4. Вопрос 34. Историческое развитие идей атомизма. Квантовый механизм взаимодействия элементарных частиц. Современные представления о классификации элементарных частиц.

Согласно современной науке протоны и нейтроны не элементарны, а состоят из более мелких частиц - кварков.

Идею кварков предложили в 1964г независимо друг от друга Цвейк и Гелл-Манн, позже эту гипотезу подтвердили эксперементально(рассеивание э).

Известно несколько разновидностей кварков, можно выделить кварки 6 ароматов,

U – up

D – down

B – beauty

S – strange

C – charm

T - truth

Каждый из этих 6ти кварков может обладать одним из 3х цветов(кр, син, зел).

Получается, что всего 18 типов кварков, столько же антикварков.

При объединении кварков их цвета соединяются также как и в оптике,

т.е. кр+син+зел= дает белый цвет.

Поэтому нейтроны о протоны образуются в результате соединения 3х кварков основных цветов так , чтобы в сумме получился белый цвет.

Кварки нельзя разорвать т.к. силы их взаимодействия увеличивается с ростом расстояния. Теория, описывающая поведение и св-ва атомов называется квантовой хромодинамической. Зарегистрировано ок 400 элементарных частиц.

Св-ва эл частиц: масса, время жизни, заряд, спин.

Классификация:

1)в зависимости от времени жизни элементарные частицы можно разделить на :

-стабильные(напр. Е, протон, нейтрино)

-квазистабильные (напр.свободный нейтрон)

-нестабильные/резонанс.

2)По заряду: за элементарный заряд принимают зор э=1,6*10(-19)Кл.

3) по массе: под mo понимают массу покоя.

-Барионы (от “барис” - тяжелый)

-мезоны (от “мезос” - средний)

-лептоны(от “лептос” - легкий)

-частицы без массы (фатон, гравитон).

4) по спину Он может быть целым и полуцелым.

-бозоны – частицы с целым спином. Не подчиняются принципу Паули. Образуют поле взаимодействия м/у частицами вещ-ва

-фермионы – частицы с полуцелым спином. Подчиняются принципу Паули. Образуют вещ-во

Взаимодействие м/у частицами осуществляется через поле, окружающее частицы, а поле- это совокупность его квантов, например, э/м поле это совокупность фотонов.

Поэтому взаимодействия частиц описывают как их обмен квантами соответствующих полей. У каждого типа взаимодействия свои кванты, свои частицы - переносчики взаимодействия. Схема всех взаимодействий одинакова. Частица ве-ва, напр, э испускает другую частицу – фотон, кот явл переносчиком э/м взаимодействия. В результате отдачи скорость э изменяется, а фатон налетает на другую частицу ве-ва и поглощается ей. Это соударение изменяет скорость 2ой частицы ве-ва так, как будто м/у этими 2мя частицами действует сила.

Откуда у свободной частицы появляется энергия, чтобы испустить квант(фотон)?

Для образования новой частицы с массой m0 нужна энергия Е=m0c2. на очень короткое время может появиться временная виртуальная частица, через время t этот виртуальный квант должен быть поглощен, поэтому виртуальная частица не может уйти далеко от места своего рождения. Чем больше масса рожденного кванта - тем меньше радиус взаимодействия. Все частицы переносчики, кот обмениваются частицами ве-ва явл виртуальными, в отличии от реальных их нельзя зарегистрировать приборами. Взаимодействие м/у частицами ве-ва осуществляется только частицами с целочисленными спинами.

Частицы можно разделить на 4 типа.

-Гравитационное взаимодействие можно описать как обмен гравитонами(частиами со спинами 2).

- Э/м взаимод-е - это обмен фотонами(частицы со спином 1) .

-Слабое яд взаимод: его переносчиками явл векторные базоны, они очень массивны—их радиус действия очень мал., их окрыли в 1983.

- Сильное яд-связь м/у квантами- его переносчиками явл глюоны(спин1), они связывают кварки по парам или тройкам