72. Механ яд реакций.

Ядерн реакцией наз процесс интенсивн взаимод атомного ядра с элемнтарн частиц или с другим ядром, приводящий к преобразов ядра. Наибол распростран видом ядерн реакц явл взаимод легкой частицы а с ядром Х, в резул которого образуется легкая частица b и ядро Y. X+aY+b. X(a,b)Y-краткая запись реакции. Яд реакции сопровожд как выделен так и поглащен энерг. Если сумма масс образующихся ядер превосх сумму масс исход яд реакция идет с поглощен энерг. Бор установ что реакции вызываем не очень быстр частицами протек в 2 этапа. 1-й этап закл в захвате приблизившейся к ядру Х посторонней частицы а и в образов промежут ядра П, называемым компаунд ядром. На 2-ом этапе компаунд яд испуск частицу b(n, p, , ). X+aПY+b. Яд реакц вызыв быстр нуклонами протек без образов промежут яд. Такие реакц наз прямыми яд реакц.

73. Ядерные силы и их свойства. Ядерные силы – самые загадочные силы, существующие в природе. В природе существует 4 типа взаимодействия: 1) эл.-магн., 2) сильные, 3) слабые, 4) гравитационные. Если сильные принять за единицу, то эл.-магн. 1/137, слабые 1е-14, гравитационные 1е-39. Ядерные силы обусловлены сильными взаимодействиями: а) Они очень большие. Если кулоновская сила отталкивания двух протонов =1МэВ, то яд. силы 8МэВ. б) Ядерные силы короткодействующие (~1е-13 см), действуют только на расстоянии < 1е-13 см. в) Ядерные силы обладают свойством насыщения. Каждый нуклон может взаимодействовать только с ограниченным числом окружающих нуклонов г) Ядерные силы обладают свойством притяжения. Благодаря этому мы говорим о существовании ядер. Но если расстояние между нуклонами < 0,3 Ферми (1 Ферми = 1е-13 см), то силы притяжения превращаются в силы отталкивания. д) Обменный характер ядерных сил (зарядовая инвариантность). Когда частицы взаимодействуют друг с другом, они обмениваются своими характеристиками при помощи п(пи)-мезонов (виртуальные, живущие мало в пределах ядра). п-мезоны – кванты ядерного поля с энергией 300 электронных масс. Чтобы различить протон и нейтрон вводится понятие изотопического спина (в сильных взаимодействиях) Гейзенбергом Т= -1/2 – нейтрон, Т= +1/2 – протон. Имеется некоторое пространство, не имеющее отношения к декартовому, и в начале корд. изотопического пространства находится нуклон, он может двигаться только вращаясь вокруг своей оси, при одном положении он явл. нейтроном, а при повороте на 180 градусов – протоном. Число частиц в зарядовых мультиплетах N=2T+1. Мультиплет – число частиц, близких по массе но с разными зарядами. Спин – вращательный момент относительно собственной оси. Ядерные силы – силы действующие между нуклонами путем обмена п-мезонами. е) Нецентральный характер ядерных сил. Ядерные силы имеют тензорный характер взаимодействия, а не центральный. В любой точке пространства ядерное взаимодействие зависит от r, от спинов взаимных ориентаций и проекций спина на оси их соединяющие. Характер ядерных сил и потенциал взаимод. можно оценить, решая Ур. Шр для простейшего ядра атома водорода, но для сложных ядер Ур. Шр не подходит и исп-ся мезонная теория ядерных сил.

74. Частицы и взаимод. Фундаментал частицы лептоны и кварки. Античастицы. Для каждой частицы с S=1/2 сущ античастица. Наприм p+pp +p+p+p^.Антипротон отл от протона знаком эл зар и собст маг мом. Протон и антипротон способны взаимно аннигилировать p^+p⁺+^-+⁺+^-+⁰ или p^+pn^+n. Антинейтрон отл от нейтрона знаком собст маг мом и способн аннигилировать при встрече с p и n. Античастицы имеются не только у фермионов но и у бозонов. Так наприм ⁺-мезон явл античаст ^--мезону. Если барионам приписать барионный зар В=+1, а антибарионам В=-1, то для всех процессов протекающ с участием барионов и антибарионов будет характерно сохранен барион зар. Лептонам припис лаптонный зар L=+1, антилептонам L=-1, всем остальн частицам L=0.( е, мюоны, нейтрино). Гелл-Манн и Цвейг ввели гипотическую частицу кварки. Этим частицам приписыв дробн квант числа, в частности эл зар равный –1/3, -1/3 и +2/3 соотв для каждого из 3 кварков.

