И.М. Капитонов - Введение в физику ядра и частиц (1120452), страница 18
Текст из файла (страница 18)
Он является наложеныем одно-, двух- (и т.д.) частичных возбуждений модели оболочек и коллективных (вращательных и колебательных) возбуждений. Лишь в очень ограниченном числе ядер доминирует какая- либо одна вз вышеперечисленных ветвей возбуждений. Характерные энергии одночастичных возбуждений в ядрах — мегаэлектроввольты, вибрапионных — сотни-тысячи килоэлектронвольт, вращательных — десятки-сотни килоэлектронвольт. С ростом знергви возбуждений плотность ядерных уровней быстро растет и при энергии больше 10 МэВ, как праввло, уровни сильно перекрываютсл н спектр возбуждений становится непрерывным.
При таких больших энергиях в ядрах пояюппотся возбуже' Лекция 7 девиа, в формирование которых вовлечены внутренние (наиболее сильно связанные) вуклоиы. Спектр якерщях коллективных возбуждений существенно обогащается. Появляются, например, «лоляризациовные» возбуждения, в процессе которых происходит разделенве протонов и нейтронов ядра.
На рис.7.18 показаны три примера таких возбуждений — электрические дипольные (Е1), электрические квадрупольные (,Е2) и магнитные дипольные (М1), называемые иолсиичиььии. Показаны крайние положения протонной и нейтронной составляюпщх ядра а процессе этих колебаний (они меняются местами через половину периода колебаний). Частота подобных колебаний в ядрах 10з1-10 з Гц. Е1-колебания являются наиболее «мощным» коллективным ядерным возбуждением. Оии ваблюдаютсе у всех ядер с А > 2 и называются эиеаишсвил дипольиььи реэоиаисом. Максимум этого резокавса, хорошо видного в сечеввях поглощения ядрами фотонов, располагается при энергиях 13-26 МэВ. Ширина резонанса а 10 МэВ (Лекция 8, рис. 8.1).
Верхняя граница спектра ядерных возбуждений ограничена энергией ю 100 МэВ. Прн более высоких энергиях, передаваемых внутрь ядра, начинаются возбуждения самих нуклонов. дипооьные ,/а1 раа. Т.за. Пааараааакаавма аааебаэаа адар Лекция 8 1. Эпементарные частицы. Введение 3. Современные ускоритеаи Ю. Некоторые сведенш об эаеаентарныг частицаэ 4. Экспериментальное исспедование структурьь частиц б.
Теории в физике частиц. Типы взаимодействий частиц. Константы и радиусы взаимодействий б. миаграммы Фейнмана дпе эпетпромагнитныг взаимодействий 7. Кванты другш попей. Фундаментаоьные бозоны 1. Элементарные частицы. Введение Мир элементарных частиц — зто мир объектов более мелких, чем атомное ядро, т. е. объектов характерные размеры которых < 1 Фм (рис. 1.1). Это исключительно важный раздел физической науки, да и науки вообще, так как он связан с изучением фундаментальных законов природы. В последние 3-4 десятилетия в этой области физики сделано много важных открытий. Установлено существование кварков н лептонов, о размере которых в настоящее время известно лишь то, что он < 10 гв см.
Хорошо знакомые нам вукловы (протоны и нейтроны), из которых состоят атомные ядра, больше не считаются бесструктурными объехтами. Доказано, что они состоят из кварков. Из кварков состоят не только нуклоны, но и вообще все сильновзанмодействующие частицы — адроны (их характерный размер, как и вукловов, рз 1фм). Таким образом, к последовательное*н дробящегося вещества, похожего на открываемую матрешку (молекулы -+ атомы -+ ядра -ь вукловы), добавлен новый слой структуры материи — кварк-лептонвьгй (говорпт об обнаружеюпг новой ступени хвантовой лестюшы).
Более того, оказалось, что повеление кварков и лептоиов может быть описано обобщением уже ненастных прющипов квантовой теории поля, наиболее полно вошющеввых в квантовой электрснвнамнке. Таким образом, не только открыт наиболее фундаментальньгй уровень материн, во и в значительной степени повиты законы, увравляющие этим новым миром. Лекцию Ю 2. Современные ускорители Проивквовевие во все более малые области пространства требует все больших ковцевтрацай эиергви.
Это вепосредствевво следует из зависимости длавы волам частицы от ее энергии (поэтому физика частиц зто также фимша высоких звергий): Ь 2ийс 1240 МэВ Фм р Е Ж ~МэВ) (8.1) Напомвим, что лишь при А < В ( — радиус объехта) можно исследовать его ввутревшою структуру посредством анализа дифракциоввой картины рассеяния (Лекция1). Открытие принципа фазовой стабвльвости, сделанное в 1944 г. в СССР В. И.
