1

Семестр 5 – Атомная физика.Элементы ядерной физики.

2

Cодержание (1) Лекция Cлайд

1 6 2 23 3 38 4 50 5 61 6 73 7 74 8 93 9 101 10 113

3

Cодержание (2) Лекция Cлайд

11 133 12 144 13 147 14 152 15 165 16 206

Литература: 1 4 2 5

4

Основная литература:

1. И.В. Савельев. Курс общей физики, т.5 - М:Наука. Физматлит, 1998.2. И.Е. Иродов. Квантовая физика - М:Лаборатория базовых знаний, 2001.3. А.Н. Матвеев. Атомная физика – М: Высшаяшкола, 1989.4. И.В. Сивухин. Общий курс физики. Атомная и ядерная физика (ч. 1, 2) - М: Наука, 1989.

5

Дополнительная литература:1.Л.Л. Гольдин, Г.Н. Новикова. Введение в атомнуюфизику. М: Наука, 1988 2. Э.А. Нерсесов. Основные законы атомной и ядернойфизики – М: Высшая школа, 19883. О.А. Барсуков, М.А. Ельяшевич. Основы атомной физики. М: Научный мир, 2006. Факультативная литература:1.С.Г. Рубин. Устройство нашей Вселенной. Фрязино: Век 2, 2006.2. C. Xoкинг. Кратчайшая история времени. Спб: Амфора.ТИД Амфора, 2006.3. В.Эбелинг, А.Энгель, Р.Файстель. Физика процессовэволюции. М: УРСС, 2001.4.В.В.Белокуров, О.Д.Тимофеевская, О.А.Хрусталёв.Квантовая телепортация - обыкновенное чудо. Ижевск:НИЦ, 2000.

6

Лекция 1(1)

1. Тепловое излучение.2. Люминесцентное излучение. 3. Равновесное тепловое излучение.4. Абсолютно черное тело.5. Испускательная и поглощательная

способности тела: r(T), a(T).

a(T)=1 (а. ч. т.), a(T)<1 (серое тело). -r(T)drT)d

r(T)=r(2с/,T)2с/.

7

Лекция 1(2) [R]=Вт/м2 - энергетическая светимость;

[rT)]=Вт/м2; [rT)]=Дж/м3. 7. Закон Кирхгофа (1859 г.).

rT)/aT)=fT); fT)= r*T)=dRT)/d -fT)dT)dT)=2с/(2)f(2с/,T) [T)]=Вт/м3; [fT)]=Дж/м2. 8. Плотность потока энергии излучения

u(,T). cu(T)/4= fT).9. Закон Стефана (1879 г.) – Больцмана(1884 г.). R~T4 (эксперимент); R*=T4 (теория);

5,7*10-8 Вт/(м2K4).

8

Лекция 1(3)

10. Закон смещения Вина (1896 г.)*. mT=b (b=2,98*10-3 мК).

11. Стоячие электромагнитные волны взамкнутой полости.12. Закон Рэлея (1900 г.) – Джинса (1905 г.).

u(T)=kT2/(2c3); T)=2сkT/4.13. Распределение Планка (1900 г.)*.

fT)=сu(T)/4=ħ3/(42c2(eхp(ħ/(kT)-1))); T)=2с/(2)f(2с/,T)=

=4ħ(c)2/(5(eхp(2ħc/(kT))-1))

Температурное равновесие излучения и поверхности

Установление температурного равновесия

Равновесие теплового излучения

Исследование излучения абсолютно черного тела

Энергетическая светимость абсолютно-чёрного тела

Установление равновесия объёмной плотности энергии

Излучение элементарной части площади

Конфигурация объёмного резонатора

17

18

19

Зависимость энергетической светимости абсолютно-черного тела

Энергетическая светимость и спектральная плотность излучения согласно распределения Планка

23

Лекция 2 (1)

1.Тормозное рентгеновское излучение (Х-лучи) - Рентген (1895 г.).2. Фотоэффект:

- Герц (1887 г.);- Столетов (1888 - 89 г.г.);- Ленард, Дж. Томсон (1898-1902 г.г.);- Эйнштейн (1905 г.)*;- Милликен (1914 г.)*.

