Квантовая физика

Узнать основные свойства элементарных частиц.
Рассмотреть изотопы водорода.
Рассмотреть законы микромира.
Рассмотреть с механизм ядерных реакций на Солнце.
Узнать свойства мезона.
Изучить строение адрона.
Наши цели

Свойства элементарных частиц
Электрон – отрицательно заряженная элементарная частица с массой ≈ 0,511 МэВ, со спином 0,5 ћ.
Протон – положительная частица с массой ≈ 938,3 МэВ(≈ 1 а.е), со спином 0,5 ћ.
Позитрон – античастица электрона. Заряд 1, масса как у электрона, спин -0,5 ћ.
Нейтрон – нейтральная элементарная частица, масса ≈ 939,6 МэВ, спин 0,5. В свободном состоянии нейтрон нестабилен и имеет время жизни около 16 мин. Вместе с протонами нейтрон образуют атомные ядра; в ядрах нейтрон стабилен.

Водород и его изотопы
У водорода три изотопа – протий, дейтерий и тритий.
H
D
T
Водород с массовым числом 1 называют легким водородом, или протием, обозначают символом Н, а его ядро называют протоном, символ р.

Дейтерий и тритий
Водород с массовым числом 2 называют тяжелым водородом, дейтерием. Для его обозначения используют символы 2Н, или D (читается «де»), ядро d — дейтрон. Радиоактивный изотоп с массовым числом 3 называют сверхтяжелым водородом, или тритием, символ 3Н или Т (читается «те»), ядро t — тритон.
Схема радиоактивности трития:
T
3He
e-
ν
p+

Законы микромира
Как известно, нейтрон в свободном состоянии распадается на протон, электрон и антинейтрино. А почему рождается пара лептонов? Разве ту энергию, что несёт антинейтрино, не может унести электрон?
Все реакции должны проходить по законам сохранения. В эти законы входят: закон сохранения энергии, электрического, лептонного, барионного заряда, и т.д…

Ядерные реакции на Солнце
Солнце, как и другие звёзды, светит благодаря термоядерным реакциям.
H
H
D
3He
H
H
4He
1.Протоны с высокой энергией сближаются. Один из них может распасться на протон, позитрон и нейтрино. Тогда образуется ядро дейтерия.
e+
ν
2.Ядро дейтерия присоединяет к себе протон, испускает мощный гамма-квант и становится ядром лёгкого гелия.
γ
3.Когда такие ядра сближаются, они могут объединиться в ядро обычного гелия, «отпустив на свободу» два протона.
Итак, в итоге последовательных превращений образуется ядро обычного гелия. Так как масса ядра гелия меньше суммы масс четырёх ядер водорода, то остаток массы переходит в энергию.

π-мезон
В ядре протоны и нейтроны обмениваются π-мезонами, сильновзаимодействующими частицами в примерно 270 раз тяжелее электрона.
В заряженном состоянии распадается на мюон и антинейтрино:
π -
Мюонное антинейтрино
μ-
В нейтральном состоянии он почти мгновенно распадается на два γ-фотона:
π 0
γ
γ

Мюон и тяжёлый лептон
Мюон очень похож на электрон, но в двести с лишним раз тяжелее. Кроме того, мюон радиоактивен, он распадается на электрон и антинейтрино:
μ-
ν
e-
Так же ведёт себя и тяжёлый лептон.
«Лепто» - с греческого «лёгкий». Но после открытия мюона и тяжёлого лептона, название «лептон» и «адрон» стали чисто условными, фактически синонимами «слабо»- и «сильновзаимодействующий».

Строение адрона, кварки
При составлении таблицы элементарных частиц в основе всех семейств предположили существование семейства кварков – частиц с зарядом меньше, чем у электрона (-⅓, +⅔, +⅔). Нуклоны состоят из трёх кварков, мезоны – из кварка и антикварка.
Почему кварки существуют только в виде адронов и не существуют в свободном состоянии? Электронным зондирующим пучком установили, что кварки обмениваются глюонами. Сила взаимодействия с расстоянием увеличивается, так как глюон начинает порождать другие глюоны.
При попытке разорвать глюонные связи образуется новый мезон:
e-
π 0
π 0