Теория, государственный экзамен (1161595), страница 21
Текст из файла (страница 21)
Объединение взаимодействий.Законы сохранения определяют правила отбора, согласно которым процессы с частицами, приводящие к нарушению законов сохранения, не могутосуществляться в определенных типах взаимодействий. Установлено, чтокаждый закон сохранения связан с какой-либо симметрией в окружающемнас мире (теорема Нетер). Так законы сохранения энергии и импульса связанны с однородностью времени и пространства. Закон сохранения момента количества движения связан с симметрией пространства относительновращений.
Законы сохранения зарядов связаны с симметрией физическихзаконов относительно специальных преобразований, описывающих частицы.Хар-касильное э/м слабоеАддитивные з-ны сохр.Электр. заряд Q+++Энергия E+++Импульс P+++Момент импульса J+++Барионный заряд B+++Лептонные заряды L+++Странность S++Очарование C++Bottom B++Top T++Изоспин I+Проекция изоспина I3++Мультипликативные з-ны сохр.Пространственная чётность P++Зарядовая чётность C++Временная чётность T++ (+)Комбинированная чётность CP++CPT-чётность CP T+++173ws :)oalexandrP -симметрия. Пространственная чётность сохраняется в сильных и э/мвз-ях. Это означает, что состояния систем, участвующих в таких вз-яхможно хар-ть определённой чётностью - положительной (ψ(−r) = ψ(r))или отрицательной (ψ(−r) = −ψ(r)). Если чётность не сохраняется, тосостояние ψ можно представить как смесь состояний с + и - чётностью.ψ = aψ+ + bψ− , a2 + b2 = 1.
b/a - мера несохранения чётности. Обнаружение нарушения чётности в слабых вз-ях - 2 способа распада К-мезона:K + → π + π 0 и K + → π + π − π + . В первом случае чётность К должна бытьположит., во втором - отрицат. Но его чётность = -1.Пространственная инверсия (r → −r) эквивалентна последовательнымотражению в плоскости x0y (зеркальному отображению) и повороту на180 вокруг оси 0z. Инвариантность физ. законов к поворотам несомненна.Зеркальное отражение? Импульс меняет направление, а спин нет (правыйвинт, отразившись, остаётся правым).Спиральность h = JJp~p~ .
Правополяризованная частица - спин направленпо импульсу (h = +1). левополяризованная - против импульса (h = −1).Спиральность нейтрино всегда отрицательна: νe = |Le = +1, h = −1i. Такой частицы: P̂ νe = |Le = −1, h = +1i - не существует - ещё доказательствоотсутствия инвариантности.Зарядовая чётность. Операция зарядового сопряжения Ĉ |частица i =|античастица i и Ĉ |античастица i = |частица i.
Зарядовая симметрияозначает, что если существует к-л процесс с участием частиц, то при заменеих на античастицы процесс также существует и с той же вероятностью.Ĉνe = |Le = −1, h = −1i - такой частицы тоже не существует. Т.о в слабых вз-ях нарушается и С, и Р инвариантность. А вот СР-преобразованиедаёт существующую частицу: Ĉ P̂ νe = |Le = −1, h = +1i = ν̄e! Но истинно нейтральные долгоживущие каоны KL0 нарушают СР-инв-ть (распады KL0 → π−e+νe и KL0 → π+e−ν̄e идут с разной вероятностью).
Тпреобразование: t → −t. Оно меняет знак у импульса и момента кол-вадвижения. Сл-вие Т-инвар-ти - одинаковая вер-ть прямого и обратногопроцессов.174ws :)oalexandrСРТ-теорема: наш мир и мир, полученный из него путём пространственной инверсии, зарядового сопряжения и обращения времени, идентичны. Или более умно: произведение 3х операций С, Р и Т коммутируетпрактически с любым мыслимым гамильтонианом: [CPT, H] = 0.Объединение вз-ий.
1. Объединение электрических и магнитных сил(Максвелл). 2. Объединение э/м и слабых сил (Вайнберг, Салам, Глэшоу).Дальше?Интенсивности (вер-ти) разл. вз-ий характеризуются безразмернымиконстантами ?. Но эти константы на самом деле зависят от энергии. Онисбегаются в одну точку (примерно 1/40) при энергиях 1015 − 1016 ГэВ . Наэтом основана надежда создать теорию, объединяющую сильно, слабое иэ/м вз-я. Простейшая версия такой теории (минимальная SU(5)-модель)добавляет к 4м известным бозонам (W, Z, фотон, глюон) ещё 2 бозона переносчика сил Великого объединения (X и Y).
Т.о. получаем полныйнабор фундаментальных частиц - 6 кварков + 6 лептонов + 6 бозонов. X иY бозоны участвуют в процессах, не сохраняющих барионный и лептонныйзаряды. Одним из важнейших предсказаний теории великого объединениеявл. распад протона.175ws :)oalexandrЯдро-13. Космические лучи. Их состав и происхождение.
Нуклеосинтез во ВселеннойКосмические лучи были открыты в 1912 г. В. Гессом. Различают первичныекосмические лучи - космические лучи до входа в атмосферу и вторичныекосмические лучи, образовавшиеся в результате процессов взаимодействияпервичных космических лучей с атмосферой Земли.Рис.
