Кваркова модель будови елементарних частинок
Розгляд кваркової моделі будови частинок, вивчення поняття кварків та їх властивостей. Аналіз гіпотези про існування кварків. Кваркова модель мезонів та баріонів, історія їх відкриття та взаємодія між собою. Основні положення квантової хромодинаміки.
Рубрика | Физика и энергетика |
Вид | реферат |
Язык | украинский |
Дата добавления | 26.04.2014 |
Размер файла | 133,0 K |
Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже
Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.
Размещено на http://www.allbest.ru/
Вступ
Ця курсова робота присвячується вивченню кваркової моделі, яка пояснює не тільки систематику, а й динаміку адронів. Вона призводить до маси виправдовуючих передбачень і в даний час вважається загальновизнаною.
Актуальність даної проблематики обумовлена прагненням людини зрозуміти устрій світу і пояснити навколишні його явища. В даний час створена теорія, так звана квантова хромодинаміка, що описує поведінку кваркових систем.
Метою роботи є вивчення кваркової моделі будови елементарних частинок, що передбачає вирішення наступних завдань:
· розглянути кваркової моделі будови частинок;
· дізнатися основні положення квантової хромодинаміки.
1. Кварки, властивості кварків
кварк модель хромодинаміка
Кварки - фундаментальні частинки, з яких за сучасними уявленнями складаються адрони, зокрема протони та нейтрони. На сьогодні відомо 6 сортів (їх прийнято називати «ароматами») кварків: d,u,s,c,b і t.
Кварки мають спін 1/2h де h - зведена стала Планка, та дробовий електричний заряд. Кожен кварк має також один з трьох кольорів (ще одне квантове число, подібно до спіну чи аромату). Кожному з шести кварків відповідає своя античастинка - антикварк.
На відміну від інших елементарних частинок, кварки мають не цілий, а дробовий електричний заряд кратний 1/3 елементарного заряду.
Усім кваркам, крім d та u, приписується певне ароматове квантове число (ароматовий заряд): дивність, чарівність, красу та правдивість. За абсолютною величиною цей заряд приймається рівним 1, а знак прийнято вибирати таким, як і знак електричного заряду кварка.
Ізоспін кварків дорівнює 1/2, а отже його проекція, в залежності від аромату кварка, може приймати два значення: -1/2 та +1/2.
Кварки можна згрупувати у три покоління. До кожного покоління належать два кварки, які мають протилежні за знаком проекції ізоспіну, один з них має заряд -1/3, а другий +2/3.
Кваркам приписується також баріонний заряд величиною 1/3, антикваркам, відповідно, -1/3. Таким чином, баріони, що складаються з трьох кварків, мають баріонний заряд 1, їхні античастинки, що складаються з трьох антикварків, -1, а мезони, що складаються з кварка і антикварка, мають баріонний заряд 0.
За масою розрізняють легкі: d,u,s та важкі: c,b і t кварки.
Позначення та назва |
елек- тричний заряд |
Ароматові квантові числа |
проекція ізоспіну |
баріонний заряд |
маса |
|||||
див- ність |
чарів- ність |
краса |
прав- дивість |
|||||||
Перше покоління |
||||||||||
d |
нижній (down) |
?1/3 |
0 |
0 |
0 |
0 |
?1/2 |
1/3 |
~ 5 МеВ |
|
u |
верхній (up) |
+2/3 |
0 |
0 |
0 |
0 |
1/2 |
1/3 |
~ 3 МеВ |
|
Друге покоління |
||||||||||
s |
дивний (strange) |
?1/3 |
? 1 |
0 |
0 |
0 |
?1/2 |
1/3 |
120 МеВ |
|
c |
чарівний (charm) |
+2/3 |
0 |
1 |
0 |
0 |
1/2 |
1/3 |
1.8 ГеВ |
|
Третє покоління |
||||||||||
b |
красивий (beauty, bottom) |
?1/3 |
0 |
0 |
?1 |
0 |
?1/2 |
1/3 |
4.5 ГеВ |
|
t |
правдивий (true, top) |
+2/3 |
0 |
0 |
0 |
1 |
1/2 |
1/3 |
175 ГеВ |
Кожному кварку відповідає антикварк, що має протилежний за знаком електричний заряд, ароматове число, проекцію ізоспіну та баріонний заряд ?1/3
2. Гіпотеза про існування кварків
В останні роки дуже великого успіху досягла класифікація адронів на основі кваркової моделі. Кварки були придумані в 1964 р. американськими фізиками Гелл-Маном і незалежно від нього Цвейг для пояснення існуючої в природі симетрії у властивостях сильновзаємодіючих частинок - адронів.
