Po prvi put je otkrivena čestica koja se sastoji od tri kvarka različitih porodica. Značenje riječi b-čestica u medicinskim terminima A b čestice

Od približno 1000 sekundi (za slobodni neutron) do zanemarljivog dijela sekunde (od 10 -24 do 10 -22 s za rezonancije).

Strukturu i ponašanje elementarnih čestica proučava fizika čestica.

Sve elementarne čestice podliježu principu identičnosti (sve elementarne čestice istog tipa u Univerzumu su potpuno identične po svim svojim svojstvima) i principu čestica-val dualizma (svaka elementarna čestica odgovara de Broglieovom valu).

Sve elementarne čestice imaju svojstvo interkonvertibilnosti, što je posljedica njihovih interakcija: jake, elektromagnetne, slabe, gravitacijske. Interakcije čestica uzrokuju transformacije čestica i njihovih zbirki u druge čestice i njihove skupove, ako takve transformacije nisu zabranjene zakonima održanja energije, količine gibanja, ugaonog momenta, električnog naboja, barionskog naboja itd.

Glavne karakteristike elementarnih čestica:životni vijek, masa, spin, električni naboj, magnetni moment, barionski naboj, leptonski naboj, neobičnost, izotopski spin, paritet, paritet naboja, G-paritet, CP-paritet.

Klasifikacija

Doživotno

• Stabilne elementarne čestice su čestice koje imaju beskonačno dug životni vijek u slobodnom stanju (proton, elektron, neutrino, foton i njihove antičestice).
• Nestabilne elementarne čestice su čestice koje se raspadaju na druge čestice u slobodnom stanju u konačnom vremenu (sve ostale čestice).

Po težini

Sve elementarne čestice podijeljene su u dvije klase:

• Čestice bez mase su čestice sa nultom masom (foton, gluon).
• Čestice s masom različitom od nule (sve ostale čestice).

Najvećim leđima

Sve elementarne čestice podijeljene su u dvije klase:

Po vrsti interakcije

Elementarne čestice se dijele u sljedeće grupe:

Složene čestice

• Hadroni su čestice koje učestvuju u svim vrstama fundamentalnih interakcija. Sastoje se od kvarkova i dijele se na:
  • mezoni su hadroni sa cjelobrojnim spinom, odnosno oni su bozoni;
  • barioni su hadroni sa polucijelim spinom, odnosno fermioni. To posebno uključuje čestice koje čine jezgro atoma - proton i neutron.

Fundamentalne (bezstrukturne) čestice

• Leptoni su fermioni koji imaju oblik tačkastih čestica (tj. ne sastoje se ni od čega) do razmjera od 10 −18 m. Ne učestvuju u jakim interakcijama. Učešće u elektromagnetnim interakcijama eksperimentalno je uočeno samo za nabijene leptone (elektrone, mione, tau leptone) i nije uočeno za neutrine. Postoji 6 poznatih vrsta leptona.
• Kvarkovi su djelimično nabijene čestice koje su dio adrona. Oni nisu uočeni u slobodnom stanju (predložen je mehanizam zatvaranja da se objasni odsustvo takvih zapažanja). Poput leptona, oni su podijeljeni u 6 tipova i smatraju se bezstrukturnim, međutim, za razliku od leptona, sudjeluju u snažnim interakcijama.
• Gauge bozoni su čestice čijom se razmjenom provode interakcije:
  • foton je čestica koja nosi elektromagnetnu interakciju;
  • osam gluona - čestica koje nose jaku silu;
  • tri srednja vektorska bozona W + , W− i Z 0, koji tolerišu slabu interakciju;
  • graviton je hipotetička čestica koja nosi gravitacionu silu. Postojanje gravitona, iako još nije eksperimentalno dokazano zbog slabosti gravitacione interakcije, smatra se prilično vjerojatnim; međutim, graviton nije uključen u Standardni model elementarnih čestica.

Veličine elementarnih čestica

Uprkos velika raznolikost elementarnih čestica, njihove veličine se svrstavaju u dvije grupe. Veličine adrona (i bariona i mezona) su oko 10 -15 m, što je blizu prosječne udaljenosti između kvarkova uključenih u njih. Veličine osnovnih, bezstrukturnih čestica - gauge bozona, kvarkova i leptona - unutar eksperimentalne greške su u skladu s njihovom prirodom tačke (gornja granica prečnika je oko 10 -18 m) ( vidi objašnjenje). Ako se u daljim eksperimentima ne otkriju konačne veličine ovih čestica, onda to može ukazivati ​​na to da su veličine gauge bozona, kvarkova i leptona bliske osnovnoj dužini (za koju se vrlo vjerovatno može ispostaviti da je Planckova dužina jednaka 1,6 10 −35 m) .

