Презентация "Квантовая физика"

Квантовая физика

протон

нейтрон

электрон

позитрон

фотон(квант)

нейтрино или антинейтрино

π- мезоны

мюоны

π

- + 0

μ

- +

Свойства элементарных частиц

• Электрон – отрицательно заряженная элементарная частица с массой ≈ 0,511 МэВ, со спином 0,5 ћ.
• Протон – положительная частица с массой ≈ 938,3 МэВ(≈ 1 а.е), со спином 0,5 ћ.
• Позитрон – античастица электрона. Заряд 1, масса как у электрона, спин -0,5 ћ.
• Нейтрон – нейтральная элементарная частица, масса ≈ 939,6 МэВ, спин 0,5. В свободном состоянии нейтрон нестабилен и имеет время жизни около 16 мин. Вместе с протонами нейтрон образуют атомные ядра; в ядрах нейтрон стабилен.

Водород и его изотопы

• У водорода три изотопа – протий, дейтерий и тритий.

T

D

H

• Водород с массовым числом 1 называют легким водородом, или протием, обозначают символом Н, а его ядро называют протоном, символ р.

Дейтерий и тритий

• Водород с массовым числом 2 называют тяжелым водородом, дейтерием. Для его обозначения используют символы 2 Н, или D (читается «де»), ядро d — дейтрон. Радиоактивный изотоп с массовым числом 3 называют сверхтяжелым водородом, или тритием, символ 3 Н или Т (читается «те»), ядро t — тритон.
• Схема радиоактивности трития:

e -

p +

ν

3 He

T

Законы микромира

• Как известно, нейтрон в свободном состоянии распадается на протон, электрон и антинейтрино. А почему рождается пара лептонов? Разве ту энергию, что несёт антинейтрино, не может унести электрон?
• Все реакции должны проходить по законам сохранения. В эти законы входят: закон сохранения энергии, электрического, лептонного, барионного заряда, и т.д…

реакция

+

+

запись

n → p + + e - +

ν

электрический заряд

0 = 1 +(-1)+0

лептонный заряд

0 = 0 +1/2+(-1/2)

барионный заряд

1 = 1 + 0 + 0

Ядерные реакции на Солнце

• Солнце, как и другие звёзды, светит благодаря термоядерным реакциям.

e +

H

H

D

3 He

ν

4 He

H

H

γ

1.Протоны с высокой энергией сближаются. Один из них может распасться на протон, позитрон и нейтрино. Тогда образуется ядро дейтерия.

2.Ядро дейтерия присоединяет к себе протон, испускает мощный гамма-квант и становится ядром лёгкого гелия.

3.Когда такие ядра сближаются, они могут объединиться в ядро обычного гелия, «отпустив на свободу» два протона.

Итак, в итоге последовательных превращений образуется ядро обычного гелия. Так как масса ядра гелия меньше суммы масс четырёх ядер водорода, то остаток массы переходит в энергию.

π-мезон

• В ядре протоны и нейтроны обмениваются π-мезонами, сильновзаимодействующими частицами в примерно 270 раз тяжелее электрона.
• В заряженном состоянии распадается на мюон и антинейтрино:

Мюонное антинейтрино

π -

μ -

• В нейтральном состоянии он почти мгновенно распадается на два γ-фотона:

γ

π 0

γ

Мюон и тяжёлый лептон

• Мюон очень похож на электрон, но в двести с лишним раз тяжелее. Кроме того, мюон радиоактивен, он распадается на электрон и антинейтрино:

μ -

ν

e -

• Так же ведёт себя и тяжёлый лептон.
• «Лепто» - с греческого «лёгкий». Но после открытия мюона и тяжёлого лептона, название «лептон» и «адрон» стали чисто условными, фактически синонимами «слабо»- и «сильновзаимодействующий».

Строение адрона, кварки

• При составлении таблицы элементарных частиц в основе всех семейств предположили существование семейства кварков – частиц с зарядом меньше, чем у электрона (- ⅓, +⅔, +⅔). Нуклоны состоят из трёх кварков, мезоны – из кварка и антикварка.
• Почему кварки существуют только в виде адронов и не существуют в свободном состоянии? Электронным зондирующим пучком установили, что кварки обмениваются глюонами. Сила взаимодействия с расстоянием увеличивается, так как глюон начинает порождать другие глюоны.
• При попытке разорвать глюонные связи образуется новый мезон:

π 0

e -

π 0