Й этап. Элементарные частицы. Античастицы

Элементарные частицы. Античастицы. История развития физики элементарных частиц.

Открытие электрона (или e ^-). В 1897 году Джозеф Томсон изучал катодные лучи, которые оказались потоком частиц с отрицательным зарядом. Эти частицы были названы электронами. В опыте Роберта Милликена (наблюдалось движение заряженных капелек масла в электрическом поле конденсатора) был измерен заряд электрона, q = -е = -1,6*10^-19 Кл.

Фотон. Теоретически сформулировано и экспериментально доказано квантование энергии электромагнитного излучения. В 1900 г. М.Планк теоретически вывел закон излучения абсолютно черного тела. В1905 г. А. Эйнштейн развил идею Планка о квантовании и дал теоретическое объяснение внешнего фотоэффекта. Квант энергии электромагнитного излучения обладает свойствами частиц и получил название – фотон. Особенно хорошо проявляются квантовые свойства у электромагнитного излучения высокой частоты. Кванты высокочастотного излучения получили название g -квантов, именно это излучение наблюдается при радиоактивном распаде ядер.

Открытие протона (). В 1919 г. Резерфорд открыл протон в ядерной реакции

. (21.1)

Резерфорд доказал, что протон входит в состав всех атомных ядер.

Открытие позитрона (или e ⁺). В 1928 г. Дирак теоретически доказал возможность существования позитрона е ⁺. В 1932 г. К.Андерсон экспериментально обнаружил е ⁺ в космических лучах. Позитрон является античастицей по отношению к электрону. Это означает, что у этих частиц разноименные электрические заряды, но все остальные характеристики одинаковые. При столкновении частицы и античастицы происходит их аннигиляция (взаимное уничтожение) с образованием новых частиц: е ⁺ + е ^- → 2 γ.

Открытие нейтрона (). В 1932 г. Дж.Чэдвик, исследуя излучение, возникающее при облучении бериллия a -частицами, показал, что оно является потоком электрически нейтральных частиц – нейтронов:

.

После этого открытия была предложена протон-нейтронная модели ядра. Нейтрон - нестабильная частица, за время около 15 минут нейтрон распадается на протон, электрон и нейтрино – нейтральную частицу, масса покоя которой равна нулю.

Открытие нейтрино (заряд равен нулю, массовое число равно нулю). В 1931 г. В.Паули теоретически предсказал существование нейтрино и сформулировал основные свойства этой частицы для объяснения особенностей β -распада (см. реакции (20.2) и (20.3)).

Прямой опыт по обнаружению нейтрино в 1956 г. провели Ф. Рейнес и К.Коуэн. Экспериментально было доказано, что - электронное нейтрино и - электронное антинейтрино – реальные частицы, а не фиктивные понятия, введенные лишь для объяснения b -распада, а с другой – подтвердили вывод о том, что нейтрино и антинейтрино являются различными частицами.

В атомной физике, в физике элементарных частиц сложилось достаточно ясное и простое представление о том, что такое элементарная частица, что такое атом, что такое ядро атома. Правда, для всех этих объектов микромира пришлось создать новые законы – законы квантовой механики и релятивистской механики, научиться пользоваться этими законами.

Технический прогресс предоставил физикам новые экспериментальные возможности, физика элементарных частиц вступила в следующий этап своего развития.

Дата добавления: 2014-01-04