Međutim, treba napomenuti da je veličina elementarne čestice prilično složen koncept koji nije uvijek u skladu s klasičnim konceptima. Prvo, princip nesigurnosti ne dozvoljava da se striktno lokalizuje fizička čestica. Paket valova, koji predstavlja česticu kao superpoziciju precizno lokaliziranih kvantnih stanja, uvijek ima konačne dimenzije i određenu prostornu strukturu, a dimenzije paketa mogu biti prilično makroskopske - na primjer, elektron u eksperimentu s interferencijom na dva prorezi "osjećaju" oba proreza interferometra, razdvojena makroskopskom udaljenosti. Drugo, fizička čestica mijenja strukturu vakuuma oko sebe, stvarajući “kaput” od kratkoročnih virtualnih čestica - fermion-antifermion parova (vidi Vakumska polarizacija) i bozona koji nose interakcije. Prostorne dimenzije ovog područja zavise od mjernih naboja koje čestica posjeduje i od masa srednjih bozona (poluprečnik ljuske masivnih virtuelnih bozona je blizu njihovoj Comptonovskoj talasnoj dužini, koja je, pak, obrnuto proporcionalna njihovoj masa). Dakle, radijus elektrona sa stanovišta neutrina (među njima je moguća samo slaba interakcija) je približno jednak Comptonovoj talasnoj dužini W-bozona, ~3 × 10 −18 m, i dimenzijama oblasti jake interakcije hadrona određene su Comptonovom talasnom dužinom najlakšeg od hadrona, pi-mezona (~10 −15 m), koji ovdje djeluje kao nosilac interakcije.

Priča

U početku je izraz "elementarna čestica" značio nešto apsolutno elementarno, prvu ciglu materije. Međutim, kada su 1950-ih i 1960-ih otkrivene stotine hadrona sličnih svojstava, postalo je jasno da hadroni barem imaju unutrašnje stupnjeve slobode, odnosno da nisu elementarni u strogom smislu riječi. Ova sumnja je kasnije potvrđena kada se ispostavilo da se hadroni sastoje od kvarkova.

Dakle, fizičari su se pomaknuli malo dublje u strukturu materije: leptoni i kvarkovi se sada smatraju najelementarnijim, tačkastim dijelovima materije. Za njih (zajedno sa gauge bozonima) termin „ fundamentalnočestice".

U teoriji struna, koja se aktivno razvija od sredine 1980-ih, pretpostavlja se da su elementarne čestice i njihove interakcije posljedice razne vrste vibracije posebno malih "žica".

Standardni model

Standardni model elementarnih čestica uključuje 12 aroma fermiona, njihovih odgovarajućih antičestica, kao i gauge bozone (fotone, gluone, W- I Z-bozoni), koji nose interakcije između čestica, i Higgsov bozon, otkriven 2012. godine, koji je odgovoran za prisustvo inercijalne mase u česticama. Međutim, standardni model se uglavnom smatra privremenom teorijom, a ne istinski fundamentalnom, jer ne uključuje gravitaciju i sadrži nekoliko desetina slobodnih parametara (mase čestica itd.), čije vrijednosti ne slijede direktno iz teoriju. Možda postoje elementarne čestice koje nisu opisane Standardnim modelom - na primjer, kao što je graviton (čestica koja hipotetički nosi gravitacijske sile) ili supersimetrični partneri običnih čestica. Ukupno, model opisuje 61 česticu.

Fermioni

12 ukusa fermiona podijeljeno je u 3 porodice (generacije) od po 4 čestice. Šest od njih su kvarkovi. Ostalih šest su leptoni, od kojih su tri neutrina, a preostala tri nose jedinični negativni naboj: elektron, mion i tau lepton.

Antičestice

Postoji i 12 fermionskih antičestica koje odgovaraju gornjim dvanaest čestica.

Kvarkovi

Kvarkovi i antikvarkovi nikada nisu otkriveni u slobodnom stanju - to se objašnjava fenomenom

Koje su to sile koje drže neutrone i protone zajedno u jezgru?

Električna interakcija je povezana sa česticom - fotonom. Slično, Yukawa je predložio da privlačne sile između protona i neutrona imaju posebnu vrstu polja, a vibracije ovog polja ponašaju se kao čestice. To znači da je moguće da, osim neutrona i protona, na svijetu postoje još neke čestice. Yukawa je mogao zaključiti svojstva ovih čestica iz već poznatih karakteristika nuklearnih sila. Na primjer, on je predvidio da bi trebali imati masu 200-300 puta veću od mase elektrona. O, čudo!- čestica takve mase otkrivena je u kosmičkim zracima! Međutim, nešto kasnije se pokazalo da to uopće nije ista čestica. Nazvali su ga μ-mezon ili mion.