Відповідно до цієї моделі, будь - який адрон складається з трьох кварків з досить незвичайними властивостями. Передбачається, що існує шість ароматів кварків (і стільки ж антикварков), взаємодія між якими здійснюється глюонами. Кварки і глюони мають специфічний заряд, який називається кольором. Кожен тип кварка має по три колірних різновиди, глюони - вісім.
Ряд експериментальних даних вказує з переконливістю на реальне існування кварків. До їх числа належать результати вивчення розсіювання швидких електронів протонами. Характер розсіювання свідчить про наявність усередині протона трьох точкових розсіюючих центрів з зарядами 2/3е і -1/3е, що повністю узгоджується з трьох кварковою моделю протона.
Разом з тим всі спроби спостерігати кварки у вільному стані виявилися безуспішними. Це призвело до висновку, що кварки можуть існувати всередині адронів і в принципі не можуть спостерігатися у вільному стані. З'явився навіть стосовно до кварків термін конфайнмент (від англ. Confinement - «тюремне ув'язнення»).
Причиною конфайнмента є незвичайна поведінка сил взаємодії кварків один з одним. При малих відстанях ці сили вкрай малі, так що кварки виявляються практично вільними (цей стан називається асимптотичної свободою). Проте зі збільшенням відстаней між кварками сили взаємодії дуже швидко ростуть, які не дозволяють кваркам вилетіти з адронів.
3. Кваркова структура адронів
3.1 Кваркова модель мезонів
Мезони побудовані із двох частинок: кварка й антикварка. Тому їх баріонне число дорівнює нулю. Подивимося, які комбінації із двох таких часток можуть бути складені із трьох найлегших кварків u, d, s і їх антикварів u,d,s. Очевидно, усього таких комбінацій буде дев'ять:
uu, ud, us,
du, dd, ds,
su, sd, ss,
Кварки й антикварки можуть входити в ці (і всякі інші) комбінації з різними орбітальними кутовими моментами. Спіни кварків і антикварків можуть по-різному орієнтуватися один щодо іншого. Загальний кутовий момент складений із кварків і антикварків знаходять за правилом векторного додавання спінового й орбітального моментів.
Допустимо, що всі кварки не мають орбітальні кутові моменти; усі їхні моменти чисто спінові. Допустимо, далі, що спіни кварка й антикварка спрямовані протилежно. Тоді кожна комбінація представляє мезон зі спіном J=0. Найбільш легкі заряджені мезони представляються комбінаціями ud, і du. Це - р-мезони:
р + = ud, р - = du.
Нейтральний р °- мезон складається з таких же кварка й антикварка. Але він являє собою лінійну суперпозицію станів uu й dd. Він з рівною ймовірністю може перебувати в стані uu й у стані dd.
Більш важкі К-мезони містять кварк s і антикварк s.
K+ = us, K0 = ds, K0 = sd, K- = su.
K+ і K- є частинкою й античастинкою по відношенню один до одного. Те ж відноситься до К°- і К°- мезонам, які, таким чином, не є істинно нейтральними частками: К°- мезон відрізняється від своєї античастинки К° дивністю. У К°- мезона дивність +1, а в К°- мезона дивність -1. Із цим зв'язане те, що К° на відміну від К° слабко поглинаються речовиною. Справа в тому, що дивність усіх баріонів негативна або дорівнює нулю. Тому поглинання К° речовиною може відбуватися лише з незбереженням дивності, тобто через слабку взаємодію. Маса К±- мезонів рівна 493,7 МеВ, нейтрального К°- мезона - 497,7 МеВ. Частинки, що містять s кварк, є дивними, а сам s - кварк називається дивним кварком. Діагональні члени uu, dd, ss відповідають нейтральним мезонам. Лінійна суперпозиція двох перших із них, як ми вже відзначали вище, представляє р°- мезои. Двом іншим лінійним суперпозиціям uu + ss і ss відповідають істинно нейтральні частинки: з- і з'-мезони з масами відповідно 548,8 і 957,6 МеВ.
