И.М. Капитонов - Введение в физику ядра и частиц (1120452), страница 2
Текст из файла (страница 2)
341 К. О вращениях в квантовой межевике......,......,......................,, 345 Л. Состояпие двух квадруполькых фоновое........,........................ 346 М. Сливовые состояния двух вухлоков. Двухнукконвые и кварк-автикварховые юосюпювые состояния. Цветовые состояввя глюовов, .....,......., ......,.....348 Н. Распад заряыеикого квока. 356 О. 'Х'аблвца избранных юотопов . ......,.... 361 П. Расдростраиеввость нуклпдов во Вселеююй.....,.......,....,...,., 368 Р. Таблюпя законов сохранения, взаимодействий к частиц.....,.. 370 С.
Физические константы к единицы 375 Т, Историческая справка. ...,.... . 377 Предматный указатюзь ...,.....,.. 333 предисловие Наскоящая книга является заключительным разделом общего курса физики, Студентй физических слециальностей завершают изучение общего курса' фиэнки'разделом «фвзика ядра и частиц». На физическом факультете Московского университета этот раздел изучается в витом семестре. Книга написана на базе курса лекций по физике ядра и частиц, который автор читает в течение ряда лет на одном из потоков 111 курса.
Материал собран в 15 лекций и расположен в той последовательности, в которой он читается студентам. Возможности кввги возволилн несколько расширить рамки ряда лекций за счет включения дололнительных разделов и большей детализации изложения. В целом, за исключением воцросов, связанных с техникой эксперимента, взаимодействием частиц и излучений с веществом, дозиметрией и радиационной защитой, которые изучаются студентами при выполнении ядерного практикума, содержание книги отвечает программе курса. Таким образом, книга лосвящена именно физике атомного ядра и элементарных частиц.
Отбор материала, последовательность и форма его взложевия оригинальны и, по мнению автора, соответствуют стилю университетского физического образования, традициям факультета, подготовленности и возможностям студента физика МГУ. Учтено, что с основамн квантовой механики студенты уже познакомились в курсе атомной физики. Книга цредназначена для верного систематического знакомства студентов с физикой ядра и частиц. Уровень знаний н степень сложности в этой области в настоящее время столь высоки, что делают невозможным полностью последовательное н безупречно строгое изложение материала во вводном курсе. Сама описьваемэл наука во многих основополагающих аспектах не завершена и стремительно развивается, становясь все более сложной и насыщенной.
В особенности зто касается физики частиц. Ограничиться же только полностью понятными для студента П1 курса темами — значит резко сузить рамки изложения и лишить читателя возможности общего взгляда на быстро растущее и поражающее архитектурой здание современной субатомной физики. В этих попьгтках соединить в одном вводном учебном пособии живую науку с уже устоявшимися представлениями — особенность предлагаемой книги и, возможно, ее недостатки. Автор с благодарностью рассмотрит предложения и замечания, которые следует направлять по адресу: 119899 Москва, Воробьевы горы, МГУ, физический факультет, кафедра общей ядерной физики.
Тематически книгу можно разделить на три части, Первые семь лекций посвюцены физике ядра и некоторым общим вопросам. Физика частиц и взаимодействий рассматривается в слекуюших шести лекциях. В завершающих двух лекпиях рассматриваются Вселенная, эволюция звезд и космические лучи. Несмотря на огромное различие'в масштабах субатомных и космологических явлений, последние нельзя понять без знания первых. Поэтому включение астрофизических вопросов в данный курс не только оправдано, но и (учитывал достигнутый уровень знаний в этой области) необходимо. Курс современной астрофизики читается студентам физического факультета МГУ вслед за курсом физщси ядра и частиц, что создает хорошие возможности для более глубокого усвоения студентами обсуждаемых в этих двух курсах общих вопросов.
Автор рекомендует студентам также компактную и написанную с большим педагогическим мастерством книгу И.Л. Новикова «Как взорвалась Вселенная» (М.: Наука, 1988). Значительную часть книги составляют приложения. С одной стороны, в них вынесен материал, для которого не нашлось места в лекпиях, но без которого в систематическом курсе обойтись нельзя (деление атомных ядер, элементы теории б-распада, встречные пучки и некоторые другие). С другой стороны, в приложениях разъясняется целый ряд утверждений, которые в основном тексте лекций лишь декларируются, а также дается достаточно простой вывод некоторых формул.
Существенную часть приложений составляет справочный материал, прежде всего таблицы изотопов н частиц. Автор также посчитал полезным дать историческую справку о наиболее важных открытиях в тех областях физики, которым посвящена книга. Любой раздел общего курса физики и особенно данный базируется на сведениях, полученных из эксперимента. Процесс открытия новых ядер и частиц, уточнения их характеристик н ряда принципиальных констант (в том числе и космологических), по существу непрерывен. Уже в ближайшие годы мы можем стать свидетелями таких фундаментальных открытий как обнаружение бозонов Хиггса, суперсимметричных частиц, массивности нейтрино, структуры кварков и лептонов и др. Вся численная информация, предлагаемая читателю, датируется 2000 г.
