У дома Зеленчуци Основният инструмент за изследване на елементарните частици. Историята на откриването на елементарни частици: атоми, адрони, кварки, струни. Фотонът е "анимиран" планков квант светлина, т.е. квант, носещ импулс

Зеленчуци

Основният инструмент за изследване на елементарните частици. Историята на откриването на елементарни частици: атоми, адрони, кварки, струни. Фотонът е "анимиран" планков квант светлина, т.е. квант, носещ импулс

Въведение

1. Откриване на елементарни частици

2. Теории на елементарните частици

2.1. Квантова електродинамика (QED)

2.2. Теория на кварките

2.3. Електрослабата теория

2.4. Квантова хромодинамика

Заключение

литература

Въведение.

В средата и втората половина на ХХ век в онези клонове на физиката, които се занимават с изучаване на фундаменталната структура на материята, бяха получени наистина невероятни резултати. На първо място, това се прояви в откриването на цял набор от нови субатомни частици. Обикновено се наричат елементарни частици, но не всички от тях са наистина елементарни. Много от тях от своя страна се състоят от още по-елементарни частици.

Светът на субатомните частици е наистина разнообразен. Те включват протони и неутрони, които изграждат атомните ядра, както и електрони, въртящи се около ядрата. Но има и частици, които практически не се намират в заобикалящото ни вещество. Животът им е изключително кратък, той е най-малките части от секундата. След това изключително кратко време те се разпадат на обикновени частици. Има поразителен брой такива нестабилни краткотрайни частици: вече са известни няколкостотин от тях.

През 60-те и 70-те години физиците бяха напълно объркани от многообразието, разнообразието и необичайността на новооткритите субатомни частици. Изглеждаше, че няма да има край. Напълно неразбираемо е за какво са толкова много частици. Хаотични ли са тези елементарни частици и случайни фрагменти от материя? Или може би те държат ключа към разбирането на структурата на Вселената? Развитието на физиката през следващите десетилетия показа, че няма съмнение за съществуването на такава структура. В края на ХХ век. физиката започва да разбира какво е значението на всяка една от елементарните частици.

В света на субатомните частици има дълбок и рационален ред. Този ред се основава на фундаментални физически взаимодействия.

1. Откриване на елементарни частици.

Откриването на елементарните частици е естествен резултат от общия напредък в изучаването на структурата на материята, постигнат от физиката в края на 19 век. Тя е изготвена чрез цялостни изследвания на оптичните спектри на атомите, изследване на електрическите явления в течности и газове, откриване на фотоелектричество, рентгенови лъчи, естествена радиоактивност, което свидетелства за съществуването на сложна структура на материята.

Исторически, първата открита елементарна частица е електрон - носител на отрицателен елементарен електрически заряд в атомите. През 1897 г. J.J.Tomson установява, че т.нар. катодните лъчи се образуват от поток от малки частици, наречени електрони. През 1911 г. Е. Ръдърфорд, пропускайки алфа частици от естествен радиоактивен източник през тънки фолиа от различни вещества, открива, че положителен заряд в атомите е концентриран в компактни образувания - ядра, а през 1919 г. е открит сред частиците, избити от атомните ядра , протони - частици с единичен положителен заряд и маса 1840 пъти по-голяма от масата на електрона. Друга частица, която изгражда ядрото, неутронът, е открита през 1932 г. от Дж. Чадуик, докато изучава взаимодействието на а-частици с берилий. Неутронът има маса, близка до тази на протона, но няма електрически заряд. Откриването на неутрона завърши идентифицирането на частиците - структурните елементи на атомите и техните ядра.

Заключението за съществуването на частица от електромагнитно поле - фотон - произлиза от работата на М. Планк (1900). Приемайки, че енергията на електромагнитното излъчване от черно тяло е квантувана, Планк получава правилната формула за радиационния спектър. Развивайки идеята на Планк, А. Айнщайн (1905) постулира, че електромагнитното излъчване (светлина) всъщност е поток от отделни кванти (фотони) и на тази основа обяснява законите на фотоелектричния ефект. Преки експериментални доказателства за съществуването на фотон са дадени от Р. Миликен (1912-1915) и А. Комптън (1922).

Откриването на неутрино, частица, която почти не взаимодейства с материята, произлиза от теоретичното предположение на W. Pauli (1930), което, поради допускането за раждането на такава частица, направи възможно премахването на трудностите с законът за запазване на енергията в процесите на бета разпад на радиоактивни ядра. Съществуването на неутрино е експериментално потвърдено едва през 1953 г. (F. Reines и K. Cowen, САЩ).

От 30-те до началото на 50-те години. изучаването на елементарните частици беше тясно свързано с изучаването на космическите лъчи. През 1932 г. в състава на космическите лъчи К. Андерсън открива позитрон (e +) – частица с маса на електрон, но с положителен електрически заряд. Позитронът е първата открита античастица. Съществуването на e + директно следва от релативистката теория на електрона, разработена от П. Дирак (1928-31) малко преди откриването на позитрона. През 1936 г. американските физици К. Андерсън и С. Недермайер откриват мюони (и с двата знака на електрически заряд), докато изучават осмичните лъчи - частици с маса от около 200 електронни маси, но иначе изненадващо близки по свойства до e-, e + .

През 1947 г. също в космическите лъчи групата на С. Пауъл открива p + и p - мезони с маса 274 електронни маси, които играят важна роля при взаимодействието на протоните с неутроните в ядрата. Съществуването на такива частици е предложено от Х. Юкава през 1935г.

Краят на 40-те - началото на 50-те години бяха белязани от откриването на голяма група частици с необичайни свойства, наречени "странни". Първите частици от тази група K + - и K - мезони, L-, S + -, S- -, X- хиперони са открити в космическите лъчи, последващи открития на странни частици са направени в ускорители - инсталации, които създават интензивни потоци на бързи протони и електрони. При сблъсък с материята ускорените протони и електрони пораждат нови елементарни частици, които стават обект на изследване.

От началото на 50-те години. ускорителите се превърнаха в основен инструмент за изследване на елементарните частици. През 70-те години. енергиите на частиците, ускорени в ускорителите, възлизат на десетки и стотици милиарди електронволта (GeV). Желанието за увеличаване на енергиите на частиците се дължи на факта, че високите енергии отварят възможността за изследване на структурата на материята на по-малки разстояния, колкото по-висока е енергията на сблъскващите се частици. Ускорителите значително увеличиха скоростта на получаване на нови данни и за кратко време разшириха и обогатиха познанията ни за свойствата на микросвета. Използването на ускорители за изследване на странни частици даде възможност да се изследват по-подробно техните свойства, по-специално характеристиките на техния разпад, и скоро доведе до важно откритие: изясняване на възможността за промяна на характеристиките на някои микропроцеси по време на работа на огледално отражение – т.нар. нарушение на пространствата, паритет (1956). Пускането в експлоатация на протонни ускорители с енергия от милиарди електрон волта направи възможно откриването на тежки античастици: антипротон (1955), антинеутрон (1956), антисигма-хиперони (1960). През 1964 г. е открит най-тежкият хиперон W- (с маса от около две маси на протона). През 1960-те години. при ускорителите бяха открити голям брой изключително нестабилни (в сравнение с други нестабилни елементарни частици) частици, които бяха наречени "резонанси". Масите на повечето резонанси надвишават масата на протона. Първият от тях, D1 (1232), е известен от 1953 г. Оказа се, че резонансите съставляват основната част от елементарните частици.

През 1962 г. е установено, че има две различни неутрино: електрон и мюон. През 1964 г. неконсервацията на т.нар. комбиниран паритет (въведен от Li Tsung-tao и Yang Zhen-ning и независимо от L. D. Landau през 1956 г.), което означава необходимостта от преразглеждане на обичайните възгледи за поведението на физическите процеси по време на операцията на отражение на времето.

През 1974 г. са открити масивни (3-4 маси на протона) и в същото време относително стабилни y-частици, с необичайно дълъг живот за резонанси. Те се оказват тясно свързани с ново семейство елементарни частици - „очаровани“, чиито първи представители (D0, D +, Lс) са открити през 1976 г. През 1975 г. се появява първата информация за съществуването на тежък аналог на електрон и мюон (тежък лептон t). През 1977 г. са открити Ў-частици с маса от порядъка на десет маси на протони.

Така през годините, изминали от откриването на електрона, бяха идентифицирани огромен брой различни микрочастици материя. Светът на елементарните частици се оказа доста сложен. Свойствата на откритите елементарни частици бяха неочаквани в много отношения. За да ги опишат, в допълнение към характеристиките, заимствани от класическата физика, като електрически заряд, маса, ъглов импулс, беше необходимо да се въведат много нови специални характеристики, по-специално да се опишат странни елементарни частици - странност (K. Nishijima, M. Gell-Man, 1953), „очаровани“ елементарни частици – „очарование“ (американските физици Дж. Бьоркен, С. Глашоу, 1964); вече имената на дадените характеристики отразяват необичайните свойства на описваните от тях елементарни частици.

И необходимите количества. Последователността от действия, които трябва да бъдат извършени, за да се премине от първоначалните данни към желаните стойности, се нарича алгоритъм. 2. Историческо развитие на моделите на елементарните частици 2.1 Три етапа в развитието на физиката на елементарните частици Етап първи. От електрон до позитрон: 1897-1932 (Елементарни частици - "атоми на Демокрит" на по-дълбоко ниво) Когато гръцкият ...

Ограничен брой явления: Нютонова механика или далеч от оптимално или съвършено създаване на технология: самолетът Титаник, Ту-144, самолетът Конкорд, атомната електроцентрала в Чернобил, космическият кораб от серията Shuttle и много, много други. 3. Развитие на системен подход в науката 3.1 Ранни опити за систематизиране на физическото знание Първият наистина успешен опит за систематизиране на знания за ...

ПЛАН

Въведение

1. Откриване на елементарни частици

2. Теории на елементарните частици

2.1. Квантова електродинамика (QED)

2.2. Теория на кварките

2.3. Електрослабата теория

2.4. Квантова хромодинамика

Заключение

литература

Въведение.

1. Откриване на елементарни частици.

2. Теории на елементарните частици

2.1. Квантова електродинамика (QED)

Квантовата механика ви позволява да опишете движението на елементарните частици, но не и тяхното генериране или унищожаване, тоест се използва само за описание на системи с постоянен брой частици. Обобщение на квантовата механика е квантовата теория на полето – тя е квантова теория на системите с безкраен брой степени на свобода (физически полета). Необходимостта от такава теория е породена от квантово-вълновия дуализъм, съществуването на вълнови свойства във всички частици. В квантовата теория на полето взаимодействието се представя в резултат на обмена на полеви кванти.

В средата на ХХ век. е създадена теорията на електромагнитното взаимодействие - квантовата електродинамика на QED е теория за взаимодействието на фотони и електрони, обмислена до най-малкия детайл и оборудвана с перфектен математически апарат. QED се основава на описанието на електромагнитното взаимодействие с помощта на концепцията за виртуални фотони - неговите носители. Тази теория удовлетворява основните принципи както на квантовата теория, така и на теорията на относителността.

В центъра на теорията е анализът на актовете на излъчване или поглъщане на един фотон от една заредена частица, както и анихилацията на двойка електрон-позитрон във фотон или генерирането на такава двойка от фотони.

Ако в класическото описание електроните са представени като твърда точкова топка, то в QED електромагнитното поле, заобикалящо електрона, се разглежда като облак от виртуални фотони, който безмилостно следва електрона, заобикаляйки го с енергийни кванти. След като електронът излъчва фотон, той генерира (виртуална) електрон-позитронна пора, която може да анихилира, за да образува нов фотон. Последният може да бъде погълнат от оригиналния фотон, но може да генерира нова двойка и т.н. Така електронът е покрит с облак от виртуални фотони, електрони и позитрони, които са в състояние на динамично равновесие. Фотоните се появяват и изчезват много бързо, а електроните се движат в пространството по не съвсем определени траектории. Възможно е също така по един или друг начин да се определят началните и крайните точки на пътя - преди и след разпръскването, но самият път в интервала между началото и края на движението остава неопределен.

Описанието на взаимодействието с помощта на частица носител доведе до разширяване на концепцията за фотон. Въвеждат се понятията за реален (квант на видимата светлина) и виртуален (мимолетен, призрачен) фотон, които се „виждат“ само от заредени частици, претърпели разсейване.

За да проверят дали теорията е в съответствие с реалността, физиците се фокусираха върху два ефекта от особен интерес. Първият се отнасяше до енергийните нива на водородния атом – най-простия атом. Според QED нивата трябва да бъдат леко изместени спрямо позицията, която биха заели при липса на виртуални фотони. Вторият решаващ тест на QED се отнася до изключително малка корекция на собствения магнитен момент на електрона. Теоретичните и експерименталните резултати от QED проверката съвпадат с най-висока точност – повече от девет знака след десетичната запетая. Такова поразително съответствие дава правото да се счита QED за най-съвършената от съществуващите естествено-научни теории.

След такъв триумф QED беше приет като модел за квантово описание на три други фундаментални взаимодействия. Разбира се, други частици носители трябва да съответстват на полетата, свързани с други взаимодействия.

2.2. Теория на кварките

Теорията на кварките е теория за структурата на адроните. Основната идея зад тази теория е много проста. Всички адрони са изградени от по-малки частици, наречени кварки. Това означава, че кварките са по-елементарни частици от адроните. Кварките носят частичен електрически заряд: те имат заряд, чиято стойност е или -1 / 3, или +2 / 3 от основната единица - заряда на електрона. Комбинация от два и три кварка може да има общ заряд от нула или едно. Всички кварки имат спин Ѕ, така че те са фермиони. Основателите на теорията на кварките Гел-Ман и Цвайг, за да се вземе предвид всичко известно през 60-те години. адроните въведоха три вида (вкус) кварки: u (от горе - нагоре), d (отдолу - надолу) и s (от странно - странно).

Кварките могат да се комбинират един с друг по един от двата възможни начина: или триплети, или двойки кварк-антикварк. Сравнително тежките частици - бариони, което означава "тежки частици", са съставени от три кварка. Най-известните от барионите са неутронът и протонът. По-леките двойки кварки – антикварките образуват частици, наречени мезони – „междинни частици“. Например, протонът се състои от два u и един d кварка (uud), а неутронът се състои от два d кварка и един u кварк (udd).

Оказа се, че полученото взаимодействие между неутрони и протони в ядрото е просто остатъчен ефект от по-мощното взаимодействие между самите кварки. Това обяснява защо силните взаимодействия изглеждат толкова трудни. Когато един протон се „залепи“ за неутрон или друг протон, във взаимодействието участват шест кварка, всеки от които взаимодейства с всички останали. Значителна част от усилията се изразходват за здраво залепване на трио кварки, а малка част се изразходва за свързване на две тройки кварки един към друг. (Но се оказа, че кварките също участват в слаби взаимодействия. Слабо взаимодействие може да промени вкуса на кварка. Ето как се разпада неутрон. Един от d-кварките в неутрона се превръща в u-кварк, а излишъкът зарядът отнася електрон, който се ражда едновременно. аромат, слабото взаимодействие води до разпад и други адрони.)

Фактът, че всички известни адрони могат да бъдат получени от различни комбинации от трите основни частици, беше триумф за теорията на кварките. Но през 70-те години. бяха открити нови адрони (пси частици, ипсилон мезон и др.). Това нанесе удар върху първата версия на теорията на кварките, тъй като в нея вече нямаше място за нито една нова частица. Всички възможни комбинации от кварки и техните антикварки вече бяха изчерпани.

Проблемът беше решен с въвеждането на три нови аромата. Те получиха името - чар (очарование), или s; b-кварк (отдолу - дъно, и по-често красота - красота, или чар); впоследствие беше въведен друг вкус - t (отгоре - отгоре).

Кварките се държат заедно чрез силно взаимодействие. Носителите на силно взаимодействие са глуоните (цветни заряди). Областта на физиката на елементарните частици, която изучава взаимодействието на кварки и глуони, се нарича квантова хромодинамика. Както квантовата електродинамика е теория на електромагнитното взаимодействие, така и квантовата хромодинамика е теория на силното взаимодействие.

