ابرقدرت. به دنبال نظریه یکپارچه طبیعت است. ساختار هسته اتم. ذرات زیر اتمی عناصر ایزوتوپ ها دنیای ذرات زیراتمی

پارادوکس های زندگی روسیه قوانین و منطق در روسیه کار نمی کند، زیرا قانون اصلی در کشور ما قلب است، مرکزی که در آن همه مخالفان همگرا می شوند. دل بر اساس وحدت جهان و اشیاء به قضاوت جهان و مردم و پدیده ها می پردازد، بنابراین هیچ قانونی برای آن وجود ندارد.

فصل 14 رویاهایی که ما را از خواب بیدار می کنند (یا رویاها - پارادوکس ها) ما اغلب رویاهای نبوی یا پیشگویی را با رنگ روشن و شدت احساسات تشخیص می دهیم. اما همچنین به دلیل متناقض بودن طرح یا تصویر... بیایید به آلیس خود بازگردیم

فصل 3. پارادوکس های طول عمر در تابستان 2013، دانشمندان پیش بینی هیجان انگیزی انجام دادند: به معنای واقعی کلمه طی 10 سال، میانگین طول عمر انسان می تواند دو برابر شود، و در درازمدت، می توان پیری و سپس مرگ دانشمندان آلمانی را شکست داد کیل

ذرات تشکیل دهنده اتم ها را می توان به روش های مختلفی در نظر گرفت - به عنوان مثال، به عنوان دانه های گرد گرد و غبار. آنها به قدری کوچک هستند که نمی توان هر ذره از این غبار را به صورت جداگانه مشاهده کرد. تمام ماده ای که در جهان اطراف است از چنین ذرات تشکیل شده است. ذرات تشکیل دهنده اتم ها کدامند؟

تعریف

ذره زیر اتمی یکی از آن آجرهایی است که کل دنیای اطراف از آن ساخته شده است. چنین ذرات شامل پروتون ها و نوترون ها هستند که بخشی از هسته اتم هستند. این دسته همچنین شامل الکترون هایی است که به دور هسته می چرخند. به عبارت دیگر، ذرات زیراتمی در فیزیک پروتون، نوترون و الکترون هستند. در دنیای آشنا برای انسان، به عنوان یک قاعده، ذرات از نوع متفاوت یافت نمی شود - آنها به طور غیر معمول کوتاه زندگی می کنند. هنگامی که سن آنها به پایان می رسد، آنها به ذرات معمولی تجزیه می شوند.

تعداد آن ذرات زیر اتمی که امروزه عمر نسبتاً کوتاهی دارند به صدها نفر می رسد. تعداد آنها به حدی است که دانشمندان دیگر از نام های رایج برای اشاره به آنها استفاده نمی کنند. مانند ستارگان، اغلب به آنها نام گذاری عددی و حروف اختصاص داده می شود.

ویژگی های اصلی

مهمترین ویژگی هر ذره زیر اتمی شامل اسپین، بار الکتریکی و جرم است. از آنجایی که وزن یک ذره اغلب با جرم آن مرتبط است، برخی از ذرات به طور سنتی "سنگین" نامیده می شوند. معادله ای که انیشتین به دست آورد (E = mc2) نشان می دهد که جرم یک ذره زیر اتمی به طور مستقیم به انرژی و سرعت آن بستگی دارد. در مورد بار الکتریکی، همیشه مضربی از واحد اساسی است. به عنوان مثال، اگر بار یک پروتون +1 باشد، بار یک الکترون -1 است. با این حال، برخی از ذرات زیر اتمی، مانند فوتون یا نوترینو، اصلاً بار الکتریکی ندارند.

ویژگی مهم دیگر طول عمر ذرات است. اخیراً دانشمندان اطمینان داشتند که الکترون‌ها، فوتون‌ها و همچنین نوترینوها و پروتون‌ها کاملاً پایدار هستند و عمر آنها تقریباً بی‌نهایت است. با این حال، این کاملا درست نیست. به عنوان مثال، یک نوترون فقط تا زمانی که از هسته یک اتم "رها" شود، پایدار می ماند. پس از این مدت عمر آن به طور متوسط ​​15 دقیقه است. همه ذرات ناپایدار تحت یک فرآیند واپاشی کوانتومی قرار می گیرند که هرگز نمی توان آن را کاملاً پیش بینی کرد.

