какие законы сохранения запрещают написанную ниже реакцию

Физика. 11 класс

Классификация элементарных частиц

На какие три типа делятся все частицы с точки зрения фундаментального взаимодействия, называемого сильным? Выберите один вариант ответа.

Мезоны, фотоны, лептоны

Фотоны, лептоны, адроны

Фотоны, глюоны, мезоны

Стандартная модель

Заполните пропуски в тексте.

Стандартная модель – это теория в физике элементарных частиц, описывающая электромагнитное, слабое и всех элементарных частиц.

Фундаментальные взаимодействия

Установите соответствие между частицей и видом взаимодействия.

Квант электромагнитного взаимодействия

Квант сильного взаимодействия

Квант гравитационного взаимодействия

Кванты слабого взаимодействия

Элементарные частицы

Соедините попарно прямоугольники с овалами так, чтобы получилось верное соответствие.

Фундаментальные взаимодействия

Выделите мышкой 3 слова, которые относятся к теме урока.

1. Какое явление обуславливает самое слабое фундаментальное взаимодействие?

2. Какого цвета адроны?

3. Тип ускорителей, в которых пучок частиц однократно проходит ускоряющие промежутки.

Фундаментальные теории

Заполните пропуски в тексте, выбрав правильные варианты ответа из выпадающего меню.

Элементарные частицы

Ответьте на вопросы, чтобы увидеть имя известного советского физика – инициатора создания первого в СССР циклотрона.

Фундаментальные взаимодействия

Соедините попарно прямоугольники с овалами так, чтобы получились верные соответствия.

Превращения элементарных частиц

Заполните пропуски в тексте, выбрав правильные варианты ответа из выпадающего меню.

Источник

Какие законы сохранения запрещают написанную ниже реакцию

Пользуясь различными законами сохранения можно предсказать многие особенности ядерных реакций.

Используются следующие точные законы сохранения:

1) сохранение электрического заряда;

2) сохранение полного числа нуклонов (в реакциях без образования античастиц);

3) сохранение полной энергии;

4) сохранение импульса;

5) сохранение момента количества движения;

Кроме того, используются и другие законы сохранения:

6) при пренебрежении слабыми взаимодействиями — закон сохранения четности врлновой функции;

7) при пренебрежении электромагнитными взаимодействиями — закон сохранения изотопического спина.

Рассмотрим подробнее особенности применения этих законов к ядерным реакциям.

1. Как показывает опыт, во всех без исключения ядерных реакциях суммарный электрический заряд частиц, вступающих в реакцию, равен суммарному электрическому заряду продуктов реакции.

2. В ядерных реакциях обычного типа без образования античастиц сохраняется полное число нуклонов.

Закон сохранения числа нуклонов свидетельствует, например, о том, что протон не может аннигилировать с электроном т. е. запрещает процессы типа

Это определяет невозможность «аннигиляции» атома водорода и стабильность нашего мира.

Проиллюстрируем первые два закона сохранения на примере нескольких ядерных реакций:

3. Известно, что в изолированной системе сохраняются полная энергия и полный импульс. Систему из двух соударяющихся ядерных частиц можно считать изолированной (замкнутой), так как остальные ядра вещества удалены на расстоянии порядка см, а размеры самих ядер малы

Закон сохранения полной энергии для реакции типа

может быть записан в виде

где энергии покоя частицы или ядра, — их кинетические энергии.

Бели обозначить «сумму кинетических энергий исходного Ядра и налетающей частицы через а сумму их энергий покоя через

соответственно сумму кинетических энергий продуктов реакции, как и их энергий покоя

то условие (91) запишется в виде

Перестройка ядер в процессе реакции сопровождается изменением их внутренней энергии и, следовательно, массы покоя ядер. Разность энергий покоя называется энергией реакции и обозначается

Когда в результате реакции выделяется кинетическая энергия за счет уменьшения энергии покоя. Такая реакция называется экзоэнергетической и может идти при любой кинетической энергии падающей частицы, достаточной для преодоления потенциального барьера.

