Історія відкриття основних елементарних частинок

план:

1. Введення _______________________________________________ стор 2.

2. Розвиток ідеї про планетарної моделі атома __________________ стор.3

3. Короткі історичні відомості _____________________________ стор.5

4. Електрони і позитрони ____________________________________ стор.8

5. Відкриття нейтрона ________________________________________ стор.10

6. окритія мезона __________________________________________ стр.12

7. Висновок __________________________________________________ стор.15

8. Спіок використаної літератури __________________________ стор.16

Введення.

Елементарні частинки в точному значенні цього терміна - первинні, далі нерозкладних частинки, з яких, за припущенням, складається вся матерія. У понятті «Е. ч. »в сучасній фізиці знаходить вираз ідея про первісних сутності, що визначають всі відомі властивості матеріального світу, ідея, що зародилася на ранніх етапах становлення природознавства і завжди грала важливу роль в його розвитку.

Поняття «Е. ч. »сформувалося в тісному зв'язку з встановленням дискретного характеру будови речовини на мікроскопічному рівні. Виявлення на рубежі 19-20 вв. найдрібніших носіїв властивостей речовини - молекул і атомів - і встановлення того факту, що молекули побудовані з атомів, вперше дозволило описати всі відомі речовини як комбінації кінцевого, хоча і великого, числа структурних складових - атомів. Виявлення в подальшому наявності складових складають атомів - електронів і ядер, встановлення складної природи ядер, які опинилися побудованими всього з двох типів часток (протонів і нейтронів), істотно зменшило кількість дискретних елементів, що формують властивості речовини, і дало підставу припускати, що ланцюжок складових частин матерії завершується дискретними безструктурними утвореннями - Е. ч. Таке припущення, взагалі кажучи, є екстраполяцією відомих фактів і скільки-небудь строго обгрунтовано бути не може. Не можна з упевненістю стверджувати, що частинки, елементарні в сенсі наведеного визначення, існують. Протони і нейтрони, наприклад, тривалий час вважалися Е. ч., Як з'ясувалося, мають складну будову. Не виключена можливість того, що послідовність структурних складових матерії принципово нескінченна. Може виявитися також, що твердження «складається з ...» на якийсь ступені вивчення матерії виявиться позбавленим змісту. Від даного вище визначення «елементарності» в цьому випадку доведеться відмовитися. Існування елементарних частинок. - це свого роду постулат, і перевірка його справедливості - одна з найважливіших завдань фізики.

Розвиток ідеї про планетарної моделі атома.

Не відразу вчені прийшли до правильних уявлень про будову атома.

Один з перших експериментальних фактів, що свідчать про складність атомів, про існування у них внутрішньої структури електричної природи, був встановлений Фарадеєм. На підставі дослідів по електролізу різних солей та інших сполук можна було з упевненістю стверджувати, що електричні заряди є в атомах усіх елементів. Однак треба було з'ясувати, що являє собою електрику, чи є воно безперервної субстанцією або в природі існують неподільні «атоми електрики».

Так як при електролізі однакову кількість атомів будь-якого одновалентного елемента завжди переносить одне і те ж кількість електрики, можна було припустити, що в природі існує «атом кількості електрики», однаковий в атомах усіх елементів.

Цей заряд отримав назву елементарного заряду. У 1891 році ірландський фізик Дж. Стогін запропонував для нього назву електрон Вирішальні експерименти, які довели реальність існування електронів, були виконані англійським фізиком Дж. Томсоном в 1899 році. Модель атома по Томсону представляла собою позитивно заряджену рідина, в якій плавають негативні електрони. Протягом 12 років ця модель видавалася дуже правдоподібною. Але в 1911 році з дослідів Резерфорда, який зіграв велику роль в розумінні будови атома, безпосередньо випливає п л а н е т а р н а я модель атома. Основні положення теорії атома сформулював Нільс Бор.

Цей найбільший переворот у фізиці стався на рубежі ХХ століття.

Саме в цей час великі принципи класичної фізики виявили свою неспроможність перед обличчям нових фактів. Фізики перейшли межі нової невідомої області, ім'я якої - мікросвіт.

