WWW.NET.KNIGI-X.RU
БЕСПЛАТНАЯ  ИНТЕРНЕТ  БИБЛИОТЕКА - Интернет ресурсы
 

«ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ОБРАЗОВАНИЯ «МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ ...»

ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ

ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ОБРАЗОВАНИЯ

«МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ

имени М.В.ЛОМОНОСОВА»

ФИЗИЧЕСКИЙ ФАКУЛЬТЕТ

РЕФЕРАТ

«Частицы и античастицы»

Выполнила студентка 209 группы:

Давыдова Алиса Александровна

Москва

Введение.

Каждая частица имеет «двойника» — античастицу. Существование античастиц было предсказано ещё теоретически. Когда П. Дирак работал над релятивистской теорией электрона (1925 г.), было известно, что электрон имеет спин s = 1/2. В 1928 г. он предложил уравнение для описания релятивистского электрона (вместо уравнения Шрёдингера для нерелятивистского случая).

Решение уравнения для свободной частицы показывает, что каждому значению импульса p соответствуют два значение энергии E E = ±(m2c4 + c2p2)1/2, т.е. энергия частицы может принимать два значения, как положительное, так и отрицательное. Рассмотрим ситуацию с заряженной частицей, совершающей переход из точки А в точку В.

В случае положительного заряда частицы q, заряд в точке А уменьшается на величину -q, а в точке В увеличивается на величину +q.

Переход частицы с положительной энергией E и зарядом +q из состояния А в В равнозначен переходу частицы с отрицательной энергией -E и зарядом -q из состояния В в состояние А. Переходы электронов в состояния с отрицательной энергией нарушали закон сохранения электрического заряда.



Нужно было найти способ запретить такие переходы. Ход мыслей П. Дирака был следующий. Так как электроны являются фермионами, это можно было сделать, предположив, что все состояния с отрицательной энергией заняты.

Тогда в соответствии с принципом Паули переходы в состояния с отрицательной энергией оказываются запрещёнными. Однако такое предположение приводило к новой проблеме бесконечному числу частиц, заполняющих все отрицательные состояния появлению физического вакуума, имеющего бесконечный электрический заряд и массу. Возможность такого состояния Дирак объяснил тем, что бесконечный физический вакуум будет ненаблюдаем, так как наблюдаются только отклонения энергии или электрического заряда от состояния физического вакуума. Можно ли обнаружить электроны заполняющие отрицательные состояния физического вакуума? Гамма-квант с энергией большей, чем 2mec2 может перевести электрон из состояния с отрицательной энергией в состояние с положительной энергией. Тогда будет наблюдаться обычный электрон с положительной энергией и отрицательным зарядом, а вакантное место в вакууме будет наблюдаться как частица с положительным зарядом — позитрон.

Открытие позитрона.

В 1932 г. в журнале “Science” появилась заметка К. Андерсона, в которой он сообщал об открытии в составе космических лучей новойчастицы. Эта частица имела такую же массу, как и открытый ранее электрон, но имела в отличие от электрона не отрицательный, а положительный электрический заряд.

Это наблюдение было сделано Андерсоном по наблюдениям траекторий частиц в камере Вильсона в сильном магнитном поле.

Оказалось, что частицы космических лучей, которые наблюдал К.

Андерсон, искривляются в камере Вильсона, помещенной в магнитное поле, в противоположных направлениях, т.е. среди частиц зарегистрированных в камере Вильсона были как отрицательно, так и положительно заряженные частицы. Изучив ионизацию, длину траектории и радиус кривизны, Андерсон пришёл к однозначному выводу, что обнаруженная им частица имеет массу электрона, но заряжена положительно. Новую частицу назвали позитроном.

Позитрон является стабильной частицей, но при столкновении электрона и позитрона происходит их аннигиляция: e++ e-2 Антинейтрино. Предсказание, открытие.

Во время -распада и электроны, и позитроны имеют непрерывный спектр энергий. Для объяснения этого явления В. Паули предположил, что процесс -распада сопровождается появлением не одной наблюдаемой заряженной частицы электрона (--распад) или позитрона (+_ распад), а двух.

Нейтрино имело квантовое число спин s= и уносило недостающую часть энергии и импульса.

–  –  –

1956 г. Ф Райнес и К Коуэн зарегистрировали антинейтрино.

Антибарионы.

Антипротон.

Из концепции существования античастиц следует, что протон,так же как электрон, может иметь античастицу – частицу такой же массы, как и протон, но заряженную отрицательно. Однако такое утверждение не является очевидным.

