Добавил:

PotapkinBY t.me Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.

Вуз:

Национальный исследовательский университет «МЭИ»

Предмет:

Физика

Файл:

2 семестр / Лекции по физике. Лубенченко

.pdf

Скачиваний:

Добавлен:

16.07.2023

Размер:

7.88 Mб

Скачать

☆

<<< < Предыдущая 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 3940 / 4040

390

P-симметрия (зеркальная симметрия) — симметрия относительно зеркаль-

ного отражения, т. е. относительно замены некоторого процесса зеркально отражённым.

T-симметрия (временнáя симметрия) — симметрия относительно обращения времени, т. е. относительно замены некоторого процесса на обратный.

Поляризация частиц

Все частицы, рождающиеся в процессах, обусловленных слабым взаимодействием, поляризованы продольно: спин частицы направлен параллельно её импульсу:

Правополяризованная частица — частица, спин которой сонаправлен импульсу.

Левополяризованная частица — частица, спин которой направлен против импульса.

Частицы рождаются левополяризованными, а античастицы — правополяризованными. Это означает нарушение C- и P-симметрии — несохранение C- и P-че тности.

ПРИМЕРЫ

Распад каона (K-мезона):

K 0


π π

K 0 L

π	π
0		0

Эти процессы идут с нарушением CP-симметрии. Вероятность этих процессов около 10–6.

CPT-симметрия не нарушается никогда.

7.4.7. Стабильные и долгоживущие адроны90

Мезоны

Таблица 50.1

Обозна-

Антича-

Масса

Время

Основные

Частица

покоя,

каналы

чение

стица

МэВ/c2

жизни, с

распада

139,6

2,60∙10–8

μ νμ

Пион

135,0

8,3∙10–17

2γ

493,7

1,24∙10–8

μ νμ ,

π π

497,7

8,9∙10–11

, 2π

Каон

497,7

5,2∙10–8

π e ν

νμ ,

3π

η-мезон

η0

548,8

< 10–18

2γ , 3π0

90 ТАБЛИЦЫ 50.1, 50.2, 50.3 не стоит воспроизводить во время лекции целиком на доске, а показать в виде компьютерной презентации.

391

Барионы

Таблица 50.2

Обозна-

Антича-

Масса

Время

Основные

Частица

покоя,

каналы

чение

стица

МэВ/c2

жизни, с

распада

Протон

938,3

Стабилен

Нейтрон

938,3

920

pe νe

Лямбда

Λ0

1115,6

–1

2,6∙10–10

pπ

, nπ

1189,4

–1

8,0∙10–11

pπ

, nπ

Сигма

Σ0

1192,5

–1

6∙10–20

Λ γ

1197,3

–1

1,5∙10–10

nπ

Ξ0

1315

–2

2,9∙10–10

Λ π

Кси

1321

–1

–2

1,64∙10–10

Λ π

Омега

1672

–1

–3

8,2∙10–11

Λ K

7.4.8. Лептоны

Таблица 50.3

Обозна-

Антича-

Масса

Электри-

Время

Основные

Частица

покоя,

ческий

каналы

чение

стица

жизни, с

МэВ/c2

заряд Q

распада

Электрон

0,511

–1

Стабилен

позитрон

Электронное

νe

Стабильно

нейтрино

Мюон

105,7

–1

2,20∙10–6

e ν ν

Мюонное

νμ

Стабильно

нейтрино

νμ

ντ ,

τ-лептон

1784,0

–1

< 4∙10–13

νeντ ,

(таон)

адроны

τ-нейтрино

ντ

Стабильно

392

Лекция 51

7.5. Кварковая модель адронов

7.5.1. Фундаментальные фермионы. Поколения лептонов и кварков

Все адроны состоят из частиц, называемых кварками. Имеется 6 типов (ароматов) кварков (см. ТАБЛ. 51.2).

Все кварки имеют спин

B 13 .