1. Основные компоненты первичных космических лучей176ws :)oalexandrРис. 2. Вертикальные потоки космических лучей в атмосфере.За исключением протонов и электронов на больших высотах, всеостальные частицы образуются в результате взаимодействия первичныхкосмических лучей с атмосферой. Точками показаны результаты измерений отрицательных мюонов с энергией > 1 ГэВ Характеристики космических лучей до входа в атмосферу (первичные космические лучи)177ws :)oalexandrПотокГалактическиекосмические лучи∼1см −2 с −1СоставСолнечныекосмические лучиВо время солн.вспышек можетдостигать ∼ 106 см −298 − 99% протоны,∼ 1.5% ядра гелия1.
Ядерная компонента ∼ 90% протонов,∼ 10% ядер гелия,∼ 1% более тяжелых ядер2. Электроны(∼ 1% от числа ядер)3. Позитроны(∼ 10% от числа электронов)4. Антиадроны(< 1%)Диапазон энергий 106 - 1021 эВ105 - 1011 эВ178ws :)oalexandrРис. 3. Широкий атмосферный ливеньВ результате взаимодействия с ядрами атмосферы первичные космические лучи (в основном протоны) создают большое число вторичных частиц- пионов, протонов, нейтронов, мюонов, электронов, позитронов и фотонов.Таким образом вместо одной первичной частицы возникает большое числовторичных частиц, которые делятся на адронную, мюонную и электроннофотонную компоненты. Такой каскад покрывает большую территорию иназывается широким атмосферным ливнем.В одном акте взаимодействия протон обычно теряет ∼ 50% своей энергии, а в результате взаимодействия возникают в основном пионы.
Каждоепоследующее взаимодействие первичной частицы добавляет в каскад но179ws :)oalexandrвые адроны, которые летят примущественно по направлению первичнойчастицы, образуя адронный кор ливня.Образующиеся пионы могут взаимодействовать с ядрами атмосферы,а могут распадаться, формируя мюонную и электронно-фотонную компоненты ливня. Адронная компонента до поверхности Земли практически недоходит, превращаясь в мюоны, нейтрино и γ -кванты.π 0 → 2γ,π + → µ+ νµπ − → µ− ν̄µМюоны в свою очередь могут распадатьсяµ+ → e+ + νe + ν̄µ ,µ− → e− + n̄ue + νµ .Образующиеся при распаде нейтральных пионов γ -кванты вызывают каскад электронов и γ -квантов, которые в свою очередь образуютэлектрон-позитронные пары. Заряженные лептоны теряют энергию наионизацию и радиационное торможение.
Поверхности Земли в основномдостигают релятивистские мюоны. Электронно-фотонная компонента поглощается сильнее.Один протон с энергией > 1014эВ может создать 106 − 109 вторичныхчастиц. На поверхности Земли адроны ливня концентрируются в областипорядка нескольких метров, электронно-фотонная компонента - в области∼ 100 м, мюонная - нескольких сотен метров.Поток космических лучей на уровне моря примерно в 100 раз меньшепотока первичных космических лучей (∼ 0.01 см −2 с −1).Основными источниками первичных космических лучей являютсявзрывы сверхновых звезд (галактические космические лучи) и Солнце.Большие энергии (до 1016 эВ) галактических космических лучей объясняются ускорением частиц на ударных волнах, образующихся взрывах сверхновых. Природа космических лучей сверхвысоких энергий пока не имеет180ws :)oalexandrоднозначной интерпретации.
На рис. 5 [plot E 2.7dN/dE ] показан спектрвсех частиц первичных галактических лучей. В широком диапазоне энерE −2.7 . Особый интерес предгий спектр апроксимируется соотношением dNdE1516ставляют области энергий 10 − 10 эВ так называемое колено (knee:пик+спад) и 1018 − 1019 - лодыжка (ankle: пик+рост) , в которых наблюдаются аномалии.Рис. 6. Зависимость интенсивности космических лучей лучей от времени,полученная при исследовании относительной концентрации космогенныхрадиоактивных изотопов 14С , 10Ве , 36С l.Интенсивность космических лучей на больших интервалах времени была постоянна в течение ∼ 109 лет. Однако, появились данные, что 30-40 тыс.лет тому назад интенсивность космических лучей заметно отличалась отсовременной (см.
рис.6). Пик интенсивности связывают со взрывом близкой к Солнечной системе (∼ 50 пк) Сверхновой.Нуклеосинтез во Вселенной. Ядерные реакции в звездах1. Вещество во Вселенной в основном состоит из водорода - ∼ 90% всехатомов.2. По распространенности гелий занимает второе место, составляя ∼10% от числа атомов водорода.3. Существует глубокий минимум, соответствующий литию, бериллиюи бору.4. Сразу за этим глубоким минимумом следует максимум, обусловлен181ws :)oalexandrный повышенной распространенностью углерода и кислорода.5. Вслед за кислородным максимумом идет скачкообразное падение распространенности элементов вплоть до скандия (Z = 21, A = 45).6.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
