ВУЗ:
Составители:
большие температуры. Впервые человечество осуществило ядерный синтез в термоядерной бомбе, в которой в
качестве "запала" служит атомная бомба, температура при взрыве которой достигает 10
8
К. Но процессы в тер-
моядерной бомбе не управляемы и могут служить только для уничтожения всего живого. Создать управляемую
термоядерную реакцию, неисчерпаемый источник энергии для человечества – это задача нынешнего времени.
12. ЭЛЕМЕНТАРНЫЕ ЧАСТИЦЫ
В предыдущих главах мы познакомились с некоторыми элементарными частицами, открытыми к нашему
времени. Одной из первых элементарных частиц, открытых в 1897 г., был электрон, затем были открыты про-
тон и нейтрон.
Из этих трех видов частиц состояли атомы всех элементов. В 1932 г. в составе космических
лучей был открыт позитрон. Позитрон – это частица, которая имела массу электрона и заряд, по величине рав-
ный заряду электрона, но противоположный по знаку. Электрон – отрицательно заряженная частица, а пози-
трон – положительно заряженная частица. Позитрон – это античастица электрона. К середине 30-х гг. XX сто-
летия было известно шесть элементарных частиц. К четырем упомянутым нами частицам добавились еще
фо-
тон и нейтрино.
Сейчас известно порядка 350 элементарных частиц. Термин, "элементарная частица" усло-
вен. Многие из них, по-видимому, имеют сложное строение. Термин "элементарный" понимается не как неде-
лимый, а как частицы, из которых состоят ядра атомов или сами атомы, кроме протона, который является ядром
атома водорода. Для изучения элементарных частиц был создан раздел физики –
физика элементарных частиц.
Начало физике элементарных частиц положил японский ученый Хидеки Юкава (1907 – 1981). В 1935 г. он
предсказал существование новой элементарной частицы, которая могла быть обнаружена. Суть его идеи за-
ключалась в следующем. Мы уже знаем, что свет имеет двойственную природу – это частица (фотон) и элек-
тромагнитная волна. Электромагнитное взаимодействие между заряженными частицами осуществляется по-
средством электромагнитного поля или посредством обмена фотонами между взаимодействующими частица-
ми. Юкава предполагает аналогию между электромагнитными взаимодействиями заряженных частиц и фото-
нов (световых квантов) и ядерными взаимодействиями нуклонов и частиц (квантов ядерного поля). Юкава
предположил, что новая частица, осуществляющая ядерный обмен, должна иметь промежуточную массу между
массой электрона и массой протона и поэтому получила название
мезон, что означало "промежуточный". По
его оценке масса мезона должна быть в 250 раз больше массы электрона. В 1937 г. в космических лучах были
обнаружены частицы с массой в 207 раз больше массы электрона, что, примерно, совпало с предсказанной
Юкавой массой, и их назвали µ-
мюзонами. Но оказалось, что эта частица не принимала участие в ядерном
взаимодействии и не могла быть частицей, предсказанной Юкавой. Такую частицу обнаружил Пауэлл в косми-
ческих лучах в 1947 г. Ее назвали π-
мюзоном. Позже она была обнаружена в лабораторных условиях, на уско-
рителе заряженных частиц. Современные ускорители заряженных частиц – это сложные, дорогостоящие со-
оружения. Так, ускоритель в Европейском центре ядерных исследований в Женеве имеет диаметр кольца 2,2
км. Частицы разгоняются в нем до энергии, равной 500 Гэв. Построен этот ускоритель благодаря усилиям мно-
гих ведущих европейских государств.
Все рассмотренные нами частицы принимают участие в электромагнитном и ядерном взаимодействии или,
как его называют,
сильном взаимодействии. В природе известно четыре вида взаимодействий: электромагнит-
ное, сильное, слабое и гравитационное.
Возникает естественный вопрос, не существуют ли частицы, осуществ-
ляющие слабое и гравитационное взаимодействие? В 1983 г. Карло Руббиа на ускорителе в Женеве, о котором
мы упоминали, открыл частицу, ответственную за слабое взаимодействие. Ее назвали
W-частица. Квант грави-
тационного поля, который назвали
гравитон, пока не обнаружен.
В 1955 г. был открыт антипротон Э. Сегре и О. Чемберленом на мощном ускорителе заряженных частиц в
Калифорнии в Беркли. За это открытие ученым в 1959 г. была присуждена Нобелевская премия. Вскоре был
открыт
антинейтрон. Оказалось, что большинство частиц имеют свои античастицы, они рождаются в ядерных
реакциях, в веществе время их жизни очень недолгое. Частицы и античастицы аннигилируют друг с другом,
при этом испускают гамма кванты или другие частицы
При изучении взаимодействия элементарных частиц важную роль играют законы сохранения:
закон со-
хранения энергии, импульса, момента импульса, заряда.
Эти законы хорошо известны в физике и строго выпол-
няются. Изучение элементарных части привело к открытию новых законов сохранения, в частности, законов
сохранения
барионного и лептонного зарядов. Эти новые законы помогают объяснить, почему не проходят ре-
акции некоторого типа, хотя они отвечают всем старым законам сохранения. В случае с законом сохранения
барионного заряда было сделано предположение, что все нуклоны имеют барионный заряд, равный +1, а все
антинуклоны имеют заряд –1. Во всех реакциях сумма барионных зарядов должна сохраняться. Например ре-
акция такого типа отвечает закону сохранения барионного заряда:
ppnpnp +++=+ .
В левой и правой части этого уравнения сумма барионного заряда равна 2. А реакция такого типа не может
произойти (
nppnp ++=+ ). Здесь барионный заряд в левой части уравнения равен 2, а в правой части равен 1.
В этих уравнениях мы обозначали
p – протон; p – антипротон; n – нейтрон.
Открытие сотен элементарных частиц потребовало их классификации. Большинство наблюдаемых сейчас
частиц относятся к одному из двух семейств, к
адронам или лептонам.
Различие между ними заключается в том, что адроны участвуют в сильном взаимодействии, а лептоны не
участвуют. Также известно к настоящему времени шесть видов лептонов, а адронов сотни. Теоретики считают,
что лептоны являются истинно элементарными частицами, а адроны имеют сложное строение. Гелл-Манн и
Страницы
- « первая
- ‹ предыдущая
- …
- 29
- 30
- 31
- 32
- 33
- …
- следующая ›
- последняя »
