1598082982-ec6eac7a67110b7411640c3bff1b0d60 (Конспект лекций по физике в электронном виде (2015)), страница 50

д.). Массы, спин и время жизни частицы и античастицыодинаковы.Истинно нейтральная частица – частица, которая совпадает со своей античастицей.ПРИМЕРЫФотон γ, π0-мезон, η0-мезонАннигиляция – превращение пары частица-античастица в истинно нейтральныечастицы. Обратный процесс – рождение пары.Процессы аннигиляции и рождения пары происходят с соблюдением законов сохранения.ПРИМЕРРеакция аннигиляции электрона и позитронаe   e   2γ .7.4.4. Взаимодействие частиц. Фейнмановские диаграммыВсе процессы сводятся к испусканию, распространению и поглощению реальныхи виртуальных частиц.В этом параграфе содержится в том числе материал, изложенный в ПАРАГРАФЕ 0. В частности,1.1 мы здесь второй раз не воспроизводим, но на «живой» лекции её, конечно, нужно записать ещё раз.82ТАБЛ.375Взаимодействие частиц осуществляется путём испускания и поглощения виртуальных частиц-переносчиков, для которых m2c 4  W 2  c 2p2 (m – масса, W - энергия, p – модуль импульса частицы).Взаимодействие, соответствующее обмену виртуальными частицами массы m,описывается потенциалом Юкавыα c U r   errmc,e2– постоянная тонкой структуры;– комптоновская длинаcmcволны частицы массы m.

Этот потенциал резко падает с ростом m.При анализе различных процессов удобно пользоваться диаграммами Фейнмана.здесь α Элементы и правила построения диаграмм Фейнмана1. Линии описывают распространение частиц.2. Вершины – места соединения линий – описывают испускание и поглощениечастиц.3. Реальные частицы изображаются лучами – линиями, приходящими из бесконечности и уходящими в бесконечность.4.

Виртуальные частицы изображаются отрезками – линиями, соединяющимидругие линии.5. Фермионы изображаются прямыми линиями, бозоны – волнистыми линиями.Вероятность процесса определяется квадратом модуля его амплитуды. Фейнмановская диаграмма задаёт алгоритм вычисления этой амплитуды.Каждому элементу диаграммы отвечают определённые множители.1. Линиям реальных частиц соответствуют волновые функции этих частиц.2.

Вершинам соответствуют константы взаимодействий.3. Линиям виртуальных частиц соответствуют функции распространения (про1пагаторы) ~ 2 (P – модуль 4-импульса виртуальной частицы).PПРИМЕРЫ1) Упругое рассеяние электрона на про- 2) Неупругое рассеяние электрона на протоне (РИС. 49.1)тоне (РИС. 49.2)e–e–γγppРис. 49.1e–e–pγ – тормознойфотонpРис. 49.23763) Аннигиляция электрона и позитрона в 4) Аннигиляция электрона и позитрона вдва фотона (РИС. 49.3)три фотона (РИС. 49.4)e+e–e+γe–e–γРис. 49.3γγРис.

49.46) Рассеяние мюонного нейтрино электроном (РИС. 49.6)5) Распад мюона (РИС. 49.5)νμμ–γe–e–νμνμW–Ze–e–Рис. 49.5e–Рис. 49.67.4.5. Законы сохраненияЗаконы сохраненияточные(выполняются для всехфундаментальных взаимодействий)ЗС энергииЗС импульсаЗС момента импульсаЗС электрического зарядаЗС лептонных зарядовприближённые(не выполняютсяпри слабом взаимодействии)ЗС барионного зарядаЗС чётностиЗС изоспинаЗС странности, очарования и красоты1. Лептонные зарядыЛептонный зарядэлектронныймюонныйтаонный377Закон сохранения лептонных зарядов: во всех процессах лептонные заряды закрытой системы остаются неизменными:Le  const , Lμ  const , Lτ  const .ПРИМЕРЫn  p  e   νe , p  νμ  n  μ2.

