Барионы это элементарные частицы



Элементарные частицыбольшая группа мельчайших частиц не являющихся атомами или атомными ядрами. Их более 350 штук на 1980 г и продолжает увеличиваться. Основные свойства:

1.Исключительно малые размеры и масса – размер протона ~ 0,8 10-13 см, размер электрона < 10-16 см; масса протона =1836 масс электрона.

2.Способность рождаться и уничтожатьсяпри с помощью сильного, электромагнитного, или слабого взаимодействий между ними.

3.Элементарные частицы разделяются на классы лептонов (легкие), адронов (сильные) и калибровочных бозонов.

Характеристики элементарных частиц: Масса m, время жизни τ, спин I, изотопический спин Т и его проекция Т3, электрический заряд Q и другие наборы дискретных значений физических величин. По времени жизни они делятся на стабильные частицы (τ>1022лет -электрон, τ>1022лет-протон), квазистабильные частицы (τ>10 -20сек), которые распадаются за счет электромагнитного и слабого взаимодействий и резонансы (τ~10-22 ÷10-24сек), которые характеризуются шириной резонанса


Барионы это элементарные частицы .

Нестрогие квантовые числа элементарных частиц сохраняются только при определенных взаимодействиях. К ним относятся: изотопический спин Т, гиперзаряд Барионы это элементарные частицы , пространственная четность Р, зарядовая четность С , G— четность и квантовое число А.

Пространственная четность Р – мультипликативное квантовое число, определяется характером преобразования волновой функции элементарных частиц при зеркальном отражении. Собственные значения оператора отражения Р=±1 исходя из того, что двойное отражение есть тождественное преобразование Р2=1.

Лептоны (легкие) – бесструктурные частицы со спином ½ не участвуют в сильном взаимодействии. Известны три заряженных лептона: электрон, мюон (тяжелый электрон), тау-лептон (сверхтяжелый электрон) и три нейтральных: электронное нейтрино, мюонное нейтрино и тау-лептонное нейтрино. У каждого лептона имеется своя античастица. Характеристики лептонов приведены в табл.2.2. В электромагнитном взаимодействии рождаются пары заряженных лептонов (е+,е-),. (
Барионы это элементарные частицы ), ( Барионы это элементарные частицы ).Лептоны ведут себя как точечные бесструктурные частицы до расстояний 10-16÷10-15 см. отрицательные мюоны образуют Барионы это элементарные частицы -атомы (pμ, dμ, tμ). Существуют системы (е+)-позитроний и мюоний— (μ+е). Все лептоны являются фермионами. В слабом взаимодействии каждый заряженный лептон рождается в сопровождении своего антинейтрино: ( Барионы это элементарные частицы ), Барионы это элементарные частицы , Барионы это элементарные частицы .

Нейтрино участвуют только в слабом взаимодействии и гравитационном. Частицы нейтрино столь же распространены в природе как и фотоны. Экспериментально наблюдались нейтрино со спиральностью Барионы это элементарные частицы только «левовинтовые», а антинейтрино со спиральностью
Барионы это элементарные частицы «правовинтовые». Предполагается, что масса нейтрино близка к нулю. Значения энергий нейтрино лежат в интервале от реликтовых

10-4 эв до космических 1011Гэв. Мощными источниками (1013 частиц/см2сек) антинейтрино низких энергий(до 10 Мэв) являются ядерные реакторы. Нейтрино высоких энергий (до сотен Гэв) получают с помощью ускорителей заряженных частиц. Прямым доказательством существования нейтрино считаетс процесс обратного бета-распада Барионы это элементарные частицы , Барионы это элементарные частицы с сечением Барионы это элементарные частицы барн. Отличительное свойство нейтрино-крайне высокая проникающая способность. Антинейтрино от ядерного реактора проходят сквозь Землю, практически не испытывая соударений. Вторым свойством является быстрый рост сечений взаимодействия с ростом энергии нейтрино.

Процессы идущие с участием лептонов подчиняются законам сохранения лептонных чисел.

