Главная Случайная страница


Полезное:

Как сделать разговор полезным и приятным Как сделать объемную звезду своими руками Как сделать то, что делать не хочется? Как сделать погремушку Как сделать неотразимый комплимент Как сделать так чтобы женщины сами знакомились с вами Как сделать идею коммерческой Как сделать хорошую растяжку ног? Как сделать наш разум здоровым? Как сделать, чтобы люди обманывали меньше Вопрос 4. Как сделать так, чтобы вас уважали и ценили? Как сделать лучше себе и другим людям Как сделать свидание интересным?

Категории:

АрхитектураАстрономияБиологияГеографияГеологияИнформатикаИскусствоИсторияКулинарияКультураМаркетингМатематикаМедицинаМенеджментОхрана трудаПравоПроизводствоПсихологияРелигияСоциологияСпортТехникаФизикаФилософияХимияЭкологияЭкономикаЭлектроника






Элементарные частицы и античастицы





ФИЗИКА

 

 

Сборник методических указаний

для самостоятельной работы студентов бакалавриата

очной и заочной форм обучения

по теме

 

ФИЗИКА ЭЛЕМЕНТАРНЫХ ЧАСТИЦ

 

 

Брянск 2011


 

 

МИНОБРНАУКИ РОССИИ

 

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение

высшего профессионального образования

«Брянская государственная инженерно-технологическая академия»

 

Кафедра «Физика»

 

УТВЕРЖДЕНО

НМС БГИТА

 

Протокол №___ от "__"________г.

 

Сборник методических указаний

для самостоятельной работы студентов бакалавриата

очной и заочной форм обучения

по теме

 

ФИЗИКА ЭЛЕМЕНТАРНЫХ ЧАСТИЦ

 

Брянск 2011


 

УДК 538.91(072)

 

Сборник методических указаний для самостоятельной работы студентов бакалавриата очной и заочной форм обучения по теме «ФИЗИКА ЭЛЕМЕНТАРНЫХ ЧАСТИЦ». Брянск, гос. инж. -технол. акад. Сост. С. П. Симохин. - Брянск: БГИТА, 2011. - 32с.

Даны теоретические выкладки к самостоятельному изучению раздела курса физики, посвященного элементарным частицам, приведены примеры решения задач по данному разделу.

 

Рецензент:

кандидат ф.-м. наук, доц. кафедры математики БГИТА Часова Н.А.

 

 

Рекомендованы редакционно-издательской и методической комиссиями строительного факультета БГИТА. Протокол № от 2011 г

 

Составитель: старший преподаватель кафедры физики БГИТА Симохин С.П.

 

 


СОДЕРЖАние

ШПАРГАЛКА: ЧАСТИЦЫ И ВЗАИМОДЕЙСТВИЯ
1. Элементарные частицы и античастицы
2.Типы фундаментальных взаимодействий в природе
3. Семейство лептонов
4. Семейство адронов
5. Классификация элементарных частиц
6. Кварки
7. Законы сохранения в микромире
8. Решения задач
8.1. Основные понятия, формулы и законы
8.2. Алгоритм решения задач
8.3. Примеры решения задач
9. Задачи для самостоятельного решения
10. Список рекомендованной литературы

ШПАРГАЛКА: ЧАСТИЦЫ И ВЗАИМОДЕЙСТВИЯ



Атомысостоят из электронове, образующих оболочки, и ядер.Ядра состоят из протоновр и нейтроновп. Протоны и нейтроны состоят из кварковдвух типов, и и d: р = uud, n = ddu. Свободный нейтрон испытывает бета-распад: , где — электронное антинейтрино.В основе распада нейтрона лежит распад d-кварка: .

Притяжение электрона к ядру — пример электромагнитного взаимодействия.Взаимное притяжение кварков — пример сильного взаимодействия.Бета-распад — пример проявления слабого взаимодействия.Кроме этих трех фундаментальных взаимодействийважную роль в природе играет четвертое фундаментальное взаимодействие — гравитационное,притягивающее все частицы друг к другу.

Фундаментальные взаимодействия описываются соответствующими силовыми полями. Возбужденияэтих полейпредставляют собой частицы, которые называют фундаментальными бозонами.Электромагнитному полю отвечает фотон , сильному — восемь глюонов,слабому — три промежуточных бозонаW+, W-, Z°, гравитационному — гравитон.

У большинства частиц есть двойники — античастицы,имеющие те же массы, но противоположные по знаку заряды (например, электрический, слабый). Частицы, совпадающие со своими античастицами, т. е. не имеющие никаких зарядов, как, например, фотон, называют истинно нейтральными.

