И.М. Капитонов - Введение в физику ядра и частиц (1120452), страница 21
Текст из файла (страница 21)
Следовательно, в электромагнитных цроцессах с большой точностью можно ограничиться диаграммами с минимальным числом узлов. При этом расчет вероятности процесса сильно облегчается. Так при расчете ее-.рассеяния ю всех возможных диаграмм в хорошем приближении может быть оставлена лкшь простейшая — двухузловая (рис.8.6) . я ( — )ь а На рнс.8.6 темный кружок слева — область взаимодействия. Приведено лишь по одному типу четырех- и шестиузловых диаграмм (их на самом деле много больше).
Аналогично обстоит дело и в слабых взаимодействиях (о,„ез 10 а), гле также можно в большинстве случаев ограничиться мэлоузловымн диаграммами. А в сильных взаимснействиях (а, ш 1) часто приходится учитывать большое число 139 диаграмм, что существенно осложняет расчеты. Поэтому точность КХЛ, скажем в предсказании магнитных моментов нуклоиов, ю 10% в лучшем случае, что ниже точности эксперимента в 10е-10 раз, Точность же КЭЯ, как уже отмечалось, достигает 10 зе, что отвечает учету восьмиузловых диаграмм.
Именно в таких расчетах нолучена величина магнитного момента электрона д„цривсденная в предыдущем разделе. Отметим еще то, что линии античастиц на диаграммах напрэвлены в сторону уменьшения времени. Возникновение такого обозначения античастиц поясняет рис.8.7. На этом рисунке слева показан обычный электромагнитный узел, описывающий непускание (поглощение) фотона электроном. Если повернуть левый электронный луч вокруг узловой точки в положение, когда он будет лежать правее узла, то получим правую диаграмму. При этом стрелка на повернутом луче будет направлена в сторону меньших времен и самому этому лучу будет отвечать позитрон (е+), а не электрон (е ). Этого требует закон сохранения электрического заряда.
Правая диаграмма описывает процесс рождения фотоном пары е+е . Еще раз подчеркнем, что показанные на рис, 8.7 диаграммы не описывают реальных процессов, так как не обеспечивыот одновременное выполнение законов сохранения энергии и импульса. Эти диаграммы должны быть составными частями более сложных диаграмм. В завершение этого раздела еще раз опрелелвм ковсшавгау взаимодебсэзеия о. В Лекцииб мы определяли эту константу как безразмерную величину (заряд)э йс (8.5) где каждому взаимодействию присущ свой заряд — электрический для электромагнитного взаимодействия, и соответственно снльный, слабый и гравитационный — для трех других взаимодействий. Для электромагнитного взаимодействия в качестве Ленная 8 140 заряда используется элементарный электрнческвй заряд (заряд электрона илн протона), что дает а, = ез/Ьс в 1/137.
В качестве трех других зарядов (сильного, слабого и гразмтационного) будем использовать соответствующие заряды протона, который участвует во всех видах взаимодействий (гравитационный за ряд протона — это просто его масса). Полученные при этом константы а„а„и оо пршакевы в табл.8.2, 7. Кванты друтнх полей. Фундаментальные бозоны Аналоунчвый подход (диаграммы, обмен ввртуажьвымн частицами) нрвменим и к другим взаимодействиям. Кванты (переносчики) всех взаимодействий известны. Их характеристики даны в табл. 8.3. Все онн являются частицами с целым олином, т.
е. бозонами и часто используются с прилагателыпем «фундаментальные», так как относятся х фундаментальным фнзвческим полям. Квантом сильного поля является г ооон (существует 8 развовнлкостей глкюва), получивщий название от англ. 81ве — клей. Кванты слабого поля — промежуточщяе бозовы И~'а, Я'. Квант гравитационного поля — ероеиоьз». Таблица 8.3 Кванты полей (фундаментальные бозовы) 141 Все фундаментальные бозоны (кроме гравитона) обнаружены. Очень малый радиус действия слабых сил объясняется большой массой тт'~, 2, Безмассовость глюона, казалось бы, должна была дать бесконечный радиус сильного взаимодействия (как электромагнитного и гравитационного). Однако наличие у глюона цветового заряда (Лекция 10) не позволяет глкюну далеко уйти от точки рождения и делает сильное взаимодействие короткодействующим. Пример. Локазапть, чпто иэ предстпавления об обмене виртпуальныни частпииолти, лежащего в основе кванктоеоб птеории поля, следуетп закон Кулона для силы, дебстпеующеб между двумя электприческили зарядами.
Обмен виртуальным фотоном приводит к изменению (передаче) импульса т1р и создает силу тЬр /=в тле где дтз — время передачи импульса. Если г — расстояние между зарядамн, то для безмассового фотона Ы= —, с И» соотношения неопределенностей г т1ра Ь и для / цопучаем Ьр Ь/г Ьс У= — = — =— т18 т/с тз Число виртуальных фотонов, испускаемых одним зарядом Яе, определяется множителем Я~/а„поэтому окончательное выражение для электрической силы Г, действующей между зарядами Яте н Язе, содержит произведение ет Ят~/а, Ез~/оз = ЯтЯз —, Ьс Таким образом, е отозе р=гтгз — у= —. Ьс тт 142 Лекция 9 д Сисотематика частитт. 4трндамениньтьные частпииьт.
