ВІКІСТОРІНКА
Навигация:
Інформатика
Історія
Автоматизація
Адміністрування
Антропологія
Архітектура
Біологія
Будівництво
Бухгалтерія
Військова наука
Виробництво
Географія
Геологія
Господарство
Демографія
Екологія
Економіка
Електроніка
Енергетика
Журналістика
Кінематографія
Комп'ютеризація
Креслення
Кулінарія
Культура
Культура
Лінгвістика
Література
Лексикологія
Логіка
Маркетинг
Математика
Медицина
Менеджмент
Металургія
Метрологія
Мистецтво
Музика
Наукознавство
Освіта
Охорона Праці
Підприємництво
Педагогіка
Поліграфія
Право
Приладобудування
Програмування
Психологія
Радіозв'язок
Релігія
Риторика
Соціологія
Спорт
Стандартизація
Статистика
Технології
Торгівля
Транспорт
Фізіологія
Фізика
Філософія
Фінанси
Фармакологія


Класифікація елементарних частинок

Елементарні частинки за масою поділяють на чотири класи: фо­тони, лептони, мезони, баріони (таблиця 3.1). Наведемо їх короткі характеристики.

1. Фотони. Частинки цього класу є квантами електромагнітного поля. При поширенні проявляють хвильові властивості, а при взаємодії з речовиною – корпускулярні. Маса спокою фотона дорів­нює нулю, спін – одиниці. Фотони підлягають статистиці Бозе-Ейнштейна (бозони). Це істинно нейтральні частинки, оскільки збі­гаються зі своїми античастинками. Фотон достатньої енергії при взаємодії з важким ядром атома може перетворюватися в пару части­нок електрон-позитрон; можливий і зворотний процес перетворення.

2. Лептони. Легкі частинки, до яких входять електрони, позитрони, мюони, нейтрино і антинейтрино електронного та мюонного походження. Лептони утворюються завжди парами, наприклад, пара електрон і позитрон утворюється при анігіляції гамма-фотона; при розпаді - мезона одержимо пару - мезон і - мезонне нейтрино. Перетворення частинок підлягає закону збереження лептонного заряду.

Лептонам притаманний напівцілий спін s = 1/2, тому на них поширюється принцип Паулі; вони підлягають квантовій статистиці Фермі - Дірака (ферміони). Усі лептони беруть участь у слабких взаємодіях, а заряджені лептони і в електромагнітних взаємодіях.

3. Мезони – нестабільні елементарні частинки з масою, більшою від маси електрона і меншою від маси протона. Бувають мезони нейтральні і ті, які мають заряд. Частинки цього класу p- мезони і К- мезони є квантами поля ядерних сил. Вони забезпечують сильну взаємодію між нуклонами в атомних ядрах. Мезони не мають спіну, для них s = 0, тому вони не підлягають принципу Паулі: в будь-якому стані може перебувати довільне число мезонів. Мезони підлягають квантовій статистиці Бозе - Ейнштейна (бозони).

4. Баріони. До цього класу частинок входять нуклони і група ма­сивніших частинок – гіперони. Усі баріони проявляють сильні взаємодії і відповідно активно взаємодіють з атомними ядрами. За винятком протона, усі баріони нестабільні. При розпаді баріону, крім інших частинок, обов'язково утворюється новий баріон. Остання особливість розпаду є наслідком закону збереження баріонного заряду.

Спін усіх баріонів напівцілий (s = 1/2), тому вони підлягають принципу Паулі й квантовій статистиці Фермі - Дірака (ферміони).

Серед сильновзаємодіючих частинок виявлено велике число короткоживучих частинок, так званих резонансів. Час життя їх стано­вить с; деякі з них є бозонами і повинні бути віднесені до класу мезонів, інші резонанси є ферміонами і повинні бути віднесені до класу гіперонів.

Відомо, що спроби класифікувати елементарні частинки привели до визнання кваркової моделі адронів.

 

Кваркова структура адронів

Вченими було встановлено, що адрони, які беруть участь в сильній взаємодії, мають складну структуру. Це було виявлено за допомогою обстрілювання протонів електронами. Розсіювання електронів на протонах (ефект Комптона) підтвердило, що всередині протона (а також і нейтрона) існує складний розподіл заряду. Була висловлена думка, що адрони складаються з частинок, які пізніше назвали кварками.

Кожен кварк має антикварк. Було відкрито 6 кварків І, ІІ, ІІІ поколінь:

При дослідженні було встановлено, що кварки та антикварки мають дробовий електричний заряд:

;

Протон та нейтрон складаються з трьох кварків: ; кожен мезон − з двох: .

Різновиди кварків називають ароматами, яких існує 6, а окрім них − 6 антиароматів відносно антикварків.

Окрім ароматів кварки характеризуються “кольором”. Кожен кварк може мати три “кольори”: червоний, зелений, синій. Поєднання трьох кольорів даватиме білий. Для всіх адронів притаманний білий колір.

