19. Современные представления о строении атома

А́том (от др.-греч. ἄτομος — неделимый) — наименьшая химически неделимая часть химического элемента, являющаяся носителем его свойств[1]. Атом состоит из атомного ядра и электронов. Ядро атома состоит из положительно заряженных протонов и незаряженных нейтронов. Если число протонов в ядре совпадает с числом электронов, то атом в целом оказывается электрически нейтральным. В противном случае он обладает некоторым положительным или отрицательным зарядом и называется ионом. Атомы классифицируются по количеству протонов и нейтронов в ядре: количество протонов определяет принадлежность атома некоторому химическому элементу, а число нейтронов — изотопу этого элемента.

Атомы различного вида в разных количествах, связанные межатомными связями, образуют молекулы.

20. Представление об элементарных частицах и их взаимодействии

Элемента́рная части́ца — собирательный термин, относящийся к микрообъектам в субъядерном масштабе, которые невозможно расщепить на составные части, это то чем заполняется любой физический вакуум.

Следует иметь в виду, что некоторые элементарные частицы (электрон, фотон, кварки и т. д) на данный момент считаются бесструктурными и рассматриваются как первичные фундаментальные частицы. Другие элементарные частицы (так называемые составные частицы — протон, нейтрон и т. д.) имеют сложную внутреннюю структуру, но, тем не менее, по современным представлениям, разделить их на части невозможно (см. Конфайнмент).Элементарными называют по той причине,что представляют собой предел деления на самостоятельные составные части

Известные микро частицы подразделяют на 4 класса: фотоны, лептоны, мезоны,баритоны.

1.фотоны(кванты электромагнитного поля) движуться со скоростью света,не имеют массы покоя, участвуют в электромагнитных взаимодействиях. Фотоны не имеют античастиц.

2.лептоны получили свое название от греческого слова «лептос»-легкий. К числу их относят частицы, не обладающие сильным взаимодействием: мюоны, электроны, нейтрино. Лептоны имеют спин, обладают слабым взаимодействием, электромагнитным взаимодействием.

3.мезоны- сильновзаимодействующие нестабильные частицы с массой от одной тысячи масс электрона. Они расподаются с образованием П-мезонов и лептонов или только лептонов.

4.баритоны-самая обширная группа микрочастиц с массой более тысячи масс электрона. За исключением протона, все баритоны не стабильны. Баритоны характеризуют баритонным зарядом.

По величине спина Спин (от англ. spin — вертеть[-ся]) — собственный момент импульса элементарных частиц, имеющий квантовую природу и не связанный с перемещением частицы как целого

Все элементарные частицы делятся на два класса:

бозоны — частицы с целым спином (например, фотон, глюон, мезоны).

фермионы — частицы с полуцелым спином (например, электрон, протон, нейтрон, нейтрино);

По видам взаимодействий

Элементарные частицы делятся на следующие группы:

Составные частицы

адроны — частицы, участвующие во всех видах фундаментальных взаимодействий. Они состоят из кварков и подразделяются, в свою очередь, на:

мезоны — адроны с целым спином, то есть являющиеся бозонами;

барионы — адроны с полуцелым спином, то есть фермионы. К ним, в частности, относятся частицы, составляющие ядро атома, — протон и нейтрон. Взаимодействия элементарных частиц

Фундаментальные (бесструктурные) частицы

лептоны — фермионы, которые имеют вид точечных частиц (т. е. не состоящих ни из чего) вплоть до масштабов порядка 10−18 м. Не участвуют в сильных взаимодействиях. Участие в электромагнитных взаимодействиях экспериментально наблюдалось только для заряженных лептонов (электроны, мюоны, тау-лептоны) и не наблюдалось для нейтрино. Известны 6 типов лептонов.

кварки — дробнозаряженные частицы, входящие в состав адронов. В свободном состоянии не наблюдались (для объяснения отсутствия таких наблюдений предложен механизм конфайнмента). Как и лептоны, делятся на 6 типов и считаются бесструктурными, однако, в отличие от лептонов, участвуют в сильном взаимодействии.

калибровочные бозоны — частицы, посредством обмена которыми осуществляются взаимодействия:

фотон — частица, переносящая электромагнитное взаимодействие;

восемь глюонов — частиц, переносящих сильное взаимодействие;

три промежуточных векторных бозона W+, W− и Z0, переносящие слабое взаимодействие;

гравитон — гипотетическая частица, переносящая гравитационное взаимодействие. Существование гравитонов, хотя пока не доказано экспериментально в связи со слабостью гравитационного взаимодействия, считается вполне вероятным; однако гравитон не входит в Стандартную модель элементарных частиц.

Адроны и лептоны образуют вещество. Калибровочные бозоны — это кванты разных типов взаимодействий.

Кроме того, в Стандартной модели с необходимостью присутствует хиггсовский бозон, который, впрочем, пока ещё не обнаружен экспериментально

Стандартная модель

Станда́ртная моде́ль — теоретическая конструкция в физике элементарных частиц, описывающая электромагнитное, слабое и сильное взаимодействие всех элементарных частиц. Стандартная модель не включает в себя гравитацию.

Стандартная модель элементарных частиц включает в себя 12 ароматов фермионов, соответствующие им античастицы, а также калибровочные бозоны (фотон, глюоны, W- и Z-бозоны), которые переносят взаимодействия между частицами, и не обнаруженный на данный момент бозон Хиггса, отвечающий за наличие массы у частиц. Однако Стандартная модель в значительной степени рассматривается скорее как теория временная, а не действительно фундаментальная, поскольку она не включает в себя гравитацию и содержит несколько десятков свободных параметров (массы частиц и т. д.), значения которых не вытекают непосредственно из теории. Возможно, существуют элементарные частицы, которые не описываются Стандартной моделью — например, такие, как гравитон (частица, переносящая гравитационные силы) или суперсимметричные партнёры обычных частиц.

Взаимодействия элементарных частиц - взаимные влияния элементарных частиц, определяющие:

- силу связи между ними;

- изменения их состояний; и

- взаимопревращения.

Различают сильное, слабое, гравитационные взаимодействия.

Сильное взаимодействие

Сильное взаимодействие - короткодействующее взаимодействие элементарных частиц находящихся на расстоянии до 0.000'000'000'1 см.

В стабильном веществе сильное взаимодействие не вызывают никаких процессов и его роль сводится к созданию связи между нуклонами в ядрах.

При столкновениях ядер или нуклонов, обладающих достаточно высокой энергией сильное взаимодействие приводит к ядерным реакциям.

Слабое взаимодействие

Слабое взаимодействие - короткодействующее взаимодействие элементарных частиц находящихся на расстоянии до 0.000'000'000'000'001 см.

Слабое взаимодействие обусловливает большинство распадов элементарных частиц, взаимодействия нейтронов и др.