birmaga.ru
добавить свой файл

1
Вопрос 30.

Развитие физики элементарных частиц связано с изучением космических лучей. Существует 2 типа космического излучения: первичное, приходящее из космоса и состоящее в основном из высокоэнергетичных протонов, и вторичное, которое образуется в результате взаимодействия первичных космических лучей с ядрами атомов земной атмосферы. Во вторичном излучении выделяют жесткую и мягкую компоненты.


Существует 4 типа взаимодействия:


  1. Сильное (ядерное). Оно ответственно за процессы в ядрах между нуклонами.

  2. Электромагнитное (присуще всем заряженным частицам). Оно не характерно для процессов, в которых участвуют , и -кванты.

  3. Слабое взаимодействие. Оно ответственно за процессы, происходящие с участием и .

  4. Гравитационное взаимодействие. Оно пренебрежимо мало для объектов микромира.

Сильное взаимодействие в 100 раз больше, чем электромагнитное, и в 1014 раз, чем слабое. Радиус действия сильного 10-15 м, слабого 10-19 м.
Существует принцип зарядового сопряжения: каждой частице соответствует античастица. В настоящее время только 3 частицы не имеют античастиц: -мезон, Частицы и античастицы имеют:

  1. одинаковую массу.

  2. Одинаковое время жизни в вакууме.

  3. Равные по модулю и противоположные по знаку заряды.

  4. Одинаковые другие квантовые числа.

Нейтрино и антинейтрино отличаются спиральностью, определяемой как проекция спина на направление ее движения: у нейтрино спин ориентирован антипараллельно импульсу и нейтрино обладает левой спиральностью, а у антинейтрино спин ориентирован по импульсу и он обладает правой спиральностью.
Элементарные частицы делятся на три группы:

  1. Фотоны. В нее входят только фотоны.
  2. Лептоны. Это - электрон, -мюон, -таон, электронное, мюонное, таонное нейтрино , , и соответствующие античастицы. Спин всех частиц ½. , . .


  3. Адроны – протоны, нейтроны,-мезон (пионы), -мезон, гипероны (): . , , .

Исследуя свойства гиперонов, были получены некоторые парадоксальные факты:

1. Теория предсказывала время жизни гиперона на 10 порядков меньше опытного.

2.Гиперон всегда рождается вместе с К- мезоном.

Все эти особенности были объяснены введением нового квантового числа S – странность, которое для каонов равно +1, для гиперонов –1. Мезоны, нуклоны S=0.

Четность - квантовая характеристика элементарных частиц. Характеризует симметрию волновой функции относительно зеркального отражения. Если в.ф. не меняет знак, то P=+1, если меняет, то Р=-1. Закон сохранения четности: четность состояния не изменяется при всех превращениях.

I- изотопический спин (к рассмотренному ранее спину никакого отношения не имеет). Он определяет число частиц, похожих по массе: n = 2I + 1 , n – число изотопов: - изотопический мультиплет.

Частицам, относящимся к лептонам, приписывают лептонный заряд: L=+1 для лептонов, и L=-1 для антилептонов, L=0 для остальных частиц. Закон сохранения лептонного заряда: в замкнутой системе при всех процессах лептонное число сохраняется. Поэтому в распаде испускаются электрон (L=+1) и антинейтрино (L= - 1).

Барионам приписывают барионный заряд В=+1, антибарионы В=-1. Адроны с В=0 – мезоны, для всех остальных частиц В=0.

Если процессы взаимопревращаемости обусловлены сильными взаимодействиями, то выполняются все законы сохранения: энергии, импульса, момента импульса, электрического, лептонного, барионного зарядов, изоспина, странности, четности. В процессах, обусловленных слабыми взаимодействиями, не сохраняются только изоспин, странность, и четность.

Хочется найти фундаментальные частицы, с помощью которых можно сконструировать элементарные частицы.

Кварки имеют дробный заряд и дробный барионный заряд. Оказалось, что все адроны можно сконструировать из 3-х кварков и соответствующих антикварков.



, , , , - не удовлетворяет принципу Паули. Чтобы выполнялся принцип Паули, ввели квантовое число – цвет: голубой, красный, зеленый.

В 1974 г. Был найден джей-пси-гиперон с массой . Ввели 4-ый кварк – с.



В 1979 г. открыт сверхтяжелый гиперон . Ввели 5-ый кварк b- кварк – прелесть.

Полагают, что существует и шестой кварк t – истина (должна существовать симметрия 6 лептонов – 6 кварков)