- •Лекция 5. Законы статистические или вероятностные. Понятие вероятности
- •Классификация систем. Термодинамика и статистическая физика
- •Понятие состояния. Равновесные и неравновесные состояния
- •Первое начало термодинамики
- •Второе начало термодинамики
- •Лекция 6. Открытые системы. Самоорганизация в открытых системах
- •Классическая и неравновесная термодинамика
- •Ячейки Бенара
- •Кооперативное поведение в диссипативных системах
- •Лекция 7. Основы строения материи
- •Характеристика атомного ядра
- •Энергия связи ядра
- •Радиоактивность
- •Ядерное взаимодействие
- •Космологическая эволюция
- •Космологические модели Вселенной
- •Предсказание теорий нестационарности Вселенной
- •Открытие расширения Вселенной
- •Критическая плотность. Модели открытой и замкнутой Вселенной
- •Эволюция Вселенной. Физические процессы
- •Физический вакуум
- •Синергетический подход к эволюции Вселенной
- •Лекция 9 Элементарные частицы
- •Античастицы. Физический вакуум. Квантовая теория поля
- •Состав вещества. Физические и химические изменения
- •Структура вещества и химические системы
- •Основные химические законы
- •Реакционная способность веществ. Химические процессы. Самоорганизация и эволюция химических систем
- •Лекция 11. Возникновение и эволюция жизни
- •Лекция 12 Уровни организации живых систем. Онтогенетический уровень живых систем
- •Популяционный уровень
- •Биоценоз
- •Концепция Вернадского о биосфере
- •Переход от биосферы к ноосфере
- •Лекция 13.
Ядерное взаимодействие
Между нуклонами существует сильное взаимодействие. Поле ядерных сил имеет характерные черты.
-
Ядерные силы являются короткодействующими (обнаруживаются на расстоянии ~ 10-13 см);
-
Не зависят от зарядов нуклонов (зарядовая независимость ядерных сил);
-
Ядерные силы зависят от взаимной ориентации спинов нуклонов, нейтрон и протон удерживаются вместе, образуя дейтон, только в том случае, когда их спины параллельны друг другу;
-
Ядерные силы обладают свойством насыщения, каждый нуклон в ядре взаимодействует с ограниченным числом нуклонов (так как энергия связи примерно одинакова для всех ядер).
По современным представлениям сильное взаимодействие обусловлено тем, что нуклоны виртуально обмениваются частицами, получившими название мезонов. Аналогично тому как заряженные частицы взаимодействуют посредством электромагнитного поля. Заряженные частицы обмениваются фотонами. Каждая частица создает вокруг себя поле, непрерывно испуская и поглощая фотоны. Такие фотоны называются виртуальными. В квантовой механике виртуальными называются частицы, которые не могут быть обнаружены за время их существования
e- e- + ħw
Суммарная энергия (e- + ħw) > энергии электрона, что как-будто противоречит закону сохранения энергии. Но согласно квантовой механике, энергия состояния, существующего время Δt, определяется лишь с точностью ΔЕ
ΔЕ Δt ~ ħ
Если испущенный электроном виртуальный фотон будет поглощен этим же или другим электроном до истечения времени Δt =ħ/Е (Е = ħw), то нарушение закона сохранения энергии не может быть обнаружено.
В 1934 году Тамм сделал предположение, что взаимодействие между нуклонами также передается посредством каких-то виртуальных частиц. В 1935 году японский физик Юкава высказал смелую гипотезу о том, что в природе существуют пока не обнаруженные частицы с массой, в 200-300 раз большей массы электрона.
В 1936 году Андерсон и Неддермейер обнаружили в космических лучах частицы с массой покоя, равной 207me, названные μ-мезонами или мюонами. Предполагали, что это и есть частицы, обуславливающие ядерное взаимодействие. Но оказалось, что мюоны слабо взаимодействуют с нуклонами. Только в 1947 году (Пауэлл – в 1949 году) в космическом излучении открыли еще один тип мезонов – так называемые π-мезоны или пионы, которые оказались носителями ядерных сил.
Существуют положительный (π+), отрицательный (π-) и нейтральный (πо) пионы. Заряд (π+) и (π-) – мезонов = элементарному заряду е.
Спин как заряженных, так и нейтрального π – мезона равен 0. Масса π+ и π- – 264 me. Время жизни π+ и π- – 2,55 · 10-8 с, πо – 2,1 · 10-16 с. Подавляющая часть заряженных пионов распадается по схеме
π+ → μ+ + ν, π- → μ- + ν
πо - мезоны в основном распадаются по схеме (на два γ-кванта)
πо → γ + γ
Вместе с электронами и нейтрино мюоны входят в группу лептонов. Мюоны имеют положительный (μ+) и отрицательный (μ-) заряд, равный е. Масса мюона 207 me, спин – ½ (½). Мюоны не стабильны и распадаются по схеме
μ+ → е+ + ν + ν , μ- → е- + νμ + νе
Нуклон оказывается окруженным облаком виртуальных π - мезонов, образующих поле ядерных сил
1) p + n n + π+ + n p + n
2) n + p p + π- + p p + n
3) p + n p + πо + n p + n
p + p p + πо + p p + p
n + n n + πо + n n + n
Поглощение мезонов другим нуклоном приводит к сильному взаимодействию между нуклонами.
ЛЕКЦИЯ 8