Политика
Платье из Англии в подарок для красавицы!
Проект / Авторы / Фотогалереи / Добро / Энциклопедия о Курска / Про Курск / Партии

Работая над решением задачи, всегда полезно знать ответ. Правило точности
Поиск по сайту:






Образование в Англии, учеба в Великобритании

  


Элементарные частицы

Необычайные открытия

Развитие физики, как и каждой науки, полно неожиданностей. Как раз в то время, когда ученые окончательно убедились, что мир построен из протонов, нейтронов и электронов, физики начали обнаруживать поразительное изобилие новых, дотоле неизвестных частиц. Все эти частицы (так же как протон, нейтрон и электрон) современная наука относит к элементарным, то есть простейшим. Но хотя они простейшие, некоторые из них обладают настолько удивительными свойствами, что даже физики, которые уже привыкли ничему не удивляться, назвали их странными частицами.

Сейчас известно множество видов элементарных частиц. Из них только три, о которых мы уже говорили, внутриатомные, то есть участвуют в создании атомов, а, следовательно, и всех обычных тел. Остальные частицы не похожи на частицы вещества в нашем обычном представлении. В большинстве своем они так неустойчивы, что за ничтожные доли секунды претерпевают самые неожиданные превращения. Такие частицы можно обнаружить лишь там, где они непрерывно образуются. Чтобы открыть их, потребовалось величайшее искусство физиков.


Вначале новые частицы обнаружили в космических лучах. Из космоса к нам, в земную атмосферу приходят потоки частиц с большими энергиями. Сталкиваясь с частицами воздуха, они испытывают различные превращения. Физики изучили условия этих превращений и теперь сами умеют ускорять заряженные частицы до больших энергий в специальных приборах – ускорителях. Ударяя потоком быстрых частиц в мишень из любого вещества, получают новые элементарные частицы в гораздо большем количестве, чем в космических лучах.

Превращения элементарных частиц

Самое важное свойство элементарных частиц – это способность к превращениям. Раньше думали, что на это способны только сложные частицы, состоящие из более простых. Но опыт показал, что таковы свойства большинства элементарных частиц.

Когда наблюдается радиоактивный бета-распад, мы видим, что нейтрон распадается на протон и позитрон. Какая же из этих частиц простая (элементарная) и какая сложная? Чем больше сведений получали физики о природе и свойствах частиц, тем яснее становилось, что нужно дать такой ответ.

Как протон, так и нейтрон – элементарные, то есть простейшие, частицы. Ни тот ни другой не построены из еще более простых частиц. Но каждый из них в определенных условиях способен к превращениям, при которых возникают новые частицы.

Множественное рождение частиц

Особенно наглядно это свойство проявляется при столкновениях частиц, из которых одна обладает очень большой энергией. Когда такая частица из потока космических лучей сталкивается в атмосфере с атомным ядром кислорода, азота или другого газа, происходит множественное рождение новых частиц. Рождающиеся частицы, в свою очередь, сталкиваясь с ядрами других атомов, размножаются в большом количестве. Получается широкий ливень быстрых заряженных частиц, и все они – "потомки" одной, первичной частицы, передавшей им свою энергию. Подсчитав мощность ливня, можно определить энергию первичной частицы. Ученым удавалось наблюдать ливни, у которых энергия первичной частицы должна была быть в миллиарды раз больше, чем у частиц, получаемых в самых мощных ускорителях.

Частицы и волны

Ученые долго спорили о природе света. Ньютон считал, что свет – поток быстрых частиц, а его современник Гюйгенс – что это распространение волн. Более двух столетий большинство ученых считало, что Ньютон ошибся. Была создана электромагнитная теория света, и она блестяще подтвердилась опытами. По этой теории, свет – колебательные изменения силы электрических и магнитных полей, распространяющиеся в пространстве подобно волне. Такая же природа и у радиоволн, они отличаются от света лишь тем, что их колебания происходят в миллиарды раз медленнее.

Но когда стали внимательно изучать взаимодействие света с веществом, оказалось, что световая энергия может испускаться или поглощаться только определенными порциями – квантами. Так родилась новая, квантовая физика. Создатель теории относительности Эйнштейн установил, что свет – сложное явление, что он представляет собой одновременно и электромагнитные волны, и поток частиц (световых квантов, или, как их назвали, фотонов). Можно, не делая никакой ошибки, рассматривать свет просто как поток фотонов, но следует помнить, что эти световые частицы обладают волновыми свойствами.

В дальнейшем квантовая физика установила, что не только фотоны, но и остальные частицы также обладают волновыми свойствами. Замечательные опыты с дифракцией электронов убедительно доказали, что поток электронов в определенных условиях ведет себя как волна. Из квантовой механики - основы современной теоретической физики – следует, что всякая частица обладает волновыми свойствами. Фотон в этом смысле вовсе не исключение. Значит, к списку известных нам элементарных частиц мы должны добавить световую частицу - фотон.

