Еще ответы (1120839), страница 10

Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла (страница 10)

Рассеяние электрона на таком объекте будет упругим (безизменения внутреннего состояния протона).Если увеличить переданный протону импульс p, то это будетсоответствовать уменьшению длины волны виртуального фотона иповышению разрешающей способности опыта. Если довестиразрешение () до 0.1 размера протона (0.1 Фм), токоротковолновым фотонным лучом будут «освещаться» отдельныесоставляющие протона – кварки и глюоны. Будет «видно», чтопротон состоит из трёх кварков, между которыми «проскакивают»глюоны. Будет видно, как иногда глюон рождает виртуальную кваркантикварковую пару.Если ещё на порядок повысить разрешение, доведя его до 0.01 Фм,то мы обнаружим внутри протона значительно более сложнуюкартину.

Вместо нескольких кварков и глюонов внутри протона будетмножество кварк-антикварковых пар и ещё большее количествоглюонов. В этом «море» виртуальных частиц почти не видны тривалентных кварка u, u, d. Виртуальные пары, образующие qq -пары,так и называют морскими кварками.В состав протона (и вообще любого адрона) входят:1) валентные кварки;2) морские кварки;3) глюоны.Эти элементарные бесструктурные составляющие адронаобъединяют общим термином партоны.При рассеянии электрона (или другого лептона) на нуклоне (илидругом адроне) электрон, в случае высокого энергетическогоразрешения, взаимодействует с нуклоном уже не как с целымбесструктурным объектом, а с его элементарными составляющими –партонами.

Переданный нуклону импульс p воспринимаетсяотдельным партоном, и внутреннее состояние нуклона меняется –он переходит в возбуждённое состояние. Такое рассеяние (являясьупругим на отдельном партоне) уже не является упругим на нуклонев целом и носит название глубоко неупругого рассеяния, посколькуотвечает передаче больших энергий внутрь нуклона. Экспериментыпо глубоконеупругому рассеянию электронов на протонах позволилиустановить долю внутреннего импульса (массы) протона, которуюнесут кварки и глюоны. Так оказалось, что доли импульса протона,приходящиеся на u-кварки (и антикварки), d-кварки (и антикварки) иглюоны (g), следующие:u 0.36,d 0.18,g 0.46,причём на долю антикварков приходится около 5% полногоимпульса (массы) протона (эти данные получены для p  3 ГэВ/с).Таким образом, около 50% массы нуклона приходится на глюоны.Вопрос 6Зарядовая независимость ядерных сил, трактуемая как симметриясобственно ядерного взаимодействия пары нуклонов к изменениютипа нуклонов, позволяет ввести новое квантовое числоизобарический спин или изоспин, присущее только сильномувзаимодействию.Гейзенберг стал рассматривать нейтрон и протон как два состоянияодной частицы, названной нуклоном.

По идее Гейзенбергасравнительно небольшое отличие в массах протона и нейтронаимеет электромагнитную природу. Если «выключить»электромагнитное взаимодействие, то массы протона и нейтронадолжны совпадать. Нейтрон и протон - это два зарядовых состояниянуклона.Для описания этих двух зарядовых состояний вводят трехмерноеевклидово зарядовое (изоспиновое) пространство, никак несвязанное с обычным пространством,и приписывают нуклону в этом 1пространстве вектор i  2с тем, чтобы две возможные проекциивектора изоспина (1/2) на одну из осей зарядового пространстваотвечали двум зарядовым состояниям нуклона (длина этого вектораi(i  1) 1 13(  1) 2 24 ). Выбор знака проекции для протона инейтрона произволен.

Оси изоспинового пространства обозначают 1,2, 3.Как обычно, для квантовомеханического вектора определенноезначение может иметь проекция изоспина лишь на одну из осей.Пусть этой осью будет ось 3. Будем считать, как это принято в физикечастиц, что (i3)p  1/2, (i3)n  1/2.С формальной точки зрения все обстоит так же, как и с обычнымспином. Два состояния частицы с обычным спином 1/2,различающиеся проекцией на ось z (1/2 или 1/2), рассматриваютне как две разные частицы, а как двасостояния одной частицы. Аналогичнопротон и нейтрон можно считать недвумя разными частицами, а двумязарядовыми состояниями одной частицы нуклона (с изоспином, направленнымлибо вверх вдоль оси 3 (протон), либо вниз (нейтрон)).Формализм изоспина идентичен формализму обычного спина.Удобно обозначать состояния с i и i3 как |i,i3>, тогда нейтронное ипротонное состояния нуклона можно записать как|p>  |1/2, 1/2>, |n>  |1/2, 1/2>, причем33iˆ 2 p  i(i 1) p  p ,iˆ 2 n  i(i  1) n  n ,4411i3 p   p ,i3 n   n .22Физический смысл имеет только третья проекция изоспина.