Въпреки че има известно недоволство от кварковата схема, повечето физици смятат кварките за наистина елементарни частици – точково, неделими и без вътрешна структура. В това отношение те приличат на лептони и отдавна се предполага, че трябва да има дълбока връзка между тези две различни, но сходни по структура семейства.

Така най-вероятният брой наистина елементарни частици (без да се броят носителите на фундаментални взаимодействия) в края на ХХ век е 48. От тях: лептони (6x2) = 12 плюс кварки (6x3) x2 = 36.

2.3. Електрослабата теория

През 70-те години на ХХ век се случи изключително събитие в естествената наука: две взаимодействия на четири физики бяха комбинирани в едно. Картината на основните основи на природата стана донякъде опростена. Електромагнитните и слабите взаимодействия, привидно много различни по природа, всъщност се оказаха две разновидности на един т.нар. електрослабо взаимодействие. Теорията за електрослабото взаимодействие оказва решаващо влияние върху по-нататъшното развитие на физиката на елементарните частици в края на 20 век.

Основната идея при изграждането на тази теория е да се опише слабото взаимодействие от гледна точка на концепцията за калибровъчно поле, според която симетрията е ключът към разбирането на природата на взаимодействията. Една от основните идеи във физиката от втората половина на ХХ век. - това е вярата, че всички взаимодействия съществуват само за да се поддържа определен набор от абстрактни симетрии в природата. Какво общо има симетрията с фундаменталните взаимодействия? На пръв поглед самото предположение за съществуването на такава връзка изглежда парадоксално и неразбираемо.

На първо място, за това какво се разбира под симетрия. Общоприето е, че обектът има симетрия, ако обектът остане непроменен в резултат на една или друга операция за трансформирането му. И така, сферата е симетрична, защото изглежда еднакво, когато се завърти под произволен ъгъл около центъра си. Законите на електричеството са симетрични по отношение на замяната на положителни заряди с отрицателни и обратно. Така под симетрия разбираме инвариантност по отношение на определена операция.

Има различни видове симетрии: геометрични, огледални, негеометрични. Сред негеометричните има т.нар габаритни симетрии... Габаритните симетрии са абстрактни и не са директно фиксирани. Те са свързани с промяна в обратното броене ниво, мащаб или стойностнякакво физическо количество ... Системата има габаритна симетрия, ако нейната природа остава непроменена от този вид трансформация.Така например във физиката работата зависи от разликата във височините, а не от абсолютната височина; напрежение - от потенциалната разлика, а не от абсолютните им стойности и т. н. Симетриите, на които се основава ревизията на разбирането за четирите фундаментални взаимодействия, са от този вид. Калибрационните трансформации могат да бъдат глобални и локални. Преобразувания на габарит, които варират от точка до точка, са известни като „локални“ трансформации на габарит. В природата съществуват редица локални габаритни симетрии и е необходим подходящ брой полета, за да се компенсират тези трансформации на габарит. Силовите полета могат да се разглеждат като средство, чрез което се създават присъщите на природата локални габаритни симетрии.Значението на концепцията за габаритна симетрия е, че теоретично симулира всичките четири основни взаимодействия, открити в природата. Всички те могат да се разглеждат като габаритни полета.

Представяйки слабото взаимодействие под формата на калибровъчно поле, физиците изхождат от предположението, че всички частици, участващи в слабото взаимодействие, служат като източници на нов тип поле - полето на слабите сили. Слабо взаимодействащите частици, като електрони и неутрино, носят "слаб заряд", който е аналогичен на електрическия заряд и свързва тези частици със слабо поле.

За да се представи слабото поле на взаимодействие като габаритно, на първо място е необходимо да се установи точната форма на съответната габаритна симетрия. Факт е, че симетрията на слабото взаимодействие е много по-сложна от електромагнитното. Всъщност самият механизъм на това взаимодействие се оказва по-сложен. Първо, при разпада на неутрон, например, частици от най-малко четири различни типа (неутрон, протон, електрон и неутрино) участват в слаби взаимодействия. Второ, действието на слабите сили води до промяна в тяхната природа (преобразуването на едни частици в други поради слабо взаимодействие). Напротив, електромагнитното взаимодействие не променя природата на участващите в него частици.

Това определя факта, че слабото взаимодействие съответства на по-сложна габаритна симетрия, свързана с промяна в природата на частиците. Оказа се, че за поддържане на симетрия тук са необходими три нови силови полета, за разлика от едно-единствено електромагнитно поле. Получено е и квантово описание на тези три полета: трябва да има три нови типа частици – носители на взаимодействие, по един за всяко поле. Всички те се наричат тежки векторни бозони със спин 1 и са носители на слаби взаимодействия.

Частиците W + и W - са носители на две от трите, свързани със слабите полета на взаимодействие. Третото поле съответства на електрически неутрална частица носител, наречена Z-частица. Съществуването на Z-частицата означава, че слабото взаимодействие може да не бъде придружено от пренос на електрически заряд.

Концепцията за спонтанно нарушаване на симетрия изигра ключова роля в създаването на теорията за електрослабото взаимодействие: не всяко решение на проблем трябва да притежава всички свойства на първоначалното си ниво. Така частици, които са напълно различни при ниски енергии, при високи енергии, всъщност може да се окажат една и съща частица, но в различни състояния. Въз основа на идеята за спонтанно нарушаване на симетрията, авторите на теорията за електрослабото взаимодействие Вайнберг и Салам успяха да решат голям теоретичен проблем - те комбинираха привидно несъвместими неща (значителна маса от носители на слабо взаимодействие, от една страна , и идеята за инвариантност на калибровката, която предполага далечната природа на калибровъчното поле и означава нулева маса на покой на частиците носители, от друга) и по този начин комбинира електромагнетизъм и слабо взаимодействие в унифицираната теория на калибровото поле.

В тази теория има само четири полета: електромагнитно поле и три полета, съответстващи на слаби взаимодействия. Освен това е въведена константа на скаларно поле в цялото пространство (т.нар. поле на Хигс), с което частиците взаимодействат по различни начини, което определя разликата в техните маси. (Квантите на скаларното поле са нови елементарни частици с нулев спин. Те се наричат Хигс (на името на физика П. Хигс, който предполага тяхното съществуване). Броят на такива Хигс бозони може да достигне няколко десетки. Такива бозони имат все още не са открити експериментално. Освен това физиците от поредицата смятат съществуването им по избор, но все още не е намерен перфектен теоретичен модел без бозони на Хигс) Първоначално W и Z квантите нямат маса, но нарушаването на симетрията води до факта, че някои Хигсови бозони частиците се сливат с W и Z частици, придавайки им маса.

Теорията обяснява разликите в свойствата на електромагнитните и слабите взаимодействия чрез нарушаване на симетрията. Ако симетрията не беше нарушена, тогава и двете взаимодействия биха били сравними по величина. Нарушаването на симетрията води до рязко намаляване на слабото взаимодействие. Можем да кажем, че слабото взаимодействие е толкова малко, защото W и Z частиците са много масивни. Лептоните рядко се приближават един към друг на толкова малки разстояния (r< 1 0 n см., где n = - 1 6). Но при больших энергиях (>1 0 0 GeV), когато W и Z частиците могат да се произвеждат свободно, обменът на W и Z бозони е толкова лесен, колкото обменът на фотони (безмасови частици). Разликата между фотони и бозони се изтрива.При тези условия трябва да има пълна симетрия между електромагнитното и слабото взаимодействие - електрослабото взаимодействие.

Тестът на новата теория беше да потвърди съществуването на хипотетични W и Z частици. Откриването им стана възможно едва със създаването на много големи ускорители от най-нов тип. Откриването на W и Z частици през 1983 г. означава триумф на теорията за електрослабото взаимодействие. Нямаше повече нужда да говорим за четирите основни взаимодействия. Остават трима.

2.4. Квантова хромодинамика

Следващата стъпка по пътя на Великото обединение на фундаменталните взаимодействия е сливането на силното взаимодействие с електрослабото. За това е необходимо да се придадат характеристиките на калибровото поле на силното взаимодействие и да се въведе обобщена концепция за изотопна симетрия. Силното взаимодействие може да се мисли като резултат от обмена на глуони, който осигурява свързването на кварки (по двойки или триплети) в адрони.

Идеята тук е следната. Всеки кварк има аналог на електрически заряд, който служи като източник на глуонното поле. Наричаше се цвят (Разбира се, това име няма нищо общо с обикновен цвят). Ако електромагнитното поле се генерира само от един вид заряд, тогава са необходими три различни цветни заряда, за да се създаде по-сложно глюонно поле. Всеки кварк е "оцветен" в един от трите възможни цвята, които са произволно наречени червен, зелен и син. И съответно има анти-червени, антизелени и анти-сини антикварки.

На следващия етап теорията за силното взаимодействие се развива по същия начин като теорията за слабото взаимодействие. Изискването за локална симетрия на габарит (т.е. инвариантност по отношение на промените в цвета във всяка точка в пространството) води до необходимостта от въвеждане на компенсиращи силови полета. Необходими са общо осем нови компенсиращи силови полета. Частици - носители на тези полета са глуони и по този начин от теорията следва, че трябва да има до осем различни вида глуони. (Докато има само един носител на електромагнитно взаимодействие (фотон), а носителите на слабо взаимодействие - три.) Глуоните имат нулева маса на покой и спин 1. Глуоните също имат различни цветове, но не чисти, а смесени (например синьо- анти-зелено). Следователно излъчването или абсорбцията на глуон е придружено от промяна в цвета на кварка („игра на цветове“). Така, например, червен кварк, губейки червено-анти-син глуон, се превръща в син кварк, а зелен кварк, поглъщайки синьо-анти-зелен глуон, се превръща в син кварк. В един протон, например, три кварка постоянно обменят глуони, променяйки цвета си. Такива промени обаче не са произволни, а се подчиняват на строго правило: във всеки един момент от времето „общият“ цвят на трите кварка трябва да бъде бяла светлина; количеството "червено + зелено + синьо". Това важи и за мезони, състоящи се от двойка кварк-антикварк. Тъй като антикваркът се характеризира с антицвят, известно е, че такава комбинация е безцветна („бяла“), например червен кварк в комбинация с античервен кварк образува безцветен мезон.

От гледна точка на квантовата хромодинамика (квантовата теория на цвета) силното взаимодействие не е нищо повече от желанието да се поддържа определена абстрактна симетрия на природата: запазването на белия цвят на всички адрони, когато цветът на съставните им части се променя. Квантовата хромодинамика обяснява перфектно правилата, управляващи всички комбинации от кварки, взаимодействието на глуони един с друг (един глуон може да се разпадне на два глуона или два глуона се сливат в един - затова в уравнението на глуонното поле се появяват нелинейни термини), сложната структура на адрон, състоящ се от "облечени" в облаци от кварки и т.н.

Може да е преждевременно да се оценява квантовата хромодинамика като окончателна и пълна теория за силното взаимодействие, но нейните постижения все още са обещаващи.

Заключение.

Произходът на много свойства на елементарните частици и естеството на присъщите им взаимодействия остават до голяма степен неясни. Може би ще са необходими повече от едно преструктуриране на всички идеи и много по-дълбоко разбиране на връзката между свойствата на микрочастиците и геометричните свойства на пространство-времето, преди да бъде изградена теорията на елементарните частици.

ЛИТЕРАТУРА

Алексеев В.П. Формиране на човечеството. М., 1984. Бор Н. Атомна физика и човешко познание. М., 1961 г. Роден М., Теория на относителността на Айнщайн (Москва, 1964).

Дорфман Я.Г. Световна история на физиката от началото на 19 век до средата на 20 век. М., 1979 г.

Кемпфер Ф. Пътят към съвременната физика. М., 1972г.

Найдиш В.М. Концепции на съвременното естествознание. Урок. М., 1999г.

Баженов Л.Б. Структурата и функциите на естественонаучната теория. М., 1978 г.

И. Л. Розентал Елементарни частици и структура на Вселената. М, 1984.

От електрон към неутрино

електрон

позитрон

Неутрино

От странност до чар

Откриване на странни частици

Резонанси

"Омагьосани" частици

Заключение

литература

Въведение.

Светът на субатомните частици е наистина разнообразен. Те включват протони и неутрони, които изграждат атомните ядра, както и електрони, въртящи се около ядрата. Но има и частици, които практически не се намират в заобикалящото ни вещество. Животът им е изключително кратък, той е най-малките части от секундата. След това изключително кратко време те се разпадат на обикновени частици. Има поразителен брой такива нестабилни краткотрайни частици: те вече са известни от няколкостотин

В света на субатомните частици има дълбок и рационален ред. Този ред се основава на фундаментални физически взаимодействия

Елементарните частици в точното значение на този термин са първични, по-нататъшни неразложими частици, от които, по предположение, се състои цялата материя. Концепцията за "елементарни частици" в съвременната физика изразява идеята за примитивни същности, които определят всички известни свойства на материалния свят, идея, която възниква в ранните етапи на формирането на естествената наука и винаги е играла важна роля. в неговото развитие

Концепцията за "елементарни частици" се формира в тясна връзка с установяването на дискретната природа на структурата на материята на микроскопично ниво. Откритие на границата на 19-ти и 20-ти век. най-малките носители на свойствата на материята - молекули и атоми - и установяването на факта, че молекулите са изградени от атоми, за първи път позволи да се опишат всички известни вещества като комбинации от краен, макар и голям брой структурни компоненти - атоми. Последващото идентифициране на наличието на съставни съставни атоми - електрони и ядра, установяването на сложната природа на ядрата, които се оказаха изградени само от два вида частици (протони и неутрони), значително намалява броя на дискретните елементи, които формират свойствата на материята и даде основание да се предположи, че веригата от съставни части на материята завършва с дискретни безструктурни образувания - елементарни частици. Подобно предположение, най-общо казано, е екстраполация на известни факти и не може да бъде строго обосновано. Невъзможно е да се твърди със сигурност, че частиците, елементарни по смисъла на даденото определение, съществуват. Установено е, че протоните и неутроните например, които дълго време се смятаха за елементарни частици, имат сложна структура. Не е изключена възможността последователността от структурни компоненти на материята да е фундаментално безкрайна. Може също да се окаже, че твърдението „се състои от...“ на някакъв етап от изследването на материята ще бъде лишено от съдържание. В този случай определението за „елементарност“, дадено по-горе, ще трябва да бъде изоставено. Съществуването на елементарни частици е един вид постулат, а проверката на неговата валидност е една от най-важните задачи на физиката.

От електрон към неутрино

електрон

Исторически, първата открита елементарна частица е електрон - носител на отрицателен елементарен електрически заряд в атомите

Това е "най-старата" елементарна частица. В идеалния случай той навлиза във физиката през 1881 г., когато Хелмхолц, в реч в чест на Фарадей, посочва, че атомната структура на материята, заедно със законите на Фарадей за електролизата, неизбежно водят до идеята, че електрическият заряд винаги трябва да бъде кратно на някакъв елементарен заряд, т.е.. до извода за квантуването на електрическия заряд. Носителят на отрицателен елементарен заряд, както вече знаем, е електронът

Максуел, който създава фундаменталната теория на електрическите и магнитните явления и използва по значим начин експерименталните резултати на Фарадей, не приема хипотезата за атомното електричество

Идеята за електрон обаче не беше разпозната веднага. Когато на лекция в Кралското общество Джей Джей Томсън - откривателят на електрона - предложи частиците на катодните лъчи да се разглеждат като възможни компоненти на атома, някои от колегите му искрено вярваха, че той ги мътизира. Самият Планк призна през 1925 г., че не е вярвал тогава, през 1900 г., докрай в хипотезата за електрона

Можем да кажем, че след експериментите на Миликен, който измерва през 1911г. заряди на отделни електрони, тази първа елементарна частица получи правото да съществува

Фотон

Пряко експериментално доказателство за съществуването на фотон е дадено от Р. Миликан през 1912-1915 г. в своите изследвания на фотоелектричния ефект, както и А. Комптън през 1922 г., който открива разсейването на рентгеновите лъчи с промяна в тяхната честота

Фотонът в известен смисъл е специална частица. Факт е, че масата на неговия покой, за разлика от други частици (с изключение на неутрино), е равна на нула. Следователно тя не се счита веднага за частица: в началото се смяташе, че наличието на крайна и ненулева маса на покой е задължителна характеристика на елементарна частица

Фотонът е "анимиран" планков квант светлина, тоест квант светлина, който носи импулс

Квантите на светлината са въведени от Планк през 1901 г., за да обяснят законите на излъчването на черното тяло. Но той не беше частица, а само най-малките възможни "порции" светлинна енергия от една или друга честота.