تحقیق ذرات

اتم تا زمانی که ساختار آن کشف نشد، تجزیه ناپذیر در نظر گرفته می شد. حدود یک قرن پیش، رادرفورد آزمایشات معروف خود را انجام داد، که شامل بمباران یک ورقه نازک بود. و در مرکز اتم هر چیزی وجود دارد که ما آن را هسته اتم می نامیم - تقریباً هزار بار کوچکتر از خود اتم است. در آن زمان دانشمندان معتقد بودند که اتم از دو نوع ذره تشکیل شده است - هسته و الکترون.

با گذشت زمان، دانشمندان شروع به تعجب کردند: چرا پروتون، الکترون و پوزیترون به هم می چسبند و تحت تأثیر نیروهای کولن در جهات مختلف از هم جدا نمی شوند؟ و همچنین برای دانشمندان آن زمان نامشخص بود: اگر این ذرات ابتدایی باشند، پس هیچ اتفاقی برای آنها نمی افتد و آنها باید برای همیشه زندگی کنند.

با توسعه فیزیک کوانتومی، محققان دریافتند که نوترون در معرض واپاشی است و به سرعت. تبدیل به پروتون، الکترون و چیز دیگری می شود که نمی توان آن را گرفت. دومی با کمبود انرژی مورد توجه قرار گرفت. در آن زمان، دانشمندان تصور می کردند که فهرست ذرات بنیادی تمام شده است، اما اکنون مشخص شده است که این موضوع بسیار دور از واقعیت است. ذره جدیدی به نام نوترینو کشف شد. بار الکتریکی ندارد و جرم بسیار کمی دارد.

نوترون

نوترون یک ذره زیر اتمی است که بار الکتریکی خنثی دارد. جرم آن تقریباً 2 هزار بار بیشتر از جرم یک الکترون است. از آنجایی که نوترون ها به کلاس ذرات خنثی تعلق دارند، مستقیماً با هسته اتم ها برهم کنش دارند و نه با لایه های الکترونی آنها. نوترون ها همچنین دارای گشتاور مغناطیسی هستند که به دانشمندان اجازه می دهد ساختار مغناطیسی میکروسکوپی ماده را مطالعه کنند. تابش نوترونی حتی برای موجودات بیولوژیکی بی ضرر است.

ذره زیر اتمی - پروتون

دانشمندان دریافته اند که این "بلوک های سازنده ماده" از سه کوارک تشکیل شده است. پروتون یک ذره با بار مثبت است. جرم پروتون 1836 برابر جرم یک الکترون است. یک پروتون و یک الکترون با هم ترکیب می شوند و ساده ترین عنصر شیمیایی - اتم هیدروژن را تشکیل می دهند. تا همین اواخر، اعتقاد بر این بود که پروتون ها نمی توانند شعاع خود را بسته به اینکه کدام الکترون در بالای آنها می چرخد ​​تغییر دهند. پروتون یک ذره باردار الکتریکی است. هنگامی که با یک الکترون ترکیب می شود، به یک نوترون تبدیل می شود.

الکترون

الکترون اولین بار توسط فیزیکدان انگلیسی جی تامسون در سال 1897 کشف شد. این ذره، همانطور که دانشمندان اکنون معتقدند، یک جسم ابتدایی یا نقطه ای است. این نام یک ذره زیر اتمی در اتمی است که ساختار خاص خود را ندارد - از هیچ جزء کوچکتر دیگری تشکیل نشده است. در اتحاد با یک پروتون و یک نوترون، یک الکترون یک اتم را تشکیل می دهد. اکنون دانشمندان هنوز متوجه نشده اند که این ذره از چه چیزی تشکیل شده است. الکترون ذره ای است که دارای بار الکتریکی بی نهایت کوچک است. خود کلمه "الکترون" که از یونانی باستان ترجمه شده است به معنای "کهربا" است - از این گذشته ، این کهربا بود که دانشمندان یونانی برای مطالعه پدیده های الکتریسیته استفاده کردند. این اصطلاح توسط فیزیکدان بریتانیایی در سال 1894، جی. استونی پیشنهاد شد.

