Методическое пособие по дисциплине «Концепции современного естествознания» содержит разделы: введение в дисциплину; фундаментальное строение материи (раздел общей темы «Физическая картина мира»); вопросы по теме двух уровней сложности.

Вид материала

Методическое пособие

Содержание B=1/3, для антикварков  B

Подобный материал:

• Экзаменационные вопросы по дисциплине «концепции современного естествознания» Структура, 33.61kb.
• Введение Наука "Концепции современного естествознания", 48.81kb.
• Темы рефератов по дисциплине «концепции современного естествознания», 17.43kb.
• Контрольная работа по дисциплине «Концепции современного естествознания» Для студентов, 68.16kb.
• Учебно-методический комплекс дисциплины концепции современного естествознания Специальность, 187.08kb.
• Концепции Современного Естествознания, 274.86kb.
• Антропологи я, 1472.67kb.
• И. А. Кудрова вопросы к зачету по дисциплине «Концепции современного естествознания», 29.77kb.
• Темы рефератов по дисциплине «Концепции современного естествознания», 35.7kb.
• Высшее профессиональное образование т. Я. Дубнищева концепции современного естествознания, 9919.17kb.

11.1. Лептоны

Семейство лептонов состоит из частиц трех поколений: к первому поколению относятся электрон (e^-) и электронного нейтрино (_e); второе поколение – мюон () и мюонное нейтрино (_) и, наконец, третье поколение – таон (^-) и таонное нейтрино (_):





Электрон, мюон и таон появляются в паре только со своими нейтрино. У каждого лептона есть своя античастица: (e⁺, ⁺, ⁺ и все виды антинейтрино). Лептонные числа: L_e=1, L_ =0, L_=0 (для электрона и электронного нейтрино); L_e= -1, L_ =0, L_=0 (для позитрона и электронного антинейтрино) и т.д.

Наиболее известен из лептонов электрон. Подобно всем лептонам, он, по-видимому, является элементарным, точечным объектом. Мюон, открытый одним из первых нестабильных частиц, тяжелее электрона более чем в 200 раз и примерно за две миллионные доли секунды распадается на электрон и два нейтрино. «Тяжеловесом» в трио заряженных лептонов является таон. Его масса более чем в 3500 раз превышает массу электрона, а время жизни примерно  = 3·10^-12с.

С заряженными лептонами ассоциированы три, пожалуй, самые таинственные частицы микромира  нейтрино. Огромная проникающая способность, отсутствие заряда и чрезвычайно малая, возможно, нулевая масса долгие годы делали их неуловимыми. Сам Паули, который ввел эту частицу, спасая законы сохранения, говорил, что он сделал что-то ужасное, предложив нечто, что никогда не будет проверено экспериментально. Действительно, только пройдя сквозь слой свинца такое же расстояние, как от Солнца до центра нашей Галактики, пучок нейтрино наверняка прореагирует целиком. И тем не менее спустя три десятилетия электронное нейтрино было обнаружено, а несколько позже зарегистрировали и мюонное нейтрино. Самой неуловимой из всех элементарных частиц оказалось тау-нейтрино, открытое лишь летом 2000 года.

Нейтринная физика, зародившаяся в пятидесятых годах, сейчас переживает свой расцвет, – созданы мощные нейтринные обсерватории, в международных программах по изучению нейтрино участвуют сотни ученых из разных стран мира, результаты этих экспериментов представляют большой интерес для таких различных областей нашего знания, как космология, ядерная физика, геофизика⁹, теория элементарных частиц.

11.2. Кварки

Второе семейство фундаментальных элементарных частиц, из которых построены адроны (барионы и мезоны), получило название кварков.¹⁰ Существует шесть разновидностей кварков, (физики называют их «ароматами» - flavours) которые, подобно лептонам, группируются в пары и образуют три поколения. Первое поколение – u и d кварки (up - верхний и down - нижний); второе поколение - s и c кварки (strange - странный и charm – очарованный) и, наконец, третье поколение – b и t кварки (beauty – красивый и true – истинный; иногда их называют bottom и top). Последний шестой t-кварк был обнаружен сравнительно недавно (в 1995 году).




Кварки являются фермионами (их спин равен ½, как и у лептонов). Барионное число для кварков равно одной трети B=1/3, для антикварков  B= –1/3. У каждого кварка есть еще одна характеристика, которую физики назвали ароматом (странность, очарование и т.д.).

Самым удивительным является то, что кварки обладают дробным электрическим зарядом, величина которого составляет либо 2/3 от элементарного заряда (при этом заряд кварка положительный), либо 1/3 от заряда электрона (знак заряда при этом отрицателен).

Массы кварков возрастают при переходе от верхнего кварка к нижнему кварку и по мере перехода к последующим поколениям:

m_u m_d  m_s  m_c  m_b m_t

При этом m_u  m_d m_c  m_s m_t  m_b

Все барионы являются комбинациями трех кварков. Нуклоны – фундаментальная основа атомных ядер, являются самыми легкими барионами и состоят из кварков первого поколения. Протон состоит из двух u-кварков и одного d-кварка, нейтрон из двух d-кварков и одного u-кварка:

p = (u u d) n = (d d u)


Легко проверить, что заряд протона при этом оказывается равным единице (2/3+2/3–1/3 = +1), а заряд нейтрона нулю (2/3 – 1/3 – 1/3 = 0).

Нейтрон тяжелее протона, потому что d-кварк тяжелее u-кварка. Получает новое объяснение процессы ⁺ – и ^- – распадов как взаимопревращения кварков (u  d).

Мезоны получаются из сочетания пары кварк-антикварк. Ясно, что барионное число мезонов равно нулю, а спин равен нулю или единице. Cочетания из трех антикварков образуют антибарионы (антипротоны, антинейтроны и т.д.).

Все многообразие адронов возникает за счет различных сочетаний кварков шести ароматов. Обычным адронам соответствуют связанные состояния, построенные только из u- и d-кварков. Если же в связанном состоянии, наряду с u- и d-кварками, имеется, например, s- или c-кварк, то соответсвующий адрон называют странный или очарованный.

В таблице 1 представлены все фундаментальные фермионы – структурные единицы строения вещества.


Таблица №1

Фундаментальные фермионы¹¹

Поколения Семейства		1-вое	2-ое	3-е	q в ед. е	B	L
КВАРКИ	верхние нижние	u d	c s	t b	+2/3 1/3	+1/3 +1/3	0 0
ЛЕПТОНЫ	нейтральные заряженные	e e-	 -	 -	0 1	0 0	+1 +1