Ссылка на файл: >>>>>> http://file-portal.ru/Классификация и характеристики элементарных частиц реферат/
Классификация элементарных частиц
Простейшая классификация элементарных частиц реферат по естествознанию скачать бесплатно фотоны лептоны мезоны барионы кварки нейтрино квант гравитационное нейтроны протон современная физическая мира сильное электромагнитное взаимодействия слабое атом ант, Сочинения из Нейропсихология. Московский государственный университет имени М. В. Ломоносова (МГУ имени М. В. Ломоносова)
"САМЫЙ БОЛЬШОЙ БАНК РЕФЕРАТОВ"
Некоторые общие проблемы теории элементарных частиц. Обнаружение на рубеже вв. Выявление в дальнейшем наличия составных слагающих атомов - электронов и ядер, установление сложной природы ядер, оказавшихся построенными всего из двух типов частиц протонов и нейтронов , существенно уменьшило количество дискретных элементов, формирующих свойства вещества, и дало основание предполагать, что цепочка составных частей материи завершается дискретными бесструктурными образованиями - Э. Такое предположение, вообще говоря, является экстраполяцией известных фактов и сколько-нибудь строго обосновано быть не может. Нельзя с уверенностью утверждать, что частицы, элементарные в смысле приведённого определения, существуют. Протоны и нейтроны, например, длительное время считавшиеся Э. Не исключена возможность того, что последовательность структурных составляющих материи принципиально бесконечна. Может оказаться также, что утверждение "состоит из От данного выше определения "элементарности" в этом случае придется отказаться. Как показали исследования, эта группа частиц необычайно обширна. Помимо упоминавшихся протона р , нейтрона n и электрона e - к ней относятся: Число частиц, включаемых в эту группу, продолжает расти и, скорее всего, неограниченно велико; при этом большинство перечисленных частиц не удовлетворяет строгому определению элементарности, поскольку, по современным представлениям, они являются составными системами см. Эти четыре частицы тогда естественно было считать элементарными, т. Открытие новых микроскопических частиц материи постепенно разрушило эту простую картину. Вновь обнаруженные частицы, однако, во многих отношениях были близки к первым четырём известным частицам. Объединяющее их свойство заключается в том, что все они являются специфическими формами существования материи, не ассоциированной в ядра и атомы иногда по этой причине их называют "субъядерными частицами". Пока количество таких частиц было не очень велико, сохранялось убеждение, что они играют фундаментальную роль в строении материи, и их относили к категории Э. Нарастание числа субъядерных частиц, выявление у многих из них сложного строения показало, что они, как правило, не обладают свойствами элементарности, но традиционное название "Э. В соответствии со сложившейся практикой термин "Э. В тех случаях, когда речь будет идти о частицах, претендующих на роль первичных элементов материи, при необходимости будет использоваться термин "истинно Э. Оно было подготовлено всесторонними исследованиями оптических спектров атомов, изучением электрических явлений в жидкостях и газах, открытием фотоэлектричества, рентгеновских лучей, естественной радиоактивности, свидетельствовавших о существовании сложной структуры материи. Исторически первой открытой Э. Томсон установил, что т. Резерфорд, пропуская альфа-частицы от естественного радиоактивного источника через тонкие фольги различных веществ, выяснил, что положительный заряд в атомах сосредоточен в компактных образованиях - ядрах, а в обнаружил среди частиц, выбитых из атомных ядер, протоны - частицы с единичным положительным зарядом и массой, в раз превышающей массу электрона. Другая частица, входящая в состав ядра, - нейтрон - была открыта в Дж. Чедвиком при исследованиях взаимодействия a-частиц с бериллием. Нейтрон имеет массу, близкую к массе протона, но не обладает электрическим зарядом. Открытием нейтрона завершилось выявление частиц - структурных элементов атомов и их ядер. Вывод о существовании частицы электромагнитного поля - фотона - берёт своё начало с работы М. Предположив, что энергия электромагнитного излучения абсолютно чёрного тела квантованна, Планк получил правильную формулу для спектра излучения. Развивая идею Планка, А. Эйнштейн постулировал, что электромагнитное излучение свет в действительности является потоком отдельных квантов фотонов , и на этой основе объяснил закономерности фотоэффекта. Прямые экспериментальные доказательства существования фотона были даны Р. Милликеном и А. Открытие нейтрино - частицы, почти не взаимодействующей с веществом, ведёт своё начало от теоретической догадки В. Паули , позволившей за счёт предположения о рождении такой частицы устранить трудности с законом сохранения энергии в процессах бета-распада радиоактивных ядер. Экспериментально существование нейтрино было подтверждено лишь в Ф. Райнес и К Коуэн, США. С х и до начала х гг. В в составе космических лучей К. Позитрон был первой открытой античастицей см. Дираком незадолго до обнаружения позитрона. В