Въпреки че предположението на Планк за квантуването на светлинната енергия беше абсолютно в противоречие с цялата класическа теория, самият Планк не разбра веднага това. Ученият пише, че той „... се опита по някакъв начин да въведе стойността на h в рамките на класическата теория. Но въпреки всички подобни опити, тази стойност се оказа много упорита." Впоследствие тази стойност беше наречена константа на Планк (h = 6 * 10 -27 erg.s)

След въвеждането на константата на Планк ситуацията не се изясни.

Теорията на относителността на Айнщайн създава "живи" фотони или кванти, които през 1905 г. показват, че квантите трябва да имат не само енергия, но и импулс и че те са в пълния смисъл частици, само специални, тъй като тяхната маса на покой е равна на нула и те се движат със скоростта на светлината

И така, заключението за съществуването на частица от електромагнитно поле - фотон - произлиза от работата на М. Планк (1900). Приемайки, че енергията на електромагнитното излъчване от черно тяло е квантувана, Планк получава правилната формула за радиационния спектър. Развивайки идеята на Планк, А. Айнщайн (1905) постулира, че електромагнитното излъчване (светлина) всъщност е поток от отделни кванти (фотони) и на тази основа обяснява законите на фотоелектричния ефект

протон

Протонът е открит от Е. Ръдърфорд през 1919 г. при изследвания на взаимодействието на алфа частици с атомни ядра

По-точно откриването на протона е свързано с откриването на атомното ядро. Той е направен от Ръдърфорд чрез бомбардиране на азотни атоми с високоенергийни алфа частици. Ръдърфорд заключава, че „ядрото на азотния атом се разпада поради огромните сили, развиващи се при сблъсък с бърза α-частица, и че освободеният водороден атом образува съставна част от азотното ядро“. През 1920 г. ядрата на водородния атом са наречени от Ръдърфорд протони (протон на гръцки означава най-простият, първичен). Имаше и други предложения за име. Така например беше предложено името "барон" (baros означава тежест на гръцки). Той обаче подчерта само една особеност на водородното ядро - неговата маса. Терминът "протон" беше много по-дълбок и по-смислен, отразявайки фундаменталната природа на протона, защото протонът е най-простото ядро - ядрото на най-лекия изотоп на водорода. Това несъмнено е един от най-успешните термини във физиката на елементарните частици. По този начин протоните са частици с единичен положителен заряд и маса 1840 пъти по-голяма от масата на електрона

Неутрон

Друга частица, която изгражда ядрото, неутронът, е открита през 1932 г. от Дж. Чадуик, докато изучава взаимодействието на алфа частиците с берилия. Неутронът има маса, близка до тази на протона, но няма електрически заряд. Откриването на неутрона завърши идентифицирането на частиците - структурните елементи на атомите и техните ядра

Откриването на изотопи не изясни въпроса за структурата на ядрото. По това време бяха известни само протони - водородни ядра и електрони и затова беше естествено да се опитаме да обясним съществуването на изотопи чрез различни комбинации от тези положително и отрицателно заредени частици. Човек би си помислил, че ядрата съдържат A протони, където A е масовото число, а A ? Z електрони. В този случай общият положителен заряд съвпада с атомния номер Z

Такава проста картина на хомогенно ядро в началото не противоречи на заключението за малкия размер на ядрото, което следва от експериментите на Ръдърфорд. „Естественият радиус“ на електрона r0 = e 2 / mc 2 (който се получава чрез приравняване на електростатичната енергия e 2 / r0 на заряда, разпределен върху сферична обвивка, със собствената енергия на електрона mc 2) е r0 = 2,82 * 10 -15 м. един електрон е достатъчно малък, за да бъде вътре в ядро с радиус 10-14 м, въпреки че би било трудно да се постави голям брой частици там. През 1920г. Ръдърфорд и други учени разглеждат възможността за стабилна комбинация от протон и електрон, произвеждаща неутрална частица с маса, приблизително равна на тази на протона. Въпреки това, поради липсата на електрически заряд, подобни частици биха били трудни за откриване. Малко вероятно е те да избият електрони от метални повърхности, като електромагнитни вълни при фотоелектричния ефект

Само десетилетие по-късно, след като естествената радиоактивност беше задълбочено проучена и радиоактивното излъчване започна да се използва широко за предизвикване на изкуствена трансформация на атомите, съществуването на нова съставна част от ядрото беше надеждно установено. През 1930 г. W. Bote и G. Becker от университета в Гисен облъчват литий и берилий с алфа частици и с помощта на брояч на Гайгер записват проникващата радиация, произтичаща от това. Тъй като това излъчване не се влияе от електрически и магнитни полета и има висока проникваща способност, авторите стигат до заключението, че се излъчва твърда гама лъчение. През 1932 г. Ф. Жолио и И. Кюри повтарят експерименти с берилий, пропускайки такава проникваща радиация през парафинов блок. Те открили, че от парафина са излъчени протони с необичайно висока енергия и стигнали до заключението, че преминавайки през парафина, гама-лъчите, разпръснати надалеч, произвеждат протони. (През 1923 г. беше установено, че рентгеновите лъчи се разсейват от електрони, което дава ефекта на Комптън.)

Дж. Чадуик повтори експеримента. Той също така използва парафин и с помощта на йонизационна камера, в която се събира зарядът, възникващ при избиване на електрони от атомите, измерва обхвата на протоните на откат.

Чадуик също използва газообразен азот (в камера на Уилсън, където водните капчици кондензират по пистата на заредена частица) за абсорбиране на радиация и измерване на обхвата на азотните откатни атоми. Прилагайки законите за запазване на енергията и импулса към резултатите от двата експеримента, той стига до заключението, че откритата неутрална радиация не е гама лъчение, а поток от частици с маса, близка до масата на протон. Чадуик също така показа, че известните източници на гама лъчение не избиват протоните.

Така беше потвърдено съществуването на нова частица, която сега се нарича неутрон

Разцепването на металния берилий протича по следния начин:

Алфа частици 4 2 He (заряд 2, масов номер 4) се сблъскаха с берилиеви ядра (заряд 4, масов номер 9), което води до въглерод и неутрон

Откриването на неутрона беше важна стъпка напред. Наблюдаваните характеристики на ядрата сега могат да бъдат интерпретирани, като се разглеждат неутроните и протоните като съставни части на ядрата

Сега е известно, че неутронът е с 0,1% по-тежък от протона. Свободните неутрони (извън ядрото) претърпяват радиоактивен разпад, превръщайки се в протон и електрон. Това напомня първоначалната хипотеза за съставна неутрална частица. Въпреки това, вътре в стабилно ядро, неутроните са свързани с протони и не се разпадат спонтанно.

позитрон

От 30-те до 50-те години на миналия век са открити нови частици главно в космическите лъчи. През 1932 г. в техния състав А. Андерсън открива първата античастица – позитрон (e +) – частица с маса на електрон, но с положителен електрически заряд. Позитронът е първата открита античастица. Съществуването на e + директно следва от релативистката теория на електрона, разработена от П. Дирак (1928-31) малко преди откриването на позитрона. През 1936г. Американските физици К. Андерсън и С. Недермайер откриха при изследването на космическите лъчи мюони (от двата знака на електрически заряд) - частици с маса от около 200 електронни маси и иначе изненадващо близки по свойства до e-, e +

Позитроните (положителните електрони) не могат да съществуват в материята, защото когато се забавят, те анихилират, свързвайки се с отрицателни електрони. При този процес, който може да се разглежда като обратен процес на производство на двойки, положителните и отрицателните електрони изчезват, докато се образуват фотони, на които се прехвърля тяхната енергия. При анихилацията на електрон и позитрон в повечето случаи се образуват два фотона, много по-рядко - един фотон. Еднофотонна анихилация може да се случи само когато електронът е силно свързан с ядрото; участието на ядрото в този случай е необходимо за запазване на импулса. От друга страна, двуфотонна анихилация може да се случи и със свободен електрон. Процесът на анихилация често се случва, след като позитронът е почти напълно спрян. В този случай два фотона с еднакви енергии се излъчват в противоположни посоки

Позитронът е открит от Андерсън при изследване на космическите лъчи по метода на камерата на Уилсън. Фигурата, която е репродукция на снимката на Андерсън в камера на Wilson, показва положителна частица, която влиза в оловна плоча с дебелина 0,6 cm с импулс 6,3 107 eV/s и излиза от нея с импулс от 2,3 107 eV/s. Можете да зададете горна граница на масата на тази частица, като приемем, че тя губи енергия само при сблъсъци. Тази граница е 20 аз. Въз основа на тази и други подобни снимки Андерсън предположил съществуването на положителна частица с маса, приблизително равна на масата на обикновен електрон. Това заключение скоро беше потвърдено от наблюденията на Блекет и Окиалини в камерата на Уилсън. Малко след това Кюри и Жолио откриват, че позитроните се произвеждат чрез преобразуване на гама лъчи от радиоактивни източници и също така се излъчват от изкуствени радиоактивни изотопи. Тъй като фотонът, бидейки неутрален, образува двойка (позитрон и електрон), от принципа на запазване на електрическия заряд следва, че по абсолютна стойност зарядът на позитрон е равен на заряда на електрона

Първото количествено определяне на масата на позитрон е направено от Thibault, който измерва съотношението e/m по метода на трохоида и стига до заключението, че масите на позитрон и електрон се различават с не повече от 15%. По-късните експерименти на Spies и Zahn, които използват масспектрографска настройка, показват, че масите на електрона и позитрона съвпадат с точност от 2%. Още по-късно Дюмон и колеги измерват дължината на вълната на анихилационното лъчение с голяма точност. С точност на експериментални грешки (0,2%) те получиха стойността на дължината на вълната, която би се очаквала при допускането, че позитронът и електронът имат еднакви маси

Законът за запазване на ъгловия импулс, приложен към процеса на производство на двойки, показва, че позитроните имат половин цяло число и следователно се подчиняват на статистиката на Ферми. Разумно е да се приеме, че спинът на позитрона е 1/2, както и спинът на електрона

Божури и мюони. Откриване на мезона

Откриването на мезона, за разлика от откриването на позитрона, не е резултат от едно наблюдение, а по-скоро заключение от цяла поредица от експериментални и теоретични изследвания.

През 1932 г. Роси, използвайки метода на съвпадението, предложен от Боте и Колхерстер, показа, че известна част от космическото излъчване, наблюдавано на морското равнище, се състои от частици, способни да проникнат в оловни плочи с дебелина до 1 м. Скоро след това той също нарисува внимание на съществуването в космическите лъчи на два различни компонента. Частиците от един компонент (проникващ компонент) са в състояние да преминават през големи дебелини на веществото и степента на тяхното усвояване от различни вещества е приблизително пропорционална на масата на тези вещества. Частиците от друг компонент (компонент, образуващ душ) се абсорбират бързо, особено от тежки елементи; в този случай се образуват голям брой вторични частици (душове). Експерименти за преминаване на частици от космически лъчи през оловни плочи, извършени с камерата на Уилсън от Андерсън и Недемайер, също показаха, че има два различни компонента на космическите лъчи. Тези експерименти показаха, че докато средната загуба на енергия на частиците на космическите лъчи в оловото е от същия порядък като теоретично изчислената загуба от сблъсък, някои от тези частици претърпяват много по-големи загуби.

През 1934 г. Бете и Хайтлер публикуват теорията за радиационната загуба на електрони и производството на двойки от фотони. Свойствата на по-малко проникващия компонент, наблюдавани от Андерсън и Недемайер, са в съгласие със свойствата на електроните, предвидени от теорията на Бете и Хайтлер; в същото време големи загуби се дължат на радиационните процеси. Свойствата на радиацията, генерираща душ, открита от Роси, също могат да се обяснят с предположението, че това излъчване се състои от високоенергийни електрони и фотони. От друга страна, признавайки валидността на теорията на Бете и Хайтлер, трябваше да се заключи, че „проникващите“ частици в експериментите на Роси и по-малко абсорбираните частици в експериментите на Андерсън и Недемайер се различават от електроните. Трябваше да допусна, че проникващите частици са по-тежки от електроните, тъй като според теорията загубите на енергия поради радиация са обратно пропорционални на квадрата на масата

В тази връзка беше обсъдена възможността за срив на теорията на радиацията при високи енергии. Като алтернатива, Уилямс предполага през 1934 г., че проникващите частици на космическите лъчи могат да имат масата на протон. Една от трудностите, свързани с тази хипотеза, беше необходимостта от съществуване не само на положителни, но и на отрицателни протони, тъй като експериментите с камерата на Уилсън показаха, че проникващите частици на космическите лъчи имат заряди и от двата знака. Освен това на някои от снимките, направени от Андерсън и Недемайер в камерата на Уилсън, можеха да се видят частици, които не излъчват като електрони, но обаче не са толкова тежки като протоните. Така в края на 1936 г. става почти очевидно, че в космическите лъчи освен електрони има и частици от непознат досега тип, вероятно частици с междинна маса между масата на електрона и масата на протона . Трябва също да се отбележи, че през 1935 г., от чисто теоретични съображения, Юкава предсказва съществуването на такива частици

Съществуването на частици с междинна маса е директно доказано през 1937 г. от експериментите на Neddemeyer и Anderson, Street и Stevenson

Експериментите на Neddemeyer и Anderson бяха продължение (с подобрена техника) на гореспоменатите изследвания върху загубата на енергия на частиците на космическите лъчи. Те бяха проведени в камера на Уилсън, поставена в магнитно поле и разделена на две половини от платинена плоча с дебелина 1 cm. Загубите на импулса за отделните частици на космическите лъчи бяха определени чрез измерване на кривината на пистата преди и след пластината

Абсорбираните частици могат лесно да бъдат интерпретирани като електрони. Тази интерпретация се подкрепя от факта, че абсорбиращите частици, за разлика от проникващите, често причиняват вторични процеси в платинения абсорбер и в по-голямата си част се срещат в групи (две или повече). Точно това трябваше да се очаква, тъй като много от електроните, наблюдавани в същата геометрия на експеримента, както при Neddemeyer и Anderson, са част от душовете, образувани в заобикалящата материя. Що се отнася до естеството на проникващите частици, тук много се обяснява със следните два резултата, получени от Neddemeyer и Anderson

1). Въпреки факта, че абсорбираните частици са относително по-чести при малки стойности на импулса, а проникващите частици, напротив (по-често при големи стойности на импулса), има интервал на импулса, в който са представени както поглъщащите, така и проникващите частици. Следователно разликата в поведението на тези два вида частици не може да се дължи на разликата в енергиите. Този резултат изключва възможността проникващите частици да се разглеждат като електрони, обяснявайки тяхното поведение с несправедливостта на теорията на радиацията при високи енергии

2). Има определен брой проникващи частици с импулси под 200 MeV / s, които произвеждат не повече йонизация от едно заредена частица близо до минимума на йонизационната крива. Това означава, че проникващите частици на космическите лъчи са много по-леки от протоните, тъй като протон с импулс под 200 MeV / s произвежда специфична йонизация, около 10 пъти по-висока от минималната

Стийт и Стивънсън се опитаха директно да оценят масата на частиците на космическите лъчи чрез едновременно измерване на импулса и специфичната йонизация. Те използваха камера на Уилсън, която се контролираше от система за брояч на Гайгер-Мюлер срещу съвпадения. Това постига селекцията на частици близо до края на техния цикъл. Камерата е поставена в магнитно поле 3500 гауса; камерата се задейства със закъснение от около 1 секунда, което прави възможно преброяването на капчиците. Сред голям брой снимки Стрийт и Стивънсън откриха една от изключителен интерес.

