33.4: Chembe, Sampuli, na Sheria za Uhifadhi
- Page ID
- 183613
Malengo ya kujifunza
Mwishoni mwa sehemu hii, utaweza:
- Kufafanua jambo na antimater.
- Eleza tofauti kati ya harrons na leptons.
- Hali tofauti kati ya mesons na baryons.
Mwanzoni mwa miaka ya 1930 idadi ndogo tu ya chembe za subatomiki zilijulikana kwa kupo—protoni, neutroni, elektroni, fotoni na, pasipo moja kwa moja, neutrino. Hali ilionekana rahisi kwa njia fulani, lakini ya ajabu kwa wengine. Kwa nini, kwa mfano, lazima chembe inayobeba malipo mazuri iwe karibu mara 2000 kama kubwa kama ile inayobeba malipo mabaya? Kwa nini chembe zisizo na upande wowote kama neutroni zina muda wa sumaku? Je! Hii inamaanisha muundo wa ndani na usambazaji wa mashtaka ya kusonga? Kwa nini elektroni inaonekana kuwa haina ukubwa isipokuwa wavelength yake, ilhali protoni na nyutroni ni takriban fermi 1 kwa ukubwa? Hivyo, wakati idadi ya chembe inayojulikana ilikuwa ndogo na walielezea mengi ya matukio ya atomiki na nyuklia, kulikuwa na matukio mengi yasiyoelezewa na vidokezo vya miundo zaidi.
Mambo hivi karibuni yalikuwa ngumu zaidi, kwa nadharia na katika utabiri na ugunduzi wa chembe mpya. Mwaka 1928, mwanafizikia wa Uingereza P.A.M Dirac (Kielelezo\(\PageIndex{1}\)) alianzisha nadharia ya quantum yenye mafanikio sana ambayo iliweka misingi ya electrodynamics ya quantum (QED). Nadharia yake, kwa mfano, ilielezea spin ya elektroni na wakati wa magnetic kwa njia ya asili. Lakini nadharia ya Dirac ilitabiri pia majimbo ya nishati hasi kwa elektroni za bure. Mnamo mwaka wa 1931, Dirac, pamoja na Oppenheimer, walitambua hii ilikuwa utabiri wa elektroni za kushtakiwa vyema (au positrons). Mwaka 1932, mwanafizikia wa Marekani Carl Anderson aligundua positron katika masomo ya cosmic ray Positron, au\(e^+\), ni chembe sawa na iliyotolewa katika\(β^+\) kuoza na ilikuwa antimater ya kwanza ambayo iligunduliwa. Mwaka 1935, Yukawa alitabiri pions kama flygbolag ya nguvu nguvu ya nyuklia, na hatimaye waligunduliwa. Muoni ziligunduliwa katika majaribio ya ray ya cosmic mwaka wa 1937, na zilionekana kuwa nzito, matoleo yasiyokuwa imara ya elektroni na positroni. Baada ya Vita Kuu ya II, kasi za kasi za kutosha kuunda chembe hizi zilijengwa. Sio tu zilizotabiriwa na chembe zilizojulikana zilizoundwa, lakini chembe nyingi zisizotarajiwa zilizingatiwa. Awali inayoitwa chembe za msingi, idadi yao ilienea kwa kadhaa na kisha mamia, na neno “zoo ya chembe” ikawa maombolezo ya mwanafizikia kwa ukosefu wa unyenyekevu. Lakini ruwaza zilionekana katika zoo ya chembe ambayo imesababisha kurahisisha mawazo kama vile quarks, kama tutakavyoona hivi karibuni.
Matter na Antimater
Positron ilikuwa tu mfano wa kwanza wa antimatter. Kila chembe katika asili ina mwenzake wa antimater, ingawa baadhi ya chembe, kama photon, ni antiparticles zao wenyewe. Antimatter ina malipo kinyume na ile ya suala (kwa mfano, positron ni chanya ilhali elektroni ni hasi) lakini ni karibu sawa vinginevyo, kuwa na molekuli sawa, spin ya ndani, nusu ya maisha, na kadhalika. Wakati chembe na mwenzake antimatter kuingiliana, wao kuangamiza mtu mwingine, kwa kawaida kabisa kuwabadili raia wao kwa nishati safi katika mfumo wa photons kama inavyoonekana katika Kielelezo\(\PageIndex{2}\).
