| ОГЛАВЛЕНИЕ | 1
|
| Предисловие к шестому изданию | 10
|
| Предисловие к первому изданию | 11
|
| Лекция 1 | 13
|
| 1. Введение в курс | 13
|
| 2. Открытие атомного ядра. Общие понятия о ядре | 14
|
| 3. Опыт Резерфорда. Модель атома Томсона и Резерфорда | 16
|
| 4. Эффективное сечение | 17
|
| 5. Формула Резерфорда. Рассеяние α-частиц на ядре 208Pb | 19
|
| 6. Волны де Бройля. Дифракционная картина рассеяния | 20
|
| 7. Рассеяние электронов на ядрах. Опыты Хофштадтера | 21
|
| 8. Формула Мотта. Форм-фактор. Распределение заряда в ядре | 22
|
| 9. Распределение заряда в нуклоне и размер нуклона | 26
|
| Лекция 2 | 28
|
| 1. Ядерный парк. NZ-диаграмма стабильных и долгоживущих ядер | 28
|
| 2. Масса и энергия связи ядра. Энергия отделения нуклона | 30
|
| 3. Удельная энергия связи. Источники ядерной энергии. Некоторые свойства ядерных сил | 31
|
| 4. Модель жидкой капли. О ядерных моделях | 33
|
| 5. Формула Вайцзеккера. Объёмная, поверхностная и кулоновская энергии | 34
|
| 6. Энергия симметрии. Роль принципа Паули. Зависимость Z от A для стабильных ядер | 37
|
| 7. Эффект спаривания. Чётно-чётные, нечётные и нечётно-нечётные ядра. Вклад различных видов энергии в полную энергию ядра | 39
|
| Лекция 3 | 43
|
| 1. Основное и возбуждённые состояния ядра. Диаграмма ядерных уровней | 43
|
| 2. Квантовые характеристики ядерных состояний. Инвариантность гамильтониана и квантовые числа | 44
|
| 3. Особенности спинов ядер | 45
|
| 4. Чётность. Орбитальная и внутренняя чётность. Чётность системы частиц | 47
|
| 5. Тождественность частиц. Статистика. Фермионы и бозоны | 51
|
| 6. Классические статические электромагнитные моменты ядер | 52
|
| *7. Квантово-механические моменты ядер | 57
|
| Лекция 4 | 62
|
| 1. Общие закономерности радиоактивного распада. Виды распада | 62
|
| 2. α-Радиоактивность. Прохождение α-частиц через кулоновский барьер. Центробежный барьер | 64
|
| 3. β-Распад. Нейтрино. Слабое взаимодействие. Промежуточные бозоны | 70
|
| 4. γ-Распад. Классификация фотонов. Правила отбора для электромагнитных переходов. Вероятности электромагнитных переходов в длинноволновом приближении | 72
|
| 5. Дополнительные выводы о β-распаде. Разрешённые и запрещённые β-переходы. Переходы Ферми и Гамова–Теллера | 81
|
| Лекция 5 | 85
|
| 1. Очевидные свойства ядерных (нуклон-нуклонных) сил | 85
|
| 2. Дейтрон. Зависимость ядерных сил от спина. Их нецентральность. Волновая функция дейтрона | 86
|
| 3. Зарядовая независимость ядерных сил | 91
|
| 4. Спин-орбитальные силы | 91
|
| 5. Обменный характер нуклон-нуклонных сил | 93
|
| 6. Радиальная форма нуклон-нуклонных сил. Квант ядерного поля. Теория Юкавы | 95
|
| 7. Изоспин частиц и ядер | 99
|
| *8. Изоспиновый аналог эффекта Зеемана | 104
|
| Лекция 6 | 106
|
| 1. Ядерные реакции. Введение | 106
|
| 2. Законы сохранения в ядерных реакциях | 107
|
| 3. Кинематика ядерных реакций. Порог реакции | 111
|
| 4. Механизмы ядерных реакций. Составноеядро | 116
|
| 5. Сечение образования составного ядра нейтроном в нерезонансной области | 119
|
| 6. Резонансные реакции. Формула Брейта–Вигнера | 121
|
| 7. Прямые ядерные реакции | 124
|
| Лекция 7 | 127
|
| 1. Модель ядерных оболочек. История её появления. Магические числа | 127
|
| 2. Формулировка модели оболочек для ядра. Роль принципа Паули. Объяснение магических чисел. Нуклонные конфигурации | 130
|
| 3. Квантовые характеристики основных состояний ядер в одночастичной модели оболочек (ОМО). Возбужденные состояния в ОМО | 139
|
| 4. Ограниченность одночастичной модели оболочек. Многочастичная модель оболочек. Коллективные возбуждения ядер. Аналогия с молекулой | 144
|
| 5. Вращательные уровни чётно-чётных несферических (деформированных) ядер | 146
|
| 6. Колебательные (вибрационные) уровни чётно-чётных сферических ядер | 148