Удар за поданнями, що стали звичними, виявився тим чутливішим, що в кінці ХІХ століття навіть видатні фізики були переконані в тому, що основні закони природи розкриті, і залишається використовувати їх для пояснення різних явищ і процесів.

Адже до цього фундаментальні принципи класичної механіки Ньютона, електродинаміки Максвелла та ін. Розділів фізики отримували все нові і нові підтвердження своєї справедливості.

Нікому не приходило в голову, що зі зменшенням, наприклад, маси тіл або збільшенням їх швидкості закони Ньютона, давно вважалися мало не самоочевидними, можуть виявитися неспроможними.

І ось з'ясувалося, що атоми піддаються руйнуванню. Дивні властивості виявив електрон. Його маса виростала зі швидкістю. Основна характеристика тіла - маса, що вважалася з часів Ньютона незмінною, виявилася залежить від швидкості. Але ж масу було прийнято розглядати як міру кількості речовини, що міститься в тілі.

Але ці труднощі виявилися трампліном для нових теорій ХХ століття - теорії відносності та квантової механіки.

Класична фізика виявилася приватним, або, точніше, граничним випадком теорії відносності при швидкостях, значно менших швидкості світла.

Термін «Е. ч. »часто вживається в сучасній фізиці не в своєму точному значенні, а менш суворо - для найменування великої групи найдрібніших частинок матерії, підпорядкованих умові, що вони не є атомами або атомними ядрами (виняток становить найпростіше ядро ​​атома водню - протон). Як показали дослідження, ця група часток надзвичайно обширна. До неї відносяться: протон (р), нейтрон (n) і електрон (e ^-), фотон (g), пі-мезони (p), мюони (m), нейтрино трьох типів (електронне v _e, мюонне v _m і пов'язане з т. зв. важким лептоном v _t), т. н. дивні частки (К-мезони і гіперонів), різноманітні резонанси, відкриті в 1974-77 y-частинки, «зачаровані» частинки, іпсилон-частинки (¡) і важкі лептони (t ^+, t ^-) - всього понад 350 частинок, в основному нестабільних. Число частинок, що включаються в цю групу, продовжує рости і, швидше за все, необмежено велике; при цьому більшість перерахованих часток не задовольняє строгому визначенню елементарності, оскільки, за сучасними уявленнями, вони є складовими системами (див. нижче). Використання назви «Е. ч. »до всіх цих частинок має історичні причини і пов'язано з тим періодом досліджень (початок 30-х рр. 20 ст.), коли єдино відомими представниками цієї групи були протон, нейтрон, електрон і частка електромагнітного поля - фотон. Ці чотири частинки тоді природно було вважати елементарними, т. К. Вони служили основою для побудови навколишнього нас речовини і взаємодіє з ним електромагнітного поля, а складна структура протона і нейтрона була відома.

Відкриття нових мікроскопічних частинок матерії поступово зруйнувало цю просту картину. Знову виявлені частинки, однак, у багатьох відношеннях були близькі до перших чотирьох відомих частинок. Об'єднує їх властивість полягає в тому, що всі вони є специфічними формами існування матерії, що не асоційованої в ядра і атоми (іноді з цієї причини їх називають «суб'ядерними частками»). Поки кількість таких частинок було не дуже велике, зберігалося переконання, що вони відіграють фундаментальну роль в будові матерії, і їх відносили до категорії Е. ч. Наростання числа суб'ядерних частинок, виявлення у багатьох з них складної будови показало, що вони, як правило, не володіють властивостями елементарності, але традиційна назва «Е. ч. »за ними збереглося

Короткі історичні відомості.

Відкриття елементарних частинок. Стало закономірним результатом загальних успіхів у вивченні будови речовини, досягнутих фізикою в кінці 19 ст. Воно було підготовлено всебічними дослідженнями оптичних спектрів атомів, вивченням електричних явищ в рідинах і газах, відкриттям Фотоелектрика, рентгенівських променів, природної радіоактивності, що свідчили про існування складної структури матерії.

