51. Радиоактивность. Закон радиоактивного распада.

Радиоактивность открыли супруги Кюри и А.А. Беккерель в 1896 г. Дальнейшее исследование показало, что радиоактивность не зависит от состава химического соединения, его агрегатного состояния, давления, температуры, т.е. от тех факторов, которые связаны с изменением состояния электронной оболочки атома. Поэтому был сделан вывод: радиоактивные св-ва элементов обусловливаются структурой атомного ядра.

В современном представлении радиоактивность – способность некоторых атомных ядер самопроизвольно превращаться в другие ядра с испусканием различных видов радиоактивных излучений и элементарных частиц. Различают радиоактивность естественную для существующих в природе неустойчивых изотопах, и искусственную – для изотопов, полученных посредством ядерных реакций. Принципиального различия между ними нет: они описываются одними и теми же закономерностями радиоактивного превращения.

Известны три основных вида радиоактивного излучения: альфа-, бета- и гамма-излучение. Альфа-излучение отклоняется электрическим и магнитным полями, обладает высокой ионизирующей способностью и слабой проникающей способностью. Оно представляет собой поток ядер гелия. Заряд альфа-частиц положителен и по модулю равен двойному заряду электрона. Бета-излучение также отклоняется электрическим и магнитным полями. Оно характеризуется сравнительно слабой ионизирующей способностью и относительно высокой проникающей способностью. Одна из разновидностей – поток быстрых электронов. Гамма-излучение не отклоняется ни электрическим, ни магнитным полем, обладает сравнительно слабой ионизирующей способностью и очень высокой проникающей способностью. – это коротковолновое электромагнитное излучение с чрезвычайно малой длиной волны, что и обусловливает его чрезвычайно высокую проникающую способность. Естественное радиоактивное превращение ядер, происходящее самопроизвольно – радиоактивный распад. Скорость радиоактивного распада определяется законом радиоактивного распада: число нераспавшихся ядер N убывает со временем по экспоненте: N = N₀e ^-λt , N₀ – начальное число нераспавшихся ядер (в момент времени t=0), N – число нераспавшихся ядер в момент времени t, λ – постоянная радиоактивного распада, которая характеризует вероятность распада отдельного ядра в единицу времени, а обратная ей величина – среднее время его жизни. Время, в течение которого исходное число радиоактивных ядер в среднем уменьшается вдвое, называется периодом полураспада.

52. Элементарные частицы. Понятие о кварках.

Элементарные частицы – мельчайшие известные частицы материи. Характерная особенность элементарных частиц – способность к взаимным превращениям, что не позволяет рассматривать их как простейшие. К настоящему времени обнаружено несколько сотен элементарных частиц, включающих и античастицы. Из них стабильны фотон, электронное, мюонное и таонное нейтрино, электрон, протон и их античастицы. Остальные элементарные частицы самопроизвольно распадаются за время от 10³ с для свободного нейтрона до 10^-22 – 10^-14 с для резонансов. Некоторые элементарные частицы обладают необычными св-вами. Например, долгое время считалось, что своеобразная частица нейтрино не имеет массы. Эта частица была открыта теоретически.

Фотон – квант электромагнитного излучения, нейтральная частица с нулевой массой и спином 1; переносчик электромагнитного взаимодействия между заряженными частицами.

Нейтрино - стабильная незаряженная частица со спином ½ и, возможно, нулевой массой; относится к лептонам; участвует только в слабом и грав. взаимодействиях; Электронное – всегда выступает в паре с электроном или позитроном; Электрон – стабильная отрицательно заряженная частица со спином ½ и массой около 9*10^-28 г; относится к лептонам и участвует в эл.-магн., слабом и гравит. взаимодействиях.

Протон - стабильная частица со спином ½ и массой около 10^-24 г; относится к барионам.

Кварки – фундаментальные частицы, из которых состоят все адроны. Одна из отличительных особенностей кварков заключается в том, что они имеют дробные электрические заряды. Эта особенность необычна и удивительна, т.к. до сих пор никто не обнаружил частиц с такими зарядами. В свободном состоянии кварки не наблюдались. Однако кварковая модель оказалась весьма плодотворной – она позволила определить квантовые числа многих элементарных частиц. Кварки обладают спином ½ , барионным зарядом 1/3, электрическими зарядами –2/3 и +1/3 заряда протона. Кварки имеют две внутренние степени свободы - «аромат» и «цвет» (степень свободы - независимое возможное изменение состояния физической системы, обусловленное вариациями ее параметров). Каждый кварк может находиться в одном из трех цветовых состояний, которые условно называют красным, синим и желтым. В наблюдаемых адронах кварки скомбинированы таким образом, что возникающие состояния не несут цвета - являются «бесцветными». Ароматов известно пять и предполагается наличие шестого. Свойства кварков разных ароматов различны. Обычное вещество состоит из легких u- и d- кварков, входящих в состав нуклонов ядер. У кварка дробный электрический заряд, кратный или равный одной трети заряда электрона. Специфическая характеристика элементарных частиц – четность – квантовое число, определяющее симметрию волновой функции относительно зеркального отражения. Если при зеркальном отражении волновая функция частицы не меняет знака, то ее четность положительна, если меняет знак – отрицательна. Эта квантово-механическая характеристика подчиняется закону сохранения четности: при всех превращениях системы частиц четность состояния не изменяется. Сохранение четности связано со свойством зеркальной симметрии пространства и указывает на инвариантность законов природы при замене правого левым и наоборот.