Распад атомов

Рассмотрим бета-распад

Добавление пятой частицы –

нейтрино - позволило объяснить также природу бета-распада.

Оба вектора импульсов должны быть коллинеарны, т.е. направлены вдоль одной прямой. Однако в действительности было обнаружено, что при -распаде импульс электрона и импульс ядра отдачи в общем случае неколлинеарны.

При бета-распаде было обнаружено, что не сохраняется и момент импульса, и даже нарушается закон сохранения энергии. Но что же делать в случае бета-распада? Паули предположил, что должна существовать неизвестная дотоле частица, которую мы теперь называем нейтрино.

Нейтрино должно было обладать невероятными свойствами - оно не должно иметь ни заряда, ни массы, почти не взаимодействовать с веществом, но при всем том иметь импульс, момент импульса, энергию и двигаться со скоростью света!

Эту частицу нашли через 23 года после ее открытия на "кончике пера"! Нейтрино есть в космических лучах, но из каждых 10¹² нейтрино, падающих на Землю, в среднем все, кроме одного (!), проходят сквозь Землю, не испытав взаимодействия.

"Стабильные" частицы:

Автомобиль – проходит 100000 км, т.е. расстояние, в 10⁷ раз превышающее его длину.

Элементарные частицы (за 10^-7 с) проходят несколько десятков сантиметров, что в 10¹⁵ раз превышает их размеры.

Частицы и античастицы.

Электрон и позитрон

При образовании пары позитрон-электрон электромагнитная энергия превращается в массу. При прохождении через вещество позитрон может столкнуться с электроном: при этом произойдет аннигиляция (уничтожение) обеих частиц, и масса-энергия пары появится в виде двух фотонов с полной энергией

2m_ec² (помните, Е=mс²!).

Для любой элементарной частицы есть своя античастица.

Частица и ее античастица имеют в точности одинаковые массы, периоды полураспада и типы распада, а также квантовые числа спина, и в то же время - противоположные электромагнитные свойства. Например, для электрона и позитрона электрические заряды имеют разные знаки и векторы спина S и собственного магнитного момента p обладают разной взаимной ориентацией.

Как обнаружить элементарную частицу?

Обычно изучают и анализируют следы (траектории или треки), оставленные частицами.

У нейтрино также есть античастица - антинейтрино.

Подумайте - Как же так, у частицы нет заряда, а античастица есть?

(Ответ – на лекции или в учебнике)

Все частицы делятся на два класса:

1. Фермионы, которые составляют вещество;

2)Бозоны, через которые осуществляется взаимодействие. Фермионы подразделяются на лептоны и кварки.

Таблица 1

ЛЕПТОНЫ
Название частицы	Спин	Масса покоя, МэВ	Время жизни, с		Эл. заряд
Электронное нейтрино, e Электрон, e^-	1/2 1/2	Около 0 0.511	стабильно стабилен		0 -1
Мюонное нейтрино,  мюон, ^-	1/2 1/2	Около 0 106.6	стабильно 2^.10^-6		0 -1
Тау-нейтрино,  Тау-лептон, ^-	1/2 1/2	<164 1784	стабильно 3^.10^-12		0 -1

Остальные фундаментальные частицы носят название

к в а р к о в.

Кварки участвуют в сильных взаимодействиях, а также в слабых и в электромагнитных.

Таблица 2.

Кварки

Название частицы (Аромат)	Обозначение	Цвет (голубой, зеленый, красный)	Масса покоя, МэВ	Эл. заряд
Up (Верхний) Down (Нижний)	u d	uг uз uкр dг dз dкр	310 310	+2/3 -1/3
Charm (Очарован-ный) Strange (Странный)	c s	cг cз cкр sг sз sкр	1500 505	+2/3 -1/3
Top Truth (Истинный) Botton beauty (Красивый)	t b	tг tз tкр bг bз bкр	(Гипотетическая частица), >22500 около 5000	+2/3 -1/3

Заряды кварков дробные - от -1/3e до +2/3e (e - заряд электрона).

Кварки в сегодняшней Вселенной существуют только в связанных состояниях - только в составе адронов. Например

Протон – uud; нейтрон - udd.

Взаимодействия между частицами.

Четыре вида физических взаимодействий:

гравитационные, слабые,

электромагнитные, сильные.

Слабое взаимодействие - меняет внутреннюю природу частиц.

Сильные взаимодействия - обусловливают различные ядерные реакции, а также возникновение сил, связывающих нейтроны и протоны в ядрах.

Каким же образом осуществляются эти взаимодействия?

Механизм взаимодействий один: за счет обмена другими частицами - переносчиками взаимодействия.

Электромагнитное взаимодействие – переносчик - фотон

Гравитационное взаимодействие – переносчики - кванты поля тяготения – гравитоны (пока не обнаружены).

И фотоны, и гравитоны не имеют массы (массы покоя) и всегда движутся со скоростью света.

Слабые взаимодействия – переносчики - векторные бозоны. Существенным отличием переносчиков слабого взаимодействия от фотона и гравитона является их массивность.

Переносчики сильных взаимодействий - глюоны (от английского слова glue- клей), с массой покоя равной нулю.

Таблица 3.