Н.Г. Гончарова, Б.С. Ишханов, И.М. Капитонов - Частицы и атомные ядра. Задачи с решениями и комментариями

Н. Г. Гончарова, Б.С. Ишханов,И.М. КапитоновЧАСТИЦЫИ АТОМНЫЕ ЯДРАЗАДАЧИ С РЕШЕНИЯМИИ КОММЕНТАРИЯМИУчебное пособиеДопущено Учебно-методическим объединением по классическомууниверситетскому образованию Российской Федерациив качестве учебного пособия для студентов высших учебных заведений,обучающихся по направлению подготовки 011200 – Физикаи специальности 010701 – Физика2013УДК 539.12ББК 22.382Г 65Г о н ч а р о в а Н.

Г., И ш х а н о в Б. С., К а п и т о н о в И. М. Частицыи атомные ядра. Задачи с решениями и комментариями. — М.:ФИЗМАТЛИТ, 2013. — 448 с. — ISBN 978-5-9221-1459-2.Задачник по физике атомного ядра и частиц для студентов высших учебных заведений, изучающих физику в рамках общего курса. Книга написанана основе многолетнего опыта преподавания физики атомного ядра и частиц нафизическом факультете Московского государственного университета.

Состоитиз трех глав и содержит более 500 задач с решениями и комментариямипо всем основным разделам субатомной физики. Первая глава представляеттеоретический обзор, который может рассматриваться как методическая разработка семинарских занятий по физике атомного ядра и частиц. В ней собраныосновные физические положения и формулы, иллюстрируемые решением более100 задач. Вторая глава — это собственно задачник, включающий около400 задач по основным разделам физики атомного ядра и частиц. Третья главапосвящена взаимодействию частиц и излучений с веществом. Она написана вформе теоретического обзора, дополненного решением более 40 задач.Книга предназначена не только студентам общефизических специальностей, но также студентам-физикам, специализирующимся в области физикиядра и частиц. Она будет полезна магистрам и аспирантам, педагогам иинженерам, специалистам смежных естественно-научных дисциплин.Р е ц е н з е н т:профессор В.Г.

Недорезов (Институт ядерных исследований Российскойакадемии наук)ISBN 978-5-9221-1459-2c ФИЗМАТЛИТ, 2013c Н.Г. Гончарова, Б.С. Ишханов,И.М. Капитонов, 2013ОглавлениеПредисловие . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .6Г л а в а 1. Теоретический обзор . . . . . . . . .

. . . . . . . . . . . . . . . . .§1.1. Введение. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .1.1.1. Фундаментальные частицы и фундаментальные взаимодействия (8). 1.1.2. Длина волны и энергия частиц (10).§1.2. Распады и реакции . . . . . . . . . . .

. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .1.2.1. Законы сохранения в распадах и реакциях (13). 1.2.2. Вероятности и энергии распадов (13). 1.2.3. Реакции. Пороговыеэнергии. Коллайдеры (19). 1.2.4. Эффективные сечения реакций (23). 1.2.5. Диаграммы Фейнмана (24).§1.3. Законы сохранения и взаимодействия . . . .

. . . . . . . . . . . . . . . .1.3.1. Таблица законов сохранения (29). 1.3.2. Симметрии изаконы сохранения (31).1.3.3. Пространственная четность(P -четность) (31).§1.4. Сильные взаимодействия частиц . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .1.4.1. Адроны, кварки и глюоны (32).1.4.2. Спины адронов (35).1.4.3. Пространственная (P ) четность адронов (35). 1.4.4. Изоспин адронов и систем адронов (атомныхядер) (35).

1.4.5. Законы сохранения в реакциях с адронами (38). 1.4.6. Симметрии кварковой структуры адронов (43).1.4.7. Цвет кварков и глюонов (46).§1.5. Электромагнитные и слабые взаимодействия частиц . . . . . . . . . . .1.5.1. Сравнение электромагнитных и сильных взаимодействий (50). 1.5.2. Слабые взаимодействия. Промежуточныебозоны (51). 1.5.3. Диаграммы Фейнмана слабых взаимодействий (53). 1.5.4. Объединение взаимодействий (59).§1.6. Мультипликативные законы сохранения .

. . . . . . . . . . . . . . . . . .1.6.1. Пространственное отражение и закон сохранения P -четности в распадах (60). 1.6.2. Зарядовое сопряжение и C -четность (64). 1.6.3. Спиральность (65). 1.6.4. CP -инвариантность. CP T -теорема (69).§1.7. Свойства атомных ядер . . . .

. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .1.7.2. Размеры1.7.1. NZ -диаграмма атомных ядер (71).ядер (72). 1.7.3. Массы и энергии связи ядер (76). 1.7.4. Спини четность ядер (82). 1.7.5. Изоспин нуклонов и ядер (84).1.7.6. Электромагнитные моменты нуклонов и ядер (86).1.7.7. Схемы ядерных уровней (90).§1.8. Модели атомных ядер .

. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .1.8.1. Модель заряженной жидкой капли (92). 1.8.2. Модельядерных оболочек (98). 1.8.3. Спины и четности основных состояний ядер в модели оболочек (108). 1.8.4. Модель оболочекдля средних и тяжелых ядер. Роль кулоновского взаимодействия (111).

1.8.5. Возбужденные состояния ядер в модели88132932506071914Оглавлениеоболочек. Спины, четности и изоспины ядер (114). 1.8.6. Заключение (117).§1.9. Коллективные возбуждения ядер. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1201.9.1. Вращательные спектры четно-четных ядер (121).1.9.2.

Коллективные колебания ядра (124).§1.10. Распады нестабильных ядер . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1271.10.1. α-распад ядер (128). 1.10.2. β -распад (130). 1.10.3. Вероятности распадов (137). 1.10.4. Электромагнитное излучениеатомных ядер (142).§1.11. Ядерные реакции .

. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1491.11.1. Законы сохранения в ядерных реакциях (149).1.11.2. Ядерные реакции с нейтронами (155). 1.11.3. Замедление нейтронов (163). 1.11.4. Цепная реакция деления (165).Г л а в а 2. Задачи с решениями. . . . . . . . . . . . .

. . . . . . . . . . . . . . 170§2.1. Волновые свойства частиц. Соотношение неопределенностей . . . . . 170§2.2. Релятивистская кинематика частиц . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 174§2.3. Взаимодействия частиц. Законы сохранения . . . . . . . . . . . . . . .

. 183§2.4. Адроны, кварки. Системы двух и трех частиц. . . . . . . . . . . . . . . 196§2.5. Диаграммы Фейнмана. Дискретные преобразования . . . . . . . . . . . 211§2.6. Свойства атомных ядер. Энергия ядра . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 233§2.7. Модели ядер . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 253§2.8. Распады ядер. Радиоактивность . . . . . . . . .

. . . . . . . . . . . . . . . 275§2.9. Ядерные реакции . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 306§2.10. Деление и синтез ядер. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 351Г л а в а 3. Взаимодействие частиц и излучений с веществом. .

. . . . 370§3.1. Введение. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 370§3.2. Взаимодействие тяжелых заряженных частиц с веществом .3.2.1. Удельные потери энергии заряженной частицей3.2.2. Элементарные оценки потерь энергии заряженнойцей (372).§3.3. Упругое рассеяние частиц.

Метод импульсных диаграмм . .. . . . . 371(371).части. . . . . 380§3.4. δ -электроны. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 386§3.5. Взаимодействие электронов с веществом . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3873.5.1. Потери энергии электронами (387). 3.5.2. Ионизационные потери энергии электронами (388). 3.5.3. Радиационныепотери энергии электронов (390).

3.5.4. Критическая энергия (394). 3.5.5. Пробег тяжелой заряженной частицы (396).3.5.6. Многократное рассеяние (397). 3.5.7. Рассеяние электронов (399). 3.5.8. Экстраполированный пробег электронов (400).3.5.9. Электроны высоких энергий (402).§3.6. Взаимодействие позитронов с веществом .

. . . . . . . . . . . . . . . . . 403§3.7. Взаимодействие нейтрино с веществом . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 405§3.8. Взаимодействие мюонов с веществом . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4075Оглавление§3.9. Взаимодействие гамма-квантов с веществом . . . . . . . . . . . . . . . . 4103.9.1. Фотоэффект (413).3.9.2. Комптон-эффект (414).3.9.3. Образование пары электрон-позитрон (416).§3.10.

Взаимодействие нейтронов с веществом . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4213.10.1. Свойстванейтроновразличныхэнергий (421).3.10.2. Замедление нейтронов (425).3.10.3. Диффузиянейтронов (426). 3.10.4. Альбедо нейтронов (427).П р и л о ж е н и е 1.П р и л о ж е н и е 2.П р и л о ж е н и е 3.Список литературыТаблица избранных изотопов .

. . .Таблицы частиц. . . . . . . . . . . . .Физические константы и единицы........................................................................431439443445ПредисловиеЦель учебного пособия — выработать у студентов, изучающихфизику атомного ядра и частиц, навыки решения задач по этомуразделу физики. Первое систематическое знакомство с данным разделом начинается у студентов в процессе изучения заключительногораздела общего курса физики. В зависимости от учебных программвысших учебных заведений это происходит в течение 2-го или 3-гогода обучения. Знания по физике ядра и частиц, которыми обладаютк этому моменту студенты, обычно ограничиваются весьма неполнымии упрощенными сведениями из школьной программы. В университетах студенты-физики сталкиваются с весьма обширным и нетривиальным материалом по современной физике ядра и частиц, содержащимнепривычные понятия и способы анализа и осмысления физическойинформации, далекие от приемов классической физики.