Допустимо як і раніше, що орбітальних кутових моментів у кварків і антикварків немає, але їх спіни спрямовані паралельно. У цьому випадку можливі ті ж дев'ять комбінацій кварків з антикварками. Однак спін кожної комбінації буде 1. Цим комбінаціям відповідає дев'ять більш важких мезонів:
с+ с- с0, К*+К*0К*-К*0, щ0, ц0.
70 МеВ 892 МеВ 783МеВ 1020 МеВ
3.2 Кваркова модель баріонів
Звернемося тепер до баріонів. Спін їх напівцілий. Отже, якщо кварки не мають орбітальні моменти, то баріони повинні бути побудовані з непарного числа частинок. Розглянемо випадок, коли такими частинками є кварки u, d, s. Спін баріону може бути рівний або 1/2 (коли спіни двох кварків паралельні, а спін третього спрямований протилежно), або 3/2 (коли спіни всіх кварків паралельні). У першому випадку утворюється октет (вісімка) баріонів:
p(uud), n(udd), Л0(uds),
У-(dds), У0(uds), У+(uus), -(dss), 0(uss).
Баріони зі спіном 3/2 утворюють де куплет баріонів:
ddd udd uud uuu Д-Д0Д+Д+1232 МеВ
dss uds uus У- У0 У+ 1385 МеВ
sss Щ-1672 Мев
Щ- - гіперон, що перебуває у вершині цього переверненого трикутника, був передвіщений на підставі кварковой моделі баріонів і виявлений експериментально в 1964 р. Були передвіщені і його властивості - маса, дивність, час життя; усе це підтвердилося на досліді.
4. Відкриття кварків
Тріумфом кварковой моделі є відкриття зачарованих частинок. Перша зачарована частинка була відкрито в 1974 р. двома групами експериментаторів незалежно друг від друга: на протонному прискорювачі в Брукхейвені (США) при бомбардуванні протонами ядер Ве й на прискорювачі із зустрічними електронно-позитронними пучками в Стонфорді (США). Перша група назвала відкриту частку мезоном J, а друга - мезоном ш. Тому виявлений мезон і одержав подвійну назву J/ ш. Його маса 3,096 ГеВ. Чудова особливість знову відкритої частинки полягає в її щодо великої довговічності. Її ширина 60 кеВ, тоді як звичайні ширини для часток таких енергій 10-70 МеВ, що приблизно па три порядки більше. Цей факт, як і у випадку дивних частинок, указує па заборона по якомусь новому квантовому числу. У результаті було введено квантове число С, що одержала назва чарівності, або шарму. Йому відповідає новий кварк с. У кварковой моделі чарівність визначається як різниця між числом кварків (с) і антикварків (с). Частинки із шармом, відмінним від нуля, називаються чарівними. Чарівність подібно чудності зберігається при сильних і електромагнітних взаємодіях, але не зберігається при слабких. Розпади зачарованих адронів відбувається за рахунок слабкої взаємодії, при цьому чарівність міняється на одиницю. J/ш- мезон побудований із кварка с і антикварка с (J/ш = сс) . Його чарівність дорівнює нулю й відносять його до мезонів зі схованим зачаруванням. Сховане зачарування в частинок проявляється в тому, що вони легко розпадаються па чарівні частинки, якщо розпад не заборонений законами збереження енергії й імпульсу, а розпади на незачаровані частинки сильно подавлені ( тому що подавлена анігіляція її в більш дрібні кварки), тобто відбуваються з малою ймовірністю.
По своїй структурі квантова система сс, називана чармоніем, нагадує атом водню (скоріше, позитронія). Однак останній завжди називається атомом водню незалежно від того, у якому зі збуджених станів він перебуває. Напроти, різні збуджені стани чармонія (і будь-яких інших кваркових систем) домовилися вважати різними частинками й позначати різними символами. Мезон J/ш є одним зі збуджених станів чармонія. Після нього було відкрито кілька збуджених станів чармонія. Були відкриті і мезони з явним зачаруванням:
D+ - cd, D0 - cu, F+ - sc
D- - dc, D0 - uc, F- - sc,
Були відкриті також і зачаровані баріони.
