(ФЯЕЧ2012-2)

Препис

1 Фундаментални частици и взаимодействия ФАЯЕЧ/2012 2(1)

2 Физиката на елементарните частици изучава: фундаменталните съставящи (constituents), които изграждат веществото (matter); фундаменталните взаимодействия (силите), които действат между тяx Нашето знание за тях е обединено в концепция (теория, модел), наречена СТАНДАРТЕН МОДЕЛ НА ЧАСТИЦИТЕ И ВЗАИМОДЕЙСТВИЯТА Той обяснява всички известни до сега експериментални факти. ФАЯЕЧ/2012 2(2)

3 Стандартен модел веществото е изградено от ФЕРМИОНИ (частици със спин ½), които са два типа: ЛЕПТОНИ:напр. e -, ν e ; КВАРКИ:напр. горен (u) кварк и долен (d)кварк [протон: (uud)]; всеки фундаментален фермион има своя античастица: напр. e +, анти-протон (u u d ). ФАЯЕЧ/2012 2(3)

4 Силите между кварките и лептоните се дължат на обмен на частици със спин 1 т.нар калибровъчни бозони 80.3 GeV 91.2 GeV ФАЯЕЧ/2012 2(4)

5 Пример: слабо взаимодействие (β-разпадане на неутрона) ФАЯЕЧ/2012 2(5)

6 Веществото около нас (и ние самите) е съставено само от четири взаимодействащи си фундаментални фермионни полета (1-во поколение) ФАЯЕЧ/2012 2(6)

7 Съществуват три поколения фундаментални фермиони всяко поколение е точно копие на другото; разликата е само в масите на частиците в първото поколение те са най-леки, в последното най-тежки; Наблюдава се очевидна симетрия. Защо имаме три поколения? ФАЯЕЧ/2012 2(7)

8 Фундаментални частици (полета) ФАЯЕЧ/2012 2(8)

9 ЛЕПТОНИ спин ½ 6 различни типа ( аромати, flavours ) 3 заредени; 3 неутрални; + съответните анти-лептони; не изпитват силно взаимодействие ФАЯЕЧ/2012 2(9)

10 КВАРКИ спин ½ 6 различни типа ( аромати, flavours) дробен заряд + съответните анти-кварки; участват във всички взаимодействия Всеки кварк от определен тип може да има 3 различни цвята: RED, GREEN, BLUE ( силен, цветен заряд) ФАЯЕЧ/2012 2(10)

11 Основни характеристики на квантовите микробекти маса енергия на покой = mc 2 ; единици: ev, kev, MeV, GeV спин (вътрешен момент на импулса); единици: (полу) цяло число ħ [MeV.s] време на живот; единици: s, y (години) вътрешни адитивни квантови числа (заряди). единици: безразмерни (с изкл. на ел. заряд) ФАЯЕЧ/2012 2(11)

12 Напомняне от квантовата механика На всяка физична величина се съпоставя линеен ермитов оператор. Стойностите, които физичните величини могат имат, са собствените стойности на съответните им оператори. Между тези операторите съществуват същите съотношения и тъждества, както между физическите величини в класическата механика. Âψ(r,t) = aψ(r,t); Â = r, p, L, S, H, Q,B,L, a квантово число ФАЯЕЧ/2012 2(12)

13 Кваркови заряди (вътрешни адитивни квантови числа) ФАЯЕЧ/2012 2(13)

14 АДРОНИ кварки в свободно състояние не се наблюдават; ние наблюдаваме само свързани безцветни ( бели ) състояния, наречени адрони; адроните са свързани състояния на кварк и анти-кварк мезониили на три кварка бариони. ФАЯЕЧ/2012 2(14)

15 Мезони = qq свързани състояния на кварк и анти-кварк; имат цял спин 0, 1, 2, пример π + (ud ) π + (140 MeV) е основно състояние (J=0) на ud. Пример завъзбудено състояние (J=1)е ρ + (770 MeV). ФАЯЕЧ/2012 2(15)

16 ФАЯЕЧ/2012 2(16)

17 ФАЯЕЧ/2012 2(17)

18 ФАЯЕЧ/2012 2(18)

19 Бариони = qqq свързани състояния на три кварка или три анти-кварка; имат полу-цял спин 1/2, 3/2, примери протон: p (uud); неутрон n (udd); анти-протон p ((u u d ); ламбда Λ (uds) ФАЯЕЧ/2012 2(19)

20 ФАЯЕЧ/2012 2(20)

21 pdg.lbl.gov ФАЯЕЧ/2012 2(21)

22 Взаимодействия Класическа картина на електромагнитното взаимодействие при разсейване напр. на електрони от протони: електроните се разсейват от електростатичен потенциал ФАЯЕЧ/2012 2(22)

23 Съвременно разбиране: частиците взаимодействат чрез обмен на други частици, наречени преносители на взаимодействието (калибровъчни бозони) ФАЯЕЧ/2012 2(23)

24 Всички известни процеси (реакции, разпадания и т.н.) могат да се обяснят с 4 фундаментални взаимодействия: силно електромагнитно слабо гравитационно Относителна големина на силата между два протона в контакт един с друг (1 fm) ФАЯЕЧ/2012 2(24)

25 Константа на връзката (взаимодействието) coupling constant електромагнитно: α = е 2 /(4πε 0 ħc) 1/137 силно: g 2 /4π 1 слабо: G F 1.4x10-62 J.m 3 9x10-5 MeV.fm x10-5 (ħc) 3 GeV -2 гравитационно: G N 6.67x10-11 m 3 /(kg.s 2 ) 6.71x10-39 (ħc) (GeV/c 2 ) -2 ФАЯЕЧ/2012 2(25)

26 80.3 GeV 91.2 GeV ФАЯЕЧ/2012 2(26)

27 Типични стойности на измеряемите величини силно: електромагнитно: слабо: сечения времена на живот ФАЯЕЧ/2012 2(27)

28 Файнманови диаграми ФАЯЕЧ/2012 2(28)

29 Резюме ФАЯЕЧ/2012 2(29)