Наявність різних кольорів задається необхідністю виконання принципу Паулі.

Між кварками існують сильні взаємодії. Переносником є глюон (псевдочастинка), за допомогою якого відбувається взаємодія між кварками в адронах. Існує вісім глюонів, два з них є нейтральними, шість мають заряд.

Якщо кварк випромінює глюон, виникає кварк того ж аромату (тип кварка при цьому не змінюється). При випромінюванні глюона змінюється колір глюона з червоного на зелений. Глюони випромінюються при сильній взаємодії, при цьому змінюється лише колір.

Лептони не мають кольору.

Усі адрони складаються лише з кварків першого покоління. Існує кварко-лептонна симетрія (розбиття на покоління).

У таблиці 3.3 наведено значення квантових чисел для п’яти кварків (u, d, s, c, b).

 

Таблиця 3.3

Квантове число Аромати кварків
  u d s с b t
Електричний заряд, q 2/3 -1/3 -1/3 2/3 -1/3 2/3
Баріонний заряд, В 1/3 1/3 1/3 1/3 1/3 1/3
Спін, I 1/2 1/2 1/2 1/2 1/2 1/2
Ізотонічний спін, Т 1/2 1/2
Дивність, S -1
Чарівність, С
Краса, К

Кварки не можуть існувати поодинці як вільні частинки, а це, мабуть, і є фундаментальною властивістю матерії на цьому структурному рівні.

Адже не можна ж до нескінченності застосовувати загальну схему, скажімо, Сонячної системи для опису дедалі глибших рівнів матерії.

Під час обговорення гіпотези кварків потрібно відмовитися від багатьох звичних характеристик мікрочастинок, очікуючи на появу зовсім нових властивостей. Мають з'явитися нові квантові харак­теристики і, відповідно, нові закони збереження. Можливі нові механізми взаємодії і нові типи носіїв взаємодії. Очікування виявилося не марним. Кварки й справді дуже відрізняються від елементарних частинок.

Перша, зовсім приголомшлива відмінність: кварки і антикварки мають електричний заряд, менший за елементарний. Заряд кварка може дорівнювати ±1/3 або ±2/3 елементарного заряду.

Друга відмінність: кварки мають малий баріонний заряд В = 1/3. Утім, можна сказати й інакше: елементарним є заряд кварка, який у три рази менший від «колишнього» елементарного заряду електрона:

.

Тоді колишні носії елементарного заряду – електрон і протон –повинні мати по три нові елементарні заряди. Те саме можна сказати й про новий мінімальний баріонний заряд. Тому логічно почати відлік «елементарності» або «фундаментальності» з глибшого рівня – з рівня кварків.

Кварки – первинні елементарні частинки.

 

 


Практичне заняття 3.1

 

Тема: Енергія зв’язку ядер

Приклади розв’язання задач

Приклад 1. Обчислити дефект маси Δm і енергію зв'язку ядра .

Розв’язання. Дефект маси ядра визначимо за формулою:

.

Підставимо в цю формулу , та ( – табличне значення):

;

;

,

одержимо:

Енергія зв'язку ядра:

,

або

.

 

Приклад 2. Енергія зв'язку електрона з ядром незбудженого атома водню (енергія іонізації) дорівнює 13,6 еВ. Визначити, на скільки маса атома водню менша за суми мас вільних протона і електрона.

Розв’язання. Шукана величина є дефектом маси стійкої системи, що складається з протона і електрона, тобто дефект маси атома водню.

За законом пропорційності маси і енергії, маємо:

Визначення дефекту маси атома водню за формулою

в даний час неможливо, оскільки за своєю величиною (0,0000000149) він значно менший похибки сучасних методів вимірювання мас частинок.

У найбільш важких атомів енергія зв'язку електронної оболонки з ядром досягає десятих частин мегаелектрон-вольт, але оскільки енергія зв'язку нуклонів у важких ядрах близька до 1900 МеВ, то і в цьому випадку енергією зв'язку електронної оболонки з ядром можна знехтувати.

 

Приклад 3. Визначити енергію , яку потрібно витратити для відриву нейтрона від ядра .

Розв’язання. Після відриву нейтрона число нуклонів А в ядрі зменшиться на одиницю, а число протонів Z залишиться незмінним; вийде ядро 22Na. Ядро 23Na можна розглядати як стійку систему, що утворилася в результаті захоплення вільного нейтрона ядром 22Na. Енергія відриву нейтрона від ядра 23Na дорівнює енергії зв'язку нейтрона з ядром 22Na.

Виразивши енергію зв'язку нейтрона через дефект маси системи, одержимо:

.

При підстановці числових значень замінюємо маси ядер масами нейтральних атомів. Оскільки число електронів в оболонках атомів 22Na і 23Na однакове, різниця мас атомів 23Na і 22Na від такої заміни не зміниться:


© 2013 wikipage.com.ua - Дякуємо за посилання на wikipage.com.ua | Контакти