Тази снимка показва следата на частица с импулс от 29 MeV / s, чиято йонизация е около шест пъти по-голяма от минимума. Тази частица има отрицателен заряд, докато се движи надолу. Съдейки по импулса и специфичната йонизация, масата му се оказва равна на около 175 електронни маси; вероятната грешка от 25% се дължи на неточността на измерването на специфичната йонизация. Имайте предвид, че електрон с импулс от 29 MeV / s има практически минимална йонизация. От друга страна, частици с такъв импулс и протонна маса (или обикновен протон, движещ се нагоре, или отрицателен протон, движещ се надолу) имат специфична йонизация, която е около 200 пъти по-висока от минималната; освен това, обхватът на такъв протон в газа на камерата трябва да бъде по-малък от 1 см. В същото време въпросната следа е ясно видима за 7 см, след което напуска осветения обем

Описаните по-горе експерименти със сигурност са доказали, че проникващите частици наистина са по-тежки от електроните, но по-леки от протоните. Освен това експериментът на Стрийт и Стивънсън даде първата груба оценка на масата на тази нова частица, която сега можем да наречем общото й име - мезон

Така през 1936 г. А. Андерсън и С. Недермайер откриват мюона (μ-мезон). Тази частица се различава от електрона само по своята маса, която е около 200 пъти по-голяма от електрона

През 1947г. Пауъл наблюдава следи от заредени частици във фотографски емулсии, които се интерпретират като мезони на Юкава и се наричат π-мезони или пиони. Продуктите на разпадане на заредени пиони, които също са заредени частици, се наричат μ-мезони или мюони. Точно отрицателните мюони са наблюдавани в експериментите на Конверси: за разлика от пионите, мюоните, подобно на електроните, не взаимодействат силно с атомните ядра

Тъй като по време на разпадането на спрени пиони винаги се произвеждат мюони със строго определена енергия, следва, че при прехода от π към μ трябва да се образува друга неутрална частица (масата й се оказва много близка до нула). От друга страна, тази частица практически не взаимодейства с материята, поради което се стигна до заключението, че не може да бъде фотон. Така физиците са изправени пред нова неутрална частица, чиято маса е равна на нула

И така, зареденият мезон на Юкава беше открит, разпадащ се на мюон и неутрино. Времето на живот на π-мезон спрямо този разпад се оказва 2 · 10 -8 s. Тогава се оказа, че мюонът също е нестабилен, че в резултат на разпада му се образува електрон. Установено е, че животът на мюона е от порядъка на 10 -6 s. Тъй като електронът, произведен по време на разпадането на мюон, няма строго определена енергия, беше заключено, че заедно с електрона по време на разпада на мюона се образуват две неутрино

Неутрино

При β-разпад на ядрата, както вече казахме, освен електрони се излъчват и неутрино. Тази частица за първи път е „въведена“ във физиката теоретично. Именно съществуването на неутрино е постулирано от Паули през 1929 г., много години преди неговото експериментално откритие (1956 г.). Паули се нуждаеше от неутрино неутрална частица с нулева (или незначителна) маса, за да спаси закона за запазване на енергията в процеса на β-разпад на атомните ядра

Първоначално Паули нарече хипотетичната неутрална частица, произведена от β-разпад на ядра, неутрон (това беше преди откритието на Чадуик) и предположи, че тя е част от ядрото

Колко трудно беше да се стигне до хипотезата за неутрино, образувани в самия акт на разпад на неутроните, може да се види поне от факта, че само година преди появата на фундаменталната статия на Ферми за свойствата на слабото взаимодействие, изследователят, давайки доклад за текущото състояние на атомната ядрена физика, използва термина "неутрон", за да обозначи две частици, които сега се наричат неутрон и неутрино. „Например, според предложението на Паули“, казва Ферми, „би било възможно да си представим, че вътре в атомно ядро има неутрони, които биха били излъчени едновременно с β-частици. Тези неутрони биха могли да преминават през големи дебелини на материята, практически без да губят енергията си и следователно биха били практически ненаблюдаеми. Съществуването на неутрон несъмнено би могло просто да обясни някои досега неразбираеми въпроси, като статистиката на атомните ядра, аномалните собствени моменти на някои ядра, а също и, може би, естеството на проникващата радиация. Наистина, когато става въпрос за частица, излъчвана с β-електрони и слабо абсорбирана от материята, е необходимо да се има предвид неутриното. Може да се заключи, че през 1932 г. проблемите на неутрона и неутриното са изключително объркани. Отне година упорита работа на теоретици и експериментатори, за да разрешат както фундаменталните, така и терминологичните трудности.

„След откриването на неутрона“, каза Паули, „на семинари в Рим Ферми започна да нарича новата ми частица, излъчвана от β-разпад“ неутрино, за да я различи от тежкия неутрон. Това италианско име е станало общоприето."

През 30-те години на миналия век теорията на Ферми е обобщена до позитронния разпад (Wick, 1934) и до преходи с промяна в ъгловия импулс на ядрото (Gamow and Teller, 1937)

„Съдбата“ на неутрино може да се сравни със „съдбата“ на електрона. И двете частици първоначално са били хипотетични – въведен е електрон, за да приведе атомната структура на материята в съответствие със законите на електролизата, а неутрино – за да спаси закона за запазване на енергията в процеса на β-разпад. И едва много по-късно те бяха открити като реални

От странност до чар

Откриване на странни частици

През 1947 г. Бътлър и Рочестър наблюдават две частици в камерата на Уилсън, наречени V частици. Наблюдаваха се две следи, сякаш образуващи латинската буква V. Образуването на две следи показва, че частиците са нестабилни и се разпадат в други, по-леки. Една от V-частиците беше неутрална и се разпадна на две заредени частици с противоположни заряди. (По-късно е идентифициран с неутралния К-мезон, който се разпада на положителни и отрицателни пиони). Другият беше зареден и се разпадна на заредена частица с по-ниска маса и неутрална частица. (По-късно тя е идентифицирана със зареден K + мезон, който се разпада на заредени и неутрални пиони)

V-частиците допускат на пръв поглед друга интерпретация: появата им може да се интерпретира не като разпад на частиците, а като процес на разсейване. Всъщност процесите на разсейване на заредена частица върху ядро с образуването на една заредена частица в крайно състояние, както и нееластично разсейване на неутрална частица върху ядро с образуването на две заредени частици, ще изглеждат в Уилсън камера по същия начин като разпадането на V частиците. Но такава възможност беше лесно изключена на основание, че процесите на разсейване са по-вероятни в по-плътни среди. И V-събития се наблюдават не в оловото, което присъства в камерата на Уилсън, а директно в самата камера, която е пълна с газ с по-ниска плътност (в сравнение с плътността на оловото)

Забележете, че ако експерименталното откриване на π-мезона е в някакъв смисъл „очаквано“ във връзка с необходимостта да се обясни природата на нуклонните взаимодействия, тогава откриването на V-частици, подобно на откриването на мюона, се оказва пълна изненада

Откриването на V-частиците и определянето на техните най-елементарни характеристики отне повече от десетилетие. След първото наблюдение на тези частици през 1947г. Рочестър и Бътлър продължиха експериментите си още две години, но не успяха да наблюдават нито една частица. И едва след като оборудването беше вдигнато високо в планините, отново бяха открити V-частици, а също така бяха открити и нови частици.

Както се оказа по-късно, всички тези наблюдения се оказаха наблюдения на различни разпада на една и съща частица - К-мезон (зареден или неутрален)

"Поведението" на V-частиците при раждането и последващото разпадане доведе до факта, че те започнаха да се наричат странни

Странни частици в лабораторията са получени за първи път през 1954 г. Фаулър, Шът, Торндайк и Уайтмор, които, използвайки лъч от йони от космотрона Брукхейвън с начална енергия от 1,5 GeV, наблюдават реакциите на асоциативно образуване на странни частици

Резонанси.

През 1960-те години. при ускорителите бяха открити голям брой изключително нестабилни (в сравнение с други нестабилни елементарни частици) частици, които бяха наречени "резонанси". Масите на повечето резонанси надвишават масата на протона. Първият от тях, D1 (1232), е известен от 1953 г. Оказа се, че резонансите съставляват основната част от елементарните частици

Силното взаимодействие на π-мезона и нуклона в състояние с общ изотопен спин 3/2 и момент 3/2 води до появата на възбудено състояние в нуклона. В рамките на много кратко време (около 10 -23 s) това състояние се разпада на нуклон и π-мезон. Тъй като това състояние има съвсем определени квантови числа, като стабилни елементарни частици, естествено беше да го наречем частица. За да се подчертае много краткият живот на това състояние, то и подобни краткотрайни състояния започнаха да се наричат резонанс

Нуклонният резонанс, открит от Ферми през 1952 г., по-късно е наречен Δ 3/2 3/2 изобара (за да се подчертае фактът, че спинът и изотопният спин на Δ изобара са 3/2). Тъй като времето на живот на резонансите е незначително, те не могат да бъдат наблюдавани директно, по същия начин, както се наблюдават "обикновените" протони, π-мезони и мюони (по техните следи в пистовите инструменти). Резонансите се откриват чрез характерното поведение на напречните сечения на разсейване на частиците, както и чрез изследване на свойствата на продуктите на техния разпад. Повечето от известните елементарни частици принадлежат именно към групата на резонансите

Откриването на Δ-резонанса е от голямо значение за физиката на елементарните частици

Имайте предвид, че възбудените състояния или резонанси не са напълно нови обекти на физиката. По-рано са били известни в атомната и ядрената физика, където съществуването им е свързано със съставната природа на атома (образуван от ядро и електрони) и ядрото (образувано от протони и неутрони). Що се отнася до свойствата на атомните състояния, те се определят само от електромагнитно взаимодействие. Ниските вероятности за тяхното разпадане са свързани с малката константа на електромагнитното взаимодействие

Възбудени състояния съществуват не само за нуклона (в този случай те говорят за неговите изобарни състояния), но и за π-мезона (в този случай те говорят за мезонни резонанси)

„Причината за появата на резонанси при силни взаимодействия не е ясна“, пише Файнман. „В началото теоретиците дори не предполагаха, че в теорията на полето съществуват резонанси с голяма константа на свързване. По-късно те разбраха, че ако константата на взаимодействие е достатъчно голяма, тогава възникват изобарни състояния. Въпреки това, истинското значение на факта за съществуването на резонанси за фундаменталната теория остава неясно "

"Омагьосани" частици

В края на 1974г. две групи експериментатори (групата на Тинг в протонния ускорител в Брукхейвън и групата на Б. Рихтер, който работеше в съоръжение със сблъскващи се електрон-позитронни лъчи в Станфорд) едновременно направиха важно откритие във физиката на елементарните частици: те откриха нова частица - резонанса с маса, равна на 3,1 GeV (надвишаваща три маси на протона)

Най-изненадващо свойство на този резонанс се оказа малката му ширина на разпадане - тя е само 70 keV, което съответства на живот от порядъка на 10 -23 s

Общоприетото обяснение за природата на ψ-мезоните се основава на хипотезата за съществуването, заедно със „стандартните“ три u-, d- и s-кварка, на четвърти, c-кварк. С-кваркът се различава от досега известните кварки по стойността на ново квантово число, наречено чар. Следователно, c-кварк се нарича charm - или charmed - кварк

През 1974 г. са открити други масивни (3-4 маси на протона) и в същото време относително стабилни y-частици, с необичайно дълъг живот за резонанси. Оказа се, че са тясно свързани с ново семейство елементарни частици - "очаровани", чиито първи представители (D0, D +, Lс) са открити през 1976 г. През 1975 г. е получена първата информация за съществуването на тежък аналог на електрон и мюон (тежък лептон t)

За откриването на ψ-частици Тинг и Рихтер са наградени с Нобелова награда по физика през 1976 г.

През 1977г. Открити са по-тежки (в сравнение с ψ-частиците) неутрални мезони с маси от порядъка на 10 GeV, т.е. повече от десет пъти по-тежки от нуклоните. Както в случая на ψ-мезони, тези мезони, наречени "upsilon" -мезони, се наблюдават в реакцията на образуване на мюонни двойки при протонно-ядрени сблъсъци

Заключение

Така през годините, изминали от откриването на електрона, бяха идентифицирани огромен брой различни микрочастици материя. Всички елементарни частици се характеризират с изключително малки размери: линейните размери на нуклон и пион са приблизително равни на 10 -15 m. Теорията предвижда, че размерът на електрона трябва да бъде от порядъка на 10 -19 m.

Масата на по-голямата част от частиците е сравнима с масата на протон, която в енергийни единици е близо до 1 GeV (1000 MeV)

Светът на елементарните частици се оказа доста сложен. Свойствата на откритите елементарни частици бяха неочаквани в много отношения. За да ги опишат, в допълнение към характеристиките, заимствани от класическата физика, като електрически заряд, маса, ъглов импулс, беше необходимо да се въведат много нови специални характеристики, по-специално да се опишат странни елементарни частици - странност (K. Nishijima, M. Gell-Man, 1953), „очаровани“ елементарни частици – „очарование“ (американските физици Дж. Бьоркен, С. Глашоу, 1964); вече имената на дадените характеристики отразяват необичайните свойства на описваните от тях елементарни частици

Изучаването на вътрешната структура на материята и свойствата на елементарните частици от първите й стъпки беше придружено от радикална ревизия на много утвърдени концепции и концепции. Законите, управляващи поведението на материята в малкото, се оказват толкова различни от законите на класическата механика и електродинамика, че изискват напълно нови теоретични конструкции за тяхното описание. Частната (специална) и обща теория на относителността (А. Айнщайн, 1905 и 1916 г.; Теория на относителността, Гравитация) и квантовата механика (1924-27; Н. Бор, Л. де Бройл, В. Хайзенберг, Е. Шрьодингер, М. . Роден). Теорията на относителността и квантовата механика белязаха истинска революция в науката за природата и положиха основите за описание на феномените на микросвета. Но квантовата механика се оказа недостатъчна, за да опише процесите, протичащи с елементарните частици. Наложи се следващата стъпка – квантуване на класическите полета (т.нар. вторично квантуване) и развитие на квантовата теория на полето. Най-важните етапи в неговото развитие са: формулирането на квантовата електродинамика (П. Дирак, 1929 г.), квантовата теория на b-разпада (Е. Ферми, 1934 г.), която поставя основата на съвременната теория на слабите взаимодействия, квантовата мезодинамика (Yukawa, 1935). Непосредствен предшественик на последния беше т.нар. b-теория на ядрените сили (I. E. Tamm, D. D. Ivanenko, 1934; Силни взаимодействия). Този период завършва със създаването на последователен изчислителен апарат на квантовата електродинамика (S. Tomonaga, R. Feynman, J. Schwinger; 1944-49), базиран на използването на техниката за пренормализация (Квантова теория на полето). Впоследствие тази техника беше обобщена, за да се приложи към други версии на квантовата теория на полето.

Квантовата теория на полето продължава да се развива и усъвършенства и е основа за описване на взаимодействията на елементарните частици. Тази теория има редица значителни успехи, но все още е много далеч от завършеност и не може да претендира за цялостна теория на елементарните частици. произходът на много свойства на елементарните частици и естеството на техните взаимодействия остават до голяма степен неясни. Може би ще са необходими повече от едно преструктуриране на всички концепции и много по-задълбочено разбиране на връзката между свойствата на микрочастиците и геометричните свойства на пространство-времето, преди да се изгради теорията на елементарните частици.

