Еще ответы (1120839), страница 8

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

Текст из файла (страница 8)

в реакции a  b  c  d  ...сохраняется сумма соответствующих характеристик (или квантовыхчисел): Na  Nb  Nc  Nd  ...  const.Трансляции и повороты – непрерывные преобразования исоответствующие законы сохранения (энергии, импульса и моментаколичества движения) – аддитивны. Аддитивнымисохраняющимися величинами являются также электрическийзаряд Q, барионное квантовое число (барионный заряд) B,лептонное квантовое число (лептонный заряд) L, изоспин I, а такжеряд других квантовых чисел, имеющих кварковую природу –странность (Strangeness) S, очарование (Charm) C, Вottom B, Top T.Сохранение изоспина в сильных взаимодействиях – следствиеинвариантности этого взаимодействия относительно поворотов вспециальном изоспиновом (зарядовом) пространстве.Сохранение же электрического заряда, как можно показать, естьследствие того, что не существует способа измерить абсолютноезначение электрического потенциала, и во всех соотношениях онявляется относительной величиной.

Не возникает никаких новыхфизических явлений, если этот потенциал изменить (сдвинуть) наодно и то же значение во всех точках пространства. Такойодинаковый сдвиг (одинаковую калибровку) шкалы потенциала вовсём пространстве называют глобальным, а неизменностьфизических уравнений к такого рода преобразованиям –глобальной калибровочной симметрией (инвариантностью).В квантовой физике существует калибровочная инвариантностьдругого типа – инвариантность к изменению фазы волновойфункции.

Нет способа определить абсолютное значение фазыволновой функции. Она относительна, и любое взаимодействиедолжно быть инвариантно к изменению этой фазы, причём фазаможет меняться различным образом в различных точкахпространства-времени. Такая локальная калибровочнаясимметрия должна быть присуща всем квантовым теориям поля.Из неё следует существование калибровочных сил, действиекоторых осуществляется обменом калибровочными бозонами, исохранение источника поля – соответствующего заряда.Если мы вернёмся вновь к электромагнитному полю, то увидим,что суть локальной калибровочной симметрии сводится кследующему.

Пусть  q (r , t ) – волновая функция частицы с зарядом q,удовлетворяющая уравнениюШредингера. Преобразуем эту функциюв функцию  q (r , t ) с помощью следующей операции  q (r , t ) ei (r ,t )  q (r , t ) , которая меняет фазу волновой функции заряженнойчастицы различным образом в разных точках пространствавремени (такие преобразования - локальные калибровочные).Можно показать, что это не меняет наблюдаемой физическойкартины при условии, если заряды взаимодействуют посредствомдальнодействующего (электромагнитного) поля, описываемогосистемой уравнений Максвелла, причём переносчик такоговзаимодействия должен быть безмассовым (фотон), аэлектрический заряд должен сохраняться.Барионное квантовое число В (или барионный заряд) имеют лишьбарионы – адроны с полуцелым спином. Для них B  1, дляантибарионов B  1.

Барионный заряд сохраняется в сильных,электромагнитных и слабых взаимодействиях.Лептонное квантовое число L (лептонный заряд) присущ тольколептонам. Существует три типа лептонного заряда Le , L и L ,каждый из которых сохраняется в отдельности. Лептоннымзарядом Le  1 обладают лептоны 1-го поколения ( е , е  ); L  1для лептонов 2-го поколения (  ,   ) и L  1 для лептонов 3-гопоколения (  ,   ). У антилептонов знак соответствующеголептонного заряда 1 ( Le  1 для  е и1 для   и   ).е  ; L 1 для   и   ;LМы будем относиться к законам сохранения барионного илептонного зарядов как к универсальным, поскольку онивыполняются во всех наблюдаемых процессах.Если преобразование волновой функции, отвечающее законусохранения, дискретно, то соответствующий закон сохранениямультипликативен, т.е.

в реакции a  b  c  d  ... сохраняетсяпроизведение соответствующих характеристик (квантовых чисел)NaNb  NcNd    const.Пример дискретных преобразований – операция зеркальногоотражения (пространственной инверсии). Инвариантность к такомупреобразованию приводит к квантовому числу – чётности Р. Всевзаимодействия, кроме слабого, инвариантны к пространственнойинверсии и для них справедлив закон сохранения Р-чётности вмультипликативной форме. Есть также два других дискретныхпреобразованиях – зарядовое сопряжение и обращение времени.1.2.3.4.Энергии E Импульса pМомента количества движенияЭлектрического заряда Q5.6.7.Барионного числа (заряда) BЛептонного числа (заряда) Le , L , LИзоспина Iвыполняется только в сильномвзаимодействииПроекции изоспина I3Чётности Pвыполняются в сильном иСтранности (Strangeness) SэлектромагнитномОчарования (Charm) CвзаимодействияхBottom BTop T8.9.10.11.12.Jуниверсальные(выполняются во всехвзаимодействиях)Вопрос 3В настоящее время известно (вместе с резонансами иантичастицами) около 500 частиц.

Однако всё это многообразиефактически сводится (если не учитывать античастицы) к 12фермионам – 6 кваркам и 6 лептонам, которые, участвуя вразличных взаимодействиях (исключая гравитационное),обмениваются четырьмя бозонами (фотоном , глюоном g,бозонами W и Z). Эти 12 вышеупомянутых фермионов, имеющихспин ½, естественным образом делятся на три группы, которыепринято называть поколениями (или семействами).

