Реферат на тему:


Воспользуйтесь поиском к примеру Реферат        Грубый поиск Точный поиск






Загрузка...
Классификация элементарных частиц

Классификация элементарных частиц

План

1. Характеристики субатомных частиц

2. Лептоны

3. Адроны

4. Частицы носители взаимодействий

Характеристики субатомных частиц

Исторически первыми экспериментально обнаруженными элементарными частицами были электрон, протон, а затем нейтрон. Казалось, что этих частиц и фотона (кванта электромагнитного поля) достаточно для построения известных форм вещества атомов и молекул. Такой подход предусматривал, что вещество состоит из протонов, нейтронов и электронов, а фотоны осуществляют взаимодействие между ними. Однако вскоре выяснилось, что мир устроен значительно сложнее. Было установлено, что каждой частице соответствует своя античастица, отличающаяся от нее лишь знаком заряда. Для частиц с нулевыми значениями всех зарядов античастица совпадает с частицей (например, фотон). По мере развития экспериментальной ядерной физики до сих частиц добавились еще более 300 частиц.

Характеристиками субатомных частиц есть масса, электрический заряд, спин, время существования частицы, магнитный момент, пространственная четность, лептонное число, Барионное Число и др.

Когда речь идет о массе частицы, имеют в виду ее массу покоя, поскольку она не зависит от состояния движения. Частица, имеет нулевую массу покоя, движется со скоростью света (фотон). Не существует двух частиц с одинаковыми массами. Электрон легкая частица с ненулевой массой покоя. Протон и нейтрон тяжелее электрона почти в 2000 раз. А самая тяжелая из полученных в ускорителях элементарных частиц (Z-частица) имеет массу в 200 000 раз больше по сравнению с массой электрона.

Электрический заряд меняется в довольно узком диапазоне и всегда кратен фундаментальной единице заряда - заряда электрона (1). Некоторые частицы (фотон, нейтрино) вовсе не имеют заряда.

Важная характеристика частицы спин собственный момент импульса частицы. Так, протон,нейтрон и электрон имеют спин 1/2, а спин фотона равен 1. Известны частицы со спином 0,3 / 2,2. Частица со спином 0 при любом угле поворота выглядит одинаково. Частица со спином 1 приобретает прежний вид после полного оборота на триста шестидесятый. Частица со спином 1/2 приобретает прежний вид после оборота на 720 ° и т.д. Частица со спином 2 приобретает прежнее положение через пол-оборота (180е). Частиц со спином более 2, возможно, вообще не существует.

В зависимости от спина все частицы делятся на две группы: бозоны частицы с целыми спинами 0,1 и 2; фермионы частицы с полуцелыми спинами (1 / 2,3 / 2).

Частицы характеризуются также продолжительностью существования. По этому признаку они делятся на стабильные и нестабильные. Стабильные частицы это электрон, протон, фотон и нейтрино. Нейтрон стабилен, когда находится в ядре атома, но свободный нейтрон распадается примерно за 15 минут. Все другие известные частицы нестабильны; время их существования колеблется от нескольких микросекунд до 10 21 с.

Большую роль в физике элементарных частиц играют законы сохранения, устанавливающие равенство между, определенными комбинациям]! величин, характеризующих начальное и конечное состояния системы. Арсенал законов сохранения в квантовой физике больше, чем в классической физике. Он пополнился законами сохранения различных четности (пространственной, зарядовой), зарядов (лептонного, барионного и др.), Внутренних симметрий, свойственных тому или иному типу взаимодействий. При этом оказалось, что чем интенсивнее взаимодействие, тем больше ему отвечает законов сохранения, то есть тем больше она симметрична. В квантовой физике законы сохранения всегда являются законами запрета. Но если законы сохранения позволяют некий процесс, то он обязательно происходит реально.