американские физики К. В также в космических лучах группой С. Существование подобных частиц было предположено Х. Конец х - начало х гг. При столкновении с веществом ускоренные протоны и электроны рождают новые Э. С начала х гг. Стремление к увеличению энергий частиц обусловлено тем, что высокие энергии открывают возможность изучения строения материи на тем меньших расстояниях, чем выше энергия сталкивающихся частиц. Ускорители существенно увеличили темп получения новых данных и в короткий срок расширили и обогатили наше знание свойств микромира. Применение ускорителей для изучения странных частиц позволило более детально изучить их свойства, в частности особенности их распада, и вскоре привело к важному открытию: Пространственная инверсия - т. Ввод в строй протонных ускорителей с энергиями в миллиарды эв позволил открыть тяжёлые античастицы: В был открыт самый тяжёлый гиперон W - с массой около двух масс протона. Массы большинства резонансов превышают массу протона. Первый из них D 1 был известен с Оказалось, что резонансы составляют основная часть Э. В было выяснено, что существуют два разных нейтрино: В в распадах нейтральных К-мезонов. Ландау в ; см. Комбинированная инверсия , означающее необходимость пересмотра привычных взглядов на поведение физических процессов при операции отражения времени см. В были обнаружены массивные в протонные массы и в то же время относительно устойчивые y-частицы, с временем жизни, необычно большим для резонансов. Они оказались тесно связанными с новым семейством Э. В были получены первые сведения о существовании тяжёлого аналога электрона и мюона тяжёлого лептона t. Таким образом, за годы, прошедшие после открытия электрона, было выявлено огромное число разнообразных микрочастиц материи. Неожиданными во многих отношениях оказались свойства обнаруженных Э. Для их описания, помимо характеристик, заимствованных из классической физики, таких, как электрический заряд, масса, момент количества движения, потребовалось ввести много новых специальных характеристик, в частности для описания странных Э. Гелл-Ман, , "очарованных" Э. Глэшоу, ; уже названия приведённых характеристик отражают необычность описываемых ими свойств Э. Изучение внутреннего строения материи и свойств Э. Закономерности, управляющие поведением материи в малом, оказались настолько отличными от закономерностей классической механики и электродинамики, что потребовали для своего описания совершенно новых теоретических построений. Такими новыми фундаментальными построениями в теории явились частная специальная и общая теория относительности А. Эйнштейн, и ; см. Относительности теория, Тяготение и квантовая механика ; Н. Теория относительности и квантовая механика знаменовали собой подлинную революцию в науке о природе и заложили основы для описания явлений микромира. Однако для описания процессов, происходящих с Э. Понадобился следующий шаг - квантование классических полей т. Важнейшими этапами на пути её развития были: Дирак, , квантовой теории b-распада Э. Ферми, , положившей начало современной теории слабых взаимодействий, квантовой мезодинамики Юкава, Непосредственной предшественницей последней была т. Этот период завершился созданием последовательного вычислительного аппарата квантовой электродинамики С. Швингер; , основанного на использовании техники перенормировки см. Эта техника была обобщена впоследствии применительно к другим вариантам квантовой теории поля. Квантовая теория поля продолжает развиваться и совершенствоваться и является основой для описания взаимодействий Э. У этой теории имеется ряд существенных успехов, и всё же она ещё очень далека от завершённости и не может претендовать на роль всеобъемлющей теории Э. Происхождение многих свойств Э. Возможно, понадобится ещё не одна перестройка всех представлений и гораздо более глубокое понимание взаимосвязи свойств микрочастиц и геометрических свойств пространства-времени, прежде чем теория Э. Определённые из опыта размеры протона, нейтрона, p-мезона по порядку величины равны 10 см. Размеры электрона и мюона определить не удалось, известно лишь, что они меньше 10 см. Микроскопические массы и размеры Э. Характерные длины волн, которые следует приписать Э. Это и приводит к тому, что квантовые закономерности являются определяющими для Э. Наиболее важное квантовое свойство всех Э. В этом отношении они полностью аналогичны фотонам. Все процессы с Э. В этом отношении распад Э. Различные процессы с Э. В соответствии с этим взаимодействия Э. Сильные взаимодействия выделяются как взаимодействия, которые порождают процессы, протекающие с наибольшей интенсивностью среди всех остальных процессов. Они приводят и к самой сильной связи Э. Именно сильные взаимодействия обусловливают связь протонов и нейтронов в ядрах атомов и обеспечивают исключительную прочность этих образований, лежащую в основе стабильности вещества в земных условиях. Электромагнитные взаимодействия характеризуются как взаимодействия, в основе которых лежит связь с электромагнитным полем. Процессы, обусловленные ими, менее