При реакция идет с уменьшением кинетической энергии, за счет которой возрастает энергия покоя. Такая реакция называется эндоэнергетической и может идти только при больших энергиях падающей частицы, превышающих некоторое пороговое значение Значение можно получить, решая совместно уравнения для сохранения энергии и импульса

(В случае эндоэнергетических реакций, идущих под действием

Когда происходит упругое рассеяние, при котором сохраняется не только полная, но и кинетическая энергия, а значит и энергия покоя (т. е. масса частиц).

Примером экзоэнергетической реакции может служить реакция

где кинетическая энергия ядра гелия и нейтрона равна Однако эта реакция из-за необходимости преодолевать кулоновский потенциальный барьер идет с заметной вероятностью только при энергиях дейтона

Примером эндоэнергетической реакции может служить реакция

где

4. Закон сохранения импульса для реакции, сопровождающейся вылетом частицы имеет вид:

Обычно предполагается, что мишень локоится, т. е.

Пользуясь законами сохранения энергии и импульса, можно определить связь между угловым и энергетическим распределением продуктов реакции. Например, для обычного случая, изображенного на рис. 72, закон сохранения энергии имеет вид

Рис. 72. Схема ядерной реакции

Закон сохранения импульса может быть записан в виде двух уравнений для проекций импульса на оси х и у. Если ось х направлена вдоль , то

Решая систему трех уравнений (94), (95) и (96), для четырех величин: можно найти, например, связь скоростей частиц и В при данных углах их вылета и 0, а также найти связь угла вылета одной из частиц — продуктов с углом вылета второй частицы и скоростями.

5. При ядерной реакции сохраняется суммарный момент количества движений взаимодействующих частиц (под частицами мы здесь понимаем также ядра — мишени и отдачи) и проекция его на выбранное направление, например,

где спины соответствующих частиц и ядер; орбитальные моменты соответствующих пар частиц, характеризующие их относительное движение.

Применение закона сохранения момента количества движения с учетом того, что векторы являются квантовомеханическими величинами, приводит к определенным правилам отбора, с которыми мы уже встречались при рассмотрении и -распадов и

Перечисленные пять законов сохранения справедливы и в ядерных превращениях типа радиоактивных распадов и -распады), а также в любых взаимодействиях между элементарными частицами (ем. гл. 8).

6. Закон сохранения четности выполняется только в сильных и электромагнитных взаимодействиях. Для ядерных реакций того же типа В закон сохранения четности записывается в виде (см. § 8)

где внутренние четности взаимодействующих и образующихся частиц и ядер; орбитальные моменты пар частиц и

Применение закона сохранения четности также приводит к некоторым правилам отбора

7. В главе 2 уже говорилось, что ядерные силы инвариантны по отношению к вращению в изотопическом пространстве, т. е. характер взаимодействия не зависит от сорта нуклона. Это свойство называется «изотопической инвариантностью» взаимодействия. Однако оно не относится к электромагнитным взаимодействиям частиц и нарушается, если их учитывать. Ситуация здесь аналогична инвариантности взаимодействия относительно вращения в обычном трехмерном пространстве, приводящей к закону сохранения момента количества движения.

Проекция изотопического спина на ось для ядра определяется выражением

Следовательно, полное значение изотопического спина может быть только больше этой величины:

Опыт изучения ядерных реакций, обусловленных сильными взаимодействиями, показывает, что в них выполняется закон сохранения изотопического спина, который приводит к определенным правилам отбора по изотопическому спину. Так, например, -частица может быть испущена ядром только в том случае, если его начальное и конечное состояния имеют одинаковые значения изотопического спина.

К закону сохранения изотопического спина мы вернемся еще раз в разделе об элементарных частицах.

