Быстрый поиск

element.jpg

Большинство известных в настоящее время элементарных частиц не существует в обычном веществе. Поэтому, чтобы изучить их свойства, необходимо сначала получить их. В типичном для физики элементарных частиц эксперименте пучок протонов, ускоренных до высокой энергии, направляют на покоящуюся мишень, вещество которой выбирается в зависимости от целей эксперимента. Протоны пучка сталкиваются с протонами и нейтронами ядер вещества мишени. При столь высоких энергиях частиц пучка энергия связи нуклонов в ядре несущественна, и столкновение происходит так, как если бы протон попадал в несвязанный протон или нейтрон. Эта ситуация хорошо моделируется системой из двух твердых тел, скрепленных тонкой веревкой. Если по одному из них легонько ударить, вся система, вместе с веревками, сдвинется как целое. Но если на одно из тел подействует очень большая сила, то веревка не выдержит и это тело отлетит, разорвав веревку и оставив позади себя другое тело. Подобно этому, когда высокоэнергетический протон соударяется с нуклоном в ядре, нуклон, как правило, вылетает из ядра.

 

Если мишень имеет толщину около метра, то почти все протоны пучка, проходя через нее, встречаются на своем пути, по крайней мере, с одним ядром и так или иначе с ним взаимодействуют. В результате столкновения протон может рассеиваться на некоторый угол так же, как рассеиваются низкоэнергетические электроны и фотоны. Однако при высоких энергиях наиболее характерен другой процесс взаимодействия, а именно рождение новых частиц, которых не было ни в первоначальном пучке, ни в веществе мишени. В процессе рождения новых частиц часть кинетической энергии исходных частиц превращается в энергию покоя новых частиц. Это служит подтверждением одной из возможностей, предсказанных теорией относительности. Новые частицы рождаются более чем в 50% случаев столкновений протонов высоких энергий с ядрами. Число рожденных в каждом столкновении частиц возрастает с увеличением энергии, начиная от одной или двух — для протонов с кинетической энергией около 1000 МэВ (1 ГэВ). Новые частицы обычно не являются ни протонами, ни нейтронами.

 

 

Прежде чем говорить об обсуждении природы и свойств других элементарных частиц, необходимо как-то обосновать, почему физики думают, что элементарные частицы рождаются в столкновениях заново, а не просто освобождаются. Мы видели, что электроны и нейтроны также могут вылетать из вещества при различных воздействиях на него, но при этом мы не сомневались, что вылетающие частицы уже существовали в веществе до столкновения, а не рождались в результате него. Поэтому желательно установить точный критерий того, какая из этих взаимоисключающих возможностей каждый раз реализуется. Одним из критериев, позволяющих судить, существовала ли частица в веществе до столкновения или нет, служит наблюдение, устанавливающее, можно ли выбить ее оттуда различными «снарядами». Другой используемый физиками критерий сводится к выяснению того, вылетает ли эта новая частица при столкновениях, в которых кинетическая энергия исходных частиц меньше энергии покоя рождающейся частицы. В соответствии с законом сохранения энергии новая частица может родиться только в том случае, если часть кинетической энергии сталкивающихся частиц превращается в ее энергию покоя. Применяя этот критерий к различным экспериментам, можно заключить, что электроны, протоны и нейтроны изначально присутствуют в веществе, поскольку они вылетают из него в результате столкновений, в которых суммарная кинетическая энергия исходных частиц гораздо меньше их энергии покоя. Для других частиц подобное не наблюдается, отсюда следует, что в обычном веществе их нет. Однако эти критерии становятся весьма сомнительными, когда энергия связи частицы оказывается сравнимой с ее энергией покоя, поскольку для вылета частицы необходимо, чтобы энергия исходных частиц компенсировала энергию связи.

 

Элементарные частицы, рождающиеся в столкновениях, различаются по своим массам, спинам и другим свойствам. Во многих отношениях мир элементарных частиц выглядит гораздо запутаннее, чем мир атомов или ядер. Помимо трудности получения элементарных частиц существенной помехой для их изучения является их нестабильность — большинство частиц самопроизвольно распадается на другие частицы почти сразу же после рождения.

 

