27

Курс лекций: Современные проблемы естествознания.

От кварка до Вселенной.

Лекция 1. Вводная часть.

1. Место ядерной физики в общей структуре естествознания.

Ядерная физика и физика элементарных частиц охватывают огромную область физических явлений. Их характерная особенность в том, что они заключают в себе три вида фундаментальных взаимодействий между физическими объектами: сильное (адронное), слабое (лептонное) и электромагнитное, причем первые два проявляются только в тех случаях, когда объекты расположены очень близко друг к другу. Типичные масштабы, которые определяют области применимости тех или иных физических законов, как нельзя лучше характеризуют их иерархию в общей структуре естествознания. Классический пример – поведение газа. В сантиметровых областях пространства поведение газа описывается макроскопической термодинамикой. В ангстремных областях поведение газа описывается микроскопической теорий рассеяния молекул. Поэтому упорядочивание явлений в соответствии с масштабом характерных для них размеров может служить основой естественной классификации (см. табл. 1.1).

Таблица 1.1.

Характерные расстояния для определенных областей физических знаний.

Характерные расстояния	Область знания
Миллионы световых лет (>1021м)	Физика галактических кластеров
105 световых лет (>1020м)	Физика галактик
1016м-109м	Физика Солнечной системы
104м – 10-4 м	Физика окружающего мира
10-7м– 10-9 м	Химия
10-9 – 10-10м	Атомная физика
10-13 – 10-15м	Ядерная физика
0,1-1 ГэВ (10-15м-10-16м)	Физика адронов
1-10 ГэВ (10-16м-10-17м)	Физика лептонов и партонов
100 ГэВ (10-18м)	Физика тяжелых бозонов

Основные единицы, которые будут использоваться в лекциях, приведены в таблице 1.2. В таблице 1.3 указаны приставки для образования десятичных дробных и кратных единиц.

Например, 10⁶ эВ=1 МэВ, 10^-12 с = пс, 10^-15 м=1Фм. Последняя единица, фемтометр, часто называется ферми и весьма широко используется в ядерной физике. Следует пояснить, в каком смысле употребляется электроновольт в качестве единицы энергии:

1 эВ представляет собой энергию, приобретаемую электроном, ускоренным разностью потенциалов в 1 В, т.е.: 1 эВ = 1,6010^-19 Дж= 1,6010^-12 эрг

Электроновольт представляет удобную единицу энергии, поскольку частицы больших энергий получают путем ускорения в электромагнитных полях.

Таблица 1.2.

Основные единицы. с=3.010⁸ м/с-скорость света

Величина	Название единицы	Сокращенное обозначение
длина	метр	м
время	секунда	с
энергия	электроновольт	эВ
масса		эВ/с2
импульс		эВ/с

Для объяснения используемых в субатомной физике единиц массы и импульса нужно рассмотреть одну из основных формул специальной теории относительности, связывающую полную энергию Е, массу m и импульс p свободной частицы.

Таблица 1.3

Приставки для образования десятичных дробных и кратных единиц.

Степень	Приставка	Символ	Степень	Приставка	Символ
101	дека	д	10-1	деци	д
102	гекто	г	10-2	санти	с
103	кило	к	10-3	милли	м
106	мега	М	10-6	микро	мк
109	гига	Г	10-9	нано	н
1012	тера	Т	10-12	пико	п
			10-15	фемто	ф
			10-18	атто	а