Головна
Банківська справа  |  БЖД  |  Біографії  |  Біологія  |  Біохімія  |  Ботаніка та с/г  |  Будівництво  |  Військова кафедра  |  Географія  |  Геологія  |  Екологія  |  Економіка  |  Етика  |  Журналістика  |  Історія техніки  |  Історія  |  Комунікації  |  Кулінарія  |  Культурологія  |  Література  |  Маркетинг  |  Математика  |  Медицина  |  Менеджмент  |  Мистецтво  |  Моделювання  |  Музика  |  Наука і техніка  |  Педагогіка  |  Підприємництво  |  Політекономія  |  Промисловість  |  Психологія, педагогіка  |  Психологія  |  Радіоелектроніка  |  Реклама  |  Релігія  |  Різне  |  Сексологія  |  Соціологія  |  Спорт  |  Технологія  |  Транспорт  |  Фізика  |  Філософія  |  Фінанси  |  Фінансові науки  |  Хімія

Адрони - Фізика

Пермський військовий інститут ВВ МВС РФ

Кафедра загальнонаукових дисциплін

Курсова робота з фізики

Тема: Адрони

Виконав:

Колишній старший викладач ПВІ ВВ МВС РФ підполковник у відставці Овечкін Олексадр Васильович для курсанта N

Науковий керівник:

Дата захисту «» квітня 2003

Оцінка

(Підпис науч. РУКОВ.)

Перм - 2003

ЗМІСТ

- Види взаємодій.

- Класифікація елементарних частинок.

- Адрони.

- Властивості елементарних частинок (маса, заряд, спін, баріонів заряд, ізотопічний спин, гіперзаряд, парність, комбінована парність, дивина, чарівність, і т.д.).

- Закони збереження.

- Незбереження парності в слабких взаємодіях.

- Систематика адронів.

- Теорія унітарної симетрії.

- Кварки.

Вступ

Виявлення на рубежі 19-20 ст. найдрібніших носіїв властивостей речовини - молекул і атомів - і встановлення того факту, що молекули побудовані з атомів, вперше дозволило описати всі відомі речовини як комбінації кінцевого, хоча і великого, числа структурних складових - атомів. Виявлення в подальшому наявності складових складають атомів - електронів і ядер, встановлення складної природи ядер, які опинилися побудованими всього з двох типів часток (протонів і нейтронів), істотно зменшило кількість дискретних елементів, що формують властивості речовини, і дало підставу припускати, що ланцюжок складових частин матерії завершується дискретними безструктурними утвореннями - елементарними частинками. Таке припущення, взагалі кажучи, є екстраполяцією відомих фактів і скільки-небудь строго обгрунтовано бути не може.

Не можна з упевненістю стверджувати, що частинки, елементарні в сенсі наведеного визначення, існують. Протони і нейтрони, наприклад, тривалий час вважалися елементарними частинками, як з'ясувалося, мають складну будову. Не виключена можливість того, що послідовність структурних складових матерії принципово нескінченна. Може виявитися також, що твердження "складається з ..." на якійсь ступені вивчення матерії виявиться позбавленим змісту.

Основна частина

Види взаємодій

Основні, фундаментальні взаємодії у фізиці поділяються на:

- Гравітаційні

- Електромагнітні

- Слабкі

- Сильні

Гравітаційні взаємодії, добре відомі за своїми макроскопічними проявами, у випадку Е. ч. На характерних відстанях ~ 10-13см дають надзвичайно малі ефекти через малість мас елементарних частинок.

Електромагнітні взаємодії характеризуються як взаємодії, в основі яких лежить зв'язок з електромагнітним полем. Процеси, обумовлені ними, менш інтенсивні, ніж процеси сильних взаємодій, а породжувана ними зв'язок Е. ч. Помітно слабкіше. Електромагнітні взаємодії, зокрема, відповідальні за зв'язок атомних електронів з ядрами і зв'язок атомів в молекулах.