интенсивны, чем процессы сильных взаимодействий, а порождаемая ими связь Э. Электромагнитные взаимодействия, в частности, ответственны за связь атомных электронов с ядрами и связь атомов в молекулах. Слабые взаимодействия, как показывает само название, вызывают очень медленно протекающие процессы с Э. Иллюстрацией их малой интенсивности может служить тот факт, что нейтрино, обладающие только слабыми взаимодействиями, беспрепятственно пронизывают, например, толщу Земли и Солнца. Слабые взаимодействия обусловливают также медленные распады т. Времена жизни этих частиц лежат в диапазоне 10 -8 сек, тогда как типичные времена для сильных взаимодействий Э. Гравитационные взаимодействия, хорошо известные по своим макроскопическим проявлениям, в случае Э. Силу различных классов взаимодействий можно приближённо охарактеризовать безразмерными параметрами, связанными с квадратами констант соответствующих взаимодействий. Необходимость указания средней энергии процесса связана с тем, что для слабых взаимодействий безразмерный параметр зависит от энергии. Кроме того, сами интенсивности различных процессов по-разному зависят от энергии. Это приводит к тому, что относительная роль различных взаимодействий, вообще говоря, меняется с ростом энергии взаимодействующих частиц, так что разделение взаимодействий на классы, основанное на сравнении интенсивностей процессов, надёжно осуществляется при не слишком высоких энергиях. Разные классы взаимодействий имеют, однако, и другую специфику, связанную с различными свойствами их симметрии см. Симметрия в физике , которая способствует их разделению и при более высоких энергиях. Сохранится ли такое деление взаимодействий на классы в пределе самых больших энергий, пока остаётся неясным. В зависимости от участия в тех или иных видах взаимодействий все изученные Э. Адроны характеризуются прежде всего тем, что они обладают сильными взаимодействиями, наряду с электромагнитными и слабыми, тогда как лептоны участвуют только в электромагнитных и слабых взаимодействиях. Наличие общих для той и другой группы гравитационных взаимодействий подразумевается. Массы адронов по порядку величины близки к массе протона т р ; минимальную массу среди адронов имеет p-мезон: Массы лептонов, известных до , были невелики 0,1 m p , однако новейшие данные, видимо, указывают на возможность существования тяжёлых лептонов с такими же массами, как у адронов. Первыми исследованными представителями адронов были протон и нейтрон, лептонов - электрон. Фотон, обладающий только электромагнитными взаимодействиями, не может быть отнесён ни к адронам, ни к лептонам и должен быть выделен в отд. По развиваемым в х гг. В ряде случаев эти дискретные значения выражаются через целые или дробные числа и некоторый общий множитель - единицу измерения; об этих числах говорят как о квантовых числах Э. Общими характеристиками всех Э. Пока нет достаточного понимания того, по какому закону распределены массы Э. В зависимости от времени жизни Э. К квазистабильным относят частицы, распадающиеся за счёт электромагнитных и слабых взаимодействий. Их характерные времена жизни 10 сек. Существуют частицы и с более высоким спином. Частицы полуцелого спина подчиняются Ферми - Дирака статистике отсюда название фермионы , которая требует антисимметрии волновой функции системы относительно перестановки пары частиц или нечётного числа пар и, следовательно, "запрещает" двум частицам полуцелого спина находиться в одинаковом состоянии Паули принцип. Частицы целого спина подчиняются Бозе - Эйнштейна статистике отсюда название бозоны , которая требует симметрии волновой функции относительно перестановок частиц и допускает нахождение любого числа частиц в одном и том же состоянии. Статистика Ферми - Дирака играет также исключительно важную роль в структуре ядер и определяет закономерности заполнения электронами атомных оболочек, лежащие в основе периодической системы элементов Д. Электрические заряды изученных Э. Помимо указанных величин Э. Лептоны несут специфический лептонный заряд L двух типов: Тяжёлый лептон t; и связанное с ним нейтрино, по-видимому, являются носителями нового типа лептонного заряда L t. Более поздние данные показали, что массы барионов и мезонов сопоставимы. Барионы и мезоны подразделяются на уже упоминавшиеся совокупности: Этому разделению отвечает наличие у адронов особых квантовых чисел: Уже первые исследования с обычными адронами выявили наличие среди них семейств частиц, близких по массе, с очень сходными свойствами по отношению к сильным взаимодействиям, но с различными значениями электрического заряда. Протон и нейтрон нуклоны были первым примером такого семейства. Позднее аналогичные семейства были обнаружены среди странных и в среди очарованных адронов. Общность свойств частиц, входящих в такие семейства, является отражением существования у них одинакового значения специального квантового числа - изотопического спина I, принимающего, как и обычный спин, целые и полуцелые значения. Сами семейства обычно называются изотопическими мультиплетами. Число частиц в мультиплете