Сарычева Л.И. Введение в физику микромира:
Физика частиц и ядер. Изд. 3

---

1.	Введение
	1.1	Краткая история изучения элементарных частиц и ядер
	1.2.	Энергетическая шкала в природе – квантовая лестница
		1.2.1.	Использование основных закономерностей теории относительности
		1.2.2.	Применение квантовой теории в физике частиц
	1.3.	Квантовые свойства частиц
		1.3.1.	Дуальность: волна = частица
		1.3.2.	Уровневая структура энергетических спектров – квантовый эффект
	1.4.	Количественные пределы применимости классических понятий
	1.5.	Квантово-полевые теории в физике частиц
	1.6.	Основные физические и астрофизические константы
2.	Фундаментальные частицы и взаимодействия
	2.1.	Основные физические величины, использующиеся при описании явлений, происходящих в микромире
		2.1.1.	Система Хэвисайда и ее связь с системой СГС
		2.1.2.	Планковские (естественные) единицы
	2.2.	Классификация элементарных частиц
	2.3.	Полевой подход к проблеме взаимодействий
		2.3.1.	Свойства фундаментальных взаимодействий
		2.3.2.	Константы взаимодействий и последствия их сравнения друг с другом
		2.3.3.	Константа сильного взаимодействия
	2.4.	Свойства основных типов взаимодействий для фундаментальных фермионов
	2.5.	Стандартная Модель физики частиц
	2.6.	Кинематика
		2.6.1.	Системы координат. Преобразования Лоренца
		2.6.2.	Инварианты лоренцевских преобразований
3.	Эксперименты в физике частиц при изучении разных типов взаимодействий
	3.1.	Экспериментальная техника – ускорительные комплексы
	3.2.	Методы измерения поперечных сечений в разных типах взаимодействий
	3.3.	Методы измерения поперечных сечений в сильных взаимодействиях
		3.3.1.	Метод пропускающих счетчиков
		3.3.2.	Метод измерения полного сечения на ускорителе с пересекающимися пучками по светимости пучков
		3.3.3.	Измерение сечений рр-взаимодействий на встречных пучках с использованием Римских горшков
		3.3.4.	Метод измерения сечений в космических лучах
4.	Результаты измерения поперечных сечений разных типов взаимодействий
	4.1.	Результаты измерения поперечных сечений в сильных взаимодействиях
	4.2.	Интерпретация зависимости sigmatot(E)
	4.3.	Результаты измерения поперечных сечений в электромагнитных взаимодействиях
	4.4.	Слабые взаимодействия
		4.4.1.	Осцилляции нейтрино и его масса
		4.4.2.	Поперечное сечение для слабых взаимодействий
		4.4.3.	Электрослабые взаимодействия
	4.5.	Гравитационное взаимодействие
5.	Взаимодействие частиц с веществом – потери энергии
	5.1.	Потери энергии заряженными частицами
	5.2.	Процессы, происходящие с фотонами в веществе
	5.3.	Электромагнитные каскады
6.	Способы измерения масс частиц и ядер
	6.1.	Метод определения масс ядер – масс-спектроскопия
	6.2.	Методы определения масс элементарных частиц
		6.2.1.	Метод времени пролета – определение скорости частицы
		6.2.2.	Метод инвариантных масс
		6.2.3.	Метод многократного измерения ионизационных потерь
		6.2.4.	Переходное излучение
		6.2.5.	Черенковское излучение
	6.3.	Детекторы в физике частиц и ядер
		6.3.1.	Сцинтилляторы
		6.3.2.	Черенковские детекторы
		6.3.3.	Детекторы переходного излучения
		6.3.4.	Многонитные камеры
		6.3.5.	Кремниевые полупроводниковые детекторы
		6.3.6.	Времяпроекционные камеры
		6.3.7.	Калориметры
		6.3.8.	Сверхпроводящие соленоиды для коллайдерных детекторов
7.	Структура материи
	7.1.	Электрон – точечная частица
	7.2.	Определение размеров ядер
	7.3.	Структура нуклона
		7.3.1.	Упругое рассеяние
		7.3.2.	Глубоконеупругое рассеяние
	7.4.	Свойства кварков и глюонов из экспериментов по е+е–-аннигиляции
		7.4.1.	Спин кварка
		7.4.2.	Рождение глюонных струй как следствие излучения глюона кварком
		7.4.3.	Наличие цвета у кварка
		7.4.4.	Определение потенциала взаимодействия между кварками
8.	Эмпирические особенности ядер и частиц
	8.1.	Статические характеристики атомных ядер
	8.2.	Энергия связи
	8.3.	Протон-нейтронная диаграмма
	8.4.	Спин и магнитный момент ядра
	8.5.	Квадрупольный электрический момент ядра
	8.6.	Изотопический спин
	8.7.	Законы сохранения
9.	Ядерные модели
	9.1.	Модель жидкой капли
	9.2.	Модель Ферми-газа
	9.3.	Оболочечная модель ядра
	9.4.	Обобщенная модель ядра
	9.5.	Оптическая модель ядра
	9.6.	Модель Глаубера
	9.7.	Гидродинамические модели
10.	Ядерные превращения спонтанные и инициируемые
	10.1.	Радиоактивный распад
	10.2.	Вероятности переходов и период полураспада
	10.3.	Среднее время жизни и ширина уровня
	10.4.	Искусственная радиоактивность
11.	Ядерные реакции
	11.1.	Законы сохранения
	11.2.	Механизмы ядерных реакций
	11.3.	Открытие нейтрона и его свойства
	11.4.	Источники нейтронов
	11.5.	Ядерные реакторы, цепная ядерная реакция
	11.6.	Реакции слияния, синтез легких ядер
12.	Ядерные реакции на Солнце и в звездах
	12.1.	Процессы на Солнце
	12.2.	Хлор-аргоновый метод регистрации нейтрино от Солнца
	12.3.	Стандартная модель Солнца
	12.4.	Галлий-германиевый и другие методы
	12.5.	Дефицит нейтрино от Солнца
	12.6.	Астрофизические следствия экспериментов по обнаружению нехватки нейтрино от Солнца
13.	Эволюция звезд
14.	Происхождение химических элементов
	14.1.	Этапы синтеза элементов
	14.2.	Ядерный синтез – синтез легких элементов (Н, D, 3He, 4He, 7Li) в ранней Вселенной
	14.3.	Синтез ядер в звездах Главной Последовательности при Т < 108 °К
	14.4.	Синтез ядер при Т > 2 * 108 oК
	14.5.	Образование ядер тяжелее железа
15.	Модель Большого Взрыв
	15.1.	Стандартная космологическая модель Большого Взрыва
	15.2.	Главные научные открытия в астрофизике
	15.3.	Возможности современных ускорителей подтвердить модель Большого Взрыва
	15.4.	Астрофизика элементарных частиц
	15.5.	О природе материи во Вселенной
	15.6.	Нейтринная астрономия
		15.6.1.	Свойства нейтрино
		15.6.2.	Эксперименты с нейтрино и планирование их практического применения
		15.6.3.	Эксперименты для регистрации нейтрино от взрывающихся звезд
		15.6.4.	Томография Земли
16.	Экзотические частицы
	16.1.	Хиггс-бозоны
	16.2.	Суперсимметричные частицы (SUSY-частицы)
	16.3.	Магнитные монополи
		16.3.1.	Поиски монополей
	16.4.	Тахионы
	16.5.	Аксионы
	16.6.	WIMP-частицы
17.	Космические лучи
	17.1.	История исследования
	17.2.	Методы исследования космического излучения
	17.3.	Энергетический спектр первичного космического излучения
	17.4.	Природа первичного космического излучения
	17.5.	Космические лучи в атмосфере Земли
	17.6.	Экзотические события в космических лучах
		17.6.1.	Кентавр-события
		17.6.2.	Компланарность