76. Сильное взаимодействие. Кварковая структура адронов.

Сильное взаимодействие иначе наз. ядерным, т.к. оно обеспечивает связь нуклонов в ядре. Наибольшее расстояние, на котором проявляется сильное взаимодействие составляет примерно 10^-13см. Сильное взаимодействие характеризуется временем взаимодействия порядка 10^-23сек. Адроны частицы участвующие в сильном взаимодействии. К адронам относятся все барионы и мезоны. Адроны представляют собой составные системы. Большинство всех барионов состоят из 3 кварков, а мезоны из кварка и антикварка. Значения странности, очарования и др. подобных квантовых чисел адронов определяются числом входящих в их состав странных, очарованных, красивых и др. типов кварков и соотв. антикварков.

77. Слабое взаимодействие. Нейтирино. Слабое взаимодействие ответственно за все виды бета распадов ядер, за многие распады элементарных частиц, а также за все процессы взаимодействия нейтрино с веществом. Слабое взаимодействие явл короткодействующим. Время взаимодействия 10^-9сек. Лептоны группа элементарных частиц обл. слабым и электромаг. взаимодействием. Все лептоны имеют спин ½ т.е. явл фермионами. Обычно лептонам приписыв лептонное число равное +1, а антилептонам –1. ^-е^-+^_е+_ (^--мюон,е^—электрон,^_е-электронное антинейтрино,_-мюоное нейтрино) ^-^-+^_+_ (^--тау лептон,^--мюон, ^_-мюоное антинейтрино,_-тау нейтрино). Кварки частица со спином ½. Элементарная составляющая всех адронов, барионов и мезонов. Каждый тип кварка различают по особой характеристике наз цветом. Тип кварка прежде всего характеризуется значениями след. Внутренних квантовых чисел: изотопический спин, странность, очарование и красоты. Кварк является дробным эектрическим зар кратным 1/3е. Нейтрино легкая, безмассовая, электрически нейтральная частица со спионм ½. Нейтрино участвует в слабом и гравитационном взаимодействиях, принадлежит к числу лептонов. Наблюдались нейтрино 3 типов: электронные, мюонные и тау нейтрино.

Отличительными свойствами явл большая проникающая способность. Нейтрино испускаются при превращениях ядер и в распадах частиц. Нейтрино проявляет себя как частица с левополяризованной полярностью, антинейтрино правополяризованной полярностью. Нейтрино участвует при обратном бета распаде. P+^_en+e⁺ и электронном захвате: P+ e^- n+_е

78. Объединение взаимодействий. Симметрия и законы сохранения. Каждый закон сохранения выражает опред симметрию системы. Закон сохранения четности связан с симметрией между правым и левым (Р-инвариантность). Симметрия относительно зарядового сопряжения приводит к сохранению зарядовой четности. Законы сохранения лептонного, барионного и электрического зар выражают особую симметрию волновой функции. Несоблюдение одного из законов сохранения приводит к нарушению соответствующего вида симметрии. Теория унитарной симметрии частиц. В этой теории предполог, что сильное взаимодействие инвариантно относительно специальных преобразований в некотором 3-ех мерном комплексном векторном пространстве, которые сохран неизменным изотопический спин и гиперзаряд. Таким образом удается сгруппировать зарядовые мультиплеты в супермультиплеты. Частицы составляющие супермультиплет, должны иметь одинаковый спин и четность.

79. Ядер реак в звездах. Космические лучи и их основ хар.

Из миров пространства на Землю падает поток атомных ядер. Эти так назыв первичные лучи образ в земной атмосф вторичное излучение, в котором встреч все известн элемент частицы. Сущ маг поля Земли привод к тому, что интенсив космич лучей меняется с широтой. Это явлен наз широтным эфф. В срсставе вторич космич лучей имеется 2 компоненты. Одна из них сильно поглощ свинцом и наз мягкой. Вторая же проникает через свинец и наз жесткой. Мягкая состоит из каскадов или ливней электронно-позитронных пар. Жесткая состоит в основном из мюонов.