Лептонное число (лептонный заряд) – аддитивное внутреннее квантовое число, сопоставляемое с каждым семейством лептонов. Обычно лептонам приписывается свое лептонное число Барионы это элементарные частицы . Например, электронное лептонное число Lе, νе) = +1, антилептонам Lе(


Барионы это элементарные частицы ) = –1, Le = 0 для остальных частиц. Вследствие возможного наличия массы у нейтрино Барионы это элементарные частицы эВ и нейтринных осцилляций (самопроизвольных переходов нейтрино разных сортов друг в друга) нарушается закон сохранения отдельных лептонных зарядов. Однако полный лептонный заряд Барионы это элементарные частицы сохраняется во всех взаимодействиях с участием нейтрино.

Закон сохранения лептонного заряда: лептонный заряд системы частиц, равен алгебраической сумме лептонных зарядов, входящих в систему частиц, и есть величина постоянная для данной системы.

Характеристики лептонов приведены на таблице 2.2

Табл.2.2


Название Сим-вол Масс   Мэв Время жизни сек Спин h Магн. мом Элек. заряд е Лепт.   Le чис-   Lµ ла   Lτ
Электрон е 0,51 стаб 1/2 eh/2m -1 +1
Мюон µ 105,7 2,210-6 1/2 me/m -1 +1
Тау-лептон τ 3 10 -13 1/2   -1 +1
Электрон нейтрино νe <35 эВ Стаб 1/2 +1
Мюонное Нейтрино νµ <0,27 Стаб 1/2 +1
Тау-лепт нейтрино ντ <0,31 стаб 1/2 +1

Распады лептонов: Барионы это элементарные частицы , Барионы это элементарные частицы , Барионы это элементарные частицы .


Спиральность— квантовое число λ равное проекции спина элементарной частицы на направление его импульса. Спиральность инвариантна относительно преобразования Лорентца для скорости направленной на вдоль импульса частицы (направления движения). Если λ>0, то говорят , что частица имеет правовинтовую спиральность, если λ<0, то спиральность левовинтовая. Для всех электронных лептонов, знак спиральности противоположен знаку лептонного заряда. Для фотонов возможна только спиральность λ=±1, т.е. спин фотона направлен только по направлению движения или против направления движения. Для частиц с ненулевой массой покоя под спиральностью надо понимать знак продольной поляризации при данных конкретных условиях. Для электрона возможны случаи поперечной поляризации λ=±1/2, т.е. спин перпендикулярен направлению движения.

Таким образом, для электрона возможна поперечная поляризация:1) (спин↓ , импульс→); 2)(спин↑,импульс→), и продольная поляризация: (спин→,импульс→) -праваяспиральность; (спин← ,импульс→) -левая спиральность.

Адроны —структурныечастицы, участвующие в сильном взаимодействии. К адронам относятся мезоны (средние) и барионы (тяжелые). Мезоны имеют целый спин, барионы – полуцелый спин. Адроны обладают, сохраняющимися в процессах сильного взаимодействия, квантовыми числами: барионным числом В странностью S, очарованием C и др., из которых образуется электрический заряд Q. Все мезоны имеют нулевое барионное число В = 0. Мезоны образуют наиболее многочисленные семейства, отличающие по массе и свойствам. Среди них пи-мезоны, К-мезоны и другие семейства.

Мезоны

π-мезоны (пионы) – легчайшие частицы из класса мезонов. Заряженные


Барионы это элементарные частицыБарионы это элементарные частицы — мезоны были открыты в 1947 фотоэмульсионным методом в составе космических лучей, нейтральные Барионы это элементарные частицы -мезоны системой счетчиков с использованием ускорителей заряженных частиц. Масса заряженных пи-мезонов равна 139,56 Мэв, т.е. 273 me. Они распадаются по каналу слабого взаимодействия Барионы это элементарные частицы за время Барионы это элементарные частицы . Масса нейтрального пи-мезона 264 me. Он распадается по каналу электромагнитного взаимодействия Барионы это элементарные частицы , имея время жизни 0, 8 10-16 сек. Спин пионов равен 0.

