Час) основные виды частиц, методы их регистрации. Систематизация элементарных частиц. Типы взаимодействия. Кварки.

    Методы наблюдения и регистрации элементарных частиц.

     Принцип действия всех приборов подобного типа заключается в том, что прибор является сложной макроскопической системой, которая при действии элементарной частицы переходит в новое состояние, а затем состояние восстанавливается до первоначального.

 

         3) Пузырьковая камера, (1952) Глейзер (США). Предложено использовать перегретую жидкость (азот, углекислый газ).

4) Метод толстостенных фотоэмульсий. Образуется трек в азотнокислом

серебре фотоэмульсии.

 

  Общие сведения об элементарных частицах. В микромире выделяются три уровня, различающиеся характерными масштабами R и энергиями Е.

  Первый из них:  молекулярно-атомный уровень, для которого

R ~ 10  ÷ 10 м, Е ~ 1 ÷ 10 эВ; второй: ядерный уровень, R~10 ÷10 м, Е ~ 10  ÷ 10  эВ. На третьем уровне располагаются мельчайшие микрочастицы размерами меньше, чем молекулы, атомы и ядра. По традиции они именуются элементарными частицами. Их называют также субъядерными частицами. Сейчас общее число известных элементарных частиц (вместе с античастицами) приближается к 400. Для изучения очень мелких  деталей  нужны  очень высокие энергии. Поэтому современная физика элементарных частиц называется физикой высоких энергий. В настоящее время доступными на ускорителях (колайдеры) элементарных частиц являются энергии ~ 100000 ГэВ, чему соответствуют минимальные расстояния ~ 10  м.

                 

     Открытия: электрона, Дж. Томсон (1899), чем доказал реальность существования электрона, а Милликен(1909) измерил его заряд q=1,6·10 Кл и массу m = 9,1 · 10 кг. Резерфорд (1919) обнаружил протон. Чедвиг (1920) открыл нейтрон. Дирак (1928) предсказал, а Андерсон (1932) открыл позитрон ( е), (1955) – антипротон, (1959) – антинейтрон, (1955) – нейтрино (ν) и антинейтрино (). В 1837г. Юкава предположил, а в 1947г. обнаружены мезоны (μ).

 

Классификация элементарных частиц.

Элементарные частицы делятся на 4 класса.

1) Фотоны     а) энергия возрастает с частотой,

                       б) являются материальными частицами,

                       в) имеют инертную массу, но могут двигаться только со 

                           скоростью света,

                       г) не существуют в состоянии покоя.

    

 

         

       2) Лептоны (легкие по массе).     За исключением μ – мезонов, это:

        Электрон и позитрон; элек-         стабильные частицы, имеют сла-

        тронные нейтрино и анти-              бое взаимодействие;

           нейтрино; μ – мезоны; ме-         μ – мезоны распадаются на элек-

         зонные нейтрино и анти-          трон (позитрон) и два нейтрино,

         нейтрино …                                 или антинейтрино

         масса покоя у нейтрино = 0.       μ  = е  +  + ν .

 

   3) Мезоны – средние по массе.     Частицы нестабильны, возможны

π – мезоны и k – мезоны.            несколько вариантов распада

                                                      одной частицы. m >  m > m .

 

4) Адроны или барионы.            Протоны стабильны, нейтроны

Тяжелые частицы: протоны,      испытывают β – распад; выбрасы-

нейтроны; антипротоны,            вают электроны и превращаются

антинейтроны;                             в протоны Т = 12,8мин. Осталь-

гипероны: лямбда, сигма,          ные барионы нестабильны. Гипе-

кси, омега.                                    роны распадаются на нуклоны и

                                                      π – мезоны. Обладают сильным

                                                      взаимодействием и называются

                                                      адронами.

 

Обозначение кварка (антикварка)	Электрический заряд в единицах е	Считается что элементарные частицы состоят из кварков  - дробозаряженных фундамен-тальных частиц. При этом предполагается, что их имеет-ся шесть сортов, или «ароматов». Карки интенсив-но искали, но безуспешно. Сейчас считается общеприня-тым, что кварки не могут существовать в свободном состоянии, а входят только в состав частиц.
u ()   d ()   s ()   c ()   t ()	+2/3 (–2/3)   –1/3 (+1/3)   –1/3 (+1/3)   +2/3 (–2/3)   +2/3 (–2/3)

 

Типы взаимодействия элементарных частиц.

Согласно современным представлениям в природе существует четыре типа фундаментальных взаимодействий.

Сильное, или ядерное взаимодействие обуславливает связь протонов и нейтронов в ядрах атомов и обеспечивает исключительную прочность этих образований и стабильность вещества в земных условиях.

  Электромагнитное взаимодействие обуславливается электромагнитным полем. Оно характерно для всех электромагнитных частиц за исключением нейтрино, антинейтрино и фотона. Это взаимодействие ответственно за существование атомов и молекул.

Слабое взаимодействие ответственно за взаимодействие частиц, про-исходящих с участием нейтрино и антинейтрино (β – распад, μ – распад).

Гравитационное взаимодействие присуще всем без исключения части-цам, однако из-за малости масс элементарных частиц оно пренебрежимо мало и в процессах микромира несущественно.

Сильное взаимодействие примерно в 100 раз превосходит электромагнитное и в 10 раз – слабое.