п связано с I соотношением: Частицы одного изотопического мультиплета отличаются друг от друга значением "проекции" изотопического спина I 3 , и. Важной характеристикой адронов является также внутренняя чётность Р, связанная с операцией пространств, инверсии: Частицы, не имеющие античастиц, называются абсолютно истинно нейтральными. Абсолютно нейтральные адроны обладают специальным квантовым числом - зарядовой чётностью т. Спин J связан со строгим законом сохранения момента количества движения и потому является точным квантовым числом. Другие точные квантовые числа: Q, L, В; по современным данным, они сохраняются при всех превращениях Э. Однако большинство квантовых чисел адронов неточные. Изотопический спин, сохраняясь в сильных взаимодействиях, не сохраняется в электромагнитных и слабых взаимодействиях. Странность и очарование сохраняются в сильных и электромагнитных взаимодействиях, но не сохраняются в слабых взаимодействиях. Слабые взаимодействия изменяют также внутреннюю и зарядовую чётности. С гораздо большей степенью точности сохраняется комбинированная чётность СР, однако и она нарушается в некоторых процессах, обусловленных слабыми взаимодействиями. Причины, вызывающие несохранение многих квантовых чисел адронов, неясны и, по-видимому, связаны как с природой этих квантовых чисел, так и с глубинной структурой электромагнитных и слабых взаимодействий. Сохранение или несохранение тех или иных квантовых чисел - одно из существенных проявлений различий классов взаимодействий Э. Классификация лептонов пока не представляет проблем, большое же число адронов, известных уже в начале х гг. Выделение изотопических мультиплетов адронов было первым шагом на этом пути. С математической точки зрения группировка адронов в изотопические мультиплеты отражает наличие у них симметрии, связанной с группой вращения см. Группа , более формально, с группой SU 2 - группой унитарных преобразований в комплексном двумерном пространстве. Предполагается, что эти преобразования действуют в некотором специфическом внутреннем пространстве - "изотопическом пространстве", отличном от обычного. Существование изотопического пространства проявляется только в наблюдаемых свойствах симметрии. На математическом языке изотопические мультиплеты суть неприводимые представления группы симметрии SU 2. Концепция симметрии как фактора, определяющего существование различных групп и семейств Э. Предполагается, что внутренние квантовые числа Э. Отсюда и происходит название "внутренние квантовые числа". Внимательное рассмотрение показывает, что странные и обычные адроны в совокупности образуют более широкие объединения частиц с близкими свойствами, чем изотопические мультиплеты. Число частиц, входящих в наблюдаемые супермультиплеты, равно 8 и С точки зрения симметрий возникновение супермультиплетов истолковывается как проявление существования у адронов группы симметрии более широкой, чем группа SU 2 , а именно: SU 3 - группы унитарных преобразований в трёхмерном комплексном пространстве М. Гелл-Ман и независимо Ю. Соответствующая симметрия получила назв. Группа SU 3 имеет, в частности, неприводимые представления с числом компонент 8 и 10, отвечающие наблюдаемым супермультиплетам: Примерами могут служить следующие группы частиц с одинаковыми значениями J P: Общими для всех частиц в супермультиплете являются значения двух величин, которые по математической природе близки к изотопическому спину и поэтому часто называются унитарным спином. Для октета значения связанных с этими величинами квантовых чисел равны 1, 1 , для декуплета - 3, 0. Унитарная симметрия менее точная, чем изотопическая симметрия. В соответствии с этим различие в массах частиц, входящих в октеты и декуплеты, довольно значительно. По этой же причине разбиение адронов на супермультиплеты сравнительно просто осуществляется для Э. При больших массах, когда имеется много различных частиц с близкими массами, это разбиение осуществляется менее надёжно. Однако в свойствах Э. Включение в систематику Э. Примеры до конца заполненных сверхсупермультиплетов пока отсутствуют. SU 4 -симметрия нарушена ещё сильнее, чем SU 3 -симметрия, и её проявления выражены слабее. Обнаружение у адронов свойств симметрии, связанных с унитарными группами, и закономерностей разбиения на мультиплеты, отвечающих строго определённым представлениям указанных групп, явилось основой для вывода о существовании у адронов особых структурных элементов - кварков. Развитие работ по классификации адронов с первых своих шагов сопровождалось попытками выделить среди них частицы более фундаментальные, чем остальные, которые могли бы стать основой для построения всех адронов. Начало этой линии исследования было положено Э. Ферми и Ян Чжэнь-нином , которые предположили, что такими фундаментальными частицами являются нуклон N и антинуклон , a p-мезоны есть их связанные состояния. При дальнейшем развитии этой идеи в число фундаментальных частиц были включены также странные барионы М. Марков, ; японский физик С. Модели, построенные на этой основе, хорошо описывали