Історично першою відкритою Е. ч. Був електрон - носій негативного елементарного електричного заряду в атомах. У 1897 Дж. Дж. Томсон встановив, що т. Зв. катодні промені утворені потоком найдрібніших частинок, які були названі електронами. У 1911 Е. Резерфорд, пропускаючи альфа-частинки від природного радіоактивного джерела через тонкі фольги різних речовин, з'ясував, що позитивний заряд в атомах зосереджений в компактних утвореннях - ядрах, а в 1919 виявив серед частинок, вибитих з атомних ядер, протони - частки з одиничним позитивним зарядом і масою, в 1840 разів перевищує масу електрона. Інша частинка, що входить до складу ядра, - нейтрон - була відкрита в 1932 Дж. Чедвиком при дослідженнях взаємодії a-частинок з берилієм. Нейтрон має масу, близьку до маси протона, але не володіє електричним зарядом. Відкриттям нейтрона завершилося виявлення частинок - структурних елементів атомів і їх ядер.

Висновок про існування частинки електромагнітного поля - фотона - бере свій початок з роботи М. Планка (1900). Припустивши, що енергія електромагнітного випромінювання абсолютно чорного тіла квантування, Планк отримав правильну формулу для спектра випромінювання. Розвиваючи ідею Планка, А. Ейнштейн (1905) постулював, що електромагнітне випромінювання (світло) в дійсності є потоком окремих квантів (фотонів), і на цій основі пояснив закономірності фотоефекту. Прямі експериментальні докази існування фотона були дані Р. Міллікеном (1912- 1915) і А. Комптоном (1922).

Відкриття нейтрино - частинки, майже не взаємодіє з речовиною, веде свій початок від теоретичної здогадки В. Паулі (1930), що дозволила за рахунок припущення про народження такої частинки усунути труднощі з законом збереження енергії в процесах бета-розпаду радіоактивних ядер. Експериментально існування нейтрино було підтверджено лише в 1953 (Ф. Райнес і К Коуен, США).

З 30-х і до початку 50-х рр. вивчення елементарних частинок. було тісно пов'язане з дослідженням космічних променів. У 1932 в складі космічних променів К. Андерсоном був виявлений позитрон (е ⁺⁾ - частинка з масою електрона, але з позитивним електричним зарядом. Позитрон був першою відкритою античастинкою. Існування е ⁺ безпосередньо випливало з релятивістської теорії електрона, розвинутої П. Діраком (1928-31) незадовго до виявлення позитрона. У 1936 американські фізики К. Андерсон і С. Неддермейер виявили при дослідженні осміческіх променів мюони (обох знаків електричного заряду) - частинки з масою приблизно в 200 мас електрона, а в іншому дивно близькі за властивостями до е ^-, е ^+.

У 1947 також в космічних променях групою С. Пауелла були відкриті p ⁺ і p ^- мезони з масою в 274 електронні маси, які відіграють важливу роль у взаємодії протонів з нейтронами в ядрах.Існування подібних частинок було припущено Х. Юкавой в 1935.

Кінець 40-х - початок 50-х рр. ознаменувалися відкриттям великої групи частинок з незвичайними властивостями, що одержали назву «дивних». Перші частинки цієї групи К ⁺ - і К ^- мезони, L-, S ⁺ -, S ^- -, X ^- -гиперона були відкриті в космічних променях, наступні відкриття дивних частинок були зроблені на прискорювачах - установках, що створюють інтенсивні потоки швидких протонів і електронів. При зіткненні з речовиною прискорені протони й електрони народжують нові Е. ч., Які і стають предметом вивчення.

