КНИГИ        регистрация / вход

Элементарные частицы. Античастицы, взаимные превращения частиц

СОДЕРЖАНИЕ: Одним из самых важных результатов в физике высоких энергий является открытие античастиц. Первая античастица -позитрон теоретически предсказан и открыт в начале 30 годов. Он имеет точно такую же массу и абсолютную величину заряда, как и электрон.

Горохов А.В.

Одним из самых важных результатов в физике высоких энергий является открытие античастиц. Первая античастица -позитрон теоретически предсказан и открыт в начале 30 годов. Он имеет точно такую же массу и абсолютную величину заряда, как и электрон, но знак заряда позитрона противоположен знаку заряда электрона. Электрон и позитрон обозначают соответственно e- и e+.

В вакууме позитрон так же стабилен как и электрон, однако при встрече электрона и позитрона происходит их аннигиляция, превращение в g- кванты. При аннигиляции испускается, как првило, два или три фотона.

e+ + e- -->g+ g, e+ + e- --> g+ g+ g.

На ускорителях наблюдается также реакция, обратная аннигиляции электрона и позитрона.

При столкновении двух g- квантов рождается пара "электрон + позитрон".

g+ g-->e+ + e-.

Подобных процессы с высокой точностью рассчитываются в рамках квантовой теории поля - объединяющей квантовую механику и теорию относительности.

Вслед за позитроном были открыты и другие античастицы. В середине 50-х годов на ускорителях были созданы антипротон и антинейтрон, а затем даже антиядра, а в самое последнее время и антиатомы. Как правило, античастицы обозначаются теми же буквами, что и соответствующие частицы, но над буквой ставиться черточка (или тильда). Например, [`(p)] - антипротон, [`(n)] - антинейтрино и т.п.

Масса каждой частицы строго равна массе соответствующей античастицы, а знаки их зарядов противоположны. Мысленная операция замены "частица --> античастица" называется зарядовым сопряжением. При этой операции фотон, который не несет какого-либо заряда, переходит сам в себя. Фотон принадлежит к сравнительно редкомку типу истинно нейтральных частиц, не имеющих зарядовых двойников.

Типы частиц, фундаментальные взаимодействия

Все элементарные частицы в зависимости от спина делятся на фермионы, если спин полуцелый (в единицах (h/2p)), и бозоны, если спин целый.

Кроме того, в зависимости от типов взаимодействий, которым подвержены частицы, различают два семейства: адроны - частицы как с целым, так и полуцелым спином, участвующие во всех фундаментальных взаимодействиях, и лептоны - частицы с полуцелым спином, которые участвуют во всех взаимодействиях, за исключением сильного.

В настоящее время известны четыре фундаментальных типа взаимодействий:

гравитационное, слабое, электромагнитное и сильное.

Слабое взаимодействие отвечает, например, за бета-распады ядер, электромагнитное - связывает электрон и протон в атоме водорода, а сильное взаимодействие - нуклоны в атомных ядрах. С современной точки зрения внутриядерное взаимодействие не является истинно фундаментальным, а устроено наподобие т.н. "химических" сил, которые являются следствием сложной игры кулоновского (электромагнитного) взаимодействия и принципа запрета Паули.

Адроны с целым спином называют мезонами, с полуцелым - барионами Известно несколько сотен адронов. Большинство их крайне нестабильны - это т.н. резонансы: они распадаются на более легкие частицы посредством сильного взаимодействия. Типичное время жизни резонансов ~ 10-21 с.

Квазистабильные адроны живут гораздо дольше и распадаются посредством слабого и электромагнитного взаимодействий. Конечными продуктами распадов квазистабильных мезонов являются более легкие мезоны, лептоны и фотоны, а также, если распадающиеся мезоны достаточно массивны, то пары "барион + антибарион".

Самые легкие барионы (протон и нейтрон) называются нуклонами. Более тяжелые квазистабильные барионы (L , S, X, W,... ) называют гиперонами. Конечными продуктами распадов гиперонов являются лептоны, мезоны, фотоны и обязательно нуклон.

Из протонов и нейтронов состоят атомные ядра, остальные адроны не входят в состав окружающего нас стабильного вещества, они рождаются при столкновениях частиц, обладающих высокими энергиями. Согласно современным представлениям все адроны не являются истинно элементарными частицами. Все они состоят из кварков и глюонов.

В отличие от адронов лептоны истинно элементарные частицы (по крайней мере в рамках т.н. стандартной модели). Известны три заряженных лептона: электрон e-, мюон m и тау-лептон t- и три нейтральных: электронное нейтрино ne, мюонное нейтрино mn и тау-нейтрино nt. У каждой из этих частиц имеется соответствующая античастица. Мюон и t- лептон распадаются за счет слабого взаимодействия, а электрон стабилен.

В слабых распадах каждый из заряженных лептонов рождается в сопровождении соего антинейтрино. В электромагнитных взаимодействиях рождаются пары заряженных лептонов: e+e-, m+m- , t+t-.

