Характеристика_элементарных_ядерных_частиц

Характеристика_элементарных_ядерных_частиц

Строение атома и характеристика элементарных частиц

Объекты изучения и задачи сельскохозяйственной радиобиологии. История развития радиобиологии.

Фундаментальной задачей, составляющей предмет радиобиологии, является вскрытие общих закономерностей биологического ответа на воздействие ионизирующих излучений, которые являются научной основой гигиенической регламентации радиационного фактора и овладения искусством управления лучевыми реакциями организма.
Развитие радиобиологии делится на три этапа:

1 этап развития радиобиологии характеризуется работами описательного характера, когда ученые пытаются объяснить описанные ранее эффекты.

Первые ученные, которые обратили внимание на действие радия на кожу, были немцы Г. Вальхов и Гизель.

Основными открытия считаются:

1. Открытие, что под действием ионизирующего излучения происходит торможение клеточного деления.

2. Закон Берганье-Трибондо (1903-1906 гг): клетка тем более радиочувствительна, чем больше у нее способность к размножению (делению) и чем менее определенно выражены их морфология и функции, т.е. чем они менее дифференцированы.

2 этап развития радиобиологии связан с разработкой теории «доза-эффект». С одной стороны было установлено, что при увеличении дозы облучения увеличивается повреждающий эффект.

Значимое открытие в 1922 г – теория актов ионизации в чувствительном объеме.

3 этап начался в 40-50-х годах прошлого века. Большое развитие получили методы количественной атомной радиобиологии.

В частности было установлено, что с самого начала радиоактивные излучения не одинаковы, и в 1903 г в диссертации Марии Складовской-Кюри появился рисунок.

1998 г Беккерель доказал, что β-лучи – это поток быстрых электронов, заряженных отрицательно.

В 1988-1899 г Поль Вийяр установил, что электромагнитное излучение, не реагирующее на заряд и похожее на рентгеновское излучение – это γ-лучи; они электронейтральные (не имеют заряд), не имеют массы покоя и состоят из отдельных порций энергии.

В 1899 г Эрнест Резерфорд доказал, что α-лучи – это поток ядер гелия, заряжены положительно за счет протонов, которые имеют положительный заряд за счет набора кварков.

Первый реактор по выработке оружейного плутония был построен в 1940-1945 гг.

Происхождение естественных радиоактивных атомов.

Ест. радиоактивные атомы существуют с момента появления Земли.
В 1896 году Беккерель обнаружил, что некоторые соли урана испускают проникающее излучение, аналогичное излучению, открытому Рентгеном годом раньше. Огромное значение этого открытия не сразу было понято. Через несколько лет Пьер и Мария Кюри дали дополнительный стимул для изучения этой новой области физики. Им удалось выделить из урановой смоляной обманки два вещества, радиоактивность которых много интенсивнее радиоактивности урана. Резерфорд и Содди, исследуя явление, открытое Беккерелем, вскоре установили, что явление радиоактивности можно объяснить, если предположить, что атомы урана и радия не стабильны, а распадаются с характерной для каждого скоростью. При этом образуются атомы других элементов. Радиоактивные превращения протекают самопроизвольно. На скорость их течения не оказывают никакого воздействия изменения температуры и давления, наличие электрического и магнитного полей, вид химического соединения данного радиоактивного элемента и его агрегатное состояние. Радиоактивный распад – это свойство самого атомного ядра и зависит только от его внутреннего состояния. Нельзя повлиять на течение процесса радиоактивного распада, не изменив состояния атомного ядра. Радиоактивностью называется способность некоторых атомных ядер самопроизвольно (спонтанно) распадаться с испусканием α-, β-, γ- лучей, а иногда и других частиц.
Радиоактивное излучение производит ионизационное действие. Радиоактивный элемент постоянно выделяет энергию, и поэтому его температура всегда несколько выше температуры окружающей среды. Уже первые исследования показали, что радиоактивность элемента не зависит от того, находится он в чистом виде или в составе каких-либо химических соединений.

Строение атома и характеристика элементарных частиц.

Мельчайшая частица химического элемента, являющаяся носителем его химических свойств – называется атомом.

Атом состоит из атомного ядра и электронной оболочки.

Ядро атома состоит из протонов (p+) и нейтронов (n0).