литература

Akhiezer A.I., Rekalo M.P. Биография на елементарните частици. -К .: Наукова дума, 1983

Дорфман Я.Г. Световна история на физиката от началото на 19 век до средата на 20 век. -М.: 1979г

Зисман Г.А., Тодес О.М. Общ курс по физика. -К.: Изд. Еделвайс, 1994 г

Кемпфер Ф. Пътят към съвременната физика. -М.: 1972г

Крейчи. Светът през очите на съвременната физика. -М .: Мир, 1974

Мякишев Г.Я. Елементарни частици. -М .: Образование, 1977

Pasichny A.P. Физика на елементарните частици. -К .: Училище Вища, 1980

Савелиев И.В. Курс по физика. -М .: Наука, 1989

Идеята, че светът е съставен от фундаментални частици, има дълга история. За първи път идеята за съществуването на най-малките невидими частици, които съставляват всички околни обекти, е изразена 400 години пр. н. е. от гръцкия философ Демокрит. Той нарече тези частици атоми, тоест неделими частици. Науката започва да използва понятието за атоми едва в началото на 19 век, когато на тази основа е възможно да се обяснят редица химически явления. През 30-те години на XIX век в теорията на електролизата, разработена от М. Фарадей, се появява концепцията за йон и се извършва измерването на елементарния заряд. Но от около средата на 19-ти век започват да се появяват експериментални факти, които поставят под съмнение идеята за неделимостта на атомите. Резултатите от тези експерименти предполагат, че атомите имат сложна структура и че са съставени от електрически заредени частици. Това е потвърдено от френския физик Анри Бекерел, който открива явлението радиоактивност през 1896 г.

Това е последвано от откриването на първата елементарна частица от английския физик Томсън през 1897 г. Това беше електрон, който най-накрая придоби статут на реален физически обект и стана първата известна елементарна частица в историята на човечеството. Масата му е около 2000 пъти по-малка от масата на водороден атом и е равна на:

m = 9,11 * 10 ^ (- 31) кг.

Отрицателният електрически заряд на електрона се нарича елементарен и е равен на:

e = 0,60 * 10 ^ (- 19) Cl.

Анализът на атомните спектри показва, че спинът на електрона е 1/2, а магнитният му момент е равен на един магнетон на Бор. Електроните се подчиняват на статистиката на Ферми, тъй като имат половин цяло число. Това е в съответствие с експерименталните данни за структурата на атомите и за поведението на електроните в металите. Електроните участват в електромагнитни, слаби и гравитационни взаимодействия.

Втората отворена елементарна частица беше протонът (от гръцки Protos - първият). Тази елементарна частица е открита през 1919 г. от Ръдърфорд, изследвайки продуктите на делене на ядрата на атоми на различни химични елементи. Буквално протонът е ядрото на най-лекия водороден изотоп, протий. Спинът на протона е 1/2. Протонът има положителен елементарен заряд + e. Масата му е равна на:

m = 1,67 * 10 ^ (- 27) кг.

или около 1836 електронни маси. Протоните са част от ядрата на всички атоми на химичните елементи. След това, през 1911 г., Ръдърфорд предлага планетарен модел на атома, който помага на учените в по-нататъшните изследвания на състава на атомите.

През 1932 г. Дж. Чадуик открива третата елементарна частица, неутрона (от лат. neuter – нито едното, нито другото), която няма електрически заряд и има маса от около 1839 електронни маси. Спинът на неутрона също е 1/2.

Заключението за съществуването на частица от електромагнитно поле - фотон - произлиза от работата на М. Планк (1900). Приемайки, че енергията на електромагнитното излъчване от абсолютно черно тяло е квантувана (т.е. се състои от кванти), Планк получава правилната формула за спектъра на излъчване. Развивайки идеята на Планк, А. Айнщайн (1905) постулира, че електромагнитното излъчване (светлина) всъщност е поток от отделни кванти (фотони) и на тази основа обяснява законите на фотоелектричния ефект. Преки експериментални доказателства за съществуването на фотон са дадени от Р. Миликан през 1912-1915 г. и А. Комптън през 1922 г.

Откриването на неутрино, частица, която почти не взаимодейства с материята, датира от теоретично предположение на У. Паули през 1930 г., което, поради допускането за раждането на такава частица, направи възможно премахването на трудностите с закон за запазване на енергията в процесите на бета разпад на радиоактивни ядра. Съществуването на неутрино е експериментално потвърдено едва през 1953 г. от F. Reines и K. Cowen.

Но не само частиците се съдържат в материята. Съществуват и античастици - елементарни частици, които имат същата маса, въртене, продължителност на живота и някои други вътрешни характеристики като техните "парити" -частици, но се различават от частиците по знаците на електрически заряд и магнитен момент, барионен заряд, лептонен заряд, странност , и т.н. и т.н. Всички елементарни частици, с изключение на абсолютно неутралните, имат своите античастици.

Първата отворена античастица е позитронът (от латински positivus - положителен) - частица с маса на електрон, но положителен електрически заряд. Тази античастица е открита в състава на космическите лъчи от американския физик Карл Дейвид Андерсън през 1932 г. Интересното е, че съществуването на позитрона е теоретично предсказано от английския физик Пол Дирак почти година преди експерименталното откритие. Освен това Дирак предсказва така наречените процеси на анихилация (изчезване) и създаване на двойка електрон-позитрон. Само по себе си унищожаването на двойка е един от видовете трансформации на елементарни частици, които се случват, когато частица се сблъска с античастица. По време на анихилацията една частица и античастица изчезват, превръщайки се в други частици, чийто брой и вид са ограничени от законите за запазване. Обратният процес на унищожаване е раждането на двойка. Самият позитрон е стабилен, но в материята, поради анихилация с електрони, съществува много кратко време. Анихилацията на електрон и позитрон се крие във факта, че когато се срещнат, те изчезват, превръщайки се в γ- кванти (фотони). И при сблъсък γ- квант с някакво масивно ядро, се създава двойка електрон-позитрон.

През 1955 г. е открита друга античастица - антипротон, а малко по-късно - антинеутрон. Антинеутронът, подобно на неутрона, няма електрически заряд, но несъмнено принадлежи към античастиците, тъй като участва в процеса на анихилация и производството на двойка неутрон-антинеутрон.

Възможността за получаване на античастици доведе учените до идеята за създаване на антиматерия. Атомите на антиматерията трябва да бъдат изградени по този начин: в центъра на атома има отрицателно заредено ядро, състоящо се от антипротони и антинеутрони, а позитрони с положителен заряд се въртят около ядрото. Като цяло, атомът също се оказва неутрален. Тази идея получи блестящо експериментално потвърждение. През 1969 г. в протонния ускорител в град Серпухов съветските физици получават ядра от антихелиеви атоми. Също през 2002 г. 50 000 антиводородни атома бяха произведени в ускорителя на ЦЕРН в Женева. Но въпреки това натрупванията на антиматерия във Вселената все още не са открити. Също така става ясно, че при най-малкото взаимодействие на антиматерията с което и да е вещество ще настъпи тяхното унищожаване, което ще бъде придружено от огромно освобождаване на енергия, няколко пъти по-висока от енергията на атомните ядра, което е изключително опасно за хората и околната среда .

Понастоящем експериментално са открити античастици на почти всички известни елементарни частици.

Важна роля във физиката на елементарните частици играят законите за запазване, които установяват равенство между определени комбинации от величини, характеризиращи началното и крайното състояние на системата. Арсеналът от закони за запазване в квантовата физика е по-голям, отколкото в класическата физика. Той беше допълнен от законите за запазване на различни паритети (пространство, заряд), заряди (лептон, барион и др.), вътрешни симетрии, присъщи на този или онзи тип взаимодействие.

Изолирането на характеристиките на отделните субатомни частици е важен, но само начален етап от разбирането на техния свят. На следващия етап все още трябва да разберете каква е ролята на всяка отделна частица, какви са нейните функции и структурата на материята.

Физиците са открили, че на първо място свойствата на една частица се определят от нейната способност (или неспособност) да участва в силни взаимодействия. Частиците, участващи в силни взаимодействия, образуват специален клас и се наричат адрони. Частиците, които участват в слабото взаимодействие и не участват в силното, се наричат лептони. Освен това има частици, които носят взаимодействия.

лептони.

Лептоните се считат за наистина елементарни частици. Въпреки че лептоните могат или не могат да бъдат електрически заредени, всички те имат спин 1/2. Сред лептоните най-известен е електронът. Електронът е първата от откритите елементарни частици. Както всички други лептони, електронът, очевидно, е елементарен (в правилния смисъл на думата) обект. Доколкото е известно, електронът не се състои от никакви други частици.

Друг добре познат лептон е неутриното. Неутрино са най-разпространените частици във Вселената. Вселената може да се представи като безкрайно море от неутрино, в което понякога се откриват острови под формата на атоми. Но въпреки такова разпространение на неутрино е много трудно да се изследват. Както вече отбелязахме, неутрино са почти неуловими. Без да участват нито в силни, нито в електромагнитни взаимодействия, те проникват през веществото, сякаш изобщо не съществува. Неутрино са някакъв вид "призраци на физическия свят".

Мюоните са доста широко разпространени в природата, които съставляват значителна част от космическото излъчване. В много отношения мюонът прилича на електрон: той има същия заряд и спин, участва в тези взаимодействия, но има голяма маса (около 207 електронни маси) и е нестабилен. За около две милионни от секундата мюон се разпада на електрон и две неутрино. В края на 70-те години на миналия век е открит трети зареден лептон, наречен "тау лептон". Това е много тежка частица. Масата му е около 3500 електронни маси. Но във всички останали отношения той се държи като електрон и мюон.

През 60-те години списъкът на лептоните се разширява значително. Установено е, че има няколко вида неутрино: електронно неутрино, мюонно неутрино и тау неутрино. По този начин общият брой на разновидностите на неутрино е три, а общият брой на лептоните е шест. Разбира се, всеки лептон има своя собствена античастица; по този начин общият брой на различните лептони е дванадесет. Неутралните лептони участват само в слаби взаимодействия; заредени - в слабите и електромагнитните. Всички лептони участват в гравитационни взаимодействия, но не са способни на силни.

адрони.

Ако има малко над дузина лептони, тогава има стотици адрони. Такова множество адрони предполага, че адроните не са елементарни частици, а са изградени от по-малки частици. Всички адрони се предлагат в две разновидности - електрически заредени и неутрални. Сред адроните най-известни и разпространени са неутронът и протонът, които от своя страна принадлежат към класа нуклони. Останалите адрони са краткотрайни и се разпадат бързо. Адроните участват във всички фундаментални взаимодействия. Те се делят на барион и мезон. Барионите включват нуклони и хиперони.

За да обясни съществуването на ядрени сили на взаимодействие между нуклони, квантовата теория изисква съществуването на специални елементарни частици с маса, по-голяма от масата на електрона, но по-малка от масата на протон. Тези частици, предсказани от квантовата теория, по-късно са наречени мезони. Мезоните са открити експериментално. Те се оказаха цяло семейство. Всички те се оказаха краткотрайни нестабилни частици, живеещи в свободно състояние за милиардни от секундата. Например, зареден пи-мезон или пион има маса на покой от 273 електронни маси и цял живот:

t = 2,6 * 10 ^ (- 8) s.

Освен това, по време на изследване на ускорители на заредени частици, бяха открити частици с маси, надвишаващи масата на протон. Тези частици бяха наречени хиперони. Имаше дори повече от мезоните. Семейството на хиперони включва: ламбда, сигма, xi и омега минус хиперони.

Съществуването и свойствата на повечето от известните адрони са установени в експерименти на ускорители. Откриването на много различни адрони през 50-те и 60-те години на миналия век озадачи физиците. Но с течение на времето адроните успяха да бъдат класифицирани според масата, заряда и спина. Постепенно започна да се оформя повече или по-малко ясна картина. Появиха се конкретни идеи как да се систематизира хаоса от емпирични данни, да се разкрие тайната на адроните в научната теория. Тук е направена решаващата стъпка през 1963 г., когато е предложена теорията за кварките.

Теория на кварките.

Теорията на кварките е теория за структурата на адроните. Основната идея зад тази теория е много проста. Всички адрони са изградени от по-малки частици, наречени кварки. Това означава, че кварките са по-елементарни частици от адроните. Кварките са хипотетични частици, защото не са наблюдавани в свободно състояние. Барионният заряд на кварките е 1/3. Те носят частичен електрически заряд: имат заряд, чиято стойност е или -1/3, или +2/3 от основната единица - заряда на електрона. Комбинация от два и три кварка може да има общ заряд от нула или едно. Всички кварки имат спин Ѕ, така че те са фермиони. Основателите на теорията на кварките Гел-Ман и Цвайг, за да се вземат предвид всички адрони, познати през 60-те години, въведоха три вида (цветове) кварки: u (отгоре - горен), d (отдолу - долен) и s (от странно - странно) ...

Кварките могат да се комбинират един с друг по един от двата възможни начина: или триплети, или двойки кварк-антикварк. Сравнително тежките частици - бариони - са съставени от три кварка. Най-известните от барионите са неутронът и протонът. По-леките двойки кварки – антикварките образуват частици, наречени мезони – „междинни частици“. Например, протонът се състои от два u кварка и един d кварк (uud), а неутронът се състои от два d кварка и един u кварк (udd). За да не се разпадне това "трио" от кварки, е необходима сила, която ги държи, един вид "лепило".

Оказа се, че полученото взаимодействие между неутрони и протони в ядрото е просто остатъчен ефект от по-мощното взаимодействие между самите кварки. Това обяснява защо силните взаимодействия изглеждат толкова трудни. Когато един протон се „залепи“ за неутрон или друг протон, във взаимодействието участват шест кварка, всеки от които взаимодейства с всички останали. Значителна част от усилията се изразходват за здраво залепване на трио кварки, а малка част се изразходва за свързване на две тройки кварки един към друг. Но по-късно се оказа, че кварките също участват в слаби взаимодействия. Слабите взаимодействия могат да променят цвета на кварка. Ето как се разпада неутрона. Един от d-кварките в неутрона се превръща в u-кварк и излишният заряд отвежда електрона, който се ражда едновременно. По същия начин, чрез промяна на вкуса, слабото взаимодействие води до разпадането на други адрони.

Фактът, че всички известни адрони могат да бъдат получени от различни комбинации от трите основни частици, беше триумф за теорията на кварките. Но през 70-те години бяха открити нови адрони (пси частици, ипсилон мезон и др.). Това нанесе удар върху първата версия на теорията на кварките, тъй като в нея вече нямаше място за нито една нова частица. Всички възможни комбинации от кварки и техните антикварки вече бяха изчерпани.

Проблемът беше решен чрез въвеждане на три нови цвята. Те получиха името - c - кварк (чар - чар), b - кварк (отдолу - отдолу, и по-често красота - красота, или чар), а впоследствие беше въведен и друг цвят - t (отгоре - горе).

Досега свободни кварки и антикварки не са наблюдавани. Въпреки това, практически няма съмнения относно реалността на тяхното съществуване. Освен това се извършва търсене на „истински” елементарни частици, следващи кварките – глуони, които са носители на взаимодействия между кварките, т.к. кварките се държат заедно чрез силно взаимодействие, а глуоните (цветни заряди) са носители на силно взаимодействие. Областта на физиката на елементарните частици, която изучава взаимодействието на кварки и глуони, се нарича квантова хромодинамика. Както квантовата електродинамика е теория на електромагнитното взаимодействие, така и квантовата хромодинамика е теория на силното взаимодействие. Квантовата хромодинамика е квантова теория на полето за силно взаимодействие между кварки и глуони, което се осъществява чрез обмен между тях - глуони (аналози на фотоните в квантовата електродинамика). За разлика от фотоните, глуоните взаимодействат помежду си, което води по-специално до увеличаване на силата на взаимодействие между кварки и глуони, когато те се отдалечават един от друг. Предполага се, че именно това свойство определя действието на ядрените сили на къси разстояния и липсата на свободни кварки и глуони в природата.

Според съвременните схващания адроните имат сложна вътрешна структура: барионите се състоят от 3 кварка, мезоните - от кварк и антикварк.

Така най-вероятният брой наистина елементарни частици (без да се броят носителите на фундаментални взаимодействия) в края на ХХ век е 48. От тях: лептони (6x2) = 12 и кварки (6x3) x2 = 36.

Изпратете вашата добра работа в базата от знания е лесно. Използвайте формуляра по-долу

Студенти, специализанти, млади учени, които използват базата от знания в своето обучение и работа, ще ви бъдат много благодарни.

