Элементарная часціца: што яна сабой уяўляе?

Мала хто не ведае такога паняцця як "электрон", а бо менавіта ён і азначае «элементарная часціца». Вядома, большасць людзей слаба ўяўляюць, што гэта і навошта яно трэба. Па тэлевізары, у кнігах, у газетах і часопісах гэтыя часціцы адлюстроўваюцца ў выглядзе маленькіх кропак ці шарыкаў. З-за гэтага неасвечаныя людзі лічаць, што форма часціц і на самай справе шарападобная, і што яны свабодна лётаюць, ўзаемадзейнічаюць, сутыкаюцца і г.д. Але такое меркаванне ў корані няправільна. Паняцце элементарнай часціцы вельмі складанае для ўсведамлення, але ніколі не позна паспрабаваць набыць хаця б вельмі прыблізнае ўяўленне аб сутнасці гэтых часціц.

У пачатку мінулага стагоддзя вучоныя сур'ёзна збянтэжыліся тым, чаму электрон не падае на атамнае ядро, так як, згодна з ньютоновской механікі, пры аддачы ўсёй сваёй энергіі, ён павінен папросту зваліцца на ядро. На дзіва, гэтага не адбываецца. Як гэта растлумачыць?

Справа ў тым, што фізіка ў сваім класічным тлумачэнні і элементарная часціца - рэчы малосовместимые. Яна не падпарадкоўваецца ніякім законам звычайнай фізікі, бо дзейнічае паводле прынцыпаў квантавай механікі. Асноватворным прынцыпам пры гэтым з'яўляецца нявызначанасць. Ён кажа, што немагчыма дакладна і адначасова вызначыць дзве ўзаемазвязаныя велічыні. Чым у большай меры вызначана першая з іх, тым менш можна вызначыць другую. З гэтага вызначэння вынікаюць квантавыя карэляцыі, карпускулярна-хвалевай дуалізм, тунэльны эфект, хвалевая функцыя і многае іншае.

Першы важны фактар - гэта нявызначанасць каардынаты-імпульсу. Зыходзячы з асноў класічнай механікі можна ўспомніць, што паняцці імпульсу і траекторыі цела непадзельныя і заўсёды выразна вызначаюцца. Паспрабуем перанесці гэтую заканамернасць у мікраскапічны свет. Да прыкладу, элементарная часціца мае дакладны імпульс. Тады пры спробе вызначыць траекторыю руху мы сутыкнемся ў неазначальнай каардынаты. Гэта значыць, што электрон выяўляецца адразу ва ўсіх кропках невялікага аб'ёму прасторы. Калі пастарацца засяродзіцца менавіта на траекторыі яго руху, то імпульс набывае размытае значэнне.

З гэтага вынікае, што як бы ні імкнуліся вызначыць якую-небудзь пэўную велічыню, другая адразу ж становіцца нявызначанай. Гэты прынцып закладзены ў аснову хвалевага ўласцівасці часціц. Электрон не мае выразнай каардынаты. Можна сказаць, што ён адначасова размешчаны ва ўсіх кропках прасторы, якое абмежавана даўжынёй хвалі. Такое ўяўленне дазваляе нам больш выразна зразумець, што ўяўляе сабой элементарная часціца.

Прыкладна такая ж нявызначанасць ўзнікае ў суадносінах энергія-час. Часціца пастаянна ўзаемадзейнічае, нават пры наяўнасці фізічнага вакууму. Такое ўзаемадзеянне доўжыцца на працягу некаторага часу. Калі ўявіць, што гэты паказчык больш-менш вызначаны, то энергія пры гэтым становіцца неазначальнай. Гэта парушае прынятыя законы захавання энергіі ў закладзеных невялікіх прамежках.

Прадстаўленая заканамернасць спараджае нізкаэнергетычных часціцы - кванты фундаментальных палёў. Такое поле ўяўляе сабой не бесперапынную субстанцыю. Яно складаецца з драбнюткіх часціц. Ўзаемадзеянне паміж імі забяспечваецца дзякуючы выпускання фатонаў, якія паглынаюцца іншымі часціцамі. Гэта падтрымлівае ўзровень энергіі і ўтвараюцца стабільныя элементарныя часціцы, якія не могуць зваліцца на ядро.

Элементарныя часціцы па сутнасці сваёй непадзельныя, хоць адрозніваюцца адзін ад аднаго сваёй масай і пэўнымі характарыстыкамі. Таму былі распрацаваны пэўныя класіфікацыі. Да прыкладу, па тыпу ўзаемадзеяння можна вылучыць лептоны і адроны. Адроны, у сваю чаргу, дзеляцца на мезоны, якія складаюцца з двух кваркаў, і барионы, у складзе якіх маецца тры кварка. Найбольш вядомыя барионы - гэта нейтроны і пратоны.

Элементарныя часціцы і іх ўласцівасці дазваляюць вылучыць яшчэ два класа: базоны (з цэлалікавага і нулявым спінам), фермионы (з полуцелым спінам). Кожная часціца мае сваю антычасцінка з супрацьлеглымі характарыстыкамі. Устойлівымі з'яўляюцца толькі пратоны, лептоны і нейтроны. Усе іншыя часціцы схільныя распаду і ператвараюцца ў стабільныя часцінкі.