Студопедия

Главная страница Случайная страница

Разделы сайта

АвтомобилиАстрономияБиологияГеографияДом и садДругие языкиДругоеИнформатикаИсторияКультураЛитератураЛогикаМатематикаМедицинаМеталлургияМеханикаОбразованиеОхрана трудаПедагогикаПолитикаПравоПсихологияРелигияРиторикаСоциологияСпортСтроительствоТехнологияТуризмФизикаФилософияФинансыХимияЧерчениеЭкологияЭкономикаЭлектроника






Свойства некоторых элементарных частиц






Частица Обозна-чение Масса покоя, а.е.м. Электрич. заряд, е Спин Лептон-ный заряд, L Барион-ный заряд, В
Фотон γ          
Электрон Позитрон е е + 5, 486·10–4 +1 –1 1/2 +1 –1  
Нейтрино Антинейтрино n < 2·10–8   1/2 +1 –1  
Протон Антипротон p 1, 00727 +1 –1 1/2   +1 –1
Нейтрон Антинейтрон n ñ 1, 00866   1/2   +1 –1

 

Масса. В ядерной физике масса ядер и атомов измеряется в атомных единицах массы (а.е.м.). За одну атомную единицу массы принимается 1/12 часть массы атома улерода-1. Чтобы вычислить значение 1 а.е.м. в граммах, необходимо произвести простейшие расчеты:

1 а.е.м. = = 1, 660∙ 10–24 г = 1, 660∙ 10–27 кг,

где N A= 6, 022 · 1023 – число Авогадро в физической шкале.

Электрон считается материальным носителем наименьшей массы в природе: me = 9, 1∙ 10–28 г (в энергетических единицах»0, 511 МэВ).

Связь энергии частицы Е с массой m и импульсом (p = mV):

, (1.1)

где m 0– масса покоя; T – кинетическая энергия; с = 2, 998∙ 108 м/с – скорость света.

Если m 0 = 0 (например, фотоны), то

. (1.2)

В других случаях, преобразуя (1), получим:

. (1.3)

Энергия. В ядерной физике в качестве единицы энергии используется электронвольт (эВ). Один электронвольт соответствует энергии, приобретаемой или теряемой частицей с единичным электрическим зарядом (1, 6∙ 10–19 Кл – электрон, протон) при прохождении ею разности потенциалов в 1 В.:

1эВ = 1, 6 × 10–12эрг = 1, 6 × 10–19Дж,

1 а.е.м. = 1, 660 · 10-27 · (3 · 108)2 = 1, 49 · 10–10 Дж = 931, 5МэВ.

Электрический заряд. Элементарный заряд 1 е = 1, 6·10–19 Кл.

Электрический заряд элементарных частиц меняется в довольно узком диапазоне и всегда кратен элементарному заряду – заряду электрона (–1). Некоторые частицы (фотон, нейтрино) вовсе не имеют заряда.

Внутренними характеристиками (квантовыми числами) элементарных частиц являются лептонный (символ L) и барионный (символ В) заряды; эти числа считаются строго сохраняющимися величинами для всех типов фундаментальных взаимодействий. Для лептонных нейтрино и их античастиц L имеют противоположные знаки; для барионов В = 1, для соответствующих античастиц В = –1.

Магнитный момент характеризует взаимодействие частицы с магнитным полем. Для электрона:

= 1 MB = 9, 27× 10–28 Дж/Гс (магнетон Бора).

Магнитный момент нуклонов и ядер измеряется в ядерных магнетонах Бора:

1 µB = = 5, 05 × 10-31 Дж/Гс,

где mр масса протона.

Магнитный момент протона µр = +2, 793 µB, а нейтрона µ n = = –1, 913 µB. Это свидетельствует о внутреннем строении протона и нейтрона, которые по сути не являются элементарными частицами. Однако для описания явления радиоактивности не требуется привлекать сведения о внутреннем строении протонов и нейтронов.

Нейтрон (а также антинейтрон) распадается по схеме:

n → p + e - + .(1.4)

Остальные частицы, представленные в табл. 1.1, стабильны.

силовые взаимодействия. При взаимодействии элементарных частиц внутри ядер и ядер между собой наблюдаются четыре вида силовых взаимодействий:

1. Сильное взаимодействие – наиболее интенсивное взаимодействие в природе. Определяет взаимодействие нуклонов в ядре. Квантами сильного взаимодействия являются π -мезоны. Время взаимодействия (испускание и поглощение π - мезона) порядка 10‑ 23 с, расстояние порядка 10–13 см.

Электромагнитное взаимодействие в 102–103 раз слабее сильного. Участвуют все частицы, кроме нейтрино и антинейтрино. Кванты взаи­модействия – фотоны. Время взаимодействия порядка 10‑ 20 с.

3. Слабое взаимодействие примерно в 1013 раз слабее сильного. Отвечает за β -распад. Время взаимодействия порядка 10-10 с. Кванты взаимодействия – электроны (позитроны) и антинейтрино (нейтрино).

4. Гравитационное взаимодействие иногда называют сверхслабым. Квант взаимодействия – гравитон (пока не открыт).

При силовых взаимодействиях выполняются законы сохранения энергии (массы), импульса, электрического заряда, лептонного за­ряда, барионного заряда и некоторые другие.

Из закона сохранения барионного заряда следует, что количество нуклонов (протонов и нейтронов) при ядерных взаимодействиях остается постоянным, т.е. запрещаются процессы типа:

n → 2γ, (1.5)

S В = +1 ≠ 0.

Закон сохранения лептонного заряда запрещает процессы с изменением числа лептонов (электроны, позитроны, нейтрино и антинейтрино) типа:

p + e- → n + γ, (1.6)

S l = +1 ≠ 0.

Оба закона запрещают процессы типа

p + e- = H 2γ. (1.6a)

Законы сохранения не запрещает процессы типа

e- + e+ 2γ (3γ), (1.7)

S l = + 1 + (–1) =0.

n + ñ → 2γ, (1.8)

S В = +1 + (–1) = 0.

Эти процессы получили название аннигиляция. При аннигиляции электрона и позитрона выделяется энергия:

E = 2 ·me · c 2 = 2 · 5, 486 · 10-4 · 931, 5 = 1, 022 МэВ.(1.9)

При торможении позитрона происходит захват электрона и образование позитрония. Парапозитроний (спины антипараллельны), распадается на 2 фотона с энергией 0, 511 МэВ каждый, τ = = 1, 25× 10‑ 10 с. Ортопозитроний (спины параллельны) – 3 фотона, τ = = 1, 4× 10–7 с. Испускание 1 фотона невозможно, так как pγ = Eγ /c ≠ 0.

 






© 2023 :: MyLektsii.ru :: Мои Лекции
Все материалы представленные на сайте исключительно с целью ознакомления читателями и не преследуют коммерческих целей или нарушение авторских прав.
Копирование текстов разрешено только с указанием индексируемой ссылки на источник.