Главная страница | Контакты | Случайная страница Автомобили Астрономия Биология География Дом и сад Другие языки Другое Информатика История Культура Литература Логика Математика Медицина Металлургия Механика Образование Охрана труда Педагогика Политика Право Психология Религия Риторика Социология Спорт Строительство Технология Туризм Физика Философия Финансы Химия Черчение Экология Экономика Электроника

Елементарні частинки та їх КЛАСИФІКАЦІЯ

Розглянуто на засіданні

метод комісії

протокол №1

від__________2014р.

Кваркова модель будови елементарних частинок

Курсова робота

Виконав студент

3 курсу відділення

«Фізика - інформатика»

групи «Д»

Дегтярьов Н.С.

Науковий керівник: доцент, кандидат

фізико-математичних наук

Є.П. Данько

Робота захищена «__»_________________ 2007р.

Оцінка _____________________________________

Перевірив ___________________________________

Благовєщенськ 2007

ЗМІСТ

ВСТУП

1. Елементарні частинки та їх КЛАСИФІКАЦІЯ

1.1 Лептон

1.2 Адрон

2. ГІПОТЕЗА Про існування кварк

2.1 СУПЕРМУЛЬТІПЛЕТИ

2.2 Кваркові ГІПОТЕЗА

2.2.1 ВІДКРИТТЯ З - кварк

2.2.2 ВІДКРИТТЯ В - кварк

3. КВАНТОВА ХРОМОДИНАМІКА

3.1 Глюон

3.2 АСИМПТОТИЧНА СВОБОДА

ВИСНОВОК

ДОДАТКИ

СПИСОК ЛІТЕРАТУРИ

ВСТУП

Ця курсова робота присвячується вивченню кваркової моделі, яка пояснює не тільки систематику, а й динаміку адронів. Вона призводить до маси виправдовуються передбачень і в даний час вважається загальновизнаною.

Актуальність даної проблематики обумовлена ​​прагненням людини зрозуміти устрій світу і пояснити навколишні його явища. В даний час створена теорія, так звана квантова хромодинаміка, що описує поведінку кваркових систем.

Метою роботи є вивчення кваркової моделі будови елементарних частинок, що передбачає вирішення наступних завдань:

· познайомитися з класифікацією елементарних частинок;

· розглянути кваркової моделі будови частинок;

· дізнатися основні положення квантової хромодинаміки.

Матеріалом для роботи послужили дані, отримані при роботі з літературою і Internet.

Курсова робота складається з вступу, трьох розділів, висновків, додатків та списку літератури, викладеного на 33 сторінці.

У вступі обумовлюється актуальність роботи, формулюються основні цілі і завдання, а також використовуваний матеріал.

У першому розділі розглядаються види елементарних частинок і їх класифікація.

У другому розділі розповідається про створення кваркової теорії та відкритті кварків.

У третьому розділі наводяться основні положення квантової хромодинаміки і дається поняття про глюонів та асимптотичної свободи.

У висновку в узагальненому вигляді підбиваються підсумки роботи.

У додатку наводяться таблиці і графіки.

Елементарні частинки та їх КЛАСИФІКАЦІЯ

Поняття «елементарна частинка» у фізиці виникло у зв'язку з ідеєю відшукання таких неподільних далі частинок, з яких складається вся матерія. Неподільність спочатку приписувалася атомам, потім - ядра, потім - нуклона.

Вперше про елементарні частки як про складові частини будь-якого атома стали говорити наприкінці XIX - початку XX століття. Саме в цей час було показано, що атоми можуть перетворюватися один в одного при радіоактивних перетвореннях. У ці ж роки були відкриті катодне і рентгенівське випромінювання, випускання яких різними атомами свідчило про подібному будові всіх атомів.

Наступними етапами в пізнанні будови атома було відкриття атомного ядра (1911 р.) і його складових частин: протона (1919 р.) і нейтрона (1932 р.).

Елементарними частинками сучасна фізика умовно називає велику групу найдрібніших мікрочастинок, які не є атомами чи атомними ядрами (за винятком протона, який є ядром атома водню). В даний час до «істинно» елементарних прийнято відносити такі частинки (і їх античастинки):

1) лептони (е, μ, τ і відповідні їм нейтрино);

2) кварки;

3) фотони і проміжні бозони W ^±, Z ^0.