Chembe zisizo na upande wowote, kama vile neutroni, zina wenzao wasio na upande wowote, ambao pia huangamiza wakati wanaingiliana. Baadhi ya chembe zisizo na upande wowote ni antiparticle zao wenyewe na huishi maisha mafupi. Kwa mfano, pion neutral\(π^0\) ni antiparticle yake mwenyewe na ina nusu ya maisha kuhusu\(10^{−8}\) mfupi kuliko\(π^+\) na\(π^−\), ambayo ni antiparticles ya kila mmoja. Bila ubaguzi, asili ni symmetric-chembe zote zina wenzao wa antimater. Kwa mfano, antiprotons na antineutrons ziliundwa kwanza katika majaribio ya kasi katika 1956 na antiproton ni hasi. Atomi za antihidrojeni, zilizo na antiproton na antielectron, zilizingatiwa mwaka 1995 katika CERN, pia. Inawezekana kuwa na chembe kubwa za antimater kama vile antiprotoni kwa kutumia mitego ya sumakuumeme inayofunga chembe ndani ya shamba la magnetic ili zisiangamize na chembe nyingine. Hata hivyo, chembe za malipo sawa zinarudiana, hivyo chembe zaidi zilizomo katika mtego, nishati zaidi inahitajika ili kuimarisha shamba la magnetic ambalo lina. Haiwezekani kuhifadhi kiasi kikubwa cha antiprotons. Kwa kiwango chochote, sasa tunaona kwamba malipo mabaya yanahusishwa na chembe za chini (elektroni) na chembe za juu (antiprotons) na asymmetry inayoonekana haipo. Lakini ujuzi huu unaleta swali jingine-kwa nini kuna predominance vile ya suala na hivyo kidogo antimater? Maelezo iwezekanavyo yanajitokeza baadaye katika sura hii na inayofuata.
Harrons na Leptons
Vipande vinaweza pia kugawanywa kwa ufafanuzi kulingana na majeshi gani wanayohisi kati yao. Chembe zote (hata zile ambazo hazipatikani) zinaathiriwa na mvuto, kwani mvuto huathiri nafasi na wakati ambapo chembe zipo. Chembe zote za kushtakiwa zinaathiriwa na nguvu ya sumakuumeme, kama ni chembe zisizo na upande wowote ambazo zina usambazaji wa ndani wa malipo (kama vile nyutroni yenye wakati wake wa magnetic). Majina maalum hutolewa kwa chembe zinazohisi nguvu za nyuklia na dhaifu. Hadroni ni chembe zinazohisi nguvu kali za nyuklia, ilhali leptoni ni chembe ambazo hazifanyi. Protoni, neutroni, na pioni ni mifano ya hadroni. Elektroni, positroni, muoni, na nyutrino ni mifano ya leptoni, jina linalomaanisha masi ya chini. Leptoni huhisi nguvu dhaifu ya nyuklia. Kwa kweli, chembe zote huhisi nguvu dhaifu ya nyuklia. Hii inamaanisha kuwa hadroni zinajulikana kwa kuwa na uwezo wa kujisikia vikosi vyenye nguvu na dhaifu vya nyuklia.
Jedwali\(\PageIndex{1}\) linaorodhesha sifa za baadhi ya chembe muhimu zaidi za subatomic, ikiwa ni pamoja na chembe za carrier zinazozingatiwa moja kwa moja kwa nguvu za umeme na dhaifu za nyuklia, leptoni zote, na baadhi ya hadrons. Vidokezo kadhaa vinavyohusiana na substructure ya msingi hutoka kwenye uchunguzi wa sifa hizi za chembe. Kumbuka kwamba chembe za carrier huitwa bosons za kupima. Kwanza zilizotajwa katika Sampuli katika Spectra Kufunua Zaidi Quantization, boson ni chembe na sifuri au thamani integer ya spin ndani (kama vile s=0, 1, 2,...), ambapo fermion ni chembe yenye thamani ya nusu integer ya spin ya ndani (s=1/2,3/2,...). Fermions hutii kanuni ya kutengwa kwa Pauli ambapo bosoni hawana. Chembe zote zinazojulikana na za dhana za carrier ni bosons.
