18 окт 2019
Презентация на тему: Физика атома, атомного ядра и элементарных частиц
Типы взаимодействий и классификация элементарных частиц. Античастицы. Виртуальные частицы. Диаграммы Фейнмана.
Виды фундаментальных взаимодействий
Классы элементарных частиц Фотон (участвует только в электромагнитных взаимодействиях) Лептоны (участвуют в слабых взаимодействиях, Классы элементарных частиц Фотон (участвует только в электромагнитных взаимодействиях) Лептоны (участвуют в слабых взаимодействиях, а также в электромагнитных, если есть электрический заряд, и не участвуют в сильных взаимодействиях) Адроны (участвуют во всех видах взаимодействий: слабых, электромагнитных и сильных) Адроны делятся на – Барионы – Мезоны
Лептоны: Некоторые барионы: Некоторые мезоны:
Адронов в настоящее время известно несколько сотен; они, в свою очередь, делятся на барионы и мезоны. К барионам принадлежат протон, нейтрон и все гипероны. К мезонам принадлежат, в частности, пи-мезоны, К-мезоны, эта-мезоны, ро-мезоны и др. Мю-мезон, хотя и назван мезоном, принадлежит, как указано выше, к классу лептонов, поэтому в настоящее время его чаще называют сокращенно мюоном. Каждый адрон характеризуется определенным квантовым числом, называемым барионным зарядом B. Все барионы имеют барионный заряд, равный +1; все античастицы барионов (антипротон, антинейтрон и др. ) имеют барионный заряд равный -1. Барионный заряд всех мезонов равен нулю.
Адроны состоят из кварков. Барионы состоят из трех кварков, а мезоны - из двух кварков, точнее, из одного кварка и одного антикварка. Свойства кварков и структура некоторых адронов приведены ниже. Структура лептонов и кварков в настоящее время неизвестна, и на нынешнем этапе физики элементарных частиц они считаются точечными.
У каждой элементарной частицы есть своя античастица (экспериментальный факт). У частицы и античастицы массы, спины, времена жизни одинаковы, а прочие характеристики (электрический заряд, барионный заряд, лептонные заряды) одинаковы по абсолютной величине, но противоположны по знаку. В некоторых случаях частица совпадает со своей античастицей, в таком случае частица называется истинно нейтральной. Таких частиц немного, на сегодняшний день надежно установлено, что истинно нейтральными являются фотон, пи-ноль мезон, эта-ноль мезон.
Существование античастиц было впервые предсказано П. Дираком в 1931 г Соотношение между энергией, импульсом Существование античастиц было впервые предсказано П. Дираком в 1931 г Соотношение между энергией, импульсом и мас-сой имеет вид: Поэтому для энергии можно записать: В классической механике для энергии всегда выбирают знак +, так что при p = 0 энергия E = m 0 c 2. Движение с отрицательной кинетической энергией считается не имеющим физического смысла.
Интерпретация П. Дирака Если выбрать знак Интерпретация П. Дирака Если выбрать знак "минус", то при p = 0 получим E = -m 0 c 2, что можно интерпретировать как отрицательную массу. При увеличении импульса энергия уменьшается, и может стать как угодно малой. Интервал значений от E= -m 0 c 2 до E = +m 0 c 2 не может быть получен ни при каком значении p, и, следовательно, является запрещенным.
Согласно гипотезе П. Дирака, состояния с отрицательной энергией существуют, и т. к. им соответствуют минимальные значения энергии, они полностью заполнены электронами, так что образуется сплошной фон ("море") ненаблюдаемых электронов с отрицательными энергиями и массами. Если какой-то из этих электронов получит энергию, достаточную для преодоления запрещенной зоны, он попадет в верхнюю область, а в нижней зоне возникнет "дырка". Т. к. в сплошном фоне электронов с отрицательными электрическими зарядами и отрицательными массами будет не хватать одного электрона, то дырка будет вести себя как частица, с положительной массой и зарядом, которые по абсолютной величине в точности равны массе и заряду электрона.
Интерпретация Р. Фейнмана Состояние с отрицательной энергией можно трактовать по-другому. Пусть частица движется в положительном направлении x, имеет положительный импульс p и положительную энергию E+. Волновая функция этой частицы имеет вид (для постоянной фазы px - E+t = const координата т. е. частица действительно движется вдоль x в положительном направлении).
Для состояния с отрицательной энергией волновая функция имеет вид: и для постоянной фазы т. е. можно считать, что частица с отрицательной энергией - это частица с положительной энергией, но движущаяся назад по времени.
При этом по формуле Лоренца т. е. движение частицы с зарядом q вперед по времени удовлетворяет тому же уравнению, что и движение частицы с зарядом -q назад по времени. Другими словами, частица с зарядом -q и отрицательной энергией ведет себя как частица с зарядом +q и положительной энергией, т. е как античастица. Эта интерпретация совершенно естественным образом объясняет факт тождественности всех характеристик частиц и античастиц (массы, спина, магнитного момента и т. д. ).
Виртуальные частицы Частицы, для которых нарушена правильная связь между энергией и импульсом: называются виртуальными. Для описания процессов в физике элементарных частиц часто применяются квантовые схемы, которые называются диаграммами Фейнмана. На этих схемах движение элементарных частиц изображается непрерывными линиями, а взаимодействия - условными обозначениями с указанием виртуальных частиц - переносчиков взаимодействий.
Условные обозначения фундаментальных взаимодействий (диаграммы Фейнмана) Сильное Электромагнит. Слабое Гравитационное Условные обозначения фундаментальных взаимодействий (диаграммы Фейнмана) Сильное Электромагнит. Слабое Гравитационное
получила снимки атома водорода. На этих изображениях, полученных при помощи фотоионизационного микроскопа, видно распределение электронной плотности, которое полностью совпадает с результатами теоретических
популярно и подробнее https://lenta.ru/news/2013/05/27/atom/ Вы ведь свой головной мозг тоже не видели, но доверяете рентгеновскому снимку! Примечание: конечно нельзя судить о видимости по трекам, т.к. это как пуля в цилиндре радиусом в 10км.расчетов. Работа международной группы представлена на страницах Physical Review Letters. Суть фотоионизационного метода заключается в последовательной ионизации атомов водорода, то есть в отрывании от них электрона за счет электромагнитного облучения. Отделившиеся электроны направляются на
чувствительную матрицу через положительно заряженное кольцо, причем положение электрона в момент столкновения с матрицей отражает положение
электрона в момент ионизации атома. Заряженное кольцо, отклоняющее электроны в сторону, играет роль линзы и с его помощью изображение увеличивается в миллионы раз...."