Частицы и античастицы. аннигиляция

Фундаментальные и составные частицы. Их характеристики.

Cоставная частица (элементарная частица)— собирательный термин, относящийся к микрообъектам в субъядерном масштабе, которые невозможно расщепить на составные части. Составные частицы — протон, нейтрон и т. д. имеют сложную внутреннюю структуру, но, тем не менее, по современным представлениям, разделить их на части невозможно

адроны — частицы, участвующие во всех видах фундаментальных взаимодействий. Они состоят из кварков и подразделяются, в свою очередь, на:

мезоны — адроны с целым спином, то есть являющиеся бозонами;

барионы — адроны с полуцелым спином, то есть фермионы. К ним, в частности, относятся частицы, составляющие ядро атома, — протон и нейтрон.

Протон – элементарная частица, обладающая положительным элементарным электрическим зарядом. Электрические заряды протона и электрона равны по модулю и противоположны по знаку. Масса покоя протона кг, что в 1837 раз больше массы электрона.

Нейтрон – элементарная частица, не обладающая электрическим зарядом (электрически нейтральная). Масса покоя нейтрона кг, что немногим больше массы протона.

Фундаментальная частица — бесструктурная элементарная частица, которую до настоящего времени не удалось описать как составную. В настоящее время термин применяется преимущественно для лептонов и кварков

лептоны — фермионы, которые имеют вид точечных частиц (т. е. не состоящих ни из чего) вплоть до масштабов порядка 10⁻¹⁸ м. Не участвуют в сильных взаимодействиях. Участие в электромагнитных взаимодействиях экспериментально наблюдалось только для заряженных лептонов (электроны, мюоны, тау-лептоны) и не наблюдалось для нейтрино. Известны 6 типов лептонов.

кварки — дробнозаряженные частицы, входящие в состав адронов. В свободном состоянии не наблюдались. Как и лептоны, считаются бесструктурными, однако, в отличие от лептонов, участвуют в сильном взаимодействии.

калибровочные бозоны — частицы, посредством обмена которыми осуществляются взаимодействия

Спиновое квантовое число. Бозоны и фермионы. Принцип запрета.

СПИН элементарной частицы - собственный момент импульса элементарных частиц, Спин принято измерять в единицах ћ (h перечеркнутое), где , h- постоянная Планка

Частицы с целыми спинами называютсяБОЗОНАМИ.

Все бозоны являются «коллективистами»: в каждом квантовом состоянии может находиться любое число бозонов. Все бозоны являются частицами – квантами – какого-нибудь поля. Из всех бозонов самыми распространенными во Вселенной являются фотоны.

Частицы с полуцелыми спинами называютсяФЕРМИОНАМИ.

Все фермионы являются «индивидуалистами». Фермионы подчиняютсяпринципу запрета (принципу Паули): в каждом квантовом состоянии может находиться только один фермион. Все фермионы являются частицами вещества.

Именно благодаря совместному действию двух принципов: принципа минимума энергии и принципа запрета, – в нашем мире существует многообразие веществ.

Лептоны. Электрический и лептонные заряды.

ЛЕПТОНЫ- элементарные частицы, не участвующие в сильном взаимодействии и умеющие спин 1/2, т.е. являющиеся фермионами.

Все лептоны обладают особым внутренним свойством, делающим их собственно лептонами. Это свойство называется лептонным зарядом, который обозначается буквой L. У частиц, не являющихся лептонами, лептонный заряд равен нулю.

Электрический заряд – это физическая величина, характеризующая свойство частиц или тел вступать в электромагнитные силовые взаимодействия.

Кварки и барионы. Электрический и барионный заряды. Кварковый состав протона и нейтрона.

Барионный заряд- одна из внутр. характеристик элем. ч-ц, отличная от нуля для барионов и равная нулю для всех остальных ч-ц. Б. з. барионов полагают равным единице, а антибарионов — минус единице. Обозначается буквой B. Барионный заряд любого кварка равен 1/3. У всех лептонов барионный заряд равен нулю. Электрический заряд у нейтральных лептонов равен 0, у заряженных -1.

Кварк — фундаментальная частица в стандартной модели, обладающая электрическим зарядом, кратным e/3, и не наблюдающаяся в свободном состоянии.

Барионы - семейство элементарных частиц, сильно взаимодействующие фермионы, состоящие из трёх кварков. Барионы вместе с мезонами (последние состоят из чётного числа кварков) составляют группу элементарных частиц, участвующих в сильном взаимодействии и называемых адронами.

Нуклоны имеют кварковый состав uud (протон) и udd (нейтрон). Их спин равен 1/2, странность нулевая. Вместе со своими короткоживущими возбуждёнными состояниями нуклоны относятся к группе N-барионов.

Частицы и античастицы. Аннигиляция.

Все элементарные частицы обладают целым набором внутренних свойств, определяющим само существование этой частицы и ее индивидуальность. Масса покоя, время жизни, электрический заряд относятся к этим свойствам. Некоторые внутренние свойства также называются различными зарядами. Отсутствие какого-нибудь из этих свойств выражается в равенстве нулю соответствующего заряда.

Практически у каждой элементарной частицы есть своя античастица, которая имеет те же массу покоя, время жизни и спин, но отличается знаками электрического и всех других зарядов. Спин античастицы имеет противоположную ориентацию в пространстве.

Важнейшим свойством родственных частиц и античастиц является их способность к аннигиляции, то есть к взаимному уничтожению при встрече. При этом вместо «исчезнувших» частиц появляются совсем другие частицы – частицы поля. Так например, аннигиляция электрона и позитрона сопровождается «рождением» двух фотонов (γ ):