![]() Главная страница Случайная страница КАТЕГОРИИ: АвтомобилиАстрономияБиологияГеографияДом и садДругие языкиДругоеИнформатикаИсторияКультураЛитератураЛогикаМатематикаМедицинаМеталлургияМеханикаОбразованиеОхрана трудаПедагогикаПолитикаПравоПсихологияРелигияРиторикаСоциологияСпортСтроительствоТехнологияТуризмФизикаФилософияФинансыХимияЧерчениеЭкологияЭкономикаЭлектроника |
Свойства некоторых элементарных частиц
Масса. В ядерной физике масса ядер и атомов измеряется в атомных единицах массы (а.е.м.). За одну атомную единицу массы принимается 1/12 часть массы атома улерода-1. Чтобы вычислить значение 1 а.е.м. в граммах, необходимо произвести простейшие расчеты: 1 а.е.м. = где N A= 6, 022 · 1023 – число Авогадро в физической шкале. Электрон считается материальным носителем наименьшей массы в природе: me = 9, 1∙ 10–28 г (в энергетических единицах»0, 511 МэВ). Связь энергии частицы Е с массой m и импульсом (p = mV):
где m 0– масса покоя; T – кинетическая энергия; с = 2, 998∙ 108 м/с – скорость света. Если m 0 = 0 (например, фотоны), то
В других случаях, преобразуя (1), получим:
Энергия. В ядерной физике в качестве единицы энергии используется электронвольт (эВ). Один электронвольт соответствует энергии, приобретаемой или теряемой частицей с единичным электрическим зарядом (1, 6∙ 10–19 Кл – электрон, протон) при прохождении ею разности потенциалов в 1 В.: 1эВ = 1, 6 × 10–12эрг = 1, 6 × 10–19Дж, 1 а.е.м. = 1, 660 · 10-27 · (3 · 108)2 = 1, 49 · 10–10 Дж = 931, 5МэВ. Электрический заряд. Элементарный заряд 1 е = 1, 6·10–19 Кл. Электрический заряд элементарных частиц меняется в довольно узком диапазоне и всегда кратен элементарному заряду – заряду электрона (–1). Некоторые частицы (фотон, нейтрино) вовсе не имеют заряда. Внутренними характеристиками (квантовыми числами) элементарных частиц являются лептонный (символ L) и барионный (символ В) заряды; эти числа считаются строго сохраняющимися величинами для всех типов фундаментальных взаимодействий. Для лептонных нейтрино и их античастиц L имеют противоположные знаки; для барионов В = 1, для соответствующих античастиц В = –1. Магнитный момент характеризует взаимодействие частицы с магнитным полем. Для электрона:
Магнитный момент нуклонов и ядер измеряется в ядерных магнетонах Бора: 1 µB = где mр – масса протона. Магнитный момент протона µр = +2, 793 µB, а нейтрона µ n = = –1, 913 µB. Это свидетельствует о внутреннем строении протона и нейтрона, которые по сути не являются элементарными частицами. Однако для описания явления радиоактивности не требуется привлекать сведения о внутреннем строении протонов и нейтронов. Нейтрон (а также антинейтрон) распадается по схеме: n → p + e - + Остальные частицы, представленные в табл. 1.1, стабильны. силовые взаимодействия. При взаимодействии элементарных частиц внутри ядер и ядер между собой наблюдаются четыре вида силовых взаимодействий: 1. Сильное взаимодействие – наиболее интенсивное взаимодействие в природе. Определяет взаимодействие нуклонов в ядре. Квантами сильного взаимодействия являются π -мезоны. Время взаимодействия (испускание и поглощение π - мезона) порядка 10‑ 23 с, расстояние порядка 10–13 см. Электромагнитное взаимодействие в 102–103 раз слабее сильного. Участвуют все частицы, кроме нейтрино и антинейтрино. Кванты взаимодействия – фотоны. Время взаимодействия порядка 10‑ 20 с. 3. Слабое взаимодействие примерно в 1013 раз слабее сильного. Отвечает за β -распад. Время взаимодействия порядка 10-10 с. Кванты взаимодействия – электроны (позитроны) и антинейтрино (нейтрино). 4. Гравитационное взаимодействие иногда называют сверхслабым. Квант взаимодействия – гравитон (пока не открыт). При силовых взаимодействиях выполняются законы сохранения энергии (массы), импульса, электрического заряда, лептонного заряда, барионного заряда и некоторые другие. Из закона сохранения барионного заряда следует, что количество нуклонов (протонов и нейтронов) при ядерных взаимодействиях остается постоянным, т.е. запрещаются процессы типа: n → 2γ, (1.5) S В = +1 ≠ 0. Закон сохранения лептонного заряда запрещает процессы с изменением числа лептонов (электроны, позитроны, нейтрино и антинейтрино) типа: p + e- → n + γ, (1.6) S l = +1 ≠ 0. Оба закона запрещают процессы типа p + e- = H → 2γ. (1.6a) Законы сохранения не запрещает процессы типа e- + e+ → 2γ (3γ), (1.7) S l = + 1 + (–1) =0. n + ñ → 2γ, (1.8) S В = +1 + (–1) = 0. Эти процессы получили название аннигиляция. При аннигиляции электрона и позитрона выделяется энергия: E = 2 ·me · c 2 = 2 · 5, 486 · 10-4 · 931, 5 = 1, 022 МэВ.(1.9) При торможении позитрона происходит захват электрона и образование позитрония. Парапозитроний (спины антипараллельны), распадается на 2 фотона с энергией 0, 511 МэВ каждый, τ = = 1, 25× 10‑ 10 с. Ортопозитроний (спины параллельны) – 3 фотона, τ = = 1, 4× 10–7 с. Испускание 1 фотона невозможно, так как pγ = Eγ /c ≠ 0.
|