Тяжелые и невесомые

Помните, дети
«Помните, дети: это лучшая формула на свете!»

Элементарные частицы различаются между собой по многим признакам. Один из важнейших — масса. Среди частиц есть несколько безмассовых: если их можно было бы положить на весы, те показали бы ноль. К сожалению, это невозможно — такие частицы всегда летят со скоростью света. К ним относят фотон, гравитон (не обнаруженный до сих пор квант поля тяжести) и глюон (частица, связывающая между собой другие частицы — кварки, из которых построены протон и нейтрон). Все прочие частицы имеют массу. Некоторые совсем ничтожную, как нейтрино, а некоторые весьма «упитанны». Так, масса одного из кварков почти в 9000 раз больше, чем у электрона.

В электронвольтах (и производных единицах) выражают не только энергию, но и массу элементарных частиц. Дело в том, что, как установил Альберт Эйнштейн, масса и энергия — это почти одно и то же. Об этом свидетельствует его самая знаменитая формула:

Е = mс2.

Отсюда т = Е/с2,

где с — скорость света. Поэтому массу частиц оказалось удобнее выражать в электрон-вольтах в секунду в квадрате. При этом делитель с2 обычно опускают. Так, масса покоящегося электрона равна 0,5 МэВ, протона — 938 МэВ.

Следующая важная характеристика элементарных частиц — электрический заряд. По этому признаку они делятся на заряженные и электрически нейтральные, то есть такие, у которых заряд отсутствует. Таковы фотон, нейтрино и глюон. Все они, как и частица гравитационного поля гравитон, являются переносчиками разных взаимодействий между частицами. Эта роль налагает на них общие требования: они должны иметь нулевые массу и электрический заряд.

Среди заряженных частиц следует выделить электрон. Дело в том, что все остальные частицы имеют заряды, кратные заряду электрона. Если обозначить его через е (без учета знака), прочие частицы могут обладать зарядами ±1е, ±2е, ±3е и т. д. Но стоит сказать, что есть совершенно особая группа частиц, члены которой «оторвались от коллектива»: их заряды дробные! Правда, они тщательно скрывают этот «дефект» от людей: такие частицы нельзя обнаружить с помощью эксперимента — уж больно крепко засели они в атомном ядре. Это кварки, «живущие» в протонах и нейтронах. Их заряды равны +2/Зе и -1/Зе.

ЕДИНИЦЫ ИЗМЕРЕНИЯ ЭНЕРГИИ В КВАНТОВОЙ ФИЗИКЕ

Энергию элементарных частиц выражают в специальных единицах — электронвольтах (эВ). Один электронвольт — это та энергия, которую приобретает электрон в постоянном электрическом поле, пройдя расстояние между точками с разницей потенциалов 1 В. Один электронвольт — очень малая величина. Например, в опытах Резерфорда по определению строения атомов энергия альфа-частиц составляла несколько миллионов электронвольт. Поэтому в физике частиц используют более крупные производные от электронвольта единицы: мегаэлектронвольт (миллион эВ, МэВ), гигаэлектронвольт (миллиард эВ, ГэВ), тераэлектронвольт (триллион эВ, ТэВ).


Поделиться ссылкой