|
| 7. Реальный ядерный спектр | 154
|
| Лекция 8 | 157
|
| 1. Элементарные частицы. Введение | 157
|
| 2. Современные ускорители | 157
|
| 3. Некоторые сведения об элементарных частицах | 159
|
| 4. Экспериментальное исследование структуры частиц | 160
|
| 5. Теории в физике частиц. Типы взаимодействий частиц. Константы и радиусы взаимодействий | 163
|
| 6. Диаграммы Фейнмана для электромагнитных взаимодействий | 165
|
| 7. Кванты других полей. Фундаментальные бозоны | 173
|
| Лекция 9 | 175
|
| 1. Систематика частиц. Фундаментальные частицы. Барионы и мезоны | 175
|
| 2. Основные вершины фундаментальных взаимодействий. Кварковые диаграммы | 177
|
| 3. Законы сохранения в мире частиц. Калибровочные поля. Барионное и лептонное квантовые числа. Странность. Частицы-античастицы | 179
|
| 4. Сильные взаимодействия. Адроны. Правило Накано–Нишиджимы–Гелл-Манна | 184
|
| 5. Кварки | 187
|
| 6. Кварковая структура легчайших барионов и мезонов | 188
|
| 7. Кварковые атомы | 191
|
| 8. Декуплет барионов с J^p = 3/2^+. Распады ∆-резонансов. Кварковая диаграмма нуклон-нуклонного взаимодействия | 193
|
| *9. Об изоспине фотона и чётности лептонов | 197
|
| Лекция 10 | 198
|
| 1. Трудности простой кварковой модели. Новое квантовое число «цвет» | 198
|
| 2. Барионы и мезоны как наборы цветных кварков | 200
|
| 3. Глюоны. Квантовая хромодинамика (КХД) | 201
|
| *4. Обобщение принципа Паули. Симметрия волновой функции бариона в КХД | 206
|
| 5. Сравнение КЭД и КХД. Экранировка и антиэкранировка заряда. Асимптотическая свобода | 211
|
| 6. Внутри протона | 218
|
| Лекция 11 | 222
|
| 1. Отсутствие кварков в свободном состоянии | 222
|
| *2. Эксперименты, подтверждающие наличие кварков в адронах | 226
|
| *3. Тяжёлые кварки – c, b, t | 237
|
| Лекция 12 | 243
|
| 1. Слабые взаимодействия. Лептонные заряды. Типы нейтрино | 243
|
| 2. Слабые распады. Константа слабого взаимодействия | 246
|
| 3. Заряженные и нейтральные слабые токи | 247
|
| 4. Закон сохранения чётности. Р-симметрия. Несохранение чётности в слабых взаимодействиях | 251
|
| 5. Спиральность | 254
|
| Лекция 13 | 259
|
| 1. Зарядовое сопряжение. CP-преобразование | 259
|
| 2. Зарядовая чётность | 262
|
| *3. Истинно нейтральные каоны и | 263
|
| 4. Обращение времени. Нарушение CP-инвариантности. CPT-теорема | 266
|
| 5. Первые этапы объединения взаимодействий | 270
|
| 6. Константы взаимодействий. Пропагатор. Переопределение константы слабого взаимодействия | 271
|
| 7. Сбегающиеся константы. Великое объединение. Фазовые переходы. Бозон Хиггса | 274
|
| 8. Распад протона и другие предсказания теорий Великого объединения | 281
|
| 9. Поколения фундаментальных фермионов. Нейтрино | 284
|
| 10. Суперсимметрия | 286
|
| Лекция 14 | 290
|
| 1. Вселенная. Свидетельства Большого взрыва | 290
|
| 2. Первые мгновения Вселенной. Дозвёздный синтез ядер | 294
|
| *3. Барионная асимметрия. Отсутствие антивещества во Вселенной. Инфляция | 300
|
| 4. Звёздная эра. Ядерные реакции (синтез ядер) в звёздах | 305
|
| Лекция 15 | 314
|
| *1. Заключительные стадии жизни звёзд. Сверхновые | 314
|
| 2. Образование тяжёлых элементов | 322
|
| *3. Конечные этапы эволюции Вселенной | 323
|
| 4. Космические лучи | 328
|
| Приложение 1. Формула Резерфорда | 334
|
| Приложение 2. Форм-фактор упругого кулоновского взаимодействия | 337
|
| Приложение 3. Избытки (дефекты) масс ядер | 343
|
| Приложение 4. Деление атомных ядер | 345
|
| Приложение 5. Энергия симметрии | 355
|
| Приложение 6. Элементарная теория β-распада. Правило Сарджента | 357
|
| Приложение 7. Нуклон-нуклонные силы | 368
|
| Приложение 8. Формула Брейта–Вигнера | 380
|
| Приложение 9. Изоспин основного состояния ядра | 386
|
| Приложение 10. Несферические ядра | 395