Согласно мезонной теории ядерных сил пи-мезоны являются квантами ядерного взаимодействия. Они вносят основной вклад в передачу сильного взаимодействия между нуклонами и лругими адронами на расстояниях порядка комптоновской длины волны пи- мезона (
Барионы это элементарные частицы см). Пи-мезоны обладают изотопическим спином Т=1, который сохраняется в сильных взаимодействиях. Пи-мезоны образуют изотопический триплет с проекциями изоспина Барионы это элементарные частицы , Барионы это элементарные частицы , Барионы это элементарные частицы , которые сохраняются в сильном и электромагнитном взаимодействиях.Для мезонов справедлива формула для электрического заряда

Барионы это элементарные частицы

где T z — третья проекция изоспина, Yгиперзаряд.

π-мезоны в большом количестве рождаются в нуклон-нуклонных взаимодействиях при энергии налетающих нуклонов Барионы это элементарные частицы Мэв. Большие интенсивности пучков π-мезонов получают на сильноточных протонных ускорителях («мезонных фабриках»).

К— мезоны (каоны)-группа нестабильных частиц в которую входят два заряженных К+ и Ки два нейтральных
Барионы это элементарные частицы , Барионы это элементарные частицы каона с нулевыми спинами и массами Барионы это элементарные частицы Мэв Барионы это элементарные частицы Мэв. К-мезоны участвуют в сильно взаимодействии, и обладают квантовым числом странностью(S). Каоны К+ и К0 с S =+1 и Барионы это элементарные частицы образуют изомультиплет, а у изомультплет их античастиц К Барионы это элементарные частицы с S= -1 и Барионы это элементарные частицы другой изомультиплет. Из-за различия в странности К0 и Барионы это элементарные частицы являются частицами, по-разному участвующими в сильном взаимодействии.

К-мезоны представляю собой нижнее по массе состояние с отличной от нуля странностью. Поэтому их распады могут происходят также по слабому взаимодействию с изменением странности на1 Барионы это элементарные частицы состояние, а времена жизни на 13-14 порядков превышает характерное время сильного взаимодействия.
Барионы это элементарные частицы сек.. Основные распады: Барионы это элементарные частицы (вероятность 63,5%); Барионы это элементарные частицы (21%); Барионы это элементарные частицы ( 5,59%).

В вакууме для нейтральных К-мезонов существуют две суперпозиции состояний Барионы это элементарные частицы соответствующая короткоживущему мезону Барионы это элементарные частицы , и Барионы это элементарные частицы соответствующая долгоживущему мезону Барионы это элементарные частицы . Эти мезоны обладают различными временами жизни Барионы это элементарные частицы сек , Барионы это элементарные частицы сек , их массы практически равны. Основные распады:

Барионы это элементарные частицы вероятность 63,6%, Барионы это элементарные частицы (31,4%),

Барионы это элементарные частицы (38,8%), Барионы это элементарные частицы (27%), Барионы это элементарные частицы (21,5%).

Под действием слабого взаимодействия, меняющего странность, возможны взаимные превращения нейтральных каонов Барионы это элементарные частицы .За счет суперпозиции квантовых состояний Барионы это элементарные частицы и Барионы это элементарные частицы возникают процессы:

1. Барионы это элементарные частицымезонных осцилляций, когда К0 –мезон, возникая за счет сильного взаимодействия, на некотором расстоянии частично превращается в Барионы это элементарные частицы и вызывает реакции запрещенные для К0. Эти взаимопревращения происходят вследствие слабых взаимодействий между кварками, их которых состоят К-мезоны:

Барионы это элементарные частицы .

Период осцилляций Барионы это элементарные частицы равен Барионы это элементарные частицы сек.

2.Регенерация (появление в пучке) короткоживущих Барионы это элементарные частицы -мезонов при прохождении через вещество только долгоживущих Барионы это элементарные частицы -мезонов.

Открытие несохранения пространственной четности Р в слабом взаимодействии в распадах К-мезонов позволяет экспериментально отличить левое от правого. Только в распадах нейтральных мезонов Барионы это элементарные частицы наблюдается эффект нарушения СР-четности.

Помимо обычных пи-мезонов и странных К-мезонов открыты многочисленные классы очарованных мезонов , прелестных мезонов, например, к мезонам Барионы это элементарные частицы относятся ( Барионы это элементарные частицы )- мезон со спином 1 и массой 3096,9 Мэв, к мезонам Барионы это элементарные частицы относится Барионы это элементарные частицы ипсилон-мезон ( Барионы это элементарные частицы ) с массой 9460, 32 Мэв и спином 1.