Вершиной развития представлений о законах сохранения в квантовой физике является концепция спонтанного нарушения симметрии, то есть существование устойчивых асимметричных решений для некоторых типов задач. В 60-х pp. эксперименттабильних субатомных частиц, открытая в 1936 г.. Во всех отношениях мюон напоминает электрон: имеет тот же заряд и спин, участвует в тех же взаимодействиях, но имеет большую массу и нестабилен. Примерно за две миллионные доли секунды мюон распадается на электрон и два нейтрино. В конце 70-х pp. было обнаружено третий заряженный лептон, получивший название "тау-лептона". Это очень тяжелая частица. ее масса около 3500 масс электрона, но во всем остальном он ведет себя подобно электрону и мюоны.

Значительно расширился список лептонов в 60-х pp. Было установлено, что существует несколько типов нейтрино: электронное нейтрино, мюонное нейтрино и тау-нейтрино. Таким образом, общее количество разновидностей нейтрино равно трем, а общее число лептонов шести. Разумеется, у каждого лептона есть своя античастица; таким образом, общее количество различных лептонов равно двенадцати. Нейтральные лептоны участвуют только в слабом взаимодействии; заряженные в слабом и электромагнитном (см. таблицу)

Адроны

Если лептонов двенадцать, то адронов сотни; и подавляющее большинство из них резонансы, то есть крайне нестабильны частицы. Тот факт, что адронов существуют сотни, наводит на мысль, что адроны не элементарны частицы, а состоят из более мелких частиц. Все адроны встречаются в двух разновидностях электрически заряженные и нейтральные. Наиболее известные и распространенные такие адроны, как нейтрон и протон. Другие адроны имеют очень непродолжительное время существования и быстро распадаются. Это класс барионов (тяжелые частицы гипероны и барионные резонансы) и большое семейство мезонов (мезонные резонансы). Адроны участвуют в сильном, слабом и электромагнитном взаимодействиях.

Существование и свойства большинства известных адронов было установлено в опытах на ускорителях. Открытие множества разнообразных адронов в 50 60-х pp. крайне озадачило физиков. Но впоследствии частицы удалось классифицировать по массе, зарядом и спином. Постепенно стала выстраиваться более или менее читка картина. Появились конкретные идеи о том, как систематизировать хаос эмпирических данных, раскрыть тайну адронов в целостной научной теории. Решающий шаг был сделан в 1963 p., Когда было создано кварковое модель адронов.

Частицы носители взаимодействий

Перечень известных частиц не исчерпывается лептонами и адронами, которые являются строительным материалом вещества. В этот перечень не входит, например, фотон. Есть еще один тип частиц, которые не являются строительным материалом материи, а непосредственно обеспечивают четыре фундаментальные взаимодействия, то есть образуют своеобразный "клей", что не позволяет мира распадаться на части.

Носителем электромагнитного взаимодействия является фотон. Теорию электромагнитного взаимодействия обосновывает квантовая электродинамика.

Носители сильного взаимодействия глюоны. Глюоны носители взаимодействия между кварками, которые связывают их попарно или тройками.

Носителями слабого взаимодействия есть три частицы и -бозоны. их было открыто только в 1983 г.. Радиус слабого взаимодействия чрезвычайно мал, поэтому его носителями должны быть частицы с большими массами покоя. В соответствии с принципом неопределенности время существования частиц с такой большой массой покоя должен быть чрезвычайно коротким всего лишь около с.

Высказывается мнение о возможном существовании носителя гравитационного поля гравитон. Подобно фотонов, гравитоны движутся со скоростью света; следовательно, это частицы с нулевой массой покоя. Но этим сходство между гравитонами и фотонами исчерпывается. В то время как фотон имеет спин 1, спин Гравитон равен 2. Это важное отличие определяет направление силы: при электромагнитном взаимодействии одноименно заряженные частицы (электроны) отталкиваются, а при гравитационной все частицы притягиваются друг к другу. Собственно говоря, гравитоны можно зафиксировать с помощью эксперимента. Но поскольку гравитационное взаимодействие очень слабое и в квантовых процессах практически не проявляется, то непосредственно зафиксировать гравитоны

Загрузка...