И.Е. Иродов - Квантовая физика. Основные законы (1129341), страница 35
Текст из файла (страница 35)
С помощью рис. 8.19 и теоремы косинусов запишем: ра Рве. 8.19 ро = рз+ рр — 2р»рр сов 8. После подстановки этих выражений в (1) и сокращения всех тр и т„получим Атомное ядре Кроме того, энергия реакции 22 согласно (8.37) а=(К,+К,) — К„. (2) Имея в виду, что К =рз/2т, решим совместно уравнения (1) и (2), исключив из них Ро и Ко. В результате получим Я = (1+ а)К вЂ” (1 — Ь)ʄ— 2 сов 0 (аЬКК„ гДе о = тр~вро, Ь = т /то, или 18 13 18 13 22 = — К вЂ” — К вЂ” 2 сов 6 К К = -1,2 МзВ.
17 Р 17 172 Р 21л (Р л) 2Ве+ Ц Рвв где 22 = -1,65 МэВ. Найти кинетическую энергию нейтронов, вылетающих под пря- мым углом к пучку протонов. Рр Р . 3.20 Р е ш е н и е. Из сохранения импульса (рис. 8.20) и энергии следует: Р + Рр = Рв 2 2 2 или лгК„+ тК = л22,Кв, где считаем л2„= лзр = л2. Согласно (8.37) можно записать второе уравнение: Я=(К +Кв) Кр нли Кр — 22(=К +Кз (2) Решив совместно уравнения (1) и (2) с учегом того, что Кр — — цКр получим: К.(т + тв.) = (пгв.
— т)г)Кр, — взв. Ц . (3) Остается учесть, что согласно (8.45) 8.9. Порог реакции. Литиевую мишень облучают пучком протонов с кинетической энергией в г) = 1,50 раза превышающей пороговое значение реакции Глава 8 226 Тогда из (3) следует, что К ( П вЂ” ' Ц= — 1 — — Ц=О68МВ. ты т+ тв,) (7 8) 8.10. Энергетические уровни ядра. Воркую мишень облучают пучком дейтронов с энергией Кз = 1,50 МэВ. В результате реакции ~эВ (с(, р) пВ под прямым углом к пучку гг дейтронов испускаются протоны с энергиями Кр —— 7,64, 5,51 и 4,98 МэВ.
Найти энергию Е' уровней возбужденных ядер з'В, которые отвечают этим значениям энергии. Ряс. 3.21 Р е ш е н н е. Из сохранения импульса (рис. 8.21) следует, что Рз = Рв Рг н"н жзКз = жвКв жрКр 2 2 2 Здесь и далее индекс «В» относится к ядру пВ. Теперь запишем баланс энергии, учитывая, что ядро ззВ возникает в возбужденном состоянии: Ка+ 9 = Кр+ Кз + Е*. (2) где (т — энергия реакции (номинальная), определяемая формулой (8.39), здесь Я = 9,23 МэВ; Е* — энергия возбуждения ядра ззВ. Решив совместно уравнения (1) и (2) путем исключения Кв, получим: Е* — Я+ 1 Кз 1 + К 4)+ Кз Кг взв! ~ жв! При указанных значениях Кр получим соответственно Е' = 2,12, 4,45 н 5,03 МэВ. Глава 9 Элементарные частицы ю" 5 9.1.
Введение Определения. Вообще говоря, элемеитаркыни (по смыслу) следует называть микрочастицы, относительно которых нет доказательств, что они являются составными. Это электроны, протоны, нейтроны и многие другие частицы. Впрочем, ситуация с определением элементарности усложнилась после того, как выяснилось, что многие из этих частиц имеют внутреннюю сшрукшуру. Несмотря на последнее обстоятельство, за этими частицами сохранили название элементарных. И это в какой-то степени оправдано: во всех наблюдавшихся до сих пор явлениях каждая такая частица ведет себя как единое целое. Они могут рождаться и превращаться друг в друга, но не расщепляться на какие-то составляющие. Поэтому теперь в ядерной физике под термином «элементарные частицы» понимается общее название для всех субатомных частиц, отличных от атомов и атомных ядер.
Итак, частицы, которые мы называем элементарными, ведут себя как единое целое и обладают способностью к рождению и взаимопревращению. Например, распад нейтрона: (9.1) и -+ у+ е +т, где нейтрон превращается в протон, электрон и нейтрино*. Продукты распада нейтрона возникают только в самом этом процессе. До распада их не было совсем, и они не входили в состав нейтрона. Для элементарных частиц весьма характерна их эсиогочис. леиносшь. В настоящее время открыто несколько сотен частиц, подавляющее большинство которых нестабильно.
Источниками заряженных частиц высоких энергий являются в основном ускорители. Вместе с детекторами они позволяют ис- См, сзсску за с. 205. Глава 9 следовать процессы, в которых образуются и взаимодействуют различные элементарные частицы. Вот почему физику элементарных частиц часто называют также физикой высоких энергий. В связи с этим мы будем часто использовать соотношения релятивистской динамики.