3. Опыт Боте (1925 г.).

24

Лекция 2 (2)

4. Эффект Комптона (1923 г.)*.а) θ≠0 → IP, IM (P – несмещённая,

М – смещённая компоненты);б) θ ↑ → IM ↓;

в) θ=const → ∆λ(mc)=λ’-λ=λC(1-cosθ)= =const; λC= h/(mc) ;

д) θ=0 → ∆λ=0;

г) θ ↑ → ∆λ ↑.

5. Корпускулярно-волновой дуализм.6. Демонстрации: 5 Int.

25

Тормозное рентгеновское излучение.

27

Фото-эффект (1)

28

Фотоэффект (1)

29

30

Опыт Милликена

Р-n - переход

32

Опыт Боте

33

Рассеяние фотона свободным электроном

36

38

Лекция 31. Атомные спектры - Бальмер (1885 г.).2. Атом Томсона (1903 г.).3. Планетарная модель атома: Нагаока (1904 г.), Резерфорд (1911-1913 г.г.).4. Постулаты Бора.5. Атом Бора (1913 г.)*.6. Спектральные серии в излучении атомa водорода.7. Опыт Франка, Герца (1912-1914 г.г.)8. Демонстрации: 5 Int, ATOM, RUTH, ВOHR, FH rasp, FRANC-HERTZ.

Модель атома Томсона (1)

Модель атома Томсона (2)

41

42

43

К классической теории движения электрона в атоме

45

46

К теории Бора атома водорода.

47

Опыт Франка-Герца.

Опыт Франка-Герца (1)

Опыт Франка-Герца (2)

50

Лекция 4 (1)

1. Гипотеза де-Бройля (1924 г.)*.

2. Опыт Джермера - Дэвиссона (1927 г.)*.

3. Опыты:

- Томсон*, Тартаковский (1927 г.);

- Эстерман, Штерн (1929 г.);

- Фабрикант, Биберман, Сушкин (1949г.).

4. Принцип неопределенности Гейзенберга

(1927 г.). Канонически сопряжённные

величины.

51

Лекция 4 (2)

6. Оценки размеров и энергии различных

систем.

7. Дифракция электронов.

8. Демонстрации: 5 Int, VOLNA.

Рассеяние электронов на фольге

Мысленный эксперимент

56

57

58

Принцип неопределённости (2)

61

Лекция 5 (1)

1. Уравнение Шрёдингера (1926 г.).

2. Смысл и свойства пси-функции.

3.Частица – в бесконечно-глубокой прямо-

угольной потенциальной яме.

4. Гармонический осциллятор. Среднее

значение энергии квантового гармоничес-

кого осциллятора.

5. Потенциальные барьеры. Туннельный

эффект.

62

Лекция 5 (2)

6. Математическое приложение: основные

свойства гамма-функции.

7. Демонстрации: 5 Int, PSI.

Частица в прямоугольной бесконечно глубокой потенциальной яме

65

66

67

Волновые функции для элементарной частицы в прямоугольной потенциальной

яме конечной и бесконечной высоты.

68

69

Рассеяние на потенциальном барьере (1).

70

Рассеяние на потенциальном барьере (2).

71

Основные свойства Гамма-функции:

Г(х)= (х>0).

Г(х+1)=хГ(х);

Г(х)Г(х+1/2)= Г(2х)/22х-1;

Г(х)Г(1-х)= /sin( x) → x=1/2; Г(1/2)= ;

Г(n)=(n-1)! (n>0, n N; 0!=1).Литература: И.Н. Бронштейн, К.А.

Семендяев– Справочник по математике для инженерови учащихся втузов. М.: Физматлит, 2004.

dtte xt

0

1

72

График гамма-функции

0,00

1,00

2,00

3,00

4,00

5,00

6,00

0,0 1,0 2,0 3,0 4,0

х

Г(х

)

73

Лекция 61. Квантование момента импульса.2. Спин элементарных частиц - Уленбек,Хаудсмит (1925 г.), Дирак (1928 г.)*.3. Сложение моментов импульса.