ГРАНИЧЕН ИНСТИТУТ КАЛИНИНГРАД НА ФЕДЕРАЛНАТА СЛУЖБА ЗА СИГУРНОСТ НА РУСКАТА ФЕДЕРАЦИЯ

ЦЕНТЪР ЗА ДОПЪЛНИТЕЛНО И ПРОФЕСИОНАЛНО ОБРАЗОВАНИЕ

по дисциплина

"Концепцията за съвременната естествена наука"

"История на откриването на елементарни частици"

Съдържание

Въведение

електрон
Фотон
протон
Неутрон
позитрон
Неутрино
Откриване на странни частици
"Очарователни" частици
Заключение
Списък на използваната литература

Въведение

Елементарните частици в точното значение на този термин са първични, по-нататъшни неразложими частици, от които, по предположение, се състои цялата материя. В концепцията за елементарните частици в съвременната физика намира израз идеята за примитивните същности, които определят всички известни свойства на материалния свят, идея, която възниква в ранните етапи на формирането на естествената наука и винаги е играла важна роля. в неговото развитие.

Физиците откриха съществуването на елементарни частици при изучаването на ядрените процеси, следователно до средата на 20-ти век физиката на елементарните частици беше клон на ядрената физика. Понастоящем физиката на елементарните частици и ядрената физика са близки, но независими клонове на физиката, обединени от общото на много от разглежданите проблеми и използваните методи на изследване. Основната задача на физиката на елементарните частици е изучаването на природата, свойствата и взаимните трансформации на елементарните частици.

Концепцията за "елементарни частици" се формира в тясна връзка с установяването на дискретната природа на структурата на материята на микроскопично ниво. Откриването на границата на 19-ти и 20-ти век на най-малките носители на свойствата на материята - молекули и атоми - и установяването на факта, че молекулите са изградени от атоми, е първият, който описва всички известни вещества като комбинации от краен, макар и голям брой структурни съставки - атоми. Разкривайки в бъдеще наличието на съставна съставка атоми - електрони и ядра, установявайки сложната природа на ядрата, които се оказаха изградени само от два вида частици (протони и неутрони), значително намалява броя на дискретните елементи, които формират свойствата на материята, и дава основание да се предположи, че веригата от съставни части на материята завършва в дискретни безструктурни образувания - елементарни частици.Такова предположение, най-общо казано, е екстраполация на известни факти и не може да бъде строго обосновано. да се твърди, че частиците, елементарни по смисъла на даденото определение, съществуват. Установено е, че протоните и неутроните например, които дълго време се смятаха за елементарни частици, имат сложна структура. Не е изключена възможността последователността от структурни компоненти на материята да е фундаментално безкрайна. Съществуването на елементарни частици е един вид постулат, а проверката на неговата валидност е една от най-важните задачи на физиката.

Историята на откриването на елементарни частици

Идеята, че светът е съставен от фундаментални частици, има дълга история. За първи път идеята за съществуването на най-малките невидими частици, които съставляват всички околни обекти, е изразена 400 години пр. н. е. от гръцкия философ Демокрит. Той нарече тези частици атоми, тоест неделими частици. Науката започва да използва понятието за атоми едва в началото на 19 век, когато на тази основа е възможно да се обяснят редица химически явления. През 30-те години на XIX век в теорията на електролизата, разработена от М. Фарадей, се появява концепцията за йон и се извършва измерването на елементарния заряд. Краят на 19 век е белязан от откриването на явлението радиоактивност (А. Бекерел, 1896), както и откритията на електрони (Дж. Томсън, 1897) и b-частици (Е. Ръдърфорд, 1899). През 1905 г. във физиката възниква идеята за квантите на електромагнитното поле - фотоните (А. Айнщайн).

През 1911 г. е открито атомното ядро (Е. Ръдърфорд) и най-накрая е доказано, че атомите имат сложна структура. През 1919 г. Ръдърфорд открива протони в продуктите на делене на атомни ядра на редица елементи. През 1932 г. Дж. Чадуик открива неутрона. Стана ясно, че ядрата на атомите, както и самите атоми, имат сложна структура. Възникна протонно-неутронната теория за структурата на ядрата (D.D. Ivanenko и V. Heisenberg). През същата 1932 г. е открит позитрон в космическите лъчи (К. Андерсън). Позитронът е положително заредена частица със същата маса и същия (модулен) заряд като електрона. Съществуването на позитрона е предсказано от П. Дирак през 1928г. През тези години бяха открити и изследвани взаимните трансформации на протони и неутрони и стана ясно, че тези частици също не са неизменни елементарни „тухли“ на природата. През 1937 г. в космическите лъчи са открити частици с маса 207 електронни маси, наречени мюони (m-мезони). Тогава, през 1947-1950 г., са открити пиони (тоест p-мезони), които, според съвременните схващания, осъществяват взаимодействието между нуклони в ядрото. През следващите години броят на новооткритите частици започва да расте бързо. Това беше улеснено от изследванията на космическите лъчи, развитието на ускорителната технология и изследването на ядрените реакции.

В момента са известни около 400 субядрени частици, които обикновено се наричат елементарни. По-голямата част от тези частици са нестабилни. Единствените изключения са фотон, електрон, протон и неутрино. Всички останали частици претърпяват спонтанни трансформации в други частици на равни интервали. Нестабилните елементарни частици се различават значително една от друга по отношение на живота. Най-дълго живеещата частица е неутронът. Животът на неутроните е около 15 минути. Други частици "живеят" много по-кратко време. Например, средният живот на m-мезон е 2,2 · 10 - 6 s, на неутрален p-мезон - 0,87 · 10 - 16 s. Много масивни частици - хиперони имат среден живот от порядъка на 10 - 10 s.

Има няколко десетки частици с живот над 10 - 17 s. По отношение на микросвета това е важно време. Такива частици се наричат относително стабилни. Повечето краткоживеещи елементарни частици имат живот от порядъка на 10 - 22 -10 - 23 s.

Способността за взаимно преобразуване е най-важното свойство на всички елементарни частици. Елементарните частици са способни да се раждат и унищожават (излъчват и абсорбират). Това важи и за стабилните частици с единствената разлика, че трансформациите на стабилните частици не се случват спонтанно, а при взаимодействие с други частици. Пример за това е анихилацията (тоест изчезването) на електрон и позитрон, придружено от производството на високоенергийни фотони. Може да възникне и обратният процес – създаването на двойка електрон-позитрон, например, когато фотон с достатъчно висока енергия се сблъска с ядро. Протонът също има такъв опасен двойник като позитрон за електрона. Нарича се антипротон. Електрическият заряд на антипротона е отрицателен. Понастоящем античастици са открити във всички частици. Античастиците се противопоставят на частиците, защото когато някоя частица срещне своята античастица, те се анихилират, тоест и двете частици изчезват, превръщайки се в радиационни кванти или други частици.

Установено е, че дори неутрон има античастица. Неутронът и антинеутронът се различават само по знаците на магнитния момент и така наречения барионен заряд. Възможно е съществуването на атоми на антиматерия, чиито ядра се състоят от антинуклони, а обвивката от позитрони. По време на унищожаването на антиматерия с материя, останалата енергия се преобразува в енергията на радиационните кванти. Това е огромна енергия, значително по-добра от тази, която се отделя при ядрени и термоядрени реакции.

В разнообразието от известни до момента елементарни частици се открива повече или по-малко хармонична система за класификация.

Елементарните частици се обединяват в три групи: фотони, лептони и адрони.

Групата фотони включва една частица - фотон, който е носител на електромагнитно взаимодействие.

Следващата група се състои от леки частици лептони. Тази група включва два вида неутрино (електрон и мюон), електрон и m-мезон.

Третата голяма група е съставена от тежки частици, наречени адрони. Тази група е разделена на две подгрупи. По-леките частици съставляват подгрупа от мезони. Най-леките от тях са положително и отрицателно заредени, както и неутрални p-мезони с маси около 250 електронни маси. Божурите са кванти на ядрено поле, точно както фотоните са кванти на електромагнитно поле. Тази подгрупа включва също четири K мезона и един s 0 мезон. Всички мезони имат нулев спин.

Втората подгрупа, бариони, включва по-тежки частици. Тя е най-обширната. Най-леките бариони са нуклони - протони и неутрони. Следват ги т. нар. хиперони. Затваря масата омега-минус-хиперон, открит през 1964г.

Изобилието от открити и новооткрити адрони накара учените да повярват, че всички те са изградени от някои други по-фундаментални частици. През 1964 г. американският физик М. Гел-Ман излага хипотеза, потвърдена от последващи изследвания, че всички тежки фундаментални частици – адрони – са изградени от по-фундаментални частици, наречени кварки. На базата на кварковата хипотеза не само беше разбрана структурата на вече известни адрони, но и беше предвидено съществуването на нови. Теорията на Гел-Ман предполагаше съществуването на три кварка и три антикварка, свързани помежду си в различни комбинации. И така, всеки барион се състои от три кварка, антибарион от три антикварка. Мезоните са съставени от двойки кварк-антикварк.

С приемането на хипотезата на кварка беше възможно да се създаде хармонична система от елементарни частици. Предвидените свойства на тези хипотетични частици обаче се оказаха доста неочаквани. Многобройните търсения на кварки в свободно състояние, извършени при високоенергийни ускорители и в космически лъчи, бяха неуспешни. Учените смятат, че една от причините за ненаблюдаемостта на свободните кварки вероятно е тяхната много голяма маса. Това предотвратява производството на кварки при енергиите, които се постигат със съвременните ускорители. Въпреки това повечето експерти вече са убедени, че кварките съществуват вътре в тежки частици - адрони.

Фундаментални взаимодействия. Процесите, в които участват различни елементарни частици, се различават значително по своите характерни времена и енергии. Според съвременните схващания съществуват четири вида взаимодействия в природата, които не могат да бъдат сведени до други, по-прости видове взаимодействия: силно, електромагнитно, слабо и гравитационно. Тези видове взаимодействия се наричат фундаментални.

Силните (или ядрени) взаимодействия са най-интензивните от всички взаимодействия. Те осигуряват изключително силна връзка между протони и неутрони в ядрата на атомите. Само тежки частици - адрони (мезони и бариони) - могат да участват в силно взаимодействие. Силното взаимодействие се проявява на разстояния от порядъка на или по-малко от 10 - 15 м. Затова се нарича късообхват.

Електромагнитно взаимодействие. В този вид взаимодействие могат да участват всякакви електрически заредени частици, както и фотони - кванти на електромагнитното поле. Електромагнитното взаимодействие е отговорно по-специално за съществуването на атоми и молекули. Той определя много свойства на веществата в твърдо, течно и газообразно състояние. Кулонското отблъскване на протоните води до нестабилност на ядрата с големи масови числа. Електромагнитното взаимодействие определя процесите на поглъщане и излъчване на фотони от атоми и молекули на материята и много други процеси на физиката на микро- и макросвета.

Слабото взаимодействие е най-бавното от всички взаимодействия в микросвета. В него могат да участват всякакви елементарни частици, с изключение на фотоните.

Гравитационното взаимодействие е присъщо на всички частици без изключение, но поради малките маси на елементарните частици, силите на гравитационно взаимодействие между тях са незначителни и ролята им в процесите на микросвета е незначителна. Гравитационните сили играят решаваща роля при взаимодействието на космическите обекти (звезди, планети и др.) с техните огромни маси.

През 30-те години на XX век възниква хипотезата, че в света на елементарните частици взаимодействията се осъществяват чрез обмен на кванти от всяко поле. Тази хипотеза първоначално беше изложена от нашите сънародници I.E. Там и Д.Д. Иваненко. Те предположиха, че фундаменталните взаимодействия възникват от обмена на частици, точно както ковалентната химична връзка на атомите възниква от обмена на валентни електрони, които се комбинират върху празни електронни обвивки.

Взаимодействието, осъществявано от обмена на частици, е получило името обменно взаимодействие във физиката. Така, например, електромагнитното взаимодействие между заредените частици възниква в резултат на обмена на фотони - кванти на електромагнитното поле.

Теорията за обменното взаимодействие получава признание, след като японският физик Х. Юкава теоретично показва през 1935 г., че силното взаимодействие между нуклони в атомните ядра може да се обясни, ако приемем, че нуклоните обменят хипотетични частици, наречени мезони. Юкава изчисли масата на тези частици, която се оказа приблизително равна на 300 електронни маси. Частици с такава маса впоследствие действително бяха открити. Тези частици се наричат р-мезони (пиони). Понастоящем са известни три вида пиони: p +, p - и p 0.

През 1957 г. теоретично е предсказано съществуването на тежки частици, така наречените векторни бозони W +, W - и Z 0, предизвикващи обменния механизъм на слабо взаимодействие. Тези частици са открити през 1983 г. в ускорителни експерименти с високоенергийни сблъскващи се лъчи от протони и антипротони. Откриването на векторни бозони е много важно постижение във физиката на елементарните частици. Това откритие бележи успеха на теория, която комбинира електромагнитните и слабите взаимодействия в едно, така нареченото електрослабо взаимодействие. Тази нова теория разглежда електромагнитното поле и полето на слабото взаимодействие като различни компоненти на едно и също поле, в което наред с кванта на електромагнитното поле участват векторни бозони.

След това откритие в съвременната физика се наблюдава значително повишаване на увереността, че всички видове взаимодействия са тясно свързани помежду си и по същество са различни прояви на определено единно поле. Обединяването на всички взаимодействия обаче все още е само привлекателна научна хипотеза.

Физиците-теоретици полагат значителни усилия в опитите си да разгледат на единна основа не само електромагнитното и слабото, но и силното взаимодействие. Тази теория се нарича Великото обединение. Учените предполагат, че гравитационното взаимодействие трябва да има свой собствен носител – хипотетична частица, наречена гравитон. Тази частица обаче все още не е открита.

В момента се счита за доказано, че едно поле, обединяващо всички видове взаимодействия, може да съществува само при изключително високи енергии на частиците, които са недостижими в съвременните ускорители. Частиците биха могли да имат толкова високи енергии само в най-ранните етапи от съществуването на Вселената, възникнали в резултат на така наречения Голям взрив. Космологията - науката за еволюцията на Вселената - предполага, че Големият взрив се е случил преди 18 милиарда години. В стандартния модел на еволюцията на Вселената се приема, че в първия период след експлозията температурата може да достигне 10 32 K, а енергията на частиците E = kT може да достигне 10 19 GeV. През този период материята е съществувала под формата на кварки и неутрино, докато всички видове взаимодействия са били комбинирани в едно силово поле. Постепенно с разширяването на Вселената енергията на частиците намалява и от единното поле на взаимодействия първо се освобождава гравитационното взаимодействие (при енергии на частиците? 10 19 GeV), а след това силното взаимодействие се отделя от електрослабото (при енергии от порядъка на 10 14 GeV). При енергии от порядъка на 10 3 GeV се установи, че всичките четири типа фундаментални взаимодействия са отделни. Едновременно с тези процеси се е образувало и по-сложни форми на материята – нуклони, леки ядра, йони, атоми и т.н. Космологията в своя модел се опитва да проследи еволюцията на Вселената на различни етапи от нейното развитие от Големия взрив до наши дни, разчитайки на законите на физиката на елементарните частици, както и на ядрената и атомната физика.

електрон

Може би тези електрони са Светове, където има пет континента, Изкуства, знание, войни, тронове И паметта на четиридесет века!

Стихотворението на Валери Брюсов "Светът на електрона" е написано на 13 август 1922 г.

Исторически, първата открита елементарна частица е електрон - носител на отрицателен елементарен електрически заряд в атомите.

Това е "най-старата" елементарна частица. В идеалния случай той навлиза във физиката през 1881 г., когато Хелмхолц, в реч в чест на Фарадей, посочва, че атомната структура на материята, заедно със законите на Фарадей за електролизата, неизбежно водят до идеята, че електрическият заряд винаги трябва да бъде кратно на някакъв елементарен заряд, т.е. до заключението за квантуването на електрическия заряд. Носителят на отрицателен елементарен заряд, както вече знаем, е електронът.

Максуел, който създава фундаменталната теория на електрическите и магнитните явления и използва по значим начин експерименталните резултати на Фарадей, не приема хипотезата за атомното електричество.