, дробный электрический заряд, барионный заряд

Антикварки отличаются от кварков знаками зарядов Q, B, S, C, b, t.

Лептоны и кварки группируются в три поколения (ТАБЛ. 51.1). Частицы I поколения

— самые лёгкие, III поколения — самые тяжёлые.

Таблица 51.1

		Поколения лептонов и кварков

		I		II	III
		e–		μ–	τ–
		νe		νμ	ντ
		d		s	b
		u		c	t
							Таблица 51.2

	Обозначение	Электрический		Странность	Шарм	Красота		Истина
(аромат) кварка		заряд Q		S	c		b	t
u	верхний	2		0	0	0		0
u	верхний	3		0	0	0		0
		3
d	нижний		1	0	0	0		0
d	нижний		3	0	0	0		0
s	странный		1	–1	0	0		0
s	странный		3	–1	0	0		0
c	очарованный	2		0	1	0		0
c	очарованный	3		0	1	0		0
		3
b	прекрасный		1	0	0	1		0
			3


t	истинный	2		0	0	0		1
t	истинный	3		0	0	0		1
		3

7.5.2. Взаимодействие кварков и образование адронов

Сильное взаимодействие между кварками осуществляется через обмен глюонами g. Фейнмановская диаграмма взаимодействия кварков показана на РИС. 51.1.

Спин глюона s = 1, чётность P = –1.

393

Кварки не наблюдаются в свободном состоянии. Имеет место пленение кварков —

конфайнмент.

Потенциал типа воронки, описывающий конфайнмент кварка внутри адрона, показан на РИС. 51.2 (r0 ≈ 10–15 м).

q	q
q
g	0	r0	r
q	q
q
Рис. 51.1		Рис. 51.2

Мезоны состоят из кварка и антикварка.

Барионы состоят из трёх кварков; гипероны рых — u или d.

Спин адрона:

J L

сумма орбитальных моментов кварков

состоят из трёх кварков, не все из кото-

Ls .

сумма спинов кварков

Системы, состоящие из одной и той же комбинации кварков, но с разным суммарным спином, являются разными элементарными частицами!

ПРИМЕРЫ


Пи-мезоны — π	:ud , π		:ud

Протон — p :uud .
Нейтрон — n:udd .
Каоны — K :us ,		K 0 :ds .
	0	:uds .
Лямбда-гиперон — Λ

7.5.3. Цвет

Кварки характеризуются ещё одним квантовым числом — цветом. Цвет может принимать три значения (ТАБЛ. 51.3)

При испускании и поглощении глюонов кварк изменяет цвет, но его аромат при этом сохраняется.

Антикварки характеризуются антицветом. Глюоны характеризуются цветом и антицветом.

Закон сохранения цвета: цветовой заряд закрытой системы не изменяется.

Закон сохранения цвета не выполняется в процессах, обусловленных слабым взаимодействием.

394

Таблица 51.3

Цвет Антицвет

Красный Антикрасный (зелёный)

Жёлтый Антижёлтый (фиолетовый)

Синий Антисиний (оранжевый)

ПРИМЕРЫ

Испускание глюона кварком:

qк qж gкж , qк qс gкс .

Поглощение глюона кварком:

qк gжк qж , qк gск qс , qк gсс qк .

Так как глюон имеет цветовои заряд, он испускает глюоны. На расстояние больше r0 цветовые заряды вырваться не могут. Поэтому в свободном виде могут существовать только бесцветные (белые) комбинации цветовых зарядов.

Принцип бесцветности адронов: возможны только те сочетания кварков разных цветов, смесь которых бесцветна.

7.5.4. Распад кварков

Аромат кварков может изменяться в процессах, обусловленных слабым взаимодействием.

