ПОИСК Статьи Чертежи Таблицы Понятие о классификации элементарных частиц из "Справочное руководство по физике " Разумеется, никакого уничтожения материи здесь не происходит один вид материи — заряженные массивные частицы — переходит в другой вид материи — в нейтральные безмассовые частицы. Соответственно, энергия покоя электрона и позитрона превращается в энергию движущихся со скоростью света фотонов. Если аннигиляция происходит из состояния покоя, то фотоны разлетаются в противоположные стороны с одинаковыми импульсами и одинаковыми энергиями /iv=me —0,511 МэВ. [c.508] Этот процесс возможен только при достаточно большой энергии фотона /Iv 2me = 1,022 МэВ. [c.509] У нейтрино Ге имеется антинейтрино Ve, как раз и рождающееся в процессе обычного р-распада (VI.4.7.6°). Сами нейтрино Ve, участвуют в Р+-распадах ( 1.4.10.3°), в термоядерных реакциях ( 1.4.15.1°) и в других процессах. У нейтрино спин направлен против импульса, у антинейтрино — вдоль импульса. [c.510] Античастицей по отношению к положительному пиону л+ служит отрицательный пион л (и наоборот). Незаряженный пион л — истинно нейтральная частица. [c.510] Всего в настоящее время известно свыше 350 ( ) элементарных частиц (VI.5.1.3°). Все частицы способны взаимодействовать друг с другом. В настоящее время различают четыре типа фундаментальных взаимодействий сильное, электромагнитное, слабое и гравитационное (1.2.2.2°). [c.511] Сильное взаимодействие свойственно тяжелым частицам, начинающимся с пиона. Наиболее известное его проявление — ядерные силы, обеспечивающие существование атомных ядер ( 1.4.3.1°). [c.511] В электромагнитном взаимодействии непосредственно участвуют только электрически заряженные частицы и фотоны. Наиболее известное его проявление — кулоновские силы (111.1.2.2°), обусловливающие существование атомов. Именно электромагнитное взаимодействие ответственно за подавляющее большинство макроскопических свойств вещества. Оно же вызывает аннигиляцию электрон-позитной пары (VI.5.3.2°) и многие другие микроскопические процессы. [c.511] Слабое взаимодействие характерно для всех частиц, кроме фотона. Наиболее известное его проявление — бета-распад нейтрона и целого ряда атомных ядер (VI.4.7,6°). [c.511] Электромагнитные и гравитационные силы относятся к силам далекого действия, так как с ростом расстояния они убывают медленно — всего лишь по степенному закону 1/г (111.1.2.2°, 1.2.8.Г). Поэтому их радиус формально и считается бесконечно большим. Сильное взаимодействие проявляется лишь на малых расстояниях порядка Ш м (VI.4.3.2°) слабое взаимодействие является еще более короткодействующим. [c.512] При упругом рассеянии частицы не претерпевают превращений, а просто изменяют состояние своего движения. Примером может служить рассеяние а-частиц атомными ядрами 3 опытах Резерфорда (VI.2.1). С середины 50-х гг. проводятся. эксперименты по изучению упругого рассеяния быстрых электронов (с энергиями до 22 ООО МэВ) на нуклонах — протонах и нейтронах. Они позволили установить, что нуклоны имеют размеры / =0,8м, и выявили внутреннюю структуру этих частиц. Так, плотность электрического заряда имеет максимум в центре протона и спадает к его периферии по экспоненциальному закону. [c.513] В неупругих процессах (реакциях) происходит столкновение двух частиц, сопровождающееся превращением их в частицы другого сорта. Соответствующий пример дает аннигиляция электрон-позитронной пары в два фотона (VI.5.3.2 ).. Изучение неупругого рассеяния быстрых электронов на нуклонах, начатое в конце 60-х гг., позволило установить, что протон и нейтрон состоят из огромного количества точечных объектов — партонов (от английского part — часть ). [c.513] Частицы, рождающиеся в процессах рассеяния, за редкими исключениями являются нестабильными и претерпевают распады. Они живут после рождения очень малые промежутки времени (VI.5.2.8°), превращаясь затем в другие частицы. Самая устойчивая из нестабильных частиц — нейтрон, обладающий средним временем жизни т=898 16 с (VI.4.7.7°). [c.513] Необходимыми элементами всякой экспериментальной установки, на которой изучается рассеяние, являются источники частиц, формирующие их пучки, и детекторы, с помощью которых регистрируются рассеянные частицы и измеряются их характеристики. Некоторые типы детекторов описаны в VI.4.6. От хороших источников требуется, чтобы они формировали достаточно интенсивные пучки исследуемых частиц с достаточно высокими энергиями. Повышать интенсивность нужно для того, чтобы увеличить число интересующих нас событий и облегчить, тем самым, их регистрацию. Высокие энергии необходимы по двум причинам. Во-первых, чем больше энергия зондирующих частиц, тем меньше длина их дебройлевской волны (VI.