Междувременно "временната" теория за съществуването на електрона е потвърдена през 1897 г. в експериментите на J.J. Thomson, в които той идентифицира така наречените катодни лъчи с електрони и измерва заряда и масата на електрона. Частици от катодни лъчи Томсън нарича "тела" или първични атоми. Думата "електрон" първоначално е била използвана за обозначаване на големината на заряда на "телец". И едва с течение на времето самата частица започна да се нарича електрон. Идеята за електрон обаче не беше разпозната веднага. Когато на една лекция в Кралското общество Джей Джей Томсън - откривателят на електрона - предложи частиците на катодните лъчи да се разглеждат като възможни компоненти на атома, някои от колегите му искрено вярваха, че той ги мистифицира. Самият Планк признава през 1925 г., че не е вярвал тогава, през 1900 г., докрай в хипотезата за електрона.

Можем да кажем, че след експериментите на Миликен, който измерва през 1911г. заряди на отделни електрони, тази първа елементарна частица получи правото да съществува.

Фотон

Пряко експериментално доказателство за съществуването на фотон е дадено от Р. Миликан през 1912-1915 г. в изследванията си на фотоелектричния ефект, а също и от А. Комптън през 1922 г., който открива разсейването на рентгеновите лъчи с промяна в честотата им.

Фотонът в известен смисъл е специална частица. Факт е, че масата на неговия покой, за разлика от други частици (с изключение на неутрино), е равна на нула. Следователно тя не се счита веднага за частица: отначало се смяташе, че наличието на крайна и ненулева маса на покой е задължителна характеристика на елементарна частица.

Фотонът е "анимиран" планков квант светлина, т.е. квант светлина, носещ импулс.

Квантите на светлината са въведени от Планк през 1901 г., за да обяснят законите на излъчването на черното тяло. Но той не беше частица, а само най-малките възможни "порции" светлинна енергия от една или друга честота.

Въпреки че предположението на Планк за квантуването на светлинната енергия беше абсолютно в противоречие с цялата класическа теория, самият Планк не разбра веднага това. Ученият пише, че "... се опита по някакъв начин да въведе стойността на h в рамките на класическата теория. Въпреки всички подобни опити обаче тази стойност се оказа много упорита." Впоследствие тази стойност е наречена константа на Планк (h = 6 * 10 -27 ерг. S).

След въвеждането на константата на Планк ситуацията не се изясни.

Теорията на относителността на Айнщайн създава "живи" фотони или кванти, които през 1905 г. показват, че квантите трябва да имат не само енергия, но и импулс и че те са в пълния смисъл частици, само специални, тъй като тяхната маса на покой е нула, и се движат със скоростта на светлината.

Така че заключението за съществуването на частица от електромагнитно поле - фотон - произлиза от работата на М. Планк (1900). Приемайки, че енергията на електромагнитното излъчване от черно тяло е квантувана, Планк получава правилната формула за радиационния спектър. Развивайки идеята на Планк, А. Айнщайн (1905) постулира, че електромагнитното излъчване (светлина) всъщност е поток от отделни кванти (фотони) и на тази основа обяснява законите на фотоелектричния ефект.

протон

Протонът е открит от Е. Ръдърфорд през 1919 г. при изследвания на взаимодействието на алфа-частиците с атомните ядра.

По-точно откриването на протона е свързано с откриването на атомното ядро. Той е направен от Ръдърфорд чрез бомбардиране на азотни атоми с високоенергийни b-частици. Ръдърфорд заключи, че „ядрото на азотния атом се разпада поради огромните сили, развиващи се при сблъсък с бърза b-частица, и че освободеният водороден атом образува съставна част от азотното ядро“. През 1920 г. ядрата на водородния атом са наречени от Ръдърфорд протони (протон на гръцки означава най-простият, първичен). Имаше и други предложения за име. Така например беше предложено името "барон" (baros означава тежест на гръцки). Той обаче подчерта само една особеност на водородното ядро - неговата маса. Терминът "протон" беше много по-дълбок и по-смислен, отразявайки фундаменталната природа на протона, тъй като протонът е най-простото ядро - ядрото на най-лекия изотоп на водорода. Това несъмнено е един от най-успешните термини във физиката на елементарните частици. Така протоните са частици с единичен положителен заряд и маса 1840 пъти по-голяма от масата на електрона.

Неутрон

Друга частица, която изгражда ядрото, неутронът, е открита през 1932 г. от Дж. Чадуик при изучаване на взаимодействието на b-частици с берилий. Неутронът има маса, близка до тази на протона, но няма електрически заряд. Откриването на неутрона завърши идентифицирането на частиците - структурните елементи на атомите и техните ядра.

Откриването на изотопи не изясни въпроса за структурата на ядрото. По това време бяха известни само протони - водородни ядра и електрони и затова беше естествено да се опитаме да обясним съществуването на изотопи чрез различни комбинации от тези положително и отрицателно заредени частици. Човек би си помислил, че ядрата съдържат A от протони, където A е масовото число и A? Z от електрони. В този случай общият положителен заряд съвпада с атомния номер Z.

Такава проста картина на хомогенно ядро в началото не противоречи на заключението за малкия размер на ядрото, което следва от експериментите на Ръдърфорд. „Естественият радиус“ на електрона r0 = e 2 / mc 2 (който се получава, ако електростатичната енергия e 2 / r0 на заряда, разпределен върху сферичната обвивка, се приравни на собствената енергия на електрона mc 2) е r0 = 2,82 * 10 - 15 m. един електрон е достатъчно малък, за да бъде вътре в ядро с радиус 10-14 m, въпреки че би било трудно да се постави голям брой частици там. През 1920г. Ръдърфорд и други учени разглеждат възможността за стабилна комбинация от протон и електрон, произвеждаща неутрална частица с маса, приблизително равна на тази на протона. Въпреки това, поради липсата на електрически заряд, подобни частици биха били трудни за откриване. Малко вероятно е те да избиват електрони от метални повърхности, като електромагнитни вълни при фотоелектричния ефект.

Само десетилетие по-късно, след като естествената радиоактивност беше задълбочено проучена и радиоактивното излъчване започна да се използва широко за предизвикване на изкуствена трансформация на атомите, съществуването на нова съставна част от ядрото беше надеждно установено. През 1930 г. W. Bote и G. Becker от университета в Гисен облъчват литий и берилий с алфа частици и с помощта на брояч на Гайгер записват проникващата радиация, възникваща в този процес. Тъй като това излъчване не се влияе от електрически и магнитни полета и има висока проникваща способност, авторите стигат до заключението, че се излъчва твърда гама лъчение. През 1932 г. Ф. Жолио и И. Кюри повтарят експерименти с берилий, пропускайки такава проникваща радиация през парафинов блок. Те открили, че от парафина са излъчени протони с необичайно висока енергия и стигнали до заключението, че преминавайки през парафина, гама-лъчите, разпръснати надалеч, произвеждат протони. (През 1923 г. беше установено, че рентгеновите лъчи се разпръскват от електрони, което дава ефекта на Комптън)

Дж. Чадуик повтори експеримента. Той също така използва парафин и с помощта на йонизационна камера, в която се събира зарядът, генериран при избиване на електрони от атомите, измерва обхвата на протоните на откат.

Чадуик също използва газообразен азот (в камера на Уилсън, където водните капчици кондензират по пистата на заредена частица) за абсорбиране на радиация и измерване на обхвата на азотните откатни атоми. Прилагайки законите за запазване на енергията и импулса към резултатите от двата експеримента, той стига до заключението, че откритата неутрална радиация не е гама лъчение, а поток от частици с маса, близка до масата на протон. Чадуик също така показа, че известни източници на гама-лъчи не избиват протоните. Така беше потвърдено съществуването на нова частица, която сега се нарича неутрон.

Разцепването на металния берилий протича по следния начин: алфа-частиците 4 2 He (заряд 2, масов номер 4) се сблъскват с берилиеви ядра (заряд 4, масов номер 9), което води до образуването на въглерод и неутрон. Откриването на неутрона беше важна стъпка напред. Наблюдаваните характеристики на ядрата сега могат да бъдат интерпретирани, като се разглеждат неутроните и протоните като съставни части на ядрата. Сега е известно, че неутронът е с 0,1% по-тежък от протона. Свободните неутрони (извън ядрото) претърпяват радиоактивен разпад, превръщайки се в протон и електрон. Това напомня първоначалната хипотеза за съставна неутрална частица. Въпреки това, вътре в стабилно ядро, неутроните са свързани с протони и не се разпадат спонтанно.

позитрон

Започвайки от 30-те години на миналия век и до 1950-те години, нови частици са открити главно в космическите лъчи. През 1932 г. в техния състав А. Андерсън открива първата античастица – позитрон (e +) – частица с маса на електрон, но с положителен електрически заряд. Позитронът е първата открита античастица. Съществуването на e + директно следва от релативистката теория на електрона, разработена от П. Дирак (1928-31) малко преди откриването на позитрона. През 1936г. Американските физици К. Андерсън и С. Недермайер откриха при изследването на космическите лъчи мюони (от двата знака на електрически заряд) - частици с маса от около 200 електронни маси, и иначе изненадващо близки по свойства до e-, e +.

Позитронът е открит от Андерсън при изследване на космическите лъчи по метода на камерата на Уилсън. Фигурата, която е възпроизвеждане на снимката, направена от Андерсън в камерата на Wilson, показва положителна частица, която влиза в оловна плоча с дебелина 0,6 cm с импулс 6,3 * 107 eV / s и я излиза с импулс 2,3 * 107 eV / с. Можете да зададете горна граница на масата на тази частица, като приемем, че тя губи енергия само при сблъсъци. Тази граница е 20 аз. Въз основа на тази и други подобни снимки Андерсън предположил съществуването на положителна частица с маса, приблизително равна на масата на обикновен електрон. Това заключение скоро беше потвърдено от наблюденията на Блекет и Окиалини в камерата на Уилсън. Малко след това Кюри и Жолио откриват, че позитроните се произвеждат чрез преобразуване на гама лъчи от радиоактивни източници и също така се излъчват от изкуствени радиоактивни изотопи. Тъй като фотонът, бидейки неутрален, образува двойка (позитрон и електрон), от принципа на запазване на електрическия заряд следва, че по абсолютна стойност зарядът на позитрон е равен на заряда на електрона.

Законът за запазване на ъгловия импулс, приложен към процеса на производство на двойки, показва, че позитроните имат половин цяло число и следователно се подчиняват на статистиката на Ферми. Разумно е да се приеме, че спинът на позитрона е 1/2, както и спинът на електрона.

Божури и мюони. Откриване на мезона

Откриването на мезона, за разлика от откриването на позитрона, не е резултат от едно наблюдение, а по-скоро заключение от цяла поредица от експериментални и теоретични изследвания.

През 1932 г. Роси, използвайки метода на съвпадението, предложен от Боте и Колхерстер, показа, че известна част от космическото излъчване, наблюдавано на морското равнище, се състои от частици, способни да проникнат в оловни плочи с дебелина до 1 м. Скоро след това той също нарисува внимание на съществуването в космическите лъчи на два различни компонента. Частиците от един компонент (проникващ компонент) са в състояние да преминават през големи дебелини на веществото и степента на тяхното усвояване от различни вещества е приблизително пропорционална на масата на тези вещества. Частиците от друг компонент (компонент, образуващ душ) се абсорбират бързо, особено от тежки елементи; в този случай се образуват голям брой вторични частици (душове). Експерименти за преминаване на частици от космически лъчи през оловни плочи, извършени с камерата на Уилсън от Андерсън и Недемайер, също показаха, че има два различни компонента на космическите лъчи. Тези експерименти показаха, че докато средно загубата на енергия на частиците на космическите лъчи в оловото е от същия порядък като теоретично изчислената загуба от сблъсък, някои от тези частици претърпяват много по-големи загуби.

През 1934 г. Бете и Хайтлер публикуват теорията за радиационната загуба на електрони и производството на двойки от фотони. Свойствата на по-малко проникващия компонент, наблюдавани от Андерсън и Недемайер, са в съгласие със свойствата на електроните, предвидени от теорията на Бете и Хайтлер; в същото време големи загуби се дължат на радиационните процеси. Свойствата на радиацията, генерираща душ, открита от Роси, също могат да се обяснят с предположението, че това излъчване се състои от високоенергийни електрони и фотони. От друга страна, признавайки валидността на теорията на Бете и Хайтлер, трябваше да се заключи, че „проникващите“ частици в експериментите на Роси и по-малко абсорбираните частици в експериментите на Андерсън и Недемайер се различават от електроните. Трябваше да допусна, че проникващите частици са по-тежки от електроните, тъй като според теорията загубите на енергия от радиация са обратно пропорционални на квадрата на масата.

В тази връзка беше обсъдена възможността за срив на теорията на радиацията при високи енергии. Като алтернатива, Уилямс предполага през 1934 г., че проникващите частици на космическите лъчи могат да имат масата на протон. Една от трудностите, свързани с тази хипотеза, беше необходимостта от съществуване не само на положителни, но и на отрицателни протони, тъй като експериментите с камерата на Уилсън показаха, че проникващите частици на космическите лъчи имат заряди и от двата знака. Освен това на някои от снимките, направени от Андерсън и Недемайер в камерата на Уилсън, можеха да се видят частици, които не излъчват като електрони, но обаче не са толкова тежки като протоните. Така в края на 1936 г. става почти очевидно, че в космическите лъчи освен електрони има и частици от непознат досега тип, вероятно частици с междинна маса между масата на електрона и масата на протона . Трябва също да се отбележи, че през 1935 г. Юкава предсказва съществуването на такива частици от чисто теоретични съображения.

Съществуването на частици с междинна маса е пряко доказано през 1937 г. от експериментите на Neddemeyer и Anderson, Street и Stevenson.

Експериментите на Neddemeyer и Anderson бяха продължение (с подобрена техника) на гореспоменатите изследвания върху загубата на енергия на частиците на космическите лъчи. Те бяха проведени в камера на Уилсън, поставена в магнитно поле и разделена на две половини с платинена плоча с дебелина 1 см. Загубите на импулса за отделните частици на космическите лъчи бяха определени чрез измерване на кривината на пистата преди и след плочата.

2). Има определен брой проникващи частици с импулси под 200 MeV / s, които произвеждат не повече йонизация от едно заредена частица близо до минимума на йонизационната крива. Това означава, че проникващите частици на космическите лъчи са много по-леки от протоните, тъй като протон с импулс под 200 MeV / s произвежда специфична йонизация, която е около 10 пъти по-висока от минималната.

Стийт и Стивънсън се опитаха директно да оценят масата на частиците на космическите лъчи чрез едновременно измерване на импулса и специфичната йонизация. Те използваха камера на Уилсън, която се контролираше от система за брояч на Гайгер-Мюлер срещу съвпадения. Това постига селекцията на частици близо до края на техния цикъл. Камерата е поставена в магнитно поле 3500 гауса; камерата се задейства със закъснение от около 1 секунда, което прави възможно преброяването на капчиците. Сред многото снимки Стрийт и Стивънсън намериха една от изключителен интерес.

Тази снимка показва следата на частица с импулс от 29 MeV / s, чиято йонизация е около шест пъти по-голяма от минимума. Тази частица има отрицателен заряд, докато се движи надолу. Съдейки по импулса и специфичната йонизация, масата му се оказва равна на около 175 електронни маси; вероятната грешка от 25% се дължи на неточността на измерването на специфичната йонизация. Имайте предвид, че електрон с импулс от 29 MeV / s има практически минимална йонизация. От друга страна, частици с такъв импулс и протонна маса (или обикновен протон, движещ се нагоре, или отрицателен протон, движещ се надолу) имат специфична йонизация, която е около 200 пъти по-висока от минималната; освен това обхватът на такъв протон в газа на камерата трябва да бъде по-малък от 1 см. В същото време въпросната следа се вижда ясно на разстояние от 7 см, след което напуска осветения обем.

Описаните по-горе експерименти със сигурност са доказали, че проникващите частици наистина са по-тежки от електроните, но по-леки от протоните. Освен това експериментът на Стрийт и Стивънсън даде първата груба оценка на масата на тази нова частица, която вече можем да наречем общото й име – мезон.

