Учебное пособие Алматы 2013 ббк удк номер
§8.1 Классификация элементарных частиц
жүктеу/скачать 1,73 Mb.
|
treatise11751
| §8.1 Классификация элементарных частиц
В настоящее время известно большое количество элементарных частиц, обладающих самыми различными свойствами. Можно ожидать, что попытки классифицировать их некоторым общим признакам позволят найти общие закономерности, связанные со структурой и поведением частиц, и предсказать еще неоткрытые частицы, как это было сделано Менделеевым в отношении химических элементов. У элементарных частиц довольно много различных характеристик, причем среди них трудно выделить основную (подобную атомному номеру в периодической системе Менделеева). Это обстоятельство затрудняет классификацию элементарных частиц. Основные характеристики элементарных частиц: 1) масса m; 2) спинJ; 3) электрический заряд Q; 4)барионный заряд B; 5)электронный лептонный заряд Le; 6)мюонный лептонный заряд Lμ; 7) странность S; 8) четность P; 9) изотопический спин; 10) Т1/2 ; 11) статистика. Существует и ряд других характеристик, таких, как магнитный момент μ, зарядовая четность, среднеквадратичный радиус распределения, CP-четность и т.д. О том, какие из характеристик выбрать за главные при классификации элементарных частиц, нет единого мнения. Рассмотрим самую употребительную классификацию. Прежде всего, для того чтобы иметь право называться частицей, микросистема должна прожить заметное время, намного превышающее характерное время пролета. По этому признаку все частицы можно разделить на настоящие частицы и резонансы. Настоящие частицы живут на много порядков дольше характерного времени и распадаются только за счет электромагнитных или слабых взаимодействий. Время жизни резонансов близко характерному времени ( . Они распадаются под влиянием сильных взаимодействий. Разделение частиц на «настоящие» и резонансы не носит принципиального характера, а скорее обусловлено различиями в методах наблюдения, обилием резонансов. Пожалуй, самыми главными характеристиками являются лептонный и барионный заряды, а также участие в различных фундаментальных взаимодействиях. Напротив, электрический заряд играет второстепенную роль. Все частицы делятся на фермионы и бозоны. Совокупность фермионов подчиняется статистическим законам Ферми-Дирака, совокупность бозонов описывается статистикой Бозе-Эйнштейна. Элементарные частицы можно разделить на 4 группы: а) фотон (γ-квант). У фотона равны нулю все заряды, а также масса, спин = 1ћ (бозон), участвует только в электромагнитном взаимодействии. б) Лептоны - относительно легкие частицы со спином ћ/2 (фермионы), имеющие ненулевой лептонный заряд и нулевой барионный заряд. Лептоны слабо взаимодействуют друг с другом и со всеми частицами, кроме слабых взаимодействий они участвуют и в электромагнитных взаимодействиях. В эту группу входят 12 частиц (включая античастицы). Имеются 3 сорта ν: электронное ν рождается вместе с электронами, мюонное ν – вместе с мюонами и τ-лептонное ν рождается вместе с τ-лептонами. Далее следует , μ и τ-лептон, открытый в 1975 году. Хотя τ-лептон имеет очень большую массу (1732 МэВ), он включен в группу лептонов. Поскольку по всем другим свойствам он близок к ним. Главное свойство, которое его роднит с остальными лептонами, то, что он не участвует в сильных взаимодействиях. в) Мезоны - нестабильные, безспиновые частицы (бозоны) с нулевым лептонным и барионным зарядами, сильновзаимодействующие с барионами и друг с другом. Раньше объединяющим признаком мезонов являлось также то, что их массы имели значения, промежуточные между массами электрона и нуклона. Сейчас уже известно несколько мезонных резонансов, массы которых происходят нуклонную. Эта группа состоит из 8 частиц. Самые легкие из них π-мезоны ( ). Они являются квантами ядерного поля. Еще имеются 4 K-мезона ( ) и один -мезон. г) Барионы – самая обширная группа. В нее входят 18 частиц из 39. Это сильновзаимодействующие частицы с полуцелым спином (фермионы), с массой ≥ mp, с ненулевым барионным зарядом, нулевым лептонным зарядом. Самыми легкими барионами являются нуклоны и антинуклоны( ). За ними следуют гипероны и антигипероны ( ). Нуклоны обычно