Ядерная физика и физика элементарных частиц введение классификация элементарных частиц



Дата10.11.2012
Размер60 Kb.
ТипДокументы
Ядерная физика и физика элементарных частиц
1. ВВЕДЕНИЕ

Классификация элементарных частиц
Под элементарной частицей мы будем понимать частицу, которая способна испытывать взаимопревращения в различных типах взаимодействий и при этом не может быть представлена в виде суммы каких - либо других частиц, которые способны существовать в свободном виде.

В настоящее время открыто несколько сотен элементарных частиц. Такое количество элементарных частиц нуждается в их определенной классификации.

Те частицы, которые способны принимать участие во всех типах фундаментальных взаимодействий (см. ниже) носят название адронов. Те частицы, которые не участвуют в сильном взаимодействии, называются лептонами. Класс лептонов состоит из шести элементарных частиц (электрон, мюон, тау - лептон, соответствующих им нейтрино) и шести античастиц.

В отличие от лептонов адронов очень много. Все адроны состоят из кварков, которые не встречаются в свободном виде (подробно этот вопрос будет изложен при обсуждении кварковой модели адронов). Класс кварков, как и класс лептонов, состоит из шести частиц и шести античастиц. Адроны образуются комбинацией трех или двух кварков. Адроны, образуемые комбинациями трех кварков, носят название барионов (протоны, нейтроны). Адроны, состоящие из двух кварков (кварка и антикварка) получили название мезонов.

К отдельной группе частиц следует отнести частицы - переносчики фундаментальных взаимодействий. Так, электромагнитное взаимодействие передается нейтральным фотоном, не имеющим массы, что обусловливает большой радиус действия этого взаимодействия.

Все частицы можно классифицировать и по их спину. Под спином частицы понимается собственный механический момент импульса частицы, который всегда присущ данному виду частиц, определяет их свойства и обусловлен их квантовой природой. В отличие от классического момента импульса, который может принимать любые значения в их непрерывной последовательности, спин принимает только определенные дискретные значения, пропорциональные постоянной Планка. Коэффициент пропорциональности – спиновое квантовое число – у одних частиц имеет только целочисленные значения (бозоны - мезоны, частицы переносчики взаимодействий), а у других – полуцелые (фермионы – барионы и лептоны).

Частицы можно классифицировать и по их времени жизни:

1) стабильные (электрон, протон, нейтрино, фотон);

2) квазистабильные – распадающиеся вследствие электромагнитного и слабого взаимодействий (нейтрон);

3) нестабильные – распадающиеся вследствие сильного взаимодействия.

Фундаментальные частицы и взаимодействия
Фундаментальными называют частицы, которые по современным представлениям не имеют внутренней структуры. 12 фундаментальных фермионов (со спином 1/2 в единицах png" name="graphics1" align=bottom width=10 height=15 border=0>) приведены в таблице 1. Последний столбец таблицы 1 – электрические заряды фундаментальных фермионов в единицах величины заряда электрона e.



Табл. 1. Фундаментальные фермионы.




Фундаментальные фермионы

Взаимодействия

 

Поколения

Заряд


1

2

3

 

 



лептоны







0









-1



кварки

u

c

t

+2/3

d

s

b

-1/3


12 фундаментальным фермионам соответствуют 12 антифермионов.

Взаимодействие частиц осуществляется за счет 4 типов взаимодействий: гравитационного, сильного, электромагнитного и слабого. Квантами соответствующих полей являются 12 фундаментальных бозонов.


Табл. 2. Фундаментальные взаимодействия




Взаимодействие

Квант

Радиус

Квадрат
константы

Примеры проявления
взаимодейстия

Сильное

глюоны

10-13

~1

Ядро, адроны

Электромагнитное

-квант



1/13710-2

Атом, - переходы

Слабое



10-16

~10-6

Слабые распады
частиц, - распад

Гравитационное

гравитон



~10-40

Сила тяжести

 

Квантами сильного взаимодействия являются нейтральные безмассовые глюоны. Фундаментальные фермионы, между которыми реализуется сильное взаимодействие – кварки – характеризуются квантовым числом “цвет”, которое может принимать 3 значения. Глюоны имеют 8 разновидностей “ цветных” зарядов.

Квантами электромагнитного взаимодействия являются - кванты. Гамма-кванты имеют нулевую массу. В электромагнитных взаимодействиях участвуют фундаментальные частицы, занимающие последние три строки в таблице 1, т.е. заряженные лептоны и кварки. Поскольку кварки в свободном состоянии не наблюдаются, а входят в состав адронов, т.е. барионов и мезонов, все адроны, наряду с сильными взаимодействиями, участвуют и в электромагнитных взаимодействиях.