| Jamii | Jina la chembe | Mkono | Antiparticle | kupumzika Misa | B | \(L_e\) | \(L_μ\) | \(L_τ\) | S | Lifetime (s) |
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| Geji | Photon | γ |
Self | 0 | 0 | \ (L_E\)” style="wima align:katikati; "> 0 | \ (L_μ\)” style="wima align:katikati; "> 0 | \ (L_ρ\)” style="wima align:katikati; "> 0 | 0 | Imara |
| Bosons | \(W\) | \(W^+\) | \ (W^ - \) |
\ ( 80.39×10 ^ 3\) |
0 | \ (L_E\)” style="wima align:katikati; "> 0 | \ (L_μ\)” style="wima align:katikati; "> 0 | \ (L_ρ\)” style="wima align:katikati; "> 0 | 0 | \ ( 1.6×10^ {-25}\) |
| \(Z\) | \(z^0\) | Self | \ ( 90.19×10 ^ 3\) |
0 | \ (L_E\)” style="wima align:katikati; "> 0 | \ (L_μ\)” style="wima align:katikati; "> 0 | \ (L_ρ\)” style="wima align:katikati; "> 0 | 0 | \ ( 1.32×10^ {-25}\) |
|
| Leptoni | Electron | \ ( e^\) |
\(e^+\) |
0.511 | 0 | \ (L_E\)” style="wima align:katikati; ">\ ( ± 1\) |
\ (L_μ\)” style="wima align:katikati; "> 0 | \ (L_ρ\)” style="wima align:katikati; "> 0 | 0 | Imara |
| Neutrino (e) | \(ν_e\) |
\(\bar{ν_e}\) | (0 eV) | 0 | \ (L_E\)” style="wima align:katikati; ">\ ( ± 1\) |
\ (L_μ\)” style="wima align:katikati; "> 0 | \ (L_ρ\)” style="wima align:katikati; "> 0 | 0 | Imara | |
| Muon | \(μ^−\) | \(μ^+\) | 105.7 | 0 | \ (L_E\)” style="wima align:katikati; "> 0 | \ (L_μ\)” style="wima align:katikati; ">\ ( ± 1\) |
\ (L_ρ\)” style="wima align:katikati; "> 0 | 0 | \ ( 2.20×10^ {-6}\) |
|
| Neutrino (\(μ\)) |
\(v_μ\) |
\(\bar{v_μ}\) | 0 (<0.27) | 0 | \ (L_E\)” style="wima align:katikati; "> 0 | \ (L_μ\)” style="wima align:katikati; ">\ ( ± 1\) |
\ (L_ρ\)” style="wima align:katikati; "> 0 | 0 | Imara | |
| Tau | \(τ^−\) |
\ ( τ^+\) |
1777 | 0 | \ (L_E\)” style="wima align:katikati; "> 0 | \ (L_μ\)” style="wima align:katikati; "> 0 | \ (L_τ\)” style="wima align:katikati; ">\ ( ± 1\) |
0 | \ ( 2.91×10^ {—13}\) |
|
| Neutrino (\(τ\)) |
\(v_τ\) |
\(\bar{v_τ}\) |
0 (<31) | 0 | \ (L_E\)” style="wima align:katikati; "> 0 | \ (L_μ\)” style="wima align:katikati; "> 0 | \ (L_τ\)” style="wima align:katikati; ">\ ( ± 1\) |
0 | Imara | |
| Hadrons (kuchaguliwa) | ||||||||||
| Wamesons | Pion | \ ( π^+\) |
\ ( π^\) |
139.6 | 0 | \ (L_E\)” style="wima align:katikati; "> 0 | \ (L_μ\)” style="wima align:katikati; "> 0 | \ (L_ρ\)” style="wima align:katikati; "> 0 | 0 | \(2.60 × 10^{−8}\) |
| \ ( π^0\) |
Self | 135.0 | 0 | \ (L_E\)” style="wima align:katikati; "> 0 | \ (L_μ\)” style="wima align:katikati; "> 0 | \ (L_ρ\)” style="wima align:katikati; "> 0 | 0 | \(8.4 × 10^{−17}\) | ||
| Kaon | \ ( K ^ +\) |
\ ( K ^\) |
493.7 | 0 | \ (L_E\)” style="wima align:katikati; "> 0 | \ (L_μ\)” style="wima align:katikati; "> 0 | \ (L_ρ\)” style="wima align:katikati; "> 0 | \ ( ± 1\) |
