 |
 |
 |
 |
|
 |
 |
96
Гипотезу кварков предложил в 1967 г. американский физик-теоретик М. Гелл-Ман (р. 1929).
Кварк
– частица со спином 1/2 и дробным электрическим зарядом, составной элемент адронов.
Это название было заимствовано М. Гелл-Маном в одном из фантастических романов и означает
нечто пустяковое и странное.
Помимо спина, кварки имеют еще две внутренние степени свободы – «аромат» и «цвет»
(степень свободы – независимое возможное изменение состояния физической системы,
обусловленное вариациями ее параметров). Каждый кварк может находиться в одном из трех
цветовых состояний, которые условно называют красным, синим и желтым (только для удобства –
никакого отношения к оптическим свойствам это не имеет). В наблюдаемых адронах кварки
скомбинированы таким образом, что возникающие состояния не несут цвета – являются
«бесцветными». Ароматов известно пять и предполагается наличие шестого. Свойства кварков
разных ароматов различны.
Обычное вещество состоит из легких и- и d-кварков, входящих в состав нуклонов ядер. Более
тяжелые кварки создаются искусственно или наблюдаются в космических лучах. Здесь слова
«создаются» и «наблюдаются» нельзя понимать буквально – ни один кварк не был
зарегистрирован в свободном виде, их можно наблюдать только внутри адронов. При попытке
выбить кварк из адрона происходит следующее: вылетающий кварк рождает на своем пути из
вакуума пары кварк – антикварк, расположенные в порядке убывания скоростей. Один из
медленных кварков занимает место исходного, а тот вместе с остальными рожденными кварками
и антикварками образует адроны.
4.7. Ядерные процессы
Дефект массы и энергия связи
Масса ядра определяется массой входящих в его состав нейтронов и протонов. Поскольку
любое ядро состоит из Z протонов и N = А – Z нейтронов, где А– массовое число (число нуклонов
в ядре), то, на первый взгляд, масса ядра должна просто равняться сумме масс протонов и
нейтронов. Однако, как показывают результаты измерений, реальная масса всегда меньше такой
суммы. Их разность получила название дефекта массы
m.
Энергия – одна из важнейших характеристик протекания любых физических процессов. В
ядерной физике ее роль особенно велика, поскольку незыблемость закона сохранения энергии
позволяет делать достаточно точные расчеты даже в тех случаях, когда многие детали явлений
остаются неизвестными.
Разорвать ядро на отдельные нуклоны можно, лишь введя в него извне каким-либо способом
энергию не меньше той, что выделилась в процессе его образования. Это и есть полная энергия
связи ядра Е
св
. С ней непосредственно связано происхождение дефекта массы
?
m. В соответствии
с формулой
Е
св
= ?mс²
уменьшение энергии системы при образовании ядра на какую-то величину должно неизбежно
приводить к уменьшению общей массы. Такое изменение массы происходит при любых
процессах, связанных с передачей энергии. Но в привычных для нас явлениях изменения массы
относительно малы и незаметны. В ядерных же явлениях из-за большого значения ядерных сил
изменение массы весьма значительно. Так, для ядра неона дефект массы составляет почти 1%
массы ядра.
Средняя энергия связи одного нуклона в ядре
Если разделить величину «ушедшей» при образовании ядра энергии на полное число нуклонов,
то получится средняя энергия связи, приходящаяся на один нуклон в ядре, или удельная энергия
связи, равная Е
св
/А. Удельная энергия связи зависит от массового числа. Для большинства ядер
значения средней удельной энергии связи оказываются примерно одинаковыми (исключение
составляют легкие и тяжелые ядра).
У каждого нуклона есть ограниченный запас возможностей взаимодействия, и если этот запас
уже израсходован на связь с двумя-тремя соседними нуклонами, то остальные связи оказываются
ослабленными даже на очень близких расстояниях.