Дело в том, что протон имеет собственный магнитный момент =2.79 ядерного магнетона, в то время как теория Дирака предсказывала для точечной частицы значение магнитного момента =+1, т.е. уравнение Дирака не даёт полного описания протона. Протон не является точечной частицей подобно электрону, а имеет размер ~0.8 фм. Известно, что протон является связанной системой трех цветных кварков.

Самые устойчивые антиадроны стабильный антипротон и наиболее долгоживущий из нестабильных антиадронов антинейтрон, были открыты в 1955-1956 гг. Для доказательства существования антипротона необходимо было обнаружить частицу с единичным отрицательным зарядом -e и массой равной массе протона. Для этого необходимо было измерить электрический заряд антипротона. Измерив импульс p антипротона и его скорость v, массу антипротона можно получить из соотношения p = mc, где =v/c, =(1v2/c2)-1/2, скорость света.

Из законов сохранения электрического и барионного зарядов следует, что антипротоны должны образовываться в реакции p+pp+p+p+.

Пороговая энергия этой реакции в лабораторной системе равна 5.63 ГэВ.

Пример образования протон-антипротонной пары: e++ e-p + Антинейтрон.

Наиболее эффективным способом наблюдения антинейтронов является получение их в результате перезарядки антипротонов + p + n, + n + n + -.

и обнаружение их по аннигиляции. Этот метод был предложен сразу же после открытия антипротона.

Антинейтрон был открыт в Национальной лаборатории им. Лоуренса (Беркли) в 1956 году, через год после открытия антипротона.

Целью данного эксперимента было обнаружение аннигиляции антинейтронов, образовавшихся из антипротонов в результате реакции перезарядки.

Квантовые числа частиц и античастиц.

Античастицы – двойники обычных элементарных частиц, которые отличаются от последних знаком электрического заряда и знаками некоторых других характеристик. У частицы и античастицы совпадают массы, спины, времена жизни. Если частица характеризуется и другими внутренними квантовыми характеристиками, имеющими знак, то у античастицы величины этих характеристик те же, но знаки противоположны. Если частица нестабильна (испытывает распад), то нестабильна и античастица, причём времена жизни у них совпадают и совпадают способы распада (с точностью до замены в схемах распада частиц на античастицы). В некоторых случаях частица и античастица тождественны. Такие частицы называются истинно нейтральными частицами.

Истинно нейтральными частицами являются -квант, 0-мезон и некоторые другие мезоны. У истинно нейтральных частиц все характеристики частицы и античастицы совпадают.

Характеристики частиц и античастиц

–  –  –

Все известные мезоны и антимезоны (всего их восемь) перечислены в таблице. Каоны являются античастицами антикаонов, а два заряженных пиона являются античастицами друг для друга. Нейтральный пион является своей античастицей, и (эта)-частица является своей античастицей. Все мезоны неустойчивы.

Пример реакции с образованием антикаона:

Образование заряженных -мезонов:

e++ e-++Антиматерия.

Антивещество материя, состоящая из античастиц. Структура вещества и антивещества схожа. Различие между веществом и антивеществом возможно только за счёт слабого взаимодействия. В 1965 г. был синтезирован антидейтрон, состоящий из антипротона и антинейтрона. В 1995 г. был синтезирован атом антиводорода, состоящий из позитрона e + и антипротона.

Впервые антиводород был получен в эксперименте, который был проведен в ЦЕРН на накопительном кольце антипротонов LEAR.

Мы располагаем следующими фактами о нынешнем состоянии Вселенной :

1.Во Вселенной практически нет антивещества (отношение количества антивещества к количеству вещества не превышает 10-4). Единичные антипротоны регистрируют в космических лучах.





2. Наблюдаемое (излучающее и поглощающее) вещество во Вселенной практически целиком состоит из барионов, и их энергетическая доля во Вселенной 4%.

3. Барионная материя по массе с точностью до 10-3 состоит из легчайших барионов — нуклонов, причем отношение числа нуклонов к числу реликтовых фотонов 10-9.

4. Из электрической нейтральности Вселенной в целом следует, что отношение концентрации электронов к концентрации фотонов то же, что и для нуклонов 10-9.

Вывод.

В настоящее время экспериментально обнаружены античастицы большинства известных частиц. Частицы и античастицы равноправны. Можно было бы считать позитрон частицей, а электрон античастицей. Из античастиц можно построить антивещество точно так же, как из частиц – вещество. Однако в окружающей нас Вселенной присутствуют только частицы, так как аннигиляция частиц и античастиц приводит к тому, что античастицы, попадая в нашу Вселенную, быстро погибают. Антивещество может существовать так же долго, как и вещество, если они не вступают во взаимодействие. Одна из нерешённых на сегодня проблем существуют ли Антимиры, состоящие из античастиц?