\(1.24 × 10^{−8}\) | |
| \ ( K ^ 0\) |
\ ( \ bar {K} ^0\) |
497.6 | 0 | \ (L_E\)” style="wima align:katikati; "> 0 | \ (L_μ\)” style="wima align:katikati; "> 0 | \ (L_ρ\)” style="wima align:katikati; "> 0 | \ ( ± 1\) |
\(0.90 × 10^{−10}\) | ||
| Eta | \(η^0\) | Self | 547.9 | 0 | \ (L_E\)” style="wima align:katikati; "> 0 | \ (L_μ\)” style="wima align:katikati; "> 0 | \ (L_ρ\)” style="wima align:katikati; "> 0 | 0 | \(2.53 × 10^{−19}\) | |
| (mesons wengine wengi wanaojulikana) | ||||||||||
| Baryons | Pronton | \(p\) | \(\bar{p}\) | 938.3 | \ ( ± 1\) |
\ (L_E\)” style="wima align:katikati; "> 0 | \ (L_μ\)” style="wima align:katikati; "> 0 | \ (L_ρ\)” style="wima align:katikati; "> 0 | 0 | Imara |
| Neutroni | \(n\) | \(\bar{n}\) | 936.6 | \ ( ± 1\) |
\ (L_E\)” style="wima align:katikati; "> 0 | \ (L_μ\)” style="wima align:katikati; "> 0 | \ (L_ρ\)” style="wima align:katikati; "> 0 | 0 | 882 | |
| Lambda | \(Λ^0\) |
\(\bar{Λ}^0\) | 1115.7 | \(±1\) | \ (L_E\)” style="wima align:katikati; "> 0 | \ (L_μ\)” style="wima align:katikati; "> 0 | \ (L_ρ\)” style="wima align:katikati; "> 0 | \(±1\) | \(2.63 × 10^{−10}\) | |
| Sigma | \(Σ^+\) |
\(\bar{Σ}^−\) | 1189.4 | \(±1\) | \ (L_E\)” style="wima align:katikati; "> 0 | \ (L_μ\)” style="wima align:katikati; "> 0 | \ (L_ρ\)” style="wima align:katikati; "> 0 | \(±1\) | \(0.80 × 10^{−10}\) | |
| \(Σ^0\) | \(\bar{Σ}^0\) | 1192.6 | \(±1\) | \ (L_E\)” style="wima align:katikati; "> 0 | \ (L_μ\)” style="wima align:katikati; "> 0 | \ (L_ρ\)” style="wima align:katikati; "> 0 | \(±1\) | \(7.4 × 10^{−20}\) | ||
| \(Σ^−\) | \(\bar{Σ}^+\) | 1197.4 | \(±1\) | \ (L_E\)” style="wima align:katikati; "> 0 | \ (L_μ\)” style="wima align:katikati; "> 0 | \ (L_ρ\)” style="wima align:katikati; "> 0 | \(±1\) | \(1.48 × 10^{−10}\) | ||
| Xi | \ ( ^0\) |
\ ( \ bar {} ^\\) |
1314.9 | \(±1\) | \ (L_E\)” style="wima align:katikati; "> 0 | \ (L_μ\)” style="wima align:katikati; "> 0 | \ (L_ρ\)” style="wima align:katikati; "> 0 | \(±2\) | \(2.90 × 10^{−10}\) | |
| \ (^\) |
\ ( ^+\) |
1321.7 | \(±1\) | \ (L_E\)” style="wima align:katikati; "> 0 | \ (L_μ\)” style="wima align:katikati; "> 0 | \ (L_ρ\)” style="wima align:katikati; "> 0 | \(±2\) | \(1.64 × 10^{−10}\) | ||
| Omega | \(Ω^−\) | \(Ω^+\) | 1672.5 | \(±1\) | \ (L_E\)” style="wima align:katikati; "> 0 | \ (L_μ\)” style="wima align:katikati; "> 0 | \ (L_ρ\)” style="wima align:katikati; "> 0 | \(±3\) | \(0.82 × 10^{−10}\) | |
| (baryons nyingine nyingi inayojulikana) | ||||||||||
| Kupumzika kwa wingi ni katika umoja wa (\(MeV/c^2\)). | ||||||||||