Мl = ħ√l(l+1) (l=0,1,2,…,∞);

Мlz=ħml (|m|=0,1,2,…,l);

Мs =ħ√s(s+1) (s-фиксированное);

Мsz=ħms (ms=-s,-s+1,…,s);

Мj = ħ√j(j+1) (j=|l-s|,|l-s+1|,…,l+s);

Мjz = ħmj (mj =-j,-j+1,…,j).4. L-S и J-J связи.5. Символы термов.

74

Лекция 7

1. Результаты квантовой механики для атома

водорода.

2. Вырождение состояний.

3. Символы состояний. Схема уровней.

4. Спектральные серии атома водорода.

5. Демонстрации: 5 Int, HATOM, HATOM NEW.

Зависимость потенциальной энергии взаимодействия электрона в атоме водорода (1)

Зависимость потенциальной энергиивзаимодействия электрона в атоме водорода (2)

К решению уравнения Шрёдингера для

атома водорода (1)

((∆r+ ∆θφ)/r2 + (E-U)2/ħ2)ψ=0; (1)

U=-(kZe2)/r; meM/(me+M); (2)

ψ(r,θ,φ)=R(r)Θ(θ)Φ(φ); Y(θ,φ)=Θ(θ)Φ();

∆rR/(Rr2)+ (E-U)2/ħ2=-∆θφY/(Yr2)=λ/r2; (3)

∆θφY= λY; Ylm(θ,φ)=Θlm(θ)Φm(φ); λ=l(l+1). (4)

78

К решению уравнения Шрёдингера для атома водорода (2)

(∆θ+λ-m2/sin2θ)Θ=0; (5)

Θlm(θ)=[(2l+1)(l-m)!/(2(l+m)!)]Plm(cosθ);

Θlm(θ) – шаровые функции;

Pl m(cosθ) – присоединённые полиномы

Лежандра;Мl = ħ√l(l+1) , (l=0; 1; 2;…; n-1).

(6)

К решению уравнения Шрёдингера для атома водорода (3)

Θ0,0=1/√4π ;

Θ1,0=√3/(4π) cosθ;

Θ2,0 =√5/(16π) (3cos2θ-1);

Θ1,±1 =√3/(8π) sinθ;

Θ2,± 1=√15/(8π) sinθcosθ;

Θ2,± 2=√15/(32π) sin2θ.

Y(θ,φ)=Θ(θ)Φ(φ);

∂2Ф/∂φ2+m2Ф=0;

Фm=exp(imφ); Mz=mħ (0≤|m|≤l).

80

К решению уравнения Шрёдингера для атома водорода (4)

(∆rR)/r2+(E-U)2/ħ2-l(l+1)R=0; (7)

ħ2/(2r2)∆rR+(E-U-ħ2l(l+1)R/(2r2))=0;

(-ħ2/(2r2)∆r+(-kZe2/r +ħ2l(l+1)/(2r2))R=ER;

(-ħ2/(2r2)∆r+Ul)R=ER;

Rnl=En Rnl; (8)

En=-(kZe2)2/(2ħ2n2).

Rnl=Anlρlexp(-ρ/n); Anl= ;

R10=2exp(-ρ);

R20=(1-ρ/2)exp(-ρ/2)/√2;

R21=ρexp(-ρ/2)/(2√6 ). ρ=r/rB; rB=(kZe2)2/ħ2.

κρ

1ln

0κκα

Η

Проекция момента импульса (1)

Проекция момента импульса (2)

Сложение моментов импульса (1)

Сложение моментов импульса (2)

Квантование момента импульса

Квантование собственного (спинового)момента

Квантование полного механического момента

Плотность вероятности нахождения электрона в интервале [r;r+dr]

Электрон в атоме водорода

91

Волновая функция электрона в атоме водорода.

93

1. Энергетические уровни электронов.2. Периодическая система элементовД.И. Менделеева (1869 г.).3. Принцип Паули (1940 г.)*.4. Правила Хунда (1927 г.).5. Демонстрации: 5 Int, MULTI.