мезонные мультиплеты, но не давали правильного описания мультиплетов барионов. Важнейший элемент данных моделей - использование для "построения" адронов небольшого числа фермионов - органически вошёл в модель, которая наиболее успешно решает задачу описания всех адронов, - кварковую модель австрийский физик Г. Цвейг и независимо М. Название "кварки" заимствовано из романа Дж. Современный вариант модели предполагает существование как минимум четырёх типов кварков. Четвёртый кварк необходим для описания очарованных адронов. Идея кварков подсказана унитарной симметрией. Математическая структура унитарных групп открывает возможность описания всех представлений группы SU n и, следовательно, всех мультиплетов адронов на основе самого простого представления группы, содержащего n компонент. В случае группы SU 3 таких компонент три. Необходимо только допустить наличие частиц, связанных с этим простейшим представлением. Эти частицы и есть кварки. Кварковый состав мезонов и барионов был выведен из того факта, что супермультиплеты мезонов содержат, как правило, 8 частиц, а барионов - 8 и 10 частиц. Эта закономерность легко воспроизводится, если предположить, что мезоны составлены из кварка q и антикварка - символически: В силу свойств группы SU 3 9 мезонов разбиваются на супермультиплеты из 1 и 8 частиц, а 27 барионов - на супермультиплеты, содержащие 1, 10 и дважды по 8 частиц, что и объясняет наблюдаемую выделенность октетов и декуплетов. Добавление к схеме четвёртого кварка и, если окажется необходимым, новых дополнительных кварков осуществляется при сохранении основного предположения кварковой модели о строении адронов:. Все экспериментальные данные хорошо соответствуют приведённому кварковому составу адронов. Имеются, видимо, лишь небольшие отклонения от этой структуры, которые не влияют существенным образом на свойства адронов. Указанная структура адронов и математические свойства кварков, как объектов, связанных с определённым простейшим представлением группы SU 4 , приводят к след. Обращают внимание необычные - дробные - значения электрического заряда Q , а также В, S и Y , не встречающиеся ни у одной из наблюдавшихся Э. Индекс a принимает значения 1, 2, 3, т, е. Боголюбов с сотрудниками, ; американские физики И. Хан, ; японский физик И. Квантовые числа каждого типа кварка не меняются при изменении "цвета" и поэтому табл. Всё многообразие адронов возникает за счёт различных сочетаний р -, п-, g- и с -кварков, образующих связанные состояния. Обычным адронам соответствуют связанные состояния, построенные только из р- и n -кварков [для мезонов с возможным участием комбинаций и ]. В состав бариона может входить два и три g -кварка соответственно с -кварка , т. Допустимы также сочетания различного числа g- и с- кварков особенно в барионах , которые соответствуют "гибридным" формам адронов "странно-очарованным". Очевидно, что чем больше g- или с -кварков содержит адрон, тем он тяжелее. Если сравнивать основные не возбуждённые состояния адронов, именно такая картина и наблюдается см. Именно эти значения J P наблюдаются у адронов, имеющих наименьшую массу при заданных значениях I и Y см. Поскольку индексы i, k, l в структурных формулах пробегают значения 1, 2, 3, 4, число мезонов M ik с заданным спином должно быть равно Для барионов B ikl максимально возможное число состояний при заданном спине 64 не реализуется, т. Более подробное рассмотрение показывает, что значение кваркового состава и свойств симметрии кварковой системы даёт возможность определить все основные квантовые числа адрона J, Р, В, Q, I, Y, Ch , за исключением массы; определение массы требует знания динамики взаимодействия кварков и массы кварков, которое пока отсутствует. Правильно передавая специфику адронов с наименьшими массами и спинами при заданных значениях Y и Ch, кварковая модель естественным образом объясняет также общее большое число адронов и преобладание среди них резонансов. Многочисленность адронов - отражение их сложного строения и возможности существования различных возбуждённых состояний кварковых систем. Не исключено, что число таких возбуждённых состояний неограниченно велико. Все возбуждённые состояния кварковых систем неустойчивы относительно быстрых переходов за счёт сильных взаимодействий в нижележащие состояния. Они и образуют основную часть резонансов. Небольшую долю резонансов составляют также кварковые системы с параллельной ориентацией спинов за исключением W -. Кварковые конфигурации с антипараллельной ориентацией спинов, относящиеся к осн. Возбуждения кварковых систем происходят как за счёт изменения вращательного движения кварков орбитальные возбуждения , так и за счёт изменения их пространств. В первом случае рост массы системы сопровождается изменением суммарного спина J и чётности Р системы, во втором случае увеличение массы происходит без изменения J P. Орбитальные и радиальные возбуждения порождают последовательности резонансов, отвечающие одной и той же исходной кварковой структуре. Отсутствие надёжных сведений о взаимодействии кварков не позволяет пока