Leptoni zote zinazojulikana zimeorodheshwa katika meza iliyotolewa hapo juu. Kuna leptoni sita tu (na antiparticles zao), na zinaonekana kuwa za msingi kwa kuwa hazina muundo wa msingi wa wazi. Leptons hawana ukubwa discernible zaidi wavelength yao, ili tuweze kujua wao ni pointlike chini ya juu\(10^{−18}m\). Leptoni huanguka katika familia tatu, ikimaanisha sheria tatu za uhifadhi kwa namba tatu za quantum. Mojawapo ya haya yalijulikana kutokana na kuoza β, ambapo kuwepo kwa neutrino ya elektroni kunamaanisha kuwa namba mpya ya quantum, inayoitwa namba ya familia ya elektroni\(L_e\) imehifadhiwa. Hivyo, katika\(β\) kuoza, neutrino ya antielektroni\(\bar{v_e}\) inapaswa kuundwa na\(L_e=−1\) wakati elektroni na\(L_e=+1\) inapoundwa, ili jumla inabaki 0 kama ilivyokuwa kabla ya kuoza.
Mara baada ya muon iligunduliwa katika mionzi ya cosmic, hali yake ya kuoza ilipatikana kuwa
\[μ^−→e^−+\bar{v_e}+v_μ\]
ambayo ina maana mwingine “familia” na kuhusishwa kanuni ya hifadhi. Chembe vμ ni neutrino ya muoni, na imeundwa ili kuhifadhi nambari ya familia ya muon\(L_μ\). Hivyo muoni ni leptoni na familia yao wenyewe, na uhifadhi wa jumla\(L_μ\) pia inaonekana kutii katika majaribio mengi.
Hivi karibuni, familia ya tatu ya leptoni iligunduliwa pale η chembe zilipoundwa na kuzingatiwa kuoza kwa namna inayofanana na muoni. Moja kuu ya kuoza mode ni
\[τ^−→μ^−+\bar{v_μ}+v_τ\]
Uhifadhi wa jumla\(L_τ\) unaonekana kuwa sheria nyingine iliyotii katika majaribio mengi. Kwa kweli, majaribio ya chembe yamegundua kwamba nambari ya familia ya leptoni haihifadhiwe ulimwenguni pote, kutokana na “oscillations” ya neutrino, au mabadiliko ya neutrino kutoka aina moja ya familia hadi nyingine.
Mesons na Baryons
Sasa, kumbuka kuwa hadrons katika meza iliyotolewa hapo juu imegawanywa katika vikundi viwili, vinavyoitwa mesons (awali kwa wingi wa kati) na baryons (jina awali linamaanisha molekuli kubwa). Mgawanyiko kati ya mesons na baryons ni kweli kulingana na njia zao za kuoza na hazihusishwa na raia wao. Mesons ni hardons ambayo inaweza kuoza kwa leptons na kuacha hakuna harrons, ambayo ina maana kwamba sababu hazihifadhiwa kwa idadi. Baryons ni harrons kwamba daima kuoza kwa baryon mwingine. Kiasi kipya cha kimwili kinachoitwa baryon\(B\) nambari inaonekana daima kuhifadhiwa katika asili na imeorodheshwa kwa chembe mbalimbali katika jedwali iliyotolewa hapo juu. Mesons na leptoni na\(B=0\) ili waweze kuoza kwa chembe nyingine na\(B=0\). Lakini baryons wana\(B=+1\) kama ni jambo, na\(B=−1\) kama ni antimatter. Uhifadhi wa idadi ya baryon jumla ni utawala zaidi kuliko kwanza alibainisha katika fizikia ya nyuklia, ambapo ilibainika kuwa idadi ya nucleons ilikuwa daima kuhifadhiwa katika athari za nyuklia na kuoza. Utawala huo katika fizikia ya nyuklia ni matokeo moja tu ya uhifadhi wa idadi ya baryon jumla.