Эти соотношения приведены в Приложении. Фундаментальные взаимодействия. В природе существует четыре типа фундаментальных взаимодействий. "сильное, электролгагнитное, слабое и гравитационное. Эти взаимодействия отличаются интенсивностью процессов, вызываемых среди элементарных частиц. Об интенсивности взаимодействий можно судить по скорости (илн степени вероятности) процессов, вызываемых ими. Обычно для сравнения берут скорости процессов при энергиях сталкивающихся частиц около 1 ГэВ (такая энергия характерна для физики элементарных частиц). Сравнительные характеристики этих четырех типов взаимодействия приведены в табл. 9.1, где указаны интенсивности взаимодействий по сравнению с сильным, принятым за единицу, а также длительность процессов и радиус действия соответствующих сил.
Таблица 9.1 Остановимся более подробно на характеристике этих взаимодействий. 1. Сильные взаилгодейетвия удерживают нуклоны в атомных ядрах, они же присущи большинству адронов (протон, нейтрон, гипероны, мезоны и др.). Эти взаимодействия короткодействующие: на расстояниях свыше 10 1г см они прекращаются, вследствие чего сильные взаимодействия не способны создавать структуры макроскопических размеров. Эаьмеэтараыечаетеаы 2. Электромагнитные взаимодействия осуществляются через электромагнитное поле. Они значительно слабее сильных взаимодействий, однако нз-за дальнодействия электромагнитные силы во многих случаях оказываются главными. Именно эти силы вызывают разлет осколков, которые образуются при делении атомных ядер.
Эти силы ответственны за все электрические и магнитные явления, наблюдаемые нами в различных формах их проявления: оптических, механических, тепловых, химических и т. д. 3, Слабые взаимодействия весьма малы по сравнению с сильными и электромагнитными. Слабые взаимодействия являются универсальными: они присутствуют во всех взаимодействиях.
4. Гравитационные взаимодействия самые слабые. Они универсальны. Но для элементарных частиц эти взаимодействия никакого значения не имеют, поэтому современная физика элементарных частиц — это физика без гравитации. В связи с этим в дальнейшем под фундаментальными мы будем понимать только сильные, электромагнитные и слабые взаимодействия. Практически все элементарные частицы являются нестабильными (за исключением фотона, электрона и трех нейтрино). Время жизни таких частиц варьируется в пределах от 10 тз до 10 ы с (у так называемых резонансов еще меньше).
Но в некоторых случаях оно оказывается весьма продолжительным: например, среднее время жизни свободного нейтрона составляет 11,7 мин. 5 9.2. Систематика элементарных частиц Бозоны и фермионы. Все частицы (включая и неэлементарные и так называемые квазичастицы) подразделяют на бозокьг и грермиокы. Бозоны — это частицы с нулевым или целочисленным олином (фотон, мезоны и др.). грермионы же — это частицы с полуцелым спином (электрон, мюон, таон, нейтрино, протон, нейтрон и др.). Время жизни ч. Практически все элементарные частицы, как уже говорилось, являются нестабильными, распадаясь на другие частицы. По времени жизни различают сглабилькьсе, 230 Глава 9 нвазистабильные и так называемые резонансы. Резонансами называют частицы, распадающиеся за счет сильного взаимодействия с временем жизни - 10 зз с.
Нестабильные частицы с временем жизни, превышающим 10 зз с, распадаются за счет электромагнитного или слабого взаимодействия. По сравнению с характерным ядерным временем (10 зз с) время 10 зе следует считать большим. По этой причине нх и называют квазистабильными. Стабильными же частицами (т -+ ю) являются только фотон, электрон, протон н нейтрино. Переносчики взаимодействия. Это особая группа элементарных частиц, в которую входят фотоны (переносчики электромагнитного взаимодействия), родственные им )т'- и Е-бозоны (переносчики слабого взаимодействия), так называемые глюоны (переносчики сильного взаимодействия) и гипотетические гравитоньс.
Все остальные частицы подразделяют по характеру взаимодействий, в которых они участвуют, на лептоны и адроны. Лептоны. Это частицы, не участвующие в сильных взаимодействиях и имеющие спин 1/2. К ним относятся электроны, мюоны, таоны и соответствующие им нейтрино.
Лептоны принимают участие в слабых взаимодействиях. За исключением нейтрино, лептоны участвуют и в электромагнитных взаимодействиях. Все лептоны можно отнести к истинно элементарным частицам, поскольку у них, в отличие от адронов, не обнаружена внутренняя структура. Адроны. Так называют элементарные частицы, участвующие в сильных взаимодействиях. Как правило, они участвуют и в электромагнитном, и в слабом взаимодействиях. Эти частицы образуют самую многочисленную группу частиц (свьппе 400).
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
