Добавил:
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:
Лекции / 01 Теория Относительности.ppt
Скачиваний:
20
Добавлен:
31.01.2021
Размер:
121.34 Кб
Скачать

Кислицын А.А.

Физика атома, атомного ядра и элементарных частиц

01.(0) Специфика законов в микромире. Основные формулы теории относительности.

Специфика законов в микромире

Вфизике атома, ядра и элементарных частиц изуча- ются явления, происходящие на очень малых рас-

стояниях, очень быстро, при больших скоростях и

энергиях, приходящихся на одну частицу.

Характерные размеры:

атом ~ 10-10м (0.1 нанометра, или 1 ангстрем), протон ~ 10-15м = 1 фм (1 фемтометр), атомное ядро ~ 10-14м = 10 фм (10 фемтометров).

Характерные времена: физика атома ~ 10-8с - 10-11с, физика ядра и элементарных частиц ~ 10-8с - 10-24с.

Характерные энергии: десятки Эв в физике атома, миллионы Эв (Мэв) в ядерной физике, миллиарды и триллионы Эв (Гэв и Тэв) в физике элементарных

частиц.

Специфика законов в микромире

При больших скоростях и высоких энергиях класси- ческая механика Ньютона перестает быть спра-

ведливой, и должна быть заменена релятивистс-

кой механикой.

Другой особенностью законов микромира является

дискретная структура энергетических спектров атомов, атомных ядер, элементарных частиц. Фун- даментальной константой, характеризующей эту

дискретность, является постоянная Планка: h ≈ 6.6·10-34 Дж·с

Квантовыми свойствами нельзя пренебречь, если малы массы частиц и расстояния между ними, по- этому нам придется изучить некоторые основные

законы квантовой теории.

Основные формулы теории относительности

Замедление хода движущихся часов

t

t0

1 V 2 / c2

 

Лоренцево сокращение длины (Lorentz H.)

L L0 1 V 2 / c2

Основные формулы теории относительности

Сложение скоростей

V V1 V2 1 V1V2 c2

Основные формулы теории относительности

Зависимость массы от скорости

m

m0

1

 

V 2

 

 

c2

 

 

 

Связь между массой и энергией (Einstein A.)

E mc2

- полная энергия

E0 m0c2

- энергия покоя

T = E - E0

- кинетическая энергия

Массы покоя некоторых элементарных частиц

Электрон: me = 9.1·10-31кг = 511кэв = 0.511Мэв

Протон: mp = 1.6724·10-27кг = 938.3 Мэв

Нейтрон: mn = 1.6748·10-27кг = 939.6 Мэв

Разность масс нейтрона и протона:

mn -mp = 1.3 Мэв

(Для справки: электрон-вольт: 1Эв = 1.6·10-19 Дж)

Основные формулы теории относительности

Соотношение между энергией и

импульсом

 

E2 p2c2 m2c4

 

 

0

 

p 1

E2 m2c4

1

E2 E2

c

0

c

0

 

 

Критерии применимости

нерелятивистских формул

v << c или T << E0

Если, например, кинетическая энергия про-

тона равна 1 Мэв, то это много меньше

его энергии (массы) покоя, которая равна

938.3 Мэв, поэтому в данном случае мож-

но пользоваться нерелятивистскими фор-

мулами.

Если же электрон имеет энергию 1 Мэв, то

он является релятивистским, т.к. для него

T > E0.

Ультрарелятивистские частицы

Если T >> E0, то у такой частицы скорость v почти

равна скорости света c ( v c), а импульс

p 1c E2 m02c4 1c E2 Ec

(как для фотона). Такая частица называется ультра-

релятивистской.

Фотон с любой энергией является ультрарелятивист- ской частицей. Его скорость всегда равна скорости

света, масса покоя равна нулю, а релятивистская

масса может быть определена из соотношения

E = mc2 = h :

mфотона = h /c2.