Фундаментальные частицы
можно разбить на два типа - на частицы вещества - фундаментальные фермионы и калибровочные
бозоны, переносящие взаимодействия между частицами вещества.
Фундаментальными фермионами - частицами вещества являются кварки и лептоны. Кварки
и лептоны являются фермионами и имеют собственный спин J = 1/2.
Известно 6 типов (ароматов) кварков, объединённых в три семейства
(поколения). Реакция деления ядра К началу 40-х годов работами многих ученых—Э.
Ферми (Италия), О. Гана (1879—1968), Ф. Штрассмана (1902—1980) (ФРГ), О. Фриша
(1904—1979) (Великобритания), Л. Мейтнер (1878—1968) (Австрия), Г.Н. Флерова
(р. 1913), К.Н. Петржака (Россия) — было доказано, что при облучении урана нейтронами
образуются элементы из середины Периодической системы — лантан и барий.
1 поколение | 2 поколение | 3 поколение |
![]() | ![]() | ![]() |
Кварки верхнего ряда (u,c,t) имеют электрический заряд Q = +2/3e , нижнего
ряда (d,s,b) имеют электрический заряд Q = -1/3e , где е-абсолютная
величина заряда электрона.
Кварк каждого типа имеет три цветовых состояния.
В таблице 1 приведены массы кварков. Кварки связаны внутри адронов и в свободном
состоянии не наблюдаются. Масса токового кварка - это масса, которой обладал бы
кварк, если бы кварки не были связаны друг с другом посредством глюонов. Масса
токового кварка складываясь с энергией взаимодействия кварка в адроне дает массу
кварка в составе адрона. Поэтому массы кварков, приведенные в таблице 1 не измерены
непосредственно, а получены в результате теоретического анализа экспериментальных
данных. [an error occurred while processing this directive]
Таблица 1. Массы кварков.
Тип кварка. | Масса токового кварка. Мэв/с2 | Масса
кварка в составе адрона. Мэв/с2 |
u d s c b t | 1 - 5 3 - 9 200 ![]() 4000-4400 178000 | ![]() ![]() ![]() 1500 5000 178000 |
Лептоны не имеют
цветовых состояний, они не участвуют в сильных взаимодействиях.
Лептонов тоже
6 типов. Они также объединены в 3 семейства (поколения).
1 поколение | 2 поколение | 3 поколение |
![]() | ![]() | ![]() |
Электрон
е, мюон
и тау-лептон
имеют одинаковые электрические заряды Q = - e. Каждый лептон верхней
строки имеет своё нейтрино - электронное нейтрино
e,
мюонное нейтрино
и тау-нейтрино
. В процессах взаимодействия с веществом нейтрино обычно появляется в паре с соответствующим
лептоном верхней строки. Электрический заряд нейтрино равен 0. Каждое поколение
имеет своё лептонное число. Лептонные числа строго сохраняются, хотя почему это
происходит сегодня не ясно.
Массы нейтрино в рамках стандартной модели считаются
равными 0. Сегодня измерены лишь верхние пределы масс нейтрино. Массы лептонов
приведены в таблице 2. Так же как и в случае кварков массы лептонов теоретически
не объяснены. В отличие от кварков лептоны наблюдаются в свободном состоянии как
отдельные частицы, участвующие в различных реакциях. [an error occurred while processing this directive]
Таблица 2. Массы лептонов.
Тип лептона. | Масса лептона Мэв/с2 |
е![]() ![]() ![]() ![]() ![]() | 0.51 105.6 1777 15*10-6 < 0.17 < 24 |
Кроме
кварков и лептонов существуют частицы, которые передают взаимодействие между фундаментальными
фермионами (кварками и лептонами). Это частицы с целым спином - калибровочные
бозоны.
В таблице 3 приведены взаимодействия, частицы участвующие в различных
взаимодействиях, калибровочные бозоны - переносчики взаимодействия, радиус действия,
константа взаимодействия, характерное время жизни по отношению к распадам.
