
- •Место ядерной физики в общей структуре естествознания.
- •Современное естествознание и научное мышление.
- •Вероятность и неопределённость – квантовомеханический взгляд на природу
- •Закон распределения Планка для излучения абсолютно чёрного тела
- •Корпускулярно-волновой дуализм. Волны де Бройля.
- •Модель атома Бора.
- •Состояния в квантовой физике.
- •Энергия и импульс
- •Момент количества движения и спин частицы
- •Атом водорода
- •Полный момент количества движения
- •Магнитный момент
- •Введение. Состав ядра.
- •Классификация ядер.
- •Основные характеристики атомных ядер.
- •Заряд ядра. Распределение заряда в ядре. Форм фактор.
- •Геометрические размеры ядра.
- •Масса ядра.
- •Собственный момент ядра j (спин)
- •Принцип зарядовой независимости ядерных сил. Изотопический спин ядра
- •Энергия связи ядра. Формула масс.
- •Модель Томаса-Ферми.
- •Оболочечная модель ядра.
- •Общие закономерности радиоактивного распада. Виды распада.
- •Закон радиоактивного распада.
- •Альфа-распад.
- •Бета-распад
- •Гамма-излучение ядер и внутренняя конверсия электронов.
- •Резонансная флюоресценция и эффект Мёссбауэра.
- •Основные понятия
- •Типы процессов, сопровождающих прохождение разного типа ионизирующих излучений через вещество.
- •Понятие поперечного сечения взаимодействия микрочастиц с веществом. Коэффициент поглощения.
- •Заряженные частицы. Много слабо отклоняющих взаимодействий.
- •Тяжелые заряженные частицы
- •Фотопоглощение -квантов.
- •Комптоновское рассеяние -квантов (рассеяние на связанных электронах).
- •Рождение пар.
- •Взаимодействие нейтронов с веществом.
- •Историческая справка об открытии нейтрона.
- •Физические характеристики нейтрона
- •Взаимодействие нейтронов с веществом
- •Замедление нейтронов.
- •Получение пучков частиц. Ускорители заряженных частиц.
- •Линейные ускорители.
- •Циклические ускорители.
- •Синхротрон
- •Протонные синхротроны для экспериментов с неподвижной мишенью
- •Регистрация заряженных частиц
- •Терминология и определения.
- •Законы сохранения и пространственные симметрии.
- •Кинематика ядерных реакций.
- •Механизмы ядерных реакций
- •Составное ядро. Модель Бора.
- •Формула Брейта-Вигнера.
- •Прямые ядерные реакции
- •Использование ядерных реакций в ядерной энергетике
- •Деление ядер под действием нейтронов.
- •Использование реакции деления в ядерной энергетике.
- •Синтез ядер и термоядерная энергия.
- •Ядерные взрывы.
- •Современное представление об эволюции звёзд
- •9.1.1. Гравитационное сжатие. Первичные источники энергии звёзд.
- •Краткие сведения из астрономии. Диаграмма Герцшпрунга-Рассела.
- •Время достижения главной последовательности и время жизни на главной последовательности звезд различной массы
- •Особенности реакций на легких ядрах в звёздах.
- •Эволюция звезды как термоядерного реактора.
- •Наработка тяжёлых элементов.
- •Эволюции звезды в ходе термоядерного горения и после него.
- •Эволюция звезд с высокой массой
- •Красные гиганты сверхгиганты.
- •Вырожденные ядра звёзд. Белые карлики.
- •Черная дыра
- •9.2.5 Краткая теория сверхновых.
- •К осмические лучи.
- •Тёмная материя и тёмная энергия.
- •Крах стационарной Вселенной и постоянная Хаббла.
- •Путешествие во времени с использованием «стандартных свечей- сверхновых» и красного смещения
- •Реликтовое излучение и тёмная материя;
- •Понятие элементарности
- •История вопроса. Открытие элементарных частиц в космических лучах и в опытах на ускорителях.
- •Основные свойства элементарных частиц. Классы взаимодействий.
- •Сильное взаимодействие.
- •Электромагнитное взаимодействие.
- •Слабое взаимодействие.
- •Гравитационное взаимодействие.
- •Сравнительная сила взаимодействий элементарных частиц.
- •Характеристики элементарных частиц.
- •Странные частицы и понятие странности.
- •Характеристики кварков;
- •Кварковая структура адронов и мезонов
- •Кварковые симметрии
- •Цветные кварки
- •Барионы и мезоны как наборы цветных кварков
- •Глюоны. Квантовая хромодинамика.
- •Адронные струи
- •Сравнение кэд и кхд. Экранировка и антиэкранировка заряда.
- •Виртуальные частицы.
- •Эффекты, объясняемые при помощи виртуальных частиц
- •Физический смысл
- •Поляризация вакуума. Наблюдение Лэмбовского сдвига.