Барионный заряд1 для барионов,B  1 для антибарионов,0 для др. частиц.Закон сохранения барионного заряда: во всех процессах барионный заряд закрытой системы остаётся неизменным:B  const .ПРИМЕРppppppантипротон3. СтранностьСтранность S – квантовое число, отличное от нуля для некоторых гиперонов имезонов, распадающихся за счёт слабого взаимодействия.Закон сохранения странности: во всех процессах, обусловленных электромагнитным и сильным взаимодействием, странность закрытой системы остаётсянеизменной, а в процессах, обусловленных слабым взаимодействием, может изменяться на ±1.ПРИМЕРp  p  p  Λ0  K K+-мезон, S = +1Λ0-гиперон, S = –14.

Шарм (очарование) C, красота (прелесть) b, истина tЭти квантовые числа – аналог странности S.Закон сохранения шарма, красоты и истины: во всех процессах, обусловленныхэлектромагнитным и сильным взаимодействием, шарм, красота и истина закрытой системы остаются неизменными, а в процессах, обусловленных слабым взаимодействием, могут изменяться на ±1.5.

ИзоспинАдроны, близкие по физическим свойствам, можно разбить на группы – изотопические мультиплеты.Характеристики частиц в изотопическом мультиплете1. Примерно равные массы m2. Равные барионный заряд B, спин s, странность S3. Различный электрический заряд Q4. Равный изотопический спин (изоспин) Te3785.

Различные проекции изотопического спина TzОбщее число частиц в мультиплете равно 2T + 1.Частицы с большим электрическим зарядом Q имеют большие Tz.ПРИМЕРНуклон: T 111; Tz  p    , Tz  n   .2227.4.6. Чётность. C-, P-, T-симметрии. Поляризация частицЧётность – свойство физической величины сохранять свой знак (или изменятьего на противоположный) при некоторых дискретных преобразованиях:A  PA ,где A – физическая величина до преобразования, Aˊ - эта же величина после преобразования;P  1 .При P = +1 величина чётная, при P = –1 – нечётная.C-симметрия (зарядовая симметрия) – симметрия относительно зарядовогосопряжения, т. е относительно замены всех частиц в некотором процессе на соответствующие античастицы.P-симметрия (зеркальная симметрия) – симметрия относительно зеркальногоотражения, т.

е относительно замены некоторого процесса зеркально отражённым.T-симметрия (временная симметрия) – симметрия относительно обращениявремени, т. е относительно замены некоторого процесса на обратный.Поляризация частицВсе частицы, рождающиеся в процессах, обусловленных слабым взаимодействием,поляризованы продольно: спин частицы направлен параллельно её импульсу:Ls p .Правополяризованная частица – частица, спин которой сонаправлен импульсу.Левополяризованная частица – частица, спин которой направлен против импульса.Частицы рождаются левополяризованными, а античастицы – правополяризованными.

Это означает нарушение C- и P-симметрии – несохранение C- и P-четности.ПРИМЕРЫРаспад каона (K-мезона):K L0  π  π  , K L0  π 0π 0 .Эти процессы идут с нарушением CP-симметрии. Вероятность этих процессов около 10–6.CPT-симметрия не нарушается никогда.3797.4.7. Стабильные и долгоживущие адроны83МезоныТаблица 49.1ЧастицаПионКаонОбозна- АнтичачениестицаQBSВремяжизни, сОсновныеканалыраспадаππ139,6+1002,60∙10–8μ νμπ0π0135,00008,3∙10–172γKK493,7+1001,24∙10–8μ νμ , π π0K S0K S0497,700+18,9∙10–11π  π  , 2π 00L0L497,700+15,2∙10–8η0548,8000< 10–18Kη-мезонМассапокоя,МэВ/c2η0Kπ  e  νe ,π  μ ν μ , 3π 02γ , 3π 0БарионыТаблица 49.2ЧастицаОбозна- АнтичачениестицаМассапокоя,МэВ/c2QBSВремяжизни, сОсновныеканалыраспадаПротонpp938,3+1+10СтабиленНейтронnn938,30+10920pe  νeЛямбдаΛ0Λ01115,60+1–12,6∙10–10pπ  , nπ 0ΣΣ1189,4+1+1–18,0∙10–11pπ 0 , nπ Σ0Σ01192,50+1–16∙10–20Λ0 γΣΣ1197,3–1+1–11,5∙10–10nπ Ξ0Ξ013150+1–22,9∙10–10Λ0π 0ΞΞ1321–1+1–21,64∙10–10Λ0π ΩΩ1672–1+1–38,2∙10–11Σ0π 0 , Λ0K СигмаКсиОмегаТАБЛИЦЫ 49.1, 49.2, 49.3 не стоит воспроизводить во время лекции целиком на доске, а показатьв виде компьютерной презентации.833807.4.8.

