ВУЗы по физике Готовые работы по физике Как писать работы по физике Примеры решения задач по физике Решить задачу по физике онлайн

Распределение адронного заряда


2.3.8_56.wmfВопрос 2. В чем, на ваш взгляд, причина неравномерности распределения плотности заряда в тяжелых ядрах?

Вопрос 3. Для получения информации о распределении заряда в нуклонах, вообще говоря, нет противопоказаний к использованию любых заряженных частиц в качестве зондов. Идеальным зондом в настоящее время считается электрон. Почему? Чем плохи пионы для этих целей?

Вопрос 4. Как, на ваш взгляд, узнали, что закон Кулона справедлив на расстояниях вплоть до 10-18 м?

Опыты по рассеянию дают возможность изучить не только распределение электрического заряда внутри частиц, но и распределение электрического тока. Как оказалось, распределения токов в большой мере повторяют распределение зарядов.

Любопытный факт состоит в том, что электрический заряд имеется и внутри нейтрона. Распределение его подобно распределению заряда в протоне. Однако плотность заряда гораздо меньше, чем плотность заряда в протоне. Электрические свойства нейтрона определяются главным образом распределением токов.

Задача 2. Исследования распределения заряда внутри ядер показали, что толщина поверхностного переходного слоя ядра равна примерно 2,4 фм. Средний радиус связан с массовым числом A соотношением b=1,18×A1/3-0,48 фм. Объясните, почему радиус ядра пропорционален A1/3.

Эксперименты с высокоэнергичными электронами показали, что внутри протона существуют точечные заряженные частицы с зарядами и . Эти частицы были предсказаны ранее и их назвали кварками. Спин кварка равен 1/2, то есть кварки являются фермионами. В модели кварков протон состоит из трех кварков , и . Все барионы состоят не менее чем из трех кварков, а мезоны из двух. Современная физика высоких энергий предсказывает, что принципиально нельзя получить свободные кварки. Они существуют только в связанных состояниях внутри адронов.

2.3 Распределение адронного заряда

“Снаряды” для изучение распределения адронного заряда должны иметь адронный заряд. Наличие у них еще и электрического заряда не слишком искажает результаты, так как адронное взаимодействие сильнее электромагнитного. Чаще всего используются пионы. Пионы высокой энергии, а, значит, и высокой разрешающей способности, получаются при взаимодействии протона с антипротоном.

Опыт показал, что носителями адронного заряда являются кварки. Замечательно то, что в отличие от электрических зарядов, которые бывают только двух сортов (положительный и отрицательный заряды), адронных зарядов шесть: красный, синий и зеленый, плюс три соответствующих антицвета. По аналогии с электродинамикой науку об адронном взаимодействии называют хромодинамикой (“цветодинами­кой”). Переносчиком адронного взаимодействия кварков является глюон с инвариантной массой, равной нулю. Теория адронного взаимодействия оказалась чрезвычайно сложной, и до сих пор она далеко не завершена.

2.3 Распределение слабого заряда

Изучение распределения слабого заряда в элементарных частицах оказывается наиболее трудным для экспериментальной реализации. Дело в том, что слабое взаимодействие является самым слабым среди трех, играющих роль на арене элементарных частиц. Частица-зонд не должна участвовать в электромагнитном и в адронном взаимодействиях. Этими свойствами обладают только нейтрино. В силу слабости взаимодействия нейтрино с веществом, акты взаимодействия чрезвычайно редки. Земной шар для потока солнечного нейтрино более прозрачен, чем оконное стекло для света. Нужны особые ухищрения, чтобы можно было наблюдать редкие случаи взаимодействия типа
или .
В таких экспериментах научились регистрировать отдельные акты в объемах, занимающих до десятка кубометров. Для защиты от паразитных излучений лаборатории размещают в глубочайших шахтах или в пещерах, расположенных глубоко под землей.

Исследования показали, что слабый заряд в протоне есть, и он распределен, как и электрический, — экспоненциально.