Vikosi, Majibu, na Viwango vya Majibu
Vikosi vinavyofanya kati ya chembe hudhibiti jinsi wanavyoingiliana na chembe nyingine. Kwa mfano, pions huhisi nguvu kali na haipenye mbali katika suala kama vile muons, ambazo hazihisi nguvu kali. (Hii ndio jinsi wale waliogundua muoni walijua haiwezi kuwa chembe inayobeba nguvu nguvu-kupenya kwake au upeo wake ulikuwa mkubwa mno kwa kuwa na hisia nguvu kali.) Vilevile, athari zinazounda chembe nyingine, kama mionzi ya cosmic inayoingiliana na nuclei angahewa, huwa na uwezekano mkubwa zaidi kama zinasababishwa na nguvu kali kuliko kama zinasababishwa na nguvu dhaifu. Maarifa hayo yamekuwa muhimu kwa wanafizikia wakati wa kuchambua chembe zinazozalishwa na kasi mbalimbali.
Vikosi vinavyotokana na chembe vilevile vinatawala jinsi chembe zinavyoingiliana nao wenyewe ikiwa ni imara na kuoza Kwa mfano, nguvu nguvu, kwa kasi wao kuoza na mfupi ni maisha yao. Mfano wa kuoza nyuklia kupitia nguvu kali ni\(^8Be→α+α\) pamoja na maisha ya juu\(10^{−16}s\). Neutroni ni mfano mzuri wa kuoza kupitia nguvu dhaifu. Mchakato\(n→p+e^−+\bar{v_e}\) una maisha ya muda mrefu ya 882 s. nguvu dhaifu husababisha kuoza hii, kama haina\(β\) kuoza wote. Kidokezo muhimu kwamba nguvu dhaifu inawajibika kwa\(β\) kuoza ni kuundwa kwa leptoni, kama vile\(e^−\) na\(\bar{v_e}\). Hakuna itakuwa kuundwa kama nguvu nguvu alikuwa na jukumu, kama hakuna leptons ni kuundwa katika kuoza ya\(^8Be\). Mfumo wa maisha ya chembe ni rahisi kidogo kuliko maisha ya nyuklia wakati mamia ya chembe zinachunguzwa (sio tu zile zilizo katika jedwali iliyotolewa hapo juu). Chembe kwamba kuoza kupitia nguvu dhaifu na maisha zaidi katika aina mbalimbali ya\(10^{−16}\)\(10^{−12}\) s, ambapo wale kuoza kupitia nguvu nguvu na maisha zaidi katika aina mbalimbali ya\(10^{−16}\) kwa\(10^{−23}\) s Kugeuka hii karibu, kama sisi kupima maisha ya chembe, tunaweza kujua kama kuoza kupitia nguvu dhaifu au nguvu.
Hata hivyo nambari nyingine ya quantum inatokana na maisha ya kuoza na mifumo. Kumbuka kuwa chembe\(Λ,Σ,Ξ,\) na\(Ω\) kuoza kwa maisha kwa utaratibu wa\(10^{−10}\) s (isipokuwa ni\(Σ^0\), ambaye maisha yake mafupi yanaelezewa na substructure yake maalum ya quark.), akimaanisha kuwa kuoza kwao kunasababishwa na nguvu dhaifu peke yake, ingawa ni hadrons na kujisikia nguvu nguvu. Njia za kuoza za chembe hizi zinaonyesha pia ruwa-hasa, baadhi ya kuoza ambayo inapaswa iwezekanavyo ndani ya sheria zote zinazojulikana za uhifadhi hazitokei. Wakati wowote kitu kinachowezekana katika fizikia, kitatokea. Ikiwa kitu hakitokea, ni marufuku na sheria. Yote hii ilionekana ya ajabu kwa wale wanaojifunza chembe hizi wakati walipogunduliwa kwanza, kwa hiyo waliita jina jipya la idadi ya quantum, kutokana na ishara\(S\) katika meza iliyotolewa hapo juu. Maadili ya udanganyifu yaliyotolewa kwa chembe mbalimbali yanategemea mfumo wa kuoza. Inapatikana kuwa ugeni huhifadhiwa na nguvu kali, ambayo inasimamia uzalishaji wa chembe nyingi hizi katika majaribio ya kasi. Hata hivyo, udanganyifu hauhifadhiwa na nguvu dhaifu. Hitimisho hili linafikiwa kutokana na ukweli kwamba chembe ambazo zina maisha ya muda mrefu huharibika kupitia nguvu dhaifu na hazihifadhi uangalifu. Yote hii pia ina maana kwa chembe za carrier, kwani zinatumia majeshi na hivyo huhusika katika kuoza hizi.