Число протонов N(p+) равно заряду ядра (Z) и порядковому номеру элемента в естественном ряду элементов (и в периодической системе элементов).

Сумма числа нейтронов N(n0), обозначаемого просто буквой N, и числа протонов Z называется массовым числом и обозначается буквой А.

Электронная оболочка атома состоит из движущихся вокруг ядра электронов (е-).

Число электронов N(e-) в электронной оболочке нейтрального атома равно числу протонов Z в его ядре.

Атом любого элемента можно разделить на субатомные (элементарные) частицы, но в этом случае у них не будет свойств атома.

В свободном состоянии элементарные частицы характеризуются массой, электрическим зарядом и собственным вращением (спином).

Элементарные частицы подразделяются на классы:

1. Фотоны (кванты) – кванты электро-магнитного поля. Они не обладают электрическим зарядом и массой покоя.

Читайте также:  Пылесос_дайсон_не_включается

2. Лептоны («легкие»). К ним относятся: электроны (е – ); позитроны (е + ) – это античастицы электрона, существуют в ядре, при входе из ядра и встрече в электроном происходит аннигиляция, т.е. взаимное уничтожение; мюоны (µ–, µ+) – более мелкие частицы, могут иметь положительный и отрицательный заряд; тау-лептоны (t – , t + ); нейтрины и антинейтрины – последние две частицы не имеют электрического заряда., различаются спином (движением).

3. Мезоны («средние») – нестабильные частицы. π-мезоны могут иметь положительный, отрицательный и нейтральный заряд и существовать в движении и в виде материальных частиц (масса материальных частиц примерно в 270 раз больше, чем масса электрона). К-мезоны имеют положительный и отрицательный заряд, их масса в 970 раз больше массы электрона. Время жизни очень небольшое (10 –8 сек), они не устойчивы и распадаются с образованием π-мезонов и лептонов или только лептонов. Эта-мезоны (η) – в 1074 раза тяжелее электрона, время жизни 10 –19 сек, распадаются на π-мезоны и фотоны.

4. Класс барионов объединяет протоны, нейтроны, антипротоны, антинейтроны, и нестабильные, масса которых больше массы нуклонов – их называют гипероны. За исключением протона и антипротона, все барионы нестабильны. При распаде бариона обязательно образуется барион (чаще протон).

Кроме этих, обнаружено большое количество короткоживущих частиц – резонансов.

Характеристики элементарных частиц

Каждая частица описывается набором физических величин – квантовых чисел, определяющих её свойства. Наиболее часто употребляемые характеристики частиц следующие.

Масса покоя частицы, . Массы покоя элементарных частиц определяются либо по отношению к массе электрона, либо на основании соотношения в МэВ. Существуют элементарные частицы, масса покоя которых равна нулю, например фотоны. Они всегда движутся со скоростью света. К группе лептонов относятся легкие частицы: электроны ( кг МэВ), позитроны, различные нейтрино.. Частицы с массой в пределах до тысячи масс электрона называют мезонами: — мезоны, — мезоны ( МэВ), — мезоны ( МэВ). Тяжелые элементарные частицы называются барионами: протон, нейтрон, гипероны, резонансы. Например, масса протона МэВ, масса гиперона равна МэВ. Существуют и более тяжелые частицы: масса бозона равна ГэВ, масса недавно открытого бозона Хиггса оценивается в ГэВ.

Время жизни, . В зависимости от времени жизни частицы делятся на стабильные, квазистабильные и нестабильные. К стабильным частицам относятся протон ( > 5∙10 32 лет), электрон ( > 2∙10 22 лет), три разновидности нейтрино и их античастицы, для которых в настоящее время распады не обнаружены, фотоны. Все остальные — элементарные частицы нестабильны, их время жизни находится в пределах 10 -10 – 10 -24 с, после чего они распадаются. К нестабильным частицам относят частицы, распадающиеся в результате сильного взаимодействия. Их обычно называют резонансами. Характерное время жизни резонансов 10 -24 – 10 -22 с. Частицы, распадающиеся за счет слабого или электромагнитного взаимодействий, время жизни которых превышает 10 -20 с, называются квазистабильными. Например, время жизни — мезона 0,8∙10 -16 с.

