Классификация элементарных частиц по типу взаимодействия между ними

В природе существует четыре типа фундаментальных взаимодействий: сильное, электромагнитное, слабое и гравитационное.

1) Сильное или ядерное взаимодействие обусловливает связь протонов и нейтронов в ядре атомов и обеспечивает их исключительную прочность.

2) Электромагнитное взаимодействие – в его основе лежит связь с электромагнитным полем. Оно характерно для всех элементарных частиц, за исключением нейтрино, антинейтрино и фотона. Электромагнитное взаимодействие ответственно за существование атомов и молекул, обусловливая взаимодействие в них положительных ядер с отрицательными электронами.

3) Слабое взаимодействие – наиболее медленное взаимодействие из всех взаимодействий в микромире. Оно ответственно за взаимодействие частиц, происходящее с участием нейтрино и антинейтрино, например, b - распад.

4) Гравитационное взаимодействие присуще всем без исключения частицам, однако, из-за малости их масс оно пренебрежимо мало. Сильное взаимодействие примерно в 100 раз превосходит электромагнитное и в 10¹⁴ раз – слабое.

Элементарные частицы принято делить на три группы:

1) фотоны – это группа состоит лишь из одной частицы - фотона, т.е. кванта электромагнитного излучения.

2) лептоны – участвуют только в электромагнитном и слабом взаимодействиях. К лептонам относятся нейтрино, электрон, мюон и таон.

3) адроны – обладают сильным взаимодействием наряду с электромагнитным и слабым взаимодействиями. К ним относятся протон, нейтрон, пион и каон. Адронам приписывается, так называемый, барионный заряд. В связи с чем адроны делятся на две подгруппы:

а) подгруппа мезонов (пионы, каоны) с В = 0;

б) подгруппа барионов (протоны, нейтроны) с В = +1.

Для всех типов взаимодействий элементарных частиц выполняются законы сохранения энергии, импульса, момента импульса и электрического заряда.

 

ВОПРОСЫ ДЛЯ САМОПОДГОТОВКИ

1. Когерентность и монохроматичность световых волн. Интерференция света. Расчет интерференционной картины от двух источников.

2. Принцип Гюйгенса-Френеля. Метод зон Френеля. Прямолинейное распространение света и волновой механизм переноса световой энергии.

3. Дифракция в параллельных лучах на одной щели и дифракционной решетке.

4. Дифракция рентгеновских волн на кристаллической решетке. Формула Вульфа-Брэгга. Исследование структуры кристаллов.

5. Дисперсия света. Области нормальной и аномальной дисперсии. Электронная теория дисперсии.

6. Естественный и поляризованный свет. Закон Малюса. Поляризация при отражении преломлении на границе5 раздела двух диэлектриков. Закон Брюстера.

7. Двойное лучепреломление. Одноосные кристаллы.

8. Тепловое излучение. Абсолютно черное тело. Закон Кирхгофа для равновесного теплового излучения. Закон Стефана-Больцмана. Закон смещения Вина.

9. Распределение энергии в спектре излучения абсолютно черного тела. «Ультрафиолетовая катастрофа». Квантовая гипотеза и формула Планка для испускательной способности абсолютно черного тела.

10. Внешний фотоэффект и его экспериментальные законы. Квантовая теория фотоэффекта. Уравнение Эйнштейна.

11. Фотоны. Масса и импульс фотона. Давление света.

12. Опытное обоснование корпускулярно-волнового дуализма свойств вещества. Формула Де Бройля.

13. Соотношение неопределенностей Гейзенберга. Принцип причинности в квантовой механике.

14. Волновая функция и ее статистический смысл. Уравнение Шредингера для стационарных состояний микрочастиц.

15.  Решение уравнения Шредингера для микрочастицы в одномерной прямоугольной потенциальной яме. Квантование энергии и импульса.

16. Спин электрона. Спиновое квантовое число. Фермионы и бозоны. Принцип Паули.

17. Понятие о квантовой статистике Бозе - Эйнштейна. Фотонный и фононный газы. Распределение фононов по энергиям.

18. Понятие о квантовой статистике Ферми - Дирака. Распределение электронов проводимости в металле по энергиям. Энергия Ферми.

19. Энергетические зоны в кристаллах. Распределение электронов по энергетическим зонам. Металлы, диэлектрики и полупроводники.

20. Собственная и примесная проводимость полупроводников.

21. Контакт электронного и дырочного полупроводника. Образование запирающего слоя. Диод и его вольт - амперная характеристика.

22. Составные части атомного ядра. Основные характеристики нуклонов. Момент импульса ядра и его магнитный момент.

23. Взаимодействие нуклонов. Понятие о свойствах и природе ядерных сил.

24. Правила смещения. Закономерности альфа-, бета- и гамма - излучений атомных ядер.

25. Устойчивость ядер. Энергия связи. Дефект массы.

26. Реакция деления ядер. Цепная реакция деления. Понятие о ядерной энергетике.

27. Реакция синтеза атомных ядер. Проблема управляемых термоядерных реакций.

28. Классификация элементарных частиц по типу взаимодействия между ними. Основные характеристики четырех типов взаимодействия.