Така през 1936 г. А. Андерсън и С. Недермайер откриха мюона (m - мезон). Тази частица се различава от електрона само по масата си, която е около 200 пъти по-голяма от електронната.

През 1947г. Пауъл наблюдава следи от заредени частици във фотографски емулсии, които се интерпретират като мезони на Юкава и се наричат p-мезони или пиони. Продуктите на разпадане на заредени пиони, които също са заредени частици, се наричат m-мезони или мюони. Точно отрицателните мюони са наблюдавани в експериментите на Конверси: за разлика от пионите, мюоните, подобно на електроните, не взаимодействат силно с атомните ядра.

Тъй като по време на разпадането на спрели пиони винаги се произвеждат мюони със строго определена енергия, следва, че при прехода от p към m трябва да се образува друга неутрална частица (масата й се оказва много близка до нула). От друга страна, тази частица практически не взаимодейства с материята, поради което се стигна до заключението, че не може да бъде фотон. Така физиците са изправени пред нова неутрална частица, чиято маса е нула. И така, зареденият мезон на Юкава беше открит, разпадащ се на мюон и неутрино. Времето на живот на p-мезона спрямо този разпад се оказва 2 × 10 -8 s. Тогава се оказа, че мюонът също е нестабилен, че в резултат на разпада му се образува електрон. Установено е, че животът на мюона е от порядъка на 10 -6 s. Тъй като електронът, произведен по време на разпадането на мюона, няма строго определена енергия, беше направено заключението, че заедно с електрона по време на разпада на мюона се образуват две неутрино. През 1947 г. също в космическите лъчи групата на С. Пауъл открива p + и p - мезони с маса 274 електронни маси, които играят важна роля при взаимодействието на протоните с неутроните в ядрата. Съществуването на такива частици е предложено от Х. Юкава през 1935г.

Неутрино

При p-разпада на ядрата, както вече казахме, освен електрони се излъчват и неутрино. Тази частица за първи път е „въведена“ във физиката теоретично. Именно съществуването на неутрино е постулирано от Паули през 1929 г., много години преди неговото експериментално откритие (1956 г.). Паули се нуждаеше от неутрино неутрална частица с нулева (или незначителна) маса, за да спаси закона за запазване на енергията в процеса на β-разпад на атомните ядра.

Първоначално Паули нарече хипотетичната неутрална частица, произведена от β-разпада на ядрата, неутрон (това беше преди откритието на Чадуик) и предположи, че тя е част от ядрото.

Колко трудно е било да се стигне до хипотезата за неутрино, образувани в самия акт на неутронния разпад, личи от факта, че само година преди появата на фундаменталната статия на Ферми за свойствата на слабото взаимодействие, изследователят, давайки доклад за текущото състояние на атомната физика, използва термина "неутрон", за да обозначи две частици, които сега се наричат неутрон и неутрино. "Например, според предложението на Паули", казва Ферми, "би било възможно да си представим, че вътре в атомно ядро има неутрони, които биха били излъчени едновременно с p-частици. Тези неутрони биха могли да преминат през големи слоеве материя, практически без да губят енергията си и следователно те биха били практически ненаблюдаеми. Съществуването на неутрон, несъмнено, би могло просто да обясни някои все още неразбираеми въпроси, като статистиката на атомните ядра, аномалните собствени моменти на някои ядра, а също и, може би, естеството на проникващата радиация." Наистина, когато става въпрос за частица, излъчвана с p-електрони и слабо абсорбирана от материята, е необходимо да се има предвид неутриното. Може да се заключи, че през 1932 г. проблемите на неутрона и неутриното са изключително объркани. Отне година упорита работа на теоретици и експериментатори, за да разрешат както фундаменталните, така и терминологичните трудности.

"След откриването на неутрона", каза Паули, "на семинарите в Рим Ферми започна да нарича новата ми частица, излъчвана от β-разпад "неутрино", за да я различи от тежкия неутрон. Това италианско име стана общоприето."

През 30-те години на миналия век теорията на Ферми е обобщена до позитронния разпад (Wick, 1934) и до преходи с промяна в ъгловия импулс на ядрото (Gamow and Teller, 1937).

„Съдбата“ на неутрино може да се сравни със „съдбата“ на електрона. И двете частици отначало са били хипотетични – въведен е електрон, за да приведе атомната структура на материята в съответствие със законите на електролизата, а неутрино – за запазване на закона за запазване на енергията в процеса на β-разпад. И едва много по-късно те бяха открити като истински.

През 1962 г. е установено, че има две различни неутрино: електрон и мюон. През 1964 г. неконсервацията на т.нар. комбиниран паритет (въведен от Li Tsung-dao и Yang Zhen-ning и независимо от L.D. Landau през 1956 г.), което означава необходимостта от преразглеждане на обичайните възгледи за поведението на физическите процеси по време на операцията на отразяване на времето.

Откриване на странни частици

Краят на 40-те - началото на 50-те години бяха белязани от откриването на голяма група частици с необичайни свойства, наречени „странни“. Първите частици от тази група K + - и K - мезони, L-, S + -, S -, X - хиперони са открити в космически лъчи, последващи открития на странни частици бяха направени върху ускорители - инсталации, които създават интензивни потоци от бързи протони и електрони. При сблъсък с материята ускорените протони и електрони пораждат нови елементарни частици, които стават обект на изследване.

През 1947 г. Бътлър и Рочестър наблюдават две частици в камерата на Уилсън, наречени V-частици. Наблюдавани са две следи, сякаш образуващи латинската буква V. Образуването на две следи показва, че частиците са нестабилни и се разпадат в други, по-леки. Една от V-частиците беше неутрална и се разпадна на две заредени частици с противоположни заряди. (По-късно е идентифициран с неутралния К-мезон, който се разпада на положителни и отрицателни пиони). Другият беше зареден и се разпадна на заредена частица с по-ниска маса и неутрална частица. (По-късно тя е идентифицирана със зареден К + -мезон, който се разпада на заредени и неутрални пиони).

V-частиците допускат на пръв поглед друга интерпретация: появата им може да се интерпретира не като разпад на частиците, а като процес на разсейване. Всъщност процесите на разсейване на заредена частица върху ядро с образуването на една заредена частица в крайно състояние, както и нееластично разсейване на неутрална частица върху ядро с образуването на две заредени частици, ще изглеждат в Уилсън камера по същия начин като разпадането на V-частиците. Но такава възможност беше лесно изключена на основание, че процесите на разсейване са по-вероятни в по-плътни среди. И V-събития се наблюдават не в оловото, което присъстваше в камерата на Уилсън, а директно в самата камера, която е пълна с газ с по-ниска плътност (в сравнение с плътността на оловото).

Забележете, че ако експерименталното откриване на p-мезона в някакъв смисъл е било „очаквано“ във връзка с необходимостта да се обясни природата на нуклонните взаимодействия, тогава откриването на V-частици, подобно на откриването на мюона, се оказа пълна изненада.

Откриването на V-частиците и определянето на техните най-елементарни характеристики отне повече от десетилетие. След първото наблюдение на тези частици през 1947г. Рочестър и Бътлър продължиха експериментите си още две години, но не успяха да наблюдават нито една частица. Едва след като оборудването беше вдигнато високо в планините, V-частиците бяха открити отново, а също така бяха открити и нови частици.

Както се оказа по-късно, всички тези наблюдения се оказаха наблюдения на различни разпада на една и съща частица - К-мезон (зареден или неутрален).

„Поведението“ на V-частиците при раждането и последващото им разпадане е довело до това да бъдат наречени странни.

Странни частици в лабораторията са получени за първи път през 1954 г. Фаулър, Шът, Торндайк и Уайтмор, които, използвайки лъч от йони от космотрона Брукхейвън с начална енергия от 1,5 GeV, наблюдават реакциите на асоциативно образуване на странни частици.

От началото на 50-те години. ускорителите се превърнаха в основен инструмент за изследване на елементарните частици. През 70-те години. енергиите на частиците, ускорени в ускорителите, възлизат на десетки и стотици милиарди електронволта (GeV). Желанието за увеличаване на енергиите на частиците се дължи на факта, че високите енергии отварят възможността за изследване на структурата на материята на по-малки разстояния, колкото по-висока е енергията на сблъскващите се частици. Ускорителите значително увеличиха скоростта на получаване на нови данни и за кратко време разшириха и обогатиха познанията ни за свойствата на микросвета. Използването на ускорители за изследване на странни частици даде възможност да се изследват по-подробно техните свойства, по-специално характеристиките на техния разпад, и скоро доведе до важно откритие: изясняване на възможността за промяна на характеристиките на някои микропроцеси по време на работа на огледално отражение – т.нар. нарушение на пространствата, паритет (1956). Пускането в експлоатация на протонни ускорители с енергия от милиарди електрон волта направи възможно откриването на тежки античастици: антипротон (1955), антинеутрон (1956), антисигма-хиперони (1960). През 1964 г. е открит най-тежкият хиперон W - (с маса от около две маси на протона).

Резонанси.

През 1960-те години. голям брой изключително нестабилни (в сравнение с други нестабилни елементарни частици) частици, наречени „резонанси.” Масите на повечето резонанси надвишават масата на протона, са открити в ускорителите. съставляват основната част от елементарните частици.

Силното взаимодействие на p-мезона и нуклона в състояние с общ изотопен спин 3/2 и момент 3/2 води до появата на възбудено състояние в нуклона. В рамките на много кратко време (от порядъка на 10 -23 s) това състояние се разпада на нуклон и р-мезон. Тъй като това състояние има съвсем определени квантови числа, като стабилни елементарни частици, естествено беше да го наречем частица. За да се подчертае много краткият живот на това състояние, то и подобни краткотрайни състояния бяха наречени резонанс.

Нуклонният резонанс, открит от Ферми през 1952 г., по-късно е наречен D 3/2 3/2 изобара (за да се подчертае фактът, че спинът и изотопният спин на D изобара са 3/2). Тъй като времето на живот на резонансите е незначително, те не могат да бъдат наблюдавани директно, подобно на това как се наблюдават "обикновени" протони, p-мезони и мюони (по техните следи в пистовите инструменти). Резонансите се откриват чрез характерното поведение на напречните сечения на разсейване на частиците, както и чрез изследване на свойствата на продуктите на техния разпад. Повечето от известните елементарни частици принадлежат именно към групата на резонансите.

Откриването на D-резонанса е от голямо значение за физиката на елементарните частици.

Имайте предвид, че възбудените състояния или резонанси не са напълно нови обекти на физиката. По-рано са били известни в атомната и ядрената физика, където съществуването им е свързано със съставната природа на атома (образуван от ядро и електрони) и ядрото (образувано от протони и неутрони). Що се отнася до свойствата на атомните състояния, те се определят само от електромагнитно взаимодействие. Малките вероятности за тяхното разпадане са свързани с малката константа на електромагнитното взаимодействие.

Възбудени състояния съществуват не само за нуклона (в този случай се говори за неговите изобарни състояния), но и за p-мезона (в този случай се говори за мезонни резонанси).

"Причината за появата на резонанси при силни взаимодействия не е ясна", пише Файнман. съществуването на резонанси за фундаменталната теория остава неясно."

Подобни документи

Предпоставки на 17 век. История и концепция за технологията. Някои открития, които свидетелстват за научната и технологичната революция (НТР). Нови явления в културата на 19-20 век. Глобални проблеми на 20-21 век. Описание на научно-техническата революция, смисъл и понятие.

резюме, добавен на 22.06.2009

Основни понятия и предмет на социологията, основните етапи в нейното развитие. Първите социолози на античността. Класическа западна социология. Характеристики на учението на Конт и Дюркхайм. Историята на развитието на социологията в Русия. Политическо лидерство и неговите основни видове.

тест, добавен на 27.07.2011

Понятието неформални и техните основни характеристики. Историята на неформалното младежко движение, причините за възникването му. Основните функции на любителските сдружения. Класификация на неформалните, тяхната дейност, социална ориентация, възгледи, задачи и цели.

резюме, добавено на 16.08.2011

Историята на неформалното движение, причините за възникването му. Неформални движения: обща характеристика и основни тенденции на развитие. Художествени неформали. Сферата на външната култура. Класификация и основни характеристики на неформалните.

резюме, добавен на 22.01.2011г

Специфика и история на развитието на руските организации с нестопанска цел. Формиране на руската законодателна система за организациите с нестопанска цел. Класификация на НПО, техните цели и принципи на дейност. Принципът на обществената полза. Типология на руските НПО.

тест, добавен на 27.12.2016

Същността и основните причини за самоубийство, оценка на разпространението на това негативно явление в съвременния свят. Историята на формирането и развитието на концепцията за самоубийство в Япония, нейната морална, етична, културна обосновка. Феноменът камикадзе.

курсова работа е добавена на 29.12.2013 г

Какво представляват способностите и тяхната класификация. Нива на развитие на способностите: способности, надареност, талант, гений; произходът им: генетичен и придобит. Условия за развитие на способностите. Влиянието на способностите върху избора на професия.

научна работа, добавена на 25.02.2009г

Историята на "съветската" играчка. Социологическият аспект на разглеждането на играчките. Стойността на съвременните играчки за обществото. трябва да следите какво и как играе вашето дете. Бъдете пример за вашето дете. Растете с него.

курсовата работа е добавена на 23.06.2006 г

Любителските сдружения, връзката им с държавните и обществените институции. Историята и причините за възникването на неформалното движение. Понятие, задачи, цели, външна култура, символика, основни характеристики и класификация на неформалите.

Резюмето е добавено на 04.03.2013 г

Самоубийството като социално явление, определяне на основните му причини, степента на разпространение в съвременното общество, история и етапи на изследване. Проблемът със самоубийството според Емил Дюркхайм, класификация на техните видове. Прилагане на принципите на "социологизма".

Въведение.

От електрон към неутрино

електрон

Фотон

протон

Неутрон

позитрон

Божури и мюони. Откриване на мезона

Неутрино

От странност до чар

Откриване на странни частици

Резонанси.

"Омагьосани" частици

Заключение

литература

Изпратете вашата добра работа в базата от знания е лесно. Използвайте формуляра по-долу

Въведение

Историята на откриването на елементарни частици

В разнообразието от известни до момента елементарни частици се открива повече или по-малко хармонична система за класификация.

Елементарните частици се обединяват в три групи: фотони, лептони и адрони.

Групата фотони включва една частица - фотон, който е носител на електромагнитно взаимодействие.

Следващата група се състои от леки частици лептони. Тази група включва два вида неутрино (електрон и мюон), електрон и m-мезон.

Слабото взаимодействие е най-бавното от всички взаимодействия в микросвета. В него могат да участват всякакви елементарни частици, с изключение на фотоните.

електрон

Може би тези електрони са Светове, където има пет континента, Изкуства, знание, войни, тронове И паметта на четиридесет века!

Стихотворението на Валери Брюсов "Светът на електрона" е написано на 13 август 1922 г.

Исторически, първата открита елементарна частица е електрон - носител на отрицателен елементарен електрически заряд в атомите.

Фотон

Фотонът е "анимиран" планков квант светлина, т.е. квант светлина, носещ импулс.

След въвеждането на константата на Планк ситуацията не се изясни.

протон

Протонът е открит от Е. Ръдърфорд през 1919 г. при изследвания на взаимодействието на алфа-частиците с атомните ядра.

Неутрон

позитрон

Божури и мюони. Откриване на мезона

Съществуването на частици с междинна маса е пряко доказано през 1937 г. от експериментите на Neddemeyer и Anderson, Street и Stevenson.

Неутрино

През 30-те години на миналия век теорията на Ферми е обобщена до позитронния разпад (Wick, 1934) и до преходи с промяна в ъгловия импулс на ядрото (Gamow and Teller, 1937).

Откриване на странни частици

Както се оказа по-късно, всички тези наблюдения се оказаха наблюдения на различни разпада на една и съща частица - К-мезон (зареден или неутрален).

„Поведението“ на V-частиците при раждането и последващото им разпадане е довело до това да бъдат наречени странни.

Резонанси.

Откриването на D-резонанса е от голямо значение за физиката на елементарните частици.

Подобни документи

Ново в сайта

Най - известен

ПОПУЛЯРНИ РАЗДЕЛИ