Лекция 6 физика элементарных частиц.

Классификация элементарных частиц.

Лептоны.

Адроны. Мезоны.

Барионы.и гипероны.

Кварки и их характеристики. Кварковая структура мезонов и барионов

Экспериментальное подтверждение кварковой модели адронов. Эксперименты в области высоких энергий

Электромагнитное взаимодействие. Фотон (гамма-квант). Квантовая электродинамика (КЭД)

Слабое взаимодействие.Вионы (промежуточные векторные бозоны)

Сильное взаимодействие.Квантовая хромодинамика (КХД).

Глюоны и их экспериментальное подтверждение

Гравитационное взаимодействие Гравитон

Теории Великого объединения (ТВО).Бегущие константы связи

Космология – наука о Вселенной в целом. Принцип Коперника и космологический принцип. Характеристики Вселенной

Характеристика Галактики как звездного скопления и её эволюция

Звезды: Красные гиганты, белые карлики, нейтронные звезды. Черные дыры

Солнце и его эволюция

Космические лучи

Элементарные частицы. Лептоны. Адроны. Мезоны. Барионы. Мультиплеты

Элементарные частицы - большая группа мельчайших частиц не являющихся атомами или атомными ядрами. Их более 350 штук на 1980 г и продолжает увеличиваться. Основные свойства:

1.Исключительно малые размеры и масса – размер протона ~ 0,8 10^{-13 см} , размер электрона < 10^{-16 см} ; масса протона =1836 масс электрона.

Способность рождаться и уничтожаться при с помощью сильного, электромагнитного, или слабого взаимодействий между ними.

Элементарные частицы разделяются на классы лептонов (легкие), адронов (сильные) и калибровочных бозонов.

Характеристики элементарных частиц: Масса m, время жизни τ, спин I, изотопический спин Т и его проекция Т₃, электрический заряд Q и другие наборы дискретных значений физических величин. По времени жизни они делятся на стабильные частицы (τ>10²² лет -электрон, τ>10²² лет -протон), квазистабильные частицы (τ>10 ^-20 сек), которые распадаются за счет электромагнитного и слабого взаимодействий и резонансы (τ~10^-22 ÷10^-24 сек), которые характеризуются шириной резонанса .

Нестрогие квантовые числа элементарных частиц сохраняются только при определенных взаимодействиях. К ним относятся: изотопический спин Т, гиперзаряд , пространственная четность Р, зарядовая четность С, G - четность и квантовое число А.

Лептоны

Лептоны (легкие) – бесструктурные частицы со спином ½ не участвуют в сильном взаимодействии. Известны три заряженных лептона: электрон, мюон (тяжелый электрон), тау-лептон (сверхтяжелый электрон) и три нейтральных: электронное нейтрино, мюонное нейтрино и тау-лептонное нейтрино. У каждого лептона имеется своя античастица. Характеристики лептонов приведены в табл.2.2. В электромагнитном взаимодействии рождаются пары заряженных лептонов (е+,е-),. (), ().Лептоны ведут себя как точечные бесструктурные частицы до расстояний 10^-16÷10^{-15 см} . отрицательные мюоны образуют -атомы (pμ^-, dμ^-, tμ^-). Существуют системы (е⁺,е^-)- позитроний и мюоний - (μ⁺е^-). Все лептоны являются фермионами. В слабом взаимодействии каждый заряженный лептон рождается в сопровождении своего антинейтрино: (), , .

Нейтрино участвуют только в слабом взаимодействии и гравитационном. Частицы нейтрино столь же распространены в природе как и фотоны. Экспериментально наблюдались нейтрино со спиральностью только «левовинтовые», а антинейтрино со спиральностью «правовинтовые». Предполагается, что масса нейтрино близка к нулю. Значения энергий нейтрино лежат в интервале от реликтовых

10^-4 эв до космических 10¹¹ Гэв. Мощными источниками (10¹³ частиц/см²сек) антинейтрино низких энергий(до 10 Мэв) являются ядерные реакторы. Нейтрино высоких энергий (до сотен Гэв) получают с помощью ускорителей заряженных частиц. Прямым доказательством существования нейтрино считаетс процесс обратного бета-распада , с сечением барн.

Отличительное свойство нейтрино-крайне высокая проникающая способность. Антинейтрино от ядерного реактора проходят сквозь Землю, практически не испытывая соударений.

Вторым свойством является быстрый рост сечений взаимодействия с ростом энергии нейтрино.