Вопросы экзамена по физике для вечерников МАИ (Вопросы экзамена по физике для вечерников МАИ (с ответами)), страница 17
Описание файла
Файл "Вопросы экзамена по физике для вечерников МАИ" внутри архива находится в папке "Вопросы экзамена по физике для вечерников МАИ". Документ из архива "Вопросы экзамена по физике для вечерников МАИ (с ответами)", который расположен в категории "". Всё это находится в предмете "физика" из 2 семестр, которые можно найти в файловом архиве МАИ. Не смотря на прямую связь этого архива с МАИ, его также можно найти и в других разделах. Архив можно найти в разделе "к экзамену/зачёту", в предмете "физика" в общих файлах.
Онлайн просмотр документа "Вопросы экзамена по физике для вечерников МАИ"
Текст 17 страницы из документа "Вопросы экзамена по физике для вечерников МАИ"
У наиболее коротко живущих частиц, называемых резонансами, среднее время жизни составляет (10-24 10-23) с.
Для нестабильных частиц в таблицах наряду с временами жизни указываются также типы распадов, например, для нейтрона среднее время жизни которого около 15 мин, схема распада:
Наиболее тяжелая из известных сейчас элементарных частиц - промежуточный бозон - почти в 100 раз тяжелее протона.
По спину, обычно выражаемому в единицах , различают частицы с целым спином, называемые бозонами (фотон со спином 1, до мезонного резонанса со спином 6) и фермионы - с полуцелым спином.
Электрический заряд у частиц изменяется от нуля до 2е (е = 1,610-19 Кл). Магнитные моменты элементарных частиц выражают в магнетонах . Причем различают электронный магнетон, называемый магнетоном Бора ( ) и ядерный магнетон , для m = mр;
У фотона и нейтрино магнитный момент равен нулю, у электрона равен магнетону Бора, у протона равен р = 2,8я, у нейтрона n = - 1,9 я (знак минус говорит о направлении магнитного момента, противоположном спину частицы).
Практически у каждой элементарной частицы имеется античастица, обозначаемая тем же символом, но с тильдой (волнистой линией) сверху. Античастицы отличаются от частиц противоположными знаками зарядов (электрического, барионного, лептонного и др.) и магнитного момента. При встрече частицы с античастицей происходит их аннигиляция, то есть взаимоуничтожение с выделением огромного количества энергии в виде излучения. Наша Вселенная замкнута, изолирована от антиматерии.
У некоторых частиц, называемых истинно нейтральными, все "заряды", равны нулю, и они тождественны своим античастицам. Таков, например, фотон.
Первая античастица - позитрон - была зарегистрирована в 1932 году Андерсоном (предсказана же - в 1928 году Дираком) в космическом излучении с помощью камеры Вильсона со свинцовой пластинкой в сильном магнитном поле.
Встречаясь, друг с другом, электрон и позитрон (медленные) аннигилируют, порождая 2 (реже 3) фотона:
При соударении - квантов с заряженной частицей Х (обычно ядром - для выполнения обоих законов сохранения - энергии и импульса) рождается электрон-позитронная пара:
Всякая содержательная систематика элементарных частиц основывается на их отношении к фундаментальным взаимодействиям. В настоящее время различают 4 типа фундаментальных взаимодействий, в которых участвуют элементарные частицы:
- сильное взаимодействие - свойственно адронам (например, протону и нейтрону). Наиболее известное его проявление - внутриядерные силы. Примеры процессов, вызываемых сильным взаимодействием - реакции рождения антипротона и антинейтрона;
- электромагнитное взаимодействие - свойственно электрически заряженным частицам и фотону. Одно из его проявлений - кулоновские силы, обусловливающие существование атомов;
- слабое взаимодействие - присуще всем элементарным частицам кроме фотонов. Наиболее известное его проявление - - превращение атомных ядер. Оно же обеспечивает нестабильность многих элементарных частиц, например, нейтрона. Только в слабом взаимодействии (не считая гравитационного) участвует нейтрино и антинейтрино;
- гравитационное взаимодействие - предельно слабое и в микромире заметной роли не играет.
По отношению к фундаментальным взаимодействиям можно выделить 4 класса элементарных частиц: лептоны, адроны, кварки и переносчики фундаментальных взаимодействий.
Лептоны - не участвуют в сильном взаимодействии; все они имеют полуцелый спин, то есть являются фермионами. Этот класс включает в себя всего 6 частиц, разбитых на три семейства (дублета, пары): 1) электронный дублет ( - электрон с электронным нейтрино), 2) мюонный дублет ( - мюон с мюонным нейтрино), 3) таонный дублет ( - таон с таонным нейтрино). Каждому из дублетов этих лептонов соответствует дублет антилептонов. Для того, чтобы выделить класс лептонов из всего многообразия элементарных частиц и различить лептоны и антилептоны (прежде всего - нейтрино и антинейтрино) была введена новая физическая величина - лептонный заряд (или число) L. По определению, у всех лептонов L = 1, у антилептонов L = -1, у прочих элементарных частиц L = 0. Как и электрический заряд, лептонный заряд сохраняется в любом взаимодействии. Поэтому при - распаде вместе с электроном появляется антинейтрино, а с позитроном - нейтрино.
