Моделирование в физике элементарных частиц (стр. 5 из 13)
Дело в том, что численные значения для масс и энергий нуклонов являются средними значениями масс и энергий за сравнительно большой, по сравнению со временем обмена, промежуток времени.
Таким образом, среднее значение, массы нейтрона равно 1838,6 электронных массы. Произведение массы нейтрона на квадрат скорости света определит его энергию в 939,5Мэв. Так как промежуток времени между актами взаимодействия очень мал, то, следовательно, на некоторые мгновения масса, соответственно энергия, нуклонов может превышать свое среднее значение.
Промежуток времени между испусканием и поглощением p-мезона равен 4,7×10-24с. На это короткое время энергия как бы заимствуется из собственных ресурсов нуклонов.
На какое же расстояние может удалится p-мезон за время 4,7×10-24с, двигаясь со скоростью, близкой к скорости света. Это будет расстояние, равное радиусу действия ядерных сил – 1,4×10-15м, или 1,4 ферми[2]. Суммируя все сказанное, можно записать процессы, происходящие в ядре в виде следующих реакций:
Протон распадается на нейтрон и p+-мезон:
p « n + p+
Нейтрон распадается на протон и p--мезон:
n « p + p-
Кроме того, оба они могут испускать p0-мезоны:
p « p + p0
n « n + p0
Эти первичные взаимодействия частиц с мезонным полем могут стать причиной взаимодействия между частицами. Так, взаимодействие нейтрона с протоном в этой схеме изобразится следующим образом:
p + n « n + p+ + n « n + p
и для двух нейтронов:
n + n « n + p0 + n « n + n.
2.3 Элементарные частицы и фундаментальные взаимодействия
В настоящее время известно сотни субъядерных частиц, которые принято называть элементарными. Подавляющее большинство этих частиц являются нестабильными. Исключение составляют лишь фотон, электрон, протон, нейтрино.
| Группа | Название частицы | Символ | Масса (в массах электрона) | Эл. заряд | Спин | Время жизни | ||
| Частица | Анитичастица | |||||||
| Фотоны | Фотон | Г | 0 | 0 | 1 | Стабилен | ||
| Лептоны | Нейтрино электронное |  |  | 0 | 0 | ½ | Стабильно | |
| Нейтрино мюонное |  |  | 0 | 0 | ½ | Стабильно | ||
| Электрон | e- | e+ | 1 | -1 1 | ½ | Стабилен | ||
| Адроны | Мезоны | Мю-мезон (мюон) | m- | m+ | 206,8 | -1 1 | ½ | 2,2×10-6 |
| Пи-мезон (пион) | p0 | 264,1 | 0 | 0 | 0,87×10-16 | |||
| p+ | p- | 273,1 | 1 -1 | 0 | 2,6×10-8 | |||
| К-мезон | K+ | K- | 966,4 | 1 -1 | 0 | 1,24×10-8 | ||
| K0 |  | 974,1 | 0 | 0 | 10-10-108 | |||
| Эта-нуль-мезон |  | 1074 | 0 | 0 | 10-18 | |||
| Барионы | Протон | p |  | 1836,1 | 1 -1 | ½ | Стабилен | |
| Нейтрон | n |  | 1838,6 | 0 | ½ | 898 | ||
| Лямбда-гиперон | L0 |  | 2183,1 | 0 | ½ | 2,63×10-10 | ||
| Сигма-гипероны | S+ |  | 2327,6 | 1 -1 | ½ | 0,8×10-10 | ||
| S0 |  | 2333,6 | 0 | ½ | 7,4×10-20 | |||
| S- |  | 2343,1 | -1 1 | ½ | 1,48×10-10 | |||
| Кси-гипероны |  0 |  | 2572,8 | 0 | ½ | 2,9×10-10 | ||
| - |  | 2585,6 | -1 1 | ½ | 1,64×10-10 | |||
| Омега-минус-гиперон | |  | 3273 | -1 1 | ½ | 0,82×10-11 | ||
В таблице представлены некоторые сведения о свойствах частиц с временем жизни более 10–20 с. Из многих свойств, характеризующих элементарную частицу, в здесь указаны масса частицы (в массах электрона), электрический заряд (в единицах элементарного заряда), момент импульса в единицах постоянной Планка ħ = h/2π и среднее время жизни частицы.
К группе фотонов относится единственная частица – фотон, которая является носителем электромагнитного взаимодействия.
Следующая группа состоит из наиболее легких частиц лептонов. В эту группу входят два сорта нейтрино (электронное и мюонное), электрон и μ-мезон. К лептонам относятся еще ряд частиц, не указанных в таблице. Все лептоны имеют спин ½, обладают лептонным зарядом и не имеют барионного заряда.
Третью большую группу составляют тяжелые частицы, называемые адронами, участвующие в сильных взаимодействиях. Эта группа делится на две подгруппы. Более легкие составляют подгруппу мезонов. Наиболее легкие из них – положительно и отрицательно заряженные, а также нейтральные π-мезоны с массами порядка 250 электронных масс. Пионы являются квантами ядерного поля, подобно тому, как фотоны являются квантами электромагнитного поля. В эту подгруппу входят также четыре K-мезона и один η0-мезон. Все мезоны имеют спин, равный 0. Вторая подгруппа – барионы – включает более тяжелые частицы. Она является наиболее обширной. Самыми легкими из барионов являются нуклоны – протоны и нейтроны. За ними следуют так называемые гипероны. Замыкает таблицу омега-минус-гиперон, открытый в 1964 г. Это тяжелая частица с массой в 3273 электронных масс.
Фундаментальные взаимодействия элементарных частиц.
Процессы, в которых участвуют различные элементарные частицы, бесчисленны и сильно отличаются по характерным временам их протекания и энергиям. По современным представлениям, в природе есть четыре типа взаимодействий, которые не могут быть сведены к другим: сильное, электромагнитное, слабое и гравитационное. Их и называют фундаментальными.