Шпаргалка по "Концепциям современного естествознания"

Элемента́рная части́ца — собирательный термин, относящийся к микрообъектам в субъядерном масштабе, которые невозможно расщепить на составные части.

Следует иметь в  виду, что некоторые элементарные частицы (электрон, фотон, кварки и т. д) на данный момент считаются бесструктурными и рассматриваются как первичныефундаментальные частицы. Другие элементарные частицы (так называемые составные частицы — протон, нейтрон и т. д.) имеют сложную внутреннюю структуру, но, тем не менее, по современным представлениям, разделить их на части невозможно (см. Конфайнмент).

Строение и поведение  элементарных частиц изучается физикой элементарных частиц.

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

Сильное взаимодействие. Этот вид взаимодействия называют иначе  ядерным, так как оно обеспечивает связь нуклонов в ядре. Интенсивность  взаимодействия принято характеризовать  безразмерной константой взаимодействия G2. Эта же константа характеризует  вероятность процессов, обусловленных  данным взаимодействием. Наибольшее расстояние, на котором проявляется сильное взаимодействие (радиус действия r) составляет примерно 10 -13 см. Частица, пролетающая со скоростью, близкой к с, в непосредственной близости к другой частице, будет взаимодействовать с ней в течение времени t = 10-23 сек. В соответствии с этим говорят, что сильное взаимодействие характеризуется временем взаимодействия ts порядка 10-23 сек.

Электромагнитное  взаимодействие. Радиус действия электромагнитного  взаимодействия не ограничен. Константа  взаимодействия равна 1\137. Следовательно, интенсивность электромагнитного  взаимодействия примерно в 100 раз меньше, чем сильного. Время, необходимое  для того, чтобы проявилось взаимодействие, обратно пропорционально его  интенсивности (или вероятности). Поэтому, для электромагнитного взаимодействия t = 10-21 сек.

Слабое взаимодействие. Слабое или распадное взаимодействие ответственно за все виды β-распадов ядер, за многие распады элементарных частиц, а также за все процессы взаимодействия нейтрино с веществом. Слабое взаимодействие, как и сильное, является краткодействующим. Константа взаимодействия равна 10-14. Время взаимодействия t = 10-9.

Гравитационное взаимодействие. Радиус действия не ограничен. Константа  взаимодействия мала: 10-39. Соответственно, время взаимодействия t = 109. Гравитационное взаимодействие является универсальным, ему подвержены все элементарные частицы. Но в процессах микромира гравитационное взаимодействие ощутимой роли не играет.

Основные  свойства элементарных частиц. Классы взаимодействий. Все Э. ч. являются объектами исключительно малых масс и размеров. У большинства из них массы имеют порядок величины массы протона, равной 1,6×10^-24 г (заметно меньше лишь масса электрона: 9×10^-28 г). Определённые из опыта размеры протона, нейтрона, p-мезона по порядку величины равны 10^-13 см. Размеры электрона и мюона определить не удалось, известно лишь, что они меньше 10^-15 см.Микроскопические массы и размеры Э. ч. лежат в основе квантовой специфики их поведения. Характерные длины волн, которые следует приписать Э. ч. в квантовой теории (   , где    — постоянная Планка, m — масса частицы, с — скорость света) по порядку величин близки к типичным размерам, на которых осуществляется их взаимодействие (например, для p-мезона   1,4×10^-13 см). Это и приводит к тому, что квантовые закономерности являются определяющими для Э. ч.

Наиболее важное квантовое  свойство всех Э. ч. — их способность  рождаться и уничтожаться (испускаться  и поглощаться) при взаимодействии с др. частицами. В этом отношении  они полностью аналогичны фотонам. Э. ч. — это специфические кванты материи, более точно — кванты соответствующих физических полей (см. ниже). Все процессы с Э. ч. протекают  через последовательность актов их поглощения и испускания. Только на этой основе можно понять, например, процесс рождения p⁺-мезона при столкновении двух протонов (р + р ® р + n+ p⁺) или процесс аннигиляции электрона и позитрона, когда взамен исчезнувших частиц возникают, например, два g-кванта (е⁺ +е^- ® g + g). Но и процессы упругого рассеяния частиц, например е^- +p ® е^- + р, также связаны с поглощением начальных частиц и рождением конечных частиц. Распад нестабильных Э. ч. на более лёгкие частицы, сопровождаемый выделением энергии, отвечает той же закономерности и является процессом, в котором продукты распада рождаются в момент самого распада и до этого момента не существуют. В этом отношении распад Э. ч. подобен распаду возбуждённого атома на атом в основном состоянии и фотон. Примерами распадов Э. ч. могут служить:   ; p⁺ ® m⁺ + v_m; К⁺ ® p⁺ + p⁰ (знаком "тильда" над символом частицы здесь и в дальнейшем помечены соответствующие античастицы).

Различные процессы с  Э. ч. заметно отличаются по интенсивности  протекания. В соответствии с этим взаимодействия Э. ч. можно феноменологически  разделить на несколько классов: сильные, электромагнитные и слабые взаимодействия. Все Э. ч. обладают, кроме того, гравитационным взаимодействием.

Сильные взаимодействия выделяются как взаимодействия, которые  порождают процессы, протекающие  с наибольшей интенсивностью среди  всех остальных процессов. Они приводят и к самой сильной связи  Э. ч. Именно сильные взаимодействия обусловливают связь протонов и  нейтронов в ядрах атомов и  обеспечивают исключительную прочность  этих образований, лежащую в основе стабильности вещества в земных условиях