Файл: Лекция_1.doc

Взаимодействие частиц и излучений с веществом

ЧТО ВЗАИМОДЕЙСТВУЕТ?

1. тяжелые заряженные частицы (m, π, p, d, a и т.д.);

2. электроны и позитроны (e-, e+);

3. g-квантов;

4. нейтральных частиц (n, n).

Частицы стандартной модели : кварки, лептоны, калибровочные бозоны

КВАРКИ

Тип кварка.	Масса токового кварка. Мэв/с2	Масса  кварка в составе адрона. Мэв/с2
u	1 - 5	330
d	3 - 7	330
s	95+25	510
c	1250+100	1800
b	4100-4900	5000
t	174000+3000	180000

  

1 поколение (u,d)	2 поколение (c,s)	3 поколение (t,b)

   Кварки (u,c,t) имеют электрический заряд Q = +2/3e , (d,s,b) имеют электрический заряд   Q = -1/3e , где е – абсолютная величина заряда электрона.

Лептоны

Тип лептона.	Масса лептона Мэв/с2
е	0.51
μ	105.6
τ	1777
e	< 5∙10-6
νμ	< 0.17
ντ	< 24

---

3 Семейства (поколения).

1 поколение ,e	2 поколение ,	3 поколение ,

Кварковая структура адронов. Барионы (B = 1, L = 0)

Мезоны (B = 0, L = 0)

    Адроны состоят из кварков . Они участвуют во всех видах взаимодействий. Адроны подразделяются на барионы, имеющие барионный заряд B = 1, и мезоны, для которых B = 0. Барионы состоят из трех кварков. Мезоны - из кварка и антикварка. Барионы являются фермионами (имеют полуцелый спин), мезоны являются бозонами (имеют нулевой или целочисленный спин). Адроны также характеризуются квантовыми числами s (странность), c (очарование), b (красота), t (истина), изоспином I и его третьей проекцией I3.     Мезоны и барионы можно образовать из кварков различных типов, составляя их различные комбинации. Например

⁺(u), ^-(d), (s), p(uud), ⁺⁺(uuu), () и т.д.

При этом одному и тому же кварковому составу могут соответствовать различные состояния, отличающиеся ориентациями спинов и изоспинов кварков. Например

uud	p	JP(I) = 1/2+(1/2)
uud	+	JP(I) = 3/2+(3/2)
uud	N+(1520)	JP(I) = 3/2-(1/2)

---

Фундаментальные взаимодействия

Взаимо- действие	На какие частицы действует	Калибровоч- ные бозоны	Радиус действия	Константа взаимодействия	Характерное время жизни, с	Характерное сечение, мб
Сильное	Все цветные частицы	8 глюонов, спин J = 1, безмассовые	1Фм = 1/mπ	1	10-23  Δ → Nπ	10 πp → πp
Электро- магнитное	Все электрически заряженные частицы	Фотон, спин J = 1, безмассовый.	∞	(1/137)1/2	10-20 -10-16  π0 → 2 0 →	10-3 p → pπ0
Слабое	Кварки, лептоны, электрослабые калибровочные бозоны	W+,W-, Z, спин J = 1, m(W±) = 80Гэв, m(Z) =91Гэв.	10-2Фм = 1/mW	10-6	>10-12  - → n- π- → μ-μ	10-14 p → p νp → μ-pπ+
Гравитаци- онное	Все массивные частицы	Гравитон, спин J = 2, безмассовый	∞	10-38	–	–

---

ЭЛЕКТРОМАГНИТНОЕ ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ

Взаимодействие тяжелых заряженных частиц со средой

Взаимодействие легких заряженных частиц со средой

Взаимодействие гамма-квантов со средой

Электронно-фотонные каскады

Взаимодействие нейтронов с веществом (упругое и неупругое рассеяние, захват нейтрона с последующим излучением фотонов /радиационный захват/, захват с испусканием заряженных частиц, деление ядер)

Процесс прохождения частицы через вещество рассматривается также с точки зрения параметра ЛПЭ – линейные потери энергии.

---

Электромагнитные взаимодействия заряженных частиц

Э/М вз-ие существует между всеми частицами, имеющими электрический заряд и фотонами. Э/М вз-ие – это или результат обмена фотонами в момент взаимодействия или результат поглощения или испускания фотонов.

Константы связи - величины, характеризующие силы взаимодействия частиц или полей.

Эти константы обычно выбираются безразмерными и обозначаются через αe, αw, αs.

В элементарные амплитуды непосредственно входят квадратные корни из этих величин: (αe)^1/2 - в элементарную амплитуду электромагнитного взаимодействия; (αw)^1/2 - в элементарную амплитуду слабого взаимодействия; (αs)^1/2 - в элементарную амплитуду сильного взаимодействия.

Константа Э/М взаимодействия определяет интенсивность процесса -  = .

- узел электромагнитного взаимодействия

А(амплитуда элементарного процесса) ~ g_эл

g_эл = ( )^1/2 = (e²/c)^1/2 = (1/137)^1/2 0.1,

Для описания различных процессов с участием частиц используют диаграммы Фейнмана. На этих диаграммах линиям со свободными концами отвечают реальные частицы или ядра, а внутренним линиям - виртуальные частицы. Точка, в которой рождается и поглощается виртуальная частица, называется узлом диаграммы. Узлы диаграммы содержат основную информацию о процессе - типе фундаментального взаимодействия и его вероятности.

Линиям виртуальных частиц сопоставляются функции распространения этих частиц, называемые пропагаторами. Пропагатор для частицы, переносящей взаимодействие и

имеющей массу m  0, равен , где q - четырехмерный импульс частицы.

Пропагатор входит множителем в амплитуду вероятности процесса. Для того, чтобы рассчитать вероятность (сечение) процесса, необходимо прежде всего нарисовать для него все возможные диаграммы, и вычислить амплитуду вероятности для каждой диаграммы.

Дифференциальное сечение процесса пропорционально квадрату модуля амплитуды соответствующего процесса. (Амплитуда процесса- амплитуда перехода между двумя состояниями системы, является матричным элементом оператора, описывающего процесс,

---