Законы сохранения в ядерных реакциях

В ядер­ных реакциях действуют законы сохранения энергии, им­пульса, момента импульса, электрического, барионного и лептонных зарядов.

Смысл закона сохранения в ядерной реакции состоит в том, что какая-то физическая величина должна быть одинаковой до начала и после окончания процесса. Это накладывает оп­ределенные ограничения на реакции. Запишем отдельно ка­ждый из законов сохранения в применении к реакции:

Все характеристики конечных частиц, чтобы отличать их от начальных, будем отмечать штрихами. Используем обозна­чения m — масса, p̅ — импульс, s̅ — спин, l̅ — орбиталь­ный момент частицы, помеченный нижним индексом около соответствующей характеристики.

1. Закон сохранения импульса.

2. Закон сохранения энергии:

Если скорости частиц, участвующих в реакции, малы по срав­нению со скоростью света, можно вместо релятивистского выражения для энергии частицы использовать нерелятивист­ское выражение для кинетической энергии и, учтя энергию покоя, переписать закон сохранения энергии в виде:

Важно, что в неупругих процессах сумма энергий покоя всех начальных ча­стиц не равна сумме энергий покоя всех ко­нечных частиц, потому что не равны суммы масс частиц до и после реак­ции. В этом микромир от­личается от макромира. При столкновении биль­ярдных шаров, если они не раскололись, их массы можно считать неизмен­ными, а если расколо­лись, то просто сложить массы осколков, и полу­чится то, что и было.

3. Закон сохранения момента импульса:

4. Закон сохранения электрического заряда:

5. Закон сохранения барионного заряда (барионного числа):

Нуклоны — самые легкие представители отдельного класса элементарных частиц барионов. Всем барионам приписы­вается барионный заряд B = 1, у антибарионов B = -1, для остальных частиц B = 0.

6. Законы сохранения лептонных зарядов:

Существуют 6 лептонов и 6 антилептонов, которые разбили на три семейства (их называют «три поколения») — электронное (e, ne), мюонное (μ^-, v_μ) и τ-лептонное (τ, v_τ). Представителям каждого семейства приписывают свое лептонное число: L_e, L_μ или L_τ, равное 1 для частиц и -1 для античастиц.