Історія відкриття нового кварка b аналогічна історії відкриття кварка с. В 1977 р. у Батавії (США) був відкритий новий мезон, позначений через Х. Він виникав при бомбардуванні мішені з міді й свинцю пучком протонів з енергією 400 ГеВ. Цей надважкий мезон при масі тr характеризувався відносно малою шириною ( близько 0,04 МеВ). Властивості нової частинки не укладалися в схему чотирьохкваркової моделі, і довелося ввести п'ятий кварк b, який був названий чарівним, або гарним. (Адрони, у які входить кварк Ь, називають гарними, або чарівними). Мезон Х є одним зі збуджених станів зв'язаної системи b b зі спіном 1. Надалі мезон Х та інші збуджені стани тієї ж системи Х ', Х ", Х "' отримувались в зустрічних електроннопозитронних пучках, а на зустрічних рр - пучках у ЦЕРН (Швейцарія) був також виявлений перший, найлегший «гарний» баріон Лb = udb масою 5400 МеВ. Різниця між числами b-кварків і їх антикварків b називається красою. Краса, зберігається при сильних і електромагнітних взаємодіях і може порушуватися при слабких.
Якщо переглянути всі квантові числа для адронів, то легко виявити, що електричний заряд адрону можна обчислити по формулі
Q = T3 + (1/2)(B+S+C+b)
Зокрема, ця формула застосовна для нуклонів. У них S =C=b=0, B= +1, для протона T3=+1/2, для нейтрона T3= -1/2.
Успішна класифікація адронів па основі кваркової моделі з'явилася вагомим аргументом на її користь. Іншим аргументом є досліди по прямому просвічуванню нуклонів і інших адронів високоенергетичними електронами. Процес, що відбувається при цьому, називається глибоконеупругим розсіюванням. Теоретичний аналіз його привів до висновку, що усередині адронів електрони розсіюються на точкових частинках із зарядами +2/3 і -1/3 і спіном 1/2. На цих частинках електрони різко міняють свої імпульси й енергії, повідомляючи їх кварку, подібно тому як це відбувається з - частинками при розсіюванні на ядрах у досвідах Резерфорда. Про кінцеві розміри кварків ці досвіди нічого не говорять. З них можна укласти тільки, що у всякому разі на відстанях від силового центру більше 10-15 см кварки поводяться ще як безструктурні точкові частинки. Можливо, що за п'ятим кварком b и передбачуваним шостим t будуть відкриті й інші кварки. Можливо, що збільшення числа кварків буде невеликим і обмежене загальними принципами або внутрішніми властивостями симетрії елементарних частинок. Можливо, що й безструктурність кварків відбиває лише досягнутий рівень дослідження цих матеріальних об'єктів.
Численні пошуки вільних кварків, що проводилися на прискорювачах високих енергій, у космічних променях і навколишньому середовищу, виявилися безуспішними. Зокрема, кварки шукали при вимірі заряду краплі по методу Міллікена (1868 - 1953). Виявлення крапель із дробовим зарядом свідчило б про присутність кварка, тому що дробовий заряд кварка не міг би бути компенсований цілим зарядом електрона або іона. Такі досвіди проводилися в наші час із набагато більшою точністю, чого це міг робити Міллікен.
До негативного результату привів і дуже точний мас-спектроскопічний аналіз поди, який дав для верхньої межі відношення числа вільних кварків до протонів величину порядку 10-27. Зараз більшість фахівців схиляється до того, що у вільному стані кварки не існують.
Отже, кваркова модель припускає, що кварки усередині адронів існують, але досвід змушує визнати, що вилетіти звідти й з'явитися у вільному стані вони по можуть. Таке положення називають англійським словом «конфаймент», яке означає «полон, тюремне ув'язнення». Кварк, що одержав енергію в результаті зіткнення з електроном, не вилітає назовні з адрону, а розтрачує її на утворенні кварк - антикваркових пар, тобто на утворення нових адронів, в основному мезонів.
Однієї із причин неспостерігаємості кварків у вільному стані, можливо, є їх дуже великі маси. Це перешкоджає народженню кварків при тих енергіях, які досягаються на сучасних прискорювачах. Не виключена можливість, що у вільному стані кварки принципово не можуть з'явитися в силу специфіки їх взаємодії. Приводилися досліди експериментального й теоретичного характеру, згідно з якими сили взаємодії між кварками не слабшають із відстанню. Якщо це так, то для відділення їх друг від друга потрібні нескінченно великі енергії, при яких таке відділення робиться неможливим. Все це - тільки припущення, жодною мірою не претендують на достовірність і навіть правдоподібність.
