Stabil elemi részecskék

Az oldal jelenlegi verzióját még nem ellenőrizték tapasztalt közreműködők, és jelentősen eltérhet a 2022. február 21-én felülvizsgált verziótól ; az ellenőrzéshez 1 szerkesztés szükséges .

A stabil elemi részecskék olyan elemi részecskék , amelyek szabad állapotban végtelenül hosszú élettartamúak. Stabil elemi részecskék azok a részecskék, amelyek minimális tömeggel rendelkeznek az összes megmaradt töltés ( elektromos , barion , lepton töltés) adott értékéhez ( proton , elektron , foton , neutrínó , graviton és antirészecskéik ) [1] . Van egy hipotézis a proton instabilitásáról és az antiprotonról - a proton bomlása .

Instabil elemi részecskék

Az összes többi elemi részecske instabil, azaz szabad állapotban spontán módon bomlik más részecskékre. Kísérletileg megállapították, hogy egy instabil elemi részecske bomlásának valószínűsége nem függ létezésének időtartamától és megfigyelésének időpontjától. Lehetetlen megjósolni egy adott elemi részecske bomlási pillanatát. Nagyszámú azonos típusú részecske átlagos élettartamát lehet csak megjósolni [2] . Annak a valószínűsége , hogy a részecske a következő rövid időn belül lebomlik , egyenlő és csak az állandótól függ, és nem függ az előtörténettől. Ez a tény az elemi részecskék azonossága elvének egyik megerősítése [3] . Egyenletet kapunk a részecskék számának időtől való függésére: , . Ennek az egyenletnek a megoldása [4] [2] : , ahol a részecskék száma a kezdeti pillanatban [5] [3] . Így egy instabil elemi részecske élettartama egy exponenciális eloszlási törvényű valószínűségi változó . $P$ $\delta t$ ${\frac {\delta t}{\tau ))$ $\tau$ $NP={\frac {N\delta t}{\tau }}=-\delta t{\frac {dN}{dt}}$ ${\frac {dN}{dt}}=-{\frac {N}{\tau }}$ $N(t)=N_{0}\exp(-t/\tau )$ $N_{0}$

Például egy neutron a következő séma szerint bomlik le: , egy töltött pi-mezon müonná és neutrínóvá bomlik : stb. ${\displaystyle n\rightarrow p+e^{-}+{\bar {\nu _{e))))$ $\pi ^{+}\rightarrow \mu ^{+}+\nu _{\mu }$

Sok elemi részecske többféle módon bomlik. Például egy lambda-hiperon relatív valószínűséggel bomlik protonná és negatív pi-mezonná , és nagy valószínűséggel neutronná és semleges pi-mezonná . $65\%$ $\Lambda \rightarrow p+\pi ^{-}$ $35\%$ ${\displaystyle \Lambda \rightarrow n+\pi ^{0))$

Minden ilyen típusú spontán bomlás exoterm folyamat (a kezdeti nyugalmi energia egy része a kialakuló részecskék mozgási energiájává alakul), és csak akkor mehet végbe, ha . Itt a kezdeti részecske tömege, és a kapott részecskék tömege. Például egy neutron bomlása során az energiafelszabadulás: MeV [6] . ${\displaystyle a\to c_{1}+...+c_{n))$ $m_{a}\geqslant \sum _{i}^{n}m_{c_{i))$ ${\displaystyle m_{a))$ $m_{c_{i))$ $Q=\left[m_{n}-(m_{p}+m_{e})\right]c^{2}=0,78$

Az elemi részecske bomlásának jelensége nem jelenti azt, hogy az a bomlása után keletkezett részecskékből áll. Az elemi részecske bomlása nem mechanikai részekre osztása, hanem egyes részecskék eltűnésének, mások születésének folyamata, ami jelzi az elemi részecskék összetettségét, tulajdonságaik kimeríthetetlenségét, a nem mechanikai hatást. viselkedésük természete [7] .

A részecskék instabilitása a részecskék interkonvertibilitási tulajdonságának egyik megnyilvánulása, amely kölcsönhatásaik következménye: erős, elektromágneses, gyenge, gravitációs. Az instabil elemi részecskék bomlása a bomlásukért felelős mező nulla rezgéseivel való kölcsönhatás eredményeként következik be . A részecskék kölcsönhatásai a részecskék és aggregátumaik más részecskévé történő átalakulását idézik elő, ha az ilyen átalakulásokat nem tiltják az energia, impulzus, impulzus, elektromos töltés, bariontöltés stb. megmaradásának törvényei.

