Еще ответы (1120839), страница 9

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

Текст из файла (страница 9)

В процессе этихвозбуждений сами нуклоны остаются в невозбуждённом(основном) состоянии.Верхний резонанс с максимумом при E  300 МэВ отвечаетситуации, когда фотон поглощается не всем ядром, а отдельнымнуклоном, вызывая его внутреннее возбуждение. Это и естьрезонанс в системе трёх кварков, обнаруженный Ферми.Положение и форма этого нуклонного резонанса, возбуждаемого вядрах фотонами с энергией  300 МэВ, почти не зависят от типаядра. Наиболее отчётливо нуклонные резонансы проявляются насвободных нуклонах. На рис. в области больше 100 МэВ сплошнойлинией показано для сравнения сечение реакции на свободномпротоне   p  p*.

Это сечение демонстрирует наличие у протонане только состояния, обнаруженного Ферми, но и ещё болеевысокоэнергичных резонансов (в районе 600 и 1000 МэВ). Такимобразом, получен целый спектр внутренних возбуждений протона.В настоящее время обнаружено множество состояний нуклонов идругих адронов. Рис. показывает, что ядерные возбуждения«вымирают» к энергии  100 МэВ и выше этой энергии начинаютсявозбуждения адронов (в том числе и нуклонов).

Большинство этихвозбуждений имеет время жизни  10221024 сек и, с точкизрения принятой в физике частиц терминологии, являютсярезонансами.Найденный Ферми резонанс (-резонанс) с массой 1232 МэВ/с2есть самое нижнее (1-е) возбуждённое состояние системы трёхкварков. p состоит из uud, каждый из которых имеет спин 1/2. Восновном состоянии протона у одного из кварков спинпротивоположен спину двух других () и, посколькурезультирующий орбитальный момент кварков в протоне L = 0,полный внутренний момент количества движения (спин) протонаравен 1/2. В первом возбуждённом состоянии спины всех кварковориентированы одинаково, т.е.

параллельны () и, посколькурезультирующий орбитальный момент кварков сохраняет нулевоезначение, спин этого состояния становится равным 3/2. Такимобразом, при самом низком возбуждении нуклона происходит«переворот» спина того кварка, который в основном состояниинуклона был ориентирован противоположно спину двух других. Натакой «переворот» требуется затратить энергию  300 МэВ.

На рис.видно, что ширина на половине высоты -резонанса   120 МэВ,откуда для времени жизни этого резонанса получаем 23  0.510 с.Вопрос 5Согласно квантовой теории полявзаимодействие между двумя частицамиосуществляется обменом некоторойтретьей частицей, которая являетсяквантом поля или переносчикомвзаимодействия.

Так электромагнитноевзаимодействие двух электронов осуществляется обменом фотона:один электрон испускает фотон, другой – этот фотон поглощает.В точке А электрон 1 испускает фотон и в силу закона сохраненияимпульса испытывает отдачу. Сохранение энергии при этомневозможно и поэтому испущенный фотон – не обычный(свободный), а так называемый виртуальный.В силу соотношения неопределённостей разрешенократковременное нарушение закона сохранения энергии. Еслиэнергия нарушается на величину E, то такие нарушенияненаблюдаемы за временные интервалы t   .EВ точке В виртуальный фотон поглощается и энергетический балансвосстанавливается.

Электрон 2 при поглощении фотона такжеиспытывает отдачу и, следовательно, оба электрона отталкиваютсядруг от друга.Однако не всегда при взаимодействии с обменом фотона возникаютсилы отталкивания, так как направление импульса виртуальногофотона не обязательно совпадает с классическим. Виртуальныйфотон отличается от свободного. Виртуальный фотон может пройтирасстояние ct и, следовательно, чем дальше он уходит, тем меньшеE, слабее обмен энергией между частицами. Таким образом, силавзаимодействия электронов убывает с расстоянием, что являетсяхорошо известным свойством кулоновского взаимодействия.Точки A и B, в которых происходит испускание и поглощениевиртуальной частицы, называют узлами (или вершинами).

Заисключением закона сохранения энергии в каждом узлевыполняются все законы сохранения, присущие данномувзаимодействию (для всех типов взаимодействий – это законысохранения электрического, барионного, лептонного зарядов: дляэл.маг и сильного взаимодействий – это закон сохранения чётности,для сильного взаимодействия – это также закон сохраненияизоспина и т.д.). В каждом узле сохраняется импульс, но невыполняется соотношение Е 2  (pc)2  m2c4 для внутренней линии. Вкаждом узле сохраняется и момент количества движения. При этомдля виртуальной частицы, которой соответствует свободная частицасо спином J, возможны спины J, J1,..., 1/2 или 0.