5. Взаємодія між кварками
Хвильові функції систем кварків, що утворюють баріони, повинні бути антисиметричними, тому що кварки мають спін 1/2. Тим часом зустрічаються баріони з однаковими орієнтаціями спінів: Д++ (u u u ), Щ-(s s s ), які симетричні щодо перестановки кварків, якщо тільки останні не мають які-небудь додаткові характеристики. Такі характеристики й довелося ввести. Вони називаються кольором. Кожний тип (аромат) кварка характеризується трьома кольорами. Їм умовно привласнили назви: червоний R , зелений G і блакитний B. Антикваркам привласнили антикольора R,G,B. Кожний антиколір є додатковим до свого кольору, так що комбінації RR, GG, BB уважаються безкольоровими (білими). Точно такою ж безкольорною буде й комбінація RR + GG + ВВ.
По сучасним уявленням сильна взаємодія здійснюються шляхом обміну між кварками безмасовими частинками зі спіном 1 і нульовою масою спокою. Ці частинки називаються глюонами. Передбачається існування восьми глюонів, що володіють характеристикою «колір». Обмін глюонами між кварками міняє їхній колір, але залишає незмінними всі інші квантові числа (електричний заряд, дивність, зачарування, красу), таким чином зберігає аромат кварка. Кожний глюон містить колір і антиколір. Із трьох кольорів і антикольорів можна скласти всього дев'ять комбінацій:
RR, RG, RB,
GR, GG, GB,
BR, BG, BB.
Кожної з таких комбінацій відповідає глюон. Колір, подібно електричному заряду, зберігається. Тому шість недіагональних явно пофарбованих комбінацій по можуть перемішуватися між собою. Три діагональні комбінації безкольорні, і перемішування їх між собою не міняє колір. Кожна з діагональних комбінацій може бути отримано шляхом лінійної суперпозиції двох інших комбінацій. Існує, отже, усього вісім відповідних їм глюонів.
Представимо схематично взаємодію між кварками шляхом обміну глюонами. Будемо зображувати червоний, зелений і блакитний кварки будь-якого аромату символами qR, qG, qb (q = u,d,s,c,b,t). Тоді взаємодія між червоним і зеленим кварками запишеться так:
qR>qG + qRG, qG + qRG > qR
Перша рівність означає, що червоний кварк випустив червоно-зелений глюон і перетворився в зелений кварк qG. Друге означає, що зелений кварк, поглинувши червоно-зелений глюон, перетворився в червоний кварк.
Викладене має досить формальний характер, а головне в загальній фізиці не має яких-небудь конкретних застосувань. Відповідні питання ставляться до спеціальної теоретичної дисципліни - квантової хромодинамике (КХД).
На закінчення помітимо, що до теперішнього часу Вайнберг (р. 1915), Салам (р. 1926) і Глешоу (р. 1932) створили теорію, у якій електромагнітне й слабке взаємодії об'єднані в єдине електрослабку взаємодію. На відстанях від силового центру, менших радіуса дії слабких сил (10-16 см), відмінність між електромагнітними й слабкими взаємодіями зникає. На більших відстанях, однак, зберігається відмінність між ними, так що стара теорія залишається в силі.
Таблиця елементарних частинок
6. Положення квантової хромодинаміки
Квантова теорія поля і, зокрема, теорія калібрувальних полів є природним розвитком квантової механіки - революційної фізичної теорії, створеної в перших десятиліттях XX століття.
Один із принципів квантової механіки - принцип тотожності, або нерозрізненості частинок, з якого випливає важливий наслідок: в системі частинок з напівцілим спіном (тобто спіном 1 / 2, 3 / 2 і т. д.) в кожному квантовому стані не може бути більше однієї частинки. Це положення називають забороною Паулі. Заборона Паулі є наслідком вимоги симетрії по відношенню до перестановки частинок: перестановка часток не повинна приводити до зміни стану системи. Для частинок з напівцілим спіном цю вимогу призводить до неможливості стану з двома однаковими частинками. Заборона Паулі відіграє визначальну роль у теорії періодичної системи елементів Менделєєва; він пояснює розподіл електронів атома по оболонок. Теорія електронів у твердому тілі теж має в основі заборону Паулі.
Розглянемо на основі заборони Паулі кварки в баріонів Д + +, Д - і Щ -. Їх кваркова структура виглядає так: uuu, ddd, sss. Кварки мають спін 1 / 2 і повинні підкорятися забороні Паулі. Тому в трьох розглянутих баріонів кварки повинні відрізнятися один від одного.
