В.А. Горбаренко - Излучения, атомная и ядерная физика (1022086), страница 16
Текст из файла (страница 16)
Открытие этой частицы было названо ноябрьскойреволюцией в физике элементарных частиц, поскольку оно экспериментально подтвердило гипотезу кварков. До 1974 г. кваркимногими физиками принимались в качестве некоторых вспомогательных объектов. Теперь кварки обрели физическую реальность.13. В 1983 г. открыты промежуточные бозоны − переносчики слабого взаимодействия.6.6.2. Классификация элементарных частицОбщими характеристиками всех элементарных частиц являются: масса (в физике элементарных частиц массу принято выражать в энергетических единицах в соответствии с соотношением Эйнштейна); время жизни (стабильность), измеряемое в секундах; электрический заряд, который выражается в единицахэлементарного заряда е=1,6⋅10-19 Кл; величина собственного момента количества движения (спин). Кроме того, для характеристики элементарных частиц были введены специфические квантовые числа − лептонные и барионные заряды.
Насколько известно в настоящее время, эти заряды (в отличие от электрического) не являются источниками каких либо силовых полей. Этопросто квантовые числа, характеризующие внутренние свойстваэлементарных частиц, но во всех процессах рождения и взаимного превращения элементарных частиц выполняются, наряду с известными законами сохранения, законы сохранения лептонного ибарионного зарядов.
Также в физике элементарных частиц вводится ряд понятий с весьма экзотическими названиями: странность, очарование, красота, цвет и пр. Все эти термины не имеютникакого отношения к тому, в каком смысле они употребляютсяв обыденной жизни, это просто квантовые числа.97Каждой элементарной частице соответствует античастица.У частицы и античастицы массы, спины, времена жизни одинаковые, а прочие характеристики (электрический заряд, магнитный момент, лептонные и барионные заряды, странность, очарование, красота) одинаковы по абсолютной величине, но противоположны по знаку.Частицы, которые, как считают в настоящее время, не имеют внутренней структуры, называются истинно элементарнымиили фундаментальными. К ним принято относить следующиечастицы (и их античастицы): лептоны, кварки, фотоны и промежуточные бозоны W±, Z°.
Рассмотрим их.1. Лептоны. К лептонам относятся: электроны, мюоны, τлептоны и три сорта нейтрино – электронное νe, мюонное νμ и τнейтрино ντ. Лептоны группируются в пары:⎛ e − ⎞⎛ μ − ⎞⎛τ − ⎞⎜ ⎟⎜ ⎟⎜ ⎟ .⎜ν ⎟⎜ ν ⎟⎜ν ⎟⎝ e ⎠⎝ μ ⎠⎝ τ ⎠Это объединение обусловлено тем, что каждый сорт нейтрино участвует в реакциях только вместе со своим партнером попаре (частицы в верхней строке таблицы имеют электрическийзаряд, равный заряду электрона, частицы в нижней строке нейтральны).
Следует отметить, что лептоны не содержатся внутрираспадающегося ядра или частицы, а рождаются в самом процессе распада, например при распаде нейтрона n → р + е⎯+ ν̃2. Кварки. Кварки − это частицы, из которых, по современным представлениям, построены крупные частицы (адроны). Кнастоящему времени достоверно установлено существование пяти разновидностей кварков u, c, d, s и b. И совсем недавно поступали сообщения об открытии t-кварка. Все кварки имеют спин1/2, барионный заряд 1/3 и обладают дробным электрическим зарядом +2/3 или -1/3. Частицы, расположенные в верхней частитаблицы имеют заряд +2/3, а в нижней − -1/3⎛ u ⎞⎛ c ⎞⎛ t ⎞⎜⎜ ⎟⎟⎜⎜ ⎟⎟⎜⎜ ⎟⎟ .⎝ d ⎠⎝ d ⎠⎝ b ⎠98Протон состоит из двух u-кварков и одного d-кварка(р→uud), нейтрон состоит из одного u-кварка и двух d-кварков(n→ddu).
Согласно современной теории каждый кварк можетбыть в трех состояниях, характеризуемых значением квантовогочисла, названного цветом (значения этого квантового числа красный R, зеленый G, голубой В). Сейчас принято считать, что всвободном состоянии кварки существовать не могут.3. Фотоны. промежуточные (или векторные) бозоны,гравитоны н глюоны. Все эти частицы являются переносчикамиодного из четырех фундаментальных взаимодействий, поэтомуодновременно с рассмотрением каждой из частиц, будем рассматривать и соответствующее взаимодействие.В настоящее время в природе известно четыре вида фундаментальных взаимодействий: электромагнитное, гравитационное,слабое ∗) и сильное.а).
Электромагнитное взаимодействие. Оно сводится квзаимодействию электрических зарядов (и магнитных моментов)частиц с электромагнитным полем. Электромагнитное взаимодействие (ЭВ) обеспечивает связь электронов в атомах, ионов вкристаллах, атомов в молекулах. Электромагнитное взаимодействие (наряду с тяготением) играет основную роль в окружающем нас макроскопическом мире. Им объясняются непосредственно воспринимаемые нами силы природы: упругие, вязкие, молекулярные, химические и пр.