چرا باید ذرات بنیادی را مطالعه کنید؟

ساده ترین پاسخ به این سوال که چرا دانشمندان به دانش در مورد ذرات زیراتمی نیاز دارند این است: داشتن اطلاعاتی در مورد ساختار داخلی اتم. با این حال، چنین اظهاراتی فقط حاوی ذره ای از حقیقت است. در واقع، دانشمندان نه تنها ساختار داخلی اتم را مطالعه می کنند - میدان اصلی تحقیقات آنها برخورد کوچکترین ذرات ماده است. هنگامی که این ذرات بسیار پرانرژی با سرعت زیاد با یکدیگر برخورد می کنند، دنیای جدیدی به معنای واقعی کلمه متولد می شود و تکه های ماده به جا مانده پس از برخورد به افشای اسرار طبیعت کمک می کند که همیشه برای دانشمندان یک راز باقی مانده است.

فیزیک زیر اتمی بسیار محبوب است. دانشمندان اغلب جایزه نوبل را برای تحقیقات در این زمینه دریافت می کنند. نوترینوها بسیار محبوب هستند. چهار جایزه برای این ذره اهدا شد. در سال 1988، کشف میون نوترینو جشن گرفت. در سال 1995، فرد رینر برای کشف نوترینوها جایزه دریافت کرد. در سال 2002، ری دیویس و ماساتوشی کوشیبا تعداد نوترینوهایی که خورشید به زمین ارسال می کند را اندازه گیری کردند. امسال، تاکاکی کاجیتا و آرتور مک‌دونالد جایزه را برای نشان دادن چگونگی تغییر نوترینوها از شکلی به شکل دیگر به اشتراک گذاشتند.

ولفگانگ پائولی، که نوترینو را پیش‌بینی کرد، جایزه نوبل را نیز دریافت کرد، اما برای کشفی متفاوت در فیزیک ذرات. او ممکن بود یکی دیگر از نوترینوها را دریافت کند، اما کشف خود را در قالب نامه ای برای یک کنفرانس فیزیک که در آن شرکت نکرد منتشر کرد.

با این حال، محبوب ترین ذره زیر اتمی تنها شگفتی ریز جهان نیست. ده ها اکتشاف مختلف دیگر وجود دارد که می توان آنها را خیره کننده نامید.

10. وجود ذرات زیر اتمی

در طول قرن نوزدهم، به لطف موفقیت تئوری اتمی در شیمی، که توسط معلم انگلیسی جان دالتون بیان شد، وجود اتم ها زیر سوال رفت. قبل از او، اتم ها یک مفهوم فلسفی انتزاعی بودند که در بحث های مربوط به ماهیت نهایی ماده مورد استفاده قرار می گرفت، اما خارج از تحقیقات تجربی مورد توجه قرار می گرفت. بسیاری از فیزیکدانان، به طور کلی، اتم ها را یک داستان تخیلی، مناسب برای توضیح داده های تجربی، اما غیر واقعی می دانستند.

داده ها انباشته شدند و لازم بود اعتراف کنیم که اگر اتم ها وجود نداشته باشند، پس باید نوعی ساختار غیرقابل تقسیم مشابه آنها وجود داشته باشد. سنگی که وجود اتم ها را تایید می کند، تکرار خواص عناصر در جدول تناوبی مندلیف بود. در سال 1897، تامسون کشف اولین ذره بنیادی - الکترون را گزارش کرد، که به طور کامل تقسیم ناپذیری اتم ها را رد کرد.

9. هسته اتمی

قبل از اینکه فیزیکدانان بتوانند این ایده را بپذیرند که اتم ها وجود دارند، باید این واقعیت را بپذیرند که آنها از اجزای منفرد تشکیل شده اند. تامپسون این نظریه را مطرح کرد که الکترون های منفی مانند گیلاس در یک پودینگ با بار مثبت در اطراف شناور هستند. اما زمانی که ارنست رادرفورد و دستیارانش موفق شدند ذرات آلفا را به ورقه نازکی از طلا شلیک کنند، برخی از "کارتریج ها" به عقب برگشتند. این موضوع رادرفورد را متعجب کرد. این دانشمند پیشنهاد کرد که درون اتم یک توپ کوچک وجود دارد که امروزه آنها را هسته می نامیم.

