Структураядра і ядернімоделі

Моделі атома

Виявилося, що атом складається не з позитивно зарядженої хмари, у котрому (подібноізюму в булці) знаходятьсяелектрони, як це припускав Д.Томсон, а з електрона і ядра розміромбіля 10-13 см., у якомузосередженамайже вся маса атома. Атом подібнийСонячнійсистемі: уцентріньогознаходитьсяважке ядро, навколоньогообертаютьсяелектрони. Проте, відповідно до електродинаміки Максвелла, такий атом не може бути стійким: рухаючись по круговим (абоеліптичним) орбітах, електронвідчуваєприскорення, а тому вінповиннийвипромінюватиелектромагнітніхвилі, щонесутьенергію. Втратаенергіїпризведеелектрон до падіння на ядро. Таким чином, подібний атом не може бути стійким, а тому в реальності не можеіснувати. Розробка такоїмоделі атома належитьН.Бору. Узявши за основу модель Резерфорда, вінвикористовував і ідеїквантовоїтеорії.

Структура атомного ядра

У ядрізосередженамайже вся маса атома (масаелектронів, щовходять в атом, зневажливо мала в порівнянні з масою ядра), вономаєпозитивний заряд, еквівалентнийсумарному заряду вхідних у ньогоелектронів. Заряд ядра будь-якогоелементадорівнюєйого порядковому номеру в періодичнійсистеміелементів. Маса нейтрона близька до маси протона.Електричний заряд у протона відсутніхД.Д.Іваненкосформулювавпротоно-нейтроннуконцепціюбудови атомного ядра, щопотімрозробивВ.Гейзенберг. Ядра, щоскладаються з протонів і нейтронів одержали назву нуклонов. Зіткенняелектрона і позитрона призводить до анігіляції - їхньогоперетворення в два фотони, виспускає у протилежнихнапрямках.

46, Ядерні реакції

Ядерні реакції – це штучне перетворення ядер одних хімічних елементів в ядра інших хімічних елементів під дією на ядра – мішені частинок-снарядів.

Ядерні реакції відбуваються з виконанням законів збереження сумарного масового числа і сумарного електричного заряду. При здійсненні ядерних реакцій виконуються також закон збереження енергії, імпульсу, моменту імпульсу. Ядерні реакції можуть бути ендотермічними і екзотермічними. Найменша енергія частинки-снаряду при якій можлива ендотермічна ядерна реакція, називається енергетичним порогом ядерної реакції.

Екзотермічні реакції не мають енергетичного порога і можуть відбуватись при будь-яких значеннях енергії частинок-снарядів. Ядерна реакція відбувається протягом дуже малого часу необхідного для пролітання нуклоном з швид., близькою до швид. світла, через ядро. Такі реакції наз. прямими ядерними реакціями. Серед ядерних реакцій, які відбуваються через складене ядро слід відмітити ядерні реакції відриву і ядерні реакції захоплення. При ядерних реакціях відриву частинки – снаряди віддають ядру – мішені або один протон, або один нейтрон згідно з схемою:

При ядерних реакціях захоплення ядро – мішень поглинувши один протон, або один нейтрон випромінює дейтрон:

 

 

