mozok.click » Фізика » Класифікація елементарних частинок
Інформація про новину
  • Переглядів: 233
  • Автор: admin
  • Дата: 12-02-2018, 23:00
12-02-2018, 23:00

Класифікація елементарних частинок

Категорія: Фізика

Класифікація елементарних частинок. Основні характеристики елементарних частинок: електричний заряд, маса, тривалість життя, спін, лептонний і баріонний заряди, дивність (квантове число) - можуть слугувати підставою для їх класифікації. І як ми зазначали у попередньому параграфі, усі частинки можна класифікувати за їх здатністю брати участь у тому чи іншому виді взаємодії.

Таблиця «Елементарні частинки» відображає класифікацію частинок за характером взаємодії частинок1.

Окрему групу складає фотон. Фотон бере участь в електромагнітній взаємодії. Не має античастинки.

Лептони - це частинки, які не беруть участі у сильній взаємодії. Вони проявляють себе в усіх інших взаємодіях (електрослабкій та гравітаційній). На сьогодні відомо 6 лептонів: електрон, мюон, два типи нейтрино (електронне та мюонне), тау-лептон та тау-нейтрино. Кожна з них має свою античастинку.

Третій клас утворюють адрони. Так називають частинки, які беруть участь у сильній взаємодії (саме слово «адрони» означає сильновзаємодійні частинки). Адрони можуть взаємодіяти й іншими типами сил, але на малих відстанях сили сильної взаємодії значно переважають.

Адрони поділяють на мезони, нуклони (протон, нейтрон) та гіперони (лямбда-гіперон, сигма-гіперони та ін.).

Звернімо увагу на те, що у таблиці наведено класифікацію стабільних та довгоживучих частинок ( з часом життя, більшим за 10-19 с). Більшість частинок утворюють так звану групу резонансних, час життя яких настільки малий, що їх не вдається зареєструвати. Вони виявляють себе наслідком своєї дії.

1 У довідниках з фізики можна зустріти і класифікацію за масою частинок. У ній виділяють три групи - легкі (лептони), важкі (баріони) та проміжні (мезони).



Таблиця «Елементарні частинки»

Кварки. Майже всі частинки, які можна безпосередньо спостерігати, належать до лептонів або адронів. Головна відмінність між ними полягає у тому, що адрони беруть участь у сильній взаємодії, а лептони - ні. До того ж лептонів існує лише 6, а адронів більше сотні. Це дало підставу вважати, що адрони не є суто елементарними частинками, а мають свою внутрішню структуру. Як ми уже зазначали, у 1964 р. американські фізики М. Гелл-Манн та Дж. Цвейг запропонували модель, за якою адрони мають склада

тися з фундаментальніших частинок - кварків. Будову відомих на той час адронів можна було пояснити за допомогою трьох кварків: u-кварк, що має дробовий, електричний заряд +2/3 (по відношенню до заряду електрона) та d- і s- кварки, що мають заряди по - 1/3. Щоб ці кварки відрізнити один від одного, їм приписували ще одну характеристику - дивність. Дивність s-кварка становить -1, а для и- та d-кварків вона дорівнює нулю.

З відкриттям нових адронів виявилось, що наявністю лише трьох кварків не можна пояснити їхню будову. Виникла необхідність уведення ще трьох кварків та їх антикварків, що, у свою чергу, вимагало введення нових понять для опису їх властивостей. Ці поняття стали називати зачаруванням та кольором.

Нову теорію, яка описувала властивості елементарних частинок на основі гіпотези кварків, стали називати квантовою хромодинамікою. 


За квантовою хромодинамікою протон та нейтрон мають таку структуру:

Згідно з цією теорією посередником сильної взаємодії є не мезони, а глю-они; істинно елементарними частинками є фотон, лептони, кварки та посередники взаємодій: сильної взаємодії - глюони; слабкої - W~-, И^-, Z0-бозони.

Електрослабку теорію та квантову хромодинаміку для сильної взаємодії ще називають «стандартною моделлю*.

