Элементарная частица. Классификация. Законы сохранения. Античастицы. Кварк – адронная модель.

Вопрос 4 Элементарная частица. Классификация. Законы сохранения. Античастицы. Кварк – адронная модель. Элементарные частицы. Классификация. Элементарные частицы обычно подразделяют на четыре класса: фотоны, лептоны, мезоны, барионы. Мезоны и барионы часто объединяют в один класс сильно взаимодействующих частиц, называемых адронами (крупный)/ Дадим краткую характеристику перечисленных классов частиц: 1. Фотоны (g - кванты электромагнитного поля), участвуют в электромагнитных взаимодействиях, но не обладает сильным и слабым взаимодействиями. 2. Лептоны получили свое название от греческого слова «лептос» которое означает «легкий». К их числу относятся частицы, не обладающие сильным взаимодействием: мюны (m^+, m^-), электроны (e^+, e^-), электронные нейтрино (, ) и мюнные нейтрино (, ). Все лептоны имеют спин и, следовательно, являются фермионами. Все лептоны обладают слабым взаимодействием. 3. Мезоны – сильно взаимодействующие нестабильные частицы, не несущие так называемого барионного заряда. К их числу относятся p - мезоны или пионы (p^+, p^-, p^0), k – мезоны или каоны (, , , ) и эта – мезоны (h). Заряд p^+и p^- мезонов равен e. Масса заряженных пионов равна 273me, масса p^0 – мезона равна 264me. Спин всех пионо равен 0. , , Масса k – мезонов составляет ~ 970 me, время жизни ~ 10^-19 c. Они распадаются с образованием p - мезона и лептона или только лептонов. В отличие от лептонов, мезоны обладают не только слабым (и, если они заряжены, электромагнитным), но также и сильным взаимодействием, проявляющимся при взаимодействии их между собой, а также при взаимодействии между мезонами и барионами. Спин всех мезонов равен нулю, так что они являются бозонами. 4. Все барионы обладают сильным взаимодействием и, следовательно, активно взаимодействуют с атомными ядрами. Спин всех барионов равен 1/2, так что барионы являются фермионами. За исключением протона, все барионы нестабильны. При распаде бариона, наряду с другими частицами, обязательно образуется барион (закон сохранения барионного заряда). Кроме перечисленных выше частиц, обнаружено большое число сильновзаимодействующих короткоживущих частиц, которые получили название резонансов. Античастицы. Дираку удалось найти уравнение для электрона, из которого следует, что возможно существование античастицы электрона – позитрон. При заданном импульсе существует решение Между наибольшей отрицательной энергией () и наименьшей положительной энергией () имеется интервал значений энергии, которые не могут реализоваться. Дирак предположил, что переходы электронов в состояние с отрицательной энергией обычно не наблюдается по той причине, что не имеющиеся уровни уже заняты электронами. Согласно Дираку вакуум есть также состояние, в котором все уровни с отрицательными энергиями заселены электронами, а уровни с положительной энергией свободны. Если одному из этих электронов сообщить энергию , то он перейдет в состояние с положительной энергией. А оставшаяся дырка будет вести себя как частица с положительной массой и положительным зарядом (позитрон). При встрече электрона с позитроном они аннигилируют и излучают g - фотон. В несколько измененной форме уравнение Дирака применимо не только к электронам, но и другим частицам со спином 1/2, протон – антипротон , нейтрон - антинейтрон . Закон сохранения. Если барионам приписать барионный заряд B=+1, антибарионам B=-1, а всем остальным частицам B=0, то для всех процессов протекающих с участие барионов и антибарионов будет характерен закон сохранения барионного заряда. Если приписать лептонам лептонный заряд L=+1, антилептонам L=-1, а всем остальным частицам L=0, то во всех процессах наблюдается закон сохранения суммарного лептонного заряда.

Вопрос 5 Ядерные силы. Основные свойства ядерных сил – короткодействие, насыщение, зависимость от спина, зарядовая независимость. Ядерное взаимодействие между нуклонами получило название сильного взаимодействия. Его можно описать с помощью поля ядерных сил. Перечислим отличительные особенности этих сил. 1. Ядерные силы являются короткодействующими. Их радиус действия имеет порядок 10^-13 см. На расстояниях существенно меньших 10^-13 см, притяжение нуклонов сменяется отталкиванием. 2. Сильное взаимодействие не зависит от заряда нуклонов. Ядерные силы, действующие между двумя протонами, протоном и нейтроном и двумя нейтронами имеют одинаковую величину. Это свойство называется зарядовой независимостью. 3. Ядерные силы зависят от взаимной ориентации спинов нуклонов. Так, например, нейтрон и протон удерживаются вместе, образуя ядро тяжелого водорода дейтрон только в том случае, если их спины паралелльны друг другу. 4. Ядерные силы не являются центральными. Их нельзя представлять направленными вдоль прямой, соединяющей центры действующих нуклонов. Нецентральность ядерных сил вытекает, в частности, из того факта, что они зависят от ориентации спинов нуклонов. 5. Ядерные силы обладают свойством насыщения (это означает, что каждый нуклон в ядре взаимодействует с ограниченным числом нуклонов). Насыщение проявляется в том, что удельная энергия связи нуклонов в ядре при увеличении числа нуклонов не растет, а остается примерно постоянной. Кроме того, на насыщение ядерных сил указывает также пропорциональность объема ядра числу образующих его нуклонов.

Дата добавления: 2015-08-29