A dialektikus materializmus szempontjából az elemi részecskék egymásba való átalakulása az anyag mozgásának egyik formája, és jelzi tulajdonságaik összetettségét, az anyag kimeríthetetlenségét, és megerősíti az anyag elpusztíthatatlanságáról és elpusztíthatatlanságáról szóló tézist. és mozgás [7] .

Az elemi részecskék élettartama

Az elemi részecskék fontos jellemzője a tömeggel, spinnel, elektromos töltéssel együtt az élettartamuk. Az élettartam állandó az exponenciális bomlás törvényében: [2] . Például egy neutron másodperc élettartama, egy töltött pion másodperc élettartama. Az instabil részecskék élettartama a bomlását okozó kölcsönhatás típusától függ [8] . A leghosszabb élettartamúak az elemi részecskék, amelyek bomlását gyenge kölcsönhatás okozza (neutron - sec, müon - sec, töltött pion - sec, hyperon - sec, kaon - sec). Azok az elemi részecskék, amelyek bomlását elektromágneses kölcsönhatás okozza (semleges pion- sec, eta mezon- sec) , rövidebb élettartamúak . A legkisebb élettartamoknak van rezonanciája - mp. $\tau$ $N(t)=N_{0}\exp(-t/\tau )$ $\tau _{n}=880$ $\tau _{\pi ^{+}}=2,6033(5)\times 10^{-8}$ $\tau$ $880$ ${\displaystyle 2.2\times 10^{-6))$ ${\displaystyle 2,6\x 10^{-8))$ $10^{-10}-10^{-8}$ ${\displaystyle 1,2\times 10^{-8))$ ${\displaystyle 8.2\times 10^{-17))$ $5.1\times 10^{-19}$ $10^{-24}-10^{-22}$

A CPT invarianciájából az következik, hogy a részecskék és az antirészecskék élettartama egyenlő. Ezt az állítást kísérletileg igazolták 10 -3 -at meg nem haladó pontossággal [9] .

A rövid élettartamú részecskéknél (rezonanciáknál) az élettartam helyett a szélességet használjuk, amelynek energiadimenziója: . Ez az energia és az idő közötti bizonytalansági viszonyból következik . Például a nukleon izobár tömege 1236 MeV, szélessége 120 MeV ( s), ami a tömeg körülbelül 10%-a [10] . $\Gamma ={\frac {\hbar }{\tau }}$ $\Delta E\Delta t\approx \hbar$ $\Delta$ ${\displaystyle \tau \kb. 5\x 10^{-24))$

A bomlási valószínűség az instabil részecskék bomlásának intenzitását jellemzi, és megegyezik egy adott halmaz részecskéinek egységnyi idő alatt bomló hányadával: , ahol egy elemi részecske élettartama [11] . $\omega$ $\omega ={\frac {1}{\tau }}$ $\tau$

Sok elemi részecskének többféle bomlási módja van. Ebben az esetben a részecskék bizonyos időn belüli bomlásának teljes valószínűsége megegyezik a különböző módokon bomlási valószínűségek összegével: , ahol a bomlási módszerek száma, az élettartam. A bomlás relatív valószínűsége a th módszerrel egyenlő: . A bomlási típusok számától függetlenül egy elemi részecskének mindig csak egy élettartama van [12] . ${\displaystyle {\frac {1}{\tau }}={\frac {1}{\tau _{1}}}+{\frac {1}{\tau _{2}}}+... +{\frac {1}{\tau _{N))))$ $N$ $\tau$ $én$ ${\displaystyle P_{i}={\frac {\frac {1}{\tau _{i))}{\frac {1}{\tau ))))$ $\tau$

Egy elemi részecske élettartamát és felezési idejét a következő arány határozza meg: [13] . $\tau$ $T_{{1/2}}$ $T_{1/2}=\ln {2}\tau =0,693\tau$