обозначаются буквой N, а гипероны – Y. Мезоны и барионы имеют общее название – адроны, частицы подвержены сильному взаимодействию. Лептонный заряд L – квантовое число, характеризующее закон сохранения лептонов. Все нелептоны имеют лептонный заряд L=0, то есть лептонно нейтральны. Все частицы-лептоны имеют L=+1, все античастицы –лептоны имеют L=-1. В связи с существованием 3-х типов ν и лептонные заряды существуют разные – электронные лептонные заряды у , мезонные лептонные заряды у и τ-лептонные заряды. Закон сохранения лептонного заряда . Лептоны всегда возникают парами: лептон-антилептон. Барионный заряд B – квантовое число, характеризующее закон сохранения барионов. Закон сохранения барионного заряда принимает более простую форму при переходе к низким энергиям столкновений. В нерелятивистской ядерной физике нет процессов рождения нуклон-антинуклонных пар и превращения нуклонов в гораздо более тяжелые частицы – гипероны. Поэтому закон сохранения барионного заряда становится законом сохранения числа нуклонов ( то есть массового числа A). Если же мы перейдем к еще более низким энергиям ( ~ несколько кэВ), то мы попадем в область атомной физики, физики агрегатных состояний и химические реакций. Во всех этих явлениях не только сохраняется число нуклонов, но и не происходит никаких ядерных превращений., то есть не меняются ядерные дефекты масс. Поэтому закон сохранения барионного заряда переходит в закон сохранения суммарной массы. Все 5 законов сохранения зарядов Q, B, Le, Lμ, Lτ (квантовых чисел) относится к точным законам ( точным числам), они сохраняются во всех процессах с элементарными частицами. Наряду с ними вводится не вполне точные квантовые числа, или законы сохранения, выполняющиеся не для всех, а лишь для некоторых видов фундаментальных взаимодействий: изотопический спин, четность, странность, зарядовая четность и т.д. Закон сохранения изотопического спина справедлив для сильных взаимодействий всех частиц. Сохраняющимися величинами являются полный изотопический спин T и его проекция Tz. Полный изотопический спин сохраняется только в сильных взаимодействиях. Проекция Tz сохраняется еще в электро-магнитных взаимодействиях. T определяет число частиц в группе, называемой зарядовым мультиплетом. Странность S – аддитивное квантовое число, сохраняющееся в сильных и электро-магнитных взаимодействиях, но не сохраняющееся в слабых взаимодействиях. Существует связь между квантовыми числами: – формула Гелл-Манна-Нисидзимы. B+S=Y – гиперзаряд. Странность для античастиц имеет противоположный знак. Частицы, не обладающие электрическим зарядом, называются нейтральными. Истинно нейтральные частицы – частицы, у которых = 0 все без исключения сохраняющиеся заряды: γ, π0 , η. Рождение и поглощение истинно нейтральных частиц не запрещено никакими законами сохранения зарядов. Важнейшим свойством элементарных частиц является их многочисленность. Термин « элементарная частица» в момент его появления отражая всегда существующую в науке тенденцию стараться усмотреть во многих и разных физических явлениях действие небольшого числа неких элементарных сущностей. И действительно, в 20-х годах физикам казалось, что весь мир состоит из элементарных частиц трех сортов – e-, p и квантов электромагнитного излучения. В 30-е годы число элементарных частиц увеличилось, но ненамного. Появились n, e+, μ, ν. Тогда открытие каждой новой частицы воспринималось физиками как большое праздничное событие. В конце 40-х годов, к удовлетворению теоретиков, были открыты предсказанные ими пионы. Но уже в 50-е годы было открыто около десятка новых, так называемых «странных» частиц, существование которых оказалось для теоретиков полнейшей неожиданностью. В 60-е годы рост числа вновь открываемых частиц принял угрожающие размеры. В 70-е годы прибавилась большая группа «очарованных» частиц. Были открыты короткоживущие частицы с временем жизни с (резонансы). Вот тогда-то в 1964 году Гелл-Манном и Цвейгом была предложена модель, согласно которой все частицы, участвующие в сильных (ядерных) взаимодействиях, построены из более фундаментальных (или первичных) частиц – кварков. жүктеу/скачать 1,73 Mb. Достарыңызбен бөлісу:
|