Pa ipak, nešto kasnije, 1947. ili 1948. godine, otkrivena je čestica - π-mezon, ili pion - koja je zadovoljila Yukavine zahtjeve. Ispada da se protonu i neutronu mora dodati pion da bi se dobile nuklearne sile. „Divno! - uzviknete vi.- Uz pomoć ove teorije, sada ćemo konstruisati kvantnu nuklearnu dinamiku, a pioni će služiti svrhama za koje ih je Yukawa uveo; Hajde da vidimo da li ova teorija funkcioniše, i ako jeste, objasnićemo sve.” Isprazne nade! Pokazalo se da su proračuni u ovoj teoriji toliko složeni da ih još niko nije uspio izvesti i izvući bilo kakve posljedice iz teorije, niko nije imao sreće da to uporedi s eksperimentom. I to traje skoro 20 godina!

Nešto ne funkcionira s teorijom; ne znamo da li je to istina ili ne; međutim, već znamo da joj nešto nedostaje, da se u njoj kriju neke nepravilnosti. Dok smo gazili po teoriji, pokušavajući izračunati posljedice, eksperimentatori su za to vrijeme otkrili nešto. Pa, isti μ-mezon, ili mion. I još uvijek ne znamo za šta je to dobro. Opet, mnoge "dodatne" čestice pronađene su u kosmičkim zracima. Danas ih je već preko 30, ali je povezanost između njih još teško shvatiti, a nije jasno šta priroda od njih želi i koji od njih zavisi od koga. Sve ove čestice nam se još ne čine kao različite manifestacije iste suštine, a činjenica da postoji gomila disparatnih čestica samo je odraz prisustva nekoherentnih informacija bez podnošljive teorije. Nakon neospornih uspjeha kvantne elektrodinamike - neki skup informacija iz nuklearne fizike, ostaci znanja, polu-eksperimentalni, polu-teorijski. Pitaju, recimo, prirodu interakcije između protona i neutrona i vide šta iz toga proizlazi, a da zapravo ne razumeju odakle te sile dolaze. Nije bilo značajnijih uspjeha osim opisanih.

Ali bilo je i mnogo hemijskih elemenata, i odjednom je bilo moguće uočiti vezu između njih, izraženu Mendeljejevljevim periodnim sistemom. Recimo da su kalij i natrijum - supstance sličnih hemijskih svojstava - u istoj koloni u tabeli. Dakle, pokušali smo da napravimo tablicu poput periodnog sistema za nove čestice. Jednu sličnu tabelu nezavisno su predložili Gell-Mann u SAD-u i Nishijima u Japanu. Osnova njihove klasifikacije je novi broj, poput električnog naboja. Pripisuje se svakoj čestici i naziva se njena „čudnost“ S. Ovaj broj se ne mijenja (baš kao električni naboj) u reakcijama koje proizvode nuklearne sile.

U tabeli 2.2 prikazuje nove čestice. O njima za sada nećemo detaljnije. Ali tabela barem pokazuje koliko još malo znamo. Ispod simbola svake čestice je njena masa, izražena u određenim jedinicama koje se nazivaju megaelektronvolti, ili MeV (1 MeV je 1,782 * 10 -27 G). Nećemo ulaziti u istorijske razloge koji su iznudili uvođenje ove jedinice. Masivnije čestice su navedene više u tabeli. U jednom stupcu nalaze se čestice istog električnog naboja, neutralne su u sredini, pozitivne su desno, negativne su lijevo.

Čestice su podvučene punom linijom, „rezonancije“ crticama. Neke čestice uopće nisu u tabeli: nema fotona i gravitona, vrlo bitnih čestica s nultom masom i nabojem (ne spadaju u klasifikacionu shemu barion-mezon-lepton), nema ni nekih od najnovijih rezonancija (φ, f, Y*, itd.). Antičestice mezona su date u tabeli, ali za antičestice leptona i bariona bilo bi potrebno sastaviti novu tabelu, sličnu ovoj, ali samo preslikanu u odnosu na nultu kolonu. Iako su sve čestice osim elektrona, neutrina, fotona, gravitona i protona nestabilne, njihovi proizvodi raspada zapisani su samo za rezonancije. Čudnost leptona također nije zapisana, jer ovaj koncept nije primjenjiv na njih - oni nemaju jaku interakciju s jezgrima.