ЭВ обладает бесконечным радиусом и сравнительно большой интенсивностью, благодаря чемуактивно проявляется на всех масштабных уровнях: в мегамире,макромире и микромире. С квантовой точки зрения носителемэлектромагнитного взаимодействия являются кванты электромагнитного поля (фотоны), а процесс электромагнитного взаимодействия сводится к испусканию и поглощению виртуальногофотона.∗)Существует теория, в которой электромагнитное и слабое взаимодействие объединены в единый тип. На расстояниях от силового центра,меньших радиуса действия слабых сил (10-16 см), различие между электромагнитным и слабым взаимодействием исчезает.99б). Гравитационное взаимодействие. Оно доминирует вслучае макроскопических масс (планет, звезд).
Но в мире элементарных частиц, ввиду малости их масс, это взаимодействиеничтожно. Предполагается, что носителями гравитационноговзаимодействия являются кванты поля тяготения − гравитоны. Внастоящее время их существование не обнаружено. Радиус действия электромагнитного и гравитационного взаимодействий неограничен.в). Слабое взаимодействие. Слабое взаимодействие вызывает, например, β-распад радиоактивных ядер и, наряду с электромагнитными силами, объясняет поведение лептонов. Оно является короткодействующим, радиус действия порядка 10-16 см.Интенсивность слабого взаимодействия гораздо меньше интенсивности электромагнитного взаимодействия.
Носителем слабоговзаимодействия являются векторные бозоны W+, W⎯ и Z°. Частицы W+ и W⎯ обладают единичным положительным и отрицательным зарядом соответственно, частица Z° − нейтральная. Это тяжелые частицы. В слабом взаимодействии участвуют все элементарные частицы (кроме фотона и гравитона).Фундаментальные частицыЛептоныКваркиПереносчики взамодейст-e-μ-τuсtνeνμντdsbГлюоны gГравитон ПромежуточныебозоныФотонγGνGW-W+ZРис.6.5г) Сильное (ядерное) взаимодействие. Сильное взаимодействие обеспечивает самую сильную связь элементарных час-100тиц, в частности, связь между нуклонами в атомных ядрах.
Оноприсуще большинству элементарных частиц, так называемых адронов (протон, нейтрон, гипероны, мезоны и т.д.). Сильное взаимодействие - короткодействующее, радиус его действия порядка10-13 см. Сильное взаимодействие не зависит от знака электрического заряда взаимодействующих частиц, т.е. обладает зарядовойнезависимостью. Оно также обладает свойством насыщения, т.е.в атомном ядре каждый нуклон взаимодействует с ограниченнымчислом нуклонов. По современным представлениям сильноевзаимодействие осуществляется путем обмена между кварками,из которых состоят адроны, частицами с нулевой массой покоя испином 1 − глюонами. Предполагается существование восьмиглюонов.На рис.6.5.
приведены частицы, которые на сегодняшнийдень считаются фундаментальными.ЧАСТИЦЫКванты полейЛептоны(е ,νе,μ,νμ,τ,ντ)L=+1Адроны-Фотон γСтабильныеадроныРезонансыГравитон GМезоны(В=0)Пион(π , π -, π0)+Этон( η0 )Каон(К+, К0)МезонныерезонансыБарионы(В=1)Нуклон( )Гиперон(Σ+,Σ-,Σ0)БарионныерезонансыГиперон(Ω-)Гиперон(Λ0)Рис.6.6В зависимости от участия в тех или иных видах взаимодействия, элементарные частицы, за исключением фотона и гравито-101на, разбивают на две группы − адроны и лептоны (см.рис.6.6).Адроны участвуют в сильном взаимодействии, наряду с электромагнитным и слабым; лептоны участвуют только в электромагнитном и слабом взаимодействиях. Остановимся несколько подробнее на адронах.Адроны обладают сложной внутренней структурой.
Ониразделяются на две подгруппы: барионы и мезоны (включая барионные и мезонные резонансы. Резонансами назвали частицы,распадающиеся за счет сильного взаимодействия, с временемжизни порядка 0 с.Барионами называют адроны с полуцелым спином и массами, не меньшими массы протона. К ним относятся нуклоны (протоны и нейтроны) и гипероны (Λ° ,∑+, ∑°, Ω⎯и др.). Нуклоны −самые легкие барионы.
Протон − единственный стабильный барион, все остальные барионы нестабильны и путем последовательного распада превращаются в нуклоны и легкие частицы: πмезоны, электроны, нейтрино, γ-кванты. Все барионы обладаютотличным от нуля барионным зарядом, суммарная величина которого сохраняется во всех взаимных превращениях элементарных частиц.Мезонами называют нестабильные адроны, обладающиенулевым или целочисленным спином.
Сюда относятся π-мезоны,К-мезоны и др. Свое название они получили потому, что массыпервых открытых мезонов имеют промежуточное значение между массами протона и электрона (от греческого "промежуточный"). В дальнейшем было открыто много мезонов, масса которых превосходит массу протона.102СОДЕРЖАНИЕВведение ………………………………………………………1. Тепловое излучение ………………………………………..2.
Квантовые свойства света …………………………………3. Спектры излучения атомов. Теория атома водорода ……4. Основы квантовой механики ……………………………..5. Основы квантовой электроники ………………………….6. Основы ядерной физикии физики элементарных частиц …………………………..341831445870.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