Мюон в 200, а таон в 3500 раз тяжелее электрона, то есть лептоны - не легчайшие (как это следует из этимологии слова) частицы.
Адроны - составные частицы, участвующие в сильном взаимодействии, а также и в трех остальных физических взаимодействиях. Класс адронов является самым многочисленным классом; он насчитывает вместе с античастицами более 300 частиц.
Различают стабильные (точнее, метастабильные) адроны с временем жизни большим 10-23 с и так называемые резонансы, живущие менее 10-23 с. Адроны с целым спином называют мезонами (глюоны, каоны, p-мезон), а с полуцелым спином - барионами (гипероны и нуклоны). Для характеристики этого внутреннего различия вводят барионный заряд В, который у всех барионов равен В = 1, у антибарионов В = -1, у всех прочих частиц (включая и мезоны) В = 0. Барионный заряд, как и лептонный, и электрический - сохраняется во всех взаимодействиях.
В настоящее время можно считать практически доказанным, что все адроны состоят из кварков - необычных фундаментальных частиц, у которых есть свои античастицы. Электрические заряды кварков и антикварков имеют дробные (в единицах qe) значения электрического заряда, кратные одной трети qe = 1,610-19 Кл. Различают 6 кварков: u - верхний, d - нижний, s - странный, c - очарованный, b - прелестный, t - истинный. Они образуют три дублета или поколения: (u, d); (c, s); (t, b). Это схоже с тремя дублетами лептонов.
Каждый мезон строится из одного кварка q и одного антикварка , а каждый барион В из трех кварков; M = q ; B = qqq (протон p = uud; нейтрон n = udd). Заряд верхнего кварка qu = (2/3)qе, а нижнего qd = - (1/3)qе.
Кваркам приписывают 3 цвета: красный, зеленый, и голубой; антикваркам - антицвета. Барионы, состоящие из трех кварков разного цвета, оказываются бесцветными (белыми) частицами. Кварки же, будучи цветными частицами, могут находиться только внутри белых частиц - адронов. Это трактуется как пленение (конфайнмент) кварков и объясняет их невозможность существования и наблюдения в свободном состоянии.
К частицам, переносящим фундаментальные взаимодействия, относят фотон, глюон, промежуточный векторный бозон и гравитон. Последний пока экспериментально не обнаружен.
1 Спектром какой либо величины называют совокупность значений, которые может принимать эта величина.
2 С латинского сorpuskulum - частица
3 Формулу Планка Е = h записывают и через циклическую частоту = 2: Е = h = h/2 = , где константу
= h/2 1,0510-34 Джс, тоже называют постоянной Планка.
4 С латинского lokus – место.
5 Под световым потоком Ф понимают величину, равную энергии излучения, падающего на поверхность за единицу времени.
6 Красную границу фотоэффекта часто выражают через максимальную длину волны света о = со; для многих веществ она
лежит в красном диапазоне света.
7 При достаточно высокой частоте света, облучающего фотокатод, скорость фотоэлектронов может приближаться к ско-
рости света в вакууме с = 3108 м/с, и тогда от классического выражения для кинетической энергии Ек = m2/2 необходимо
переходить к релятивистскому выражению: Ек = mс2/(1 – 2/с2) - mс2.
8 Световой поток Ф представляет собой мощность излучения, падающего на поверхность, а интенсивность излучения есть поверхностная плотность светового потока, то есть мощность излучения, приходящаяся на единицу площади.
9 Из е = h/mc hс/е = mс2, откуда комптоновская длина волны е для электрона равна длине волны фотона, при которой его энергия Еф = hс/е равна энергии покоя mс2 электрона.
10 В релятивистском случае, при с, необходимо использовать более общее выражение для импульса: р = (1/с)(Е2 – m2с4).
11 У микрообъектов дебройлевская длина волны оказывается много больше, а у макрообъектов много меньше их собственных размеров.
12 Величина в соотношениях неопределенности носит не строгий, а оценочный характер. У разных авторов можно встре-
13 Все меняется столь часто, что практически ничего не меняется.
14 Стационарное состояние с наименьшей энергией называется основным.
15 Возможны переходы электрона в атоме «сверху вниз» и без излучения кванта света. В этом случае энергия возбуждения отдается обычно решетке твердого тела, то есть в виде внутренней, тепловой энергии.
16 Обычно соударения легкого электрона с массивным атомом ртути носят упругий характер – без изменения энергии электрона.
17 В квантовой механике принцип соответствия будет выражаться иным, нежели n условием, а именно 0.
18 Для сравнения, у железа 104 кг/м3.
19 В связи с этим протон и нейтрон можно считать двумя состояниями одной и той же частицы – нуклона.
20 При соединении нуклонов в ядро, с них за счет взаимодействия, как бы "снимается стружка", и в результате масса ядра оказывается меньшей, чем масса составляющих его, но не взаимодействующих нуклонов.