A kellően hosszú élettartamú ( másodpercig) elemi részecskék élettartamát közvetlenül mérjük, sebességükkel és a bomlás előtti repülési távolsággal. A nagyon rövid élettartamú részecskék élettartamát úgy mérjük, hogy a bomlási valószínűséget a folyamat keresztmetszetének energiafüggéséből határozzuk meg ( Breit-Wigner képlet ) [11] . $10^{-16}$

Elemi részecskék oszcillációi

Az egyik részecske állapotából egy másik részecske állapotába való átmenetet anélkül, hogy más szabad részecskéket bocsátanának ki, oszcillációnak nevezzük [14] . Az oszcillációra példa a semleges kaonok átalakulása részecskéből antirészecskévé és fordítva [15] . ${\displaystyle K^{0}\leftrightarrows {\widetilde {K^{0))))$

Jegyzetek

↑ Nukleáris fizika, 1971 , p. 286.
↑ 1 2 3 Tarasov L. V. Valószínűségre épülő világ. - M., Felvilágosodás, 1984. - Példányszám 230 000 példány. - Val vel. 143
↑ 1 2 Prigogine I. A meglévőtől a kialakulóig. Idő és bonyolultság a fizikai tudományokban. - M., KomKniga, 2006. - C. 82-84
↑ Kittel Ch., Knight W., Ruderman M. Berkeley fizikatanfolyam. T. 1. Mechanika. - M .: Nauka, 1975. - S. 442.
↑ Elméleti érvek szólnak amellett, hogy az exponenciális bomlás törvénye nem egészen pontos, de az ettől való eltérések túl kicsik ahhoz, hogy modern eszközökkel mérni lehessen.
↑ Yavorsky B. M. , Detlaf A. A. Physics kézikönyv. - M., Nauka, 1990. - p. 548
↑ 1 2 Moshchansky V. N. A hallgatók világnézetének kialakulása a fizika tanulmányozásában. - M .: Oktatás, 1976. - Példányszám 80 000 példány. – 68., 76. o
↑ Nukleáris fizika, 1971 , p. 269.
↑ Okun L. B. A CPT-tétel // Fizika. Enciklopédia. - M., Nagy Orosz Enciklopédia , 2003. - p. 744
↑ Naumov A.I. Az atommag és az elemi részecskék fizikája. - M., Felvilágosodás, 1984. - S. 48-49
↑ 1 2 Okun L. B. Az elemi részecskék fizikája. - M., Nauka, 1988. - ISBN 5-02-013824-X . - Példányszám 17 700 példány. - S. 159
↑ Kittel Ch., Knight W., Ruderman M. Berkeley fizikatanfolyam. T. 1. Mechanika. - M .: Nauka, 1975. - S. 464.
↑ Sena L. A. Fizikai mennyiségek mértékegységei és méreteik. — M.: Nauka , 1977. — S. 257.
↑ Khlopov M. Yu. A részecske élettartama // Űrfizika. Kis enciklopédia. - M., Szovjet Enciklopédia, 1986. - Példányszám 70 000 példány. - Val vel. 186
↑ Naumov A.I. Az atommag és az elemi részecskék fizikája. - M., Oktatás, 1984. - p. 296

Irodalom

Shirokov Yu. M. , Yudin N. P. Nukleáris fizika. — M .: Nauka, 1971. — 672 p.

A részecskék osztályozása
A fénysebességhez viszonyított sebesség	Tardionok ( vagy bradyonok) Luxonok Hipotetikus: Tachionok overbradyons
A belső szerkezet és az elválaszthatóság meglétével	Elemi részecske ( Fundamental particle ) összetett részecske
Fermionok antirészecske jelenlétében	Dirac fermionok Fermions majoránna
Radioaktív bomlás során keletkezik	α β γ δ ε n
A sötét anyag részecskéinek szerepére jelöltek	WIMP Wimpzilla LSP NLSP
Az univerzum inflációs modelljében	Inflaton görbület
Elektromos töltés jelenlétével	töltött részecske semleges részecske
A spontán szimmetriatörés elméleteiben	Goldstone bozon Goldstone fermion ( vagy goldstino)
Életidő szerint	stabil részecskék Instabil részecskék
Egyéb osztályok	virtuális részecske szubatomi részecske antirészecskék Valódi semleges részecskék Szabad részecskék Azonos részecskék Ők és Kvázi részecskék Hipotetikus részecskék Rezonanciák