Ядерная физика

В СССР первые организационные мероприятия по работам над урановым проектом начались в 1942, но серьёзные работы развернулись в 1945, когда бомбардировка японских городов наглядно продемонстрировала мощность нового оружия, из Германии были доставлено достаточное количество оксида урана, а разведка предоставила подробную информации о работах в США, Англии и Германии по созданию атомного оружия (включая чертежи атомных бомб). При столкновении налетающей частицы с атомным ядром между ними происходит обмен энергией и импульсом, в результате чего могут образовываться несколько частиц, вылетающих в различных направлениях из области взаимодействия. Подобные процессы называют ядерными реакциями.

Учебные материалы по ядерной физике, курс физика атомного ядра и частиц

Очарованные частицы, с-кварк

    Открытие c-кварка оказалось, несмотря на теоретические предсказания, полной неожиданностью.
    В 1974 году одновременно две группы физиков объявили о наблюдении новой частицы - jpsi.
     Группа С. Тинга наблюдала jpsi-мезон как резонанс в сечении реакции

e+ + e------> адроны

при энергии E ~ 3.1 ГэВ. Ускоренно движущиеся электроны излучают электромагнитные волны. При распространении света в веществе возникают следующие явления.


    Группа Б. Рихтера измеряла энергетический спектр e+e- пар, образующихся при бомардировку бериллиевой мишени высокоэнергетичными протонами

p + Be -----> e+ + e-.

В инвариантном спектре масс e+e-  наблюдался узкий пик шириной 87 кэВ при энергии E ~ 3.1 ГэВ. То есть время жизни  jpsi-мезона почти в 1000 раз больше, чем у известных частиц такой массы. Причина - в состав jpsi входит новый, не известный ранее с-кварк. Он несет новое квантовое число - с, названное очарованием (charm). с-Кварк порождает семейство адронов, имеющих в своем составе его или соответствующий антикварк antic.gif (63 bytes). Мезоны и барионы, в состав которых входит с или antic.gif (63 bytes) кварки называются очарованными мезонами и барионами соответственно. jpsi-мезон имеет "скрытый" чарм - связанное состояние с. Массу валентного с-кварка можно оценить как половину массы jpsi, то есть ~1500 МэВ. В таблице приведены характеристики некоторых из известных очарованных мезонов и барионов.

Частица

Кварковый состав

Масса, mc2
(МэВ)

Время жизни  или ширина распада

Спин-четность JP, изоспин I
JP(I)

Основные моды распада

c,d

1869

1.1·10-12 с

0-(1/2)

K + другие частицы,
e+  другие частицы,
мю+ другие частицы

D0,0

c, u

1865

4.2·10-13 с

0-(1/2)

c, s

1969

4.7·10-13 с

0-(0)

K + другие частицы

с

3097

87 кэВ

1-(0)

адроны, e+e-,мю+мю-

udc22852.0·10-13 с1/2+(0)(n или p) + другие частицы
uuc2453

1/2+(1) pi
udc2454
ddc2452

Семейство частиц , и образует изотопический триплет. Из таблицы видно, что суммарная масса D- и D+ мезонов больше массы jpsi-мезона, поэтому очарованные кварки с,образующие jpsi-мезон могут только аннигилировать в процессе распада, что и объясняет относительно большое время жизни jpsi-мезона (малую ширину распада Г = 87 кэВ).

Закон сохранения чарма

В сильных  и электромагнитных взаимодействиях чарм сохраняется deltaс = 0. В слабых взаимодействиях чарм не изменяется или изменяется на единицу deltaс = 0, +1.

Рис.1

c-Кварк распадается в результате слабого взаимодействия, превращаясь преимущественно в s-кварк, по схеме, показанной на рис.1. Образующийся W-бозон в свою очередь распадается на пару фермионов. На рис.1-2 приведены кварковые схемы некоторых мод распада очарованных частиц.

Рис.2
Рис.2. Кварковая схема одной из мод распада D+-мезона
Рис.3.
Рис. 3. Кварковая схема одной из мод распада -бариона
Октябрь 1939 – оформление «Уранового союза» ("Uranverein", что переводится часто как «Урановый клуб» или «Урановое общество») - неформального объединения примерно 100 ученых различных институтов и университетов – призванного решать урановую проблему. Существует два типа ускорительных установок: ускорители с неподвижной мишенью и ускорители со встречными пучками (или коллайдеры). В ускорителях первого типа частицы после ускорения выводят из ускорительной камеры и направляют на неподвижную мишень, например, металлическую пластину. В этом случае далеко не вся кинетическая энергия ускоренной частицы может быть “вложена” в изучаемый процесс, например, во внутреннее возбуждение атомного ядра или частицы-мишени или в рождение новой частицы
Альфа-распад