Добавил:
Upload Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:
Скачиваний:
38
Добавлен:
18.04.2015
Размер:
4.88 Mб
Скачать

Какувидеть

частицы

МасштабыВселенной

1028

1024

1022

1013

109

102

10-8

10-13

<10-17

МасштабыВселенной

Масштабы пространственных размеров исследуемых нами структур мира различаются в 1045 раз!

В основе этого бесконечного разнообразия структур лежит ограниченный набор фундаментальных частиц, взаимодействие между которыми приводит сначала к существованию адронов и атомных ядер, затем к миру атомов и молекул, бесчисленные соединения которых формируют многообразие органических структур и минералов, а бесконечное тиражирование атомов и молекул создает все многообразие макроскопических структур мира.

Частицыи

атомныеядра

~ 400

Частицы

В настоящее время известно более сотни частиц. Их массы изменяются в широких пределах от m < 3 эВ/с2 (масса нейтрино)

до

~ 90 ГэВ/с2

(масса

Z-бозона).

Подавляющее

большинство

частиц

нестабильно. Распадаясь, они образуют продукты — обычные составные части вещества нашего мира (протоны, электроны, фотоны, нейтрино). Время жизни частиц также варьируется в широких пределах от с (время

жизни нейтрона) до 1023 с (время жизни

резонансов). Строительство ускорителей позволило получать частицы в свободном состоянии. Изучение образования частиц, их распадов, сечений взаимодействия частиц между собой даёт информацию об их свойствах, позволяет определить их характеристики, квантовые числа, понять законы сохранения и симметрии мира частиц.

Размеры

Физика ядра и частиц изучает закономерности процессов, происходящих на расстояниях меньше 10–14 м. Основной метод исследования таких масштабов — это столкновение частиц друг с другом. При этом необходимо ускорять сталкивающиеся частицы до очень больших энергий. Для этого строят ускорители частиц. Для регистрации результатов взаимодействия частиц создаются различного типа детекторы.

Взаимныепревращения

частиц

Одним из главных свойств частиц является их способность превращаться друг в друга, рождаться и уничтожаться

врезультате взаимодействия.

Всозданной Э. Ферми теории

β-распада было показано, что

испускаемые в процессе β-распада электроны не существуют в ядре, а

рождаются

в результате

β-распада

нейтрона.

 

 

В результате этого распада исчезает

нейтрон n

и рождается

протон p,

электрон eи электронное антинейтрино

νe .

В результате реакций между антипротоном p и протоном p, в

зависимости от энергии сталкивающихся частиц, могут рождаться различные частицы.

Взаимныепревращения

частиц

n p + e

+νe

m(n) = 939,6 МэВ,

 

 

 

 

 

 

 

 

 

m( p) = 938,3 МэВ,

 

 

 

 

 

m(νe ) < 3 эВ,

 

 

 

 

 

τ(n) = 887 c

p + p n+n +π+π+

n+n+K+K+

m( p) = m( p), m(n) = m(n) m(π+ ) = m(π) =140 МэВ, m(π0 ) =135 МэВ,

m(K + ) = m(K ) = 494 МэВ,

τ(π+ ) =τ(π) = 2,6 1017 c,

τ(π0 ) = 8, 4 1017 c,

τ(K + ) =τ(K ) =1, 2 108 c.

Распады

α-распад

Распад мюона

μe+νμ +υe

Распаднейтрона

n p + e+υe

Распады

dN = -λNdt

N(t) = N(0)e-λt

Радиоактивный распад – явление принципиально статистическое. Статистической величиной, описывающей распад, является λ - вероятность

распада ядра (частицы) в единицу времени.

τ=

1

T1/2 =

ln2

= τln2

λ

λ

Т1/2 – время заπкоторое число радиоактивных ядер

уменьшается вдвое τ – среднее время жизни частицы

Беккерель 1 Бк = 1 распад/сек Кюри 1 Ku = 3,7·1010 распад/сек

Измерениепериода

полураспадарадиоактивного

изотопа

ln I

N(t) = N(0)e-λt

 

φ t

В соответствии с законом радиоактивного распада логарифм активности линейно зависит от времени.

ln dNdt = ln(λN0 ) λt

График активности имеет вид прямой, тангенс угла наклона которой равен постоянной распада λ.

λ = tgϕ

T

=

ln 2

λ

 

1/ 2

 

Вопрос

Как измерить период полураспада

T1/ 2 >10 лет?

Как измерить среднее время жизни частицы τ <1015 секунды?

α-распад

Явление α-распада состоит в том,

что тяжелые ядра самопроизвольно испускают α-частицы. При этом

массовое число А уменьшается на 4 единицы, а атомный номер Z — на две.

( A, Z) ( A 4, Z 2) +α

Энергия α-распада Q(α)

Q(α) = M ( A, Z ) M ( A 4, Z 2) M (α)

Q(α) = 2 ÷9 МэВ

Периоды полураспада α-радиоактивных

ядер

T1/ 2 (21284 Po)= 3 107 c, T1/ 2 (17472 Hf )= 2 1015 л.

β-распад

Явление β-распада состоит в том, что ядро

самопроизвольно испускает электрон (позитрон) и антинейтрино (нейтрино), превращаясь в ядро с тем же массовым числом А, но с атомным номером Z на единицу большим (меньшим).

( A, Z) ( A, Z +1) +e+νe , ( A, Z) ( A, Z 1) +e+ +νe .

Энергия β-распада Q(β)

Q( 3 H) =18,61 кэВ, Q(12 B) =13, 4 МэВ.

Периоды полураспада α-радиоактивных ядер

T1/ 2 (β) = 0,1 с ÷1017 л

Распады

Ускорители