Čestice koje stoje zajedno sa neutronom i protonom nazivaju se barioni. Ovo je "lambda" sa masom od 1115,4 MeV i tri druge "sigme", nazvane sigma-minus, sigma-nula, sigma-plus, sa skoro istim masama. Grupe čestica gotovo iste mase (razlika 1-2%) nazivaju se multipleti. Sve čestice u multipletu imaju istu neobičnost. Prvi multiplet je par (dublet) proton - neutron, zatim je singlet (single) lambda, zatim triplet (tri) sigma, dublet xi i singlet omega-minus. Počevši od 1961. godine počele su se otkrivati ​​nove teške čestice. Ali da li su to čestice? Oni žive tako kratko (raspadaju se čim se pojave) da je nepoznato da li ih nazvati novim česticama ili ih smatrati „rezonantnom“ interakcijom između njihovih proizvoda raspada, recimo, Λ i π pri nekoj fiksnoj energiji.

Za nuklearne interakcije, osim bariona, potrebne su i druge čestice - mezoni. To su, prvo, tri sorte božura (plus, nula i minus), tvoreći novu trojku. Pronađene su i nove čestice - K-mezoni (ovo je K dublet+ i K 0 ). Svaka čestica ima antičesticu, osim ako čestica nije njena sopstvena antičestica, recimo π+ i π - - antičestice jedna drugoj, a π 0 -svoju antičesticu. Antičestice i K- sa K +, i K 0 sa K 0 `. Osim toga, nakon 1961. počeli smo da otkrivamo nove mezone, ili sort-mezone, koji se raspadaju gotovo trenutno. Jedan takav kuriozitet se zove omega, ω, njegova masa je 783, pretvara se u tri piona; Postoji još jedna formacija iz koje se dobija par božura.

Baš kao što su neke rijetke zemlje ispale iz vrlo uspješnog periodnog sistema, na isti način su neke čestice ispale iz naše tablice. To su čestice koje nemaju snažnu interakciju sa jezgrama, nemaju nikakve veze sa nuklearnom interakcijom, i nemaju jaku interakciju jedna s drugom (pod jakom se misli na moćnu vrstu interakcije koja daje atomsku energiju). Ove čestice se nazivaju leptoni; tu spadaju elektron (veoma lagana čestica sa masom od 0,51 MeV) i mion (sa masom 206 puta većom od mase elektrona). Koliko možemo suditi iz svih eksperimenata, elektron i mion se razlikuju samo po masi. Sva svojstva miona, sve njegove interakcije se ne razlikuju od svojstava elektrona - samo je jedan teži od drugog. Zašto je teži, kakvu će korist imati, ne znamo. Osim njih, postoji i neutralna grinja - neutrino, mase nula. Štaviše, sada je poznato da postoje dvije vrste neutrina: neki povezani s elektronima, a drugi povezani s mionima.

I na kraju, postoje još dvije čestice koje također ne stupaju u interakciju s jezgrima. Jednog već znamo - ovo je foton; a ako gravitaciono polje takođe ima kvantno mehanička svojstva (iako kvantna teorija gravitacije još nije razvijena), onda možda postoji gravitonska čestica sa nultom masom.

Šta je "nulta masa"? Mase koje smo naveli su mase čestica u mirovanju. Ako čestica ima nultu masu, to znači da se ne usuđuje da miruje. Foton nikada ne miruje; njegova brzina je uvijek 300.000 km/sec. Takođe ćemo razumeti teoriju relativnosti i pokušati da prodremo dublje u značenje pojma mase.

Dakle, susreli smo se sa čitavim sistemom čestica, koje su zajedno, očigledno, veoma fundamentalni deo materije. Srećom, ove čestice se međusobno ne razlikuju u međusobnoj interakciji. Očigledno postoje samo četiri vrste interakcija između njih. Nabrojimo ih po opadajućoj jačini: nuklearne sile, električne interakcije, (interakcija β-raspada i gravitacija. Foton je u interakciji sa svim nabijenim česticama sa silom koju karakteriše neki konstantan broj 1/137. Detaljan zakon ove veze je poznato-to je kvantna elektrodinamika.Gravitacija interaguje sa svom energijom,ali izuzetno slabo,mnogo slabija od elektriciteta.I ovaj zakon je poznat.Zatim postoje tzv.slabi raspadi:β-raspad, zbog kojeg se neutron raspada dosta sporo u proton, elektron i neutrino.Ovdje je zakon razjašnjen samo djelimično.I takozvana jaka interakcija (veza mezona sa barionom) ima snagu na ovoj skali jednaku jedinici, a njen zakon je potpuno nejasan, iako su neka pravila poznata, kao što je činjenica da se broj bariona ne mijenja ni u jednoj reakciji.

Položaj u kojem se nalazi moderna fizika, treba smatrati strašnim. Sažeo bih to ovim rečima: izvan jezgra, čini se da znamo sve; Unutar njega vrijedi kvantna mehanika i tu nisu pronađena kršenja njenih principa.