Слабка взаємодія, одне з фундаментальних взаємодій, в якому беруть участь всі елементарні частинки (крім фотона). Слабка взаємодія набагато слабкіше не тільки сильного, але й електромагнітної взаємодії, але незмірно більше гравітаційного. Очікуваний радіус дії слабкої взаємодії порядка 2 · 10-16 см. Слабка взаємодія обумовлює більшість розпадів елементарних частинок, взаємодії нейтрино з речовиною та ін. Для слабкої взаємодії характерне порушення парності, старанність, «чарівності» та ін. В кін. 60-х рр. створена єдина теорія слабкого і електромагнітного взаємодій (так зване електрослабку взаємодія).

Сильні взаємодії, найсильніший з фундаментальних взаємодій елементарних частинок. У сильній взаємодії беруть участь адрони. Сильна взаємодія перевершує електромагнітне взаємодія приблизно в 100 разів, його радіус дії ок. 10-13 см. Окремий випадок сильної взаємодії - ядерні сили.

Характерне час, за який відбуваються елементарні процеси, що викликаються сильними взаємодіями, становить 10-23-10-24сек. Сильні взаємодії мають високий ступінь симетрії; вони симетричні щодо просторової інверсії, зарядового сполучення, звернення часу. Специфічним для сильних взаємодій є наявність внутрішніх симетрій адронів: ізотопічний інваріантності, симетрії по відношенню до фазового перетворення, що приводить до існування особливого зберігається квантового числа - старанність, а також SU (3) -симетрії.

Найважливіша особливість сильних взаємодій - їх короткодіючий характер; вони помітно проявляються лише на відстанях порядку 10-13см між взаємодіючими адронами, т. е. їх радіус дії приблизно в 100 000 разів менше розмірів атомів. На таких відстанях С. в. в 100-1000 разів перевищують електромагнітні сили, що діють між зарядженими частинками. Зі збільшенням відстані сильні взаємодії швидко зменшуються, так що на відстані кілька радіусів дії вони стають порівнянними з електромагнітними взаємодіями, а на ще більших відстанях практично зникають. З короткодействующим характером сильних взаємодій пов'язаний той факт, що вони, незважаючи на їх величезну роль в природі, були експериментально виявлені тільки в 20 ст., В той час як більш слабкі дальнодействующіх електромагнітні та гравітаційні сили були виявлені і вивчені набагато раніше (внаслідок дальнодействующего характеру електромагнітних і гравітаційних сил відбувається складання сил, що діють з боку великого числа частинок, і таким чином виникає взаємодія між макроскопічними тілами).

Для пояснення малого радіусу дії ядерних сил була висунута гіпотеза, згідно з якою сильні взаємодії між нуклонами (N) відбувається завдяки тому, що вони обмінюються один з одним деякою часткою, володіє масою, аналогічно тому, як електромагнітне взаємодія між зарядженими частинками, згідно квантової електродинаміки, здійснюється за допомогою обміну «частками світла» - фотонами. При цьому передбачалося, що існує специфічну взаємодію, що приводить до випускання і поглинання проміжної частки - переносника ядерних сил, який назвали сильними взаємодіями.

Згідно з квантовою механікою, час спостереження системи Dt і невизначеність в її енергії DE пов'язані невизначеностей співвідношенням: DEDt ~, де - постійна Планка. Тому, якщо вільний нуклон випускає частку з масою m (т. Е. Енергія системи змінюється згідно з формулою теорії відносності на величину DE = mc2, де з - швидкість світла), то це може відбуватися лише на час Dt ~ / mc2. За цей час частка, що рухається зі швидкістю, що наближається до гранично можливої швидкості світла с, може пройти відстань близько / mc. Отже, щоб взаємодія між двома частинками здійснювалося шляхом обміну часткою маси т, відстань між цими частками має бути порядку (або менше) / mc, т. Е. Радіус дії сил, які переносяться часткою з масою m, повинен складати величину / mc. При радіусі дії ~ 10-13см маса переносника ядерних сил має бути близько 300 me (де me- маса електрона), або приблизно в 6 разів менше маси нуклона. Така частка була виявлена в 1947 і названа пі-мезоном (півонією, p).

Залежно від участі в тих чи інших видах взаємодій всі вивчені Е. ч., За винятком фотона, розбиваються на дві основні групи: адрони (від грецького hadros - великий, сильний) і лептони (від грецького leptos - невеликий, тонкий, легкий) .

