Роль элементарных частиц в мироздании

Четыре указанных выше типа элементарных частиц: фотоны, лептоны, мезоны и барионы можно разделить на два класса элементарных частиц - бозоны и фермионы. Фотоны и мезоны являются бозонами и не обладают сохраняющимися зарядами (лептонным и барионным). По этой причине они могут рождаться и исчезать поодиночке. Эти частицы являются переносчиками взаимодействий. Фотоны и мезоны играют роль всемирного клея, скрепляющего частицы. Фотоны и мезоны - это силовые поля.

Бозоны обладают важным свойством - чем больше бозонов находится в одном и том же состоянии, тем более вероятно в это же состояние перейти новым бозонам. Макроскопическими проявлениями этого свойства являются сверхпроводимость, сверхтекучесть и действие лазера.

В отличие от бозонов два или более фермионов не могут находиться в одном и том же состоянии. В этом суть принципа запрета (или принципа Паули). Фермионами являются лептоны и барионы. Принцип запрета приводит к существующему в природе закону распределения электронов в атомах и через него - к огромному разнообразию химических элементов. Из-за принципа запрета все электроны в атоме не собираются на самом нижнем уровне. При переходе от атома к атому со все большим порядковым номером происходит последовательное заполнение электронных уровней, атомы делаются все большими и большими. Та же картина имеет место в распределении нуклонов в ядрах по уровням. Принцип запрета придает многочастичной системе “жесткость” по отношению к попыткам уменьшения ее размеров - по сути “пустой” атом очень трудно сжать! Фермионы являются строительным материалом. Они придают миру “вещественность”, “осязаемость”.

Вопрос 5. В обменной модели электрон является переносчиком внутримолекулярного взаимодействия, приводящего к ковалентной связи. Почему же фундаментальные взаимодействия, подобно ковалентной связи, не могут переноситься лептонами или барионами? В чем отличие ковалентной связи от любого фундаментального взаимодействия?

Домашнее задание

Решение задач

Задача 1. Распределение электронного заряда в атоме решили исследовать с помощью рассеяния фотонов на атомах.
а) Какую энергию должны иметь рассеиваемые фотоны?
б) Чем плох такой проект исследования?

Задача 2. Как ориентированы спины у кварков внутри мезонов? внутри нуклонов?