Источник

Какие законы сохранения запрещают написанную ниже реакцию

Характеристика	Символ	Сильное взаимодейст.	Эл. магн. взаимод.	Слабое взаимод.	A или M
Энергия	E	+	+	+	A
Импульс		+	+	+	A
Момент		+	+	+	A
Эл.заряд	Q	+	+	+	A
Барионный заряд	B	+	+	+	A
Лептонные заряд	Le,Lμ,L τ	+	+	+	A
Странность	s	+	+	—	A
Charm	с	+	+	—	A
Bottomness	b	+	+	—	A
Topness	t	+	+	—	A
Изоспин	I	+	—	—	A
Р-четность	P	+	+	—	M
С-четность	C	+	+	—	M
CP-четность	CP или PC	+	+	—	M
CPT-четность	CPT	+	+	+	M
T-четность	T	+	+	—	M

Симметрии и законы сохранения

В квантовой физике характеристикой системы частиц является ψ-функция. ψ-функция зависит от пространственных, спиновых и других характеристик частиц системы. Квадрат модуля ψ-функции равен вероятности обнаружить систему частиц с данными характеристиками. Интеграл квадрата модуля ψ-функции по всем возможным пространственным и другим переменным должен быть равен 1. При преобразовании аргументов ψ-функции, например, при сдвигах пространственной или временной шкал вероятность не изменяется:

Оператор преобразования ψ-функции U имеет вид

.

Инвариантности уравнений движения системы относительно преобразования (4.2) соответствует закон сохранения величины Q. ( Это одна из возможных формулировок теоремы Нетер). В частности, инвариантности уравнений движения относительно сдвигов пространственных координат системы соответствует закон сохранения импульса, а инвариантности уравнений движения относительно сдвигов временных координат соответствует закон сохранения энергии.
В случае сдвигов системы координат в пространстве или времени величина может быть любой, в том числе и бесконечно малой величиной, например, α = dt В случае преобразований (4.2) такого непрерывного типа закон сохранения величины Q аддитивный, т.е. сохраняется сумма величин. Если величина α в (4.2) может принимать только дискретный ряд значений, закон сохранения величины Q – мультипликативный, т.е. сохраняется произведение величин Q.

Адроны и кварки

Квантовые числа кварковКвантовое
число

Аромат (F l a v o r)udcstbQ+2/3-1/3+2/3-1/3+2/3-1/3I₃+1/2-1/20000c (charm)00+1000s (strangeness)000-100t (topness)0000+10b (bottomness)00000-1

Момент импульса и спин адронов

Все кварки имеют спин (собственный момент импульса), равный 1/2.

Момент импульса барионов является векторной суммой спинов и орбитальных моментов составляющих барион кварков:

В низшем по энергии состоянии таких систем орбитальные моменты кварков равны 0, а спины складываются в наименьший возможный суммарный спин – т.е. в 1/2. Таковы спины низших по массе (энергии покоя) барионов – протона p(uud) и нейтрона n(udd). Этот факт указывает на зависимость сил (в данном случае – сильных взаимодействий) от ориентации спинов составляющих системы частиц. Впервые это было установлено при изучении ядер – систем нуклонов, связанных сильными (ядерными) взаимодействиями.

.

В низших по массе состояниях мезонов орбитальные моменты кварков равны 0, а спины кварк и антикварка складываются в 0. Примером являются пионы- системы из кварка и антикварка первого поколения.
Закон сохранения момента импульса (аддитивный закон) выполнятся во всех типах взаимодействий.

Пространственная четность (Р-четность)

Волновая функция адронов является функцией координат составляющих его кварков. Переход от выбранной системы координат к системе, соответствующей зеркальному отражению всех координатных осей, приводит к преобразованию волновой функции системы. Оператор пространственного отражения

ψ() = ψ(-) = pψ().
ψ() = p 2 ψ() = ψ(); p = +1.

Четность античастиц противоположна четности частиц. Собственные четности кварков (+1), а антикварков (-1). В низших по массе (энергии покоя) состояниях орбитальные моменты равны 0. Поэтому четности нуклонов равны (+1), а четности всех π-мезонов – отрицательны.
Анализ законов сохранения позволяет идентифицировать неизвестную частицу, если ее рождение происходит в реакции сильного взаимодействия.