Источник: helpiks.org

Барионы и их античастицы

Барион – это семейство элементарных частиц, основными свойствами которых являются участие в сильном взаимодействии и наличие полуцелого спина (фермион), также барионы состоят из трех кварков, изредка – из пяти. К частицам такого рода относятся протон, нейтрон, сигма-/кси-/омега-гиперон и лямбда-барион. Вместе с электронами барионы составляют материю, в привычной для нас форме – барионная материя.

Однако, как уже общеизвестно, существует и иной вид материи – антиматерия или антивещество. Первым шагом к этому открытию стало обнаружение позитрона в 1932-м году Карлом Андерсоном. Позднее были открыты и другие античастицы и даже синтезирован антиводород.

Факт наличия антиматерии во Вселенной должен непременно укладываться в космологические модели ее формирования – здесь-то и берет свое начало вопрос о барионной асимметрии во Вселенной.

Формирование вещества и антивещества

Основываясь на результатах наблюдения за видимой Вселенной, ученые могут утверждать с уверенностью, что антиматерия реально стабильно не образуется в природе. Ее нет как в нашей галактике, так и за ее пределами. А существование всех античастиц, известных физике, было подтверждено экспериментально, при помощи специальных установок, вроде ускорителей. Даже если позднее античастицы будут обнаружены в природе, где-то вне Млечного Пути, формирование подобных «сгустков» антиматерии не имеет определенных оснований. Очевидное преобладание частиц над античастицами во Вселенной не удается объяснить даже при помощи двух основных космологических теорий: общей теории относительности и стандартной модели.

Рассматривая теорию Большого Взрыва и учитывая известные законы термодинамики, ученые отметили тот факт, что число барионов в тот момент было приблизительно равно числу фотонов. Вероятнее всего изначально материя и антиматерия были представлены в равном количестве и их частицы (барионы и антибарионы) при столкновении аннигилировали.  По этой причине большая часть барионов была уничтожена, в то время как фотоны, несмотря на постоянное поглощение и переизлучение, сохранились практически в изначальном количестве. Анализируя полученные результаты наблюдений и теоретические расчеты, физики пришли к выводу, что число фотонов превышает количество барионов в миллиард раз.

Упомянутое открытие означает, что в какой-то момент барионов стало на одну миллиардную больше, чем их античастиц, и именно эта миллиардная часть не нашла себе пары, чтобы аннигилировать. Благодаря некоему неизученному эффекту материя сохранилась в виде барионов, создав тем самым условия для появления жизни во Вселенной. Все могло бы произойти иначе, и в мире остался бы лишь разреженный протон-антипротонный газ и фотоны.

Так как барионная материя допускает наличие разумной жизни, последняя все же была сформирована и вскоре задалась вопросом о том самом эффекте, допустившем преобладание вещества над антивеществом на одну миллиардную часть.

Нарушение CP-инвариантности

В физике элементарных частиц существует такое понятие как «комбинированная чётность», которая предполагает инвариантность различных взаимодействий по отношению к следующим симметриям:

  • P – четность. Симметрия, которая создает зеркальное отражение рассматриваемой физической системы.
  • С – зарядовое сопряжение. Симметрия, согласно которой частица может превратиться в античастицу.
  • Т – симметрия. Означает замену значения времени t на –t, то есть обращение времени.

Так как физические уравнения сохраняют свой вид при зеркальной инверсии системы, теоретически предполагалось, что зеркальное отражение какой-либо реакции проходило бы точно так же, как и сама реакция. До 1956-го года считалось, что сильное, слабое и электромагнитное взаимодействия действуют одинаково при P-симметрии. Однако, в результате обработки данных китайскими учеными Чжэндао Ли и Чжэньнин Янг было отмечено, что сохранение P-симметрии в слабых взаимодействиях не было подтверждено экспериментально. В том же году командой американских и китайских физиков был проведен эксперимент на основе бета-распаде ядер кобальта-60 (слабое взаимодействие), который показал значительное нарушение P-симметрии.

Решением возникшей проблемы симметрии занялся советский ученый Лев Ландау, который в 1957-м году предложил теорию о еще одной симметрии, таковой, что ее комбинация с P-симметрией сохранялась бы при слабом взаимодействии. В роли этой симметрии выступило зарядовое сопряжение (С-симметрия).