Таблица 3. Фундаментальные взаимодействия
Взаимо- действие | На какие частицы действует | Калибровоч- ные бозоны | Радиус
| Константа взаимо- действия | Характерное время жизни, с | Характерное сечение, мб |
Сильное | Все цветные частицы | 8 глюонов, спин J = 1, безмассовые. | 1Фм = 1/![]() | 1 | 10-23
![]() ![]() ![]() | 10![]() ![]() ![]() |
Электро- магнитное | Все электрически заряженные частицы | Фотон,
спин J = 1, безмассовый. | (1/137)1/2 | 10-20
-10-16 ![]() ![]() ![]() ![]() ![]() ![]() ![]() | 10-3![]() ![]() ![]() | |
Слабое | Кварки, лептоны, электрослабые калибровочные бозоны | W+,W-,
Z, спин J = 1, m( ![]() m(Z) =91Гэв. | 10-2Фм = 1/mW | 10-6 | >10-12
![]() ![]() ![]() ![]() ![]() ![]() ![]() | 10-14![]() ![]() ![]() ![]() ![]() ![]() ![]() |
Гравитаци- онное | Все массивные частицы | Гравитон,
спин J = 2, безмассовый | 10-38 | - | - |
Сильное
взаимодействие. Константа сильного взаимодействия, характеризующая интенсивность
этого взаимодействия определяется взаимодействием кварков и переносчиков сильного
взаимодействия - глюонов. Частицы, участвующие в сильном взаимодействии называются
адронами. Характерный радиус действия сил, обусловленных сильным взаимодействием
~10-13 см. Частицы, распадающиеся в результате сильного взаимодействия
имеют характерное время жизни ~10-20-10-23 c, что соответствует
характерным ширинам резонансов Г > 10 МэВ.
Электромагнитное
взаимодействие. Константа электромагнитного взаимодействия
()1/2
= (e2/
c)1/2 = (1/137)1/2
(
- постоянная тонкой структуры). Переносчик электромагнитного взаимодейстия - фотон.
То обстоятельство, что масса фотона равна нулю определяет бесконечный радиус электромагнитного
взаимодействия. Константа электромагнитного взаимодействия определяет вероятность
испускания или поглощения фотона частицей с зарядом +е. Характерное время
распада частиц в результате электромагнитного взаимодействия > 10-18 c.
Например, время жизни
0-мезона,
распадающегося в результате электромагнитного взаимодействия, ~0.8*10-16 c.
Слабое
взаимодействие. Константа слабого взаимодействия ~10-6. Переносчиками
слабого взаимодействия являются промежуточные бозоны -
и Z-бозоны - массивные частицы (m(
) = 80 Гэв,
m(Z) =91 Гэв.). Большая масса прмежуточных бозонов обуславливает характерную
величину радиуса слабого взаимодействия ~10-16 cм. Частицы, распадающиеся
в результате слабого взаимодействия имеют времена жизни >10-12 c.
Например заряженные
-мезоны,
распадающегося в результате слабого взаимодействия, имеют время жизни 2.6*10-8 c.
Нейтрон - 898 с. Некоторые ядра, распадающиеся в результате слабого взаимодействия,
имеют время жизни многие годы. Единственные частицы, которые участвуют только
в слабых и гравитационных) взаимодействиях - нейтрино.
Гравитационное
взаимодействие. Сила гравитационного взаимодейстия определяется соотношением
F = Gm1m2/r2,
где G = 6/67*10-11 м3кг-1с-2 - гравитационная постоянная. Радиус действия гравитационного взаимодействия бесконечен. В гравитационном взаимодействии участвуют все частицы. Сравнение гравитационного и электромагнитного взаимодействия двух протонов, находящихся на расстоянии друг от друга ~10-13 см приводит к соотношению
Fграв/Fэл.магн ~10-36.
ДОЗА ИЗЛУЧЕНИЯ – это физическая величина, являющаяся мерой радиационного воздействия на живые организмы радиоактивных излучений или частиц высокой энергии. Различают поглощенную дозу излучения, эквивалентную дозу и экспозиционную дозу. Ядерная
физика. Физика элементарных частиц |