ПРИМЕРЫ

1) β-распад нейтрона

Распад нейтрона (свободного или связанного в β–-радиоактивном ядре)

n pe			ν
n pe			ν
			e
эквивалентен распаду d-кварка
d ue			ν
d ue			ν
			e

Фейнмановские диаграммы этих процессов изображены на РИС. 51.3А, Б.

d	d		d	u
n u	u	p	d
n u	u	p
d	u			W–
				W–
	e–			e–
	а			б
			Рис. 51.3

395

2) Распад пиона (РИС. 51.4)

π+u μ+

Рис. 51.4

7.6. Теории фундаментальных взаимодействий

1. Квантовая электродинамика

Квантовая электродинамика — теория взаимодействия фотонов и электронов.

2. Квантовая хромодинамика

Квантовая хромодинамика — теория взаимодействия глюонов и кварков.

3. Стандартная теория электрослабого взаимодействия

Стандартная теория описывает слабое и электромагнитное взаимодействия как единое взаимодействие.

Электрослабая симметрия: должны существовать 4 фундаментальных безмассовых бозона — 2 заряженных и 2 нейтральных + массивный бозон Хиггса.

Экспериментально доказано существование 1 фундаментального безмассового бозона (фотона) и 3 массивных ( ± и 0).

Константы взаимодействий
Константа			Константа
электромагнитного взаимодействия			слабого взаимодействия
	e	2		2	1
α	e		αW	g	1	gW	,
α			αW	W		gW	,
				W
		c		c	30

gW — слабый заряд; gW > e

Характеристики бозона Хиггса

1.Энергия W ≈ 116 ÷ 130 ГэВ

2.Спин s = 0

3.Электрический заряд Q = 0

Роль бозона Хиггса

1.Массы лептонов, кварков и промежуточных бозонов

2.Нарушение CP- и P-симметрий при слабом взаимодействии

3.Количественное преобладание u-кварков над d-кварками

4.Теория Великого объединения

Теория Великого объединения описывает сильное, слабое и электромагнитное взаимодействия как единое взаимодействие.

Константа сильного взаимодействия

αS αGU 401 .

396

Заряды — сильный, слабый, электрический — функции 4-импульса; соответственно, константы взаимодействий также зависят от 4-импульса. Причина этого

— поляризация вакуума. (Это явление аналогично поляризации диэлектрика.)

Благодаря поляризации вакуума с ростом 4-импульса сильный gS и слабый gW заряды падают, а электрический заряд e — растёт.

Константы взаимодействий выравниваются и цветовая и электрослабая симметрии объединяются при энергиях

W 1014 1015ГэВ.

Единая симметрия: должны существовать 24 фундаментальных бозона — глюоны, промежуточные бозоны, фотон, X-, Y-бозоны.

Характеристики X-, Y-бозонов

1.	Энергия W ≈ 1015 ГэВ
2.	Спин s = 1
3.	Электрический заряд QX	4	, QY
3.	Электрический заряд QX	3	, QY
		3

4. Каждый бозон характеризуется 3

1 3

цветами.

ПРИМЕРЫ
1) Превращение протона в позитрон		2) Превращение нейтрона в электронное
(РИС. 51.5)		антинейтрино (РИС. 51.6)
u	e+	u
	e+
	X	Y
	u	d
	Рис. 51.5	Рис. 51.6

5. Суперобъединение

Теория суперобъединения описывает все фундаментальные взаимодействия как одно взаимодействие.

Суперсимметрия реализуется при энергиях W ≈ 1019 ГэВ и на расстояниях r ≈ 10–33 см для объектов массой порядка mPl = 102 кг (масса Планка). При таких условиях энергия гравитационного поля сравнивается с кинетической энергией частиц при их электромагнитном взаимодействии.

При энергиях и импульсах порядка массы Планка гравитационное взаимодействие становится определяющим.

<<< < Предыдущая 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 3940 / 4040

Соседние файлы в папке 2 семестр

#
16.07.20237.88 Mб14Лекции по физике. Лубенченко.pdf
#
16.07.2023684.57 Кб73Сборник задач. Электричество и магнетизм.pdf
#
16.07.2023749.58 Кб8Экзаменационные задачи на 2 семестр.pdf