Студент бакалавриата
  1. Классическая механика  1.1. динамика  1.1.1. Движение в одном измерении  1.1.2. Движение в двух измерениях  1.1.3. движение снаряда  1.1.4. Относительная скорость  1.1.5. Равномерное круговое движение  1.1.6. Неравномерное круговое движение  1.1.7. Системы отсчета и преобразования  1.2. Законы движения Ньютона  1.2.1. Первый закон движения  1.2.2. Second law of motion  1.2.3. Third Law of Motion  1.2.4. Применение законов Ньютона  1.2.5. Трение и его виды  1.2.6. Диаграмма свободного тела  1.2.7. Ограничения и псевдо-силы  1.3. Work and Energy  1.3.1. работа, проделанная силой  1.3.2. Теорема о работе и энергии  1.3.3. Кинетическая энергия  1.3.4. Потенциальная энергия в классической механике  1.3.5. Консервативные и неконсервативные силы  1.3.6. Сохранение энергии  1.3.7. Мощность и КПД  1.4. Скорость и столкновения  1.4.1. Линейный импульс  1.4.2. Закон сохранения импульса  1.4.3. Impulse and impact force  1.4.4. Упругие и неупругие столкновения  1.4.5. Центр масс и скорость  1.4.6. Rocket Propulsion  1.5. Вращательное движение  1.5.1. Крутящий момент и угловой момент  1.5.2. Момент инерции  1.5.3. Кинематика вращения  1.5.4. Вращательная энергия  1.5.5. Rolling Motion  1.5.6. Precession and gyroscopic motion  1.6. Gravitational force  1.6.1. Закон всемирного тяготения Ньютона  1.6.2. Гравитационная потенциальная энергия  1.6.3. Orbital mechanics  1.6.4. Kepler's laws of planetary motion  1.6.5. Гравитационное поле и потенциал  1.7. Fluid mechanics  1.7.1. Давление и принцип Паскаля  1.7.2. Плавучесть и принцип Архимеда  1.7.3. Динамика жидкостей и принцип Бернулли  1.7.4. Вязкость и закон Пуазейля  1.7.5. Поверхностное натяжение и капиллярность  1.8. Колебания и волны  1.8.1. Простое Гармоническое Движение  1.8.2. Затухающие и вынужденные колебания  1.8.3. Связанные колебания и нормальные режимы  1.8.4. Wave properties and types  1.8.5. Звуковые волны и эффект Доплера  1.8.6. Интерференция волн и суперпозиция
  2. Электромагнетизм  2.1. Электростатика  2.1.1. Electric charge and properties  2.1.2. Coulomb's law  2.1.3. Электрическое поле и электрический потенциал  2.1.4. Закон Гаусса  2.1.5. Capacitance and Dielectric  2.1.6. Электрический диполь и потенциальная энергия  2.2. Electric circuits  2.2.1. Ток и сопротивление  2.2.2. Закон Ома  2.2.3. Kirchhoff's Laws  2.2.4. RC цепь  2.2.5. AC Circuits and Reactance  2.2.6. Электрическая мощность и энергия  2.3. Магнетизм  2.3.1. Магнитные поля и силы  2.3.2. Закон Ампера  2.3.3. Magnetic dipole moment  2.3.4. Закон Био-Савара  2.3.5. Magnetic Materials and Hysteresis  2.4. Электромагнитная индукция  2.4.1. Закон Фарадея  2.4.2. Lenz's law  2.4.3. Самоиндукция и взаимная индукция  2.4.4. Трансформаторы и индуктивные цепи  2.5. Уравнения Максвелла  2.5.1. Закон Гаусса для электричества  2.5.2. Закон Гаусса для магнетизма  2.5.3. Закон индукции Фарадея  2.5.4. Ampere-Maxwell law  2.5.5. Electromagnetic waves
  3. Термодинамика  3.1. Laws of Thermodynamics  3.1.1. Нулевой закон термодинамики  3.1.2. Первый закон термодинамики  3.1.3. Второй закон  3.1.4. Третий закон  3.2. Тепло и работа  3.2.1. Теплопередача (кондукция, конвекция, излучение)  3.2.2. Термическое расширение  3.2.3. Тепловые двигатели и холодильники  3.2.4. Цикл Карно и эффективность  3.3. Статистическая механика  3.3.1. Распределение Максвелла–Больцмана  3.3.2. Энтропия и Вероятность  3.3.3. Функция распределения  3.3.4. Статистика Ферми–Дирака и Бозе–Эйнштейна
  4. Оптика  4.1. Геометрическая оптика  4.1.1. Отражение и преломление  4.1.2. Mirrors and lenses  4.1.3. Optical Instruments  4.1.4. Fermat's principle  4.2. Оптика волн  4.2.1. Интерференция в волновой оптике  4.2.2. Дифракция  4.2.3. Поляризация  4.2.4. Когерентность и голография
  5. Квантовая механика  5.1. Дуализм волна-частица  5.1.1. Излучение абсолютно черного тела в дуализме волны-частицы в квантовой механике  5.1.2. Фотоэлектрический эффект  5.1.3. Комптоновское рассеяние  5.1.4. Длина волны де Бройля  5.2. Уравнение Шрёдингера  5.2.1. Стационарное уравнение Шрёдингера  5.2.2. Частица в ящике  5.2.3. Quantum Tunneling  5.2.4. Потенциальные ямы и барьеры  5.3. Квантовые состояния  5.3.1. Функция волны  5.3.2. Quantum operators  5.3.3. Принцип неопределённости Гейзенберга  5.3.4. Угловой момент и спин
  6. Относительность  6.1. Special relativity  6.1.1. Преобразования Лоренца  6.1.2. Временное расширение и сокращение длины  6.1.3. Релятивистская энергия и импульс  6.2. Общая теория относительности  6.2.1. Принцип Эквивалентности  6.2.2. Метрика Шварцшильда  6.2.3. Гравитационные волны  6.2.4. Чёрные дыры и горизонты событий
  7. Физика твердого тела  7.1. Кристаллическая структура  7.1.1. Решетки Бравэ  7.1.2. Рентгеновская дифракция  7.1.3. Band theory  7.1.4. Фононы и колебания решетки  7.2. Electrical and Magnetic Properties  7.2.1. Conductors, Semiconductors and Insulators  7.2.2. Сверхпроводимость  7.2.3. Эффект Холла
  8. Ядерная и частичная физика  8.1. Atomic Structure  8.1.1. Атомная модель  8.1.2. Энергия связи ядра  8.2. Радиоактивность  8.2.1. Alpha, beta, gamma decay  8.2.2. Период полураспада  8.2.3. Ядерное деление и слияние  8.3. Particle physics  8.3.1. Standard Model  8.3.2. Кварки и лептоны  8.3.3. антиматерия  8.3.4. Фундаментальные взаимодействия
  9. Астрофизика и космология  9.1. Эволюция звезд  9.1.1. Звездообразование  9.1.2. Чёрные дыры и нейтронные звёзды  9.1.3. Белые карлики и сверхновые  9.2. Космология  9.2.1. Теория Большого взрыва  9.2.2. Dark matter and dark energy  9.2.3. Космическое микроволновое фоновое излучение

