ломаным языком объяснил (хоть что-нибудь можно понять?..), а "коллайдер" значит "сталкивающий", от английского "collide" = "сталкиваться". То есть в этом кольце сталкиваются разогнанные до сумасшедших скоростей частички типа тех же протонов: при их столкновении, как брызги, разлетаются во все стороны очень много более мелких частичек, все из которых подлежат изучению. Находится этот здоровенный аттракцион где-то под границей Франции и Швейцарии. Несмотря на устрашающие размеры (длина его окружности – 27 километров), частички там разгоняются до энергий, хоть и пугающих своими приставками – тераэлектронвольты! – но при этом толком и опасности не представляющих. Во-первых, 1 ТэВ – это один триллион электронвольт (10^12 эВ). В джоулях это будет примерно 10^-7 – одна десятимиллионная доля джоуля! Да даже два комара сталкиваются с большей энергией! Миниатюрные чёрные дыры, которыми обожают пугать, если и существуют, то их время существования будет очень мало, и они тупо не успеют ничего к себе притянуть – да хоть всю Землю попытаются засосать, времени у них слишком мало! Это как если бы бабочка-подёнка (которая живёт один день) попыталась бы выпить весь океан. Здесь примерно то же самое. Кто совсем-совсем боится – включаем голову; читаем всё, что пишут про коллайдер, фильтруем инфу через свой котелок, при необходимости спрашиваем о том или ином факте более умных товарищей. Каков итог – решить самостоятельно. Я для себя решил, что ничего архистрашного в этих экспериментах нет. А кто хочет бояться – тот боится.
Ну и хочется обойтись без тупых условностей, раздел "Вкратце и поумнее" здесь напишу не в виде тупых определений, а просто структуру – что за чем следовало. Чтобы не потеряться во всей этой гуще и толком разобраться, что из чего следует. Это самое главное.
Четыре вопроса, на которые ищем ответы здесь, и ответвления:
I. Что мешает протонам отталкиваться друг от друга при помощи кулоновских сил? (ответ: сильное взаимодействие.)
II. Что держит все частички ядра связанными вместе? (Энергия связи.) Изотопы получаются, если у того или иного химического элемента становится больше или меньше нейтронов.
III. Радиоактивность: альфа-, бета– и гамма-распад, деление ядер радиоактивных веществ. Что такое радиация и как с ней бороться, чем она плоха. Ядерный синтез: как производят электроэнергию при помощи ядерной реакции и как её можно использовать в военных целях – критическая масса и атомная бомба. И термоядерный синтез – как это можно устроить мирным и военным путём.
IV. Элементарные и фундаментальные частицы, что из чего состоит и как называется, два варианта, первый – по величине спина:
1) Фермионы: имеют полуцелый спин – например, это электрон, протон, нейтрон, нейтрино. (Нейтрино не участвует в сильном и электромагнитном взаимодействиях, зато участвует в ещё одном взаимодействии – слабом.)
2) Бозоны: имеют целый спин – например, это фотон или мезон.
Второй вариант – по типу взаимодействий:
1) Адроны: участвуют во всех четырёх типах взаимодействий.
1а) Барион: это адрон и фермион одновременно. Пример – протон, нейтрон.
1б) Мезон: это адрон и бозон одновременно. Мезонов всего несколько штук, отдельных "личных" названий, заканчивающихся на -он, не имеют.
2) Лептоны – не участвуют в сильных взаимодействиях. Пример – электрон, нейтрино. Причём электрозаряженные лептоны могут участвовать в электромагнитных взаимодействиях; могут ли неэлектрозаряженные так же делать – неизвестно, но скорее нет. Имеют вид точечных частиц.
3) Кварки – составные частички с дробным электрическим зарядом, из них состоят адроны. Участвуют в сильном взаимодействии. В свободном виде не встречаются.
4) Калибровочные бозоны – частички, обмен которыми отвечает за каждое из четырёх фундаментальных взаимодействий:
4а) Фотон – электромагнитное.
4б) Глюоны – сильное.
4в) W-, W+ и Z-бозоны – слабое.
4г) Гравитон – гравитационное, пока не открыт; только предполагается, что существует, но очень хотят найти – иначе вся теория рухнет!
4д) Бозон Хиггса.
Лирическое отступление: античастицы – частицы с отрицательной энергией, куча вопросов на тему "что да почему?", на которые современная физика ищет ответы, для ответа на некоторые из них построили Большой адронный коллайдер.
В заключение
Ну, во-первых, спасибо, что осилили всё это до конца. Обычно многобуквенная писанина вызывает жесточайшее отторжение и нежелание начать читать даже под дулом пистолета. И, во-вторых, ещё раз хочу предупредить: данный опус не панацея! Читай: если ты прочитаешь только это до конца, то будешь ещё не на 100% готов к сдаче физики. Потому что – увы, но факт – ещё раз повторюсь: физика тесно сплетена с математикой. Но в этой всей математике есть огромный плюс: если соображать головой, о чём именно идёт речь, какой закон тебя просят сформулировать, доказать и посчитать, то можно использовать не тупую зубрёжку, а немного соображалки и памяти: во-первых, помнить про размерность: если она соответствует, то формула на 75% правильная, в худшем случае нужно ещё какую-нибудь цифирь спереди подписать, на которую умножают; во-вторых, практически любую величину можно при должной сноровке представить глазами и сообразить головой, из чего более раннего её можно посчитать. Но и здесь есть один минус: как и в случае с математикой, здесь необходима практика. И, увы, более надёжного способа что-то понять (а не просто запомнить!), чем повторение и тупое задалбливание-забалтывание, ничего не изобрели.
Я очень надеюсь, что после прочтения всей этой кучи текста школьная физика стала хоть чуточку более понятной.
Время написания: 18 марта – 10 мая 2012.
© Copyright: Андрей Задумавшийся, 2013
Свидетельство о публикации на http://www.proza.ru/avtor/andront – №213072602125