Лекция 8

94

Заполнение оболочек и подоболочек атомов (2)

Заполнение подоболочек атома

100

101

Лекция 9

1. Спектры щелочных элементов.

2. Основные спектральные серии.

3. Ридберговские поправки.

4. Тонкая структура спектральных линий.

5. Схема уровней и переходов для натрия.

6. Демонстрации: 5Int, SODIUM.

102

104

Радиационные переходы между уровнями с учетом l-s взаимодействия

Постоянные экранирования (∆ l ) для щелочных элементов

111

Спектры щелочных металлов(α = s; p; d; f;…)

112

Термы щёлочных атомов

113

Лекция 10 (1)

1.Спин-орбитальное (L-S) взаимодействие.2. Мультиплетность спектральных линий.3. Тонкое расщепление спектральныхлиний.4. Характеристические рентгеновскиеспектры (возникновение, общие свойства,закон Мозли (1913 г.), тонкая структураспектров, спектр поглощения).

114

Лекция 10 (2)

5. Энергетический спектр:- энергия молекул;- правила отбора для оптических переходов.6. Оптические переходы:- электроннo-колебательные, - колебательные, - колебательно -вращательные,- чисто вращательные полосы спектровдвухатомных молекул;

115

118

Рентгеновский спектр излучения (1)

119

Рентгеновский спектр излучения (2)

Характеристические рентгеновские спектры (1)

Закон Мозли

124

Молекулярные спектры

Правила отбора: еl. : L=±1, S=0, j =0, ±1; vib. : v=v"-v'=±1,(v'≥0); rot. : j=j"-j'= ±1 (гетер.), ±2 (гомояд.), (j', j"

0).Энергия радиационного перехода:ħ=Ee+Ev+Er;

Ee» Ev» Er (v"→v', j"→j'+j);

Ev/Ee~(me/M)0.5~10-2; Er/Ev~ (me/M)~10-4.

ħ=Ee+ħvv(1-(v+2v'+1))+ħ2/(2MIv)j(j+2j'+1).

Потенциальная энергия и спектр уровней энергии двухатомной молекулы

126

Образование электронно-колебательных полос

в спектре двухатомных молекул

128

а) Электронно-колебательные полосы (∆Ee, ∆Ev ≠0).

0 e e2

129

б) Колебательная полоса (∆Ee=0).

0 e

в) Колебательно - вращательная полоса.(Ee=0, Ev≠0).

=v; r=2Br(гетер.); 4Br(гомояд.).

r

130

131

132

г) Вращательная полоса (∆Ee=0; ∆Ev=0;).

0 r

∆wr= 2Bv(гетер.); ∆wr=4Bv(гомояд.).

133

Лекция 11

1. Магнитный момент атома.

2. Опыт Штерна - Герлаха (1921 г.).

3. Векторная модель моментов. Фактор

Ланде.

4. Эффект Зеемана (1896 г.).

5. Эффект Пашена - Бака (1912 г.).

6. ЭПМР (Завойский -1944 г.).

7. Демонстрации: 5 Int, ZEEM.

134

135

136

Атом в магнитном поле∆ωЧисло

линийПравилаотбора

SBЭффект

∆ω0∆mJ3∆mJ=0,±1;

∆mS=0S ≠ 0БB »∆WLSПашена-Бака

∆ω0(g’’m’’-

-g’m’)

> 3(чет.)

∆mJ=0, ±1;

∆mS=0

S ≠ 0БB «∆WLS

Аномальный(сложный) -

Зеемана

∆ω0∆mJ3∆mJ=0, ±1S = 0B > 0Нормальный

(простой) -Зеемана

Образование поляризованных компонентв эффекте Зеемана

138

Нормальный эффект Зеемана

139

140

141

142

143

144

Лекция 12Атом в электрическом поле (эффект Штарка).

|∆WE| ~ (pe.E+ κE2/2) » ∆WLS.