Так, длявиртуальной векторной частицы (со спином 1), например фотона,возможны значения J  1 и 0.Обычно диаграммы изображают следующимобразом: ось времени направлена вправо иливверх. Перпендикулярно этой оси направленакоординатная ось, условно описывающаяположение частиц.Такой рисунок называется диаграммой Фейнмана. С помощьютаких диаграмм можно написать (вообще говоря, комплексную)амплитуду вероятности процесса и, просуммировав амплитудыдля всех возможных диаграмм, отвечающих данному процессу,получить его эффективное сечение как квадрат модуля суммарнойамплитуды.Каждому элементу диаграммы отвечает, как правило, заранееизвестная функция или множитель. Внешним (незамкнутым) линиямсоответствуют волновые функции реальных частиц до, и послевзаимодействия; внутренним – отвечают виртуальные частицы,распространяющиеся от точки возникновения до точки поглощения.Этим линиям сопоставляются функции распространения виртуальныхчастиц, называемые пропагаторами.

В каждом узле появление (илипоглощение) частицы происходит с вероятностью, присущейданному взаимодействию.Вероятность (или, как часто говорят, интенсивность) процесса,соответствующего данному узлу, определяется, главным образом,тремя факторами:1)фундаментальным взаимодействием, ответственнымза процесс, т.е. константой  (чем больше , тем вышевероятность);2)степенью нарушения соотношения Е 2  (pc)2  m2c4 длявиртуальной частицы – степенью виртуальности (чем сильнееэто нарушение, тем ниже вероятность);3)полной энергией столкновения или распада (чем большеэнергия распада, тем выше его вероятность).Самый важный фактор – первый, определяемый константойвзаимодействия .

Амплитуда вероятности процесса,представляемого узлом из трёх линий, пропорциональна  . ВNдиаграмме с N узлами амплитуда вероятности AN  (  ) . Так,амплитуда электрон-электронного рассеяния пропорциональна (  )2 , т.е. Aee  (  )2  . Сама вероятность этого процесса   2 , так какэта вероятность определяется значением дифференциальногоэффективного сечения d , которое связано с амплитудой A процессаdd2Асоотношением d.Виртуальной частицей не обязательно должен быть квант поля. Еюможет быть, например, электрон.Рассмотрим в качествепримера эффект Комптона – рассеяние фотона на свободномэлектроне. Диаграммы низшего порядка (т.е.

с наименьшим числомузлов) для этого процесса – это двухузловые..Если процесс комптон-эффекта развивается в соответствии сдиаграммой 1, то фотон сначала поглощается электроном в моментвремени t1, отвечающий левому узлу, а затем испускается в моментt2, отвечающий правому узлу. На временнóм интервале от t1 до t2(между узлами) имеется лишь один виртуальный электрон.Если реализуется диаграмма 2, то сначала в момент t1 (левый узел)электрон испускает фотон, с которым в дальнейшем ничего непроисходит. Первичный фотон в момент t2 (правый узел)поглощается электроном и исчезает. В интервале от t1 до t2 (междуузлами) имеются два реальных фотона и виртуальный электрон.Амплитуда вероятности комптон-эффекта A с учётом толькодвухузловых диаграмм есть сумма амплитуд, соответствующихдиаграммам 1 и 2: A  A1  A2. Сама вероятность комптон-эффектадаётся дифференциальным сечением  d  |A|2  |A1  A2|2. d  комптонИз A1  A2  (e)2   е следует d  d  комптон e2  e .4Дифференциальное сечение ee-рассеяния с учётом толькодвухузловых диаграмм также пропорционально  e2 .Множители  e в узлах процессов ee-рассеяния и комптон-эффектахарактеризуют вероятность испускания (поглощения) фотонаэлектроном.

Если вместо электрона будет объект с зарядом Ze, то онбудет создавать вокруг себя в Z раз более плотное облаковиртуальных фотонов и соответствующий множитель в узле будетравен Z  e .Амплитуда этого процесса A  Z  e  e dZ е , а его сечение (вероятность)dZ 2 e2  Z 2 e 4 .Константа  е – не что иное, какпостоянная тонкой структуры, хорошоизвестная в атомной физике:e21е  c 137  1.Поэтому увеличение числа узлов диаграммы на два уменьшает2 1 вероятность процесса за счёт этой константы в     104 раз. eСледовательно, в электромагнитных процессах с большойточностью можно ограничиться диаграммами с минимальнымчислом узлов. При этом расчёт вероятности процесса сильноупрощается.Отметим ещё то, что линии античастиц на диаграммах направленыв сторону уменьшения времени.Структура нуклонаТо, что можно увидеть, зависит от пространственного разрешенияприбора.

Роль такого прибора выполняет сложная установка,основными элементами которой являются ускоритель электронов исистема детекторов электронов, рассеянных мишенью, состоящей изпротонов.Пусть мы исследуем протон, рассеивая нанём электроны.Энергетическое разрешение опытаопределяется длиной волнывиртуального фотона   h/p. Еслиизучать рассеяние электронов с энергией 200 МэВ на большие углы (180o), то длина волны виртуальногофотона будет  3 Фм и протон будет «освещаться» длинноволновымфотонным лучом. Поскольку длина волны фотона больше размерапротона, последний будет казаться точечным бесструктурнымобъектом.

Характеристики

Список файлов ответов (шпаргалок)