Элементарные частицы Классы элементарных частиц Виды взаимодействия

Элементарные
частицы
Классы элементарных частиц
Виды взаимодействия
Кварки
Виды взаимодействия

Согласно современным представлениям, в
природе осуществляется четыре типа
взаимодействий, которые не могут быть
сведены к другим, более простым видам
взаимодействий: сильное, электромагнитное,
слабое и гравитационное. Эти типы
взаимодействий называют
фундаментальными.
Виды взаимодействия
,
Взаимодействие
Сильное
Характерная
константа
взаимодейс
твия
1
Кванты
(калибр
овочные
бозоны)
g (глюон)
Масса
кванта
(ГэВ)
0
Электромагнитное
10-2
<2·10-16
Слабое
10-6
80.39
Z
Гравитационное
10-38
гравитон
91.19
Характерные
масштабы
(см)
~ 10-13
10-16
Виды взаимодействия

Ядерное взаимодействие – это наиболее
интенсивное из всех видов взаимодействий.
Они обуславливает исключительно прочную
связь между протонами и нейтронами в
ядрах атомов. В ядерном взаимодействии
могут принимать участие только тяжелые
частицы – адроны (мезоны и барионы).
Ядерное взаимодействие
короткодействующее.
Виды взаимодействия

Электромагнитное взаимодействие. В этом
виде взаимодействия могут принимать
участие любые электрически заряженные
частицы, а так же фотоны – кванты
электромагнитного поля. Электромагнитное
взаимодействие ответственно, в частности,
за существование атомов и молекул.
Виды взаимодействия

Слабое взаимодействие – наиболее
медленное из всех взаимодействий,
протекающих в микромире. В нем могут
принимать участие любые элементарные
частицы, кроме фотонов. Слабое
взаимодействие ответственно за протекание
процессов с участием нейтрино или
антинейтрино, например, β-распад нейтрона).
Виды взаимодействия

Гравитационное взаимодействие присуще
всем без исключения частицам, однако из-за
малости масс элементарных частиц силы
гравитационного взаимодействия между
ними пренебрежимо малы и в процессах
микромира их роль несущественна.
Гравитационные силы играют решающую
роль при взаимодействии космических
объектов (звезды, планеты и т.п.) с их
огромными массами.
Виды взаимодействия
В
30-е годы XX века возникла гипотеза
о том, что в мире элементарных частиц
взаимодействия осуществляются
посредством обмена квантами какоголибо поля.
Виды взаимодействия
Взаимодействие
Квант поля
Сильное
Мезоны (глюоны)
Электромагнитное
Фотон
Слабое
W±, Zº-частицы
Гравитационное
Гравитон
Виды взаимодействия
• Сильное взаимодействие
• Электромагнитное
• Слабое
• гравитационное
Элементарные частицы
 Элементарные
частицы делятся на два
класса:
лептоны и адроны.
 Адроны подразделяются на мезоны и
барионы.
Элементарные частицы.Лептоны.

К классу лептонов относятся частицы,
которые, подобно электрону, не участвуют в
водовороте внутриядерных взаимодействий.
На сегодня известно шесть таких частиц. К
одному семейству с электроном относятся
мюоны и тау-частицы, которые похожи на
электрон, но массивнее его.
Элементарные частицы

Также имеется три электрически
нейтральные частицы с нулевой массой,
получившие название нейтрино. Каждая из
трех разновидностей нейтрино парна одной
из трех частиц электронного семейства.

Слово «лептон» происходит от греческого
leptos, что значит «маленький».
Элементарные частицы. Адроны.

К адронам относят частицы, существующие
внутри атомного ядра. Самые известные из
них — это протон и нейтрон, но быстро
распадающихся родственников у них сотни (в
буквальном смысле).
Элементарные частицы. Адроны.

Если среди конечных продуктов распада
частицы имеется протон, ее называют
«барион» (от греческого barys — «тяжелый»);
если же протона среди продуктов распада
нет, частица называется «мезон» (от
греческого mesos — «средний»).

Сам термин «адрон» происходит от
греческого hadros («большой»).
Кварки

Сумбурная картина субатомного мира,
усложнявшаяся с открытием каждого нового
адрона, уступила место новой простой
картине с появлением концепции кварков
Кварки

К середине шестидесятых годов число
обнаруженных сильновзаимодействующих
элементарных частиц - адронов перевалило
за 100. Возникла уверенность, что
наблюдаемые частицы не отражают
предельный элементарный уровень материи.
В 1964 году независимо друг от друга
М. Гелл-Манн и Д. Цвейг предложили модель
кварков - частиц, из которых могут состоять
адроны.
Кварки

Эксперименты по рассеянию электронов на
нуклонах показали, что нейтрон и протон в
отличие от электрона имеют сложную
структуру. Поэтому гипотеза о новых
фундаментальных частицах, из которых
можно строить адроны, казалась вполне
правдоподобной.
Кварки

Для того чтобы объяснить наблюдаемые
свойства адронов, кваркам пришлось
приписать довольно необычайные свойства.
Кварки должны иметь дробный
электрический заряд +2/3 или -1/3.

Барионы "конструировались" из трех кварков,
мезоны "конструировались" из кварка и
антикварка.
Кварки

Протон-нейтрон
Пи+ и Пи- мезоны
Кварки

Все обнаруженные до 1974 г. адроны можно
было описать, составляя их из кварков всего
лишь трех типов - u, d, s. При этом
трехкварковая модель адронов казалась
достаточно замкнутой - практически каждой
комбинации кварков соответствовала
экспериментально наблюдаемая частица.
В 1974 год одновременно две группы
физиков объявили о наблюдении новой
частицы, получившей название очарование
(с –кварк).
Кварки

В 1977 году был открыт пятый кварк – b
(beauty), а в 1995 году шестой кварк t
(top). Таким образом, на этом этапе
развития наших представлений о структуре
материи на первый план выходят "новые
элементарные частицы" - кварки. Все адроны
состоят из шести кварков и есть достаточно
серьезные основания считать, что их не
должно быть больше.
Кварки
Характеристики кварков
Характеристика
Тип кварка
d
u
s
c
b
t
Электрический
заряд Q
-1/3
+2/3
-1/3
+2/3
-1/3
+2/3
Масса в составе
адрона, ГэВ
0.31
0.31
0.51
1.8
5
180
~0.003
0.08-0.15
1.1-1.4
4.1-4.9
174+
5
Масса "свободного" ~0.006
кварка, ГэВ
Кварки

Каждый тип кварка имеет еще одно
квантовое число - цвет, которое может
принимать три значения - красный, синий и
зеленый.Это чисто условные названия.
Главное, что каждый кварк имеет еще три
дополнительных квантовых числа.
Кварки

Частицы, которые связывают между собой
кварки в адроны, были названы глюонами.
Глюоны являются квантами сильного поля.
Глюоны являются бозонами и имеют спин 1.
Однако в отличие от фотонов, для того чтобы
быть переносчиками цветового
взаимодействия они должны обладать
цветом и антицветом.
Кварки

Число различных типов глюонов 8, так как
одна цветовая комбинация является
бесцветной, т.е. не имеет цветового заряда.
По аналогии с квантовой электродинамикой
теория взаимодействия цветных объектов
была названа квантовой хромодинамикой.