FundInt / Лекции профессора Б.С. Ишханова 2009 / pdf / l_15
.pdf
Частицы и атомные ядра
Sir Isaac Newton
(1642-1727)
Мельчайшие частицы материи слепляются в результате сильнейшего притяжения, образуя частицы большего размера, но уже менее склонные к притяжению; многие из этих частиц могут опять слепляться, образуя ещё большие частицы с ещё меньшим притяжением друг к другу и так далее в разных последовательностях, пока эта прогрессия не закончится на самых больших частицах, от которых зависят уже и химические реакции и цвет естественных тел, и, которые образуют, наконец, тела ощутимых размеров. Если так, то в природе должны существовать посредники, помогающие частицам вещества близко слепляться друг с другом за счет сильного притяжения. Обнаружение этих посредников и есть задача экспериментальной философии.
Периодическая
система
элементов Д.И. Менделеева
1869 г.
1834 - 1907
КакустроенМир. 30-егодыХХвека
e, p, n
В середине 30-х годов XX века физическая картина мира строилась исходя из трёх элементарных частиц — электрона, протона и нейтрона. Вещество состоит из атомов и молекул, в состав атома входят электроны. Основную массу атома составляет атомное ядро, состоящее из протонов и нейтронов.
КакустроенМир. 60-егодыХХвека
Л е п т о н ы
e- |
μ- |
τ- |
νe νμ ντ
Адроны
Барионы Мезоны
J= |
1 |
, |
3 |
,... |
J=0,1, 2,... |
|
2 |
2 |
|||||
|
|
|
|
Связьхарактеристик частицы иантичастицы
Характеристика |
|
Частица |
|
|
|
|
|
Античастица |
|
|
|||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
Масса |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
M |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
Спин |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
J |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Чётность |
|
фермион |
|
|
+(−)1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
−(+)1 |
|
|
||||||||
|
|
бозон |
|
|
+(−)1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
+(−)1 |
|
|
||||||||
Электрический заряд |
|
|
+(−)Q |
|
|
|
|
|
|
|
|
−(+)Q |
|
|
|||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Магнитный момент |
|
|
+ − μ |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
− + μ |
|
|
||||||||||
|
|
|
|
|
|
( |
) |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
( |
) |
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Барионное число |
|
|
|
+B |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
−B |
|
|
|
||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Лептонное число |
|
+ Le ,+Lμ ,+Lτ |
|
|
− Le ,−Lμ ,−Lτ |
|
|||||||||||||||||||
Изоспин |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
I |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Проекция изоспина |
|
|
+(−) I3 |
|
|
|
|
|
|
|
|
−(+) I3 |
|
|
|||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Странность |
|
|
+ − |
)s |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
− + |
)s |
|
|
||||||||
|
|
|
|
|
|
( |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
( |
|
|
||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Очарование (Charm) |
|
|
+(−)c |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
−(+)c |
|
|
||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Bottom |
|
|
+(−)b |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
−(+)b |
|
|
||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Top |
|
|
|
+ − |
)t |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
− + |
)t |
|
|
|
||||||
|
|
|
|
|
|
( |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
( |
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Время жизни |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
τ |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Схема распада (пример) |
|
→ |
|
+ |
|
|
− |
+ |
|
|
|
|
|
|
→ |
|
|
+ |
|
|
+ + ν |
|
|
||
|
|
|
|
ν |
|
|
|
d |
|
|
|
|
|
|
|||||||||||
|
u |
e |
e |
|
|
u |
|
e |
e |
|
|||||||||||||||
|
|
|
|
d |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Лептоны
Лептоны – класс фундаментальных частиц Стандартной Модели, не участвующих в сильных взаимодействиях. Заряженные лептоны участвуют в электромагнитных и слабых взаимодействия. Нейтрино — только в слабых.
Массы лептонов е, μ,τ:
m c2 |
= 0.511МэВ, |
m |
c2 =105.7МэВ |
e |
|
μ |
|
mτ c2 =1777МэВ
Массы нейтрино не измерены – известны только их верхние пределы.
mνe c2 < 3эВ, mνμ c2 < 0.19МэВ
mντ c2 <18.2МэВ
Все лептоны обладают полуцелым спином J = 1/2 и в соответствии с этим
являются фермионами.
