Элементарная Вселенная

Элементарные частицы
Составные
(Адроны)
Бесструктурные
(Фундаментальные)
Лептоны
Кварки
Переносчики взаимодействий
Барионы
Мезоны

Фундаментальные частицы
БОЗОНЫ
(S=0; Ћ; 2Ћ; …)
ФЕРМИОНЫ
(S=Ћ/2; 3Ћ/2; …)
Фотон (γ), π+ - мезон
Электрон (е), протон (р), нейтрон (n)

Шатьендранат Бозе,
1894-1974,
индийский физик
Энрико Ферми ,
1901-1954,
итальянский физик

Принцип Паули
В одном и том же энергетическом состоянии могут находиться не более двух фермионов с противоположными спинами

Античастицы
Карл Андерсон, 1932 г.

Аннигиляция
e- + e+ 2 γ
E = 2mc2 = 1,02 МэВ

Характеристики лептонов
Количество – 12
Электрон + электронное нейтрино
Мюон + мюонное нейтрино 6
Таон + таонное нейтрино
+6 античастиц

Лептонный заряд
Участвуют в слабом взаимодействии – обладают лептонным зарядом
L = 1 для лептонов
L = -1 для антилептонов
L = 0 для не лептонов
n p + e- + 00ν̃ Не лептоны n и p
Лептоны e- и 00ν̃
0 = 0 + 1 + (-1) - верное равенство
Закон сохранения лептонного заряда

Слабое взаимодействие
Радиус взаимодействия 10-18 м
Переносчики взаимодействия:
W-
W+ векторные бозоны (вионы)
Z0
1956 г. Д. Швингер
1961 г. Ш. Глэшоу
Теоретически предсказали
m ≈ 200 ГэВ
1983 г. К. Руббио и С. Ван дер Меер
Определили их массы экспериментально

Открытие нейтрино
1930 г. В. Паули : «Закон сохранения энергии нарушается?»
n p + e- + ? «нейтрон»
1932 г. Э.Ферми - «нейтрино» - 00ν
Свойства нейтрино
Электрический заряд равен 0
Масса составляет менее 1/20 000 массы электрона
Участвует в слабом взаимодействии
Длина свободного пробега 1019 м (1000 св.лет)
Спин направлен противоположно скорости движения

Ф.Райнес и Ч.Коуэн в 1956 году
В качестве источника нейтрино Райнес и Коуэн использовали ядерный реактор – самый мощный источник нейтрино на Земле. Использовалась реакция обратного ß-распада, в результате которой рождается позитрон и нейтрон.

Установка состояла из двух полиэтиленовых баков с водой, объемом по 200 л. В воду добавлялась соль кадмия для увеличения эффективности захвата нейтрона.
Гамма-кванты, образуемые при аннигиляции позитрона и после захвата нейтрона регистрировались в резервуарах, наполненных жидким сцинтиллятором. Установка была окружена защитой из парафина и свинца.

Классификация адронов
Бозоны, участвующие в сильном взаимодействии
Фермионы, участвующие в сильном взаимодействии

Структура адронов
1963 г. М. Геллман и Д.Цвейг
Гипотеза : «Нуклоны состоят из 3 электрически заряженных частиц - кварков»
1969 г. экспериментальное подтверждение кварковой структуры нуклонов

Нейтрон
Протон

Характеристики кварков
Относятся к фермионам (s = ½)
Электрические заряды q = +⅔ e (u – кварк) и q = -⅓ e (d – кварк )
Масса кварков m = ⅓ mp
Барионный заряд – свойство частиц участвовать в сильном взаимодействии
Для барионов В = 1 или В = ⅓ для кварков или В = А для ядер атомов
Для антибарионов В = -1
Для не барионов В = 0
n p + e- + 00ν̃ (1=1+0+0) – верное равенство
Закон сохранения барионного заряда

Ароматы кварков

Структура мезонов
Состоят из 2 кварков: кварка и антикварка
У мезона s=0
У кварка s = ½, у антикварка s = -½

Взаимодействие кварков
Δ++
U
U
U

Цветовой заряд
Характеристика взаимодействия кварков
Три типа цветового заряда
Красный
Синий
Зелёный
Цветовой заряд адронов равен 0 – (адроны бесцветны)
Антикварки имеют антицвет – антикрасный, антисиний, антизелёный
Полное число кварков - 36

Свойства кварков

Взаимодействие кварков
Участвуют в сильном взаимодействии
Переносчик взаимодействия кварков – глюон
Глюон переносит цветовой заряд цвет-антицвет
Количество глюонов – 8=6(цв) + 2(бесцв)
(красный-антисиний, красный-антизелёный, синий-антикрасный, синий-антизелёный, зелёный-антикрасный, зелёный-антисиний)

Особенности взаимодействия кварков
При сильном взаимодействии поглощение и излучение глюона изменяет цвет, но не аромат кварка
При слабом взаимодействии изменяется аромат кварка (нейтрон превращается в протон), но цветовой заряд кварка не изменяется

Бозон Хиггса – «частица Бога»

Большой адронный коллайдер – крупнейшая в мире установка для ускорения, накопления и столкновения пучков частиц сверхвысоких энергий .
Длина вакуумного кольца, в котором будут ускоряться частицы, - 27 км
Индукция магнитного поля, удерживающего частицы внутри кольца, - 10Тл
Температура внутри кольца –
-271°С
Сила тока в сверхпроводящем кабеле – 1, 8 млн. А
Большой адронный коллайдер
http://www.youtube.com/watch?v=ABVQoSPA0iE