Ы.З ) и тем более мелкие детали структуры исследуемых частиц удается выявить. Во-вторых, чем выше энергия сталкивающихся частиц, тем больше ма-ссы и общее количество новых частиц, которые они могут породить. [c.514] До начала 50-х г. основным источником частиц с высокими энергиями служило космическое излучение. Первичное космическое излучение представляет собой стабильные ядра (в основном протоны), обладающие высокими энергиями и заполняющие космическое пространство. На поверхность Земли падает вторичное космическое излучение, возникающее в результате превращений первичных космических частиц, которые они претерпевают в атмосфере. Средняя энергия космических частиц равна примерно 1эВ. [c.514] Зарегистрировано несколько космических частиц с энергиями около 10 эВ. При попадании космического протона в верхние слои атмосферы иногда порождается в общей сложности до миллиарда различного рода частиц, образую-щ л космический ливень. Достоинство космического излу-четгя г.ак источника частиц — чрезвычайная широта энергетического диапазона существенные недостатки — не-контролируемость опытов, редкость событий со сверхвысокими энергиями, огромные экспериментальные трудности (прецизионную аппаратуру приходится поднимать на большую высоту). [c.515] Ядерные реакторы (VI.4.12.6°—7°) — мощнейшие источники нейтронов и электронных антинейтрино (впервые антинейтрино было зарегистрировано именно в реакторных пучках). Кроме того, в реакторах получаются искусственные радиоактивные препараты, также служащие источниками частиц (VI.4.13.2°—3°). [c.515] Ускорители — основные источники частиц, применяемые в настоящее время (VI.4.16.Г). Они формируют интенсивные пучки заряженных частиц (электронов, протонов и тяжелых ионов) с высокими энергиями. Максимальная эиергия электронов, достигнутая в лаборатории, составляет 35 ГэВ, максимальная энергия протонов —1000 ГэВ. При взаимодействии первичного пучка от ускорителя с мишенью получаются вторичные, третичные и т. д. пучки, содержащие элементарные частицы и атомные ядра, не существующие в природе. [c.515] С точки зрения генерации новых частиц особенно эффективны ускорители со встречными пучками (VI.5.4.3 , VI.5.3.4°), в которых сталкиваются частицы с нулевым суммарным импульсом. Благодаря этому вся их кинетическая энергия может быть преобразована в энергию покоя рождающихся частиц, суммарный импульс которых также равен нулю. Встречные электронные пучки впервые были реализованы в СССР в 1967 г. В крупнейшей современной установке сталкиваются электроны и позитроны с энергией 32 ГэВ. Для получения равнозначного эффекта на обычном ускорителе (с неподвижной мишенью) нужно было бы разогнать электроны до энергии 4 -Ю ГэВ. На проектируемой в СССР установке ВЛЭПП предполагается довести энергию электронов и позитронов до 300 ГэВ, что эквивалентно обычному ускорителю с энергией электронов 4 10 ГэВ. Это уже совсем близко к максимальной энергии частиц космического излучения. [c.515] Классификация элементарных частиц проводится ло нескольким признакам, разбивающим их на группы объектов различной природы. В ее основе лежит отношение частиц к разным типам фундаментальных взаимодействий. [c.516] Следующий класс составляют лептоны ) — частицы, не у 1аствующие в сильном взаимодействии и имеющие спин (1/2) (VI.5.2.9°). В этот класс входят три семейства — электронное, мюонное и таонное. Каждое семейство содержит одну заряженную частицу е , д, , т и соответствующее ей нейтрино Ve, Vд, Vx (VI.5.2.1°). [c.516] Вернуться к основной статье