8. نوترون

در سال 1930، فیزیکدانان در مورد وجود دو ذره زیر اتمی می دانستند: پروتون و الکترون، که به نظر می رسید همه چیز را به جز یکی توضیح می دهد، چرا پروتون های دارای بار مثبت از هم جدا نمی شوند. در سال 1920، رادرفورد پیشنهاد کرد که آنها توسط ذره دیگری در هسته - نوترون - کنار هم نگه داشته می شوند. در سال 1932، جیمز چادویک یک ذره خنثی را کشف کرد. تعداد ذرات بنیادی مدام در حال افزایش بود.

کشف نوترون برای فیزیکدانان شگفتی بزرگی بود. وقتی رادرفورد ایده وجود نوترون را مطرح کرد، افراد کمی او را باور کردند، شاید فقط چادویک.

7. ذرات زیر اتمی در واقع امواج هستند

این غافلگیری با یک داستان نسبتاً کمیک مرتبط است. در سال 1906، تامسون جایزه نوبل را برای اثبات تجربی وجود یک ذره زیر اتمی - الکترون - دریافت کرد. در سال 1973، پسرش جورج نیز این جایزه را دریافت کرد زیرا توانست نشان دهد که یک الکترون حداقل گاهی اوقات موج است. این دوگانگی موج-ذره در مرکز فیزیک کوانتومی قرار دارد.

6. تشخیص نوترینو

در سال 1934، بته و رودولف پیرلز ثابت کردند که نوترینوها برهمکنش ضعیفی با ماده دارند، و احمقانه است که سعی کنیم حتی یکی از آنها را شناسایی کنیم. شما به یک مخزن ماده جامد با قطر 1000 سال نوری نیاز دارید. اما پس از آن فروپاشی اتمی کشف شد و راکتورهای هسته ای اختراع شدند. فیزیکدانان منبع بسیار خوبی از نوترینوها را کشف کرده اند.

5. معلوم شد که ذرات اولیه چندان ابتدایی نیستند

تا سال 1950، بسیاری از ذرات زیر اتمی کشف شده بودند که نه تنها اتم غیرقابل تقسیم بود، بلکه تعداد ذرات آن از پنجاه گذشت. یکی از برندگان جایزه نوبل، لئون لادرمن، حتی به شوخی گفت که اگر نام همه ذرات زیر اتمی را یاد بگیرد، گیاه شناس می شود. فیزیکدانان شروع به شک کردند که ذرات بنیادی جزئیات خاص خود را دارند.

4. کوارک ها

در سال 1950، فیزیکدانان در مورد ذرات زیراتمی، که بخشی از اتم نیستند، یاد گرفتند. در سال 1960، این ایده ظاهر شد که ذرات بنیادی از آجرهای کوچکی تشکیل شده اند که بار کسری دارند. موری گل مان این ذرات را کوارک نامید، یک ایده ابتکاری، زیرا قبلاً اعتقاد بر این بود که بارهای کسری مزخرف هستند. چند سال بعد، یک شگفتی دیگر از آزمایشگران - آنها موفق به تایید وجود کوارک ها شدند.

3. شکستن تقارن

مدتها قبل از انفجار اکتشافات ذرات زیراتمی، ریاضیدان محترم هرمان ویل اشاره کرد که طبیعت چیزی از برابری نمی داند. هیچ شکی وجود ندارد که همه قوانین طبیعت نسبت به جایگشت در سمت راست و چپ ثابت هستند. اما در سال 1956، چن نینگ یانگ و سونگ دائو لی این ایده را مطرح کردند که قانون تقارن چپ-راست در برخی موارد در مورد ذرات زیر اتمی کار نمی کند. این یک احساس بود، به خصوص زمانی که تأیید آزمایش کنندگان ظاهر شد.

2. پایداری پروتون

در خارج از هسته اتم، نوترون ها به شدت ناپایدار هستند و در عرض چند دقیقه به یک پروتون، الکترون و پادنوترینو تجزیه می شوند. اما به نظر می رسد که پروتون به طور غیرعادی پایدار است و می تواند برای همیشه تقسیم ناپذیر بماند. اگرچه در دهه 1970 نظریه پردازان شروع به این باور کردند که پروتون ها باید حداقل طی تریلیون ها تریلیون سال تجزیه شوند، با وجود تمام تلاش ها برای شناسایی چنین رویدادی، دانشمندان نتوانسته اند آن را تشخیص دهند. این باعث تعجب بزرگ شد. همه چیز تجزیه می شود، اما پروتون ها نه.