Электрический заряд . Электрический заряд элементарных частиц является целой кратной величиной от элементарного электрического заряда = 1,6⋅10−19 Кл. Известные элементарные частицы имеют электрические заряды Кварки имеют дробные электрические заряды: верхние кварки нижние

Спин . Спин – собственный момент количества движения элементарной частицы, имеющий квантовую природу и не связанный с перемещением частицы как целого. Величина спина измеряется в единицах постоянной Планка и равна , где – характерное для каждого сорта частиц целое (в том числе нулевое) или полуцелое положительное число, называемое спиновым квантовым числом. Например, спин -, -мезонов равен 0, спин фотона равен 1, гравитона 2. Спин электрона, мюона, протона равен 1/2, спин — гиперона равен 3/2. Частицы с полуцелым спином подчиняются статистике Ферми−Дирака, их называют фермионами . К фермионам относятся лептоны, барионы, барионные резонансы, кварки и их античастицы. Для фермионов справедлив принцип запрета Паули. Частицы с целым спином подчиняются статистике Бозе-Эйнштейна, их называют бозонами. К бозонам относятся фотон, гравитон, промежуточные векторные бозоны, мезоны и мезонные резонансы, глюоны.

Внутренняя четность – квантовое число, характеризующее поведение волновой функции физической системы при некоторых дискретных преобразованиях. Если при пространственной инверсии (переход от правовинтовой системы координат к левовинтовой) волновая функция остаётся неизменной, то состояние, описываемое такой волновой функцией, называется чётным ( = + 1). Если при таком преобразовании волновая функция меняет знак на противоположный, то такое состояние называется нечётным ( = – 1). Например, четность мезона

Читайте также:  Как_снять_шланг_с_печки

Наряду с общими для всех частиц характеристиками, используют также квантовые числа, которые приписывают только отдельным группам частиц.

Лептонное число(лептонный заряд) – аддитивное внутреннее квантовое число, приписываемое каждому семейству (поколению) лептонов: . Лептоны , и участвуют только в электромагнитных и слабых взаимодействиях. Лептоны , и участвуют только в слабых взаимодействиях. Обычно лептонам приписывается лептонное число, равное а антилептонам, равное Например, электрон электронное нейтрино имеют ; а имеют При этом , и не тождественны друг другу. Для элементарных частиц, не являющихся лептонами, лептонное число равно нулю. Эксперимент показал, что во всех процессах взаимодействия элементарных частиц с участием лептонов каждое из лептонных чисел сохраняется.

Барионное число (барионный заряд), , – характеристика элементарных частиц, отражающая установленный на опыте закон сохранения «тяжелых» частиц – барионов. Понятие «барионное число» введено в 1938 г. Э.Штюкельбергом для объяснения стабильности протона. Барионное число протона, нейтрона, и гиперонов равно + , а — и — мезоны имеют У антибарионов . Закон сохранения барионного заряда запрещает распад протона, обладающего барионным зарядом, на мезоны и лептоны, которые не имеют барионного заряда.

Странность, – аддитивное квантовое число, являющееся одной из специфических характеристик адронов, носителем которой является странный кварк . Все адроны обладают определёнными целочисленными (нулевыми, положительными или отрицательными) значениями , причём Адроны с называются странными частицами. К странным частицам относятся К-мезоны, гипероны и некоторые резонансы. Например, гипероны и имеют мезоны имеют Частицам, не участвующим в сильном взаимодействии, приписывается значение В процессах, обусловленных сильным и электромагнитным взаимодействиями, странность сохраняется, т.е. суммарная странность исходных и конечных частиц одинакова. В процессах слабого взаимодействия странность может нарушаться.

Очарование(шарм) [от англ. charm – очарование] — аддитивное квантовое число , характеризующее адроны или кварки. Носителем квантового числа является -кварк, массой примерно 1,5 ГэВ и электрическим зарядом +2/3. Может принимать значения −3, −2, −1, 0, +1, +2, +3. Например, имеет Квантовое число очарование сохраняется в сильном и электромагнитном взаимодействиях, но нарушается слабым взаимодействием.