Спочатку не виключали можливість, що по відношенню до кварків потрібно узагальнення законів квантової механіки, що дозволяє трьом однаковим кварків перебувати в одній системі. Однак більш природним представляється вважати кварки у зазначених баріонів різними. Таку пропозицію було зроблено в 1965 р. радянськими вченими М.М. Боголюбовим, Б.В. Струмінським та А. Н. Тавхелідзе. Пізніше квантове число, яке відрізняє кварки і може приймати три різні значення, було названо «кольором». Таким чином, Щ - слід передавати у вигляді s r s g s b, де r означає «червоний», g - «Зелений», b - «Синій» кварки. Фізичні адрони повинні бути безбарвними (білими): колірне квантове число будь-якого Адрону дорівнює нулю.
Відповідно до гіпотези кольору, кварків не шість, а вісімнадцять: кожен із шести кварків може бути трьох можливих кольорів. Для видів кварків введено термін «аромат» (flavour): існують кварки шести ароматів (запахів) і трьох кольорів. Втім, можна прийняти число квітів рівним не трьом, а чотирьом, якщо додати до кварків лептони.
Докази існування кольори були отримані в дослідах на зустрічних е - е + - пучках. Повний перетин анігіляції пропорційний сумі квадратів електричних зарядів всіляких кварків. Це означає, що ймовірність процесу за умови, що існують кварки трьох кольорів, в 3 рази більше, ніж у випадку одноколірних кварків. Досліди, проведені при різних енергіях (тобто з різною кількістю ароматів кварків), підтвердили триколірну модель.
7. Кварк-глюонна плазма
Кварк-глоюонна плазма (хромоплазма) - стан матерії, у якому кварки та глюони знаходяться у вільному, не зв'язаному у нуклонах, стані. На сьогодні відомо 4 стани речовини: газ, рідина, тверде тіло, плазма. Новий стан речовини можна отримати при великих баріонних густинах та енергіях.
Ідея кварк-глюонної плазми ґрунтується на припущенні екранування кольорового заряду, аналогічно екрануванню електричного заряду в плазмі. Окремі кварки та глюони не можуть існувати у вільному стані, завдяки явищу конфайнмента, яке дозволяє вільне існування тільки безколірних, або білих, частинок - баріонів та мезонів. Однак, при високій густині кварків та глюонів, взаємодія між ними може екрануватися і швидко зменшуватися з віддаллю. В такому разі кварки і глюони не об'єднувалися б в композитні частинки.
Поведінка кварк-глоюонної плазми описуються квантовою хромодинамікою. Відповідно до неї, для переходження речовини до такого стану необхідне перекривання квановомеханічних функцій окремих адронів, що може бути досягнуто підвищенням тиску або теператури.
Звичайная баріонна речовина перетворюється на кварк-глюонну плазму при нагріванні до температури у 2 трильйони K, що відповідає енергії на одну частинку близько 175 МеВ. Густина квагми у декілька разів вища за густину звичайної нуклонної речовини.
Теоретичні обрахунки вказують, що кварк-глюонна плазма повинна мати властивості надплинної рідини.
Вважається, що кварк-глюонна плазма була одним із станів, через який пройшов у своїй еволюції Всесвіт у час до 10?5с після Великого вибуху.
На сучасному етапі матерія у стані кварк-глюонної плазми може існувати у центрі масивних нейтронних зірок, де внаслідок величезних тисків окремі баріони зливаються так, що їхні складові кварки набувають можливості вільно переміщуватися по усьому об'єму такої речовини.
Для експериментального отримання кварк-глюонної плазми використовуються зіткнення важких атомних ядер, як правило, золота або свинцю, прискорених до високих енергій. При їх зіткненні відбувається фазовий перехід частини ядерної речовини до стану кварк-глюонної плазми. Така ділянка існує близько10?23с, після чого внаслідок розширення її температура знижується і відбувається зворотний процес адронізації, коли окремі кварки об'єднуються у мезони та баріони, які фіксуються відповідними детекторами.
Прояви кварк-глюонної плазми досліджує експеримент з фізики високих енергій RHIC (Брукхевен, США) та ATLAS (ЦЕРН). Дослідженням у цій галузі також планує займатися майбутній експеримент CBM (GSI, Дармштадт, Німеччина), а також колайдер на важких іонах NICA (ОІЯД, Дубна, Росія).