производить количественные расчеты спектров возбуждений и делать какие-либо заключения о возможном числе таких возбуждённых состояний. При формулировке кварковой модели кварки рассматривались как гипотетические структурные элементы, открывающие возможность очень удобного описания адронов. В дальнейшем были проведены эксперименты, которые позволяют говорить о кварках как о реальных материальных образованиях внутри адронов. Первыми были эксперименты по рассеянию электронов нуклонами на очень большие углы. Эти эксперименты , напоминающие классические опыты Резерфорда по рассеянию a-частиц на атомах, выявили наличие внутри нуклона точечных заряженных образований. Сравнение данных этих экспериментов с аналогичными данными по рассеянию нейтрино на нуклонах позволило сделать заключение о средней величине квадрата электрического заряда этих точечных образований. Изучение процесса рождения адронов при аннигиляции электрона и позитрона, который предположительно идёт через последовательность процессов: Общее число рожденных в этом процессе адронов свидетельствует также о том, что в промежуточном состоянии возникают кварки трёх разновидностей, т. Кварки постепенно приобретают статус новых Э. Если дальнейшие исследования подтвердят это заключение, то кварки являются серьёзными претендентами на роль истинно Э. Число известных видов кварков невелико. В дальнейшем оно может, конечно, измениться: Обнаружение Y -мезонов подтверждает эту точку зрения. Но вполне возможно, что увеличение числа кварков будет небольшим, что общие принципы накладывают ограничения на полное число кварков, хотя эти ограничения пока неизвестны. Бесструктурность кварков также, возможно, отражает лишь достигнутый уровень исследования этих материальных образований. Однако ряд специфических особенностей кварков даёт некоторые основания предполагать, что кварки являются частицами, замыкающими цепь структурных составляющих материи. От всех других Э. Одной из причин ненаблюдения кварков может быть их очень большая масса, что препятствует их рождению при энергиях современных ускорителей. Не исключено, однако, что кварки принципиально, в силу специфики их взаимодействия, не могут находиться в свободном состоянии. Существуют доводы теоретического и экспериментального характера в пользу того, что силы, действующие между кварками, не ослабляются с расстоянием. Это означает, что для отделения кварков друг от друга требуется бесконечно большая энергия, или, иначе, возникновение кварков в свободном состоянии невозможно. Невозможность выделить кварки в свободном состоянии делает их совершенно новым типом структурных единиц вещества. Неясно, например, можно ли ставить вопрос о составных частях кварков, если сами кварки нельзя наблюдать в свободном состоянии. Возможно, что в этих условиях части кварков физически вообще не проявляются и поэтому кварки выступают как последняя ступень дробления адронной материи. Для описания свойств и взаимодействий Э. Поле есть специфическая форма материи; оно описывается функцией, задаваемой во всех точках х пространства-времени и обладающей определёнными трансформационными свойствами по отношению к преобразованиям группы Лоренца скаляр, спинор, вектор и т. Поля, сопоставляемые с Э. Каждый такой квант и есть Э. Квантами электромагнитного поля являются фотоны, кванты других полей соответствуют всем остальным известным Э. Специальный математический аппарат квантовой теории поля позволяет описать рождение и уничтожение частицы в каждой точке х. Трансформационные свойства поля определяют все квантовые числа Э. Трансформационные свойства по отношению к преобразованиям пространства-времени группе Лоренца задают спин частиц. Существование таких квантовых чисел, как L, В, 1, Y, Ch и для кварков и глюонов "цвет", следует из трансформационных свойств полей по отношению к преобразованиям "внутренних пространств" "зарядового пространства", "изотопического пространства", "унитарного пространства" и т. Существование "цвета" у кварков, в частности, связывается с особым "цветным" унитарным пространством. Введение "внутренних пространств" в аппарате теории - пока чисто формальный приём, который, однако, может служить указанием на то, что размерность физического пространства-времени, отражающаяся в свойствах Э. Для описания процессов, происходящих с Э. В современном аппарате квантовой теории поля сведения о динамике полей заключены в особой величине, выражающейся через поля - лагранжиане точнее, плотности лагранжиана L. Знание L позволяет в принципе рассчитывать вероятности переходов от одной совокупности частиц к другой под влиянием различных взаимодействий. Эти вероятности даются т. Гейзенберг, , выражающейся через L. Лагранжиан L состоит из лагранжиана L вз , описывающего поведение свободных полей, и лагранжиана взаимодействия L вз , построенного из полей разных частиц и отражающего возможность их взаимопревращений. Знание L вз является определяющим для описания процессов с Э. Вид L вз однозначно определяется трансформационными свойствами полей относительной группы Лоренца и требованием