![](/user_photo/2706_HbeT2.jpg)
- •Дисциплина «Физика» список литературы
- •Дополнительная
- •2. Учебные пособия
- •2 Семестр
- •I. Учебная программа
- •2 Семестр
- •Лекция №1
- •1. Современная картина строения физического мира.
- •1.1. Фермионы
- •1.2. Векторные бозоны
- •11.Элементарные частицы
- •11.1. Основные понятия и законы
- •11.1.1.Виды взаимодействий
- •11.1.2.Законы сохранения
- •11.2.Примеры решения задач
- •12.1. Основные свойства элементарных частиц.
- •12.2. Законы сохранения в микромире
- •12.3. Кварковая структура адронов
- •12.4. Электрослабое взаимодействие
- •1.5.Практическое использование элементарных частиц
- •3.Метод размерных оценок в задачах физики
- •3.1. Введение в теорию размерных оценок. Преобразования подобия. Аффинные преобразования
- •3.2. Размерность и ее анализ. Алгоритм поиска размерных оценок
- •1.Размерность произвольной физической величины может быть лишь произведением степеней размерностей величин, принятых за основные.
- •2.Размерности обеих частей равенства, отражающего некоторую физическую закономерность, должны быть одинаковы.
- •3.3. Применение размерных оценок в механике. Примеры иллюстрации алгоритма для струны и маятника.
- •5. Работа и энергия. Закон сохранения энергии
- •5.1. Работа и кинетическая энергия
- •5.2. Потенциальная энергия материальной точки во внешнем
- •5.3. О законе сохранения энергии и непотенциальных силах
- •5.4. Простые примеры
- •5.5. Равновесие и устойчивость
- •6.1. Особенности движения замкнутой системы из двух взаимодействующих материальных точек. Приведенная масса
- •6.2. Центр масс системы материальных точек
- •6.3. Потенциальная энергия взаимодействия. Закон сохранения
- •20.2. Движение частицы в поле консервативной силы
- •6.5. Упругие и неупругие соударения
- •Лекция 4
- •2. Избранные вопросы классической механики
- •2.1. Некоторые положения механики Ньютона.
- •2.2. Принципы механики Лагранжа.
- •2.3. Принцип Гамильтона.
- •7.1. Момент импульса и момент силы
- •7.3. Вращение абсолютно твердого тела вокруг неподвижной оси
- •Динамика твердого тела.
- •Свойства симметрии и законы сохранения. Сохранение энергии.
- •Сохранение импульса.
- •Сохранение момента импульса.
- •9.1. Принцип относительности Галилея
- •9.2. Законы механики в неинерциальных системах отсчета.
- •Некоторые задачи механики. Движение частицы в центральном поле сил.
- •2. Основные физические свойства и параметры жидкости. Силы и напряжения.
- •2.1. Плотность.
- •2.2. Вязкость.
- •2.3. Классификация сил.
- •2.3.1. Массовые силы.
- •2.3.2. Поверхностные силы.
- •2.3.3. Тензор напряжения.
- •8.3. Течение идеальной жидкости. Уравнение непрерывности
- •8.4. Архимедова сила. Уравнение Бернулли
- •8.5. Вязкость. Течение Пуазейля
- •1.4.1. Поток векторного поля.
- •2.3.4. Уравнение движения в напряжениях.
- •Уравнение Эйлера и Навье-Стока.
- •Специальная теория относительности.
- •10.1. Постоянство скорости света для всех систем отсчета.
- •10.2. Следствия из преобразований Лоренца. Сокращение длины и замедление времени
- •10.3. Импульс и энергия в релятивистской механике
- •Относительность одновременности событий
- •Зависимость массы тела от скорости
- •Закон взаимосвязи массы и энергии
- •4.1.5. Релятивистская механика материальной точки
- •1.3. Фундаментальные взаимодействия
- •1.4. Стандартная модель и перспективы
11.Элементарные частицы
11.1. Основные понятия и законы
11.1.1.Виды взаимодействий
Сильное, электромагнитное, слабое и гравитационное. Сильное взаимодействие осуществляется между адронами посредством обмена пионами и внутри адронов путем конфайнмента кварков при обмене глюонами. В электромагнитном взаимодействии переносчиками являются фотоны. Слабое взаимодействие характеризует процессы, которые осуществляется путем обмена заряженными(реакция с заряженным током) или нейтральными(реакция с нейтральным током) бозонами. Гравитационное взаимодействие осуществляется гравитонами(пока не открыты).
11.1.2.Законы сохранения
Рождение элементарных частиц является результатом взаимодействия (столкновения) высокоэнергетичных частиц между собой, т. е. они появляются в результате ядерных реакций. Это свойство элементарных частиц — релятивистский эффект, обусловленный соотношением между массой частицы m, ее энергией Е и импульсом р:
Е2 =р2с2 +m2с4. (11.1.2.1)
Отсюда сразу следует известное соотношение Эйнштейна
Е0 =mс2, (11.1.2.2)
означающее, что энергия покоя тела пропорциональна его массе. Тем самым массу частиц можно выражать в энергетических единицах, что и принято в физике элементарных частиц.