Вивчення кварк-глоюонної плазми є важливим для розуміння ранніх етапів еволюції Всесвіту, кінцевих стадій розвитку деяких зірок та та для стоворення об'єднуючої теорії фізичних взаємодій.
Висновок
Кваркова модель в даний час - єдина модель будови елементарних частинок, найбільш точно пояснює будову адронів.
Створення квантової хромодинаміки - вельми примітне явище в науковому житті.
З одного боку, воно свідчить на користь єдності світу. В кінці 50-х років думка, що теорія сильних взаємодій може бути побудована за аналогією з квантової електродинаміки, здавалася просто наївною. І все ж теорія сильних взаємодій виявилася теорією поля, мало того, теорією калібрувального поля, подібної електродинаміки.
З іншого боку, створення хромодинаміки свідчить про якісно нові властивості «кольорових» частинок і їх взаємодій в порівнянні з раніше вивченими об'єктами. Серед цих нових властивостей - щаслива для цієї теорії особливість взаємодії, його ослаблення на малих відстанях, що дозволило створити методи розрахунку глибоко непружних процесів.
Необхідно зауважити, що кваркова гіпотеза не єдина. Існують гіпотези (засновані на досліді симетрії між кварками і лептона в електромагнітних взаємодіях, а також на ідеях Великого об'єднання сил) про те, що кварки і лептони самі складаються з більш фундаментальних частинок - «преонів».
Фізика не стоїть на місці, особливо фізика елементарних частинок. Ця одна з молодих областей знання, тому багато відкриттів ще попереду. Вона допоможе глибше зрозуміти будову світу і відкриє перед людством нові горизонти знання.
Використана література
1. Савельєв І.В. Курс загальної фізики. У 5 кн. Кн. 5. Квантова оптика. Атомна фізика. Фізика твердого тіла. Фізика атомного ядра і елементарних частинок: Учеб. посібник для вузів / І.В. Савельєв. - М.: ТОВ «Видавництво Астрель": ТОВ «Видавництво АСТ», 2003. - 368 с.: Іл.
2. Сивухин Д.В. Загальний курс фізики. Учеб. посібник: Для вузів. У 5 т. Т. V. Атомна і ядерна фізика. - 2-е вид., Стереотипами. - М.: Фізматліт; Вид-во МФТІ, 2002. - 784 с.
Размещено на Аllbest.ru
...Подобные документы
Відкриття нових мікроскопічних частинок матерії. Основні властивості елементарних частинок. Класи взаємодій. Характеристики елементарних частинок. Елементарні частинки і квантова теорія поля. Застосування елементарних частинок в практичній фізиці.
реферат [31,1 K], добавлен 21.09.2008Дослідження та винаходи, які сприяли формуванню гіпотези про складну будову атома: відкриття субатомних частинок, рентгенівські промені та радіоактивність. Перша модель атома Дж.Дж. Томсона. Планетарна модель Резерфорда. Теорія та постулати Бора.
курсовая работа [985,6 K], добавлен 26.09.2012Види класифікації елементарних частинок, їх поділ за статистичним розподілом Фермі-Дірака та Бозе-Ейнштейна. Види елементарних взаємодій та їх характеристика. Методи дослідження характеристик елементарних частинок. Особливості використання прискорювачів.
курсовая работа [603,0 K], добавлен 11.12.2014Зв'язок важких заряджених частинок з речовиною. До важких частинок відносяться частинки, маси яких у сотні разів більші за масу електрона. Вільний пробіг важких заряджених частинок у речовині. Взаємодія електронів, нейтронів з речовиною. Кулонівська сила.
реферат [51,0 K], добавлен 12.04.2009Визначення поняття сцинтиляційного спектрометра як приладу для реєстрації і спектрометрії частинок. Основні методи спостереження та вивчення зіткнень і взаємних перетворень ядер і елементарних частинок. Принцип дії лічильника Гейгера та камери Вільсона.
презентация [975,1 K], добавлен 17.03.2012Загальне поняття про будову лічильника Гейгера-Мюллера, його призначення. Функції скляного віконця трубки. Процес реєстрації нейтронів. Історія винаходу лічильника. Камера Вільсона як детектор треків швидких заряджених частинок. Процес конденсації пари.
