Физика ядра и частиц Взаимодействие частиц с веществом
Электромагнитное взаимодействие Кварки Атомное ядро Магнитный дипольный момент ядра converse детские размеры Законы радиоактивного распада ядер. Альфа-распад. Бета-распад Естественная радиоактивность

Учебные материалы по ядерной физике, курс физика атомного ядра и частиц

Частицы

    Все наблюдаемые в настоящее время частицы можно разбить на три большие группы.
     1. Лептоны - частицы участвующие в электромагнитных и слабых взаимодействиях. Нейтрино участвуют только в слабых взаимодействиях.
     2. Адроны - частицы участвующие в сильных, электромагнитных и слабых взаимодействиях. Сегодня известно свыше сотни адронов. 
            Барионы - адроны, состоящие из трёх кварков (qqq) и имеющие барионное число B = 1. 
            Мезоны - адроны, состоящие из кварка и антикварка (q) и имеющие барионное число B = 0.
    3. Калибровочные бозоны - частицы переносящие взаимодействие между фундаментальными фермионами (кварками и лептонами).

    Каждая частица описывается набором физических величин - квантовых чисел - определяющих её свойства. Наиболее часто употребляемые характеристики частиц:
   Масса частицы, m. Массы частиц меняются в широких пределах от 0 (фотон) до 90 ГэВ (Z-бозон). Z-бозон - наиболее тяжелая из известных частиц. Однако могут существовать и более тяжелые частицы. Массы адронов зависят от типов входящих в их состав кварков, а также от их спиновых состояний.
   Время жизни, tau1.gif (59 bytes). В зависимости от времени жизни частицы делятся на стабильные частицы, имеющие относительно большое время жизни, и нестабильные.
    К стабильным частицам относят частицы, распадающиеся по слабому или электромагнитному взаимодействию. Деление частиц на стабильные и нестабильные - условно. Поэтому к стабильным частицам принадлежат такие частицы как электрон, протон, для которых в настоящее время распады не обнаружены, так и pi0.gif (71 bytes)-мезон, имеющий время жизни tau1.gif (59 bytes) = 0.8*10-16 с.
    К нестабильным частицам относят частицы, распадающиеся в результате сильного взаимодействия. Их обычно называют резонансами. Характерное время жизни резонансов - 10-23 - 10-24 с.
   Спин J. Величина спина измеряется в единицах splank.gif (65 bytes) и может принимать 0, полуцелые и целые значения. Например, спин pi1.gif (61 bytes), К-мезонов равен 0. Спин электрона, мюона равен 1/2. Спин фотона равен 1. Существуют частицы и с большим значением спина. Частицы с полуцелым спином подчиняются статистике Ферми-Дирака, с целым спином - Бозе-Эйнштейна.
    Электрический заряд Q. Электрический заряд является целой кратной величиной от е = 1.6*10-19 Кулон
(или 48*10-10 ед. СГСЕ), называемой элементарным электрическим зарядом. Частицы могут иметь заряды 0, ±1, ±2.
    Внутренняя четность Р. Квантовое число Р характеризует свойство симметрии волновой функции относительно пространственных отражений. Квантовое число Р имеет значение +1,-1.

    Наряду с общими для всех частиц характеристиками, используют также квантовые числа, которые описывают только отдельным группам частиц.
    Квантовые числа - барионное число В, странность s, очарование (charm) с, красота (bottomness или beauty) b, верхний (topness) t, изотопический спин I приписывают только сильно взаимодействующим частицам - адронам.
    Лептонные числа  Le, lmu.gif (89 bytes), ltau.gif (82 bytes). Лептонные числа приписывают частицам, образующим группу лептонов. Лептоны e, мю и tau участвуют только в электромагнитных и слабых взаимодействиях. Лептоны ve, neutrmu и neutrtau участвуют только в слабых взаимодействиях.. Лептонные числа имеют значения Le,   lmu.gif (89 bytes), ltau.gif (82 bytes) = 0, +1, -1. Например, e- ve имеют Le = + l;  e+ ve имеют Le = - l . Все  адроны имеют  
Le = lmu.gif (89 bytes)= ltau.gif (82 bytes)= 0.    Барионное число В. Барионное число имеет значение В = 0,+ 1,-1.    Барионы, например, n, р, lmd1.gif (65 bytes),sgm.gif (59 bytes) , нуклонные резонансы имеют барионное число В = +1. Мезоны, мезонные резонансы  -  В = 0,   антибарионы  -  В = -1.
    Странность s. Квантовое число s может принимать значения -3, -2, -1, 0, +1, +2, +3 и определяется кварковым составом адронов. Например, гипероны lmd1.gif (65 bytes), sgm.gif (59 bytes)   имеют s = -l ;  K+,  K- -мезоны имеют s = +l.
    Charm с. Квантовое число с может принимать значения -3, -2, -1, 0, +1, +2, +3. В настоящее время обнаружены частицы, имеющие с = 0, +1 и -1. Например, барион lmd1.gif (65 bytes)+c имеет с = +1.
   Bottomness b. Квантовое число b может принимать значения -3, -2, -1, 0, +1, +2, +3. В настоящее время обнаружены частицы, имеющие b = 0, +1, -1.  Например, В+ -мезон имеет b = +1.
    Topness t. Квантовое число t может принимать значения -3, -2,-1, 0, +1, +2, +3. В настоящее время обнаружено всего одно состояние с t = +1.
   Изоспин I.   Сильно взаимодействующие частицы можно разбить на группы частиц, обладающих схожими свойствами (одинаковое значение спина, чётности, барионного числа, странности и др. квантовых чисел, сохраняющихся в сильных взаимодействиях) - изотопические мультиплеты. Величина изоспина I определяет число частиц, входящих в один изотопический мультиплет. n и р составляют изотопический дуплет I=1/2; sgmplus.gif (67 bytes), sgmmin.gif (64 bytes), sgm0.gif (70 bytes)   входят в состав изотопического триплета I = 1, lmd1.gif (65 bytes) - изотопический синглет  I = 0, число частиц, входящих в один изотопический мультиплет 2I + 1.
    G-четность - это квантовое число, соответствующее симметрии относительно одновременной операции зарядового сопряжения op_c.gif (76 bytes) и изменения знака третьей компоненты Iz изоспина. G-четность сохраняется только в сильных взаимодействиях.

Античастицы
Связь характеристик частиц и античастиц
Момент количества движения
Пространственная инверсия. Р-четность.
Распады частиц
Взаимные превращения частиц
Кварки, лептоны, калибровочные бозоны
Механизм взаимодействия частиц
Электромагнитное взаимодействие.
Лептоны
Электрон
Электронное антинейтрино обнаружено
Тождественны ли нейтрино и антинейтрино?
Мюон. Мюонное нейтрино
Тау-лептон. Тау-нейтрино
Лептонные числа
Кванты слабого взаимодействия (W, Z-бозоны)
Кварки - частицы, из которых состоят адроны
Основные положения модели кварков
Кварковая структура адронов. Барионы. Мезоны
Барионное число B
Изоспин частиц. Изоспиновые мультиплеты
Пи-мезоны
Резонансы. Возбужденные состояния нуклонов
Странные частицы, s-кварк
K-мезоны
Распад лямбда-гиперона
Каскадные гипероны
Омега-минус-гиперон
Очарованные частицы, с-кварк
Нейтрино рождают очарованные частицы
Красивые частицы, b-кварк
Адронные струи
Топ-кварк

Основные вопросы по курсу Физика ядра и частиц