Однако, спустя всего семь лет, в 1964-м году американские физики Джеймс Кронин и Вэл Фитч, проведя эксперимент по распаду нейтральных каонов, открыли нарушение и CP-инвариантности. Это открытие позволяет понять причину, по которой мог произойти наблюдаемый дисбаланс вещества и антивещества во Вселенной.

Работы Сахарова

Проблемой барионной асимметрии Вселенной занимался выдающийся советский теоретик Андрей Сахаров, сделавший вклад в создание водородной бомбы и отличившийся трудами в области управляемого термоядерного синтеза, физики плазмы, магнитной гидродинамики и других. Именно он связал дисбаланс частиц и античастиц с нарушением CP-инвариантности. Помимо нарушения CP-симметрии, в своей работе Сахаров указал два других условия, требуемых для наличия барионной асимметрии, а именно:

  • Барионное число должно нарушаться, так как в какой-то момент барионов стало чуть больше, чем антибарионов. Это квантовое число, которое равняется разнице кварков и антикварков (из которых складываются барионы) в системе. Теоретически подобное нарушение возможно в теории Великого Объединения, согласно которому три взаимодействия при больших энергиях (выше 1014 ГэВ ) соединяются в одно единое. В таком случае, вероятно, что Великое Объединение имело место быть на ранних этапах формирования Вселенной, когда и произошел рассматриваемый дисбаланс. Позже учеными было высчитано, что для нарушения барионного числа при слабом взаимодействии достаточно всего 100 ГэВ. Нарушение барионного числа физиками не наблюдалось. Возможность его существования подразумевает возможность распада протона либо случайное превращение нейтрона в антинейтрон, и наоборот.

Этапы развития Вселенной с точки зрения взаимодействия между частицами. Смотреть в полном размере.

  • Нарушение термодинамического равновесия Вселенной на ранних этапах формирования. После открытия нарушения CP-инвариантности было решено определить третью симметрию, которая бы в комбинации с двумя другими сохраняла действия трех взаимодействий. Ей стала та самая Т-симметрия. Так появилась в свет CPT теорема, гласящая об инвариантности трех взаимодействий относительно комбинации C, P и T симметрий. Тогда если система стремится к термодинамическому равновесию, то она становится все более симметричной. Поэтому для возникновения барионной асимметрии потребуется нарушение теплового равновесия в ранней Вселенной. Теоретически оно было возможным при относительно невысоких температурах во время зарождении Вселенной.

Таким образом, вышеприведенные условия, которые поставил Андрей Сахаров, приводят к барионной асимметрии Вселенной. Хотя эти условия теоретически и могут быть удовлетворены на ранних этапах формирования Вселенной, экспериментальные подтверждения их достоверности до сих пор не получены.

Существует ряд иных теорий о сложившемся дисбалансе вещества и антивещества во Вселенной, в том числе и предположение об изначальных условиях несимметричности. В 2010-м году появилась гипотеза, связывающая барионную асимметрию с темной материей. Проверка этих гипотез  проводится на Большом адроном коллайдере, на основе результатов его экспериментов строятся и другие гипотезы.

Полная версия: https://spacegid.com/barionnaya-asimmetriya-vselennoy.html

Источник: zen.yandex.ru

БАРИО́НЫ (от греч. βαρύς – тя­жё­лый), час­ти­цы с рав­ным еди­ни­це ба­ри­он­ным за­ря­дом. Все наи­бо­лее изу­чен­ные Б. со­сто­ят из трёх квар­ков, оп­ре­де­ляю­щих их кван­то­вые чис­ла (стран­ность, оча­ро­ва­ние, пре­лесть), яв­ля­ют­ся ад­ро­на­ми и име­ют по­лу­це­лый спин, т. е. под­чи­ня­ют­ся ста­ти­сти­ке Фер­ми – Ди­ра­ка. К Б. от­но­сят­ся ну­кло­ны (про­тон и ней­трон), ги­пе­ро­ны, оча­ро­ван­ные и пре­ле­ст­ные Б. (со­дер­жа­щие в сво­ём со­ста­ве $s$-, $c$- и $b$-квар­ки), а так­же воз­бу­ж­дён­ные со­стоя­ния всех этих час­тиц – ба­ри­он­ные ре­зо­нан­сы. Все Б., кро­ме са­мо­го лёг­ко­го – про­то­на, не­ста­биль­ны и в сво­бод­ном со­стоя­нии рас­па­да­ют­ся. Ба­ри­он­ные ре­зо­нан­сы рас­па­да­ют­ся за счёт силь­но­го взаи­мо­дей­ст­вия (с со­хра­не­ни­ем аро­ма­та квар­ков) за вре­мя по­ряд­ка 10–23 с, а осн. со­стоя­ния Б. – за счёт сла­бо­го взаи­мо­дей­ст­вия, не со­хра­няю­ще­го аро­ма­ты квар­ков, за вре­мя 10–13–10–10 с. По­это­му по­след­ние ус­лов­но от­но­сят к «ста­биль­ным» час­ти­цам.

