Уровни организации материи. Фундаментальная структура материи. Физический вакуум. Классификация элементарных частиц

Страницы работы

61 страница (Word-файл)

Фрагмент текста работы

Микро-, макро-, мегамиры

Фундаментальная структура материи

http://nuclphys.sinp.msu.ru/spargalka/

Достаточно ль знаком ты с пустотой?

                                                                                                               И.В. Гёте «Фауст» 

Физический вакуум – это первичная субстанция, базовая форма материи, среда охватывающая всю Вселенную, среда с очень низким (но ненулевым!) энергосодержанием.


Физический вакуум – это не пустота!

Состоит из виртуальных частиц, но рождает реальные частицы.

В нем отсутствуют реальные физические поля, имеются лишь нулевые колебания вакуума.

Вакуумные флуктуации тем больше, чем меньше ее пространственно-временные размеры.

Классификация элементарных частиц

Гравитационное

Сильное

Электромагнитное

Слабое

Относительная сила

10-39

1-15

1

137

10-17

Участники взаимодействий

все

адроны и их компоненты

частицы с  q≠0

Фермионы с фермионами

Характер взаимодействия

притяжение

притяжение

притяжение, отталкивание

меняет тип частиц

Частица-переносчик взаимодействия

гравитон

глюоны

фотон 

Промежуточные векторные бозоны

Масса обменной частицы

0

0

0

W+,W- - 160000me,

Z0 - 180000me

Расстояние взаимодействия, м

10-15

10-18

Время взаимодействия, с

?

10-22 – 10-24 

10-18 – 10-21

10-8 – 10-10

Теория

всемирного тяготения, относительности 

квантовой хромодинамики

классической и

квантовой электродинамики

квантовой теории поля

Взаимодействие определяет

глобальные процессы

консолидации материи в макро- и мегамире 

структуру

адронов, связь нейтронов и протонов в

атомных ядрах, ядерные реакции

силы давления, трения,

сопротивления, упругости, химические силы, свойства вещества и

электро-магнитных излучений

распад и превращение

элементарных частиц с участием нейтрино,

безнейтринный распад с большим временем

жизни распадающейся частицы

Примеры

pppp

ud

epH

npee

Участвуют в сильном взаимодействии.

Бывают электрически заряженные и нейтральные. Нестабильны (очень быстро распадаются).

Барионы имеют барионный заряд (В=1).

(протон, нейтрон, гипероны и барионные резонансы).


 

Нуклоны – общее название для протонов и нейтронов.

Мезоны – не имеют барионного заряда (В=0). (пионы или пи-мезоны, каоны или К-мезоны).

Все барионы состоят из трех кварков, а мезоны – из кварка и антикварка.

Участвуют преимущественно в слабом взаимодействии и не участвуют в сильном.

Истинно элементарны (не состоят из других частиц).

Бывают электрически заряженные и нейтральные.

Несут  лептонный заряд (L=1).


Лептоны: электрон, мюон, тау-лептон и соответствующие им электронное, мюонное и тау-нейтрино.

Лептонный заряд (аналогично барионному заряду) не связан ни с какими полями, а просто является средством учета количества лептонов в реакциях.


Античастицы – это такие же частицы, имеющие те же значения масс, времен жизни, спинов и других физических характеристик, что и соответствующие им частицы. Главное отличие заключается в том, что заряды античастиц имеют знаки, противоположные соответствующим им частицам.

Реальные частицы можно непосредственно зафиксировать с помощью приборов.


Виртуальные– это частицы, о существовании которых можно судить лишь опосредованно, по некоторым их проявлениям через какие-то вторичные эффекты.

Все  взаимодействия осуществляются благодаря обмену виртуальными частицами.

НЕСТАБИЛЬНЫЕ

ФОТОН                   НЕЙТРОН

ПРОТОН                      МЮОН

ЭЛЕКТРОН     ТАУ-ЛЕПТОН

3 ТИПА НЕЙТРИНО                МЕЗОНЫ

+ ИХ АНТИЧАСТИЦЫ РЕЗОНАНСЫ + ИХ АНТИЧАСТИЦЫ ….……..

Фермионы  и  бозоны

j=1/2, 3/2, … (дробный спин) –  ФЕРМИОНЫ (распределение Ферми-Дирака, запрет Паули) Фермионы – это «кирпичики», из которых состоит мир.

j=0, 1, 2, … - БОЗОНЫ

(распределение Бозе-Эйнштейна)

Бозоны – это «полевые» частицы, обеспечивающие взаимодействие фермионов, это «раствор» для «кирпичей».


Поколение

Кварки

Лептоны

Название аромата

Масса,

ГэВ/с2

Электрический заряд, q/e

Название

Масса,

ГэВ/с2

Электрический заряд, q/e

I

u (up) d (down)

0,33

0,34

+ 2/3

– 1/3

e (электрон )

νe (электронное нейтрино)

0,511

< 17 эВ/с2

– 1

   0

II

с (charm) s (strange)

1,5

0,45

+ 2/3

– 1/3

μ (мюон )

νμ(мюонное нейтрино)

105,7

< 0,27

– 1

   0

III

t (truth) b (beauty)

174 4,9

+ 2/3 – 1/3

τ (таон )

ντ(таонное нейтрино)

1784 < 35

– 1

   0


Название, символ

Тип переносимого взаимодействия

Электрический заряд

Масса, ГэВ

Спин  

Гравитон G

Гравитационное

0

0

2

Фотон γ

Электромагнитное

0

< 3·10-36 эВ

1

Векторные бозоны

W+ W

Z0

Слабое

+ 1

– 1

0

9·10-16

9·10-16

10,3·10-16

1

1

1

Глюоны g1, …, gg

Сильное

0

0

1

Хиггсы H0

H±

Кванты хиггсовских полей

0 ?

> 6,7·10-16 ?

0

Большой  адронный  коллайдер

http://public.web.cern.ch/public/

«Большой»  из-за размера: ~27 км.

«адронный» – потому что ускоряет протоны и тяжелые ядра, которые являются адронами.

«коллайдер» – потому что ускоряются эти частицы в двух пучках, циркулирующих в нём в противоположных направлениях, и в специальных местах сталкиваются друг с другом.

Суммарная энергия двух пучков протонов 14 ТэВ.



БАК – это уникальный объект не только на Земле, но и в Галактике. С одной стороны – это самое горячее место в Галактике: при столкновении пучков частиц генерируется температура в 100 000 раз больше, чем в центре Солнца, с другой стороны, детекторы коллайдера охлаждены до температуры минус 271,3  градуса Цельсия – такого холода нет даже в открытом космосе. Чтобы организовать эти сверхгорячие взрывы, пришлось разогнать частицы до самых высоких скоростей  скоростей – 99,9999991%  от скорости света. А чтобы обработать весь фантастический объем  информации, потребовалось построить уникальную телекоммуникационную, которая анализировала информацию емкостью 15 млн. ГГб. Сеть распределяла работу по различным центрам обработки во всем мире (Грид-система).

Новости БАК:       http://elementy.ru/LHC/news

Бозон Хиггса

Предсказан британским физиком Питером Хиггсом в 1964 году.

Частица, похожая на бозон Хиггса, открыта на БАК в 2012 году.

Открыте бозона Хиггса – это не просто рядовое открытие еще одной

Похожие материалы

Информация о работе