1. ضد ماده

در سال 1932 نه تنها نوترون، بلکه پوزیترون نیز کشف شد. کارل اندرسون آن را با تجزیه و تحلیل آثار پرتوهای کیهانی در یک محفظه ابر محاسبه کرد. در میان چاپ ها، فیزیکدان موردی را پیدا کرد که شبیه الکترون بود، اما در جهت اشتباه خم شده بود. معلوم شد که این یک پوزیترون، پادذره یک الکترون است. کشف ذرات پادماده یک شگفتی بزرگ بود، اما کاملاً با محاسبات نظری پل دیراک مطابقت داشت. این شگفت انگیز است که کسی می تواند وجود چیزی بسیار عجیب را فقط با بازی با معادلات استنتاج کند.

…خداوند ابتدا به ماده شکل جامد، عظیم داد،

ذرات متحرک و غیر قابل نفوذ با چنین اندازه و شکلی

و با چنین خواص و نسبت هایی نسبت به

فضایی که برای این هدف مناسب ترین باشد

که آنها را برای آن آفرید.

آی. نیوتن

در تاریخ فلسفه و علم، تقریباً می توان 3 رویکرد را برای درک ساختار طبیعت در سطح خرد تشخیص داد:

هسته ها یا اتم های تقسیم ناپذیری وجود دارد، جهان به "آجرهای" اساسی کاهش می یابد (دموکریتوس، نیوتن).

ماده به طور پیوسته و بی پایان به قطعات کوچکتر و کوچکتر خرد می شود و هرگز به یک اتم تقسیم ناپذیر نمی رسد (ارسطو).

در قرن بیستم مفهومی پدید آمد که جهان را بر اساس پیوند همه چیز توضیح می دهد: یک ذره یک "آجر" از ماده نیست، بلکه یک فرآیند، پیوند یا الگوی در کل جهان است (W. Heisenberg, J. Chu, F. کاپرا).

اولین ذره "بنیادی" در سال 1897 توسط J.J. تامسون در حین مطالعه پرتوهای کاتدی وجودش را ثابت کرد الکترون ها . هنگام قرار گرفتن در معرض مواد، الکتریسیته منفی به راحتی آزاد می شود که به صورت فلاش نور بر روی صفحه نمایش ثبت می شود. ذرات الکتریسیته منفی را الکترون می نامیدند. حداقل مقدار الکتریسیته برابر با بار یک الکترون در هنگام تخلیه الکتریکی در یک گاز کمیاب مشاهده شد. تا دهه 70. قرن XX مشکل ساختار داخلی الکترون حل نشده است، هنوز اشاره ای به ساختار داخلی آن وجود ندارد (Anderson 1968; Weiskopf 1977).

یک سال قبل، A. Becquerel تجزیه رادیواکتیو نمک اورانیوم - انتشار ذرات آلفا (هسته He) را کشف کرد، این ذرات توسط رادرفورد استفاده شد، که به طور تجربی وجود هسته اتمی را ثابت کرد. در سال 1919، ای. رادرفورد اولین واکنش هسته ای مصنوعی را انجام داد: با تابش N با ذرات آلفا، ایزوتوپ O را به دست آورد و ثابت کرد که هسته اتم حاوی N است. پروتون 27 (ذره محدود کننده در نظر گرفته می شود).

در سال 1932، J. Chadwick یک ذره هسته ای دیگر را کشف کرد - یک ذره بدون بار نوترون 28. کشف نوترون که پایه و اساس علم جدیدی را پایه گذاری کرد - فیزیک نوترونی ، خواص اساسی نوترون، کاربرد نوترون ها به کتاب S.F. شبالینا نوترون ها . ردپایی از نوترون ها در یک محفظه ابر مشاهده شد. جرم پروتون برابر با 1836.1 جرم الکترون است، جرم نوترون 1838.6 است. وی. هایزنبرگ، و مستقل از او D.D. ایواننکو، I.E. تام، فرضیه ای در مورد ساختار هسته اتم از پروتون ها و نوترون ها بیان کنید: برای مثال، هسته C از 6 پروتون و 6 نوترون تشکیل شده است. در آغاز دهه 30 اعتقاد بر این بود: ماده از اتم ها تشکیل شده است و اتم ها از 3 ذره "بنیادی"، "بلوک های سازنده": پروتون ها، نوترون ها و الکترون ها تشکیل شده اند (شبالین 1969؛ فولتا، نووی 1987؛ کاپرا 1994: 66-67).