Име­ют­ся тео­ре­тич. и экс­пе­рим. ука­за­ния на су­ще­ст­во­ва­ние «пя­ти­квар­ко­вых» Б., со­стоя­щих из трёх квар­ков и па­ры кварк – ан­тик­варк, а так­же ди­ба­рио­нов из шес­ти квар­ков. Ес­ли в при­ро­де дей­ст­ви­тель­но осу­ще­ст­в­ля­ет­ся т. н. су­пер­сим­мет­рия, со­глас­но ко­то­рой у ка­ж­дой час­ти­цы есть парт­нёр со спи­ном, от­ли­чаю­щим­ся на 1/2, то не ис­клю­че­на воз­мож­ность су­ще­ст­во­ва­ния Б. с це­лым спи­ном.

Со­глас­но дан­ным по пер­вич­но­му нук­лео­син­те­зу в ран­ней Все­лен­ной и по угло­вой ани­зо­тро­пии мик­ро­вол­но­во­го ре­лик­то­во­го из­лу­че­ния, обыч­ное ве­ще­ст­во, со­стоя­щее из атом­ных ядер и элек­тро­нов (ба­ри­он­ная ма­те­рия), со­став­ля­ет все­го ок. 3–4% пол­ной мас­сы Все­лен­ной.

Источник: bigenc.ru

То «обычное» вещество Вселенной, из которого состоят Земля (и все, что на ней), другие планеты и звезды, — это барионы (протоны, нейтроны) и электроны в числе, равном числу протонов. Это нерелятивистская среда с пренебрежимо малым (по сравнению с плотностью ее энергии) давлением; уравнение состояния в этом случае рв — 0.

С этим обычным веществом, казалось бы, все ясно. Эта форма материи наблюдаема либо в оптическом, либо в радио, либо в других диапазонах длин волн. Тем не менее, имеется существенная проблема, связанная именно с этой, казалось бы, хорошо изученной формой материи, которая заключается в том, что соответствующих античастиц, т. е. антибарионов (антипротонов, антинейтронов), позитронов в природе нет. Точнее, они присутствуют в ничтожных количествах и обязаны вторичным процессам рождения частиц и античастиц при столкновениях частиц высоких энергий, например, в космических лучах или на мощных ускорителях в лаборатории.

Численную меру такого рода зарядовой асимметрии можно определить, зная современные значения плотности барионов и реликтового излучения (о нем см. ниже). Дело в том, что в горячей ранней Вселенной, при высоких температурах, превышающих массу покоя барионов, барионы и антибарионы (а точнее, составляющие их кварки и антикварки) должны были присутствовать

в почти равных количествах, причем концентрация (число частиц в единице объема) тех и других должна была почти точно совпадать с концентрацией реликтовых фотонов. Позднее, после того как произошла аннигиляция барионов и антибарионов, избыток частиц над античастицами уцелел и дал современное наблюдаемое значение плотности барионов. Так как с тех пор число реликтовых фотонов не менялось (практически) в сопутствующем объеме, то современное отношение концентрации барионов к концентрации реликтовых фотонов дает отношение исходного избыточного числа барионов к их исходному полному числу. При современной плотности барионов

Барионы это элементарные частицы
(1.43)

их концентрация составляет в среднем

Барионы это элементарные частицы
(1.44)

Концентрация же реликтовых фотонов в современную эпоху

Барионы это элементарные частицы
(1.45)

Так получается величина отношения

Барионы это элементарные частицы
(1.46)

которая не зависит от времени и называется космическим бари-онным числом. Это число и служит мерой зарядовой асимметрии мира по отношению к барионам и антибарионам. Именно это малое безразмерное космическое число (вернее, физика, которая за ним стоит) обеспечило выживание обычного вещества в ранней эволюционирующей Вселенной и его существование в сегодняшнем мире.

