1 + 1 + 0 - PPt4WEB.ru

Лекция 1.2
«Элементарные частицы»
1. Основные закономерности в физике частиц
2. Сохранения обобщенных зарядов
3. Характеристик разных классов частиц
4. Частицы-резонансы
5. Модель кварков
6. Кварковые состояния нуклонов
7. Кварковые состояния мезонов
8. Глюоны
9. Поиск кварков
10. Характеристики стандартной модели.
Сохранения обобщенных зарядов: Z, L, B, S
Полный электрический заряд
γ + Ze  e+ + e- + Ze ;
Z: Z= +1 - 1 + Z
Полный лептонный заряд
n  p  e 


e ,   , vе , v
Лептоны: (L=+1)
L: 0 = 0 + 1 + (-1)
Полный барионный заряд
р  , n,..
p  O
B: 1 + 16 = 4 + [13]

16
8

X
Барионы: (B=+1)
X 
13
7
N
Странность
p   p   0  K   p 
S: 0 + 0 = -1 + 1 + 0
e

Основные закономерности в физике частиц
Способность рождаться в процессе взаимодействия
e + p+   +e + p+
Способность видоизменяться
n  p   e _ 
Сохранения обобщенных зарядов:
Z, В, L
Энергетический порог рождения новой частицы (mx)
m1 + m2  m3 + m 4 + mx
min
1
T

( m f c 2 ) 2
 ( mi c 2 ) 2
f
i
2m2 с 2
мишень
1
2
мишень
f
Лептоны
частица
mc2,
МэВ
S
тип
вз-я
Z
B
L
S
античастицы
части
B L
Z
S
-ца
γ
гаммаквант
0
1
-
e
электрон
0,5
1/ 2
νe
нейтрино
0
1/ 2
μ-
мюон
102
1/ 2
νμ
нейтрино
0
1/ 2
…
0
0
0
0
нет
Лептоны
-1
э/м
слабое
0
слабое
0
+1
0
e+
+1
0
-1 0
0
+1е
0
e
0
0
-1 0
-1
0
+1
0
μ+
+1
0
-1 0
0
0
+1μ
0

+1
0
-1 0
эл/магн
э/м
слабое
слабое
Пи-мезоны
частица
mc2,
МэВ
тип
вз-я
S
Z
B
L
S
античастицы
части
Z
B L
S
-ца
140
0
+
π
пи-плюс
мезон
0
135
0
π
пи-ноль
мезон
пи-минус
мезон
140
0
π…
Мезоны
сильное +1
э/м
слабое
сильное 0
э/м
слабое
сильное 0
э/м
слабое
0
0
0
π-
-1
0
0
0
0
0
0
π0
0
0
0
0
0
0
0
π+
+1
0
0
0
Барионы
частица
mc2,
МэВ
S
тип
вз-я
Z
B
L
S
античастицы
части
Z
B L
S
-ца
n
нейтрон
939,6
1/ 2
p+
протон
938, 3
1/ 2
…
Барионы
сильное 0
1
э/м
слабое
сильное +1 +1
э/м
слабое
0
0
n
0
-1
0
0
0
0 p
-1
-1
0
0
Сохранения обобщенных зарядов в разных
типах взаимодействий
Взаимодействие
Δz
ΔВ
ΔL
ΔI
ΔS
Сильное
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
Эл/магнитное
Слабое
Каскадный
распад
гиперона
(ΔS=-1)
0
Ω- 
S=-3
В замкнутой системе алгебраическая сумма
отдельных типов «зарядов» сохраняется
0, ± 1
Ξ - + π0
|S=-2
 Λ0 + π –
|S=-1
 p+ + π –
Частицы- резонансы

   
0
1
N
Детектор
2
П+
эксперимент.
P
M
П–
M
из формулы (*)
статистические
события
Детектор
p  p   p   знаем из эксперимента
E  E   E   вычисляем, где E  
E   вычисляется аналогично
 
M  c  E  p с
2
2
2
 p с  m с  ,
2

2

2
Модель кварков
Квантовые числа кварков B, Z, S
кварк
Bq
Zq
S(странность)
Sq
u
d
s
+1/3
+1/3
+1/3
+2/3
-1/3
-1/3
0
0
-1
1/ 2
1/ 2
1/ 2
 uud 
Кварковый состав протона (qqq)
Кварковый состав
Кварковый состав


- мезона (
ud
Ω -гиперона
1 1 1
  
2 2 2
)
(qqq)
   sss 
Цветные кварки: зеленый, синий, красный
физические частицы -
бесцветные
1 1 1
  
2 2 2
Глюоны
Глюоны – переносчики взаимодействия между кварками
glu – клей
P
q1
кварки в свободном состоянии
q2
q3
глюон
принципиально не наблюдаемы
(модель конфайнмента).
F
Взаимодействие между кварками возрастает с расстоянием
подобно растянутой пружине. Отдельные кварки невозможно
“вытащить” за пределы протона.
Поиск свободных кварков:
 dE 


dx

ион
2
zчаст
2
1
дробный заряд Z q   e;  e
3
3
 dE 


 dx q
 dE 


 dx  p
1/ 3e   1/ 9
e2
2
Свободных кварков нет !
Косвенные эксперименты «наблюдения» кварков
Рассеяние быстрых электронов на
нуклонах.
Рассеяние α-частиц на ядрах.
Ядро-точка
N
q1
е–
нуклон
q2
q3
е–
тяжелые точечные
частицы кварки
отклонение
атом
10 -12
На ядрах атомов наблюдались отклонения α-частиц на большие
углы – ядро точечное в масштабе атома. Аналогичное
распределение по переданным 4-импульсам было при e-p
рассеянии. Для зондирования структуры протона использовался
пучек высокоэнергичных электронов e  RN
. Происходило
рассеяние на точечных частях (кварках) нуклона.
Характеристики стандартной модели
1974 – 1995 г.г.
Существует две группы (по шесть штук) фундаментальных
точечных частиц: лептонов и кварков - из которых строятся
все другие частицы
1
2
3
4
5
6
е
μ
τ
νе
νμ
ντ
лептоны
электрон
мюон
тау-лептон
нейтрино электронное
нейтрино мюонное
тау-нейтрино
кварки
u
d
s
c
b
t
up
down
strange
charm
bottom (beauty)
top
Характеристики стандартной модели
Характеристики кварков
кварки:
Zq – заряд
I - изотоп спин
I3 – проекция изотоп спина
S - странность
C - чарм
В – прелесть
T - топ
mc2, ГэВ
d
u
s
c
b
t
-1/3
1/2
-1/2
0
0
0
0
0,33
+2/3
1/2
1/2
0
0
0
0
0,33
-1/3
0
0
-1
0
0
0
0,51
+2/3
0
0
0
-1
0
0
1,8
-1/3
0
0
0
0
-1
0
5,0
+2/3
0
0
0
0
0
-1
180
Взаимодействие
переносчик
Сильное
Эл/магнитное
Слабое
g - (несколько разных глюонов – 8 шт.)
γ – (гамма-квант)
W -, W + , Z 0 - бозоны