З початку 50-х рр. прискорювачі перетворилися на основний інструмент для дослідження елементарних частинок. У 70-х рр. енергії частинок, розігнаних на прискорювачах, склали десятки і сотні млрд. електронвольт (Гев). Прагнення до збільшення енергій частинок обумовлено тим, що високі енергії відкривають можливість вивчення будови матерії на тим менших відстанях, чим вище енергія зіштовхуються частинок. Прискорювачі істотно збільшили темп отримання нових даних і в короткий термін розширили і збагатили наше знання властивостей мікросвіту. Застосування прискорювачів для вивчення дивних частинок дозволило більш детально вивчити їх властивості, зокрема особливості їх розпаду, і незабаром привело до важливого відкриття: з'ясуванню можливості зміни характеристик деяких мікропроцеси при операції дзеркального відображення - т. Зв. порушення просторів. парності (1956). Введення в дію протонних прискорювачів з енергіями в мільярди ев дозволив відкрити важкі античастинки: антипротон (1955), антинейтрон (1956), антісігма-гіперонів (1960). У 1964 був відкритий найважчий гіперонів W ^- (з масою близько двох мас протона). У 1960-х рр. на прискорювачах було відкрито велику кількість вкрай нестійких (у порівнянні з ін. нестабільними Е. ч.) частинок, які отримали назву «резонансів». Маси більшості резонансів перевищують масу протона. Перший з них D ₁ (1 232) був відомий з 1953. Виявилося, що резонанси складають основна частина Е. ч.

У 1962 було з'ясовано, що існують два різних нейтрино: електронне і мюонне. У 1964 у розпаді нейтральних К-мезонів. було виявлено незбереження т, н. комбінованої парності (введеної Лі-Цзун дао і Ян Чжень-Ніномія і незалежно Л. Д. Ландау в 1956), що означає необхідність перегляду звичних поглядів на поведінку фізичних процесів при операції відображення часу.

У 1974 були виявлені масивні (в 3-4 протонні маси) і в той же час відносно стійкі y-частинки, з часом життя, незвично великим для резонансів. Вони виявилися тісно пов'язаними з новим сімейством елементарних частинок. - «зачарованих», перші представники якого (D ^0, D ^+, L _с) були відкриті в 1976. У 1975 було отримано перші відомості про існування важкого аналога електрона і мюона (важкого лептона t). У 1977 були відкриті ¡частинки з масою порядку десятка протонних мас.

Таким чином, за роки, що минули після відкриття електрона, було виявлено величезну кількість різноманітних мікрочастинок матерії. Світ елементарних частинок. Виявився досить складно влаштованих. Несподіваними у багатьох відношеннях виявилися властивості виявлених елементарних частинок. Для їх опису, крім характеристик, запозичених з класичної фізики, таких, як електричний заряд, маса, момент кількості руху, треба було ввести багато нових спеціальних характеристик, зокрема для опису дивних елементарних частинок . - дивина (К. Нішіджіма, М. Гелл-Ман, 1953), «зачарованих» Е. ч. - «чарівність» (американські фізики Дж. Бьyoркен, Ш. Глешоу, 1964); вже назви приведених характеристик відображають незвичайність описуваних ними властивостей елементарних частинок.

Електрони і позитрони

До складу всіх оточуючих нас речовин входять електрони. Їх електричний заряд точно відомий (наприклад, з експериментів з олійними крапельками) і дорівнює e = 4,802 • 10 ^-10 електростатичних одиниць. Маса електрона теж точно відома (наприклад, з експериментів по відхиленню в електричному і магнітному полях, дають величину відносини електричного заряду до маси) і має величину m _e = 9,105 • 10 ^-28 м Відповідне значення енергії спокою m _e c ² = 0, 51079 МеВ. Аналіз атомних спектрів показує, що спін електрона s = 1/2, а його магнітний момент дорівнює одному магнетону Бора. Електрони підкоряються статистиці Фермі, так як вони мають напівцілим спіном. Це узгоджується з експериментальними даними про структуру атомів і про поведінку електронів в металах.

Позитрони (позитивні електрони) в речовині не можуть існувати, тому що при уповільненні вони анігілюють, з'єднуючись з негативними електронами. У цьому процесі, який можна розглядати як зворотний процес народження пар, позитивний і негативний електрони зникають, при цьому утворюються фотони, яким передається їх енергія. При анігіляції електрона і позитрона в більшості випадків утворюються два фотони, значно рідше - один фотон. Однофотонна анігіляція може статися тільки в тому випадку, коли електрон сильно пов'язаний з ядром; участь ядра в цьому випадку необхідно для збереження імпульсу. Двухфотонная анігіляція, навпаки, може відбуватися і з вільним електроном. Часто процес анігіляції відбувається після практично повної зупинки позитрона. В цьому випадку випускаються в протилежних наравленіях два фотона з рівними енергіями.

Позитрон був відкритий Андерсоном при вивченні космічних променів методом камери Вільсона. На малюнку, який є репродукцією з отриманою Андерсоном фотографії в камері Вільсона, видно позитивна частинка, що входить в свинцеву пластину завтовшки 0,6 см з імпульсом 6,3 • 10 ⁷ ев / с і виходить з неї з імпульсом 2,3 • 10 ⁷ ев / с. Можна встановити верхню межу для маси цієї частки, допустивши, що вона втрачає енергію тільки на зіткнення. Ця межа становить 20 m _e. На підставі цієї та інших подібних фотографій Андерсон висунув гіпотезу про існування позитивної частинки з масою, приблизно рівною масі звичайного електрона. Цей висновок скоро було підтверджено спостереженнями Блеккета і Оккиалини в камері Вільсона. Незабаром після цього Кюрі і Жоліо відкрили, що позитрони утворюються при конверсії гамма-променів радіоактивних джерел, а також випускаються штучними радіоактивними ізотопами. Так як фотон, будучи нейтральним утворює пару (позитрон і електрон), то з принципу збереження електричного заряду випливає, що за абсолютною величиною заряд позитрона дорівнює заряду електрона.

Перше кількісне визначення маси позитрона було зроблено Тібо, який вимірював відношення e / m методом трохоїда і прийшов до висновку, що маси позитрона і електрона відрізняються не більше ніж на 15%. Пізніші експерименти Шпіса і Кана, які використовували мас-спектрографічний установку, показали, що маси електрона і позитрона збігаються з точністю до 2%. Ще пізніше Дюмонд і співробітники виміряли з великою точністю довжину хвилі анігіляційного випромінювання. З точністю до помилок експерименту (0,2%) вони отримали таке значення довжини хвилі, якого слід було очікувати в припущенні, що позитрон і електрон мають рівні маси.

Закон збереження моменту кількості руху в застосуванні до процесу народження пар показує, що позитрони володіють напівцілим спіном і, отже, підкоряються статистиці Фермі. Розумно предположть, що спін позитрона дорівнює 1/2, як і спін електрона.

Відкриття нейтрона.

Відкриття ізотопів не прояснив питання про будову ядра. До цього часу були відомі лише протони - ядра водню і електрони, а тому природною була спроба пояснити існування ізотопів різними комбінаціями цих позитивно і негативно заряджених частинок. Можна було б думати, що ядра містять А протонів, де А - масове число, і АZ електронів. При цьому повний позитивний заряд збігається з атомним номером Z.

Така проста картина однорідного ядра спочатку не суперечила висновку про малих розмірах ядра, які з досвіду Резерфорда. «Природний радіус» електрона r ₀ = e ² / mc ² (який виходить, якщо прирівняти електростатичну енергію e ² / r ₀ заряду, розподіленого по сферичної оболонці, власної енергії електрона mc ²⁾ становить r ₀ = 2,8210 ^-15 м. Такий електрон досить малий, щоб перебувати всередині ядра радіусом 10 ^-14 м, хоча помістити туди велике число часток було б важко. У 1920 Резерфорд та інші вчені розглядали можливість існування стійкої комбінації з протона і електрона, що відтворює нейтральну частку з масою, приблизно рівною масі протона. Однак через відсутність електричного заряду такі частинки з працею піддавалися б виявленню. Навряд чи вони могли б і вибивати електрони з металевих поверхонь, як електромагнітні хвилі при фотоефекті.

Лише через десятиліття, після того як природна радіоактивність була глибоко досліджена, а радіоактивне випромінювання стали широко застосовувати, щоб викликати штучне перетворення атомів, було надійно встановлено існування нової складової частини ядра. У 1930 В.Боте і Г. Беккер з Гісенського університету проводили опромінення літію та берилію альфа-частками і за допомогою лічильника Гейгера реєстрували виникає при цьому проникаюче випромінювання. Оскільки на це випромінювання не чинили впливу електричні і магнітні поля і вона мала велику проникаючу здатність, автори прийшли до висновку, що випускається жорстке гамма-випромінювання. У 1932 Ф. Жоліо і І.Кюрі повторили досліди з берилієм, пропускаючи таке проникаюче випромінювання через парафіновий блок. Вони виявили, що з парафіну виходять протони з незвично високою енергією, і зробили висновок, що, проходячи через парафін, гамма-випромінювання в результаті розсіювання породжує протони. (У 1923 було встановлено, що рентгенівські промені розсіюються на електронах, даючи Комптонівське ефект.)

