Шпаргалка по "Физика"

   Обратной  реакцией срыва является реакция подхвата – налетевший нуклон (n или р) подхватывает (откалывает) от ядра один из нуклонов, превращаясь при этом в дейтрон.

   Деление ядер. Бомбардировка ядер частицами может вызывать из деление на несколько частей. Например, деление урана под действием нейтронов. Эта реакция относиться к числу цепных ядерных реакций, т.к. при распаде образуется больше нейтронов, чем их было до взаимодействия. Различают управляемые цепные реакции и неуправляемые.

   Термоядерные  реакции являются реакциями ядерного синтеза, т.е. слияния легких ядер. Проводяться при большой температуре, чтобы преодолеть кулоновский барьер отталкивания частиц. В основном это реакции дейтерия и трития. Они имеют неконтролируемый характер (пока). 
 
 
 
 
 
 

Вопрос 28. Элементарные частицы. Виды взаимодействий и классы элементарных частиц.

   Дать  строгое определение понятия  элементарной частицы оказывается затруднительным. В качестве первого приближения можно понимать под элементарными частицами такие микрочастицы, внутреннюю структуру которых на современном уровне развития физики нельзя представить как объединение других частиц. Во всех наблюдавшихся до сих пор явлениях каждая такая частица ведет себя как целое. Элементарные частицы могут превращаться друг в друга.

   Известны  четыре вида взаимодействий между элементарными  частицами: сильное, электромагнитное, слабое и гравитационное (в порядке убывания интенсивности).

   Сильное взаимодействие обеспечивает связь нуклонов в ядре. Радиус действия 10^-13 см. Константа взаимодействия порядка 10.

   Электромагнитное  взаимодействие. Радиус действия не ограничен. Константа взаимодействия 1/137.

   Слабое  взаимодействие ответственно за все виды β-распада ядер (включая и е-захват), за многие распады элементарных частиц, а также за все процессы взаимодействия нейтрино с веществом. Константа взаимодействия порядка 10^-14. Слабое взаимодействие, как и сильное, является короткодействующим.

   Гравитационное  взаимодействие. Константа порядка 10^-39, радиус действия не ограничен. Является универсальным, так как ему подвержены все частицы, но ощутимой роли для них не играет.

   Элементарные  частицы обычно подразделяются на четыре класса. К одному из них относится  только одна частица – фотон. Второй класс – лептоны, третий – мезоны, и четвертый – барионы.

   Фотоны – кванты электромагнитного взаимодействия, участвуют в электромагнитных взаимодействиях, но не участвуют в сильных и слабых взаимодействиях.

   Лептоны (легкие) не обладают сильным взаимодействием. Это электроны и позитрон, нейтрино. Все они имеют спин ½ и являются фермионами. Все обладают слабым взаимодействием, и некоторые (с зарядом) электромагнитным взаимодействием.

   Мезоны (средний) – сильновзаимодействующие нестабильные частицы, не несущие барионного заряда. Спин всех мезонов равен нулю, так что они являются бозонами. Это π-мезоны или пионы, К-мезоны или каоны, и эта-мезон.

   Барионы – нуклоны и нестабильные частицы гипероны, с массой большей массы нуклонов. Обладают сильным взаимодействием. Спин равен 1/2. за исключением протона, все барионы нестабильны. При распаде бариона обязательно образуется другой барион.

   Кроме перечисленных выше частиц, обнаружено большое количество сильновзаимодействующих короткоживующих частиц, которые получили название резонансов. Эти частицы представляют собой резонансные состояния, образованные двумя или более элементарными частицами.

Вопрос 29. Законы сохранения и квантовые числа элементарных частиц.

   Для квантовых  частиц существуют законы сохранения, которые запрещают или разрешают распад (рождение) частиц по какой-либо схеме. Каждый закон сохранения отражает определенную симметрию системы.

   Закон сохранения энергии запрещает распад по схеме р → n + e⁺ + υ (по этому протон стабилен)

   Закон сохранения барионного заряда запрещает распад по схеме р → e⁺ + υ (обязательно должен образоваться другой барион).

   Закон сохранения странности (или гиперзаряда) введен для объяснения поведения странных частиц. Суммарная странность в ходе процесса не должна изменяться.

   Закон сохранения четности получен из квантовомеханических представлений. Функция частицы может быть четной и нечетной (инверсия координат). При всех превращениях четность системы остается неизменной. Этот закон означает инвариантность законов природы по отношению к замене правого левым. Не действует в слабых взаимодействих.

   В слабых взаимодействиях действует закон комбинированной четности (инверсия координат должна сопровождаться переходом к античастицам)

   Закон сохранения импульса р, момента импульса М и энергии отражают свойства симметрии пространства и времени.

   Закон сохранения электрического Q, барионного B и лептонного L зарядов выражают особую симметрию пси-функции.

   Закон сохранения изотопического спина T отражает изотропность изотопического пространства.

   Нарушение одного из законов сохранения означает нарушения в данном виде взаимодействия соответствующего вида симметрии.

   Квантовые числа элементарных частиц:

   Барионный заряд (или барионное  число). Для барионов равен +1, для антибарионов -1, для всех остальных частиц 0.

   Лептонный заряд L вводится для объяснения особенностей протекания процессов с участием лептонов и антилептонов. Лептонам приписывается L = +1, антилептнонам L= -1, всем остальным частицам 0.

   Изотопический спин Т подобен спину для электронов.

   Странность S вводится для объяснения странных частиц.

   Гиперзаряд Y = B + S = 2<Q>. Вводится для того, чтобы не иметь дела с дробными числами (т.к. <Q> равно ½).

   Четность  P характеризует пси-функцию частицы. Если заменить координаты на противоположные, т.е. х на –х, у на –у и т.д., то получится либо та же функция, либо функция с противоположным знаком. Если четная функция, то Р = +1, если нечетная - -1. 
 
 
 
 
 
 
 
 

          Вопрос 30. Кварковая модель адронов.

   Со  временем частиц, называемых элементарными, стало так много, что возникли серьезные сомнения в их элементарности. Каждая из сильновзаимодействующих частиц характеризуется тремя независимыми квантовыми числами: зарядом Q, гиперзарядом Y, и барионным зарядом B. В связи с этим возникла теория о том, что все частицы состоят из трех фундаментальных частиц - носителей этих зарядов.

   В 1964 году Гелл-Манн выдвинул гипотезу о трех кварках P, N и Λ (есть и антикварки). Они обладают зарядами +2/3, -1/3 и -1/3. Другие квантовые числа также являются дробными. В дальнейшем пришлось расширить количество кварков, так как эта теория противоречила принципу Паули. Были добавлены новые квантовые числа – очарованье С и цвет (красный, желтый и голубой) и четвертый кварк – С, обладающий очарованием 1.

   Сочетание цветов кварков должно давать белый (нулевой) цвет. Антикварки окрашены в антицвет. Цвет регулирует отталкивание и притяжение кварков.

   Частицы переносчики взаимодействия между  кварками были названы глюонами (клей). Они переносят цвет от одного кварка к другому.

   Гипотеза  кварков оказалась довольно плодотворной. Она позволила систематизировать уже известные частицы и предсказала существование новых. Однако, сами кварки не обнаружены до сих пор, и их существование остается под вопросом.