Mfano\(\PageIndex{1}\): Calculating Quantum Numbers in Two Decays
- Njia ya kuoza ya kawaida ya\(Ξ^−\) chembe ni\(Ξ^−→Λ^0+π^−\). Kutumia namba za quantum katika meza iliyotolewa hapo juu, onyesha kwamba uganga hubadilika kwa 1, idadi ya baryon na malipo huhifadhiwa, na namba za familia za lepton haziathiriwa.
- Je, kuoza\(K^+→μ^++ν_μ\) kunaruhusiwa, kutokana na idadi ya quantum katika meza iliyotolewa hapo juu?
Mkakati
Katika sehemu (a), sheria za uhifadhi zinaweza kuchunguzwa kwa kuongeza namba za quantum za bidhaa za kuoza na kuzilinganisha na chembe ya mzazi. Katika sehemu (b), utaratibu huo unaweza kufunua kama sheria ya uhifadhi imevunjika au la.
Suluhisho kwa (a)
Kabla ya kuoza,\(Ξ^−\) ina ugumu\(S=−2\). Baada ya kuoza, strangeness jumla ni\(–1\) kwa ajili ya\(Λ^0\), pamoja 0 kwa\(π^−\). Hivyo, ugeni wa jumla umekwenda kutoka —2 hadi —1 au mabadiliko ya +1. Baryon idadi kwa\(Ξ^−\) ni\(B=+1\) kabla ya kuoza, na baada ya kuoza\(Λ^0\)\(π^−\) ina\(B=+1\) na ina\(B=0\) ili jumla baryon idadi bado\(+1\). Malipo ni\(–1\) kabla ya kuoza, na malipo ya jumla baada ya pia\(0−1=−1\). Nambari za Leptoni kwa chembe zote ni sifuri, na hivyo namba za leptoni zinahifadhiwa.
Majadiliano kwa (a)
\(Ξ^−\)Kuoza husababishwa na mwingiliano dhaifu, tangu mabadiliko ya ajabu, na ni sawa na\(1.64×10^{−10}-s\) maisha ya muda mrefu ya\(Ξ^−\).
Suluhisho kwa (b)
Kuoza\(K^+→μ^++ν)μ\) kunaruhusiwa ikiwa malipo, nambari ya baryon, nishati ya wingi, na namba za lepton zinahifadhiwa. Strangeness inaweza kubadilika kutokana na mwingiliano dhaifu. Malipo huhifadhiwa kama\(s→d\). Baryon idadi ni kuhifadhiwa, tangu chembe zote na\(B=0\). Nishati ya molekuli imehifadhiwa kwa maana kwamba\(K^+\) ina wingi mkubwa kuliko bidhaa, ili kuoza kunaweza kuwa kwa hiari. Nambari za familia za Leptoni zimehifadhiwa kwa 0 kwa familia ya elektroni na tau kwa chembe zote. Nambari ya familia ya muon ni\(L_μ=0\) kabla na\(L_μ=−1+1=0\) baada. Uangalifu hubadilika kutoka\(+1\) kabla hadi 0 + 0 baada ya, kwa mabadiliko ya kuruhusiwa ya 1. Kuoza kunaruhusiwa na hatua hizi zote.
Majadiliano kwa (b)
Kuoza hii sio tu kuruhusiwa na hesabu yetu, kwa kweli, hali ya kuoza ya msingi ya\(K^+\) meson na husababishwa na nguvu dhaifu, kulingana na\(1.24×10^{−8}-s\) maisha ya muda mrefu.
