Unități distanțe, energia și masa
nuclee atomice și particulele componente ale acestora sunt foarte mici, astfel încât să le măsoare în metri sau centimetri incomode. Fizicienii le măsoară femtometrah (FM). 1 fm = 10 -15 m, sau un catrilion de un metru. Este de un milion de ori mai mica decat un nanometru (o dimensiune tipică de molecule). protoni sau neutroni dimensiune doar aproximativ 1 FM. Există particule grele, dimensiunea, care este chiar mai puțin.
Energia în lumea particulelor elementare este, de asemenea, prea mici pentru a le măsura în jouli. In schimb, unitatea de volt electron de energie (eV). 1 eV, prin definiție, este energia pe care un electron dobândește un câmp electric în care trece o diferență de potențial de un volt. 1 eV este aproximativ egal cu 1,6 x 10 -19 J. convenabil pentru a descrie Electron procese nucleare și optice. De exemplu, moleculele de gaz la temperatura camerei, au o energie cinetică de aproximativ 1/40 unui electron. Quanta de fotoni de lumină în regiunea optică au o energie de aproximativ 1 eV.
Fenomenele care apar în interiorul miezurilor și în particule elementare, însoțite de schimbări mult mai mari de energie. megaelectronvolts sunt deja utilizate (MeV) GeV (GeV) și chiar teraelectronvolts (TeV). De exemplu, protoni și neutroni muta nuclee în interiorul cu energia cinetică a câteva zeci de MeV. Energia de proton-proton sau ciocnirile electron-proton la care devine structura internă notabilă a unui proton este un GeV câteva. Pentru a da naștere celor mai grele cunoscute particulele de azi - cuarcul top - necesită ciocnească protoni cu energii de circa 1 TeV.
Între scara distanțelor și scara de energie pot fi setate meci. Aceasta poate lua un foton cu o lungime de undă L și calcula energia E = c · h / L. În cazul în care c - viteza luminii, și h - constanta lui Planck, constanta cuantică fundamentală egală cu aproximativ 6,62 x 10 -34 J · s. Acest raport poate fi folosit nu numai pentru fotoni, dar, de asemenea, mai larg la evaluările energetice necesare pentru studiul materiei pe scara „microscopice“ unități de măsură L. 1 GeV corespunde dimensiunii de aproximativ 1,2 fm.
Conform celebrei formule a lui Einstein E0 = mc 2. masa si energia de repaus sunt strâns legate. În lumea particulelor elementare, această relație se manifestă în modul cel mai direct: coliziunea particulelor cu energie suficientă se poate naște o nouă particulă grea, și dezintegrarea unei diferențe staționare în masă a particulelor grele este transformată în energie cinetică a particulelor rezultate.
Din acest motiv, masa de particule, de asemenea, este de obicei exprimat în volți de electroni (sau, mai degrabă, în electroni împărțită la viteza luminii la pătrat). 1 eV corespunde greutății de numai 1,78 x 10 -36 kg. Electron în aceste unități cântărește 0,511 MeV și 0.938 GeV de protoni. O multitudine de particule deschise și mai grele; înregistrarea este încă cuarcului top cu o masă de aproximativ 170 GeV. Cele mai ușoare de particule cunoscute cu masa nenuli - neutrini - cântărește doar câteva zeci meV (MeV).