История вопроса. Открытие элементарных частиц в космических лучах и в опытах на ускорителях

Открытие элементарных частиц явилось закономерным результатом общих успехов в изучении строения вещества, достигнутых физикой в конце 19в. Первой отрытой элементарной частицей был электрон(е^-) – носитель отрицательного электрического заряда в атомах (английский физик Дж. Дж. Томсон, 1897г.). В 1919г. английский физик Э. Резерфорд обнаружил среди частиц, выбитых из ядер, протоны(р) – частицы с положительным единичным зарядом и массой, равной массе ядра легчайшего изотопа водорода. Другая частица, входящая в состав атомного ядра, - нейтрон(n) – была открыта в 1932г. английским физиком Дж. Чедвиком. Представление о фотоне(g) как частице берёт своё начало с работы немецкого физика М. Планка (1900г.), выдвинувшего предположение о квантованности электромагнитного излучения абсолютно чёрного тела. В развитие идеи Планка Альберт Эйнштейн постулировал, что электромагнитное излучение является потоком отдельных квантов (фотонов) и на этой основе объяснил закономерности фотоэффекта (1905г.). Существование нейтрино(n) как особой элементарной частицы впервые предположено В. Паули в 1930г. для обоснования результатов опытов по b-распаду, а экспериментально электронное нейтрино открыто лишь в 1953г. американскими физиками Ф. Райнес и К. Коуэн. Позитрон(e⁺) –частица с массой электрона, но с положительным электрическим зарядом, была обнаружена в составе космических лучей американским физиком К. Андерсоном в 1932г. Позитрон был первой открытой античастицей. В 1936г. К. Андерсом и С. Неддермейер (США) обнаружили при исследовании космических лучей мюоны (m) (обоих знаков электрического заряда) – частицы с массой около 200 масс электрона, а в остальном удивительно близкие к е^- и е⁺. В 1947г. также в космических лучах группой английского физика С. Пауэлла были открыты p-мезоны (p^-- и p⁺). Существование подобных частиц было предположено японским физиком Х. Юкавой с 1935г. В конце 40-х начале 50-х годов была открыта большая группа частиц с необычными свойствами, получивших название «странных». Первые частицы этой группы – К⁺ и К^- -мезоны, L - гипероны - были обнаружены в космических лучах. Последующие открытия странных частиц были сделаны с помощью ускорителей заряженных частиц. С начала 50-х годов ускорители превратились в основной инструмент для исследования элементарных частиц. В эти годы были открыты антипротон (1955г.), антинейтрон (1956г.), антисигма -гипероны (1960г.), а в 1964г. самый тяжёлый гиперон W^-. В 1960-х годах на ускорителях было обнаружено большое число крайне неустойчивых (по сравнению с другими нестабильными элементарными частицами) частиц, получивших название резонансов и составляющих основную массу элементарных частиц. В 1962г. выяснилось, что существует два разных нейтрино: электронное и мюонное. В 1974г. были обнаружены массивные (в 3-4 протонные массы) и в то же время относительно устойчивые (по сравнению с обычными резонансами) J/y и y¢ -частицы. Они оказались тесно связанными с новым семейством элементарных частиц –«очарованных», первые представители которого (D⁰, D⁺, F⁺, ) были открыты в 1976г. В 1975г. был обнаружен тяжелый аналог электрона и мюона t -лептон, а в 1977г. ¡ -частицы с массой порядка десяти протонных масс. В 1981г. были открыты «красивые» частицы, а в 1983г. промежуточные векторные бозоны (W^±, Z).

10.3. Основные свойства элементарных частиц. Классы взаимодействий.

Все элементарные частицы являются объектами исключительно малых масс размеров. Большинство из них имеют массу порядка величины массы протона, равной 1,6×10^-24г или 938,27 МэВ (для частиц с ненулевой массой заметно меньше лишь масса электрона: 0,511 МэВ). Размеры протона, нейтрона, p-мезона и других адронов порядка 10^-13см.

Наиболее важное квантово-механическое свойство всех элементарных частиц- способность рождаться и уничтожаться (испускаться и поглощаться) при взаимодействии с другими частицами. В этом отношении они полностью аналогичны фотонам. Все процессы с элементарными частицами протекают через последовательность актов их поглощения и испускания.

Различные процессы с элементарными частицами при наблюдаемых энергиях заметно отличаются по интенсивности протекания. В соответствии с этим взаимодействия элементарных частиц феноменологически делят на несколько классов: сильное, электромагнитное и слабое. Кроме того, все элементарные частицы обладают гравитационным взаимодействием.

Дата добавления: 2014-01-14