17.Законы сохранения и взаимодействия на микроуровне (их относительность).

Большую роль законы сохранения играют в кванто­вой теории, в частности, в физике элементарных частиц. Законы сохранения определяют правила отбора, нару­шение которых привело бы к нарушению законов сохра­нения. В дополнение к перечисленным законам сохра­нения, имеющим место в физике макроскопических тел, в теории элементарных частиц возникло много специ­фических законов сохранения, позволяющих интерпретировать наблюдающиеся на опыте правила отбора. Та­ков, например, закон сохранения барионного или ядер­ного заряда, выполняющегося при всех видах взаимо­действий. Согласно ему, ядерное вещество сохраняется: разность между числом тяжелых частиц (барионов) и чис­лом их античастиц не изменяется при любых процессах. Легкие элементарные частицы — лептоны (электроны, нейтрино и т.д.) также сохраняются.

Существуют и приближенные законы сохранения, выполняющиеся в одних процессах и нарушающиеся в других. Такие законы сохранения имеют смысл, если можно указать класс процессов, в которых они выполня­ются. Например, законы сохранения странности, изото­пического спина, четности строго выполняются в про­цессах, протекающих за счет сильного взаимодействия, но нарушаются в процессах слабого взаимодействия. Электромагнитное взаимодействие нарушает закон со­хранения изотопического спина. Таким образом, иссле­дования элементарных частиц вновь напомнили о необ­ходимости проверять существующие законы сохранения в каждой области явлений. Проводятся сложные экспе­рименты, имеющие целью обнаружить возможные сла­бые нарушения законов сохранения в микромире.

Проверка механических законов сохранения есть про­верка соответствующих фундаментальных свойств про­странства — времени. Долгое время считали, что кроме перечисленных элементов симметрии (сохранение энер­гии связано с однородностью времени, сохранение им­пульса — с однородностью пространства), пространство — время обладает зеркальной симметрией, т.е. инвариант­ностью относительно пространственной инверсии. Тогда должна была бы сохраняться четность. Однако в 1857 г. было экспериментально обнаружено несохранение четно­сти в слабом взаимодействии, поставившее вопрос о пе­ресмотре взглядов на симметрию пространства — вре­мени и фундаментальных законов сохранения (в частно­сти, на законы сохранения энергии и импульса).

18.Строение атома и ядра. Силы взаимодействия в ядре.

А́том (др.-греч. ἄτομος — неделимый) — наименьшая часть химического элемента, являющаяся носителем его свойств. Атом состоит из атомного ядра и окружающего его электронного облака. Ядро атома состоит из положительно заряженных протонов и электрически нейтральных нейтронов, а окружающее его облако состоит из отрицательно заряженных электронов. Если число протонов в ядре совпадает с числом электронов, то атом в целом оказывается электрически нейтральным. В противном случае он обладает некоторым положительным или отрицательным зарядом и называется ионом. Атомы классифицируются по количеству протонов и нейтронов в ядре: количество протонов определяет принадлежность атома некоторому химическому элементу, а число нейтронов — изотопу этого элемента.

Атомы различного вида в различных количествах связанные межатомными связями образуют молекулы.

Ядерные силы - это силы притяжения для любой пары нуклонов.

Ядерное взаимодействие относится к категории сильного взаимодействия. Вследствие чего ядерная энергия, обусловленная таким взаимодействием, весьма велика и превосходит электрическую энергию, скажем, в атомах в миллионы раз.

Ядерные силы являются короткодействующими, тогда как электрические и магнитные силы между элементарными частицами относятся к числу дальнодействующих. Что это значит? Это значит, что ядерные силы имеют ограниченный радиус действия и этот радиус очень мал (порядка см; напомним, что pазмеp атома поpядка см). За его пpеделами взаимодействие нуклонов pезко уменьшается по показательному закону. Наобоpот, электpомагнитное взаимодействие между частицами уменьшается с pасстоянием по закону обpатных квадpатов - и называется дальнодействующим.

Ядерные силы обладают заpядовой независимостью, то есть силы между пpотонами, между нейтpонами и между пpотоном и нейтpоном одинаковы.

Ядеpные силы обладают так называемым свойством насыщения (подобным же свойством обладают межатомные силы в молекулах). Суть этого свойства состоит в том, что каждый нуклон в ядpе может иметь огpаниченное число соседей. Когда это число доходит до пpедела, дpугие нуклоны как бы вытесняются из области действия ядеpного пpитяжения данного нуклона. Вследствие этого свойства и коpоткого действия ядеpных сил объем ядpа pастет пpопоpционально числу нуклонов в нем. Это очень важное обстоятельство, и оно может быть использовано пpи констpуиpовании модели ядpа.

Атом является сложной системой, в состав которой входят определенные частицы. Английский физик Э. Резерфорд предложил ядерную (планетарную) модель строения атома. Основные положения ядерной модели атома.

1. Атом имеет форму шара, в центре которого находится ядро.

2. Ядро имеет очень маленький размер (диаметр атома 10-10 м, диаметр ядра ~10-15 м).

3. Ядро имеет положительный заряд.

4. Почти вся масса атома находится в ядре.

5. Вокруг ядра движутся электроны.

6. Электроны движутся вокруг ядра, как планеты вокруг Солнца.

Все положения модели Резерфорда, кроме последнего — шестого, современная наука считает правильными. Г. Мозли (Англия) установил, что положительный заряд ядра атома (в условных единицах) равен порядковому номеру элемента в периодической системе. Положительный заряд ядра атома (в условных единицах) равен порядковому номеру элемента в периодической системе Менделеева. Каждый протон имеет заряд +1, поэтому заряд ядра равен числу протонов. В соответствии с этим различают ядерные силы центральные, спин-спиновые, спин-орбитальные и тензорные.