Студент бакалавриата ↓


Ядерная и частичная физика


Ядерная и частичная физика — это захватывающая отрасль физики, проникающая глубоко в мир самых маленьких структур во Вселенной. Она исследует поведение, взаимодействия и свойства атомных ядер и фундаментальных частиц. Давайте отправимся в путешествие, чтобы понять эти крошечные строительные блоки, управляющие Вселенной.

Основы атомной структуры

Атомы — это основные единицы материи, состоящие из ядра, окруженного электронами. Ядро состоит из протонов и нейтронов, вместе называемых нуклонами. Протоны имеют положительный заряд, а нейтроны электрически нейтральны. Электроны, которые заряжены отрицательно, вращаются вокруг ядра.

Количество протонов в ядре определяет атомный номер и идентичность элемента. Например, водород имеет один протон, в то время как гелий имеет два. Нейтроны способствуют массе атома и играют важную роль в ядерной стабильности.

Ядерные силы и стабильность

В ядерной физике основное внимание уделяется силам, объединяющим ядро. Несмотря на отталкивающее электрическое взаимодействие между положительно заряженными протонами, ядро плотно связано благодаря присутствию сильной ядерной силы, также известной как сильное взаимодействие.

Эта сила примерно в 100 раз мощнее электромагнитных сил и действует на очень коротких расстояниях порядка 10^-15 метров. Она отвечает за связывание протонов и нейтронов в ядра.

Радиоактивность

Некоторые ядра нестабильны и подвергаются радиоактивному распаду, чтобы перейти в более стабильную конфигурацию. Есть три основных типа радиоактивного распада:

  • Альфа-распад: Ядро испускает альфа-частицу, которая состоит из двух протонов и двух нейтронов (ядро гелия).
  • Бета-распад: Нейтрон в ядре распадается на протон, испуская бета-частицу (электрон или позитрон) и антинейтрино или нейтрино.
  • Гамма-распад: После альфа- или бета-распада дочернее ядро может находиться в возбужденном состоянии и выделять энергию в виде гамма-лучей, чтобы достичь более низкого энергетического состояния.

Моделирование ядра

Ученые используют различные модели для понимания структуры и поведения ядра. Модель жидкой капли и оболочечная модель — это две важные теоретические основы в ядерной физике.

Модель жидкой капли

Модель жидкой капли сравнивает ядро с каплей несжимаемой ядерной жидкости. Она объясняет ядерные явления, такие как энергия связывания и деление. Модель включает различные термины, представляющие объемную энергию, поверхностную энергию, кулоновскую энергию, симметрийную энергию и спаренную энергию.