Елементарні частинки

Елементарні частинки, найдрібніші відомі частки фізичної матерії. Уявлення про елементарні частинки відображають ту ступінь у пізнанні будови матерії, яка досягнута сучасною наукою. Характерна особливість елементарних частинок - здатність до взаємних перетворень; це не дозволяє розглядати елементарні частинки як найпростіші, незмінні «цеглинки світобудови», подібні атомам Демокрита. Число частинок, які називаються в сучасній теорії елементарними частинками, дуже велике. Кожна елементарна частинка (за винятком абсолютно нейтральних частинок) має свою античастинку. Всього разом з античастинками відкрито (на 1978) понад 350 елементарних частинок. З них стабільні фотон, електронне і мюонне нейтрино, електрон, протон і їх античастинки; решта елементарні частинки мимовільно розпадаються за час від 103 с для вільного нейтрона до 10-22 - 10-24 с для резонансів. Однак не можна вважати, що нестабільні елементарні частинки «складаються» із стабільних хоча б тому, що одна і та ж частка може розпадатися кількома способами на різні елементарні частинки.

Класифікація елементарних частинок

Класифікація елементарних частинок виробляється за типами фундаментальних взаємодій, в яких вони беруть участь, і на основі законів збереження ряду фізичних величин. Окрему «групу» становить фотон. Частинки зі спіном 1/2, не беруть участь у сильній взаємодії і володіють зберігається внутрішньою характеристикою - лептонним зарядом, утворюють групу лептонів.

Елементарні частинки, що беруть участь у всіх фундаментальних взаємодіях, включаючи сильне, називаються адронів. Характерним для адронів сильних взаємодій властиво максимальне число зберігаються величин (законів збереження), в т. Ч. Специфічного для них - баріонів заряду, старанність, изотопического спина, «чарівності».

Адрони діляться на баріони і мезони. За сучасними уявленнями, адрони мають складну внутрішню структуру: баріони складаються з 3 кварків, мезони - з кварка і антікварка. При зіткненнях елементарних частинок відбуваються всілякі перетворення їх один в одного (включаючи народження багатьох додаткових часток), що не забороняються законами збереження.

Послідовна теорія елементарних частинок, яка передбачала б можливі значення мас елементарних частинок і інші їхні внутрішні характеристики, ще не створена.

Адрони - (термін походить від грец. Hadros - великий, сильний; термін запропонований Л. Б. Окунем в 1967).

Частинки, які беруть участь у сильній взаємодії. До адронів відносяться всі баріони (в т. Ч. Нуклони - протон і нейтрон) і мезони. Адрони мають зберігаються в процесах сильної взаємодії квантовими числами: дивиною, чарівністю, красою та ін. Близькі за масі адрони, що мають однакові значення зазначених квантових чисел, а також баріонів числа і спина можуть бути об'єднані в ізотопічні мультіплети, що включають в себе адрони з різними електричними зарядами. Ізотопічні мультіплети, що відрізняються тільки значенням дивацтва, можуть бути, у свою чергу, об'єднані в більш великі групи частинок - супермультіплети групи SU (3).

Адрони з В = +1 утворюють підгрупу баріонів (сюди входять протон, нейтрон, гіперонів, баріонів резонанси), а адрони з В = 0 - підгрупу мезонів (p- і К-мезони, бозони резонанси). Назва підгруп адронів походить від грецьких слів barys - важкий і mesos - середній, що на початковому етапі досліджень Е. ч. Відображало порівняльні величини мас відомих тоді баріонів і мезонів. Пізніші дані показали, що маси баріонів і мезонів порівнянні. Для лептонів В = 0. Для фотона В = 0 і L = 0.

Баріони і мезони поділяються на вже згадувані сукупності:

звичайних (нестранно) часток (протон, нейтрон, p-мезони), дивних частинок (гіперонів, К-мезони) і

зачарованих частинок. Цьому поділу відповідає наявність у адронів особливих квантових чисел: дивацтва S і чарівності (англійське charm) Ch з допустимими значеннями: 151 = 0, 1, 2, 3 і | Ch | = 0, 1, 2, 3. Для звичайних частинок S = 0 і Ch = 0, для дивних частинок | S | ? 0, Ch = 0, для зачарованих частинок | Ch | ? 0, а | S | = 0, 1, 2. Замість дивацтва часто використовується квантове число гіперзаряд Y = S + В, що має, мабуть, більш фундаментальне значення.