∆WE = A.E + B.E2 + C.E3 + …;

A = 3ħ2n∆n/(2meZ);

∆n= -n+1,…,n -1; ∆m= 0, ±1.

pe E (σ-компоненты) , pe║E (π-компоненты).

pe≠ 0 (А≠0) - линейный эффект Штарка

(полярные молекулы); pe=0 (А=0) квадратичный эффект Штарка

(неполярные молекулы).

146

Эффект Штарка для атома H

3n"

n

0

2n' 1

1

1

0

0

0

0

m

0

01

1

11

1

1

2

2

ω

2 ,

0ω

147

Лекция 131. Спонтанное и вынужденное излучение.Коэффициенты Эйнштейна (1918 г.).2. Лазеры. MASER – Басов, Прохоров(1953г.)*; Таунс, Вебер (1954 г.)*; LASER –Мейнман (1960 г.).3. Трехуровневая схема уровней лазера.Рубиновый лазер. 4. Ширина спектральных линий. Инверсиязаселенности уровней. Положительнаяобратная связь. Отрицательная

температура. Коффициент усиления.5. Основные свойства лазерного излучения.6. Демонстрации: 5 Int.

148

149

150

152

Лекция 14

1. Спектр колебаний кристаллической

решетки.

2. Теория Дебая (1912 г.).

3. Фононы. Фононные спектры.

4. Статистические распределения: Бозе-

Эйнштейна, Ферми-Дирака, Больцмана.

Колебания двух связанных маятников

Колебания цепочки связанных маятников

156

157

Оптическая и акустическая ветви колебаний одномерной цепочки частиц

Эффект Мёссбауэра (1)

Эффект Мёссбауэра (2)

161

163

165

Лекция 15 (1)1. Квантовая теория свободных электронов

в металле.

2. Плотность энергетических состояний.

3. Зоны Брюллюена.

4. Теплоемкость идеального электронного

газа при низких температурах.

5. Металлы.

6. Полупроводники(собственные, примесные).

7. Электронная и “дырочная” проводимости.

166

Лекция 15 (2)

5. Работа выхода.6. Контактные и термоэлектрические

явления.Эффект Холла.7. Сверхпроводимость – Камерлинг - Оннес(1911г.)*; Бардин, Купер, Шриффер (1957

г.)*,Ландау (1950)*, Боголюбов (1958 г.).8. Эффект Мейсснера (1932-1933 г.г.).

168

Энергетические зоны в металлах

170

171

172

173

Заполнение уровней в полупроводниках.

174

Зависимость логарифма удельной электропроводности металлов от обратного

значения температуры

Эффект Холла (1)

Эффект Холла (2)

Эффект Холла (3)

Работа выхода (1)

Работа выхода (2)

Контактная разность потенциалов

Энергетические уровни зоны проводимости

Вакуумный диод

Вольт-амперные характеристики вакуумногодиода

Температурная зависимость тока насыщения вакуумного диода

Схема кенотрона (двойного диода)

Зависимость силы тока от времени для кенотрона

Временная зависимость переменного тока,прошедшего через двойной диод

Схема триода

Сеточная характеристика триода

Контактная разность потенциалов (1)

Контактная разность потенциалов (2)

Контактная разность потенциалов (3)

Контактная разность потенциалов (4)

Контактная разность потенциалов (5)

Термоэлектрические явления (1)

Термоэлектрические явления (2)

Дырочная проводимость (1)

Дырочная проводимость (2)

Условие равновесия носителей тока в полупроводнике

Потенциальная энергия p-n перехода

Вольт-амперная характеристика в пропускной зоне полупроводника

Зависимость силы тока, текущего через переход, от

времени при гармоническом изменении напряжения от времени

Схема транзистора p-n-p типа

Потенциальная энергия электронов и дырок при отсутствии смещающего

напряжения и входного сигнала

206

Лекция 16 (1)1. Физика ядра атома (состав, характеристики):

- эарядовое число;- массовое число;- обозначения;- изо-ядра;- размеры;- капельная и оболочечная модели;- спин;- масса и энергия связи;- синтез и деление;- сильное взаимодействие;- ядерные реакции, радиоактивность.