3. Роль элементарных частиц в мироздании

Четыре указанных выше типа элементарных частиц: фотоны, лептоны, мезоны и барионы можно разделить на два класса элементарных частиц — бозоны и фермионы. Фотоны и мезоны являются бозонами и не обладают сохраняющимися зарядами (лептонным и барионным). По этой причине они могут рождаться и исчезать поодиночке. Эти частицы являются переносчиками взаимодействий. Фотоны и мезоны играют роль всемирного клея, скрепляющего частицы. Фотоны и мезоны — это силовые поля.

Бозоны обладают важным свойством — чем больше бозонов находится в одном и том же состоянии, тем более вероятно в это же состояние перейти новым бозонам. Макроскопическими проявлениями этого свойства являются сверхпроводимость, сверхтекучесть и действие лазера.

В отличие от бозонов два или более фермионов не могут находиться в одном и том же состоянии. В этом суть принципа запрета (или принципа Паули). Фермионами являются лептоны и барионы. Принцип запрета приводит к существующему в природе закону распределения электронов в атомах и через него — к огромному разнообразию химических элементов. Из-за принципа запрета все электроны в атоме не собираются на самом нижнем уровне. При переходе от атома к атому со все большим порядковым номером происходит последовательное заполнение электронных уровней, атомы делаются все большими и большими. Та же картина имеет место в распределении нуклонов в ядрах по уровням. Принцип запрета придает многочастичной системе “жесткость” по отношению к попыткам уменьшения ее размеров — по сути “пустой” атом очень трудно сжать! Фермионы являются строительным материалом. Они придают миру “вещественность”, “осязаемость”.

Вопрос 5. В обменной модели электрон является переносчиком внутримолекулярного взаимодействия, приводящего к ковалентной связи. Почему же фундаментальные взаимодействия, подобно ковалентной связи, не могут переноситься лептонами или барионами? В чем отличие ковалентной связи от любого фундаментального взаимодействия?

4. Домашнее задание

4.2 Решение задач

Задача 1. Распределение электронного заряда в атоме решили исследовать с помощью рассеяния фотонов на атомах.
а) Какую энергию должны иметь рассеиваемые фотоны?
б) Чем плох такой проект исследования?

Задача 2. Как ориентированы спины у кварков внутри мезонов? внутри нуклонов?

физические постоянные

Скорость света в вакууме с

2,99792458×108 м/с

Постоянная Больцмана k

1,380662×10-23 Дж/К=
=8,61735
×10-5 эВ/К

Число Авогадро NA

6,022045×1023 моль-1

Атомная единица массы (а. е.м.)

1,65970×10-27 кг = 931,5016 МэВ

1 электронвольт (эВ)

1,6021892×10-19 Дж

1 мегаэлектронвольт (МэВ)

1,6021892×10-13 Дж

Масса электрона me

9,109534×10-31 кг = 0,5110034 МэВ

Масса протона mp

1,6725×10-27 кг = 1836,15152 me =
= 938,2796 МэВ = 1,00727647 а. е.м.

Разность масс нейтрона и протона

mn-mp

1,29343±0,00004 МэВ

Постоянная Планка ћ

1,0545887×10-34 Дж×с

ћc

3,1616×10-26 Дж×м = 197,3 МэВ×фм

Заряд электрона

1,6021892×10-19 Кл

Комптоновская длина волны электрона

3,8615905×10-13 м

Комптоновская длина волны протона

2,103089×10-16 м

Магнетон Бора

9,274078×10-24 Дж/Тл

Ядерный магнетон

5,0508×10-27 Дж/Тл

Постоянная тонкой структуры a

Масса нейтрального пиона

135 МэВ

Масса заряженного пиона

139,6 МэВ

1 ферми

Наташа

Автор

Наташа — контент-маркетолог и блогер, но все это не мешает ей оставаться адекватным человеком. Верит во все цвета радуги и не верит в теорию всемирного заговора. Увлекается «нефрохиромантией» и тайно мечтает воссоздать дома Александрийскую библиотеку.

Другие статьи


Распродажа дипломных

Скидка 30% по промокоду Diplom2020

А ты боишься COVID-19?

Пройди опрос и получи промокод