Лептонныечисла
e −
ν e e +
ν%e
μ−
νμ
μ+
ν%μ τ − ντ τ + ν%τ
L |
Lμ |
L |
e |
|
τ |
+1 |
0 |
0 |
+1 |
0 |
0 |
−1 |
0 |
0 |
−1 |
0 |
0 |
0 |
+ |
0 |
|
1 |
|
0 |
+ |
0 |
|
1 |
|
0 |
− |
0 |
|
1 |
|
0 |
− |
0 |
|
1 |
|
0 |
0 |
+1 |
0 |
0 |
+1 |
0 |
0 |
−1 |
0 |
0 |
−1 |
Кварки
Характеристика
Электрический заряд Q, в единицах е
Барионное число B
Спин J
Четность P
Изоспин I
Проекция изоспина I3
Странность s
Очарование (charm) c
Bottom b
Top t
Масса конституэнтного кварка mс2, ГэВ
Масса токового кварка
Тип кварка (аромат)
|
d |
|
u |
|
|
s |
c |
|
b |
|
|
t |
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||
|
−1/3 |
+2/3 |
−1/3 |
+2/3 |
−1/3 |
+2/3 |
|
||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
1/3 |
+ |
1/3 |
+ |
|
|
+ |
+ |
1/3 |
+ |
1/3 |
|
|||
|
|
|
|
1/3 |
1/3 |
|
|
|
|||||||
|
1/2 |
1/2 |
|
1/2 |
1/2 |
|
1/2 |
|
1/2 |
|
|||||
|
+1 |
|
+1 |
|
+1 |
+1 |
|
+1 |
|
+1 |
|
||||
|
1/2 |
1/2 |
|
|
0 |
0 |
|
0 |
|
|
0 |
|
|||
|
−1/2 |
+1/2 |
|
0 |
0 |
|
0 |
|
|
0 |
|
||||
|
0 |
|
|
0 |
|
−1 |
0 |
|
0 |
|
|
0 |
|
||
|
0 |
|
|
0 |
|
|
0 |
+1 |
|
0 |
|
|
0 |
|
|
|
0 |
|
|
0 |
|
|
0 |
0 |
|
−1 |
|
|
0 |
|
|
|
0 |
|
|
0 |
|
|
0 |
0 |
|
0 |
|
+1 |
|
||
|
0.33 |
0.33 |
0.51 |
1.8 |
|
5 |
|
|
180 |
||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
− |
8 |
|
− |
4 |
80 |
− |
130 |
1.1-1.4 |
|
− |
4.9 |
|
± |
5 |
|
4 |
1.5 |
|
ГэВ |
4.1 |
174 |
|||||||||
|
МэВ |
МэВ |
|
МэВ |
|
ГэВ |
ГэВ |
||||||||
Кварки не существуют в свободном состоянии, а заключены в кварковых системах – адронах. Им нельзя освободиться от взаимодействий находящимися в том же объеме другими кварками и глюонами.
Конституэнтные кварки – это «эффективные» кварки в адронах, движение и взаимодействие которых, формирует адрон Токовые кварки – кварки, не испытывающие взаимодействия.
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Классическая физика |
Квантовая физика |
||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
1. Описание |
состояния |
|||||
|
(x, y, |
z, |
px, py, pz, t) |
|
ψ(x, y, z, t) |
|||||||||
|
|
|
|
2. Изменение состояния во времени |
||||||||||
|
|
|
|
r |
|
|
|
r |
dH |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
dH |
|
|
|
|
dΨ |
||||
|
|
|
|
d r |
|
d p |
|
|
|
ih |
||||
|
|
|
|
dt |
= d p |
, dt |
= − d r |
|
|
|
dt = HΨ |
|||
|
|
|
|
|
|
ur |
|
r |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
3. Измерения |
|
||||
|
|
|
|
x, y, z, px, py, pz |
|
|
|
х |
px ≈ h |
|||||
|
|
|
|
|
|
|
y py ≈ h |
|||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
z |
pz ≈ h |
|
|
|
4. Детерминизм |
4. Статистическая |
||||||||||
|
|
|
|
|
............. |
|
|
|
теория |
|||||
|
|
|
Динамическое (не |
|
|
|
|
2 |
||||||
|
|
|
|
статистическое) |
|
|ψ(x, y, z, t)| |
||||||||
|
|
|
|
|
F = ∫Ψ* FΨdV |
|||||||||
|
|
|
|
|
описание |
|
||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
5. Гамильтониан |
|
||||
|
|
|
H = E + U(x, y, z) |
|
H = E +U (x, y, z) = |
|||||||||
|
|
|
|
|
|
ur2 |
|
|
|
p |
2 |
|
|
|
|
|
|
|
= |
p |
|
+U (x, y, z) |
|
|
+U (x, y, z) |
||||
|
|
|
|
2m |
|
|
|
|
||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
2m |
|
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|