Эти закономерности удается объяснить, если предположить, что все лептоны обладают своего рода лептонным "зарядом", равным +1 для лептонов и -1 для антилептонов. Во всех наблюдавшихя процессах лептонный заряд сохраняется.

Предсказаны процессы, в которых ожидается несохранение лептонного заряда: распад протона, двойной бета-распад, нейтринные осцилляции.

(Нейтринные осцилляции предсказаны в середине 50-х Б. Понтекорво для обяснения наблюдающегося дефицита солнечных (электронных) нейтрино. (Будучи испущенным на Солнце, электронное нейтрино с заметной вероятностью превращается по пути на Землю в мюонное и не регистрируется детектором, настроенным на ne. Летом 1998 г. процесс нейтринной осцилляции был обнаружен в лабораторных условиях).

С середины 70-х годов общепринятым стал подход т.н. калибровочных теорий поля, в которых все взаимодействия рассматриваются по аналогии с электродинамикой. На основе теории Глэшоу - Вайнберга - Салама было предсказано, что слабое взаимодействие осуществляется за счет обмена W - и Z- бозонами - квантами поля слабого взаимодействия. Для того, чтобы это взаимодействие было слабым и короткодействующим, нужно, чтобы масса этих промежуточных бозонов была очень большой ~ 100 ГэВ. Эти частицы были обнаружены в 1983 г. на протон - антипроном коллайдере В Европейском центре ядерных исследований (ЦЕРН). Оказалось, что при энергиях ~ 100 ГэВ электромагнитное и слабое взаимодействие перестают быть различными и объединяются в единое электрослабое взаимодействие.

СКАЧАТЬ ДОКУМЕНТ

Предложения интернет-магазинов

Английские частицы: Функции и перевод

Автор(ы): Минченков А.Г.   Издательство: Антология, 2004 г.

Цена: 73 руб.   Купить

Учебное пособие посвящено функционированию и переводу на русский наиболее употребительных частиц современного английского языка. Оно содержит общие положения о классе иллокутивных частиц, подробный анализ их коммуникативных функций и комплекс упражнений, способствующий закреплению изученного материала и стимулирующий у учащихся дальнейший творческий поиск. Пособие отличается четкостью структуры и логичностью подачи материала. Адресовано профессиональным переводчикам, преподавателям и студентам языковых ВУЗов, а также всем, интересующимся вопросами литературного перевода.


Физика. Справочник необходимых знаний

Автор(ы): Андреева Ольга Николаевна   Издательство: Мартин, 2006 г.  Серия: Справочники необходимых знаний

Цена: 62 руб.   Купить

В справочник включены основные разделы физики: механика, молекулярная физика, электродинамика, магнитное поле, электромагнитные волны, оптика, квантовая физика, элементарные частицы. Читателю предлагается необходимый материал, который поможет систематизировать знания, быстро и полно повторить главные моменты того или иного раздела. В книге изложена теория по каждой теме, приведены основные формулы и определения. Несомненно, что представленный в справочнике материал будет способствовать более глубокому и прочному усвоению знаний по физике.


Правописание частиц "не" и "ни"

Автор(ы): Сычева Галина Николаевна   Издательство: Феникс, 2017 г.  Серия: Библиотека школьника

Цена: 106 руб.   Купить

Учебное пособие нацелено на отработку навыков правописания частиц не и ни со всеми частями речи. Теоретическая и практическая части пособия помогут хорошо закрепить орфограммы по данной теме, ликвидировать пробелы в знаниях. Материал книги может быть востребован учителями в процессе подготовки к урокам, учащимися, желающими достичь лучших результатов, и заботливыми родителями, небезразличными к успеваемости своих детей-школьников. Пособие адресовано ученикам начальной и средней школы, учителям, родителям.


Что такое свет?

Автор(ы): Делоне Николай Борисович   Издательство: Физматлит, 2006 г.

Цена: 415 руб.   Купить

Обзор посвящен обсуждению современной точки зрения на природу света. Сначала приводятся результаты знаменитого опыта Т.Юнга со светом, проходящим через два отверстия. Результаты этого опыта убедили физиков, что свет - это волны в среде, где он распространяется. Далее рассматриваются результаты экспериментов, в которых в начале XX века был исследован фотоэффект - процесс вырывания электронов из металла ультрафиолетовым излучением. Интерпретация результатов этих экспериментов, данная А.Эйнштейном, убедительно показала, что свет - это поток частиц, а не волна в среде. В заключение приводится современное положение квантовой физики о корпускулярно-волновом дуализме свойств вещества, в том числе и света. Согласно современным представлениям, свет - это объект не классической, а квантовой физики, а классические формы проявления в виде волны или частиц определяются условиями его взаимодействия с веществом детектирующего прибора. Для учащихся старших классов школ с углубленным изучением физики.

ДОБАВИТЬ КОММЕНТАРИЙ  [можно без регистрации]
перед публикацией все комментарии рассматриваются модератором сайта - спам опубликован не будет

Ваше имя:

Комментарий