Дайте відповіді на запитання

1. Назвіть класифікацію найбільш довгоживучих частинок (під час відповіді використовуйте таблицю елементарних частинок).

2. Чи всі елементарні частинки мають античастинку?

3. Що таке кварки?

4. Що таке квантова хромодинаміка?

Найголовніше в розділі «Фізика атомного ядра та елементарних частинок»

Ядерна фізика досліджує атомні ядра. Ядра атомів складаються з протонів та нейтронів (нуклонів), які утримуються в ядрі завдяки сильній взаємодії.

Маса ядра менша за суму мас окремих його нуклонів. Різниця цих мас (дефект мас), помножена на с2, дорівнює повній енергії зв'язку ядра.

Нестабільні ядра зазнають радіоактивного розпаду, а- розпад зумовлений тим, що сильна взаємодія не в змозі забезпечити стабільності дуже важких ядер. Загальне рівняння а-розпаду записують у вигляді

Щодо процесів p-розпаду, то встановлено їх два види - р - та р -розпади. Під час p-розпаду проявляється слабка взаємодія.


Що ж до у-випромінювання, то воно зазвичай супроводжує а-і (3- розпади, оскільки новоутворене збуджене атомне ядро, переходячи на нижчий енергетичний рівень, випромінює у-квант.

Радіоактивний розпад ядер є властивістю самого атомного ядра і описується законом радіоактивного розпаду

стала радіоактивного розпаду - характеризує частку радіоактивних ядер, які розпадуться за час t.

Встановлено, що для кожного радіоактивного ізотопу існує свій період піврозпаду Т - інтервал часу, за який розпадається половина радіоактивних ядер. Закон радіоактивного розпаду, записаний через період піврозпаду, має вигляд

де N - кількість атомних ядер, що не розпались

на даний момент часу t, N0 - початкова кількість ядер.

Частинки високої енергії (а, р, п,р) при зіткненні з ядром можуть викликати різноманітні їхні перетворення - ядерні реакції.

Енергетичний вихід ядерної реакції £вих - різниця енергій спокою всіх ядер і частинок до і після реакції. £вих = А тс2, де Am - дефект маси, який можна розрахувати як різницю між сумою мас спокою ядер і частинок до і після ядерної реакції.

Ланцюгова ядерна реакція - ядерна реакція, в якій частинки, що її спричиняють, утворюються як продукт цієї ж реакції. Прикладом ланцюгової ядерної реакції є реакція поділу урану і деяких трансуранових елементів (наприклад, Плутонію-239) під дією нейтронів. Пристрій, в якому відбувається керована ланцюгова реакція, що супроводжується виділенням великої кількості енергії, називається ядерним реактором.

Термоядерна реакція - реакція злиття (синтезу) легких атомних ядер у більш важкі, яка відбувається за дуже високих температур - порядку 108 К і вищих.

Реєстрація частинок і спостереження за ними ґрунтуються на процесах взаємодії заряджених частинок з речовиною: люмінесценції, електризації, краплеутворенні тощо.

Елементарні частинки - найпростіші структурні елементи матерії.

Відкрито 38 елементарних частинок і більше 300резонанс частинок (ко-роткоживучих частинок із середнім часом життя 10 22 - 10 23 с). Майже всі частинки мають свою античастинку.

Елементарні частинки за типом взаємодії поділяють на три класи: 1) фотони (у-кванти електромагнітної взаємодії); 2) лептони - частинки, які не беруть участі у сильній взаємодії; 3) адрони - частинки, які беруть участь у всіх видах взаємодії.

Теорія, яка об’єднує слабку та електромагнітну взаємодії називається електрослабкою.

Адрони вважаються складними частинками, структурними елементами яких є кварки. Теорія кварків, яка описує сильну взаємодію, називається квантовою хромодинамікою.

Електрослабку теорію та квантову хромодинаміку для сильної взаємодії ще називають «стандартною моделлю*.






^