81. Принципы и методы ускорения частиц. Циклотрон. Лоуренсу принад идея обратить с помощью маг поля траекторию ускоряемой частицы в спираль. С помощью циклотрона можно получить тяжел частицы с энерг 10Мэв. Предел этот обуслов тем, что при больших энерг станов заметным релятив возростан массы частицы. При этом возрост период обращен частиц в маг поле T=2mc/eH, в то время как частота перемен эл поля ускоряющего частицы остается неизменным. Синхротрон. Ускоряемые электроны движ все время по траектории одного и того же радиуса. Ускорение реализ за счет эл поля введенного в одном или нескольких ускоряющих промежут на траектории. Дальнейш ускорен почти не меняет их скорость. Непрер возрост лишь кинет энерг, а значит и масса электрона. Следов с этого мом период обращен практич уже не меняется, и на ускор промеж создается перемен эл поле постоян частоты. С этого мом изменение маг поля имеет цель лишь удержив электроны на постоян орбите. Затем ускорен прекращ, и небольш дальнейшее увеличен или ослаб. маг. поля сжимает или увел. радиус орбиты электрона, наводя их на цель.

82. Методы детектирования частиц. Детекторы – это приборы для регистр ч-ц. Сущ-щие дет-ры можно разделить на счетчики и следовые дет-ры. С пом счетчиков регистр-ся прохождение ч-цы ч/з опр-ный участок пр-ва в опр-ный момент врем с макроскопич точн-тью. В различ типах счетчиков могут опр-ся некоторые хар-ки ч-ц: энергия, заряд, скорость, масса. В следовых дет-рах зар ч-ца оставляет след наз. треком. Треки тем или иным способом фиксируются. В следовых дет-рах можно получить информацию о направлении движ-я ч-цы, пр-ссах ее столкновения с др ч-цами, о ее распаде и целом ряде др хар-тик. Нейтральные ч-цы треков не оставляют. К счетчикам отн-ся: импульсные ионизационные камеры, пропорц-ые счетчики, счетч Гейгера-Мюллера, сцинтилляционные счетч, черенковские и п/п счетч. К следовым дет-рам отн-ся: камера Вильсона, пузырьковая камера, толстослойные фотоэмульсии, широкозазорные искровые камеры и стриммерные камеры.

1) Счетчик Гейгера сост. из тонкостенной, обычно стекл-й, герметич камеры цилиндр-й формы. С внутр-й стороны камера покрыта тонким слоем металла, кот служит катодом. Анодом служит тонкая метал-я нить, проходящая по оси камеры. Счетч Гей работают в режиме самост-го разряда с гашением. В них импульс очень велик (0,2-40В) и не зависит от эн регистрируемой ч-цы. Поэтому счетчики только регистрируют частицу без измерения ее энергии.

Разрешающ время счетч Ге велико ~1е-5с. Действие прибора основано на явл-ии ударной ионизации газа: пролетающ зар ч-ца ионизирует мол-лы газа; образовавшиеся эл-ны ускор-ся эл. полем внутри счетч до эн-й, необ-х для 111ударной ионизации. Регистрирует эл-ны и гамма-кванты. Позвол регистр-ть только факт пролета ч-цы.

2) Камера Вильсона. В ней рабочим в-вом яв-ся переохлажденный, т. е. нах-ся в неустойч агрегатном сост-ии пар. Регистр-мая зар ч-ца конденсирует пар на своем пути, оставляя след (трек) из тумана. Трек набл-ся визуально или фотографируется. Поместив камеру В в однородн маг. поле и измерив радиус кривизны трека, можно опр-ть удельный заряд ч-цы. Т. о., камера В позволяет регистр-ть траектории зар-х ч-ц.

3) Пузырьковая камера – такая же, как и камера В, но рабочим веществом в ней является перегретая жидкость. По следу, оставляемому пролетающей частицей в этой камере и в камере Вильсона можно узнать многие характеристики элементарных частиц: скорость, энергию, заряд. Если след частицы не отклоняется ни эл. ни в магн. полях то зарегистрированная частица нейтральная. Действие пузырьковой камеры основано на образовании пузырьков пара в перегретой жидкости (жидком водороде или пропане). Преимущество пузырьковой камеры перед камерой Вильсона: большая плотность рабочего вещества (можно наблюдать серию превращений частиц).

47