Наряду с е и известны еще две пары похожих на них частиц: , и , . Все они называются лептонами.Наряду с и- и d-кварками известны еще две пары более массивных кварков:с, s и t, b. Лептоны и кварки называют фундаментальными фермионами.

Частицы, состоящие из трех кварков, называют барионами,из кварка и антикварка — мезонами.Барионы и мезоны образуют семейство сильновзаимодействующих частиц — адронов.

 

 

Элементарные частицы и античастицы

 

Изучая радиоактивный распад и ядерные реакции, мы упоминали об элементарных частицах: протонах и нейтронах (входят в состав атомного ядра), электронах (образуют электронную оболочку атома), фотонах (квантах электромагнитного излучения), нейтрино (рождаются в процессах бета-распадов). Также мы рассматривали античастицы: позитрон и антинейтрино.

Следует подчеркнуть, что по мере развития науки и экспериментальной техники понятие «элементарности» все время трансформировалось. Если вначале атомы считались неделимыми частицами материи, то впоследствии оказалось, что атомы состоят из электронов и ядер, а последние — из нуклонов (протонов и нейтронов), которые в свою очередь состоят из кварков.

В настоящее время элементарными частицами называют большую группу мельчайших частиц материи, которые не являются атомами или атомными ядрами (за исключением протона — ядра атома водорода) и которые при взаимодействии ведут себя как единое целое. Характерным свойством всех элементарных частиц является их способность к взаимным превращениям (рождению и уничтожению) при взаимодействии с другими частицами.



Для описания свойств и поведения элементарных частиц им приписываются известные уже характеристики, такие как масса, среднее время жизни, электрический заряд, магнитный момент, спин, а также новые, характерные только для них величины (квантовые числа), которые будут рассмотрены в дальнейшем.

Существование античастицы электрона — позитрона — было предсказано П. Дираком (1931) при анализе квантово—механического, релятивистского уравнения для электрона и который был обнаружен в составе космического излучения К.Андерсоном (1932). Электрон и позитрон, как уже следует из рассмотренного материала, не являются единственной парой частица—античастица. К середине 70-х годов XX в. были обнаружены античастицы практически для всех элементарных частиц.

Согласно принципу зарядового сопряжения, сформулированному в релятивистской квантовой теории, для каждой элементарной частицы должна существовать античастица. Эксперименты показывают, что за немногим исключением, каждая частица действительно имеет античастицу. В настоящее время общее число известных элементарных частиц (вместе с античастицами) насчитывается более 400.

Из общих положений квантовой теории следует, что частицы и античастицы должны иметь одинаковые массы, одинаковые времена жизни в вакууме, одинаковые по модулю, но противоположные по знаку, электрические заряды (и магнитные моменты), а также одинаковые остальные квантовые числа, приписываемые элементарным частицам. Античастицы обозначаются тем же символом, что и частицы, только с тильдой (например, n и , р и ).

Согласно теории Дирака, столкновение частицы и античастицы должно приводить к их взаимной аннигиляции (процесс, при котором частица и античастица, сталкиваясь, взаимно уничтожают друг друга), в результате которой выделяется энергия и рождаются другие частицы.

Примером указанного процесса является реакция аннигиляции пары электрон—позитрон:

, (1)

т.е. электронно—позитронная пара превращается в два —кванта (рис. 1), причем энергия пары переходит в энергию фотонов. Термин «аннигиляция» не следует трактовать буквально: никакого уничтожения материи в процессе (1) не происходит [один ее вид (электрон и позитрон) превращается в другой вид (фотоны)].

Следует отметить, что при аннигиляции электрона и позитрона не всегда рождаются два —кванта [cм.(1)]. Например, если электрон и позитрон обладают очень большой энергией, то при их столкновении могут рождаться разные частицы, даже очень тяжелые. Поэтому метод встречных пучков электронов и позитронов используют для генерации новых частиц и исследования их свойств. В процессе (1) выполняются законы сохранения импульса (фотоны разлетаются в разные стороны) и энергии (энергия обоих —квантов не может быть меньше суммы энергий покоя электрона и позитрона), закон сохранения спина.

В природе также возможен процесс, обратный аннигиляции, — рождение пар. Так, —квант с энергией, большей или равной 2mec2, при прохождении вблизи ядра атома может превратиться в электрон и позитрон:

. (2)

Здесь также выполняются законы сохранения импульса, энергии, заря- Рис. 1 довых чисел и закон сохранения спина.






Date: 2015-05-19; view: 1259; Нарушение авторских прав

mydocx.ru - 2015-2020 year. (0.016 sec.) Все материалы представленные на сайте исключительно с целью ознакомления читателями и не преследуют коммерческих целей или нарушение авторских прав - Пожаловаться на публикацию