WWW.REFERATCENTRAL.ORG.UA - Я ТУТ НАВЧАЮСЬ

... відкритий, безкоштовний архів рефератів, курсових, дипломних робіт

ГоловнаФізика → Елементарні частинки - Реферат

Елементарні частинки - Реферат


Реферат на тему:
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 (?+), так і негативними (?-)
Мюони належать до нестабільних частинок, час їхнього життя складає 2,2·10 -6 с Вони зазнають спонтанного розпаду відповідно до наступної схеми:
Мюони взаємодіють із ядрами атомів дуже слабко, тому вони не можуть бути носіями ядерної взаємодії.
Адрони. Мезони. Гіперони
Адрони, на відміну від лептонів, можуть брати участь у сильній ядерній взаємодії. До цієї групи належать нуклони (протон і нейтрон), мезони (група частинок j масою меншою, ніж маса протона) і гіперони (група частинок із масою більшою, ніж маса протона).
Мезони бувають двох типів:
?-мезони (піони);
К-мезони (каони).
Піони були вперше штучно отримані бомбардуванням а-частинками атомів Be, С і Сu. ?-Мезони сильно взаємодіють із нуклонами й атомними ядрами; вони є головним чинником існування ядерних сил.
Піони можуть бути позитивно (?+) і негативно (? ) зарядженими Чисельно величина їхнього заряду дорівнює величині заряду електрона Крім того, існують і нейтральні (?0) піони.
Піони нестабільні. Час життя заряджених піонів складає 2,6 10-8 с. незаряджених - 0,8 o10-16 с.
Спонтанноя-мезони розпадаються за такою схемою
Маси позитивно і негативно заряджених ?-мезонів однакові й складають 273,1 от . Маса ?°-мезона дорівнює 264,1 тс Усі мезони належать до легких частинок. Заряджені піони мають нульовий спін.
К-мезони - частинки з нульовим спіном і масою 970/и, Відомі 4 типи каонів
К+ - позитивно заряджений кцон;
К" - негативно заряджений каон;
К° і К° - нейтральні каони.
Час життя К-мезонів коливається в періоді від 10 8 до 10 10 с і залежить від їхнього типу. Розпад заряджених каонів відбувається відповідно до такої схеми
Гіперони - важкі нестабільні елементарні частинки масою (2183-3273)тс, що перевищує масу протона. Відомо кілька типів гіперонів
Спін гіперонів дорівнює 1/2 (для ? -гіперону 3/2). Час життя гіперонів складає 10-10 с (для ?°-гіперонів 10-20 с). Розпад гіперонів супроводжується утворенням нуклонів і легких частинок (я-мезонів, електронів, нейтрино і у-квантів)
Властивості гіперонів дозволили виявити ще одну квантову характеристику елементарних частинок - дивність Справа в тому, що розрахований теоретично час життя гіперонів був у 1013 разів менший, ніж експериментально встановлений Закон збереження дивності s пояснив цей факт, а також і те, що гіперон народжується кожного разу у парі з К-мезоном. Слід зауважити, що закон збереження дивності виконується тільки при сильних і електромагнітних взаємодіях.
Античастинки
Квантова теорія передбачала існування античастинок задовго до експериментального доказу цього факту.
Loading...

 
 

Цікаве