Сторінка
1

Елементарні частинки

План

1 Основні характеристики елементарних частинок

1.1. Маса й заряд елементарних частинок

1.2. Спін елементарних частинок і мікрооб'єктів.

2 Класифікація елементарних частинок

2.1. Лептони Мюони

2.2. Адрони Мезони Гіперони

3 Античастинки

4 Перетворення елементарних частинок

5 Взаємодії елементарних частинок.

Основні характеристики елементарних частинок

Маса і заряд елементарних частинок

Елементарні частинки — найпростіші частинки в складі атома. Сучасний рівень знань не дозволяє точно встановити їхню структуру. Але властивості багатьох частинок вивчені досить добре

Зародження фізики елементарних частинок можна віднести до 90-х років дев'ятнадцятого сторіччя, коли був відкритий електрон (є) Услід за ним ученим стали відомі протон (р) і фотон (у) Далі події розвивалися настільки бурхливо, що це дотепер викликає здивування 1932 рік ввійшов в історію фізики за назвою «рік чудес». Першим з'явилося повідомлення англійського фізика Дж. Чедвіка про відкриття нейтрона (я). Потім американцеві К. Андерсону за допомогою камери Вільсона вдалося знайти в космічному випромінюванні позитрон (є*) — античастинку електрона. Одночасно широко розгорнулися дослідження, покликані визначити властивості цих нових частинок. Було з'ясовано, що вільний нейтрон перетворюється не на дві частинки — протон і електрон, а на три — протон, електрон і якусь нову частинку Е. Фермі дав їй назву «нейтрино» (n), а В. Паулі теоретично обґрунтував її властивості У 1953 рот Райнес і Коуен змогли експериментально підтвердити існування нейтрино Фізика елементарних частинок наочно довела, що далеко не всі фізичні процеси вписуються в рамки класичної електромагнітної моделі Дві нові частинки — нейтрон і позитрон — виявили вузькість сприйняття світу фізичних явищ, що спирався винятково на теорії електромагнітної й гравітаційної взаємодій. Виявилося, що стабільність електронів, протонів і фотонів — це виняток у природі елементарних частинок, адже всі інші елементарні частинки здатні або довільно, або в результаті зіткнень перетворюватися на інші частинки.

Усе це підвело фізиків до ідеї про існування ще двох типів фундаментальних сил: ядерних і слабких. Однак знадобиться ще чимало часу, щоб ця теорія набула остаточної стрункості й завершеності.

До середини XX століття було відомо більше 30 елементарних частинок Ретельне вивчення дозволило виявити їхні загальні властивості.

Так, основними характеристиками елементарних частинок вважають їхню масу спокою й елементарний заряд.

Маси спокою частинок:

Сумарна маса всіх частинок, що утворюють молекулу, атом або ядро, є масою цього мікрооб'єкта, якщо її зменшити на величину дефекту маси Дефект маси прямо пропорційний енергії, яку потрібно витратити, щоб розщепити мікрооб'єкт на елементарні частинки. У ядрах атомів, в яких дефект маси перевищує Ют, нуклони зв'язані між собою найсильніше.

Електричний заряд складного мікрооб'єкта дорівнює сумі зарядів складових його частинок.

Спін елементарних частинок і мікрооб'єктів

Спін є дуже важливою характеристикою як елементарної частинки, так і всього мікрооб'єкта загалом.

Спін елементарної частинки — квантова величина, яка не має аналога в класичній механіці й електродинаміці. Це власна невід'ємна властивість елементарної частинки, настільки ж фундаментальна, як заряд або маса. її можна пояснити як момент імпульсу елементарної частинки, що не пов'язаний з її рухом і не залежить від зовнішніх умов.

Іноді під спіном мається на увазі обертання елементарної частинки навколо своєї осі, але це неправильно. Спін не можна розуміти як обертання, він позначає лише наявність у частинки можливостей для цього. Щоб внутрішній момент імпульсу перетворився на класичний момент імпульсу (тобто щоб частинка справді почала обертатися), необхідним є виконання умови s>>1, де s — спін частинки. Ця умова нездійсненна, тому що максимально можливе значення спіну дорівнює 1.

Спін мікрооб'єкта, наприклад ядра, складається зі спінів нуклонів і орбітальних моментів імпульсу нуклонів, обумовлених рухом нуклонів усередині ядра.

Вивчення спіну елементарних частинок дозволило зробити висновки про їх поведінку серед інших частинок. Спін частинок може бути цілим або дробовим. Це і є підставою для розподілу частинок на бозони і ферміони.

Бозони — частинки з цілочисловим або нульовим спіном. Вони описуються симетричними хвильовими функціями і підкоряються статистичному розподілу Бозе — Ейнштейна.

Ферміони — загальна назва частинок із нецілочисловим спіном. Вони описуються несиметричними хвильовими функціями і підкоряються статистичному розподілу Фермі — Дірака. Складні утворення (ядра атомів), складені з непарного числа фермюнів, є ферміонами, тобто мають нецілочисловий сумарний спін.

Якщо ж мікрооб'єкт складається з парного числа ферміонів, то його сумарний спін цілий, і такі ядра називаються бозонами.

Класифікація елементарних частинок

Елементарні частинки поєднують у три групи:

— фотони;

— лептони;

— адрони.

Група фотонів містить у собі тільки одну частинку — фотон, який є носієм електромагнітної взаємодії.

Лептони. Мюони

До групи лептонів належать електрон, мюон, електронне і мюонне нейтрино і відповідні античастинки. Усі лептони є ферміонами, тому що їхній спін дорівнює 1/2. Вони не беруть участі в сильних (ядерних) взаємодіях.

Розглянемо основні властивості мюона. Мюон був уперше виявлений у 1936 році, і тоді ж було встановлено, що він є твердим компонентом вторинного космічного випромінювання. Він є продуктом розпаду важчих частинок Маса мюона складає 207тс, що дозволяє зарахувати його до легких частинок Заряд мюона чисельно дорівнює зарядові електрона, але мюони можуть бути як позитивними (μ+), так і негативними (μ-)

Мюони належать до нестабільних частинок, час їхнього життя складає 2,2·10 -6 с Вони зазнають спонтанного розпаду відповідно до наступної схеми: