Először fedeztek fel három különböző családba tartozó kvarkból álló részecskét. A b-részecske szó jelentése orvosi értelemben A b részecskék

Körülbelül 1000 másodperctől (szabad neutron esetén) a másodperc elenyésző töredékéig (rezonanciák esetén 10-24-10-22 s).

Az elemi részecskék szerkezetét és viselkedését az elemi részecskefizika tanulmányozza.

Minden elemi részecske engedelmeskedik az azonosság elvének (az Univerzumban minden azonos típusú elemi részecske minden tulajdonságában teljesen azonos) és a korpuszkuláris-hullám dualizmus elvének (minden elemi részecske egy de Broglie-hullámnak felel meg).

Minden elemi részecske rendelkezik az interkonvertálhatóság tulajdonságával, ami kölcsönhatásuk következménye: erős, elektromágneses, gyenge, gravitációs. A részecskék kölcsönhatásai a részecskék és aggregátumaik átalakulását okozzák más részecskévé és aggregátumaikká, ha az ilyen átalakulásokat nem tiltják az energia, impulzus, impulzusimpulzus, elektromos töltés, bariontöltés stb. megmaradásának törvényei.

Az elemi részecskék főbb jellemzői:élettartam , tömeg , spin , elektromos töltés , mágneses momentum , barion töltés , lepton töltés , furcsaság , izotóp spin , paritás , töltés paritás , G-paritás , CP-paritás .

Osztályozás

Élettartam szerint

• Stabil elemi részecskék - olyan részecskék, amelyek szabad állapotban végtelenül hosszú élettartammal rendelkeznek (proton, elektron, neutrínó, foton és antirészecskék).
• Instabil elemi részecskék - véges idő alatt szabad állapotban más részecskékre bomló részecskék (minden többi részecske).

Súly alapján

Minden elemi részecskét két osztályra osztanak:

• Tömeg nélküli részecskék - nulla tömegű részecskék (foton, gluon).
• Nem nulla tömegű részecskék (minden többi részecske).

A hát mérete

Minden elemi részecskét két osztályra osztanak:

Az interakció típusa szerint

Az elemi részecskéket a következő csoportokra osztják:

Kompozit részecskék

• A hadronok olyan részecskék, amelyek mindenféle alapvető kölcsönhatásban részt vesznek. Kvarkokból állnak, és a következőkre oszthatók:
  • mezonok - egész spinű hadronok, azaz bozonok;
  • A barionok félegész spinű hadronok, azaz fermionok. Ezek közé tartoznak különösen az atommagot alkotó részecskék - proton és neutron.

Fundamentális (szerkezet nélküli) részecskék

• A leptonok olyan fermionok, amelyek pontrészecskéknek tűnnek (vagyis nem állnak semmiből) 10–18 m nagyságrendű méretig, erős kölcsönhatásban nem vesznek részt. Az elektromágneses kölcsönhatásokban való részvételt kísérletileg csak töltött leptonok (elektronok, müonok, tau leptonok) esetében figyelték meg, neutrínók esetében nem. A leptonoknak 6 típusa ismert.
• A kvarkok tört töltésű részecskék, amelyek hadronokat alkotnak. Szabad állapotban nem figyelték meg őket (az ilyen megfigyelések hiányának magyarázatára a bezárási mechanizmust javasolták). A leptonokhoz hasonlóan 6 típusra oszthatók, és szerkezet nélkülinek tekinthetők, azonban a leptonokkal ellentétben erős kölcsönhatásban vesznek részt.
• Mérő bozonok - részecskék, amelyek cseréje révén kölcsönhatások jönnek létre:
  • foton - elektromágneses kölcsönhatást hordozó részecske;
  • nyolc gluon, az erős erőt hordozó részecskék;
  • három köztes vektor bozon W + , W− és Z 0, gyenge kölcsönhatást hordoz;
  • A graviton egy hipotetikus részecske, amely a gravitációs kölcsönhatást hordozza. A gravitonok létezését, bár a gravitációs kölcsönhatás gyengesége miatt kísérletileg még nem igazolták, meglehetősen valószínűnek tartják; a graviton azonban nem szerepel az elemi részecskék standard modelljében.

Az elemi részecskék méretei

Ellenére nagy változatosság elemi részecskék, méretük két csoportba sorolható. A hadronok (barionok és mezonok) mérete körülbelül 10–15 m, ami közel van a kvarkjaik közötti átlagos távolsághoz. Az alapvető, szerkezet nélküli részecskék - mérőbozonok, kvarkok és leptonok - méretei a kísérleti hiba határain belül megegyeznek pontjellegükkel (az átmérő felső határa kb. 10-18 m) lásd a magyarázatot). Ha ezeknek a részecskéknek a végső méretét nem találjuk meg a további kísérletekben, akkor ez arra utalhat, hogy a mérőbozonok, kvarkok és leptonok mérete közel van az alaphosszhoz (ami nagy valószínűséggel az 1,6 10 Planck-hossznak bizonyulhat) −35 m) .

Meg kell azonban jegyezni, hogy az elemi részecske mérete meglehetősen összetett fogalom, nem mindig áll összhangban a klasszikus fogalmakkal. Először is, a bizonytalanság elve nem teszi lehetővé a fizikai részecske szigorú lokalizálását. A hullámcsomag, amely egy részecskét pontosan lokalizált kvantumállapotok szuperpozíciójaként reprezentál, mindig véges dimenziókkal és bizonyos térszerkezettel rendelkezik, és a csomag méretei meglehetősen makroszkopikusak lehetnek - például egy elektron egy két résben zajló interferencia kísérletben "érzi" mindkét interferométer rést makroszkopikus távolság választ el egymástól. Másodszor, egy fizikai részecske megváltoztatja a vákuum szerkezetét maga körül, létrehozva a rövid távú virtuális részecskék - fermion-antifermion párok (lásd Vákuumpolarizáció) és bozonok - kölcsönhatáshordozók "bundáját". Ennek a tartománynak a térbeli méretei a részecske mérőtöltéseitől és a közbenső bozonok tömegétől függenek (a hatalmas virtuális bozonok héjának sugara közel van a Compton-hullámhosszukhoz, ami viszont fordítottan arányos a részecske töltéseivel tömeg). Tehát egy elektron sugara a neutrínók szempontjából (csak gyenge kölcsönhatás lehetséges közöttük) megközelítőleg megegyezik a W-bozonok Compton-hullámhosszával, ~3 × 10 -18 m, és a tartomány méreteivel. egy hadron erős kölcsönhatását a legkönnyebb hadron, a pi-mezon (~10 -15 m ) Compton hullámhossza határozza meg, amely itt kölcsönhatáshordozóként működik.

Sztori

Kezdetben az "elemi részecske" kifejezés valami abszolút elemi dolgot jelentett, az anyag első téglát. Amikor azonban az 1950-es és 1960-as években több száz hasonló tulajdonságú hadront fedeztek fel, világossá vált, hogy legalább a hadronok rendelkeznek belső szabadságfokkal, vagyis a szó szoros értelmében nem elemiek. Ez a gyanú később beigazolódott, amikor kiderült, hogy a hadronok kvarkokból állnak.

Így a fizikusok kicsit mélyebbre hatoltak az anyag szerkezetében: az anyag legelemibb, pontszerű részeit ma leptonoknak és kvarkoknak tekintik. Számukra (a mérőbozonokkal együtt) a " alapvető részecskék".

Az 1980-as évek közepe óta aktívan kidolgozott húrelmélet feltételezi, hogy az elemi részecskék és kölcsönhatásaik a következők következményei. különféle fajták különösen kis "húrok" rezgései.

szabványos modell

Az elemi részecskék standard modellje 12 ízű fermiont, a hozzájuk tartozó antirészecskéket, valamint mérőbozonokat (foton, gluon, W- és Z-bozonok), amelyek a részecskék közötti kölcsönhatásokat hordozzák, és a 2012-ben felfedezett Higgs-bozon, amely a részecskékben lévő tehetetlenségi tömeg jelenlétéért felelős. A Standard Modellt azonban nagyrészt átmeneti elméletnek tekintik, nem pedig valóban alapvetőnek, mivel nem tartalmazza a gravitációt, és több tucat szabad paramétert (részecsketömeget stb.) tartalmaz, amelyek értékei nem következnek közvetlenül az elméletből. Talán vannak olyan elemi részecskék, amelyeket a standard modell nem ír le – például a graviton (olyan részecske, amely feltételezhetően gravitációs erőket hordoz) vagy a közönséges részecskék szuperszimmetrikus partnerei. A modell összesen 61 részecskét ír le.

Fermions

A fermionok 12 íze 3 családra (generációra) oszlik, amelyek mindegyike 4 részecskét tartalmaz. Közülük hat kvark. A másik hat lepton, ebből három neutrínó, a maradék három pedig egységnyi negatív töltést hordoz: az elektron, a müon és a tau lepton.

antirészecskék

A fenti tizenkét részecskének megfelelő 12 fermionos antirészecske is található.

Kvarkok

Kvarkokat és antikvarkokat soha nem találtak szabad állapotban – ezt magyarázza a jelenség

Tehát milyen erők tartják össze a neutronokat és a protonokat az atommagban?

Az elektromos kölcsönhatás egy részecskéhez kapcsolódik - egy fotonhoz. Hasonlóképpen, Yukawa azt javasolta, hogy a proton és a neutron közötti vonzóerők speciális mezővel rendelkeznek, és ennek a mezőnek a rezgései részecskékként viselkednek. Ez azt jelenti, hogy lehetséges, hogy a neutronokon és protonokon kívül még néhány más részecske is található a világon. Yukawa a nukleáris erők már ismert jellemzőiből tudott következtetni e részecskék tulajdonságaira. Például azt jósolta, hogy tömegük 200-300-szor nagyobb, mint egy elektroné. És ó, csoda! - ekkora tömegű részecskét fedeztek fel a kozmikus sugarakban! Kicsit később azonban kiderült, hogy ez egyáltalán nem ugyanaz a részecske. Müonnak vagy müonnak hívták.

És mégis, valamivel később, 1947-ben vagy 1948-ban felfedeztek egy részecskét, a π-mezont vagy piont, amely megfelelt Yukawa követelményeinek. Kiderült, hogy a nukleáris erők megszerzéséhez piont kell hozzáadni a protonhoz és a neutronhoz. "Csodálatos! - kiáltod. - Ennek az elméletnek a segítségével most kvantummagdinamikát építünk, és a pionok azt a célt szolgálják majd, amiért Yukawa bevezette őket; Lássuk, működik-e ez az elmélet, és ha igen, akkor mindent megmagyarázunk." Hiábavaló remények! Kiderült, hogy ebben az elméletben a számítások annyira bonyolultak, hogy még senkinek sem sikerült megcsinálnia és kivonni az elméletből semmilyen következményt, senkinek sem volt szerencséje kísérlettel összehasonlítani. És ez így megy majdnem 20 éve!

Valami nem tapad az elmélethez; nem tudjuk, hogy igaz-e vagy sem; azt viszont már tudjuk, hogy valami hiányzik belőle, valami szabálytalanság lappang benne. Miközben az elmélet körül tapostuk, próbáltuk kiszámítani a következményeket, a kísérletezők ez idő alatt felfedeztek valamit. Nos, ugyanaz a μ-mezon, vagy müon. És még mindig nem tudjuk, mire jó. Ismét sok „extra” részecskét találtak a kozmikus sugarakban. A mai napig már több mint 30 van belőlük, és még mindig nehezen megragadható a köztük lévő kapcsolat, és nem világos, hogy mit akar tőlük a természet, és melyikük múlik kinek. Előttünk mindezek a részecskék még nem ugyanannak a lényegnek különböző megnyilvánulásaiként jelennek meg, és az a tény, hogy van egy csomó különböző részecske, csak az inkoherens információ jelenlétét tükrözi, elviselhető elmélet nélkül. A kvantumelektrodinamika vitathatatlan sikerei után - némi magfizika információhalmaz, tudásfoszlány, félig tapasztalt, félig elméleti. Mondjuk a proton és a neutron kölcsönhatásának természete alapján kérdezik meg őket, és nézzék meg, mi lesz belőle, anélkül, hogy igazán megértenék, honnan származnak ezek az erők. A leírtakon túl nem történt jelentős előrelépés.

De végül is sok kémiai elem is volt, és hirtelen sikerült kapcsolatot látniuk közöttük, amelyet Mengyelejev periódusos rendszere fejez ki. Tegyük fel, hogy a táblázatban a kálium és a nátrium – kémiai tulajdonságaikban hasonló anyagok – egy oszlopba kerültek. Tehát megpróbáltunk egy olyan táblázatot felépíteni, mint a periódusos rendszer az új részecskék számára. Egy ilyen táblázatot egymástól függetlenül javasolt Gell-Mann az Egyesült Államokban és Nishijima Japánban. Osztályozásuk alapja egy új szám, mint egy elektromos töltés. Minden részecskéhez hozzá van rendelve, és "furcsaságának" S nevezik. Ez a szám nem változik (akárcsak az elektromos töltés) a nukleáris erők által előidézett reakciókban.

táblázatban. 2.2 új részecskéket mutat. Róluk most nem beszélünk részletesen. De a táblázat legalább azt mutatja, milyen keveset tudunk még. Az egyes részecskék szimbóluma alatt a tömegük található, bizonyos mértékegységekben, megaelektronvoltokban vagy MeV-ben kifejezve (1 MeV 1,782 * 10 -27 G). Nem térünk ki azokra a történelmi okokra, amelyek kikényszerítették ennek az egységnek a bevezetését. A részecskék tömegesebbek a fenti táblázatban. Az egyik oszlopban azonos elektromos töltésű részecskék vannak, semleges - középen, pozitív - jobbra, negatív - balra.

A részecskéket folyamatos vonallal húzzák alá, a "rezonanciákat" - vonással. A táblázatban egyáltalán nincsenek részecskék: nincs foton és graviton, nagyon fontos, nulla tömegű és töltésű részecskék (nem tartoznak a barion-mezon-lepton osztályozási sémába), és nincsenek új rezonanciák (φ , f, Y * stb.). A mezonok antirészecskéit a táblázat tartalmazza, a leptonok és barionok antirészecskéihez pedig egy ehhez hasonló, de csak a nulla oszlophoz képest tükröződő táblázatot kellene összeállítani. Bár az elektron, a neutrínó, a foton, a graviton és a proton kivételével minden részecske instabil, a bomlástermékeik csak a rezonanciákra vannak írva. A leptonok furcsaságát szintén nem írják le, mivel ez a fogalom nem alkalmazható rájuk - nem lépnek erős kölcsönhatásba az atommagokkal.

Azokat a részecskéket, amelyek egy neutronnal és egy protonnal együtt vannak, barionoknak nevezzük. Ez egy „lambda”, amelynek tömege 1115,4 MeV és három másik „szigma”, úgynevezett szigma-mínusz, szigma-nulla, szigma-plusz, és közel azonos tömegű. A közel azonos tömegű (1-2%-os eltérés) részecskék csoportjait multipletteknek nevezzük. A multipletben lévő összes részecske ugyanolyan furcsasággal bír. Az első multiplett egy pár (dupla) proton-neutron, majd jön a szingulett (single) lambda, majd a triplett (tripla) szigma, dublett xi és szingulett omega-mínusz. 1961-től kezdődően új nehéz részecskéket kezdtek felfedezni. De vajon részecskék? Élettartamuk olyan rövid (amint kialakulnak, lebomlanak), hogy nem tudni, hogy új részecskéknek nevezzük-e őket, vagy „rezonáns” kölcsönhatásnak tekintsük bomlástermékeik, mondjuk Λ és π között valamilyen rögzített értéknél. energia.

A nukleáris kölcsönhatásokhoz a barionok mellett más részecskék is szükségesek - mezonok. Ezek először is a pionok három fajtája (plusz, nulla és mínusz), amelyek egy új hármast alkotnak. Új részecskéket is találtak - K-mezonokat (ez egy K dublett+ és K 0 ). Minden részecskének van antirészecskéje, kivéve, ha a részecske véletlenül a saját antirészecskéje, mondjuk π+ és π- egymás antirészecskéi, a π 0 a saját antirészecskéje. Antirészecskék és K- K + -val, K 0 pedig K 0 -val `. Ráadásul 1961 után új mezonokat, vagy egyfajta mezonokat kezdtünk felfedezni, amelyek szinte azonnal lebomlanak. Az egyik ilyen érdekesség az omega, ω, tömege 783, három pionná változik; van egy másik formáció, amelyből egy pionpárt kapnak.

Ahogy néhány ritkaföldfém kiesett a nagyon sikeres periódusos rendszerből, úgy egyes részecskék is kiesnek a táblázatunkból. Ezek olyan részecskék, amelyek nem lépnek erős kölcsönhatásba az atommagokkal, nincs közük a nukleáris kölcsönhatáshoz, és nem hatnak egymással erősen (az erős kölcsönhatás erős típusa, amely atomenergiát ad). Ezeket a részecskéket leptonoknak nevezzük; ezek közé tartozik az elektron (nagyon könnyű részecske, tömege 0,51 MeV) és a müon (amelynek tömege 206-szorosa az elektronnak). Amennyire minden kísérletből meg tudjuk ítélni, az elektron és a müon csak tömegében tér el egymástól. A müon összes tulajdonsága, minden kölcsönhatása nem különbözik az elektron tulajdonságaitól - csak az egyik nehezebb, mint a másik. Hogy miért nehezebb, mire jó, nem tudjuk. Rajtuk kívül van még egy semleges atka - egy neutrínó, amelynek tömege nulla. Sőt, ma már ismert, hogy kétféle neutrínó létezik: az egyik elektronokhoz, a másik pedig müonokhoz kapcsolódik.

Végül van még két részecske, amelyek szintén nem lépnek kölcsönhatásba az atommagokkal. Az egyik, amit már ismerünk, a foton; és ha a gravitációs térnek is vannak kvantummechanikai tulajdonságai (bár a gravitáció kvantumelmélete még nem alakult ki), akkor talán létezik nulla tömegű gravitonrészecske is.

Mi az a "nulla tömeg"? Az általunk megadott tömegek a nyugalmi részecskék tömegei. Ha egy részecske tömege nulla, akkor az azt jelenti, hogy nem mer pihenni. A foton soha nem áll meg, sebessége mindig 300 000 km/s. Továbbra is meg fogjuk érteni a relativitáselméletet, és megpróbálunk mélyebbre ásni a tömeg fogalmának jelentését.

Tehát olyan részecskék egész sorával találkoztunk, amelyek együtt úgy tűnik, hogy az anyag nagyon alapvető részét képezik. Szerencsére ezek a részecskék nem mind különböznek kölcsönhatásban egymástól. Úgy tűnik, csak négyféle interakció létezik közöttük. Csökkenő erősségű sorrendben soroljuk fel őket: magerők, elektromos kölcsönhatások, (β-bomlás kölcsönhatás és gravitáció. Egy foton kölcsönhatásba lép az összes töltött részecskével valamilyen állandó számmal 1/137. Ennek a kapcsolatnak a részletes törvénye ismert - ez a kvantumelektrodinamika.A gravitáció bármilyen energiával kölcsönhatásba lép, de rendkívül gyengén, sokkal gyengébb, mint az elektromosság. És ez a törvény ismert. Aztán ott vannak az úgynevezett gyenge bomlások: β-bomlás, aminek köszönhetően a neutron elég lassan bomlik egy proton, egy elektron és egy neutrínó Itt tisztázódik a törvény És az úgynevezett erős kölcsönhatás (mezon kötése egy barionnal) ezen a skálán eggyel egyenlő erővel bír, és törvénye teljesen homályos, bár néhány szabályok ismertek, például az, hogy a barionok száma semmilyen reakcióban nem változik.

A pozíció, amelyben van modern fizika szörnyűnek kell tekinteni. Ezekkel a szavakkal foglalnám össze: a magon kívül úgy tűnik, mindent tudunk; benne a kvantummechanika érvényes, alapelveinek megsértését ott nem találták.

A színpad, amelyen minden tudásunk működik, a relativisztikus téridő; lehetséges, hogy a gravitáció is társul hozzá. Nem tudjuk, hogyan kezdődött az Univerzum, és soha nem végeztünk kísérleteket a téridőről alkotott elképzeléseink pontos tesztelésére kis távolságokon, csak azt tudjuk, hogy ezeken a távolságokon kívül nézeteink tévedhetetlenek. Azt is hozzá lehet tenni, hogy a játékszabályok a kvantummechanika alapelvei; és amennyire tudjuk, az új részecskékre nem rosszabbak, mint a régiekre. A nukleáris erők eredetének keresése új részecskékhez vezet; de mindezek a felfedezések csak zavart keltenek. Kölcsönös kapcsolataikat nem ismerjük teljesen, bár már láttunk néhány szembetűnő összefüggést közöttük. Úgy tűnik, fokozatosan közeledünk az atomon túli részecskék világának megértéséhez, de nem tudni, meddig jutottunk el ezen az úton.

A barionok (a görög "baris" szóból nehéz) nehéz elemi részecskék, erősen kölcsönható fermionok, amelyek három kvarkból állnak. A legstabilabb barionok a proton és a neutron. A fő barionok a következők: proton (uud), antiproton, neutron (ddu), antineutron, lambda hiperion, szigma hiperion, xi hiperion, omega hiperion.

Új elemi részecskét, a bariont fedeztek fel a DZero nemzetközi együttműködés munkatársai az amerikai kutatóközpontok rendszerébe tartozó Fermi National Accelerator Laboratoryban. Az "xi-bi-mínusz barionnak" (Ξ-b) nevezett részecske a maga módján egyedülálló. Ez nem csak egy másik barion, amely egy b-kvarkot tartalmaz, hanem az első részecske, amely három különböző család három kvarkot tartalmaz - egy d-kvarkot, egy s-kvarkot és egy b-kvarkot.

Van egy másik neve is - "cascade-bi". A barion negatív töltést hordoz, és körülbelül hatszor akkora tömegű, mint a proton (részecsketömege 5,774±0,019 GeV).

Egy új részecske regisztrálásához a tudósoknak öt évnyi gyorsítóműködésen át kellett elemezniük a nyomokat. Ennek eredményeként 19 olyan eseményt találtak, amelyek egy új barion kialakulását jelezték.

Korábban a tudósok már találtak egy három különböző kvarkból álló bariont - egy lambda-bi bariont, amely egy u-, d- és b-kvarkból áll, de csak két kvarkgenerációt tartalmaz (lásd a beillesztést).

Így a nagyenergiájú fizika történetében először fedeztek fel egy bariont, amely három generáció vagy család kvarkjaiból áll. A bikaszkád egy d-kvarkból (az első családhoz tartozó "down" kvark), egy s-kvarkból (a "furcsa" kvark, a második család) és egy b-kvarkból (a "báj kvark") áll, a harmadik család). Ezért igazán egyedülálló az új Ξ-b részecske.

Érdekes módon, bár az együttműködés a Fermilabnál alapszik, amely nagy teljesítményű Tevatron-gyorsítóval rendelkezik, a jelenlegi felfedezést Európában – a CERN nagy elektron-pozitronütköztetőjében (LEP) – tették.

Így a tudósok a barionpiramis „második emeletén” folytatják a kutatást, és olyan barionokat fedeznek fel, amelyek egy „gyönyörű” vagy „alsó” kvarkot tartalmaznak (b).

Először ilyen részecskék kapott a Fermilab csapata is. Az Energiaügyi Minisztérium Fermi Nemzeti Gyorsítólaboratóriumában kísérleteket folytató CDF International Collaboration tavaly bejelentette két új, a barion osztályba tartozó elemi részecske felfedezését, amelyek a Σ + b és Σ-b nevet kapták.

A kísérletek során a fizikusok protonokat ütköztek antiprotonokkal, felgyorsítva azokat a Tevatronnál, a pillanatnyilag legerősebb gyorsítónál.

Kísérleteket végeznek ezen a gyorsítón, amikor egy 1 TeV energiájú protonnyaláb ütközik az azonos energiájú antiprotonok ütköző nyalábjával. Egy ilyen energiával való ütközés során egy b-kvark jelent meg, amely aztán a protonok és az antiprotonok kvarkjaival kölcsönhatásba lépve két új részecskét alkotott.

A kísérletben 103 pozitív töltésű u-u-b részecskék (Σ+b) és 134 negatív töltésű d-d-b (Σ-b) születési eseményt regisztráltak. Ennyi esemény észleléséhez a tudósoknak 100 billió ütközés nyomait kellett elemezniük a Tevatron öt éve alatt.

A természetes radioaktív b-bomlás az atommagok spontán bomlását jelenti b-részecskék - elektronok - kibocsátásával. Eltolási szabály a

a természetes (elektronikus) b-bomlást a következő kifejezés írja le:

Z X A® Z + 1 Y A+ - 1 e 0 .(264)

A b-részecskék energiaspektrumának vizsgálata kimutatta, hogy az a-részecskék spektrumával ellentétben a b-részecskék 0-tól Emax-ig folytonos spektrummal rendelkeznek. Amikor a b-bomlást felfedezték, a következőket kellett megmagyarázni:

1) miért veszít az anyamag mindig E max energiát, míg a b-részecskék energiája lehet kisebb, mint E max ;

2) hogyan keletkezik -1e0 b-bomlásban?, mert az elektron nem része az atommagnak;

3) ha a b-decay során legyek - 1 e 0, akkor megsérül a szögimpulzus megmaradásának törvénye: a nukleonok száma ( DE) nem változik, de az elektron spinje ½ħ, ezért a (264) reláció jobb oldalán a spin ½ ħ-el tér el a reláció bal oldalának spinjétől.

Kikerülni a nehézségből 1931-ben. Pauli azt javasolta, hogy azon kívül - 1 e 0 A b-bomlás során egy másik részecske kirepül - egy neutrínó (o o), amelynek tömege jóval kisebb, mint egy elektron tömege, töltése 0 és spinje s = ½ ħ. Ez a részecske energiát hordoz E max - E βés biztosítja az energia és a lendület megmaradásának törvényeinek érvényesülését. Kísérleti úton fedezték fel 1956-ban. Az o o észlelésének nehézségei alacsony tömegével és semlegességével járnak. Ebben a tekintetben o o hatalmas távolságokat tehet meg, mielőtt az anyag elnyeli. Levegőben egy ionizációs aktus a neutrínók hatására körülbelül 500 km távolságban megy végbe. Az 1 MeV energiájú o o tartomány ólomban ~10 18 m. o o közvetve a b-bomlás lendületmaradásának törvénye alapján: az impulzusvektorok összege. - 1 e 0, o o és a visszarúgás kernelnek 0-nak kell lennie. A kísérletek megerősítették ezt a várakozást.

Mivel a b-bomlás során a nukleonok száma nem változik, de a töltés 1-gyel nő, a b-bomlás egyetlen magyarázata a következő lehet: o n 1 mag átalakul 1 r 1 kibocsátással - 1 e 0és neutrínó:

o n 1 → 1 р 1 + - 1 e 0+ról ről körülbelül (265)

Azt találták, hogy a természetes b-bomlás kibocsát elektron antineutrínó - o ról ről. Energetikailag a reakció (265) kedvező, mivel a maradék tömeg o n 1 több pihenő tömeg 1 r 1. Várható volt, hogy ingyenes o n 1 radioaktív. Ezt a jelenséget valójában 1950-ben fedezték fel az atomreaktorokban fellépő nagyenergiájú neutronfluxusokban, és a (262) séma szerinti b-bomlási mechanizmus megerősítésére szolgál.

A figyelembe vett b-bomlást elektronikusnak nevezzük. 1934-ben Frederic és Joliot-Curie felfedezte a mesterséges pozitron b-bomlást, melynek során egy elektron-antirészecske, egy pozitron és egy neutrínó távozik az atommagból (lásd a (263) reakciót). Ebben az esetben az atommag egyik protonja neutronná alakul:

1 r 1 → o n 1+ + 1 e 0+ o o (266)

Egy szabad proton esetében egy ilyen folyamat lehetetlen, energetikai okokból, mert a proton tömege kisebb, mint a neutron tömege. Az atommagban azonban a proton kölcsönözheti a szükséges energiát az atommag más nukleonjaitól. Így a (344) reakció az atommag belsejében és egy szabad neutron esetében is végbemehet, míg a (345) reakció csak az atommag belsejében.

A b-bomlás harmadik típusa a K-capture. Ebben az esetben az atommag spontán módon befogja az atom K-héjának egyik elektronját. Ebben az esetben az atommag egyik protonja neutronná alakul a séma szerint:

1 r 1 + - 1 e 0 → o n 1 + o o (267)

Az ilyen típusú b-bomlásban csak egy részecske repül ki a magból - o o. A K-capture jellemző röntgensugárzással jár.

Így minden típusú b-bomlás esetén a (265) - (267) sémák szerint haladva minden megmaradási törvény teljesül: energia, tömeg, töltés, impulzus, szögimpulzus.