- •Конфаймент. Антиэкранировка цветного заряда.
- •Лептонные заряды. Типы нейтрино.
- •Слабые распады. Константа слабого взаимодействия.
- •Несохранение чётности в слабых взаимодействиях. Опыт Ву
Гравитационное взаимодействие.
Гравитационное взаимодействие доминирует в случае больших макроскопических масс (планет, звёзд). Но в мире элементарных частиц, ввиду малости их масс, даже на самых малых характерных для них расстояниях порядка 10-13см это взаимодействие ничтожно мало. В физике элементарных частиц при современном её состоянии гравитационное взаимодействие не учитывается. Оно возможно существенно лишь на расстояниях порядка 10-33см.
Сравнительная сила взаимодействий элементарных частиц.
«Силу» различных классов взаимодействий элементарных частиц можно приближённо охарактеризовать безразмерными параметрами, связанными с квадратами констант связи для соответствующих взаимодействий. Для перечисленных выше взаимодействий протонов при энергиях ~1 ГэВ эти параметры соотносятся как 1:10-2:10-10:10-38.
Характеристики элементарных частиц.
Каждая элементарная частица описывается набором дискретных значений определённых физических величин, которые называются квантовыми числами элементарных частиц. Общими характеристиками всех элементарных частиц является масса m, время жизни , спин J, и электрический заряд Q.
В зависимости от времени жизни элементарные частицы делятся на стабильные, квазистабильные и нестабильные (резонансы). Стабильными в пределах точности современных измерений являются электрон ( > 51021 лет), протон ( > 1031 лет), фотон и нейтрино. К квазистабильным относят частицы, распадающиеся за счёт электромагнитного и слабого взаимодействий; их времена жизни > 10-20 с. Резонансами называются элементарные частицы, распадающиеся за счёт сильного взаимодействия; их характерные времена жизни 10-22 - 10-24 с.
Помимо указанных выше квантовых характеристик, общих для всех элементарных частиц, последние дополнительно характеризуются ещё рядом квантовых чисел, которые называются «внутренними». Лептоны несут специфический лептонный заряд (L): электронный Le ,равный +1 для электрона и электронного нейтрино, мюонный L , равный +1 для - и мюонного нейтрино и L , связанный с - лептоном. Для адронов L=0.
Адронам с полуцелым спином приписывают барионный заряд В. Адроны с В=+1 образуют подгруппу барионов, а с В=0 – подгруппу мезонов. Для лептонов В=0. Для фотона В=0 и L=0.
Адроны подразделяются на обычные (нестранные) частицы (протон, нейтрон, -мезоны), странные частицы «очарованные» и «красивые» частицы. Этому делению отвечает наличие у адронов особых квантовых чисел: странности S, «очарования» С, и «красоты» b. Внутри разных групп адронов имеются семейства частиц, близких по массе, с очень сходными свойствами по отношению к сильному взаимодействию, но с различными значениями электрического заряда. Элементарные частицы, входящие в каждое такое семейство (простейший пример которого – протон и нейтрон), имеют общее квантовое число - изотопический спин I), принимающий, как и обычный спин, целые и полуцелые значения. Семейства называются изотопическими мультиплетами. Число частиц в мультиплете равно 2I+1; они отличаются друг от друга значением «проекции» изотопического спина I3, и соответствующие значения их электрических зарядов даются обобщённой формулой Гелл-Мана – Нишиджимы:
(10.1)
где Y=B+S+C+b+t – гиперзаряд адрона.
Для всех элементарных частиц с ненулевыми значениями хотя бы одного из квантовых чисел Q, L, B, S, C, b, t существуют античастицы с теми же значениями массы, времени жизни, спина и для адронов –изотопического спина, но с противоположной по знаку проекцией I3 и всех квантовых чисел, указанных в формуле гиперзаряда.
Частицы, тождественные своим античастицам, называются истинно нейтральными. Истинно нейтральные адроны обладают специфическим квантовым числом – зарядовой чётностью С со знаком 1; примеры таких частиц – фотон, 0-мезон, Т-частицы.
Квантовые числа элементарных частиц разделяются на точные, т. е. сохраняющиеся во всех процессах, и неточные, которые в ряде процессов не сохраняются. Спин J –точное квантовое число. На уровне современных знаний точными являются и квантовые числа Q, L, B, хотя теоретически допустимы нарушения сохранения L и B. Большинство квантовых чисел адронов неточные. Изотопический спин, сохраняясь в сильном взаимодействии, не сохраняется в слабом. Странность, «очарование», «красота» сохраняются в сильном и электромагнитном взаимодействиях, но не сохраняются в слабом. Слабое взаимодействие изменяет также внутреннюю и зарядовую чётности. Причины несохранения квантовых чисел адронов неясны и, по-видимому, связаны со структурой электромагнитного и слабого взаимодействий.