در همان سال E.O. لارنس در کالیفرنیا اولین سیکلوترون (شتاب دهنده ذرات) را ساخت. شتاب دهنده های ذرات، تاسیساتی هستند که با ذرات پر انرژی برخورد می کنند. هنگامی که ذرات زیراتمی که با سرعت بالا حرکت می کنند با هم برخورد می کنند، سطح بالایی از انرژی به دست می آید و دنیایی از فعل و انفعالات، میدان ها و ذرات متولد می شود، زیرا سطح ابتدایی بودن به سطح انرژی بستگی دارد. اگر یک سکه را به چنین سرعت هایی شتاب دهید، انرژی آن برابر با تولید انرژی به ارزش هزار میلیون دلار خواهد بود. یک شتاب دهنده حلقه ای با محیط تونل تا 27 کیلومتر در نزدیکی ژنو ساخته شد. امروزه برای آزمایش برخی نظریه ها، به عنوان مثال، تئوری اتحاد بزرگ همه ذرات، به شتاب دهنده ای به اندازه منظومه شمسی نیاز است (Folta, Novy 1987: 270-271; Davis 1989: 90-91).

ذرات همچنین در شتاب‌دهنده‌های طبیعی کشف می‌شوند، پرتوهای کیهانی با اتم‌های یک دستگاه آزمایشی برخورد می‌کنند و نتایج ضربه مورد مطالعه قرار می‌گیرند (به این ترتیب پوزیترون، میون و مزون پیش‌بینی‌شده کشف شدند). با کمک شتاب دهنده ها و تحقیقات تشعشعات کیهانی، دنیای بزرگ و متنوعی از ذرات زیر اتمی آشکار شده است. در سال 1932، 3 ذره، در سال 1947 - 14، در سال 1955 - 30، 1969 - بیش از 200 ذره کشف شد. همزمان با آزمایشات، تحقیقات نظری نیز انجام شد. ذرات اغلب با سرعت نور حرکت می کنند،  ، لازم است که نظریه نسبیت را در نظر بگیریم. ایجاد یک نظریه کلی ذرات یک مشکل حل نشده در فیزیک باقی مانده است (Capra 1994: 67).

در سال 1967، فرضیه ای در مورد وجود ظاهر شد تاکیون ها - ذراتی که سرعت حرکت آنها بیشتر از سرعت نور است. "بلوک های سازنده" جدیدی از ماده کشف شد، بسیاری از ذرات ناپایدار و کوتاه مدت ("رزونانس ها" 10-27 ثانیه زنده هستند) که به ذرات معمولی تجزیه می شوند. بعداً مشخص شد که ذرات جدید: رزونانس ها و هایپرون ها، مزون ها - حالات برانگیخته ذرات دیگر: پروتون و لپتون ها درست مانند یک اتم H برانگیخته در حالات مختلف که به صورت 3 خط طیفی ظاهر می شود، اتم دیگری نیست (متولد 1967: 127-129).

معلوم شد که ذرات متلاشی نمی شوند، بلکه به یکدیگر یا به انرژی کوانتوم های میدان تبدیل می شوند، به "دیگری خود" تبدیل می شوند، هر ذره می تواند جزء هر ذره دیگری باشد. ذرات می توانند در تشعشع «ناپدید شوند» و خواص موجی از خود نشان دهند. پس از اولین تبدیل مصنوعی، زمانی که هسته های لی به هسته های He تبدیل شدند، الف اتمی، فیزیک هسته ای (متولد 1967؛ Weiskopf 1977: 50).

