3 билет. Основные характеристики которых показаны в табл. 10
 Скачать 111.93 Kb.
|
Огромное многообразие физических явлений, происходящих в мире элементарных частиц, определяется всего лишь четырьмя типами взаимодействий: сильным, электромагнитным, слабым и гравитационным, основные характеристики которых показаны в табл. 10. Сильное взаимодействие происходит между сильновзаимодействующими частицами - адронами. К ним относятся протоны, нейтроны, мезоны и гипероны, как долгоживущие частицы, так и резонансы. Для сильного взаимодействия определяющий радиус взаимодействия − размер протона r р = 10 -13 фм. Сильные взаимодействия при расстояниях больших гр ответственны за взаимодействия между нуклонами внутри ядра - ядерные силы. Сильные взаимодействия при расстояниях меньших rр ответственны за взаимодействия между партонами, происходящие внутри нуклонов. Потенциал взаимодействия в этом случае V(r) = -αs/r + æ r благодаря присутствию второго члена позволяет объяснить такие особенности процесса сильного взаимодействия на кварковом уровне, как конфайнмент и асимптотическая свобода. Для ядерных сил, действующих между нуклонами внутри ядра, потенциал взаимодействия подбирается для каждого ядра эмпирическим путем и для описания ядерных сил внутри ядра используются различные ядерные модели. Для описания сильных взаимодействий на кварковом уровне создана единая модель -квантовая хромодинамика (КХД). Таблица 10: Основные типы взаимодействий и их характеристики Тип Константа Радиу с, см Потенци ал Переносч ик взаимоде й- ствия Взаимоде й- ствующи е частицы Время взаимо- действия, сек Поперечн ое сечение, см 2 Сильное r > r p 10 -13 1/r n или e -r/a π,ρ,ω,... адроны, ядра 10 -24 10 -26 r < r p 10 -14 ±α s /r + ær g 1 ,...,g 8 глюоны кварки, глюоны Электро - магнитн ое ∞ 1/r γ фотон заряжен. частицы, фотон 10 -20 10 -29 Слабое 10 -16 Z 0 , W + , W - бозоны лептоны, адроны >10 -8 10 -40 Гравита- ционное ∞ 1/r G гравитон все частицы ∞ Электромагнитное взаимодействие. Источниками его являются электрические заряды. Нейтральные частицы взаимодействуют с электромагнитным полем лишь благодаря своей сложной структуре или квантовым эффектам. Слабое взаимодействие − это в основном распадные процессы. В настоящее время произошло объединение этих типов взаимодействий и создана теория электрослабых взаимодействий. Гравитационное взаимодействие − в нем участвуют все массивные тела, но оно настолько слабо для элементарных частиц (из-за их малой массы), что им пренебрегают при описании взаимодействий в микромире. 3.2 Взаимодействия и поля в физике частиц В рамках классического, теоретико-полевого подхода каждому типу взаимодействий соответствует свое поле. При этом взаимодействие на расстоянии описывается в терминах потенциала или поля, действующего между частицами. В квантовой теории взаимодействие описывается в терминах обмена специфическими квантами (бозонами), ассоциированными с данным типом взаимодействия. Эквивалентность этих двух подходов можно проиллюстрировать, рассматривая электростатическое поле между двумя точечными зарядами Q 1 и Q 2 . В классическом случае сила F, действующая со стороны заряда Q 1 на заряд Q 2 , определяется полем Е(r), причем F = E(r)Q 2 = Q 1 Q 2 /r 2 . В квантово-механическом подходе сила, действующая между зарядами определяется обменом виртуальным фотоном с импульсом q. Одна из частиц испускает фотон, другая поглощает его. Фотон − виртуальная частица − существует только в течение отрезка времени, ограниченного принципом неопределенности, причем импульс фотона и его положение в пространстве связаны соотношением qr ћ. Таким образом, каждый фотон передает импульс q за время t = r/с, при этом сила взаимодействия равна dq/dt = ћc/r. Число испущенных и поглощенных фотонов предполагается пропорциональным произведению зарядов, что приводит к закону Кулона F = Q 1 Q 2 /r 2 , как и в классическом случае. Квантовая концепция поглощения и испускания виртуальных фотонов является такой же условностью, как и классическая полевая концепция. Никто не наблюдал виртуальных квантов, на опыте измеряются только силы. В табл. 11 представлены типы взаимодействий, соответствующие им силы взаимодействия и полевые кванты. Классификация элементарных частиц В настоящее время обнаружено около 500 элементарных частиц. Открывая те или иные частицы; измеряя их массу, заряд, время жизни; определяя спин и другие квантово-механические характеристики; объясняя существование атома, атомных ядер, существование (и возможность существования) одних реакций и невозможность каких-либо других с участием новой частицы, учёные при этом постепенно пытались их классифицировать. Не смотря на то, что под словосочетанием элементарные частицы в современной физике сейчас понимается большая группа мельчайших частиц материи, не являющихся атомами или атомными ядрами (за исключением протона), эти классификации до сих пор сохранились. Наиболее общей из них принято считать классификацию по типу фундаментальных взаимодействий, в которых они участвуют, но основное разделение частиц проводится по сильному взаимодействию |