Векслером в везависиз1о э 1945 г. в США Макмиллавом, сияло ограиичевие ва зиергии кольцевых ускорителей. Эвергаи крупвейших кольцевых (и одного линейного) ускорителей вриведевы в таба, 8.1, Все эти ускорители являются коююабдерами, т.е. ускоритеаями аа встречвых пучках, что позволяет исключить потери эвергии ва диюкевие цевтра масс сталкивающихся частиц (Приложевие И). Таблица 8.1 Крупвейзпве усхоритепи С помощью перечисяеапьш в таблице ускорителей можво изучать структуру объектов размером до 10 зе см, 127 Максимальные массы частиц (в единицах глез), кото. рые можно генерировать иа коллайдерах, равны суммарным энергиям сталкивающихся пучков (при условии, что ускоренные частицы имеют равные массы и энергии).
Максимальные массы частиц, которые могут быть рождены на электрон-позитроввых коллайдерах, достигают 200 ГэВ (ЬЕР). Для протон-автипротовного коллайдера (ТЕЧАТЕОМ) соответствующая величина 2 000 ГэВ. Принцип работы современных кольцевых ускорителей: заряженные частицы двигаются по кольцу, проходя промежутки с ускоряющим переменным электрическим полем радиочастотного диапазона.
Частицы, увеличивающие свою энергию, удерживаются на фиксированной орбите с помощью нарастающего поля мощных сверхпроводящих кольцевых магнитов. По достижении максимального магнитного поля ускоренные частицы либо направляются на неподвижную мишень, либо сталкиваются со встречным пучком, после чего цикл усхорения повторяется.
Если встречные пучки состоят из частиц, имеющвх равные массы и цротивоположвые по знаку заряды, то для обовх пучков используется одно кольцо магнитов. В некоторых точках этого копьца создаются области пересечения (столкновения) ускоренных встречных пучков. Современные ускорители высокой энергии оснащаются системами генерации пучков вторичных частиц (и античастиц). В качестве последних могут бытыг~,,ыэ, нейтрино, антинейтрино и др.
С помощью пучков вторичных частиц (в частности и в р с энергиями сотни ГэВ) выполнены многие важные эксперименты, 3. Некоторые сведения оо элементарных частицах В этом курсе мы уже сталкивались со следующими элементарвыыи частицами: протон (р), иейтрон (п), электрон и позитрон (е ), фотон (у), нейтрино (и), автинейтриво (р), промежуточные Ьозовы (И'~, Е), пионы (т~, те). Число известных элементарных частиц приближается к 500, если включать в это число и античастицы.
Среди только что приведенного списка пары частица-античастида образуют е", и и Р, И'а, я~. У фотона ( у), Е-бозона и те частица совпадает с античаствцей (точное отличие частид и античаствп будет сформулировано в Лекции 9). Есть несколько стабильных частиц — р, е, у, и (и соответствующие им античастицы). Они или совсем не распадаются, или распадаются так медленно, что это никогда не наблю- 128 далось.
Из опыта известно, например, время жизни электрона т, > 4.2 10зе лет, протона тр > 10эз лет, что ва много порядков превьппает возраст Бселевной (в 10те лет). Свободный нейтрал распадается за т„~ 900с, но в ядре может бътть не менее стабилен, чем протон. Важно подчеркнуть, что продукты распада нейтрона и-+р+е +р, (нижний индекс е в обозначении автинейтрвно Р, означает, что речь вдет об окном, аленшронном, типе нейтрино) не являются составными частями нейтрона, а рождаются в момент его распада.
Это же справедливо для всех других частил, претерпеваюших распад. Частицы распела — ве составные части исходной(~ частицы, оки рождаются в момент ее распада. Это кардинально отличает элементарную частицу от всех других известных объектов и может быть принято как одно из онределевий элементарной частицы. При соударенив двух очень энергичных частиц рождается много новых. Наблюдалвсь события, где рождались сотни частиц и все оии были не осколками столкнувшихся, а полноценными новыми частицами. Таким образом, наряду с более формальным определением элементарной частицы (или просто частицы), ведушим к началу этой лекции: — (рлементпарноб) часптииеб будем наэьтеапть объентп размером <1 Фм; можно использовать в более 4втзвческое определение: — (эле.иеюпарноб) часптииеб будем наем«апта обьентп, нотпорыб нельзя расщепитаь на состаелеющие его элементы.
Кроме «абсолютно» стабильных перечисленных вьппе частиц (р, е, т, р) и нейтрона у остальных времена жизни лежат в диапазоне 10 т4 — 10 ос. Большинство живет < 10 тес ~ и называется резонансами. О более долгоживушвх условно го- ~~ зорят тоже как о стабильньп (или квазистабильиых). Резонансы распадаются за счет сильного вэавщщействия (характерные времена таквх распадов малы — 10"зз — 10 э~ с).
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