207

Лекция 16 (2)2. Дефект массы.Удельная энергия связиэлементов.3. Виды радиоактивных процессов (α, β,γ, р,спонтанное деление).4. Закон радиоактивного распада.5. Кварковая модель адронов. Особенностикварков – Гелл-Манн, Цвейг (1964 г.).6. Эффект Мёссбауэра.7. Схема уран - графитового реактора.8. Схема атомной электростанции.9. Схема термоядерной установки Токамак.10. Демонстрации: 5 Int, FORM, MONTE, NUCLEUS, NREACT.

208

209

210

Потенциальная барьер при α-распаде

Энергетический спектр электронов, испускаемых при β-распаде

К понятию эффективного сечения

Зависимость сечения захвата нейтронаядром 238U

Относительный выход осколков разной массы, возникающих при делении 238U медленными

нейтронами

Схема устройства атомной бомбы

Схема деления 235U

218

219

221

Лекция 16 (3)1. Элементарные частицы.2. Систематика элементарных частиц:

- бозоны, фермионы;- “переносчики” взаимодействия;- лептоны;- адроны (мезоны, барионы, резонансы);- частицы и античастицы.

3. Законы сохранения.4. Странность, чётность, изотопический

спин. Законы сохранения S, P, T.5. Свойства кварков.

222

Систематика элементарных частиц (1)

1. Бозоны, фермионы.2. Время жизни:

- стабильные (γ, p, e, );- квазистабильные (τ ~10-20 c); - резонансы (τ ~10-23 c).

3. Переносчики взаимодействия:- фотоны γ (эл. - магн.

взаимодействие ); - W -, Z - бозоны (слабое взаимодействие );

- глюоны (сильное взаимодействие ); - гравитоны (гравит. взаимодействие );

ν

Декаплет резонансов

231

Таблица типов (“ароматов”) кварков

57

Масса, Мэв

15013504700

410*2

232

Таблица типов (“ароматов”) кварков

57

Масса, Мэв

15013504700

410*2

Взаимодействие между нуклонами

Захват виртуального π+ мезона

γ-распад

Искровая камера

237

Систематика элементарных частиц (2)

Время распада: а) на лептоны - τ ~ 10-10-10-19 c; б) на резонансы - τ ~ 10-25 с.4. Лептоны – частицы, не участвующие всильном взаимодействии. Спин равен 1/2.Участвуют в слабых взаимодействиях и

(кроменейтрино) в электромагнитных. Нетвнутренней структуры.

Систематика элементарных частиц (3)

5. Адроны - участвуют в сильныхвзаимодействиях.Могут участвовать в слабых и

электромагнитныхвзаимодействиях. Делятся на: а) Мезоны: S=0;1(бозоны), время жизни: τ ~10-

23c;б) Барионы: S - полуцелый (фермионы), m≥mp ;

подразделены на нуклоны, гипероны ирезонансы.

239

Частицы и античастицы (1)1. Каждой частице соответствует своя

античастица, отличающаяся зарядом (электрическим,барионным, лептонным, странностью), если он

неноль, сохранением которого обусловлен закон.2. Некоторые частицы и античастицы подобны: γ, π0, μ0 –мезоны.3. Законы сохранения:Е=соnst. (энергия);P=cоnst. (импульс);M=соnst. (момент импульса);В =соnst. (барионный заряд);Q =соnst. (электрический заряд);Le, Lμ, Lτ = const (лептонный заряд);S=const (cпин).

240

Частицы и античастицы (2)4. Заряды – целочисленны. (B=0, ±1 -

барионы, антибарионы).

p+p → p+p+p+ .5. Лептонные заряды: L(e, νe), Lμ (μ, νμ) –

лектроны и мюоны, Lτ(τ, ντ) – (тауонный) нейтрино. 6. Число лептонов и антилептонов

сохраняется:Le= Lμ= Lτ=±1 (+1 - лептоны : e-, μ-, τ -, νe , νμ , ντ ;-1 - антилептоны: e+, C+, τ +, e , μ , τ ).7. Для остальных частиц лептонные заряды L=0. n → p+e-+ νe . 8. Неразрешенные процессы: νe+ p → e++n; νμ + p→ μ++n. Разрешенные процессы:

e+ p → + e++ n; νμ + p→ μ++n.