В даний час відкрито і досліджено так багато елементарних частинок, що для їх позначення вже використані всі вільні літери грецького алфавіту і багато літер латинського алфавіту. Причому існують ізотопічних (зарядові) мультиплет часток, всі члени яких позначаються однаковими буквами (наприклад, Σ ^+, Σ ^-, Σ ^про тощо). Крім того, для позначення частинок використовуються букви зі штрихами, з зірочками і з цифрами. Взагалі, кількість елементарних частинок (включаючи нестабільні частки - резонанси) разом з античастинками в кілька разів перевищує число елементів періодичної системи Менделєєва, тому стає досить безглуздим вважати їх елементарними:

Всі частинки (у тому числі і неелементарному частинки і квазічастинки) поділяються на бозони і ферміони. Бозони (або бозе-частинками) називаються частки або квазічастинки, що володіють нульовим або цілочисловим спіном. Бозони підкоряються статистиці Бозе-Ейнштейна (звідси і їхня назва). До бозонів належать: гіпотетичний гравітон (спін 2), фотон (спін 1), проміжні векторні бозони (спін 1), глюони (спін 1), мезони і мезонні резонанси, а також античастинки всіх перерахованих частинок. Частинки або квазічастинки з напівцілим спіном називаються ферміонами (або фермі-частинками). Для них справедливий принцип Паулі, і вони підкоряються статистиці Фермі-Дірака (звідси і їхня назва). До ферміонами відносяться: лептони, всі баріони та баріонів резонанси, кварки (спін 1 / 2), а також відповідні античастинки.

За часом життя τ розрізняють стабільні, квазістабільні і резонансні частинки. Останні для стислості називають просто резонансами. Резонансними називають частинки, які розпадаються за рахунок сильної взаємодії з часом життя 10 ^-23 с. Нестабільні частинки, час життя яких перевищує 10 ^-20 с, розпадаються за рахунок електромагнітного або слабкого, але не за рахунок сильної взаємодії. Ці частинки відносять до квазістаціонарним. Час 10 ^-20 с, нікчемне у повсякденних масштабах, має вважатися великим, якщо його порівнювати з ядерним часом. Ядерне час є час, потрібний світлу на проходження діаметра ядра (10 ^-13 см). Навіть за час 10 ^-20 з світло встигає пробігти відстань у 10 ³ -10 ⁴ нуклони діаметрів. За цей час може відбутися ще багато внутрінуклонних процесів. Ось чому частинки, названі нами квазістабільному, в довідниках називають просто стабільними. Втім, абсолютно стабільними частками є, мабуть, тільки фотон γ, електрон е ^-, протон р, електронне ν _е, мюонне ν _μ і таонное ν _τ нейтрино та їх античастинки - розпад всіх цих частинок на досвіді не зареєстрований.

Розпади можуть відбуватися по сильному, електромагнітної і слабкої взаємодій. Найбільш швидко відбуваються розпади по сильному взаємодії - такі розпади резонансів. Квазістабільні частки розпадаються за рахунок слабкої або електромагнітної взаємодії. Вони стали б абсолютно стійкими, якщо б можна було подумки «вимкнути» ці взаємодії, залишивши тільки сильне. Найбільш стабільними резонансами є частинки J / ψ і ү, для яких τ ≈ 10 ^-20 с. Вони відносяться до резонансів тому, що у них є канали розпаду, зумовлені сильним взаємодією, але ці розпади пригнічені законами збереження чарівності і краси при сильних взаємодіях.

У силу малості часу життя τ, резонанси не володіють певною масою. Це видно зі співвідношення невизначеностей Δ * Τ ≈ h. Резонанси описуються безперервним спектром мас. Положення максимуму цього спектру і називається масою резонансу. Ширина спектра Г визначається звичайним співвідношенням Г ≈ ħ / τ. При дуже малих часи життя вона буває порівнянна зі значенням самої маси резонансу. Саме ширина Г (а не τ) зазвичай і наводиться в таблицях в якості запобіжного нестабільності резонансу. Так, при τ ≈ 10 ^-23 з отримуємо Г ≈ 100 МеВ. Тому резонансами можна назвати частинки з великою шириною спектру мас Г ≈ 100 МеВ.

Особливу групу елементарних часток становлять фотони, які є переносниками електромагнітної взаємодії, і споріднені з ними W ^±, Z ^{o-бозони,} які є переносниками слабкої взаємодії. Ці чотири частинки утворюють групу так званих переносників взаємодії. До переносникам взаємодії відносяться і глюони, а також гіпотетичні Гравітон. Всі інші частинки поділяються на лептони і адрони.

Лептон

Лептона називаються частинки, що не беруть участь в сильних взаємодіях і мають спін 1 / 2. В даний час встановлено існування шести заряджених лептонів: електрон е ^-, позитрон е ^+, мюони μ ^±, важкі лептони τ ^± (таони), і відповідних їм шести нейтральних частинок: електронне нейтрино ν _е і антинейтрино ν _e, мюонне нейтрино ν _μ і антинейтрино ν _μ, таонное нейтрино ν _τ і антинейтрино ν _т. Нейтральні лептони (нейтрино) не беруть участь і в електромагнітних взаємодіях.

Всі лептони, на сучасному рівні знання, можна назвати істинно елементарними частинками, так як у них на відміну від адронів не виявлена ​​внутрішня структура. У цьому сенсі лептони називаються точковими частинками.