Pozornica na kojoj djeluje svo naše znanje je relativistički prostor-vrijeme; Moguće je da je s tim povezana i gravitacija. Ne znamo kako je nastao Univerzum i nikada nismo izvodili eksperimente kako bismo precizno testirali naše ideje o prostor-vremenu na malim udaljenostima, znamo samo da su izvan ovih udaljenosti naši pogledi nepogrešivi. Moglo bi se takođe dodati da su pravila igre principi kvantne mehanike; i, koliko znamo, primjenjuju se na nove čestice ništa gore nego na stare. Potraga za porijeklom nuklearnih sila vodi nas do novih čestica; ali sva ova otkrića samo izazivaju zabunu. Nemamo potpuno razumijevanje njihovih međusobnih odnosa, iako smo već vidjeli neke upečatljive veze među njima. Očigledno se postepeno približavamo razumijevanju svijeta subatomskih čestica, ali je nepoznato koliko smo daleko otišli ovim putem.

Barioni (od grčkog "baris" - težak) su teške elementarne čestice, fermioni u jakoj interakciji, koji se sastoje od tri kvarka. Najstabilniji barioni su proton i neutron. Glavni barioni uključuju: proton (uud), antiproton, neutron (ddu), antineutron, lambda hiperion, sigma hiperion, xi hiperion, omega hiperion.

Zaposleni u međunarodnoj saradnji DZero u Fermi National Accelerator Laboratory, koji je dio američkih istraživačkih centara, otkrili su novu elementarnu barionsku česticu. Čestica, nazvana "xi-bi-minus barion" (Ξ-b), jedinstvena je na svoj način. Ovo nije samo još jedan barion koji sadrži b-kvark, već prva čestica koja sadrži tri kvarka iz tri različite porodice - d-kvark, s-kvark i b-kvark.

Ima i drugo ime - "cascade-bi". Barion nosi negativan naboj i ima masu približno šest puta veću od protona (masa čestice 5,774±0,019 GeV).

Da bi registrovali novu česticu, naučnici su morali da analiziraju tragove tokom pet godina rada akceleratora. Kao rezultat toga, bilo je moguće otkriti 19 događaja koji su ukazivali na formiranje novog bariona.

Ranije su naučnici već dobili barion koji se sastoji od tri različita kvarka - lambda-bi barion, koji se sastoji od u-, d- i b-kvarka, ali on sadrži samo dvije generacije kvarkova (vidi umetak).

Tako je po prvi put u istoriji fizike visokih energija otkriven barion koji se sastoji od kvarkova tri generacije ili porodice. Bi-kaskada se sastoji od jednog d kvarka ("donji" kvark, koji pripada prvoj porodici), jednog s-kvarka ("čudan" kvark, druga porodica) i jednog b kvarka ("prekrasan" kvark, treća porodica). Zbog toga je nova čestica Ξ-b zaista jedinstvena.

Zanimljivo, iako je saradnja bazirana u Fermilabu, koji ima moćan Tevatron akcelerator, trenutno otkriće je napravljeno u Evropi - na Velikom sudaraču elektrona i pozitrona u CERN-u (LEP).

Tako naučnici nastavljaju svoju potragu na "drugom spratu" barionske piramide, otkrivajući barione koji sadrže jedan "dragocjeni" ili "donji" kvark (b).

Po prvi put takve čestice primljeno takođe tim iz Fermilaba. Prošle godine je CDF International Collaboration, koji provodi eksperimente u Fermi National Accelerator Laboratory pri Ministarstvu energetike SAD-a, objavio otkriće dvije nove elementarne čestice koje pripadaju klasi bariona, a nazvane su Σ+b i Σ-b.

U eksperimentima su fizičari sudarali protone sa antiprotonima, ubrzavajući ih na Tevatron akceleratoru, najmoćnijem do sada.

Na ovom akceleratoru se izvode eksperimenti na sudaru snopa protona s energijom od 1 TeV sa protusnopom antiprotona iste energije. Prilikom sudara s takvom energijom pojavio se b-kvark, koji je potom, u interakciji s kvarkovima protona i antiprotona, formirao dvije nove čestice.

Eksperiment je zabilježio 103 događaja povezana s rođenjem pozitivno nabijenih u-u-b čestica (Σ+b) i 134 rođenja negativno nabijenih čestica d-d-b čestice(Σ-b). Da bi otkrili toliki broj događaja, naučnici su morali analizirati tragove od 100 triliona sudara tokom pet godina rada Tevatrona.