~~

p~

~ ~ ~

241

Частицы и античастицы (3)9. Частицы и античастицы рождаются при взаимо- действии адронов высоких энергий; время жизни -на 13 порядков больше; рождаются парами.Странность не сохраняется при реакциях в слабыхвзаимодействиях, может сохраняться в сильных и электромагнитных взаимодействиях.10. C - Шарм (очарование); b - красота (beauty –прелесть): аналоги кв. числа странности S.

Характе-ристика для сильных и электро-магнитных взаимо- действий.11. Четность (P=±1) - свойства при операциях пространственной, связанной с зеркальным отражением, инверсии (+ четн.; - нечетн.). Закон сохранения Четности – четность квантового состояния не зависит от времени (при отсутствиислабых взаимодействий).

242

Частицы и античастицы (4)Если Ψ-функция не меняет знак припространственной инверсии, P=+1. Если Ψ-функция меняет знак при пространственнойинверсии, P= -1. Для слабых взаимодействий (β –распад ядер, К0→π++π-).12. Изотопический спин -T (для сильно взаимо-действующих частиц – адронов), мультиплет-ность равна 2T+1 (большему Тz соответствует

частица с большим Q); Тz – проекция изотопи-ческого спина в воображаемом Т

пространстве. Близкие по физическим свойствам частицыобъединяются в мультиплеты.

243

Частицы и античастицы (5) Отличаясь электрическим зарядом, частицыимеют одинаковые характеристики: m, B, s, S,

P. Изотопическая независимость. Примеры: p, n - нуклоны; π-, π+, π0 – мезоны;

Σ-, Σ+, Σ0 -гипероны. Большему изотопическому спину Тz

соответствует частица с большим Q.

Пример: p, n - нуклоны: Тz=1/2 (p); Тz=-1/2 (n);

Тz=+1(π+); Тz=-1(π-); Тz=0(π0). Законы сохранения:а) Сильные взаимодействия: Т и Тz = const;б) Электромагнитные взаимодействия: Тz=

const;в) Слабые взаимодействия: Т и Тz , как

правило, равны сonst.

Свойства кварков (1) “Цвет кварка”: для каждого аромата

введенотри цвета - красный, голубой, жёлтый (ихсмесь - бесцветна). “Цвет антикварка”- дополнительный, так

чтопара кварк-антикварк – бесцветна.Тем самымустраняется противоречие с принципом

Паули. Сильное взаимодействие между кваркамиобеспечивается безмассовыми частицами – глюонами. Глюоны – кванты энергии поля,которое создает кварки и которое на них жевоздействует. При испускании и поглощении глюонов

“цвет”кварков изменяется, но “аромат”

сохраняется.

245

Свойства кварков (2)

При рассеянии электронов на нуклонах и других адронах, электроны ведут себя так, как будто бы они рассеиваются на зарядах Q=2e/3, Q=-e/3, не имеющих структуры.

Примеры: p(1/2) ~ u,u,d (↑↓↑); n(1/2) ~ u,d,d (↑↓↑);

Ω-(3/2) ~ s,s,s (↑↑↑). Кварков в свободном виде не обнаружено. Кварк, получивший энергию от электрона, не вылетает из адрона, а затрачивает свою энергию на создание новых кварк – антикварковых пар, т.е., на создание новых адронов (мезонов).

Зеркальная инверсия (1)

Зеркальная инверсия (2)

Зеркальная инверсия (3)

Области собственных значений энергии

Состояние вакуума и рождение пары электрон-позитрон

Распад мюона

Реакция антинейтрино с протоном

Схема установки для фиксации антинейтрино

Октет, объединяющий нуклоны

255

Лекция 16 (3) - факультативно

6. Великое объединение. Теория всего.

7. Великий взрыв. Сценарий эволюции

Мета-Галактики.

8. Прогноз потребления энергетических

источников.

9. Демонстрации: 5 Int.

257