Kuna mamia ya chembe, hadrons zote, ambazo haziorodheshwa kwenye Jedwali\(\PageIndex{1}\), ambazo nyingi zina maisha mafupi. Mfumo wa maisha ya chembe hizo, probabilities zao za uzalishaji, na bidhaa za kuoza ni sawa kabisa na sheria za uhifadhi zilizotajwa kwa familia za lepton, idadi ya baryon, na ugeni, lakini pia zinamaanisha namba nyingine za quantum na sheria za uhifadhi. Kuna mwisho, na kwa kweli ni ndogo, idadi ya kiasi hiki kilichohifadhiwa, hata hivyo, ikimaanisha seti ya mwisho ya miundo. Zaidi ya hayo, baadhi ya chembe hizi za muda mfupi zinafanana na mataifa ya msisimko ya chembe nyingine, ikimaanisha muundo wa ndani. Yote ya puzzle hii ya jigsaw inaweza kuunganishwa pamoja na kuelezea kiasi tu kwa kuwepo kwa substructures msingi. Leptoni inaonekana kuwa miundo ya msingi. Hadrons inaonekana kuwa na substructure inayoitwa quarks. Quarks: Je, Hiyo Yote Kuna? inahusu misingi ya msingi vitalu quark ujenzi.
Muhtasari
- Vipande vyote vya suala vina mwenzake wa kupambana na matter ambayo ina malipo kinyume na idadi nyingine za quantum kama inavyoonekana katika Jedwali. Hizi jozi jumu-antimatter vinginevyo ni sawa sana lakini itaangamiza wakati wa kuletwa pamoja. Chembe zinazojulikana zinaweza kugawanywa katika makundi matatu makuu - leptoni, hadrons, na chembe za carrier (kupima bosons).
- Leptoni hazihisi nguvu kali za nyuklia na zinagawanywa zaidi katika makundi matatu—familia ya elektroni iliyoteuliwa na namba ya familia ya elektroni\(L_e\); familia ya muon iliyochaguliwa na namba ya familia ya muon\(L_μ\); na familia ya tau iliyoteuliwa na namba ya familia ya tau\(L_τ\). Nambari za familia hazihifadhiwa kwa ujumla kutokana na oscillations ya neutrino.
- Hadrons ni chembe zinazohisi nguvu kali za nyuklia na zinagawanywa katika baryons, huku nambari\(B\) ya familia ya baryon ikihifadhiwa, na mesons.
faharasa
- bosoni
- chembe na sifuri au thamani ya integer ya spin ya ndani
- baryons
- hadrons kwamba daima kuoza kwa baryon mwingine
- baryon idadi
- kiasi kilichohifadhiwa ambacho ni sifuri kwa mesons na leptoni na ± 1 kwa baryons na antibaryons, kwa mtiririko huo
- uhifadhi wa jumla baryon idadi
- kanuni ya jumla kulingana na uchunguzi kwamba idadi ya nucleons ilikuwa daima kuhifadhiwa katika athari za nyuklia na kuoza
- uhifadhi wa idadi ya familia ya elektroni
- kanuni ya jumla inayoonyesha kuwa idadi ya familia ya elektroni inakaa sawa kwa njia ya mwingiliano
- uhifadhi wa idadi ya familia ya muon
- kanuni ya jumla inayoonyesha kuwa idadi ya familia ya muon inakaa sawa kwa njia ya mwingiliano
- idadi ya familia ya elektroni
- idadi ± 1 ambayo ni kwa ajili ya wanachama wote wa familia elektroni, au idadi 0 ambayo ni kwa ajili ya chembe zote si katika familia elektroni
- fermion
- chembe yenye thamani ya nusu-integer ya spin ya ndani
- geji boson
- chembe ambayo hubeba moja ya vikosi vinne
- harrons
- chembe kwamba kujisikia nguvu nguvu ya nyuklia
- leptoni
- chembe kwamba hawajisikii nguvu nguvu ya nyuklia
- meson
- harrons ambayo inaweza kuoza kwa leptons na kuondoka hakuna harrons
- nambari ya familia ya muon
- idadi ± 1 ambayo ni kwa ajili ya wanachama wote wa familia muon, au idadi 0 kwamba ni kwa ajili ya chembe zote si katika familia muon
- ya kigeni
- kiasi kimwili kwa ajili ya chembe mbalimbali kulingana na mfumo wa kuoza
- nambari ya familia ya tau
- idadi ± 1 ambayo ni kwa ajili ya wanachama wote wa familia tau, au idadi 0 ambayo ni kwa ajili ya chembe zote si katika familia tau