Prirodni radioaktivni b-raspad sastoji se od spontanog raspada jezgara uz emisiju b-čestica - elektrona. Pravilo pomaka za

prirodni (elektronski) b-raspad opisuje se izrazom:

Z X A® Z+1YA+ - 1 e 0 .(264)

Studija energetskog spektra b-čestica je pokazala da, za razliku od spektra a-čestica, b-čestice imaju kontinuirani spektar od 0 do E max. Kada je otkriven b-raspad, trebalo je objasniti sljedeće:

1) zašto matično jezgro uvijek gubi energiju E max, a energija b-čestica može biti manja od E max;

2) kako nastaje -1 e 0 tokom b-raspada?, jer elektron nije uključen u jezgro;

3) ako tokom b-raspada pobjegne - 1 e 0, tada se krši zakon održanja ugaonog momenta: broj nukleona ( A) se ne mijenja, ali elektron ima spin ½ħ, pa se na desnoj strani relacije (264) spin razlikuje od spina lijeve strane relacije za ½ħ.

Da bi se izvukao iz teškoća 1931. Pauli je predložio da pored - 1 e 0 tokom b-raspada emituje se još jedna čestica - neutrino (o o), čija je masa mnogo manja od mase elektrona, naelektrisanje je 0 i spin s = ½ ħ. Ova čestica nosi energiju E max - E β i osigurava ispunjenje zakona održanja energije i impulsa. Otkriven je eksperimentalno 1956. Poteškoće u otkrivanju o o povezane su s njegovom malom masom i neutralnošću. U tom smislu, o o može preći ogromne udaljenosti prije nego što ga supstanca apsorbira. U vazduhu se jedan akt jonizacije pod uticajem neutrina dešava na udaljenosti od oko 500 km. Opseg o o sa energijom od 1 MeV u olovu je ~10 18 m o o može se otkriti indirektno korištenjem zakona održanja impulsa tokom b-raspada: zbir vektora impulsa - 1 e 0 , o o i jezgro trzanja treba da bude jednako 0. Eksperimenti su potvrdili ovo očekivanje.

Kako se tokom b-raspada broj nukleona ne mijenja, već se naboj povećava za 1, jedino objašnjenje za b-raspad može biti sljedeće: jedno od o n 1 kernel se pretvara u 1 r 1 sa emisijom - 1 e 0 i neutrino:

o n 1 → 1 r 1 + - 1 e 0+O o (265)

Utvrđeno je da se tokom prirodnog b-raspada emituje elektronski antineutrino - o O. Energetski, reakcija (265) je povoljna, budući da je masa mirovanja o n 1 više mase za odmor 1 r 1. Bilo je za očekivati ​​da je besplatan o n 1 radioaktivan. Ovaj fenomen je zapravo otkriven 1950. godine u visokoenergetskim neutronskim tokovima koji nastaju u nuklearnim reaktorima i služi kao potvrda b-raspada mehanizma prema shemi (262).

Razmatrani b-raspad naziva se elektronskim. Godine 1934. Frederic i Joliot-Curie otkrili su umjetni pozitron b-raspad, u kojem antičestica elektrona, pozitron i neutrino, pobjegnu iz jezgra (vidi reakciju (263)). U ovom slučaju, jedan od protona jezgra pretvara se u neutron:

1 r 1 → o n 1+ + 1 e 0+ o o (266)

Za slobodni proton takav proces je nemoguć, iz energetskih razloga, jer Masa protona je manja od mase neutrona. Međutim, u jezgri, proton može posuditi potrebnu energiju od drugih nukleona u jezgri. Dakle, reakcija (344) se može dogoditi i unutar jezgra i za slobodni neutron, ali reakcija (345) se događa samo unutar jezgra.

Treći tip b-raspada je K-hvatanje. U ovom slučaju, jezgro spontano hvata jedan od elektrona u K-ljusci atoma. U ovom slučaju, jedan od protona jezgra pretvara se u neutron prema sljedećoj shemi:

1 r 1 + - 1 e 0 → o n 1 + o o (267)

Kod ovog tipa b-raspada samo jedna čestica se emituje iz jezgra - o o. K-hvatanje je praćeno karakterističnim rendgenskim zračenjem.

Dakle, za sve vrste b-raspada koji se dešavaju prema šemama (265) – (267), svi zakoni održanja su zadovoljeni: energija, masa, naboj, impuls, ugaoni moment.

Transformacije neutrona u proton i elektrona i protona u neutron i pozitron nisu uzrokovane intranuklearnim silama, već silama koje djeluju unutar samih nukleona. Povezani sa ovim snagama interakcije se nazivaju slabim. Slaba interakcija je mnogo slabija ne samo od jake interakcije, već i od elektromagnetne interakcije, ali mnogo jača od gravitacijske interakcije. Jačina interakcije može se suditi po brzini procesa koje ona izaziva pri energijama od ~1 GeV, karakterističnim za fiziku elementarnih čestica. Pri takvim energijama se procesi zbog jake interakcije odvijaju u vremenu od ~10 -24 s, elektromagnetski proces u vremenu od ~10 -21 s, a vremenska karakteristika procesa koji nastaju zbog slabe interakcije je mnogo duža: ~10 -10 s, pa se u svijetu elementarnih čestica slabi procesi odvijaju izuzetno sporo.