и взята из следующих справочников: 1),7.К Той. Хпс1еаг %аНе$ СапЬ. Хаэ1опа) Ва1а Сепзег. Вгоо1сЬачеп ХаИопа1 ЬаЬога$огу. ПБА, 2000. 2) феч1еэг оУ Рэгз)с)е РЬуэ)сэ. ТЬе Епгореап РЬуэ1се Зопгпа1. 2000. У. 15, № 1-4. Книга предусматривает два уровня сложности. Первый (н главный) гвечает лекционному материалу без тех разделов, которые отмечены звездочками. Освоение этого уровня обязательно для успешного завершения обучения по общему курсу физики, Книга в полном объеме рекомендуется студентам, специализирующимся в области физики ядра и частиц. Автор благодарен профессорам В.
С. Ишханову, Е. А. Романовскому и И. В. Ракобольской, докторам физ.-матем. наук Н. Г. Гончаровой и В. В. Варламову, кандидатам физ.-матем. наук И. А. Тутынь, В. С. Замираяову, Ю, И. Сорокину и Н. А. Сотниковой, чья помощь, советы и замечания способствовали появлению н улучшению книги. Автор чрезвычайно признателен Инне Альбертовне Тутынь за болыцую помощь при подготовке рукописи к печати.
Лекция 1 1. Введение в курс й Отпкрытлие отпомного ядра. Одитие понятаия о ядре В. Опыпт Резерфорда. Модель атома Томсона и Резерфорда д. Эффекктиеное сечение В. Формула Резерфорда. Рассеяние а-настаич на ядре гоеРо В. Волны де Броеля. Вифракиионная картина рассеяния т. Рассеяние злектпроное на здрав. Опыпты Хофититадптера В. Формула Моитпта. Форм-фактпор. Распределенне заряда е ядре У.
Распределение заряда в нуклоне и размер нуклона 1. Введение в курс «Физика ядра и частиц» — заключительный раздел общего курса физики. Изучаемые объекты изображены на рис. 1.1. Это атомные ядра и элементарные частицы, т. е. объекты более мелкие, чем атом. Специфика курса и связанные с этим трудности следующие: — много нового фактического материала, подчас непрнвычного; — это раздел формирующейся науки, теория которой далека от завершения; — необходимо знать квантовую механику. Иначе нельзя изложить курс, описывающий явления на сверхмалых расстояниях. Однако и квантовой механики недостаточно.
Она скорее необходимый язык. Ве достаточно на уровне атома, но недостаточно для ядра и элементарных частиц. В случае ядра необходима еще теория многих сильно взаимодействующих тел. Пока строго может быть решена задача не более чем четырех таких тел. В случае частид нужна универсальная квантовая теория поля, объединяющая все типы взаимодействий.
Обе теории в процессе создания. Таким образом, квантовая механика и теория поля доллсны быть дополнены физикой взаимодействий (которая недостаточно понята) и соответствующей математикой. По сих пор знания студентов ограничивались двумя типами фундаментальных взаимодействий: электромагнитным и гравитационным. В этом курсе добавятся остальные два — сильное (его проявлением является межнуклонное, ядерное) и слабое.
Их ненаблюдаемость в повседневной жизни связана с их короткодействием. Мы ощущаем их лишь ацосредовано. Вез них мир был бы совершенно другим. Солнце и звезлы не могли бы существовать даже и без слабого взаимодействия. 12 эпюктесе рпа«е Ры«. зл В процессе изучения курса мы дойдем (в последних лекциях) до фантастических расстояний, энергий и интервалов времени (10 ззсм, Т = 10~зК, ЬГ = 10 «зс). Уже есть представления о том, что при атом происходит. Весьма впечатляющим является то, что микромир объединяется с космосом. Происходящее во Вселенной по существу объясняется законами микромира и гравитацией.
Итак, основное отличие данного раздела общего курса физики от других в том, что его невозможно изложить, выводя последовательно все соотношения из малого числа основных положений. Во-первых, в силу неосвоенностн читателем квантовой теории н, во-вторых, в силу незавершенности процесса получения важнейшей фактической информации и самой теории микромира. Многое пока придется брать на веру.
Что можно вывести просто, — будет выводиться. Но психологически нужно быть готовым к тому, что многое до конца останется неясным. Это неизбежно. Однако к концу курса у читателя должно возникнуть некое замкнутое представление о предмете. 2. Открытие атомного ядра. Общие понятия о ядре В 1909 г, сотрудники Резерфорда Гейгер и Марсден установили, что отклонение а-частиц, рассеянных тонкими золотыми и платиновыми фольгами (рис. 1.2), не согласуется с общепринятой в то время моделью атома Томсона, которая трактовала атом как в целом нейтральную сферу размером 10 зсм с равномерным распределением заряда (положительный заряд распределялся на поверхности, а отрицательные электроны — внутри).
Для разрешения проблемы Резерфорд предложил в 1911 г. «планетарную» модель атома с центральным положительно заряженным ядром малого размера (и10 'зсм). о'11 Лолгое время (около 20 лет) считалось, что ядро состоит из протонов и электронов: А протонов и А — Я электронов. При этом, так как масса протона много больше массы электрона, удавалось объяснить не только заряд, но и массу ядра. Но были и противоречия, например угловой момент (спин) ядра азот-14 ('г4Ф). Он был целочисленным (1), в то время как протон-электронная модель предсказывала полуцелое значение (как и для всякой системы из нечетного числа фермионов). В 1932 г.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