در سال 1963، M.Gell-Mann و J. Zweig یک فرضیه ارائه کردند کوارک ها . همه هادرون ها از ذرات کوچکتر - کوارک های 3 نوع و آنتی کوارک های آنها ساخته شده اند. یک پروتون و یک نوترون از 3 کوارک (به آنها نیز گفته می شود) تشکیل شده اند باریون ها - سنگین یا نوکلئون - ذرات هسته ای). پروتون پایدار است، بار مثبت دارد، نوترون ناپایدار است، به پروتون تبدیل می شود. جفت کوارک-آنتی کوارک (هر ذره دارای یک پاد ذره است) مزون ها (از نظر جرم متوسط ​​بین الکترون و پروتون) را تشکیل می دهند. برای توضیح تنوع الگوهای هادرونیک، فیزیکدانان باید وجود کوارک های اضافی را فرض می کردند. اکنون 12 کوارک وجود دارد: 4 نوع یا طعم (بالایی، رو به پایین، عجیب و جذاب)، که هر کدام می توانند در 3 رنگ وجود داشته باشند. اکثر فیزیکدانان کوارک ها را واقعاً ابتدایی و بدون ساختار می دانند. اگرچه همه هادرون ها با تقارن کوارک مشخص می شوند، هادرون ها اغلب به گونه ای رفتار می کنند که انگار در واقع از اجزای نقطه ای ساخته شده اند، اما رمز و راز کوارک ها هنوز وجود دارد (دیویس 1989: 100؛ هاوکینگ 1990: 69؛ کاپرا 1994: 228، 229).

مطابق با بوت استرپ فرضیه طبیعت را نمی‌توان به «بلوک‌های سازنده» ماده مانند کوارک‌ها تقلیل داد، بلکه باید آن را بر اساس اتصال درک کرد. هایزنبرگ، که به مدل کوارک اعتقادی نداشت، با تصویر راه‌اندازی ذرات به‌عنوان الگوهای پویا در شبکه‌ای از رویدادها به هم پیوسته موافق بود (کاپرا 1996: 43-49).

تمام ذرات شناخته شده جهان را می توان به دو گروه تقسیم کرد: ذرات ماده "جامد" و ذرات مجازی، حامل برهمکنش ها ، بدون توده "استراحت". ذرات ماده نیز به دو دسته تقسیم می شوند: هادرون ها 29 , نوکلئون ها 30 , باریون ها یا ذرات سنگین و لپتون ها 31 .

لپتون ها شامل الکترون هستند، میون , تاو لپتون و 3 نوع نوترینو . امروزه مرسوم است که الکترون را جسمی ابتدایی و نقطه مانند در نظر بگیریم. الکترون دارای بار منفی است، 1836 بار سبکتر از پروتون (Weiskopf 1997: 79; Davis 1989: 93-102; Hawking 1990: 63; Feynman, Weinberg 2000).

در سال 1931، دبلیو پاولی وجود یک ذره خنثی را پیش بینی کرد نوترینو در سال 1955، در یک راکتور هسته ای، یک نوترینو از یک پروتون متولد شد و یک الکترون و یک نوترون را تشکیل داد.

این شگفت‌انگیزترین ذره است: با BV، نوترینو تقریباً با ماده تعامل نمی‌کند، زیرا سبک‌ترین لپتون است. جرم آن کمتر از یک ده هزارم جرم یک الکترون است، اما شاید فراوان ترین ذره در کیهان باشد و می تواند باعث فروپاشی آن شود. نوترینوها به سختی با ماده برهمکنش می‌کنند و طوری از آن نفوذ می‌کنند که انگار اصلاً وجود ندارد (نمونه‌ای از وجود اشکال غیر یک بعدی). یک کوانتوم گاما 3 متر در سرب حرکت می کند و با هسته اتم سرب برهمکنش می کند و یک نوترینو برای برهمکنش باید 4·10 13 کیلومتر را طی کند. نوترینوها فقط در فعل و انفعالات ضعیف شرکت می کنند. هنوز دقیقاً مشخص نشده است که آیا نوترینوها واقعاً جرم «استراحت» دارند یا خیر. 3 نوع نوترینو وجود دارد: الکترون، میون و تاو.

در سال 1936 در محصولات برهمکنش پرتوهای کیهانی کشف کردند میون ، یک ذره ناپایدار که به یک الکترون و 2 نوترینو تجزیه می شود. در اواخر دهه 70، سنگین ترین ذره، لپتون، کشف شد. تاو لپتون (دیویس 1989: 93-95).

