Н.Е.3. 4. Лекція № 8

Тема. Елементарні частки – основа будови Всесвіту.

План.

1.Сучасні уявлення про будову макро та мікросвіту.

2.Елементарні частки. Історія відкриття основних груп елементарних часток.

3.Фундаментальні частки.

4.Фундаментальні взаємодії

5.Основні властивості елементарних часток та їх класифікація.

Самостійна робота.

1.Обмінний характер взаємодії. Феймановські діаграми.

2. Сучасні уявлення про кварки. Класифікація. Властивості.

3. Частки і анти частки.

Література.

1. Яворский Б.М., Детлаф А.А. Курс физики.Т.3.. Волновые процессы. Оптика. Атомная и ядерная физика. М.: Высшая школа, 1986 г.

2. Чолпан П.П. Фізика – Київ: Вища школа, 2003. – 567 с.

3. Бушок Г.Ф.,Венгер Є.Ф. Курс фізики. 1-3 кн. Кн.3 Оптика. Фізика атома і атомного ядра: Навч. посіб. - К.: Вища школа, 2003. – 311 с.

Історія відкриття елементарних частинок.

1897р. Дж. Томсон – електрон; е=-1,6*10^-19Кл;m_e=9,11*10^-31кг=0,51МеВ

S=; µ_b=; r_{e~ 10}^{-19 м.}

1911р. Е. Резерфорд – серед інших елементарних часток протон

+е= 1,6*10^-19 Кл; m_р=1836,15mc=938,3МеВ.

S=; µ_я=; µ_{р =} 2,79m_я.

1900р.Планк. 1905р. Енштейн – передбачили існування фотона – заряд = 0; маса спокою = 0. Всі частки які мають спін мають і магнітний момент, але фотон немає магнітного моменту. S = Ø1; µ_ф≠ γ*S = 0.

1912р. – Мілікен. 1922 Комптон – підтверджено експериментально.

1930р. Паулі – передбачив існування електрона та нейтрона (для пояснення β- розпаду нейтрона).

1953р. Рейнес і Коуен – відкрили експериментально: ; спін =.

1932р.Андерсон у складі космічного випромінювання відкрив першу античастинку – позитрон: ;

1937р. Андерсон і Недермеєр у космічних променях виявили µ - мезони:

µ⁺; µ^-; m_µ=206,7 m_e; час життя 2*10^-6с (2,2 *10^-6с).

1947р. З. Пауолл і Г. Оккіалінні у космічних променях виявили π – мезони (піони): π⁺; π^-; π⁰; m_π+π- = 273,2m_c; τ_π+-~ 2,55*10^-8.

1950р. Відкрили нейтральний піон: π⁰; m_π0 = 264,2m_c; б_π0~2,1*10^-16е.

(в 1935р. Юкова припустив, що π – мезони повинні існувати як кванти сильної взаємодії n + π- p – нуклони обмінюються піонами при взаємодії).

50-ті роки 20 століття відкриті гіперони: Λ⁰; Σ⁰, Σ⁺, Σ^-; Ξ⁺, Ξ^- (ксі). Їх маси в межах від (2183 до 3273)m_р; S=(S_Ω-=); час життя 10^-10с.

Одночасно були відкриті ; m_к=970m_е; к⁺, к^-, к⁰, к⃗⁰., τ_к~10^-8-10^-10с.

І гіперони і каони були названі дивними частинками: народжувалися парами за 10^-23с, а розпадалися поодинці повільно(за 10^-8 – 10^-10 с)

60-ті роки 20 століття – відкриті резонанси: (τ – 10^-24 – 10^-23 с), мають масу, спін, елементарний заряд (відомо близько 300 різних резонаторів)

1974р. виявили J/ψ – частку – резонатора; m=3m_p; τ=10^-20с

(загартована частка)

Зараз кількість відомих елементарних часток ~400.

Загальні характеристики частинок.

Маса (m) (у одиницях енергії спокою) еВ.

легкі j, e, ν, ν - µ-мезон,

середні нуклони, к - мезони

важкі – гіперони

коротко живучі τ_рез=10^-24-10^-13с.

Середній час життя. (τ) середньо стабільні τ_n=(898); 10^-6-10^-13с.

абсолютно стабільні (τ) τ_е10²²; τ_р10³²р; ћν; ν і ν

Спін частки – власний момент імпульсу Ферміони S_{e, p, n, ν}=;гіперони

Бозони (ћν=фотон)^S=1; мезони

Електричний заряд – 0;;Ze (для деяких резонансів)

е(і)е – для кварків.

Магнітний момент Р⃗_m= γS⃗, вимірюють у магнетонах.

µ_б=; µ_я=; µ_е = µ_б; µ_р=2,79 µ_я;

µ_n=-1,91 µ_я; Якщо S=0, то магнітний момент=0.

Але нейтрино S=, а магнетон=0.

фотона S=1, магнітний момент=0.

Інші квантові числа - дивність, краса, зачарованість, і т. д. (колір).

Фундаментальні взаємодії.

Сильна	~1	~10-15м	10-23с	π+; π-; π0; π-мезони глюони	адрони
Електромагнітна	~10-2		10-20с	фотони	заряджені тіла
Слабка	~10-10	~10-18м	10-14с	проміжні бозони W+,W-	лентопи
Гравітаційна	~10-38		?	гравітон	всі які мають масу
Вид дії	інтенсивність	радіус, м	час, с	переносн.	учасники

Обмінний характер взаємодії

електрон

n n’ к₁ к₁’

? - куперівська пара

π-мез надпровідний стан

р’ к₂’

р к₂

електрон

Класифікація елементарних часток

лептони

фотони

адрони (_я10m_p)

резонанси

Електрони	e-	e+	1/2
Електро-нейтрони			1/2
Мюони	µ+,µ-	µ+	1/2	206,8	210-6
Мюони нейтрони			1/2
Таони	τ-	τ+	1/2		310-13
Таонне-нейтронне	ντ	ντ	1/2
	част.	анти част	S	m	τ

стабільні

квізі стаб.

мазони

баріони

S=0;1 S=;

Кварки.

У 1964р. Цвейг і Гелман припустили, що андрони складаються з кварків – мікроскопічних часток із спіном = ; дробовим елементарним зарядом + е; -е r10^-18м m від 5 МеВ – до 22 ГеВ; колір (ч, д, в); Є 6-сть кварків U, d, s, c, b, t + 6 антикварків U, d, s, c, b, t. Рuud; nuud; Рuud; nuud.