Тяжелые, средние и легкие частицы

Мы не будем перечислять все известные науке частицы, а сосредоточим внимание на их общих свойствах. По массе все частицы разделяют на три группы: барионы, мезоны и лептоны. Названия эти происходят от греческих слов "тяжелый", "средний" и "легкий".

К барионам относятся нуклоны – протон и нейрон, а также частицы более тяжелые, чем нуклоны, - их называют гиперонами. К лептонам принадлежат электрон, а также позитрон и нейтрино, о которых речь будет идти ниже.

Мезоны – частицы со средней массой: они легче нуклонов, но тяжелее электронов. Все они неустойчивы и за малые доли секунды распадаются. По массе, времени жизни и другим свойствам их разделяют на несколько групп: мю-мезоны (мюоны), пи-мезоны (пионы), К-мезоны (каоны) и так далее. Особняком стоит фотон, или световой квант.

Частицы-волчки

Мы знаем, что существуют постоянные магниты и электромагниты. В электромагните течет круговой ток – он и возбуждает магнитное поле. В постоянном магните обычных токов нет. В нем магнитное поле возбуждают атомы и даже отдельные электроны, которые ведут себя как маленькие магнитики. Обычно эти магнитики направлены беспорядочно. При намагничивании они выстраиваются в одном направлении. То, что электрон ведет себя как магнит, проще всего объяснить тем, что он вращается, как волчок, вокруг своей оси. Ведь вращающийся заряд – все равно что круговой ток. Любое заряженное тело при вращении становится магнитом. Кстати, и многие другие свойства электрона объяснимы тем, что он вращается вокруг своей оси.

Но электрон нельзя считать телом с определенными размерами и определенной формой. Вращение электрона вокруг своей оси совсем не то же самое, что вращение тела с определенными размерами и формой.

Для этого свойства электрона придумали специальное название - спин. Спином обладают также протоны, нейтроны и многие другие из элементарных частиц. Такую частицу следует представлять себе как волчок. Но есть частицы и не обладающие спином, например, пи-мезоны.

Частицы и античастицы

Мы уже упоминали о позитроне. Эта частица очень похожа на электрон, но только "вывернутый наизнанку". Если то или иное свойство частицы можно выразить числом, то величины таких чисел у электрона и позитрона всегда точно одинаковы. Но если у этого числа есть знак (положительный или отрицательный), то для электрона и позитрона эти знаки обязательно противоположны. Масса электрона ничем не отличается от массы позитрона – масса ведь не может быть отрицательной. Электрический заряд у электрона отрицательный, а у позитрона положительный, но величины зарядов равны. Позитрон можно было бы назвать "антиэлектроном".

Теоретическая физика предсказала и существование позитрона, и то, что у других частиц тоже должны быть античастицы, у которых такие же свойства, только с обратным знаком. Это предвидение блестяще подтвердилось, когда были открыты антинуклоны, то есть антипротоны и антинейтроны. Только у фотона нет античастицы, точнее, он совпадает с нею. Поэтому, если есть где-нибудь антимир, то свет от него ничем не отличается: он состоит из антифотонов, одинаковых с фотонами.

Теория предсказала и еще более поразительный факт. Оказывается, сами частицы и античастицы ведут себя подобно положительным и отрицательным числам в алгебре: прибавить античастицу – это то же самое, что отнять частицу. В алгебре сложение положительного и отрицательного чисел равной величины дает в результате нуль. Подобно этому частица с античастицей при столкновении как бы уничтожаются, или, как говорят, аннигилируют (от латинского слова nihil – ничто).

Слово "уничтожаются" надо понимать в том смысле, что после столкновения не остается частиц того же вида. Но ни масса, ни энергия частицы и античастицы не исчезают. В результате аннигиляции образуются более легкие частицы, уносящие с собой всю энергию первоначальных частиц. Энергия, выделяющаяся при аннигиляции, громадна. Это самый мощный источник энергии, известный науке. Если бы удалось поставить его на службу человеку, он был бы в тысячи раз мощнее ядерных источников при одинаковом весе вещества, дающего энергию.
















Современные художники Курска: Виктория Маркелова. ФОТО

Журнал Fashion Collection награжден телеканалом World Fashion Channel

Гордость российской природы. Озеро Байкал

Такой разный Санкт-Петербург, часть 2. ФОТО

Такой разный Санкт-Петербург, часть 1. ФОТО

Российские курорты: город Сочи, часть 2. ФОТО

Российские курорты: город Сочи, часть 1. ФОТО

Город Владимир весной



     RSS-подписка на новости