Источник: www.himikatus.ru

Увидим ли мы распад протона?

Время жизни протона, предсказываемое теоретически, чрезвычайно велико и составляет более 1032 лет. Чтобы осознать грандиозность этого числа, следует вспомнить возраст Вселенной — ей «лишь» около 1010 лет! Как же можно надеяться зарегистрировать такой распад?

Для этого надо вспомнить, что все процессы в микромире являются вероятностными. В самом деле, ведь протонов вокруг очень и очень много. Если бы в нашем распоряжении был только один протон, то вероятность его распада составляла бы 10-32 за год, что практически равно нулю. Но из 1032 протонов хотя бы один должен распасться в течение года. В этом и заключается стратегия поиска. Нужно взять большой сосуд, налить в него воды и поместить вокруг регистрирующие приборы. Они могут зафиксировать, например, позитрон при распаде протона:

p ⇒ π0 + е+

Наблюдателю останется только ждать такого момента. Впрочем, необходима ещё и мощная зашита от «чужих» частиц космического излучения, которые могут попасть в приборы, имитируя продукты распада земного протона. Поэтому лаборатории по поиску распада протона находятся глубоко под землёй или защищены горами: в золотодобывающих шахтах Южной Африки и США, в туннеле под Альпами на границе между Италией и Францией, в Баксанском ущелье на Кавказе, в одной из шахт Японии.

Наиболее грандиозная установка построена в Японии. Это детектор «Суперкамиоканде» (от слова Кamiokande — Кamioka Nucleon Decay Experiment). Она представляет собой цилиндр высотой 41 м и диаметром 39 м, заполненный водой, масса которой составляет 50 тыс. тонн. Расположена установка на глубине в 1000 метров в цинковой шахте Камиока, в 180 милях севернее Токио. Начиная с 1996 г. проводится эксперимент по регистрации продуктов распада протона. Теоретически считалось, что если в течение 10 лет не обнаружат ни одного распада, это будет означать, что протон в среднем живёт дольше чем 1034 лет. Так и произошло — самопроизвольный распад протона пока не зафиксирован. А наблюдения продолжаются по сей день, но результат поисков распада протона по-прежнему отрицателен.

Пояснения к симметрии фундаментальных взаимодействий

Оказывается, что чем более интенсивно взаимодействие, тем оно более симметрично, т.е. тем больше ему присуще законов сохранения.

Во всех взаимодействиях сохраняются безоговорочно только энергия и импульс, момент импульса, электрический заряд. Пока считается, что этим свойством обладают также лептонные заряды трех типов и барионный заряд. Во всяком случае, нарушения соответствующих законов сохранения экспериментально ещё не наблюдались.

Сильное взаимодействие — самое симметричное. В обусловленных им процессах сохраняются также изоспин и его проекция, странность, очарование и многие другие физические величины. Электромагнитное взаимодействие почти столь же симметрично, но оно уже не сохраняет изоспин. Слабое взаимодействие — наименее симметричное. Ему свойственны только универсальные законы сохранения.

Рекомендуемая литература

При подготовке материала раздела "Физика элементарных частиц" использовалась литература:

1. Рёю Утияма. "К чему пришла физика".

2. Джон Хорган "Конец науки".

3. Детлаф А.А., Яворский Б.М. "Курс физики. Учебное пособие для ВТУЗов" изд. Москва "Высшая школа".

4. Барри Паркер "Мечта Эйнштейна".

5. "Физическая энциклопедия" гл. ред. А.М. Прохоров изд. Москва "Советская энциклопедия".

Источник: znaniya-sila.narod.ru


You May Also Like

About the Author: admind

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *

Этот сайт использует Akismet для борьбы со спамом. Узнайте, как обрабатываются ваши данные комментариев.