Властивості елементарних частинок. Класи взаємодій.

Характеристики елементарних частинок.

Найбільш важливе квантове властивість все елементарних частинок. - Їх здатність народжуватися і знищуватися (испускаться і поглинатися) при взаємодії з іншими частинками.

Характеристики елементарних частинок.

Кожна елементарних частинок, поряд зі специфікою притаманних їй взаємодій, описується набором дискретних значень певних фізичних величин, або своїми характеристиками

Загальними характеристиками всіх елементарних частинок є маса (m), час життя (t), спін (J) і електричний заряд (Q). Поки немає достатнього розуміння того, за яким законом розподілені маси елементарних частинок і чи існує для них якась одиниця виміру.

Маса, одна з основних фізичних характеристик матерії, яка визначає її інертні і гравітаційні властивості.

Всі елементарні частинки є об'єктами виключно малих мас і розмірів. У більшості з них маси мають порядок величини маси протона, яка дорівнює 1,6 ? 10-24г (помітно менше лише маса електрона: 9 ? 10-28г). Певні з досвіду розміри протона, нейтрона, p-мезона по порядку величини рівні 10-13см. Розміри електрона і мюона визначити не вдалося, відомо лише, що вони менше 10-15см.

У залежності від часу життя елементарні частинки поділяються на стабільні, квазістабільні і нестабільні (резонанси).

Стабільними, в межах точності сучасних вимірювань, є електрон (t> 5 ? 1021лет), протон (t> 2 ? 1030лет), фотон і нейтрино.

До квазістабільності відносять частинки, які розпадаються за рахунок електромагнітних і слабких взаємодій. Їх часи життя> 10-20сек (для вільного нейтрона навіть ~ 1000 сек). Резонансами називаються елементарні частинки, які розпадаються за рахунок сильних взаємодій. Їх характерні часи життя 10-23-10-24сек. У деяких випадках розпад важких резонансів (з масою ? 3 Гев) за рахунок сильних взаємодій виявляється пригніченим і час життя збільшується до значень - ~ 10-20сек.

Спін (англ. Spin, букв. - Обертання), власне момент кількості руху мікрочастинки, має квантову природу і не пов'язаний з рухом частинки як цілого; вимірюється в одиницях Планка постійної ћ і може бути цілим (0, 1, 2, ...) або напівцілим (1/2, 3/2, ...).

Спін p- і К-мезонів дорівнює 0, у протона, нейтрона і електрона J = 1/2, у фотона J = 1

Баріонів заряд (баріонна число) (B), одна з внутрішніх характеристик баріонів. У всіх баріонів B = +1, а у їх античастинок B = -1 (у решти елементарних частинок B = 0). Алгебраїчна сума баріонних зарядів, що входять в систему частинок, зберігається при всіх взаємодіях.

Ізотопічний спин (ізоспін, I), внутрішня характеристика адронів і атомних ядер, що визначає число (n) часток в одному ізотопічному мультиплеті: n = 2 I + 1. У процесах сильної взаємодії ізотопічний спин зберігається.

Четность- квантове число, що характеризує симетрію хвильової функції фізичної системи або елементарної частинки при деяких дискретних перетвореннях: якщо при такому перетворенні не міняє знака, то парність позитивна, якщо міняє, то парність негативна. Для абсолютно нейтральних частинок (або систем), які тотожні своїм античастинок, крім парності просторової, можна ввести поняття зарядовим парності і комбінованої парності (для інших частинок заміна їх античастинками змінює саму хвильову функцію).

Важливою характеристикою адронів є також внутрішня парність Р, пов'язана з операцією просторів, інверсії: Р приймає значення = 1.

, Ізотопічний спин, гіперзаряд, парність, комбінована парність, дивина, чарівність, і т.д.).

Дивина (S), ціле (нульове, позитивне чи негативне) квантове число, що характеризує адрони. Дивина частинок і античастинок протилежні за знаком. Адрони з S0 ?називаются дивними. Дивина зберігається в сильному і електромагнітному взаємодіях, але порушується (на 1) у слабкій взаємодії.