Барионы и мазаны 3. Оскоеные узлы тбпкдаиенкьальныа езаимодебскмиб. Кеаркоеьы диаераммы Я. Законы созраненил е мире частник. Барионноа и лсптонное квантовые числа. Странность. Частник-античастикы д. Спеьныб азаимодеестеия. Адроны. Правило Накано-Нишидксимы-Гелтьманна б. Кварки б. Кеаркоеаа ппррктиура лсечабшиа барионоа и мазаное 7. Кеаркоеыс актомы 8.
Декрплет барионое с,тз = з/з+. Распады ть-резонансое. Кеаркоеае диаарамма нрклон-нрклюнноао езаимодсбстаия 'У. Об изоспине етоптона и четности лептоное .т. Систематики частиц. Фундвментвльные частицы, Бврионы и мезоны В вастоятцее время известка (вместе с резовавсами и античастицами) около 600 частиц. Однако все зто многообразие фактически сводится (если ве учитывать автичастицы) к 12 фермиовам — 6 кваркам и 6 лептовам, которые, участвуя в различвых взаимодействиях (исюпочая гравитационное), обмеиивавтся четырьмя бозовами (фотоном у, гшоовом б, бозовами тг' и Б). Эти 12 вьппеупомявутых фермиовов, имеюпцск спин т/з, естествениым образом делятся иа три группы, которые принято вазы- вать поколениями. В каткдом из поколевий 2 кварка и 2 лептова (табл.
9.1). Таблица 9.1 143 Кварки и лептоны (их размер < 10 гесм) на современном уровне знаний точечны (бесструктурны), т.е.не состоят из более элементарных объектов. Их называют фундамеилиьгьиыми фермиоиами, и вз них состоят все более крупные объекты— адроны, ядра, атомы, молекулы и т.д. Четыре вышеупомянутых бозона ( у, а, 'гг' и К) имеют спин 1 и являются квантами трех фундаментальных полей — электромагнитного, сильного и слабого. Эти частицы называют фуидамеккигльиыми, илн калибровочными базоиами (лагранжиан соответствующнх им фундаментальных взаимодействий инвариаитеи относительно калибровочных цреобразоваиий; для описания такяас взаимодействий используют калибровочные гвеории). Таким образом, наш мир можно свести к фундаментальным фермионам, взаимодействующим посредством обмена фундаментальными бозонами.
Названия (обозначения) кварков происходят от английских слов: и (нр), д (г)оип), с (сЬапп), з (зФгапяепеэз), 6 (Ьойьош, а также ЬеаиФу), 1 ($ор, а также Фги1Ь). Более детальная таблица характеристик кварков дава в разд. б. Кварки участвуют во всех видах взаимодействий. Лептоны не участвуют в сильных взаимодействиях. Все протяженные (ш 10 ~з см) сильновзаимодействующие частицы (включая резонансы), называются адраиами и состоят из кварков. Есть два типа адронов: барионы — состоят из трех кварков (угу 4ь), не обязательно разных, имеют барионное квантовое число (заряд) В = 1 и полупелый спин, т. е, являются фермионами; мезоны — состоят из кварка и антикварка (у;д ), имеют барионный заряд В = О и целый спин, т.е. являются бозонами.
Так, протон состоит из двух и-кварков и одного Ы-кварка = ииб), нейтрон — из двух б-кварков и одного и-кварка и =иЩ. Протон и нейтрон — барионы. Кварковая структура л+- и 1г -мезонов следующая: л+ = иа, е = йб (черта сверху обозначает античастицу) . Всеми вышеперечисленными твааые частиц (фундаментальные фермионы и бозоны, адроны (барионы + мезоны)) и их античастицами исчерпываются известные элементарные частицы. Полное число частиц меняется, так как открываются новые частицы.
Распределение этого числа по группам частиц (с учетом античастиц) дано в табл. 0.2 (данные на 2000 г.). 144 Пензия 9 Таблица 9.2 Следует отметить, что наличие квантового числа Чееш (Лекция 10) утраивает число различных состояний кварков (антикварков) и увеличивает до 8 число глкхжов (антиглкюнов). д (ласон) 0 (ааа)м) ~ И~. (т ( слабое сласса слабое Рвс. 9.1 : О (~рааитон) Лзэаитэцнонноа На месте электрона в правом узле злвктромагвитвого взаимодействия может быть любой заряженный пелтон (антвлептои). В случае слабого взаимодействия в качестве примера даны узлы трех ксыкретвьзх процессов о -) и+ уГ, э, -+ е + И~+, аа -+ за + Я.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