презентация [339,3 K], добавлен 15.04.2013Взаємодія заряджених частинок з твердим тілом, пружні зіткнення. Види резерфордівського зворотнього розсіювання. Автоматизація вимірювання температури підкладки. Взаємодія атомних частинок з кристалами. Проведення структурних досліджень плівок.
дипломная работа [2,5 M], добавлен 21.05.2015Система броунівських частинок зі склеюванням. Еволюція важкої частинки в системі броунівських частинок зі склеюванням. Асимптотичні властивості важкої частинки. Асимптотичні властивості випадкового процесу. Модель взаємодіючих частинок на прямій.
дипломная работа [606,9 K], добавлен 24.08.2014Макроскопічна система - всякий матеріальний об'єкт та тіло, що складається з великого числа частинок. Закриті і відкриті термодинамічні системи. Нульовий, перший, другий та третій початки термодинаміки. Оборотні і необоротні процеси та закон ентропії.
курсовая работа [24,8 K], добавлен 04.02.2009Вивчення законів, на яких ґрунтується молекулярна динаміка. Аналіз властивостей та закономірностей системи багатьох частинок. Огляд основних понять кінетичної теорії рідин. Розрахунок сумарної кінетичної енергії та температури для макроскопічної системи.
реферат [122,5 K], добавлен 27.05.2013Вивчення фізичних властивостей галогеносрібних та несрібних фотоматеріалів. Розгляд будови діазоплівки. Характеристика методів ("подвійний", "вибуховий" та негативно-позитивний, з підшаром), причин та способів усунення порушень якості фотолітографії.
курсовая работа [941,7 K], добавлен 12.04.2010Характеристика основних понять з області квантової, ядерної та атомної фізики. Відкриття атомного ядра та перша атомна реакція. Особливості будови ядра, його поділ. Електромагнітні та механічні коливання та хвилі. Геометрична та хвильова оптика.
презентация [530,6 K], добавлен 07.04.2011Поняття радіоактивності. Різниця між радіоактивністю і розпадом "компаунд"-ядер, утворених дією деяких елементарних частинок на стабільні ядра. Закономірності "альфа" і "бета" розпаду. Гамма-випромінювання ядер не є самостійним видом радіоактивності.
реферат [154,4 K], добавлен 12.04.2009Впорядкованість будови кристалічних твердих тіл і пов'язана з цим анізотропія їх властивостей зумовили широке застосування кристалів в науці і техніці. Квантова теорія твердих тіл. Наближення Ейнштейна і Дебая. Нормальні процеси і процеси перебросу.
курсовая работа [4,3 M], добавлен 04.01.2010Квантова механіка описує закони руху частинок у мікросвіті, тобто рух частинок малої маси (або електронів атома) у малих ділянках простору і необхідна для розуміння хімічних і біологічних процесів, а значить для розуміння того, як ми улаштовані.
реферат [162,5 K], добавлен 22.03.2009Шляхи становлення сучасної фізичної картини світу та мікросвіту. Єдині теорії фундаментальних взаємодій. Фізичні закони збереження високих енергій. Основи кваліфікації суб’ядерних частинок; кварковий рівень матерії. Зв’язок фізики частинок і космології.
курсовая работа [936,1 K], добавлен 06.05.2014Вивчення будови та значення деревини в народному господарстві. Опис фізичних та хімічних властивостей деревини. Аналіз термогравіметричного методу вимірювання вологості. Дослідження на міцність при стиску. Інфрачервона та термомеханічна спектроскопія.
курсовая работа [927,3 K], добавлен 22.12.2015Передумови створення квантової електроніки. Основні поняття квантової електроніки. Методи створення інверсного заселення рівнів. Характеристика типів квантових генераторів. Параметричні підсилювачі. Основні області застосування квантових генераторів.
курсовая работа [938,5 K], добавлен 24.06.2008Єдина теорія полів і взаємодій у цей час. Об'єднання слабкої й електромагнітної взаємодій елементарних часток. Мрія Ейнштейна у пошуках єдиної теорії будови Всесвіту. Основної ідеї та теоретичні досягнення у теорії суперструн на сьогоднішній день.
курсовая работа [474,6 K], добавлен 25.01.2011Поняття стану частинки у квантовій механіці. Хвильова функція, її значення та статистичний зміст. Загальне (часове) рівняння Шредінгера та також для стаціонарних станів. Відкриття корпускулярно-хвильового дуалізму матерії. Рівняння одновимірного руху.
реферат [87,4 K], добавлен 06.04.2009