Литература

1. Б.С. Ишханов, И.М. Капитонов, Н.П. Юдин. Частицы и атомные ядра.

М.: Издательство ЛКИ, 2007.

2. Ишханов Б.С., Кэбин Э.И. Антиматерия., М: Университетская книга, 2012.

3. Б.С. Ишханов, М. Е. Степанов, Т. Ю. Третьякова. Семинары по физике

Похожие работы:

«© "Доктор Веб", 2003-2012. Все права защищены. Материалы, приведенные в данном документе, являются собственностью "Доктор Веб" и могут быть использованы исключительно для личных целей приобретателя продукта. Никакая часть данного документа не может быть скопирована, размещена на сетевом ресурсе или передана по ка...»

«2016 ПРОБЛЕМЫ АРКТИКИ И АНТАРКТИКИ № 1 (107) УДК 551.46.062.4/551.465.16 Поступила 11 февраля 2016 г. РАСПРЕДЕЛЕНИЕ КИСЛОРОДА И ДЕФИЦИТА КИСЛОРОДА В АТЛАНТИЧЕСКИХ ВОДАХ В ЕВРАЗИЙСКОМ СУББАССЕЙНЕ СЕВЕРНОГО ЛЕДОВИТОГО ОКЕАНА канд. хим. наук А.П. НЕДАШКОВСКИЙ1, канд. геогр. наук Н.И....»

«От редакции издательства "Общественная польза" Публикуемая Русским Физическим Обществом работа "Откровение" воронежского строителя Черкасова Алексея Петровича является жизнеописанием необычных событий, произошедших с автором в последние годы. Все основные мысли, изложенные в его работе, оказались полностью сов...»

«ЛИТОСФЕРА, 2012, № 6, с. 112–118 КРАТКИЕ СООБЩЕНИЯ УДК 550.4:55364(470.32) АПАТИТОВЫЕ РУДЫ В ДОКЕМБРИЙСКИХ КАРБОНАТИТАХ КУРСКОЙ МАГНИТНОЙ АНОМАЛИИ © 2012 г. Н. М. Чернышов, В. Л. Бочаров Воронежский государственный университет 394006, г. Воронеж, Университетская пл., 1...»

«ОБЗОРЫ Андрей Никитин (г. Минск) Современные выСоковольтные драйверы MOSFETи IGBT-транзиСторов ма 1б) подобная ситуация исключается В линейке аналоговых и смешанных интегральных схем, выпускаемых комна уровне внутренней логики управлепанией STMicroelectronics, важное место занимают...»

«МК.РОССИЙСКАЯ АКАДЕМИЯ НАУК ЛИТЕРАТУРНЫЕ ПАМЯТНИКИ РИГВЕДА МАНДАЛЫIXX Издание подготовила Т. Я. ЕЛИЗАРЕНКОВА МОСКВА " Н А У К А " 1999 'ДК 820/89 1БК 83.3(0)3 Р49 РЕДАКЦИОННАЯ КОЛЛЕГИЯ СЕРИИ ЛИТЕРАТУРНЫЕ ПАМЯТНИКИ Д.С. Лихачев (почетный председатель), В.Е. Багно, Н.И. Балашов (заместитель председателя), В.Э. Вацуро, МЛ. Гаспаров, АЛ. Гришунин,...»

«Цели и задачи освоения дисциплины 1. Целью дисциплины является усвоение базовых понятий и принципов, используемых при изучении магнетизма горных пород и палеомагнетизма, при применении петромагнитных и палеомагнитных данных для решении широкого спектра геологичексих и геофизических проб...»

«аттестационное дело №_ ЗАКЛЮЧЕНИЕ диссертационного совета Д 212.088.03 на базе федерального государственногобюджетного образовательного учреждения высшего образования "Кемеровский государственный университет", Министерство образования и науки Российской Федерации, по диссертации на соискание ученой сте...»

«Акционерам и Совету Директоров Акционерного Общества "GLOTUR"(ГЛОТУР) Мы провели аудит прилагаемого консолидированного бухгалтерского баланса Акционерного Общества "GLOTUR"(ГЛОТУР) и его дочерних компаний по состоянию на 31 декабря 2005 года и связанного с ним кон...»








 
2017 www.ne.knigi-x.ru - «Бесплатная электронная библиотека - электронные матриалы»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.