Kada beta čestice prolaze kroz materiju, one gube energiju. Brzina b-elektrona proizvedenih tokom b-raspada može biti vrlo visoka - uporediva sa brzinom svjetlosti. Njihovi gubici energije u materiji nastaju usled jonizacije i kočnog zračenja. Bremsstrahlung je glavni izvor gubitka energije za brze elektrone, dok su za protone i teže nabijena jezgra gubici zaustavljanja neznatni. At niske energije elektrona glavni izvor gubitka energije je jonizacioni gubici. Ima ih kritična energija elektrona, pri čemu gubici zaustavljanja postaju jednaki gubicima ionizacije. Za vodu je oko 100 MeV, za olovo – oko 10 MeV, za vazduh – nekoliko desetina MeV. Apsorpcija fluksa b-čestica sa identičnim brzinama u homogenoj tvari podliježe eksponencijalnom zakonu N = N 0 e - m x, Gdje N 0 I N– broj b-čestica na ulazu i izlazu sloja materije debljine X, m- koeficijent apsorpcije. b _ radijacija je, dakle, jako raspršena u materiji m zavisi ne samo od supstance, već i od veličine i oblika tela na koja pada b_zračenje. Jonizacijska sposobnost b-zraka je mala, oko 100 puta manja od sposobnosti a-čestica. Stoga je penetraciona sposobnost b-čestica mnogo veća od sposobnosti a-čestica. U vazduhu domet b-čestica može dostići 200 m, u olovu do 3 mm. Pošto b-čestice imaju vrlo malu masu i jedno naelektrisanje, njihova putanja u mediju je isprekidana linija.

12.4.6 γ - zraci

Kao što je navedeno u paragrafu 12.4.1, γ - zraci predstavljaju tvrdu elektromagnetno zračenje sa izraženim korpuskularnim svojstvima. Koncepti γ raspadanje ne postoji. γ - zraci prate a- i b-raspad kad god je jezgro kćer u pobuđenom stanju. Za svaki tip atomskih jezgara postoji diskretni skup frekvencija g-zračenja, određen skupom energetskih nivoa u atomskom jezgru. Dakle, a- i g-čestice imaju diskretne emisione spektre, i

b-čestice - kontinuirani spektri. Prisustvo linijskog spektra γ- i a-zraka je od fundamentalnog značaja i dokaz je da atomska jezgra mogu biti u određenim diskretnim stanjima.

Apsorpcija γ - zraka materijom odvija se prema zakonu:

I = I 0 e - m x , (268)

Gdje ja i ja 0 - intenzitet γ - zraka prije i nakon prolaska kroz sloj tvari debljine X; μ – linearni koeficijent apsorpcije. Apsorpcija γ - zraka materijom nastaje uglavnom zbog tri procesa: fotoelektričnog efekta, Comptonovog efekta i formiranja elektron-pozitrona ( e+e-) para. Zbog toga μ može se predstaviti kao zbir:

μ = μ f + μ k + μ p.(269)

Kada γ-kvant apsorbira elektronska ljuska atoma, dolazi do fotoelektričnog efekta, uslijed kojeg elektroni pobjegnu iz unutrašnjih slojeva elektronska školjka. Ovaj proces se zove fotoelektrična apsorpcijaγ - zraci. Proračuni pokazuju da je značajan pri energijama γ - kvanta ≤ 0,5 MeV. Koeficijent apsorpcije μf zavisi od atomskog broja Z supstance i talasne dužine γ - zraka. Kako se energija γ - kvanta sve više povećava u poređenju sa energijom vezivanja elektrona u atomima, molekulama ili u kristalnoj rešetki supstance, interakcija γ - fotona sa elektronima postaje sve sličnija po prirodi interakciji. sa slobodnim elektronima. U ovom slučaju to se dešava Comptonovo raspršivanjeγ - zraci na elektronima, karakterizirani koeficijentom raspršenja μ k.

Sa povećanjem energije γ - kvanta do vrijednosti koje premašuju dvostruko više energije mirovanja elektrona 2 m o c 2 (1,022 MeV), javlja se anomalno velika apsorpcija γ - zraka, povezana sa formiranjem parova elektron-pozitron, posebno u teškim supstancama. Ovaj proces karakteriše koeficijent apsorpcije μ p.