Мюони були відкриті в космічних променях Андерсоном разом з Неддермайером в 1937 р. Наявність у мюонів власного (мюонного) нейтрино було встановлено пізніше - лише на початку 60-х років, τ-лептони були відкриті в 1975 р. у Стенфорді (США) групою експериментаторів на чолі з Перл (нар. 1927) в дослідах із зустрічними електрон-позитронними пучками. Тау-лептон виходить в результаті анігіляції електрона і позитрона (е ^{+ +} е ^- → τ ^{+ +} τ ^-). Маса мюона m _μ = 105,7 МеВ, час життя τ = 2,2 * 10 ^-6 с, маса таона m _τ ~ 1,8 ГеВ, час життя _τ τ ~ 5 * 10 ^-13 с.

Наші відомості про нейтрино дуже неповні. Особливо це стосується μ-і τ-нейтрино. Навіть щодо електронного нейтрино не можна категорично стверджувати, дорівнює чи є маса цієї частки нулю або тільки дуже мала.

Адрон

Адронами називаються елементарні частинки, що беруть участь в сильних взаємодіях. Вони, як правило, беруть участь також і у всіх інших взаємодіях - електромагнітному і слабкому.

Ці частинки, в основному резонанси, складають найбільш численну групу елементарних частинок - їх налічується близько 400. Адрони поділяються на стабільні і квазістабільні адрони і резонанси. У свою чергу стабільні адрони поділяються на мезони і баріони. Теоретичні мотиви такого підрозділу з'ясуються в кваркової моделі. До групи резонансів входять мезонні та баріонів резонанси.

Мезонами називаються нестабільні заряджені або нейтральні адрони, що володіють нульовим або цілочисловим спіном, а тому належать до класу бозонів. Сюди відносяться π ° - і π ^± - мезони, К ^± - мезони. Ці мезони були відкриті раніше за інших. Маса їх - проміжна між масами електрона і протона (звідси і їхня назва - від грецького слова mesos, що означає «середній, проміжний»). Пізніше були відкриті більш важкі D ^± -, D ^о -, F ^± - мезони, маса яких більша за масу протона. Було відкрито також багато мезонних резонансів, тобто мезонів з часом життя порядку 10 ^-23 с. Маса деяких з них також перевершує масу протона. Мюони μ спочатку називалися μ - мезонами, але вони не належать до класу мезонів, тому що мають спін 1 / 2 і не беруть участь в сильних взаємодіях.

Ядерна фізика та баріонів резонансами називаються адрони з напівцілим спіном і масами, не меншими маси протона. До них відносяться нуклони (протони і нейтрони), гіперонів і ін Протон і нейтрон - найлегші баріони. Протон - єдиний стабільний Ядерна фізика, всі інші баріонів резонанси нестабільні і шляхом послідовних розпадів перетворюються на нуклони і легкі частинки: π-мезони, електрони, нейтрино, γ-кванти. (Нейтрон у вільному стані - нестабільна частка з часом життя ~ 16 хв, але у зв'язаному стані усередині ядра він стабільний, якщо ^A _Z М ^<A _{Z +1} M + M _e, тобто коли не відбувається β ^{- -} розпаду. Якщо ж ^A _Z М> ^A _{Z +1} M + m _е, то нестабільний протон і відбувається позитронний β ⁺ - розпад: р → n + е ^{+ +} ν _e.

Нестабільні баріони з масами, великими маси нуклона (протона і нейтрона), і великим часом життя в порівнянні з ядерним часом (порядку 10 ^-23 с) називаються гіперонами. Перші гіперонів (Λ) були відкриті в космічних променях. Детальне вивчення їх стало можливим після того, як їх почали отримувати на прискорювачах заряджених частинок високих енергій при зіткненнях швидких нуклонів, π - і К - мезонів з нуклонами атомних ядер. Відомо кілька типів гіперонів: лямбда (Λ °), сігма (Σ ^-, Σ °, Σ ^+), ксі (Ξ ^-, Ξ °), омега (Ω ^-), Λ _с. Всі гіперонів мають спін 1 / 2, за винятком гіперон Ω ^-, спін якого дорівнює 3 / 2. Таким чином, гіперонів, як і всі Ядерна фізика, є ферміонами. Час життя гіперонів τ ~ 10 ^-10 с (за винятком Σ ° і Λ ° і Λ _с, для яких τ одно 10 ^-19 і 10 ^-13 с відповідно). За цей час вони розпадаються на нуклони і легкі частки (π - мезони, електрони, нейтрино, γ-кванти).

У 70-х роках на великих прискорювачах були створені пучки заряджених і нейтральних гіперонів високих енергій (20-100 ГеВ). Це дозволило перевірити формулу для релятивістського уповільнення часу в кращих умовах, порівняно з тим, як це робилося раніше. Якщо б не було релятивістського уповільнення часу, то гіперонів від свого народження до розпаду пробігали б шлях порядку з * τ, тобто близько сантиметра або десятків сантиметрів. Насправді цей шлях досягає декількох метрів.