E_{связывание} = a_V A - a_S A^{2/3} - a_C frac{Z(Z-1)}{A^{1/3}} - a_{sym} frac{(A-2Z)^2}{A} + delta

Оболочечная модель

Оболочечная модель схожа с моделью электронных оболочек для атомов. Она предлагает, что нуклоны занимают дискретные уровни энергии в ядре. Подобно электронным конфигурациям, нуклоны заполняют атомные оболочки, и определённые "магические числа" нуклонов приводят к особенно стабильным ядрам.

Деление и слияние

Ядерные реакции — это взаимодействия между двумя атомными ядрами или между ядром и субатомной частицей. Деление и слияние — это два основных типа ядерных реакций.

Деление

Ядерное деление происходит, когда тяжелое ядро распадается на более мелкие ядра, освобождая значительное количество энергии. Этот процесс используется в атомных электростанциях и атомных бомбах. Изначальное ядро поглощает нейтрон, становится нестабильным и распадается на два или более продукта деления с дополнительным нейтроном.

Слияние

Слияние, наоборот, — это процесс, при котором два легких ядра соединяются, образуя более тяжелое ядро, высвобождая энергию в процессе. Слияние питает Солнце и другие звезды. В случае успешного освоения на Земле оно обещает обеспечить практически неограниченный, чистый источник энергии.

Частичная физика

Частичная физика расширяет наше представление о самых мелких частицах материи, называемых элементарными частицами. Они включают кварки, лептоны, бозоны и другие частицы. Стандартная модель частичной физики — это теория, описывающая, как такие частицы взаимодействуют через фундаментальные силы.

Стандартная модель

Стандартная модель классифицирует все известные элементарные частицы и описывает три из четырёх фундаментальных сил во Вселенной: электромагнитную, слабую и сильную силы. Гравитация в эту модель не входит. Основные частицы в стандартной модели:

  • Кварки: Строительные блоки протонов и нейтронов. Существует шесть типов кварков: верхний, нижний, очаровательный, странный, верхний и нижний.
  • Лептоны: Включают электроны, мюоны, тау и их связанные нейтрино.
  • Калибровочные бозоны: Переносчики сил — фотон для электромагнитной силы, W и Z бозоны для слабой силы и глюон для сильной силы.
  • Хиггсов бозон: Предоставляет массу кваркам и лептонам через механизм Хиггса.
,
|Тип|Частица|Символ|
,
| лептон | электрон | e^- |
| | Электронное нейтрино | ν_e |
| | мюон | μ^- |
| | Мюонное нейтрино | ν_μ |
| | тау | τ^- |
| | таонное нейтрино | ν_τ |
,
| Кварки | Верхний | U |
| | Нижний | d |
| | Очаровательный | C |
| | Странный |s |
| | Верхний | t |
| | Нижний | b |
,
| Калибровочный бозон | фотон | γ |
| | W-бозон | W^± |
| | Z-бозон | Z^0 |
||Глюон|G|
,

Обнаружение и экспериментирование

Большинство знаний в ядерной и частичной физике получено через эксперименты с использованием ускорителей частиц и детекторов. Ускорители частиц, такие как Большой адронный коллайдер (LHC), ускоряют частицы до высоких скоростей и сталкивают их. Эти столкновения могут раскрыть информацию о субатомных структурах и силах.

Детекторы используются для идентификации частиц, образующихся в этих столкновениях, и их характеристики на основе энергии, импульса, заряда и взаимодействий. Детекторы могут быть крупными экспериментами, требующими международного сотрудничества.

Применение ядерной и частичной физики

Ядерная и частичная физика имеют множество применений в различных областях исследования. Вот несколько примеров:

  • Медицинская визуализация и терапия: Технологии, такие как позитронно-эмиссионная томография (ПЭТ), используют принципы частичной физики для медицинской визуализации. Радиотерапия, использование излучения для лечения рака, — ещё одно применение.
  • Производство энергии: Ядерные реакторы используют реакции деления для производства энергии. Слияние обладает потенциалом для чистой энергии, если используется эффективно.
  • Научное исследование: Знания, полученные из атомной физики, расширяют наше понимание фундаментальных сил и материи во Вселенной.
  • Экологическое трассирование: Методы изотопного трассирования помогают в датировке экологических изменений и хронологическом датировании.

Заключение

Ядерная и частичная физика предоставляют необыкновенное видение фундаментальных процессов, определяющих вселенную. От поведения атомных ядер до взаимодействий элементарных частиц, область объединяет экспериментальную простоту с глубокими теоретическими выводами. Стремящиеся физики, которые погружаются в ядерную и частичную физику, открывают чудеса микроскопического мира, узнавая о силах, формирующих нашу реальность.


Студент бакалавриата → 8


U
username
0%
завершено в Студент бакалавриата

← Предыдущий (7.2.3)
Эффект Холла
Следующий (8.1) →
Atomic Structure

Комментарии 



Ядерная и частичная физика

https://www.physicsflow.com/ug/8?pfal=ru