---

Физика микромира, включающая ядерную физику и физику элементарных частиц, изучает явления, происходящие на самых малых расстояниях, доступных экспериментальным наблюдениям. Существует глубокая связь между ядерной физикой и физикой элементарных частиц. Эта связь проявилась, когда стали изучать процессы при высоких энергиях, и был накоплен большой экспериментальный материал по физике частиц. Физика ядер сомкнулась, таким образом, с физикой частиц. Многие закономерности, описывающие процессы, происходящие с ядрами, оказались идентичными тем, которые с успехом применяются в физике частиц.

Вместе с тем, более фундаментальными являются процессы, изученные в физике частиц, и проявление их объясняет ряд особенностей физики ядер. Поэтому целесообразно начать курс с изложения закономерностей, обнаруженных в физике частиц, а затем перейти к рассмотрению процессов физики ядер. Физика частиц и физика ядер пересекаются также вследствие того, что явления и экспериментальные методы их изучения оказываются одинаковыми.

Курс "Введение в физику микромира" в первую очередь опирается на описание экспериментов, на основе которых создаются те или иные теоретические модели.

Задача физики частиц - ответить на следующие вопросы: каковы элементарные конституенты материи и каковы фундаментальные силы, которые управляют их поведением на основных уровнях?

Задача физики ядер - опираясь на явления, изученные в физике частиц, понять и изучить процессы, происходящие с таким сложным объектом, каковым является ядро, и закономерности этих процессов.

---

Людмила Ивановна САРЫЧЕВА (род. в 1926 г.)

Доктор физико-математических наук, профессор кафедры физики космоса физического факультета МГУ им. М. В. Ломоносова, главный научный сотрудник отдела экспериментальной физики высоких энергий НИИ ядерной физики МГУ. Окончила физический факультет МГУ в 1949 г. Область научных интересов: физика высоких энергий и космических лучей. Заслуженный деятель науки РФ, заслуженный профессор МГУ, почетный работник высшего профессионального образования. Лауреат премии им. М. В. Ломоносова. Член коллаборации CMS с 1994 г., член коллаборационного совета CMS. Участвует в международном эксперименте E852 в Брукхейвенской национальной лаборатории США и совместных работах с университетом г. Осло (Норвегия). Автор более 300 научных работ, в том числе учебных пособий и монографий.