4.03M

Category:

physics

Основы физики элементарных частиц. Тема 6

1.

Тема 6. Основы физики элементарных частиц
6.1 Структура адронов.
6.2 Основные положения модели кварков.
6.3 Цветовой заряд, глюоны.
6.4 Лептоны.

Фундаментальные взаимодействия
Взаимодействие
Радиус
действия,
см
Время
жизни,
с
Константа
Пример
Сильное
10-13
10-23
10
ядро
Электромагнитное
10-16
10-2
атом
Слабое
10-13
10-8
10-14
-распад
Гравитационное
10--39
Сила
тяготения

7.

Классы элементарных частиц
2. лептоны
m0 0,
s 1
e , e , e , ~e ,
, , , ~ ,
m0 0 106МэВ,
s 1/ 2
, , , ~
3. мезоны
, , 0
~
K , K , K 0, K 0
4. Барионы
m0 135 888МэВ,
s 0
p, n
, , 0 , , , 0 ,
m0 938МэВ,
s 1/ 2
адроны
1. фотоны

8.

9.

М. Гелл-Ман
Д.Цвейг

10.

11.

12.

13.

14.

6.1 Структура адронов.
2. лептоны
m0 0,
s 1
e , e , e , ~e ,
, , , ~ ,
m0 0 106МэВ,
s 1/ 2
, , , ~
3. мезоны
, , 0
~
K , K , K 0, K 0
4. Барионы
m0 135 888МэВ,
s 0
p, n
, , 0 , , , 0 ,
m0 938МэВ,
s 1/ 2
адроны
1. фотоны

15.

3. мезоны
4. Барионы
, , 0
m0 135 888МэВ,
~
K , K , K 0, K 0
p, n
, , 0 , , , 0 ,
s 0
m0 938МэВ,
s 1/ 2

16.

17.

q1 q1 q2 0 q(n)
q1 q2 q2 1 q ( p )
q1 1/ 3
q2 2 / 3
s 1/ 2

18.

3. мезоны
4. Барионы
, , 0
m0 135 888МэВ,
~
K , K , K 0, K 0
s 0
p, n
m0 938МэВ,
, , 0 , , , 0 ,
s 1/ 2

19.

6.2 Основные положения модели кварков.
все сильновзаимодействующие частицы состоят из кварков;
кварки являются фермионами; по современным представлениям они
бесструктурны;
кварки имеют внутренние квантовые числа: электрический заряд q,
спин 1/2, четность P, барионное число B, изоспин I, проекцию изоспина,
странность s, шарм c, bottomness b, topness t
(совокупность этих внутренних квантовых чисел, характеризующих
определенный тип кварка, называется также "ароматом" кварка), цвет;
квантовые числа кварков определяют характеристики адронов;

20.

барионы (фермионы с барионным числом B = 1) строятся из трех кварков;
антибарионы (фермионы с барионным числом B = -1) строятся из трех
антикварков;
мезоны (бозоны с барионным числом B = 0) строятся из кварка и
антикварка;

21.

число цветов кварков равно трем - красный, зеленый, синий;
известные барионы и мезоны - бесцветны;

22.

Диаграммы Фейнмана
На диаграммах частицы изображаются линиями, а точки (вершины), из
которых выходят эти линии (или в которые приходят), показывают места
локальных взаимодействий частиц.
t
пространство

23.

Внутренние линии на диаграммах (линии не имеющие свободных концов)
Соответствуют виртуальным частицам. Эти частицы рождаются и исчезают
В результате взаимодействия.
t
пространство

24.

вид
взаимодействия
источник
взаимодействия
сильное
цветовой заряд
электромагнитное
электрический
заряд
слабое
Слабый зряд
гравитационное
масса
промежуточная
частица
глюон, g
Фотон,
векторные бозоны
W-, W+, Z0
гравитон
?

25.

26.

27.

кварки в адронах связаны глюонами;
glue
кварки участвуют в электромагнитных взаимодействиях, излучая или
поглощая -квант, при этом не изменяется ни цвет, ни тип (аромат) кварков

28.

кварки участвуют в слабых взаимодействиях, излучая или поглощая W
или Z-бозоны, при этом может изменяться тип (аромат) кварка, но цвет
кварка при этом остается без изменения

29.

кварки участвуют в сильных взаимодействиях, излучая или поглощая
глюон g, при этом изменяется цвет кварка, а его тип (аромат) остается
неизменным

30.

каждому адрону приписывается определенная внутренняя четность.
Правило 1. Четность кварка равна +1 и не зависит от типа кварка.
Правило 2. Четность антикварка равна -1 и не зависит от типа кварка.
Правило 3. Внутренняя четность адрона.
P Pi Pj Pk ( 1)
Li

31.

d
u
s
c
b
t
Электрический заряд, q
-1/3
2/3
-1/3
2/3
-1/3
2/3
Барионное число, В
1/3
1/2
+1
1/3
1/2
+1
1/3
1/2
+1
1/3
1/2
+1
1/3
1/2
+1
1/3
1/2
+1
1/2
-1/2
1/2
+1/2
0
0
0
0
0
0
0
0
Шарм, c
0
0
0
0
-1
0
0
+1
0
0
0
0
Bottomness, b
0
0
0
0
-1
0
Topness, t
0
0
0
0
0
+1
Масса в адроне, ГэВ
0.33
0.33
0.51
1.8
5.0
180
Масса, ГэВ
0.007 0.005
0.150
1.30
4.0
174
Спин, J
Четность, P
Изоспин, T
Проекция изоспина Ts
Странность, s

32.

Гелл-Ман-Нишиджима
q
1
mI ( B S C )
e
2
S
1
1/2
d
-1
-1/2
u
1/2
-1/2
-1
s
1
mI

33.

S
(udd )
(uud )
n
p
-1
mI
+1
(dds )
(uus )
(uds )
-1 0
(dss )
(uss )
-2
0

34.

S
(ddd )
(udd )
(uud )
(uuu )
0
-1
+1
(dds )
(uds )
*
*
*0
(uss )
(dss )
*
*0
-2
(sss )
(uus )
mI

35.

, , 0 , , , 0 ,

36.

Взаимодействие кварка с глюоном

37.

Взаимодействие глюонов

38.

Взаимодействие кварков путем обмена глюоном

39.

Confinement (Невылетание кварков)

40.

41.

42.

7.4 Лептоны.
Лептоны – частицы, не участвующие в сильных взаимодействиях, а
нейтральные лептоны не участвуют в электромагнитных взаимодействиях
1-е поколение
2-е поколение
3-е поколение
e
~
~
~
e
e
e
Все лептоны являются фермионами (s=1/2) и являются истинно
Элементарными, то есть бесструктурными
u
d
c
s
t
b