48, Структура елементарних частинок

За величиною спіну всі елементарні частинки поділяють на два класи: ферміони — частинки з напівцілим спіном (електрон, протон, нейтрон); бозони — частинки з цілим спином (фотон). За видами взаємодій елементарні частинки поділяють на такі групи: адрони — частинки, що беруть участь у всіх видах фундаментальних взаємодій. Вони складаються з кварків і поділяються, у свою чергу, на: мезони,баріони. До них, зокрема, відносяться частинки, що становлять ядро атома, —протон і нейтрон.лептони — ферміони, які мають вид точкових частинок. Не беруть участь в сильних взаємодіях. Участь в електромагнітних взаємодіях експериментально спостерігалася тільки для заряджених лептонів і не спостерігалася для нейтрино. Відомі 6 типів лептонів. кварки — дробовозаряджені частинки, що входять до складу адронів. У вільному стані не спостерігалися. Як і лептони, діляться на 6 типів і є безструктурними, проте, на відміну від лептонів, беруть участь у сильній взаємодії. калібрувальні бозони — частинки, за допомогою обміну якими здійснюються взаємодії:фотон — частинка, що переносить електромагнітну взаємодію;вісім глюонів — частинок, що переносять сильну взаємодію; три проміжні векторні бозони W ⁺, W ^- і Z ⁰, що переносять слабку взаємодію; гравітон — частинка, що переносить гравітаційну взаємодію. Існування гравітонів, хоча поки не доведено експериментально, у зв'язку зі слабкістю гравітаційної взаємодії, вважається цілком імовірним. Адрони і лептони утворюють речовину. Калібрувальні бозони — це кванти різних видів випромінювання.

 

49, Взаємодія частинок у ФЕЧ принципово відрізняється від взаємодії об'єктів в інших областях фізики. Наприклад, вмеханіці ми вивчаємо рух тіл, які, в принципі, можуть один з одним взаємодіяти. Проте як саме, за рахунок чого така взаємодія відбувається — механіка не вивчає. В протилежність цьому, ФЕЧ приділяє однакову увагу, як самим частинкам, так і процесу взаємодії між ними. Зв'язано це з тим, що у ФЕЧ вдається описати електромагнітну, сильну і слабку взаємодію як обмінвіртуальними частинками. Важливим постулатом в такому описі з'явилася вимога симетрії нашого світу щодо калібрувальних перетворень.Рівноправність частинок і їх взаємодій красивим чином виявляється в теоріях суперсиметрій, в яких постулується існування в нашому світі ще однієї прихованої симетрії: суперсиметрії. Можна сказати, що при перетворенні суперсиметрії частинки перетворюються на взаємодії, а взаємодії — в частинки. Вже звідси видна виняткова фундаментальність ФЕЧ — в ній робиться спроба зрозуміти багато властивостей нашого світу, які до цього (в інших розділах фізики) приймалися лише як даність.

 

50, Сучасні концепції фізики елементарних частинок

У трактуванні взаємодії історично змінювали один одного різні концепції. Першою виникла концепція дальнодействия, суть якої полягає в уявленні, що взаємодія між тілами може здійснюватися безпосередньо через порожній простір, який бере участь в передачі взаємодії. Після відкриття електромагнітного поля виникла концепція близкодействия. Було встановлено, що взаємодія електрично заряджених часток здійснюється не миттєво, а з деякою кінцевою швидкістю, рівній швидкості світла. Електромагнітне поле виступає посередником, що здійснює передачу взаємодії між електрично зарядженими частками.

Виявилося. що класифікацію елементарних часток найзручніше здійснювати по типах їх взаємодій.

Перший тип -Усі відомі частки прийнято розділяти на дві групи, в одну з яких входять частки із спіном 1/2 (з них складається речовина Всесвіту), а в іншу - частки із спіном 0, 1 і 2. Перші підкоряються принципу заборони Паули (що свідчить, що дві однакові частки не можуть існувати в одному і тому ж стані). Виявилось, що кожній частці відповідає античастинки, які при зіткненні анігілюють (знищуються).

Третій тип - слабка взаємодія, що відповідає за радіоактивність і існуюче між усіма частками речовини із спіном 1/2, - в нім не беруть участь частки із спіном 0, 1, 2 (фотони і гравітони). Теорія передбачала, що частки, абсолютно різні при низьких енергіях, при високих енергіях виявляються однією і тією ж часткою, але що знаходиться в різних станах.

Четвертий тип - сильна ядерна взаємодія, що утримує кварки усередині протона і нейтрона, а протони і нейтрони - усередині атомного ядра.