Прелесть (красота, боттомность, ) [от англ. – beauty] – аддитивное квантовое число, присущее красивым, или прелестным, адронам, сохраняющееся в процессах сильного и электромагнитного взаимодействия и нарушающееся в процессах слабого взаимодействия. Носителем красоты являются — кварк, а также адроны, в состав которых входит — кварк (или его антикварк). Для красивых барионов квантовое число может принимать значения

Для всех элементарных частиц с ненулевыми значениями хотя бы одного из квантовых чисел существуют античастицы с теми же значениями массы, времени жизни, спина, изотопического спина (для адронов), но с противоположными знаками указанных квантовых чисел. Частицы, не имеющие античастиц, называются истинно нейтральными частицами ( -, -, — и — мезоны).

Понятия частицы и античастицы относительны. Что называть частицей, а что античастицей – это вопрос соглашения. Электрон считают частицей, а позитрон – античастицей только потому, что в нашей Вселенной преобладают именно электроны, а позитроны являются экзотическими объектами. В вакууме при отсутствии вещества позитрон столь же стабилен, как и электрон. Однако при встрече электрона с позитроном эти частицы аннигилируют, превращаясь в несколько квантов излучения. Аннигилируют и другие частицы со своими античастицами. При аннигиляции тяжелых частиц возникают не столько гамма-кванты, сколько другие легкие частицы. Так, при аннигиляции протона с антипротоном появляются пи-мезоны.

Вещество, основой которого являются барионы – тяжелые элементарные частицы, включающие протоны и нейтроны и ряд короткоживущих частиц, которые при распаде порождают протоны, называется барионным веществом или барионной материей. Все вещество, с которым мы имеем дело и из которого сами состоим, является барионным. В нашей Вселенной астрономами не обнаружено скоплений антивещества. Этот факт получил название барионной асимметрии Вселенной.

Барионная асимметрия Вселенной – экстраполяция на Вселенную в целом наблюдаемого преобладания вещества над антивеществом в нашем локальном скоплении галактик; отсутствие в заметных количествах в Метагалактике антивещества, что противоречит симметричному образованию пары частица-античастица из вакуума, согласно квантовой теории поля. Причину такой асимметрии следует искать в происхождении и эволюции нашей Вселенной. Объяснение происхождения барионной асимметрии Вселенной – одна из ключевых проблем современной космологии и физики элементарных частиц.

Контрольные вопросы для самоподготовки студентов:

1. Назовите типы фундаментальных взаимодействий.

2. Какие структуры называют элементарными частицами?

3. Основные характеристики элементарных частиц.

1. Трофимова, Т.И. Курс физики: учеб. пособие для вузов / Т.И. Трофимова. – М.: ACADEMIA, 2008.

Читайте также:  Скрипит_амортизатор_на_коляске

2. Савельев, И.В. Курс общей физики: учеб. пособие для втузов: в 3-х томах / И.В.Савельев. – СПб.: Спец. лит., 2005.

Характеристики элементарных частиц

Сайт СТУДОПЕДИЯ проводит ОПРОС! Прими участие 🙂 — нам важно ваше мнение.

Сравнительная сила взаимодействий элементарных частиц.

Гравитационное взаимодействие.

Гравитационное взаимодействие доминирует в случае больших макроскопических масс (планет, звёзд). Но в мире элементарных частиц, ввиду малости их масс, даже на самых малых характерных для них расстояниях порядка 10 -13 см это взаимодействие ничтожно мало. В физике элементарных частиц при современном её состоянии гравитационное взаимодействие не учитывается. Оно возможно существенно лишь на расстояниях порядка 10 -33 см.

«Силу» различных классов взаимодействий элементарных частиц можно приближённо охарактеризовать безразмерными параметрами, связанными с квадратами констант связи для соответствующих взаимодействий. Для перечисленных выше взаимодействий протонов при энергиях

1 ГэВ эти параметры соотносятся как 1:10 -2 :10 -10 :10 -38 .

Каждая элементарная частица описывается набором дискретных значений определённых физических величин, которые называются квантовыми числами элементарных частиц. Общими характеристиками всех элементарных частиц является масса m, время жизни t, спин J, и электрический заряд Q.

В зависимости от времени жизни элементарные частицы делятся на стабильные, квазистабильные и нестабильные (резонансы). Стабильными в пределах точности современных измерений являются электрон (t > 5×10 21 лет), протон (t > 10 31 лет), фотон и нейтрино. К квазистабильным относят частицы, распадающиеся за счёт электромагнитного и слабого взаимодействий; их времена жизни t > 10 -20 с. Резонансами называются элементарные частицы, распадающиеся за счёт сильного взаимодействия; их характерные времена жизни 10 -22 — 10 -24 с.