Samo γ-zračenje ima relativno slabu jonizujuću sposobnost. Ionizaciju medija uglavnom vrše sekundarni elektroni koji se pojavljuju tokom sva tri procesa. γ - zraci su jedno od najprodornijih zračenja. Na primjer, za tvrđe γ - zrake, debljina poluapsorpcionog sloja je 1,6 cm u olovu, 2,4 cm u gvožđu, 12 cm u aluminijumu i 15 cm u zemlji.

Beta čestica

Beta čestica

Beta čestica(β čestica), naelektrisana čestica emitovana beta raspadom. Protok beta čestica se naziva beta zraka ili beta zračenje.

Negativno nabijene beta čestice su elektroni (β −), pozitivno nabijene su pozitroni (β +).

Beta zrake treba razlikovati od sekundarnih i tercijarnih elektrona nastalih kao rezultat jonizacije zraka - takozvanih delta zraka i epsilon zraka.

Svojstva

Energije beta čestica se kontinuirano raspoređuju od nule do neke maksimalne energije, u zavisnosti od raspadajućeg izotopa; ova maksimalna energija se kreće od 2,5 keV (za renijum-187) do desetina MeV (za kratkoživa jezgra daleko od beta linije stabilnosti).

Radioaktivnost

Značajne doze vanjskog beta zračenja mogu uzrokovati radijacijske opekotine kože i dovesti do radijacijske bolesti. Još opasnije je unutrašnje zračenje beta-aktivnih radionuklida koji ulaze u tijelo. Beta zračenje ima znatno manju prodornu moć od gama zračenja (međutim, za red veličine veće od alfa zračenja). Sloj bilo koje tvari s površinskom gustoćom reda 1 g/cm 2 (na primjer, nekoliko milimetara aluminija ili nekoliko metara zraka) gotovo u potpunosti apsorbira beta čestice s energijom od oko 1 MeV.

vidi takođe

Wikimedia Foundation. 2010.

Pogledajte šta je "Beta čestica" u drugim rječnicima:

- (b čestica), elektron ili pozitron emitovan tokom beta raspada radioaktivnih jezgara. U početku su se zračenje zvalo radioaktivno zračenje, prodornije od zraka, a manje prodorno od gama zračenja... Moderna enciklopedija

Beta čestica- (β čestica) elektron ili pozitron emitovan tokom beta raspada od atomskih jezgara... Ruska enciklopedija zaštite rada

Beta čestica- (b čestica), elektron ili pozitron emitovan tokom beta raspada radioaktivnih jezgara. U početku, b zraci su se nazivali radioaktivnim zračenjem, prodornijim od zraka, a manje prodornim od gama zračenja. ... Ilustrovani enciklopedijski rječnik

Elektroni ili pozitroni koje emituju atomska jezgra ili slobodni neutroni tokom njihovog beta raspada. Uslovi Nuklearna energija. Koncern Rosenergoatom, 2010 ... Termini nuklearne energije

Beta čestice, beta čestice... Pravopisni rječnik-priručnik

Imenica, broj sinonima: 1 čestica (128) ASIS Rječnik sinonima. V.N. Trishin. 2013… Rečnik sinonima

beta čestica- - [Ya.N.Luginsky, M.S.Fezi Zhilinskaya, Yu.S.Kabirov. Englesko-ruski rečnik elektrotehnike i energetike, Moskva, 1999.] Teme elektrotehnike, osnovni pojmovi EN beta čestica... Vodič za tehnički prevodilac

beta čestica- beta dalelė statusas T sritis chemija apibrėžtis Beta skilimo metu branduolio išspinduliuojamas elektronas arba pozitronas. atitikmenys: engl. beta čestica rus. beta čestica... Chemijos terminų aiškinamasis žodynas

beta čestica- beta dalelė statusas T sritis fizika atitikmenys: engl. beta čestica vok. Beta Teilchen, n rus. beta čestica, f pranc. particule bêta, f … Fizikos terminų žodynas

beta čestica- beta dalelė statusas T sritis apsauga nuo naikinimo priemonių apibrėžtis Radioaktyviųjų izotopų beta skilimo produktas; elektronas ir positronas; spinduliuojama beta skilimo metu. Beta dalelės masė yra apie 7000 kartų mažesnė už alfa dalelės masę … Apsaugos nuo naikinimo priemonių enciklopedinis žodynas

Knjige

• O problemima zračenja i materije u fizici. Kritička analiza postojećih teorija: metafizička priroda kvantne mehanike i iluzorna priroda kvantne teorije polja. Alternativa je model treperavih čestica, Ju. I. Petrov Knjiga je posvećena analizi problema jedinstva i suprotnosti pojmova „talas“ i „čestica“. U potrazi za rješenjem ovih problema, matematičke osnove temeljnih...