Элементарные частицы.

Элементарные частицы – это частицы, структуру которых нельзя представить из других частиц. Известно более 400 элементарных частиц в настоящее время, поэтому существует проблема их классификации. Элементарные частицы подразделяют на фатоны, барионы, странные частицы.

Изотопические спины.

Частицы могут различаться только значениями электрического заряда. Например, протон и нейтрон.

Масса покоя одинаковая у них.

Эти частицы называют Зарядовым мультиплетом.

Для характеристики такого рода частиц вводится понятие ИЗОТОПИЧЕСКОГО СПИНА.

- изотопический спин

- число частиц в мультиплете

Например:

для протона и нейтрона

В воображаемом изотопическом пространстве существует одна частица – нуклона.

В зависимости от проекции изотопического спина у нас может быть протон либо нейтрон.

Для мезона изотопический спин равен 1.

Если , то это соответствует

Если , то это соответствует

Если , то это соответствует

Таким образом, изотопический спин является одной из характеристик элементарных частиц. Сохраняется в силу взаимодействия.

Лекция №9

Элементарные частицы

План лекции

96.1 Фундаментальные взаимодействия

96.2 Частицы и античастицы

96.3 Теория большого взрыва. Связь микро- и макромира

96.4 Классификация элементарных частиц

96.5 Кварки

96.6 Суперобъединение

Еще, быть может, каждый атом –

Вселенная, где сто планет;

Там все, что здесь в объеме сжатом,

Но также то, чего здесь нет.

В.Я.Брюсов

96.1. Фундаментальные взаимодействия

Существует четыре типа сил, определяющих все явления природы. Это сильное, электромагнитное, слабое и гравитационное взаимодействия. За счет сильных взаимодействий удерживаются внутри ядра протоны и нейтроны. Радиус действия сильных взаимодействий , характерное время взаимодействия с. Константа сильного взаимодействия имеет величину порядка 10¹. Электромагнитное взаимодействие присуще электрически заряженным частицам и фотонам. Константа электромагнитного взаимодействия . Радиус действия – бесконечность, характерное время взаимодействия с. Слабое взаимодействие ответственно за все виды – распада. Радиус действия , характерное время взаимодействия с, константа взаимодействия . Гравитационное взаимодействие универсально. В нем участвуют все частицы и все тела Вселенной. Константа взаимодействия , радиус действия не ограничен. Всем четырем видам фундаментальных взаимодействий присущ обменный механизм. Впервые эта идея была использована для объяснения электромагнитного взаимодействия².

Согласно представлениям квантовой электродинамики заряженная частица, например, покоящийся электрон, непрерывно излучает и поглощает фотоны

.

Такой процесс в рамках классической физики невозможен, так как сопровождается нарушением закона сохранения энергии. В рамках квантовой физики, если электрон излучил или поглотил фотон за время , то неопределенность в значении энергии системы . Таким образом, если , то обнаружить излучение и поглощение фотона невозможно, поэтому такого рода частицы называют виртуальными. Процесс взаимодействия между двумя зарядами сводится к обмену виртуальными фотонами. В 1934 г. русский физик И.Е.Тамм предположил, что взаимодействие между нуклонами происходит подобным образом. В 1935 г. японский физик Юкава определил, что переносчиками ядерных взаимодействий являются частицы, масса которых значительно больше массы электрона, но меньше в несколько раз массы протона. В 1936 г. американский физик К.Андерсон с помощью камеры Вильсона обнаружил в космических лучах частицу, которая получила название – мезон. Ее масса была 207 , однако переносчиком ядерных взаимодействий эта частица быть не могла³. И только в 1947 г. американские физики Оккиалини и Поуэл открыли в космических лучах частицы, получившие название – мезонов. Масса заряженных – мезонов 273 . Возможны следующие виртуальные процессы

; ; ; .

Обмен виртуальными мезонами различных нуклонов и приводит к сильному взаимодействию между ними. Например, . Согласно современным представлениям, переносчиком слабых взаимодействий являются , , бозоны. Предполагается, что переносчиком взаимодействия являются гравитоны.⁵

Вывод:  согласно современным представлениям, взаимодействия между элементарными частицами сводятся к обмену виртуальными частицами. В зависимости от вида виртуальных частиц, интенсивности протекания, характерного времени, радиуса действия взаимодействия разделяют на четыре типа: сильное, электромагнитное, слабое, гравитационное. В настоящее время предпринимаются попытки построения единой теории, которая носит название Суперобъединение.