Помимо указанных выше квантовых характеристик, общих для всех элементарных частиц, последние дополнительно характеризуются ещё рядом квантовых чисел, которые называются «внутренними». Лептоны несут специфический лептонный заряд (L): электронный Le ,равный +1 для электрона и электронного нейтрино, мюонный Lm , равный +1 для m — и мюонного нейтрино nm и Lt , связанный с t— лептоном. Для адронов L=0.

Адронам с полуцелым спином приписывают барионный заряд В. Адроны с В=+1 образуют подгруппу барионов, а с В=0 – подгруппу мезонов. Для лептонов В=0. Для фотона В=0 и L=0.

Адроны подразделяются на обычные (нестранные) частицы (протон, нейтрон, p-мезоны), странные частицы «очарованные» и «красивые» частицы. Этому делению отвечает наличие у адронов особых квантовых чисел: странности S, «очарования» С, и «красоты» b. Внутри разных групп адронов имеются семейства частиц, близких по массе, с очень сходными свойствами по отношению к сильному взаимодействию, но с различными значениями электрического заряда. Элементарные частицы, входящие в каждое такое семейство (простейший пример которого – протон и нейтрон), имеют общее квантовое число — изотопический спин I), принимающий, как и обычный спин, целые и полуцелые значения. Семейства называются изотопическими мультиплетами. Число частиц в мультиплете равно 2I+1; они отличаются друг от друга значением «проекции» изотопического спина I3, и соответствующие значения их электрических зарядов даются обобщённой формулой Гелл-Мана – Нишиджимы:

(10.1)

где Y=B+S+C+b+t – гиперзаряд адрона.

Для всех элементарных частиц с ненулевыми значениями хотя бы одного из квантовых чисел Q, L, B, S, C, b, t существуютантичастицы с теми же значениями массы, времени жизни, спина и для адронов –изотопического спина, но с противоположной по знаку проекцией I3 и всех квантовых чисел, указанных в формуле гиперзаряда.

Частицы, тождественные своим античастицам, называются истинно нейтральными. Истинно нейтральные адроны обладают специфическим квантовым числом – зарядовой чётностью С со знаком ±1; примеры таких частиц – фотон, p 0 -мезон, Т-частицы.

Квантовые числа элементарных частиц разделяются на точные, т. е. сохраняющиеся во всех процессах, и неточные, которые в ряде процессов не сохраняются. Спин J–точное квантовое число. На уровне современных знаний точными являются и квантовые числа Q, L, B, хотя теоретически допустимы нарушения сохранения LиB. Большинство квантовых чисел адронов неточные. Изотопический спин, сохраняясь в сильном взаимодействии, не сохраняется в слабом. Странность, «очарование», «красота» сохраняются в сильном и электромагнитном взаимодействиях, но не сохраняются в слабом. Слабое взаимодействие изменяет также внутреннюю и зарядовую чётности. Причины несохранения квантовых чисел адронов неясны и, по-видимому, связаны со структурой электромагнитного и слабого взаимодействий.

Дата добавления: 2014-01-14 ; Просмотров: 489 ; Нарушение авторских прав?

Нам важно ваше мнение! Был ли полезен опубликованный материал? Да | Нет

Ссылка на основную публикацию
Французские_натяжные_потолки_цена
Французкие натяжные потолки ПРИМЕРЫ РАБОТ Сотрудники Сотрудники компании «Народный потолок» помогут ответить на все интересующиеся вопросы по покупке и монтажу...
Формула_средней_линейной_скорости
Кинематика 1. Механическим движением называется изменение положения тела в пространстве относительно других тел с течением времени. 2. Механика - это...
Формулу_вычисления_индуктивности_соленоида
Индуктивность соленоида Сайт СТУДОПЕДИЯ проводит ОПРОС! Прими участие :) - нам важно ваше мнение. 2.5. 2.4. Взаимодействие движущихся зарядов называется...
Французское_печенье_рецепт_с_фото
Французское печенье "сабле" Ингредиенты яйцо – 3 шт. сливочное масло - 220 гр. сахар коричневый универсальный тм "мистраль" – 4...
Adblock detector