Квантами слабого взаимодействия, в котором принимают участие все лептоны и все кварки, являются и бозоны. Существуют как положительные бозоны, так и отрицательные ; – бозоны электрически нейтральны. Массы и бозонов велики – больше 80 ГэВ/с2. Следствием больших масс промежуточных бозонов слабого взаимодействия является малая – по сравнению с электромагнитной константой – константа слабого взаимодействия. Нейтрино участвует только в слабых взаимодействиях. Глюоны, гамма-квант, и бозоны являются фундаментальными бозонами. Спины всех фундаментальных бозонов равны 1.

Гравитационные взаимодействия практически не проявляются в физике частиц. Например, интенсивность гравитационного взаимодействия двух протонов составляет ~10-38 от интенсивности их электромагнитного взаимодействия.

Экспериментально установлено существование 12 фундаментальных фермионов и 12 фундаментальных бозонов (без учета античастиц), их свойства подробно исследованы.

Явления природы, проявляющиеся при энергиях частиц <100 МэВ, могут быть практически полностью объяснены взаимодействием фундаментальных фермионов 1-го поколения. 2-е поколение фундаментальных фермионов проявляется при энергиях порядка сотен МэВ. Для исследования 3-го поколения фундаментальных частиц строят ускорители высоких энергий (E > 100 ГэВ).
Основные характеристики атомных ядер
За более чем 70 лет исследования атомных ядер физикой ядра накоплен громадный объем экспериментальных данных. Интерпретация этих данных является задачей теории ядра. Перечислим основные характеристики ядер, которые будут обсуждаться далее:

1. Размеры ядер.

2. Энергия связи нуклонов в ядре и энергии отделения нуклонов и кластеров от ядра.

3. Спин, четность и изоспин ядер в основных и возбужденных состояниях.

4. Спектры ядер.

5. Электромагнитные моменты ядра и нуклонов.





Похожие:

Ядерная физика и физика элементарных частиц введение классификация элементарных частиц icon01. 04. 16 [Физика атомного ядра и элементарных частиц]
В основу настоящей программы положены следующие дисциплины: теория ядра, теория элементарных частиц, экспериментальная ядерная физика,...
Ядерная физика и физика элементарных частиц введение классификация элементарных частиц icon«физика элементарных частиц. Большой адронный коллайдер»
Физика элементарных частиц изучает самую глубинную суть нашего мира. Она пытается найти ответы (хотя бы приблизительные!) на фундаментальные...
Ядерная физика и физика элементарных частиц введение классификация элементарных частиц iconМагистерской программы Наименование программы: «Физика элементарных частиц и космология»
«Физика элементарных частиц и космология», в рамках направления «Ядерные физика и технология»
Ядерная физика и физика элементарных частиц введение классификация элементарных частиц iconФизика элементарных частиц и фундаментальная ядерная физика

Ядерная физика и физика элементарных частиц введение классификация элементарных частиц iconФизика фундаментальных взаимодействий 51 час, VIII семестр, 2006 г
Классификация элементарных частиц и типов фундаментальных взаимодействий. Характеристики элементарных частиц. Лептоны, кварки, мезоны,...
Ядерная физика и физика элементарных частиц введение классификация элементарных частиц iconЯдерная физика
В современной ядерной физик е структуру ядра исследуют с помощью частиц высоких энергий, а фундаментальные свойства элементарных...
Ядерная физика и физика элементарных частиц введение классификация элементарных частиц iconФизика элементарных частиц, фундаментальная ядерная физика и ядерные технологии
Разработка технологии получения медицинских изотопов на сильноточных протонных пучках
Ядерная физика и физика элементарных частиц введение классификация элементарных частиц iconФизика элементарных частиц и фундаментальная ядерная физика
Участники Проекта (институты, организации, подразделения), количество научных сотрудников, число молодых сотрудников до 35 лет
Ядерная физика и физика элементарных частиц введение классификация элементарных частиц iconФизика элементарных частиц, фундаментальная ядерная физика и ядерные технологии
Участники Проекта (институты, организации, подразделения), количество научных сотрудников, число молодых сотрудников до 35 лет
Ядерная физика и физика элементарных частиц введение классификация элементарных частиц iconФизика элементарных частиц, фундаментальная ядерная физика и ядерные технологии
Участники Проекта (институты, организации, подразделения), количество научных сотрудников, число молодых сотрудников до 35 лет
Разместите кнопку на своём сайте:
ru.convdocs.org


База данных защищена авторским правом ©ru.convdocs.org 2016
обратиться к администрации
ru.convdocs.org