در سال 1928 پی دیراک پیش بینی کرد و در سال 1932 یک الکترون با بار مثبت کشف کرد. پوزیترون - پادذره الکترون.): از یک کوانتوم γ یک الکترون و یک پوزیترون - یک الکترون با بار مثبت - متولد می شوند. هنگامی که یک الکترون با یک پوزیترون برخورد می کند، دو پرتو گاما تولید می شود، زیرا برای حفظ صفر در نابودی 32 دو فوتون مورد نیاز است که در جهات مختلف پراکنده می شوند.

بعدها معلوم شد: همه ذرات دارند ضد ذرات در تعامل، ذرات و پادذرات با تشکیل کوانتوم های انرژی از بین می روند. هر ذره ای از ماده یک پاد ذره دارد. هنگامی که یک ذره و یک پاد ذره با هم برخورد می کنند، از بین می روند و در نتیجه انرژی آزاد می شود و ذرات دیگر متولد می شوند. در کیهان اولیه تعداد ذرات بیشتر از ضد ذرات بود، در غیر این صورت نابودی جهان را پر از تشعشع می کرد و هیچ ماده ای وجود نداشت (سیلک 1982: 123-125؛ هاوکینگ 1990: 64، 71-72).

وضعیت الکترون ها در یک اتم با استفاده از یک سری اعداد به نام تعیین می شود اعداد کوانتومی , و مکان و شکل مدارها را مشخص کنید:

شماره (n) - این عدد مداری است که مقدار انرژی را که یک الکترون باید داشته باشد تا در مدار قرار گیرد، شعاع تعیین می کند.

شماره (ℓ) شکل دقیق موج الکترونی در مدار را تعیین می کند.

عدد (متر) مغناطیسی نامیده می شود و بار میدانی که الکترون را احاطه کرده است را تعیین می کند.

شماره(های) ، به اصطلاح چرخش (چرخش) سرعت و جهت چرخش الکترون را تعیین می کند که با شکل موج الکترونی بر حسب احتمال وجود ذره در نقاط خاصی از مدار تعیین می شود.

از آنجایی که این ویژگی ها به صورت اعداد صحیح بیان می شوند، به این معنی است که مقدار چرخش الکترون به تدریج افزایش نمی یابد، بلکه به طور ناگهانی - از یک مقدار ثابت به مقدار دیگر افزایش می یابد. ذرات با وجود یا عدم وجود جرم، بار الکتریکی، اسپین (ویژگی چرخشی، ذرات ماده دارای اسپین +1/2، 1/2-، ذرات حامل برهمکنش‌های 0، 1 و 2) و طول عمر (Erdei-Gruz) مشخص می‌شوند. 1976، دیویس 1989: 38-41، هاوکینگ 1990: 62-63.

در سال 1925، دبلیو پائولی این سوال را مطرح کرد: چرا الکترون ها در یک اتم موقعیت کاملاً مشخصی را اشغال می کنند (2 در مدار اول، 8 در مدار دوم، 32 در مدار چهارم)؟ او با تجزیه و تحلیل طیف ها، یک اصل ساده را آشکار کرد: دو ذره یکسان نمی توانند در یک حالت باشند ، یعنی نمی توانند مختصات، سرعت ها، اعداد کوانتومی یکسانی داشته باشند. همه ذرات ماده اطاعت می کنند اصل طرد دبلیو پاولی .

این اصل بر سازماندهی مشخصی از ساختارها تأکید می کند که در خارج از آن ذرات به یک ژله همگن و متراکم تبدیل می شوند. اصل طرد، توضیح خواص شیمیایی عناصر تعیین شده توسط الکترون های پوسته های پر نشده بیرونی را ممکن می سازد، که مبنای جدول تناوبی عناصر را فراهم می کند. اصل پائولی منجر به اکتشافات و درک جدیدی از هدایت حرارتی و الکتریکی فلزات و نیمه هادی ها شد. با استفاده از اصل طرد، پوسته های الکترونیکی اتم ها ساخته شدند و سیستم عناصر مندلیف روشن شد (Dubnishcheva 1997: 450-452).

اما ذراتی هستند که از اصل طرد پائولی پیروی نمی کنند (هیچ محدودیتی در تعداد ذرات مبادله شده وجود ندارد، نیروی برهمکنش می تواند هر کدام باشد)، ذرات حامل یا ذرات مجازی که جرم «استراحت» ندارند و نیرو ایجاد می کنند. بین ذرات ماده (هاوکینگ 1990: 64 -65).