Онасвязана с измеряемой величиной  зарядом.Заряд нуклона дается выражением q N  e 1  i3 2NИспользуя факт зарядовой независимости ядерных сил,приписывают изоспины всем сильновзаимодействующимэлементарным частицам и атомным ядрам (не только протону инейтрону). Изоспиновое пространство существует только длясильного взаимодействия.Рассмотрим понятие изоспина применительно к атомному ядру.Ядро состоит из A нуклонов (Z,N) и имеет заряд Ze, который можнопредставить в видеAA 1AZe   q   e  i3   e  I 3  , где 1 1  22A 1 1 Z  NI 3   (i3 )  Z     N    2 1 2 2 есть проекция изоспина ядра I на ось 3 изоспинового пространства. AПолный изоспин A нуклонов I   i  . 1ZNВсе состояния ядра имеют I 3  2 . Однако приписатьопределенное значение I состояниямядра непросто.

В ядре A 1ZNAIiизоспиновых векторов с22.2 и возможноИмеет место следующее правило  изоспин ядра в основномZ Nсостоянии равен 2 , т.е.I gs  I 3 Z N2 .Следует иметь в виду, что электромагнитное взаимодействиенарушает изотропию изоспинового пространства, так как энергиявзаимодействия системы заряженных частиц меняется приповоротах в изопространстве (при поворотах меняются зарядычастиц и в ядре часть протонов переходит в нейтроны или наоборот).Поэтому реально изоспиновая симметрия не точная, априближенная (в отсутствие электромагнитного взаимодействияточная).

Так как электромагнитные силы много слабее ядерных, тоизоспин остается довольно хорошим квантовым числом.Всем элементарным частицам, участвующим в сильныхвзаимодействиях (кваркам и адронам), можно приписатьопределенный изоспин i. Все эти частицы можно разбить на группы(так называемые изомультиплеты), состоящие из частиц с одним итем же i, но разными проекциями изоспина i3. Частицы, образующиеизомультиплет, ведут себя одинаково с точки зрения сильноговзаимодействия и имеют приблизительно одинаковые массы(небольшие различия в массах частиц изомультиплета имеютэлектромагнитную природу). Все члены изомультиплетасоответствуют как бы одной субатомной частице, различнымобразом ориентированной в изопространстве. Если известны всечлены изомультиплета, то легко найти i из соотношения 2i  1  n,где n  число частиц в изомультиплете.Примером изодублета являются нейтрон и протон (i  1/2, n  2).Примером изотриплета (группы частиц с i  1) является -мезон (  0 ,  и   ).

Эти три мезона имеют близкие массы ( m c 2  135 МэВ,m c 2  140 МэВ), одинаковые спины и четности 0 . Все, что ихотличает, кроме массы, обусловлено лишь различием вэлектрическом заряде (это влечет также отличие в i3 и магнитноммоменте), и других частиц с близкими (в пределах 25%) массами нет.0Понятие изомультиплета относится и к атомным ядрам.

Однако вэтом случае изомультиплет формируют уровни ядер с одинаковымчислом нуклонов A, т.е. изомультиплет ядерных уровней относится ксистемам нуклонов, состоящим из разного числа протонов Z инейтронов N (объединенных лишь одним условием Z  N  A), иследовательно в ядерный изомультиплет входят уровни разныхядер. Это затрудняет идентификацию изомультиплета в ядрах посравнению с решением той же задачи среди элементарных частиц.Для установления изоспинов частиц и ядер, помимо пересчета всехчленов изомультиплета, используют закон сохранения изоспина вреакциях и распадах, вызванных сильным взаимодействием.Вопрос 7Квантовое число странность было введено Гелл-Манном задолгодо появления кварковой модели. Название этого квантового числапроисходит от казавшегося странным поведения некоторых частиц,которые рождались только парами, а распадались по одиночке.

Так,наблюдались два процесса01023 секp00 K ;1  110секp1 0 010Первый из них – рождение частицы  – происходит быстро (за время1023 сек), т.е. за счёт сильного взаимодействия. Второй – распад – сравнительно медленно ( 1010 сек), за счёт слабоговзаимодействия. Важно то, что частица  в первой реакциипоявляется только в паре с другой ( K 0 ). Распадается же  вполне«самостоятельно» с образованием тех же двух частиц p и   ,столкновение которых приводит к появлению  совместно с K 0 .Существование двух обсуждаемых процессов можно объяснитьвведением нового квантового числа (странности S), которое равнонулю для p и  , 1 для  и 1 для K 0 . Если при этомпредположить, что странность сохраняется в сильныхвзаимодействиях и не сохраняется в слабых, то эти процессыполучают объяснение.Вопрос 8Кварковая модель.

Характеристики

Список файлов ответов (шпаргалок)