инвариантности относительно этой группы релятивистская инвариантность. В течение длительного времени не были, однако, известны критерии для нахождения L вз за исключением электромагнитных взаимодействий , а сведения о взаимодействиях Э. В этих условиях широкое распространение получил феноменологический подход к описанию взаимодействий, основанный либо на выборе простейших форм L вз , ведущих к наблюдаемым процессам, либо на прямом изучении характерных свойств элементов матрицы рассеяния. На этом пути был достигнут значительный успех в описании процессов с Э. Однако многие параметры теории заимствовались из эксперимента, а сам подход не мог претендовать на универсальность. В период х гг. Решающую роль в этом продвижении сыграло выяснение тесной связи между свойствами симметрии взаимодействий Э. Точная симметрия, имеющая место для всех классов взаимодействий, отвечает наличию у Э. Отмечавшееся выше различие классов взаимодействий в отношении сохранения квантовых чисел Э. Известная форма L вз эл. Эта симметрия, с одной стороны, порождает закон сохранения электрического заряда, с другой стороны, если требовать выполнения симметрии при условии, что a произвольно зависит от точки х пространства-времени, однозначно приводит к лагранжиану взаимодействия: Как выяснилось, этот результат имеет общее значение. Во всех случаях, когда взаимодействия проявляют "внутреннюю" симметрию, т. Физически это требование связано с тем, что взаимодействие не может мгновенно передаваться от точки к точке. Указанное условие удовлетворяется, когда среди полей, входящих в лагранжиан, присутствуют векторные поля аналоги A m x , изменяющиеся при преобразованиях "внутренней" симметрии и взаимодействующие с полями частиц вполне определённым образом, а именно: Свойства векторных полей и их число "n" определяются свойствами группы "внутренней" симметрии. Если симметрия точная, то масса кванта поля V m r равна 0. Для приближенной симметрии масса кванта векторного поля отлична от нуля. Вид тока j m r определяется полями частиц с ненулевыми квантовыми числами, связанными с группой "внутренней" симметрии. На основании изложенных принципов оказалось возможным подойти к вопросу о взаимодействии кварков в нуклоне. Предположительно эта часть материи состоит из частиц, которыми обмениваются кварки и за счёт которых они удерживаются в нуклоне. Эти частицы получили название "глюонов" от английского glue - клей. С изложенной выше точки зрения на взаимодействия эти частицы естественно считать векторными. В современной теории их существование связывается с симметрией, обусловливающей появление "цвета" у кварков. Если эта симметрия точная цветная SU 3 -симметрия , то глюоны - безмассовые частицы и их число равно восьми американский физик И. Взаимодействие кварков с глюонами даётся L вз со структурой 2 , где ток j m r составлен из полей кварков. Имеется и основание предполагать, что взаимодействие кварков, обусловленное обменом безмассовыми глюонами, приводит к силам между кварками, не убывающим с расстоянием, но строго это не доказано. Принципиально знание взаимодействия между кварками могло бы явиться основой для описания взаимодействия всех адронов между собой, т. Это направление в физике адронов быстро развивается. Использование принципа определяющей роли симметрии в т. Одновременно была вскрыта глубокая внутренняя связь слабых и электромагнитных взаимодействий. В указанном подходе наличие пар лептонов с одинаковым лептонным зарядом: Применение принципа локальности к этой "внутренней" симметрии приводит к характерному лагранжиану 2 , в котором одновременно возникают члены, ответственные за электромагнитное и слабое взаимодействия американский физик С. Здесь j m сл. Идея существования заряженного промежуточного бозона была выдвинута давно Х. Важно, однако, что в данной модели единой теории электрон магнитного и слабого взаимодействий заряженный промежуточный бозон появляется на равной основе с фотоном и нейтральным промежуточным бозоном. Процессы слабых взаимодействий, обусловленные нейтральными токами, были обнаружены в , что подтверждает правильность только что изложенного подхода к формулировке динамики слабых взаимодействий. Возможны и другие варианты написания лагранжиана L вз сл с большим числом нейтральных и заряженных промежуточных бозонов; для окончательного выбора лагранжиана экспериментальных данных ещё недостаточно. Экспериментально промежуточные бозоны пока не обнаружены. Электромагнитное и слабое взаимодействия кварков можно описать в рамках модели, аналогичной модели Вайнберга - Салама. Рассмотрение на этой основе электромагнитных и слабых взаимодействий адронов даёт хорошее соответствие наблюдаемым данным. Общей проблемой при построении таких моделей является неизвестное пока полное число кварков и лептонов, что не позволяет определить тип исходной симметрии и характер её нарушения. Поэтому очень важны дальнейшие экспериментальные исследования. Единое происхождение электромагнитных и слабых взаимодействий означает, что в теории исчезает как независимый параметр константа