Будущее научной аналитики и организации научного взаимодействия
фундаментални частици и взаимодействия
Transcript of фундаментални частици и взаимодействия
ФУНДАМЕНТАЛНИ ФУНДАМЕНТАЛНИ ЧАСТИЦИ И ЧАСТИЦИ И
ВЗАИМОДЕЙСТВИЯВЗАИМОДЕЙСТВИЯ
1. Кварки За да обяснят свойствата на
елементарните частици, през 1963 г. независимо един от друг американските физици Мъреи Гел-Ман Мъреи Гел-Ман и Джордж Цвайг Джордж Цвайг създават теоретичен модел, съгласно който всички адрони са изградени от по-малки частици, наречени кварки.
Кварките са единствените частици с Кварките са единствените частици с дробен електричен заряддробен електричен заряд: u – кваркът има положителен заряд +2 e /3, a d и s – кварките са носители на отрицателен заряд – е /3.
2. Видове кварки (на всеки кварк съответства антикварк)
Имесимвол
Електр. заряд
Барионен заряд
Странност Очарован Красота Истина
Горен u +2/3 1/3 0 0 0 0
Долен d -1/3 1/3 0 0 0 0
Странен s -1/3 1/3 -1 0 0 0
Очарован c +2/3 1/3 0 1 0 0
Красив b -1/3 1/3 0 0 1 0
Истински t +2/3 1/3 0 0 0 1
2. Основни положения на кварковия модел на адроните
а) Всички адрони се състоят от субелементарни частици – кварки.кварки.
б) Взаимодействието между кварките се осъществява чрез електрически неутрални частици – глюони.глюони.Кварките са заредени частици, но електричните сили нямат съществено значение при тяхното взаимодействие.
То се определя от един нов вид заряд, характерен само за кварките и се нарича цветен зарядцветен заряд или само цвят.
в) Кварките и глюоните имат цвят цвят - квантова характеристика, определяща състоянието им.
Съществуват три вида цветни заряди, наречени червен, зелен и син.
Антикварките са носители съответно на античервен, антизелен и антисин цветен заряд.
г) Силите, действащи между кварките нарастват с увеличаване на разстоянието между тях.
Цветните заряди се Цветните заряди се групират в три двойкигрупират в три двойкипротивоположни зарядипротивоположни заряди:
* * червен-античервенчервен-античервен* * зелен - антизелен зелен - антизелен * * син-антисинсин-антисин..
Трите кварка в протоните и неутроните имат различни цветни заряди, така че общият цветен заряд е бял(или неутрален).
НЕУ
ТРО
Н
НЕУ
ТРО
Н
ПРОТОН
д) Адроните са система от кварки, чийто сумарен цвят е нула..
Мезоните са изградени от един кварк и от един антикварк.
Барионите са изградени от три кварка с различен цветен заряд, които взаимно се привличат.
Всички природни явления могат да се обяснят посредством четири типа взаимодействия четири типа взаимодействия между елементарните частици - силно ядрено взаимодействиесилно ядрено взаимодействие, слабо ядрено взимодействиеслабо ядрено взимодействие, електромагнитноелектромагнитно и гравитационно гравитационно взаимодействие. Всяко събитие във Вселената - от разцепването на атом до раждането на звезда - не е нищо повече от взаимодействието на тези четири сили с материята!
Видове взаимодействияСилни (ядрени)Силни (ядрени)
ЕлектромагнитниЕлектромагнитни
Силно ядрено взаимодействие свързва протоните и неутроните, изграждащи ядрото и се противопоставя на силата на отблъскване между протони. Тези сили са много по-големи от всички останали сили в природата (около 100 пъти по-интензивно от електромагнитното) Осигуряват стабилността на ядратаОсигуряват стабилността на ядрата.
Електромагнитната сила Електромагнитната сила определя начините, по които се държат електрически заредени частици с други като тях и с магнитни полета. Натези сили се дължат електромагнитни и оптични явления, химични превръщания, сили на триене, агрегатни състояния и други. Осигуряват стабилността на Осигуряват стабилността на атомите и молекулите.атомите и молекулите.
СлабиСлаби
ГравитационниГравитационни
Слабото ядрено взаимодействие Слабото ядрено взаимодействие кара ядрата на някои елементи да се разпадат. То управлява процеса наречен „бета разпадане”, както и синтезирането на различни елементи в ядрата на звездите. По-слабо е от електромагнитното около 1000 пъти. Тези сили Тези сили ““управляватуправляват”” еволюцията на звездите.еволюцията на звездите.
Гравитацията е само сила на привличане за всички тела във Вселената. Тя събира материята, кара телата да тежат, задържа Луната в орбита около Земята и свързва галактиките. Гравитационните взаимодействия са универсални. Проявяват Гравитационните взаимодействия са универсални. Проявяват се най-вече при макротелата.се най-вече при макротелата.
ГРАВИТАЦИОННО ЕЛЕКТРОМАГНИТНО СИЛНО СЛАБО
Радиус надействие Ґ Ґ 10-16m до 10-15m <<10-16m
Примерсили,
действащи между
планетите
сили, действащи между заредени
частици
задържа протоните и неутроните в ядрото
-разпадане на ядрата
Относителна сила 10-41 10-2 1 10-14
Участващи тела
и частици всички заредени частици адрониадрони и лептони
Частици,които сеобменят
гравитони (хипотетични
частици)фотони адрони, глюони
междинни векторни бозони
Свойства и роля на лептоните и кварките в строежа на веществото.
Лептони Лептони • Имат цял електричен
заряд.• Съществуват в
свободно състояние.• е- изграждат атомната
обвивка, която определя физичните и химичните свойства на елементите.
КваркиКварки• Имат дробен
електричен заряд.• Не съществуват в
свободно състояние.• Горен и долен кварк
изграждат протоните и неутроните, които определят свойствата на ядрата.
Античастици Античастици се
създават при удари на частици с много голяма кинетична енергия.
В лабораторни условия античастици се създават в ускорители.
Движат се със скорост близка до скоростта на светлината. Следи от античастици
в мехурчеста камера.
Aнтиматерия
Антиматерията е огледален образ на материята. Тя е най-мощния източник на енергия в
природата. Антиматерията е изключително нестабилна. Според теорията за Големия взрив в първите
секунди след него, от енергия се зараждат материя и антиматерия в почти еднакви количества.
Aнихилация Срещата на частицата с
нейната античастица води до тяхната анихилация (унищожаване, изчезване), т.е. до превръщането им в γ-кванти.
ее¯̄ + е + е++ → → γγ + + γγ
анихилация на електрон и позитрон:
Обратният на анихилацията процес се осъществява при много високи енергии:
от γγ-квант, при определени условия, се ражда електрон-позитронна двойка:
γγ →→ ee¯̄ + e + e++
u
uu
u
uu
dd
dd
dd
e-
e-
Кварк <10 -18m Електрон <10 -18m
Ядро ≈10 -14m
Протон и неутрон
≈10 -15m
Структура на атома в светлината на последните постижения на Структура на атома в светлината на последните постижения на физикатафизиката
ПоколениеПоколение ЛептониЛептони КваркиКварки
първо е– 0,5 MeV u 310 MeVd 310 MeV
второ 107 MeV c 1500 MeVs 505 MeV
трето 1,8 GeV< 164 MeV
t 174 GeVb 5 GeV