Из частиц, не существующих в обычном веществе, в столкновениях легче всего получить позитрон, или положительно заряженный электрон, который был открыт Карлом Андерсоном в 1932 г. Если через тонкую металлическую пластину проходит пучок электронов или фотонов с энергиями в несколько МэВ, то из пластины вылетают электроны, а также другие заряженные частицы, масса которых совпадает с массой электрона, а заряд положителен и по абсолютной величине равен заряду электрона. Это и есть позитроны. Тщательные измерения показали, что позитроны рождаются в паре с электронами, иными словами, происходит «рождение пары». Как показывают оценки величины этого эффекта, фотон с энергией 5 МэВ, прошедший через кусок железа толщиной 10 см, вероятнее всего создает один электрон и один позитрон, т. е. одну пару. Пара рождается только в том случае, если энергия фотона не меньше 1,02 МэВ, что равно сумме энергий покоя позитрона и электрона. Это показывает, что фотон именно порождает позитрон, исчезая в процессе рождения последнего, а не освобождает его из вещества, поскольку в этом случае энергия, необходимая для вылета позитрона, по-видимому, зависела бы от свойств вещества. Закон сохранения заряда в применении к процессу рождения позитрона из фотона требует, чтобы одновременно с позитроном рождалась также отрицательно заряженная частица, что и наблюдается на опыте. Закон сохранения энергии требует, чтобы энергия фотона была бы не меньше суммы энергий покоя пары рожденных частиц. Эта энергия довольно мала, так что гамма-фотоны, возникающие в результате некоторых радиоактивных распадов, способны рождать пары. Поэтому позитроны можно получить и без помощи ускорителей частиц.

Рекомендуем почитать!

trapani-sitsilijskij-serp
Факты о городе Трапани (Trapani) Трапани (Trapani) -...ДАЛЕЕ .....1076
teoriya-slabykh-vzaimodejstvij
Обилие экспериментальных данных по слабым взаимодействиям...ДАЛЕЕ .....243
istoriya-proiskhozhdeniya-sgushchennogo-moloka
Кто и когда придумал сгущенное молоко? В 1810 году идея по...ДАЛЕЕ .....1267
osnovnye-khimicheskie-ponyatiya
Химики отделяют одно вещество от другого (или очищают),...ДАЛЕЕ .....416
interesnye-i-poleznye-fakty-pro-syr
Многие рестораны  имеют в своем арсенале массу блюд,...ДАЛЕЕ .....1035
kogda-chelovek-poproboval-rybnye-palochki-i-kak-ikh-delayut
Интересные сведения о рыбных палочках.   Первыми...ДАЛЕЕ .....979
o-dostizheniyakh-leonardo-da-vinchi
Леонардо да Винчи был живописцем, скульптором, инженером,...ДАЛЕЕ .....916
pochemu-goryat-ushi
Случалось ли, чтобы у вас горели...ДАЛЕЕ .....773
rejki-velikoe-tainstvo
Тайны Рейки Рейки это великое таинство, во время которого...ДАЛЕЕ .....549
novye-russkie
Новые-русские - кто они. Под термином новые-русские...ДАЛЕЕ .....481
kakaya-cherepakha-samaya-ogromnaya
Самая большая черепаха в мире - кожистая черепаха Кожистая...ДАЛЕЕ .....1206
frederik-grant-banting
Родился в ноябре 1891 года, интересовался спортом и...ДАЛЕЕ .....796
tsarstvovanie-v-rossii-vasiliya-iii
Восхождение Василия на престол было нелегким. Он был...ДАЛЕЕ .....1134
a-opasen-li-elektricheskij-tok-na-samom-dele
В давние времена еще, когда миром правили боги и цари люди и...ДАЛЕЕ .....778
knyaz-igor
   Годы правления 912-945   Князь...ДАЛЕЕ .....1005
chuvstvuyut-li-zhivotnye-priblizhenie-apokalipsisa
Животные очень чувствительно относятся ко всем переменам,...ДАЛЕЕ .....1064
dublirovanie-velosipedy
Дублирование на транспорте   Начнем с велосипеда...ДАЛЕЕ .....850
knyaz-yaropolk
Года правления 1132-1139     Князь...ДАЛЕЕ .....800
Август III Саксонец, прозванный Толстым, не снискал симпатий...ДАЛЕЕ .....1028
tsvetnye-linzy-mogut-okazatsya-poleznymi-vo-mnogom
Большинство людей убеждены в том, что цветные линзы являются...ДАЛЕЕ .....802
zhara-ubivaet-seks
Когда на улице жара, кажется, что все человеческие нужды,...ДАЛЕЕ .....457
spichki-chto-eto-takoe-i-kak-ikh-delayut
Как делают спички Такая простая вещь - спичка. Деревянная...ДАЛЕЕ .....1353
po-kakoj-prichine-antarktika-kontinent-s-samym-kholodnym-klimatom
Места с самой низкой температурой на нашей планете - это не что...ДАЛЕЕ .....1020
materiala-v-sverkhprovodyashchee
В прошлых публикациях мы рассмотрели основные принципы...ДАЛЕЕ .....429
izuchenie-meteorov
В нашей стране уже многие годы изучением метеоров занимаются...ДАЛЕЕ .....967
electronic-key-impressioner-beregites-avtomobilisty
Все знают, что автомобильные воры очень изобретательны и...ДАЛЕЕ .....609
organicheskie-elektronnye-ustrojstva
Ученые Тель-авивского университета (Израиль) создали новую...ДАЛЕЕ .....828
novyj-solnechnyj-samolet
Компания Solar Impulse сконструировала самолет с таким же...ДАЛЕЕ .....778
atomy-i-elementy
Атомы и элементы - одни из основных понятий, которые...ДАЛЕЕ .....1208