слабых взаимодействий. Единственной константой остаётся электрический заряд е. Подавленность слабых процессов при небольших энергиях объясняется большой массой промежуточных бозонов. При энергиях в системе центра масс, сравнимых с массами промежуточных бозонов, эффекты электромагнитных и слабых взаимодействий должны быть одного порядка. Последние, однако, будут отличаться несохранением ряда квантовых чисел P, Y, Ch и т. Имеются попытки рассмотреть на единой основе не только электромагнитные и слабые, но также и сильные взаимодействия. Исходным для таких попыток является предположение об единой природе всех видов взаимодействий Э. Наблюдаемые сильные различия между взаимодействиями считаются обусловленными значительным нарушением симметрии. Эти попытки ещё недостаточно разработаны и сталкиваются с серьёзными трудностями, в частности в объяснении различий свойств кварков и лептонов. Развитие метода получения лагранжиана взаимодействия, основанного на использовании свойств симметрии, явилось важным шагом на пути, ведущем к динамической теории Э. Есть все основания думать, что калибровочные теории поля явятся существенным составным элементом дальнейших теоретических построений. Новейшее развитие физики Э. Эти частицы - возможные кандидаты на роль истинно Э. К их числу принадлежат: В эту группу скорее всего следует также включить частицу со спином 2 - гравитон; квант гравитационного поля, связывающий все Э. В этой схеме многие вопросы, однако, требуют дальнейшего исследования. Неясно происхождение внутренних квантовых чисел лептонов и кварков L, В, 1, Y, Ch и такой характеристики кварков и глюонов, как "цвет". С какими степенями свободы связаны внутренние квантовые числа? С обычным четырёхмерным пространством-временем связаны только такие характеристики Э. Какой механизм определяет массы истинно Э. Чем обусловлено наличие у Э. Эти и другие вопросы предстоит решить будущей теории Э. Эти теории имеют развитый математический аппарат, который позволяет производить расчёты процессов с Э. Но в настоящем своём виде калибровочные теории поля обладают одним серьёзным недостатком, общим с квантовой электродинамикой, - в них в процессе вычислений появляются бессмысленные бесконечно большие выражения. С помощью специального приёма переопределения наблюдаемых величин массы и заряда - перенормировки - удаётся устранить бесконечности из окончательных результатов вычислений. В наиболее хорошо изученной электродинамике это пока не сказывается на согласии предсказаний теории с экспериментом. Однако процедура перенормировки- чисто формальный обход трудности, существующей в аппарате теории, которая на каком-то уровне точности должна сказаться на степени согласия расчётов с измерениями. Появление бесконечностей в вычислениях связано с тем, что в лагранжианах взаимодействий поля разных частиц отнесены к одной точке х, т. В действительности указанные предположения, по-видимому, неверны по нескольким причинам: Возможно, эти причины тесно связаны между собой. Так, именно учёт гравитации наиболее естественно приводит к размерам истинно Э. Любая из этих причин должна привести к модификации теории и устранению бесконечностей, хотя практическое выполнение этой модификации может быть весьма сложным. Очень интересным представляется учёт влияния гравитации на малых расстояниях. Гравитационное взаимодействие может не только устранять расходимости в квантовой теории поля, но и обусловливать само существование первообразующих материи М. Если плотность вещества истинно Э. В большинстве экспериментов они будут вести себя как точечные объекты, их гравитационное взаимодействие будет ничтожно мало и проявится лишь на самых малых расстояниях, в области, где существенно изменяется геометрия пространства. Именно на базе одновременного учёта всех видов взаимодействий наиболее вероятно ожидать создания будущей теории Э. Физика элементарных частиц, пер. Элементарные частицы Элементы электроники на углеродных нанотрубках Энергетическая освещенность Энергия Энергия морей и океанов Энтропия термодинамическая и информационная Энтропия. Теория информации Этюды о занимательной оптике Эффект Комптона Явление молнии в природе. Свои сданные студенческие работы. Copyright c Stud-Baza. Предметы Контрольная Курсовая Диплом Сделать заказ. Реферат, курсовая, контрольная, диплом на заказ курсовые,контрольные,дипломы,рефераты. Новости образования и науки Свои сданные студенческие работы присылайте нам на e-mail Client Stud-Baza.
Кашель потеря сознания причина
Результатам интеллектуальной деятельности которым предоставляется право
Адидас пенза каталог товаров ритейл
Элементарные частицы
Центр медтехники мурманск каталог
Головные болив висках причиныи лечение
Как правильно заряжать аккумулятор квадроцикла
Выполнил: курсант 421 уч.группы
Как приучить котенка ходить в подпол
Понятие рынка финансовых услуг
Тема работы: Элементарные частицы
Расписание космос ставрополь
Сборник русской поп музыки 2017 слушать
Через сколько часов меняют масло
Тема: Элементарные частицы
Эдуард унковский белгород последние новости