Дж.Чедвік повторив експеримент. Він також використовував парафін і за допомогою іонізаційної камери (рис. 1), в якій збирався заряд, що виникає при вибиванні електронів з атомів, вимірював пробіг протонів віддачі.

рис.1

Чедвік використовував також газоподібний азот (в камері Вільсона, де уздовж сліду зарядженої частинки відбувається конденсація водяних крапельок) для поглинання випромінювання і вимірювання пробігу атомів віддачі азоту. Застосувавши до результатів обох експериментів закони збереження енергії і імпульсу, він прийшов до висновку, що виявлене нейтральне випромінювання - це не гамма-випромінювання, а потік частинок з масою, близькою до маси протона. Чедвік показав також, що відомі джерела гамма-випромінювання не вибивають протонів.

Тим самим було підтверджено існування нової частинки, яку тепер називають нейтроном. Розщеплення металевого берилію відбувалося таким чином:

Альфа-частинки ⁴ ₂ He (заряд 2, масове число 4) стикалися з ядрами берилію (заряд 4, масове число 9), в результаті чого виникали вуглець і нейтрон.

Відкриття нейтрона стало важливим кроком вперед. Спостережувані характеристики ядер тепер можна було інтерпретувати, розглядаючи нейтрони і протони як складові частини ядер. На рис. 2 схематично показана структура кількох легких ядер.

рис.2

Нейтрон, як тепер відомо, на 0,1% важче протона. Вільні нейтрони (поза ядра) зазнають радіоактивний розпад, перетворюючись в протон і електрон. Це нагадує про первісної гіпотези складовою нейтральної частинки. Однак всередині стабільного ядра нейтрони пов'язані з протонами і мимоволі не розпадаються.

відкриття мезона

Відкриття мезона, на відміну від відкриття позитрона стало не результатом одиничного спостереження, а швидше за висновком з цілої серії експериментальних і теоретичних досліджень.

У 1932 році Россі, використовуючи метод збігів, запропонований Боті і Кольхерстером, показав, що відому частину спостережуваного на рівні моря космічного випромінювання складають частинки, здатні проникати через свинцеві пластини товщиною до 1 м. Незабаром після цього він також звернув увагу на існування в космічних променях двох різних компонент. Частинки однієї компоненти (проникаюча компонента) здатні проходити через великі товщі речовини, причому ступінь поглинання їх різними речовинами приблизно пропорційна масі цих речовин. Частинки інший компоненти (лівнеобразующая компонента) швидко поглинаються, особливо важкими елементами; при цьому утворюється велика кількість вторинних частинок (зливи). Експерименти з вивчення проходження частинок космічних променів через свинцеві пластини, проведені з камерою Вільсона Андерсоном і Неддемейером, також показали, що існують дві різні компоненти космічних променів. Ці експерименти показали, що, в той час як в середньому втрата енергії частинок космічних променів у свинці співпадала по порядку величин з теоретично обчисленої втратою на зіткнення, деякі з цих частинок відчували набагато більші втрати.

У 1934 році Бете і Гайтлер опублікували теорію радіаційних втрат електронів і народження пар фотонами. Властивості менш проникаючої компоненти, що спостерігалася Андерсоном і Неддемейером, перебувають у злагоді зі властивостями електронів, передбаченими теорією Бете і Гайтлера; при цьому великих втрат пояснювалися радіаційними процесами. Властивості лівнеобразующего випромінювання, виявленого Россі, також могли бути пояснені в припущенні, що це випромінювання складається з електронів і фотонів високих енергій. З іншого боку, визнаючи справедливість теорії Беті і Гайтлера, доводилося робити висновок, що "проникаючі" частки в експериментах Россі і менш поглинаються частки в експериментах Андерсона і Неддемейера відрізняються від електронів. Довелося припустити, що проникають частинки важче електронів, так як відповідно до теорії втрати енергії на випромінювання обернено пропорційні квадрату маси.