Имеется 8 строгих законов сохранения при взаимодействии частиц: законы сохранения энергии E, импульса P, момента импульса J, электрического Q, лептонного (электронного Le, мюонного Lμ, таонного Lτ) и барионного B зарядов.
В сильных взаимодействиях сохраняются все характеристики.
В электромагнитном не сохраняется изоспин.
В слабых взаимодействиях не сохраняются странность s, очарование с, боттом b, топ t, изоспин I, проекция изоспина I3, пространственная Р, зарядовая С и комбинированная СР четность, инвариантность к обращению времени Т. СРТ-инвариантность справедлива для всех видов взаимодействий.
11.1.3. Процессы взаимодействия частиц и их распады наглядно изображаются в виде диаграмм
Рис. 11.1. Диаграмма β -распада отрицательного мюона
Процесс идет с испусканием промежуточного бозона. Промежуточные стадии могут при записи реакций опускаться и тогда на рисунке промежуточный бозон отсутствует.
11.1.4. Пороговая энергия реакции
Eпор = |Q|( mA + mB +1/2|Q|)/mB
=(ΣNimi + mA + mB)(ΣNimi - mA - mB)/2mB
11.1.5. Принцип неопределенности(см.8.1.2.)
11.2.Примеры решения задач
Пример 11.2.1
Рассчитать пороговую энергию реакции
А +В ->1+2+3+….
Частицу В считать покоящейся в лабораторной Л-системе координат
Решение.
Энергия реакции(выход реакции)
Q = Mнач – Mкон = mA + mB – ΣNimi
При Q < 0 определим минимальное значение кинетической энергии частицы A в лабораторной системе координат, т.е. порог реакции. Используем тот факт, что
E2 – p2 = inv –инвариант( E-полная энергия частиц, p- полный импульс).
В системе центра масс(Ц-системе) суммарный импульс равен нулю p = 0. При минимальной энергии частицы A в системе центра инерции импульсы частиц 1,2,3,… равны нулю и
E2 – p2 =( ΣNimi)2
Этот же инвариант в Л-системе
E2 – p2 = (mA + E + mB)2 –pA2 = (mA + mB)2 +2mBE
Отсюда
Eпор = |Q|( mA + mB +1/2|Q|)/mB
=(ΣNimi + mA + mB)(ΣNimi - mA - mB)/2mB
Пример 11.2.2
Время жизни заряженного пиона 2,6*10-8с, нейтрального пиона 1,8*10-16с.
Если известно, что заряженный пион распадается за счет слабого взаимодействия, а нейтральный за счет электромагнитного, оценить, какое взаимодействие сильнее и во сколько раз.
Решение
Из принципа неопределенности для слабого взаимодействия
∆Eсл ∆tсл ≥ ћ
Для электромагнитного
∆Eэл-м ∆tэл-м ≥ ћ
Отношение
∆Eсл ∆tсл ~∆Eэл-м ∆tэл-м
Или
∆Eэл-м /∆Eсл ~ ∆tсл /∆tэл-м ~108
Пример 11.2.3
π0 –мезон распадается на два одинаковых фотона, разлетающихся под углом 60о друг к другу. Определить энергию каждого из фотонов и кинетическую энергию пиона до распада.
Решение.
По закону сохранения импульса
pπ =2pγcos(α/2) =2(Eγ/c)cos(α/2). По закону сохранения энергии Еπ =2Еγ
Или √(Е0π2 +рπ2с2) = 2Еγ
Исключив из обоих равенств импульс пиона, получим Е0π2 + 4Еγ2 cos2(α/2) = 4Еγ2
откуда
Е0π = 2(Eγ)sin(α/2)
T= Еπ - Е0π =2Еγ - Е0π = Е0π(cosec(α/2)-1)
T= Е0π(cosec(α/2)-1)
Eγ = Е0π /2sin(α/2)
Пример 11.2.4
Рассмотрите возможность реакции электрона с положительным мюоном
е- +μ+ —> γ + γ.
Решение
Нет( не сохраняются электронный и мюонный лептонный заряды)
Пример 11.2.5
В реакции Σ0 + p —> Σ+ + γ- + X.,
используя кварковый состав частиц, определить неизвестную частицу.
Решение
Кварковый состав исходных частиц и известных продуктов
dds+uud ->uds+0+??
Баланс кварков дает
3d, 2u, 1s ->1d, 1u, 1s,
Из баланса следует, что в правой части не хватает кварков 2d, 1u
Следовательно, неизвестная частица -нейтрон
udd ---n