«Краса» («принадність»), квантове число, що характеризує адрони; зберігається в сильному і електромагнітному взаємодіях і не зберігається в слабкому. Носієм «краси» є b-кварк. Адрони з ненульовим значенням «краси» називаються «красивими» («чарівними»), виявлені на досвіді.

«Чарівність» (Чарм, шарм), квантове число, що характеризує адрони (або кварки); зберігається в сильному і електромагнітному взаємодіях, але порушується слабкою взаємодією. Частинки з ненульовим значенням «чарівність» називаються «зачарованими» частинками.

Колір, квантове число, що характеризує кварки і глюони. Для кожного типу кварка приймає одне з трьох можливих значень. У квантовій хромодинамике з «кольором» пов'язаний специфічний «колірної заряд», який визначає взаємодію «кольорових» частинок.

DМ = Zmp + Nmn-M (Z, N) = Eсв / c2, де M - маса ядра, що має Z протонів і N нейтронів; mp, mn - маси протона і нейтрона. Для атомів, молекул, кристалів величина дефекту маси пренебрежимо мала.

Збереження закони, закони, згідно з якими чисельні значення деяких фізичних величин не змінюються з плином часу при різних процесах. Найважливіші закони збереження - закони збереження енергії, імпульсу, моменту кількості руху, електричного заряду. Крім цих суворих законів збереження існують наближені закони збереження, які справедливі лише для певного кола процесів; напр., збереження парності порушується лише слабкими взаємодіями.

Теорія унітарної симетрії SU (3).

Відкриття великого числа резонансів і встановлення їх квантових чисел показало, що адрони, що входять в різні ізотопічні мультіплети, можуть бути об'єднані в більш широкі групи частинок з однаковими спинами, парністю і баріонним зарядом, але з різними гіперзаряд - т. Зв. супермультіплети. Наприклад, 8 баріонів зі спіном1 / 2и покладе. парністю: нуклони N (протон і нейтрон) з ізотопічним спіном I = 1 / 2и гіперзаряд Y = 1, S-гіперони (S +, S0, S-) c I = 1, Y = 0, L-гіперон з I = 0, Y = 0, X-гіперони (X0, X-) з I = 1/2, Y = - 1 можуть бути об'єднані в єдиний супермультіплети - октет баріонів. У супермультіплети (декаплет) об'єднуються також баріони зі спіном3 / 2и позитивної парністю; цей мультіплет включає резонанси D (D ++, D +, D0, D-) з I = 3/2, Y = 1, резонанси S * (S + *, S0 *, S- *) cl = 1, Y = 0, резонанси X * (X0 *, X- *) з I = 1/2, Y = - 1 і W- = гіперон з I = 0, Y = - 2. Аналогічним чином в супермультіплети об'єднуються і мезони. Наприклад, p-мезони (p +, p0, p-) з I = 1, Y = 0, K-мезони (K +, K0, K-, K0) з I = 1/2, Y = ± 1 і h-мезон c I = 0, Y = 0 об'єднуються в октет мезонів зі спіном 0 і негативною парністю. Оскільки, однак, маси частинок, що входять в один і той же супермультіплети, помітно відрізняються один від одного, ясно, що симетрія С. в., Внаслідок якої існують групи «схожих» часток, є не точною, а наближеною симетрією. Можна вважати, що С. в. складається з володіє високим ступенем симетрії т. н. «Надсильного» взаємодії та порушує симетрію «помірно сильного» взаємодії.

Кварки

Кварки - гіпотетичні фундаментальні частинки, з яких за сучасними уявленнями, складаються всі адрони (баріони - з трьох кварків, мезони - з кварка і антікварка). Кварки мають спіном 1/2, баріонним зарядом 1/3, електричними зарядами -2/3 і +1/3 заряду протона, а також специфічним квантовим числом «колір». Експериментально (опосередковано) виявлені 6 типів («ароматів») кварків: u, d, s, c, b, t. У вільному стані не спостерігалися.

