Dimensiunea unei particule elementare

Versiunea actuală a paginii nu a fost încă revizuită de colaboratori experimentați și poate diferi semnificativ de versiunea revizuită la 27 iunie 2014; verificările necesită 11 modificări .

Dimensiunea unei particule elementare este o caracteristică a particulei care reflectă distribuția spațială a sarcinii sale electrice . De obicei se vorbește despre raza rms a distribuției sarcinii electrice , care caracterizează și distribuția de masă:

{\sqrt {\left\langle \mathbf {r} ^{2}\right\rangle ))={\sqrt {\int \limits _{V}\rho _{e}(\mathbf {r } )\,{\mathbf {r} ^{2}}\,{\operatorname {d} }V}}

Unde

$\mathbf {r}$ este vectorul rază ,
${\sqrt {\left\langle \mathbf {r} ^{2}\right\rangle ))$ este raza pătrată medie a distribuției sarcinii electrice,
$\rho _{e}(\mathbf {r} )$ este densitatea de sarcină normalizată (în funcție de vectorul rază):

Condiție de normalizare:

\int \limits _{V}\rho _{e}(\mathbf {r} )\,{\operatorname {d} }V=1

${\operatorname {d} }V$ este elementul de volum .

Prevederile modelului standard

În cadrul Modelului Standard, particulele elementare sunt împărțite în două tipuri calitativ diferite: purtători de interacțiune , care sunt bosoni gauge ( fotoni , bozoni W și Z și 8 gluoni ) și particule de materie, reprezentate de două grupe: quarci . si leptoni . Quarcii, spre deosebire de leptoni, nu au fost găsiți în stare liberă (acest lucru este explicat prin teoria izolării în cromodinamica cuantică ). Prin urmare, bosonii gauge, quarcii și leptonii sunt punctiformi (fără structură) până la scale de ordinul 10 −18 m [1] . În procesul de hadronizare , hadronii sunt formați din quarci (precum și antiquarci ) și gluoni [2] . Această clasă de particule compuse este împărțită în două grupe: barioni (formați din 3 quarci) și mezoni (formați dintr-un quarc și un antiquarc). Cei mai ușori și mai stabili dintre barioni sunt nucleonii , care alcătuiesc nucleul atomului și sunt reprezentați de proton și neutron . Mezonii includ pioni ( π -mesoni), kaoni ( K -mezoni) și mulți alții. Datorită varietății mari de particule elementare, dimensiunile acestora sunt foarte diferite.

Pentru bosonii gauge, quarci și leptoni, dimensiunile nu au fost găsite în cele din urmă în cadrul preciziei măsurătorilor efectuate . Aceasta înseamnă că dimensiunile lor sunt mai mici de 10 -18 m ( vezi explicația de mai sus ). Dacă dimensiunile finale ale acestor particule nu sunt găsite în experimente ulterioare, atunci acest lucru poate indica faptul că dimensiunile bosonilor gauge, quarcilor și leptonilor sunt aproape de lungimea fundamentală (care foarte probabil [3] se poate dovedi a fi lungimea Planck egală ). la 1,6⋅10 − 35 m ).

Spre deosebire de particulele fără structură, dimensiunile hadronului sunt destul de detectabile . Raza lor caracteristică rădăcină-medie-pătrată este determinată de raza de confinare (sau de limitarea quarcilor) și este egală în ordinul mărimii cu 10 −15 m ( 1 fm ). Mai mult, variază de la hadron la hadron.

Relația dintre raza pătrată medie a rădăcinii și factorul de formă a particulei

Raza RMS a distribuției sarcinii este legată de factorul de formă a particulei ( transformata Fourier a densității lor de sarcină) prin următoarea formulă:

F(q^{2})=\int \limits _{V}\rho _{e}\,e^{iq\mathbf {r} }\,{\operatorname {d} }V

unde este unitatea imaginară . $i$

Pentru valori mici, este valabilă următoarea extindere: $q^{2)$

F\left(q^{2}\right)=1-{\frac {1}{6}}\left\langle \mathbf {r} ^{2}\right\rangle q^{2} +\ldots

Mărimile protonului, mezonilor π ± și K ±

Până în prezent, razele pătrate medii ale distribuției sarcinii electrice a protonului, mezonilor π și K încărcați au fost măsurate cel mai fiabil. Măsurarea factorilor de formă ai protonului în experimentele privind împrăștierea electronilor pe acesta și a factorilor de formă ai mezonilor π- și K - în experimentele privind împrăștierea lor pe electronii materiei a făcut posibilă determinarea rădăcinii pătrate medii corespunzătoare raze:

pentru proton :

{\sqrt {\left\langle \mathbf {r} _{p}^{2}\right\rangle ))

= (0,8751 ± 0,0061) 10 −15 m [4] ,

pentru π ± -mezoni :

{\sqrt {\left\langle \mathbf {r} _{\pi ^{\pm }}^{2}\right\rangle }}

= (0,663 ± 0,023) 10 −15 m [5] ,

pentru K ± -mezoni :

{\sqrt {\left\langle \mathbf {r} _{K^{\pm }}^{2}\right\rangle }}

= (0,53 ± 0,05) 10 −15 m [5] .

Erorile reflectă nivelul de acuratețe al experimentelor efectuate.

Vezi și

Literatură

Redactor-șef A. M. Prohorov . Enciclopedie fizică . — M .: Enciclopedia Sovietică . ( versiune electronica )

Note

↑ Estimare la începutul anilor 1990 (vezi A. M. Prokhorov. Enciclopedia fizică )
↑ Copie de arhivă Confinement and Hadronization din 20 martie 2011 la Wayback Machine de pe site-ul Elementa.ru
↑ A. M. Prohorov. Enciclopedia fizică , articol „Lungimea fundamentală” ( versiune electronică ).
↑ http://physics.nist.gov/cuu/Constants/Table/allascii.txt Arhivat 8 decembrie 2013 la Wayback Machine Fundamental Physical Constants - Lista completă
↑ 1 2 A. M. Prohorov. Enciclopedie fizică .