A neutron protonná, illetve elektron, illetve proton neutronná és pozitronná átalakulása nem az atommagon belüli erőknek, hanem maguknak a nukleonoknak a belsejében ható erőknek köszönhető. Kötve ezekhez az erőkhöz kölcsönhatásokat gyengének nevezzük. A gyenge kölcsönhatás nemcsak az erős, hanem az elektromágneses kölcsönhatásnál is sokkal gyengébb, de sokkal erősebb, mint a gravitációs. A kölcsönhatás erőssége az elemi részecskefizikára jellemző ~1 GeV energiák melletti folyamatok sebességéből ítélhető meg. Ilyen energiáknál az erős kölcsönhatásból adódó folyamatok ~10 -24 s, egy elektromágneses folyamat ~10 -21 s alatt, a gyenge kölcsönhatás miatti folyamatokra jellemző idő pedig jóval hosszabb: ~10 -10 s, így az elemi részecskék világa, a gyenge folyamatok rendkívül lassan mennek végbe.

Amikor a b-részecskék áthaladnak az anyagon, elveszítik energiájukat. A b-bomlás során megjelenő b-elektronok sebessége nagyon nagy lehet – a fénysebességgel összemérhető. Anyagbeli energiaveszteségük az ionizáció és a bremsstrahlung következtében következik be. Bremsstrahlung az energiaveszteség fő forrása gyors elektronokhoz, míg a protonok és a nehezebb töltésű atommagok esetében a bremsstrahlung veszteségek jelentéktelenek. Nál nél alacsony elektronenergiák az energiaveszteség fő forrása ionizációs veszteségek. Van némi kritikus elektronenergia, amelynél a fékezési veszteségek egyenlővé válnak az ionizációs veszteséggel. Víznél körülbelül 100 MeV, ólomnál körülbelül 10 MeV, levegőnél több tíz MeV. Egy homogén anyagban azonos sebességű b-részecskék áramának abszorpciója megfelel az exponenciális törvénynek N \u003d N 0 e - m x, ahol N0és N a b-részecskék száma egy vastagságú anyagréteg be- és kimeneténél x, m- abszorpciós együttható. b _ a sugárzás erősen szórt az anyagban, ezért m nemcsak az anyagtól függ, hanem azon testek méretétől és alakjától is, amelyekre b _ sugárzás esik. A b-sugarak ionizációs kapacitása alacsony, körülbelül 100-szor kisebb, mint az a-részecskéké. Ezért a b-részecskék áthatoló ereje sokkal nagyobb, mint az a-részecskéké. Levegőben a b-részecskék hatótávolsága elérheti a 200 m-t, az ólomban a 3 mm-t. Mivel a b-részecskék tömege és egységnyi töltése nagyon kicsi, pályájuk a közegben szaggatott vonal.

12.4.6 γ sugarak

A 12.4.1. szakaszban leírtak szerint a γ - sugarak kemények elektromágneses sugárzás kifejezett korpuszkuláris tulajdonságokkal. Fogalmak γ bomlás nem létezik. A γ-sugarak az a- és b-bomlást kísérik, amikor a leánymag gerjesztett állapotban van. Minden egyes atommagtípushoz létezik egy különálló g-sugárzási frekvencia, amelyet az atommag energiaszintjei összessége határoz meg. Így az a- és g-részecskék diszkrét emissziós spektrummal rendelkeznek, és

b-részecskék – folytonos spektrumok. A γ- és a-sugarak vonalspektrumának jelenléte alapvető fontosságú, és bizonyítja, hogy az atommagok bizonyos diszkrét állapotban lehetnek.

A γ-sugarak anyag általi elnyelése a törvény szerint történik:

én = én 0e-m x , (268)

ahol én és én 0 - γ - sugarak intenzitása egy vastagságú anyagrétegen való áthaladás előtt és után x; μ a lineáris abszorpciós együttható. A γ-sugarak anyagból való elnyelése elsősorban három folyamatnak köszönhető: a fotoelektromos hatásnak, a Compton-effektusnak és az elektron-pozitron képződésének. e+e-) gőz. Ezért μ összegként ábrázolható:

μ \u003d μ f + μ k + μ p.(269)

Amikor egy γ-kvantumot elnyel az atomok elektronhéja, fotoelektromos hatás lép fel, melynek eredményeként az elektronok kitörnek a belső rétegekből elektronhéj. Ezt a folyamatot ún fotoelektromos abszorpcióγ sugarak. A számítások azt mutatják, hogy szignifikáns γ - kvantum ≤ 0,5 MeV energiáknál. A μ f abszorpciós együttható a rendszámtól függ Z anyagok és γ-sugarak hullámhosszai. Ahogy a γ-kvantumok energiája növekszik az atomokban, molekulákban vagy egy anyag kristályrácsában lévő elektronok kötési energiájához képest, a γ - fotonok elektronokkal való kölcsönhatása a természetben egyre inkább megközelíti a szabad elektronokkal való kölcsönhatást. Ebben az esetben megtörténik Compton-szórásγ - sugarak az elektronokon, amelyeket a μ to szórási együttható jellemzi.