В каждом изпоколений 2 кварка и 2 лептона.123Заряд QПоколения(семейства)2Кваркиверхниеuct е3нижниеdsb1 е3Лептоны нейтрино  е0заряженныеe1е17Кварки и лептоны (их размер  10 см) на современном уровнезнаний точечны (бесструктурны), т.е. выглядят (ведут себя) так, какбудто не состоят из более элементарных объектов. Их называютфундаментальными фермионами и из них состоят все болеекрупные объекты – адроны, ядра, атомы молекулы и т.д.Четыре вышеупомянутых бозона (, g, W и Z) имеют спин 1 иявляются квантами трёх фундаментальных полей –электромагнитного, сильного и слабого. Эти частицы называютфундаментальными или калибровочными бозонами.Таким образом, наш мир можно свести к фундаментальнымфермионам, взаимодействующим посредством обменафундаментальными бозонами.Кварки участвуют во всех видах взаимодействий.

Лептоны неучаствуют в сильных взаимодействиях.Все протяжённые (т.е. имеющие размер  1013 см)сильновзаимодействующие частицы (включая резонансы),называются адронами и состоят из кварков. Есть два типа адронов:барионы − состоят из трёх кварков ( qi q j qk ), не обязательно разных,имеют барионное квантовое число (заряд) B = 1 и полуцелый спин,т.е.

являются фермионами;мезоны − состоят из кварка и антикварка ( qi q j ), имеют барионныйзаряд B = 0 и целый спин, т.е. являются бозонами.Всеми вышеперечисленными типами частиц (фундаментальныефермионы и бозоны, адроны (барионы  мезоны) и ихантичастицами исчерпываются известные элементарные частицы.Полное число частиц меняется, так как открываются новыечастицы.Сформулируем точное различие частицы и античастицы.

Припереходе от частицы к античастице (и наоборот) знаки всехаддитивных квантовых чисел (имеющих смысл зарядов различноготипа) меняются на противоположные, т.е.меняют знак Q, B, Le, L, L, I3, S, C, B, T, а также магнитный моментчастицы, так как он пропорционален электрическому заряду Q;не меняются масса частицы, её спин, изоспин I, величинамагнитного момента, время жизни и способ распада частицы (сзаменой всех частиц распада на античастицы).Если все аддитивные квантовые числа (заряды) частицы равнынулю, то такая частица тождественна своей античастице, т.е.

ничемот неё не отличается. Подобные частицы называют истиннонейтральными. Примерами таких частиц являются фотон (),  0 мезон и Z-бозон.Чётность антифермиона противоположна чётности фермиона.Чётности бозона и антибозона совпадают.При столкновении частица и античастица исчезают (аннигилируют),превращаясь в гамма-кванты.Вопрос 4 (элементарной) частицей будем называть объект размером  1Фм (который нельзя расщепить на составляющие его элементы.)Кроме «абсолютно» стабильных перечисленных выше частиц (p, e,, ) и нейтрона у остальных времена жизни лежат в диапазоне1024106 сек.

Большинство живёт  1020 сек и называетсярезонансами. О более долгоживущих условно говорят как остабильных (или квазистабильных). Резонансы распадаются за счётсильного взаимодействия (характерные времена таких распадовмалы  10221024 сек). Их можно рассматривать как возбуждениястабильных (квазистабильных) частиц. Квазистабильные частицыраспадаются «медленно» (  1020 сек) и их распады вызваныэлектромагнитным или слабым взаимодействием.Размеры частицы, распределение электрического заряда имагнитного момента по её объёму изучают методом упругогорассеяния электронов.Адроны, будучи протяжёнными, имеют внутреннюю структуру(состоят из двух или трёх кварков) и должны иметь возбуждённыесостояния (резонансы).

Первое возбуждённое состояниеэлементарной частицы было открыто Ферми в реакции рассеянияположительных пионов (   ) на протонах:   p        p.p состоит из 3ёх кварков (uud). Присоединяя за счёт сильноговзаимодействия   (u d ), p переходит в трёхкварковое состояние сзарядом 2e и большей энергией, обозначаемое  , которое затемраспадается на первоначальные частицы. В сечении этой реакциивозникает широкий резонанс, называемый -резонансом.Максимум -резонанса, который может отвечать различнымзарядовым комбинациям трёх кварков, наблюдается прикинетической энергии пиона Т   200 МэВ. При этом энергиявозбуждения в трёхкварковой системе Е   300 МэВ, а массарезонанса m = 1232 МэВ/с2. Вышеприведённая реакция,наблюдавшаяся Ферми, «на кварковом уровне» выглядитследующим образом: (u d )  (uud) → (uuu) → (u d ) (uud).Одной из зарядовых разновидностей -резонанса является 1-оевозбуждённое состояние протона, обозначаемое  .Возникновение  -резонанса удобно проиллюстрировать спомощью реакции поглощения протоном фотона:   p  p*.

Накварковом уровне эта реакция выглядит так:   (uud) (uud)*.На рис. показано экспериментально полученное сечениепоглощения фотонов  ядром 9Be в широкой области энергийфотонов (от 10 до 400 МэВ). Величина этого сечения разделена начисло A нуклонов в ядре (A  9), т.е. показывает, какая частьсечения приходится на один нуклон. Это нормированноеэкспериментальное сечение демонстрирует два максимума –низкоэнергичный при E  2050 МэВ и высокоэнергичный при E 200400 МэВ.Низкоэнергичный резонанс присущ всем ядрам с A  2 и это не чтоиное, как коллективное ядерное возбуждение.

Характеристики

Список файлов ответов (шпаргалок)