ЛептоныТаблица 49.3ОбозначениеАнтичастицаМассапокоя,МэВ/c2Электрическийзаряд QВремяжизни, сЭлектронeeпозитрон0,511–1СтабиленЭлектронноенейтриноνeνe00СтабильноМюонμμ105,7–12,20∙10–6Мюонноенейтриноνμνμ00СтабильноЧастицаОсновныеканалыраспадаe  νe ν μμ  ν μ ντ ,τ-лептон(таон)ττ1784,0–1< 4∙10–13τ-нейтриноντντ00Стабильноe  νe ν τ ,адроны381Лекция 507.5. Кварковая модель адронов7.5.1.

Фундаментальные фермионы. Поколения лептонов и кварковВсе адроны состоят из частиц, называемых кварками.Имеется 6 типов (ароматов) кварков (см. ТАБЛ. 50.2).1Все кварки имеют спин s  , дробный электрический заряд, барионный заряд21B .3Антикварки отличаются от кварков знаками зарядов Q, B, S, C, b, t.Лептоны и кварки группируются в три поколения (ТАБЛ.

50.1). Частицы I поколения – самые лёгкие, III поколения – самые тяжёлые.Таблица 50.1Поколения лептонов и кварковIe–νeduIIμ–νμscIIIτ–ντbtТаблица 50.2ОбозначениеЭлектрический Странность(аромат) кварказаряд QS2u верхний031d нижний031s странный–132c очарованный031b прекрасный032t истинный03ШармcКрасотаbИстинаt0000000001000100017.5.2. Взаимодействие кварков и образование адроновСильное взаимодействие между кварками осуществляется через обмен глюонамиg. Фейнмановская диаграмма взаимодействия кварков показан на РИС. 50.1.Спин глюона s = 1, чётность P = –1.382Кварки не наблюдаются в свободном состоянии. Имеет место пленение кварков –конфайнмент.Потенциал типа воронки, описывающий конфайнмент кварка внутри адрона, показан на РИС.

50.2 (r0 ≈ 10–15 м).Uqqg0r0rqqРис. 50.1Рис. 50.2Мезоны состоят из кварка и антикварка.Барионы состоят из трёх кварков; гипероны состоят из трёх кварков, не все из которых – u или d.Спин адрона:J  L  Ls .сумма орбитальныхсумма спиновмоментов кварковкварковСистемы, состоящие из одной и той же комбинации кварков, но с разнымсуммарным спином, являются разными элементарными частицами!ПРИМЕРЫ  Протон – p : uud    .Нейтрон – n : udd    .Каоны – K : us    , K : ds    .Лямбда – Λ :uds    .Пи-мезоны – π  : ud  , π  : ud  .07.5.3.

ЦветКварки характеризуются ещё одним квантовым числом – цветом. Цвет можетпринимать три значения (ТАБЛ. 50.3)При испускании и поглощении глюонов кварк изменяет цвет, но его аромат приэтом сохраняется.Антикварки характеризуются антицветом.Глюоны характеризуются цветом и антицветом.Закон сохранения цвета: цветовой заряд закрытой системы не изменяется.383Закон сохранения цвета не выполняется в процессах, обусловленных слабым взаимодействием.Таблица 50.3ЦветКрасныйЖёлтыйСинийАнтицветАнтикрасный (зелёный)Антижёлтый (фиолетовый)Антисиний (оранжевый)ПРИМЕРЫИспускание глюона кварком:qк  qж  gкж , qк  qс  gкс .Поглощение глюона кварком:qк  gкж  qж , qк  gкс  qс , qк  gсс  qк .Так как глюон имеет цветовои заряд, он испускает глюоны. На расстояние большеr0 цветовые заряды вырваться не могут.