|
| Приложение 11. О вращениях в квантовой механике | 417
|
| Приложение 12. Состояние двух квадрупольных фононов | 418
|
| Приложение 13. Уравнения Шредингера и Дирака | 421
|
| Приложение 14. Встречные пучки | 428
|
| Приложение 15. Спиновые состояния двух нуклонов. Двухнуклонные и кварк-антикварковые изоспиновые состояния. Цветовые состояния глюонов | 431
|
| Приложение 16. Симметризация барионных состояний | 438
|
| Приложение 17. Спиральность | 448
|
| Приложение 18. Распад заряженного пиона | 452
|
| Приложение 19. Смешивание кварков слабыми силами | 457
|
| Приложение 20. Осцилляции нейтрино | 466
|
| Приложение 21. Безнейтринный двойной бета-распад | 500
|
| Приложение 22. Сферические функции | 509
|
| Приложение 23. Таблица избранных изотопов | 511
|
| Приложение 24. Распространённость нуклидов в Солнечной системе | 518
|
| Приложение 25. Таблицы законов сохранения, взаимодействий и частиц | 519
|
| Приложение 26. Физические константы и единицы | 523
|
| Приложение 27. Историческая справка | 525
|
| Литература | 530
|
| Предметный указатель | 532
|
Содержание и структура книги в целом остались теми же, как и в пятом издании (2017 г.). Её цель, как и прежде, – дать студентам физических специальностей университетов современное изложение заключительного раздела общего курса физики, посвященного атомным ядрам и элементарным частицам. Этот раздел физики с одной стороны имеет дело с самыми фундаментальными законами природы, а с другой – быстро развивается, поэтому современный учебник в этой области знаний должен отражать последние достижения этой науки и представлять их читателю в удобной для восприятия форме, без существенных потерь в строгости изложения. С учетом указанных задач и создавалась эта книга.
Физика атомного ядра и частиц как раздел университетского общего курса физики может читаться студентам-физикам либо на втором году обучения, либо – на третьем. Для его полноценного восприятия необходимы предварительные знания о квантовой механике. Эти предварительные сведения о квантовой механике содержатся в данном учебнике, и читатель встретит их по ходу знакомства с книгой в основном тексте и в приложениях. Это поможет ему более успешно осваивать материал, если он ранее не изучал квантовую механику в специальном курсе.
Сложность той науки, которой посвящена книга, исключает возможность того, чтобы студент-физик 2-го или 3-го года обучения до конца разобрался во всем материале, который представлен в книге. Но упрощать её, опуская обсуждение важнейших и в ряде случаев ещё не решенных наукой проблем, автор посчитал неправильным. Если бы он пошёл по этому пути, то читатель не получил бы общего представления о современном состоянии данной области физики и тенденциях развития этого самого фундаментального раздела науки.
Способы освоения представленного в книге материала предусматривают две возможности. Первая, отвечающая требованиям стандартной университетской программы общего курса физики, ограничена изучением только лекций. При этом пункты лекций, помеченные звёздочкой (), можно опустить. Использовать вторую возможность я рекомендую студентам-физикам, планирующим специализироваться (или уже начавшим это делать) в области физики ядра и частиц. В этом случае, помимо лекций (включая пункты со звёздочкой), им полезно будет прочитать все приложения.
Текст книги заново отредактирован. В него внесены самые последние (т. е. уточнённые) числовые характеристики частиц, ядер и новейшие данные астрофизических наблюдений. Данные о частицах и астрофизических характеристиках выправлены по самым последним данным Particle Data Group. Более новые данные можно получать, обращаясь к регулярно обновляемым материалам этой группы (https://pdg.lbl.gov).
Капитонов Игорь Михайлович 