У зв'язку з цим обговорювалася можливість краху теорії випромінювання при великих енергіях. В якості альтернативи Вільямс в 1934 році висловив припущення, що проникають частинки космічних променів, можливо, мають масу протона. Одна з труднощів, пов'язаних з цією гіпотезою, полягала в необхідності існування не тільки позитивних, але і негативних протонів, тому що експерименти з камерою Вільсона показали, що проникають частинки космічних променів мають заряди обох знаків. Більш того, на деяких фотографіях, отриманих Андерсоном і Неддемейером в камері Вільсона, можна було бачити частинки, що не випромінювали подібно електронам, але, проте, були не такими важкими, як протони. Таким чином, до кінця 1936 року стало майже очевидним, що в космічних променях є, крім електронів, ще й частки до тих пір невідомого типу, імовірно частинки з масою, проміжною між масою електрона і масою протона. Слід зазначити також, що в 1935 році Юкава з чисто теоретичних міркувань передбачив існування подібних частинок.

Існування частинок з проміжною масою було безпосередньо доведено в 1937 році експериментами Неддемейера і Андерсона і Стрита і Стівенсона.

Експерименти Неддемейера і Андерсона стали продовженням (з поліпшеною методикою) згадуваних вище досліджень по втратах енергії частинок космічних променів. Вони були проведені в камері Вільсона, вміщеній в магнітне поле і розділеної на дві половини платинової пластиною товщиною 1 см. Втрати імпульсу для окремих частинок космічних променів визначалися шляхом вимірювання кривизни сліду до і після пластини.

Поглинаються частки легко можуть бути інтерпретовані як електрони. Така інтерпретація підкріплюється тим, що поглинаються частки на відміну від проникаючих часто викликають в платиновому поглиначі вторинні процеси і здебільшого зустрічаються групами (по дві і більше). Саме цього і слід було очікувати, оскільки багато хто з електронів, що спостерігаються при такій же геометрії експерименту, що у Неддемейера і Андерсона, входять до складу злив, що утворюються в навколишньому речовині. Що стосується природи проникаючих частинок, то тут багато пояснили два наступних результату, отриманих Неддемейером і Андерсоном.

1). Незважаючи на те, що поглинаються частинки відносно частіше зустрічаються при малих значеннях імпульсів, а проникають частинки навпаки (більш часті при великих значеннях імпульсів), є інтервал імпульсів, в якому представлені і поглинаються і проникаючі частинки. Таким чином, відмінність в поведінці цих двох сортів часток не може бути приписано відмінності в енергіях. Цей результат виключає можливість вважати проникаючі частинки електронами, пояснюючи їх поведінку несправедливістю теорії випромінювання при великих енергіях.

2). Є деяке число проникаючих частинок з імпульсами менше 200 МеВ / с, які виробляють не велику іонізацію, ніж однозарядна частка поблизу мінімуму кривої іонізації. Це означає, що проникають частинки космічних променів значно легше, ніж протони, оскільки протон з імпульсом менше 200 МеВ / с виробляє питому іонізацію, приблизно в 10 разів перевищує мінімальну.

Стріт і Стівенсон спробували безпосередньо оцінити масу частинок космічних променів шляхом одночасного вимірювання імпульсу і питомої іонізації. Вони використовували камеру Вільсона, яка керувалася системою лічильників Гейгера-Мюллера, включеної на антизбігів. Цим досягався відбір частинок, близьких до кінця свого пробігу. Камера містилася в магнітне поле напруженістю 3500 гс; камера спрацьовувала із затримкою близько 1 сек, що дозволяло виробляти рахунок крапельок. Серед великого числа фотографій Стріт і Стівенсон знайшли одну, що являла надзвичайний інтерес.