Гіпотетичні електрично нейтральні частинки з нульовою масою і спіном 1, здійснюють взаємодію між кварками називаються глюонами ,. Подібно кваркам, глюони мають квантової характеристикою «колір» .ЗАКЛЮЧЕНІЕ

Вивчення структури різних елементарних частинок, і в першу чергу протона і нейтрона, знаходиться на самому передньому краї фронту досліджень у фізиці елементарних частинок. Протон і нейтрон - це остаточні основні стану всіх баріонів. З обох цих частинок побудовані всі атомні ядра, що знаходяться в своїх основних станах.

Класифікація адронів виявилася дуже успішною, при цьому вдалося трохи зазирнути в структуру адронів, представити їх складаються з кварків. Але багато чого ще належить з'ясувати.

Не так давно з'явилася нова теорія елементарних частинок, названа «теорією зашнуровкі». Відповідно до неї жодна з частинок не є більш фундаментальною і елементарної, ніж інші. Кожна елементарна частинка існує тому, що існують всі інші частинки.

СПИСОК ЛІТЕРАТУРИ:

В.Акоста, К.Кован, Б.Грем «Основи сучасної фізики», М. Просвещение, 1981;

І.Розенталь «Елементарні частинки і структура Всесвіту», М. Наука, 1984;

К.Мухін «Цікава ядерна фізика», М. Вища школа, 1985

Боголюбов Н. Н., Медведєв Б. В., Поліванов М. К., Питання теорії дисперсійних співвідношень, М., 1958;

Логунов А. А, Основні тенденції в розвитку теорії сильних взаємодій, «Фізика елементарних частинок, і атомного ядра (ЕЧАЯ)», 1974, т. 5, ст. 3;
Движение
унівський рух - як об'єднувальна ланка між молекулярною і статистичною фізикою Найбільш вдале питання, яке об'єднує молекулярну фізику з статистичною фізикою - є розгляд броунівського руху. Рух частинки або частинок, завислих в рідині і газі - явище, настільки відоме кожному, що навіть

Двигуни постійного струму
Двигуни постійного струму використовуються в прецизійних приводах, що вимагають плавного регулювання частоти обертання в широкому діапазоні. Властивості двигуна постійного струму, так само як і генераторів, визначаються способом збудження і схемою включення обмоток збудження. За способом збудження

Гравітація
КУО - ЩО Про ГРАВІТАЦІЇ І антигравітацією. Перш ніж перейти до суті питання, хочу попередити, що Я - не фізик, що не математик і взагалі в даний момент не займаюся ні якої науковою діяльністю. Більше того, я вже добре призабув той матеріал з курсу фізики і математики, що мені давали в школі

Око як оптична система
Око людини має приблизно кулясту форму; діаметр його (в середньому) 2,5 см (рис. 1); очей оточений зовні трьома оболонками. Зовнішня тверда і міцна оболонка /, звана склер або білковою оболонкою, захищає внутрішність ока від механічних пошкоджень. Склера на передній частині очі прозора і називається

Геліоенергетика: стан та перспективи
Міністерство освіти РФ Іркутський державний педагогічний університет Факультет математики, фізики та інформатики Форма навчання заочна. Курсова робота Геліоенергетика: стан та перспективи Виконав: студент 3 курсу, Гордєєв Сергій Миколайович Науковий керівник: Сухомлин Володимир Трохимович

Лазерна технологія - найважливіша галузь сучасного природознавства
МІНІСТЕРСТВО ОСВІТИ РОСІЙСЬКОЇ ФЕДЕРАЦІЇ СЕРЕДНЯ ШКОЛА-ГІМНАЗІЯ №54 РЕФЕРАТ по темі “Лазерна технологія - найважливіша галузь сучасного природознавства “ Виконавець: Крылова Марія, ученица 11 класу "А" Керівник: Веденева А. П., вчитель фізики КРАСНОДАР 1998 1. Особливості

Висновок і аналіз формул Френеля на основі електромагнітної теорії Максвелла
МГТУ ім Н.Е.Баумана гр. ФН2-41 Котов В.Е. Висновок і аналіз формул Френеля на основі електромагнітної теорії Максвелла. (За матеріалами лекцій Толмачова В.В.) Постановка завдання Хай є дві діелектричні середовища 1 і 2, с електричної та магнітної проніцаемостьюісоответственно. З середовища

© 2014-2022  8ref.com - українські реферати