A γ-kvantumok energiájának olyan értékekre való növekedésével, amelyek meghaladják a 2-es elektron kétszeres nyugalmi energiáját m o c 2 (1,022 MeV), a γ-sugarak abnormálisan nagy abszorpciója következik be, amely elektron-pozitron párok kialakulásához kapcsolódik, különösen nehéz anyagokban. Ezt a folyamatot az abszorpciós együttható jellemzi μ p.

Maga a γ-sugárzás viszonylag gyenge ionizáló képességgel rendelkezik. A közeg ionizációját főként másodlagos elektronok állítják elő, amelyek mindhárom folyamatban megjelennek. γ - sugarak - az egyik legáthatóbb sugárzás. Például keményebb γ-sugaraknál a félabszorpciós réteg vastagsága ólomban 1,6 cm, vasban 2,4 cm, alumíniumban 12 cm, földben 15 cm.

béta részecske

béta részecske

béta részecske(β részecske), béta-bomlás által kibocsátott töltött részecske. A béta részecskék áramát ún béta sugarak vagy béta sugárzás.

A negatív töltésű béta részecskék elektronok (β -), pozitív töltésű - pozitronok (β +).

A béta-sugarakat meg kell különböztetni a légionizáció eredményeként keletkező szekunder és tercier elektronoktól - az úgynevezett delta- és epszilonsugaraktól.

Tulajdonságok

A béta-részecskék energiái a bomló izotóptól függően folyamatosan oszlanak el nullától valamilyen maximális energiáig; ez a maximális energia 2,5 keV-tól (rénium-187 esetén) több tíz MeV-ig (a béta-stabilitási vonaltól távol eső, rövid életű magok esetében) terjed.

Radioaktivitás

Jelentős dózisú külső béta-sugárzás sugárégést okozhat a bőrön, és sugárbetegséghez vezethet. Még veszélyesebb a szervezetbe került béta-aktív radionuklidok belső expozíciója. A béta-sugárzásnak lényegesen kisebb a behatolási ereje, mint a gamma-sugárzásnak (azonban egy nagyságrenddel nagyobb, mint az alfa-sugárzásé). Bármilyen, körülbelül 1 g/cm 2 felületi sűrűségű anyagréteg (például néhány milliméter alumínium vagy néhány méter levegő) szinte teljesen elnyeli a béta részecskéket körülbelül 1 MeV energiával.

Lásd még

Wikimédia Alapítvány. 2010 .

Nézze meg, mi az a "béta részecske" más szótárakban:

- (b részecske), radioaktív atommagok béta-bomlása során kibocsátott elektron vagy pozitron. Kezdetben a b sugarakat radioaktív sugárzásnak nevezték, amely áthatolóbb volt, mint a sugárzás, és kevésbé átható, mint a gamma-sugárzás ... Modern Enciklopédia

béta részecske- (β részecske) az atommagok béta-bomlása során kibocsátott elektron vagy pozitron... Orosz munkavédelmi enciklopédia

béta részecske- (b részecske), radioaktív atommagok béta-bomlása során kibocsátott elektron vagy pozitron. Kezdetben a b sugarakat radioaktív sugárzásnak nevezték, amely áthatolóbb volt, mint a sugárzás, és kevésbé átható, mint a gamma-sugárzás. … Illusztrált enciklopédikus szótár

Az atommagok vagy szabad neutronok által kibocsátott elektronok vagy pozitronok béta-bomlásuk során. Feltételek nukleáris energia. Rosenergoatom konszern, 2010… Atomenergia kifejezések

Béta részecske, béta részecske... Helyesírási szótár

Létezik., Szinonimák száma: 1 részecske (128) ASIS Szinonim szótár. V.N. Trishin. 2013... Szinonima szótár

béta részecske- [Ja.N. Luginszkij, M.S. Fezi Zhilinskaya, Yu.S. Kabirov. English Russian Dictionary of Electrical Engineering and Power Industry, Moszkva, 1999] Elektrotechnikai témák, alapfogalmak EN béta részecske ... Műszaki fordítói kézikönyv

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

béta részecske- beta dalelė statusas T terület fizika atitikmenys: angl. béta részecske vok. Beta Teilchen, n rus. béta részecske, fpranc. particule bêta, f … Fizikos terminų žodynas

béta részecske- beta dalelė statusas T sritis apsauga nuo naikinimo priemonių apibrėžtis Radioaktyviųjų izotopų beta skilimo produktas; elektronas és pozitronas; spinduliuojama beta skilimo metu. Beta dalelės tömeg yra apie 7000 alkalommal kevesebb alfa dalelės masę… Apsaugos nuo naikinimo priemonių enciklopedinis žodynas

Könyvek

• A sugárzás és az anyag fizikai problémáiról. Meglévő elméletek kritikai elemzése: a kvantummechanika metafizikai természete és a kvantumtérelmélet illuzórikus jellege. Alternatíva - a villogó részecskék modellje, Petrov Yu.I. A könyv a "hullám" és a "részecske" fogalmak egysége és ellentétének elemzésére szolgál. Ezekre a problémákra keresve a megoldást, az alapvető matematikai...