На цій фотографії видно слід частинки з імпульсом 29 МеВ / с, іонізація якої приблизно в шість разів перевищує мінімальну. Ця частка має негативним зарядом, оскільки вона рухається вниз. Судячи по імпульсу і питомої іонізації, її маса виявляється рівною приблизно 175 масам електрона; ймовірна помилка, складова 25%, обумовлена ​​неточністю вимірювання питомої іонізації. Зауважимо, що електрон, що володіє імпульсом 29 МеВ / с, має практично мінімальну іонізацію. З іншого боку, частинки з таким імпульсом і масою протона (або рухається вгору звичайний протон, або негативний протон, що рухається вниз) мають питомої іонізацією, яка приблизно в 200 разів перевищує мінімальну; крім того, пробіг такого протона в газі камери повинен бути менше 1 см. У той же час слід, про який йде мова, ясно видно протягом 7 см, після чого він виходить з освітленого обсягу.

Описані вище експерименти безумовно довели, що проникають частинки дійсно є більш важкими, ніж електрони, але більш легкими, ніж протони. Крім того, експеримент Стріт і Стівенсона дав першу приблизну оцінку маси цієї нової частинки, яку ми можемо тепер назвати її загальноприйнятим ім'ям - мезон.

Висновок.

Вивчення внутрішньої будови матерії і властивостей елементарних частинок. З перших своїх кроків супроводжувалося радикальним переглядом багатьох усталених понять і уявлень. Закономірності, що керують поведінкою матерії в малому, виявилися настільки відмінними від закономірностей класичної механіки та електродинаміки, що зажадали для свого опису абсолютно нових теоретичних побудов. Такими новими фундаментальними побудовами в теорії з'явилися приватна (спеціальна) і загальна теорія відносності (А. Ейнштейн, 1905 і 1916; відносності теорія, Тяжіння) і квантова механіка (1924-27; Н.Бор, Л. де Бройль, В. Гейзенберг, Е. Шредінгер, М. Борн). Теорія відносності і квантова механіка знаменували собою справжню революцію в науці про природу і заклали основи для опису явищ мікросвіту. Однак для опису процесів, що відбуваються з елементарних частинок., Квантової механіки виявилося недостатньо. Знадобився наступний крок - квантування класичних полів (т. Н. Квантування вторинне) і розробка квантової теорії поля. Найважливішими етапами на шляху її розвитку були: формулювання квантової електродинаміки (П. Дірак, 1929), квантової теорії b-розпаду (Е. Фермі, 1934), що поклала початок сучасної теорії слабких взаємодій, квантової мезодінамікі (Юкава, 1935). Безпосередньою попередницею останньої була т. Зв. b-теорія ядерних сил (І. Є. Тамм, Д. Д. Іваненко, 1934; Сильні взаємодії). Цей період завершився створенням послідовного обчислювального апарату квантової електродинаміки (С. Томонага, Р. Фейнман, Ю. Швінгер; 1944-49), заснованого на використанні техніки перенормування (Квантова теорія поля). Ця техніка була узагальнена згодом стосовно до інших варіантів квантової теорії поля.

Квантова теорія поля продовжує розвиватися і вдосконалюватися і є основою для опису взаємодій елементарних частинок. У цій теорії є ряд істотних успіхів, і все ж вона ще дуже далека від завершеності і не може претендувати на роль всеосяжної теорії елементарних частинок. Походження багатьох властивостей Е . ч. і природа притаманних їм взаємодій значною мірою залишаються неясними. Можливо, знадобиться ще не одна перебудова всіх уявлень і набагато більш глибоке розуміння взаємозв'язку властивостей мікрочастинок і геометричних властивостей простору-часу, перш ніж теорія елементарних частинок. Буде побудована.

1 Мякішев Г.Я. "Елементарні частинки" М., Просвітництво, 1977р.

2 Савельєв І.В. "Курс фізики", М, Наука, 1989р.

3 Крейчі "Світ очима сучасної фізики" М, Мир, 1974

4 Комар А.А. "Елементарні частинки" Стаття

5 Зисман Г.А., Тодес О.М. "Курс загальної фізики" Київ, вид. Еделвейс

1994 р

6 Федоров Ф. "Ланцюгова реакція ідеї" М., изд. Знання, 1975 г.