Физика атомного ядра

ядерного взаимодействия между нуклонами
Радиоактивность. Закон радиоактивного распада
Ядерные реакции

мощные короткодействующие силы притяжения, они удерживают нуклоны вместе, несмотря на

Свойство насыщения: в сферу силового действия одного нуклона может попасть лишь ограниченное число соседних нуклонов, а не все нуклоны ядра. Этим свойством ядро напоминает жидкость.

Нецентральный характер : Силы зависят от ориентации спина во взаимодействующих нуклонах. Оказывается, что нейтрон и протон могут образовать ядро дейтерия – дейтрон, если их спины параллельны. В случае, когда спины у них антипараллельны, интенсивности ядерного взаимодействия недостаточно для образования ядра.

рождения и поглощения (уничтожения) пионов, каждый нуклон окружён «облаком» этих

Протон и нейтрон не являются независимыми друг от друга , а представляют собой два различных состояния одной частицы – нуклона.

Взаимные превращения нуклонов в ядре

ядра меньше суммы энергий свободных нейтронов и протонов:


Минимальная

нейтронов являются стабильными (устойчивыми).
На координатной плоскости

Радиоактивность

Радиоактивность – самопроизвольное превращение (распад) одних атомных ядер в другие с испусканием одной или нескольких частиц.
Распад ядер может происходить естественным путём или искусственно при бомбардировке стабильных ядер быстрыми частицами.

при переходе ядра из возбужденного в основное состояние расходуется на

ядра
с .

при самопроизвольном переходе из возбужденного состояния в состояние с меньшей

наблюдается у искусственно полученных ядер с большим дефицитом нейтронов.

Деление ядер

тем точнее, чем больше радиоактивных ядер.

других элементов в результате взаимодействия ядер с элементарными частицами или

Ядерные реакции при бомбардировке мишеней ускоренными частицами
записываются в виде:

,

Ядерные реакции

Реакции могут быть экзотермическими, с выделением энергии при реакции ( )и эндотермическими, с поглощением энергии налетающей частицы ( ).

и импульса. Большое удаление атомных ядер друг от друга при

Закон сохранения электрического заряда: алгебраическая сумма зарядов до реакции (столкновения частиц) должна быть равна алгебраической сумме зарядов продуктов реакции.

Закон сохранения числа нуклонов: количество нуклонов до и после реакции (столкновения) должно быть неизменным.

на два класса: мезоны и барионы.
Мезоны – адроны с нулевым

Адроны

название адронов.
Их общее число превышает 450.

раз слабее сильного.
Это взаимодействие между заряженными частицами; между

Электромагнитное взаимодействие

мюонов
Эта реакция запускает цепочку ядерных реакций синтеза на

фотоны. Взаимодействие заряженных частиц А и Б описывается как два

.

Переносчики взаимодействия

всех фундаментальных взаимодействий. Это взаимодействие испытывают все частицы без исключения,

Обычное вещество, даже если это целая галактика, почти абсолютно прозрачно

Квантовая гравитация

Теоретические исследования элементов симметрии в мире элементарных частиц, возможность

Накопление экспериментальных данных и их систематизации привело к новым закономерностям реакций между элементарными частицами, разнообразию их распадов и взаимопревращений.

физике закон сохранения барионного заряда становится законом сохранения числа нуклонов,

массами называются мультиплетами.
Нуклоны образуют дублет

разнообразие не могло вызвать сомнений об их «элементарности». Появилась гипотеза:

В настоящее время установлено, что существует шесть типов кварков:

фермионов : 6 типов кварков и 6

состав нейтрона (udd) обеспечивает его электронейтральность и спин, равный ½.

Из нейтрона, как и из других адронов, кварки не вылетают даже при самых сильных столкновениях. Они не могут существовать в свободном состоянии, не могут «жить» друг без друга. Невозможность выделения кварков из адронов называют словом конфайнмент ( от английского confinement – пленение, тюремное заключение, ограничение свободы).

Пока не существует ясного физического объяснения этого явления. Интерпретация конфайнмента сводится к следующему.
В ускорителе на встречных пучках при больших энергиях сталкиваются электрон и позитрон. Рождается пара кварк - антикварк, которые связаны сильным и электромагнитным взаимодействиями. Но если в электродинамике сила, с которой притягиваются два противоположных заряда убывает с расстоянием, то сила, скрепляющая кварк и антикварк не убывает , а остается примерно постоянной. При удалении они не освобождаются друг от друга, как, например электрон и позитрон.

облаком пионов:
нижний d (down), верхний u (up) и странный

взаимодействия не могут изменить значений кварковых ароматов. В этих взаимодействиях

которое назвали глюонным ( от английского glue - клей).

Электрическое поле кварка распределено вокруг него сферически симметрично, как вокруг любого точечного заряда. В отличие от этого глюонное поле , создаваемое кварком, сосредоточено в узкой трубке. Между кварком и антикварком протягивается струна глюонного поля . Энергия растет пропорционально расстоянию между кварком и антикварком. Чтобы их раздвинуть достаточно далеко, нужна громадная энергия.

Они должны подчиняться принципу Паули. В гипероне три одинаковых кварка

наблюдаемые в природе адроны бесцветны, т.е. в адронах кварки разного

Антицвет антикварка является дополнительным к цвету соответствующего кварка.

Цвет кварка изменяется при испускании и поглощении глюона. Глюоны являются переносчиками сильного взаимодействия между кварками. Всего существует 8 разновидностей глюонов, которые переносят цвет.

Теория, описывающая динамику и взаимодействие кварков и глюонов, называется
квантовой хромодинамикой

кварки – очень похожие частицы.
Наблюдается

участием бозона

квантовая электродинамика совместно описывают сильное, электромагнитное и слабое взаимодействие кварков

В этой модели имеется возможность объяснения возникновения массы элементарных частиц в рамках механизма спонтанного нарушения симметрии, предложенного П.В.Хиггсом в 1964г. В этом механизме постулируется существование нейтральных бесспиновых частиц Н-бозонов Хиггса, участвующих в появлении массы у элементарных частиц.

симметрии, связанное с тем , что состояние с нарушенной симметрией

Слова «поле описывает частицы» означают, что частицы возникают как возбужденные состояния квантованного поля.

– пример нарушения симметрии. Взаимодействие молекул воды между собой и

Кристалл твердого тела – пример нарушения симметрии относительно сдвигов и симметрии относительно поворотов. Симметрию взаимодействия полнее бы отражало хаотичное расположение атомов, как в жидкости.

Атомное ядро , представляющее собой «каплю» нуклонной жидкости – пример нарушения трансляционной
(относительно сдвигов) симметрии.