От позитрона до кварков кратко
Обновлено: 05.07.2024
неразложимые частицы, из которых, по предположению, состоит вся материя.
В понятии "Элементарные частицы" в современной физике находит
выражение идея о первообразных сущностях, определяющих все
наблюдаемые свойства материального мира, идея, зародившаяся на ранних
этапах становления естествознания и всегда игравшая важную роль в его
Этап первый. От электрона до позитрона: 1897—1932 гг.
Когда греческий ученый Демокрит назвал простейшие нерасчленимые
ему, вероятно, все представлялось в принципе не очень сложным. Различные
предметы, растения, животные состоят из неделимых, неизменных частиц.
Превращения, наблюдаемые в мире, — это простая перестановка атомов. Все
в мире течет, все изменяется, кроме самих атомов, которые остаются
Но в конце XIX века ученые смогли открыть и доказать сложное строение атома. Как составная часть атома был выделен электрон.
В XX веке были открыты протон и нейтрон — частицы, входящие в состав атомного ядра.
Изначально эти частицы считали абсолютно неделимыми и неизменными первоначальными сущностями, основными кирпичиками мироздания.
Данное мнение просуществовало недолго.
Этап второй. От позитрона до кварков: 1932—1964 гг. (Все элементарные частицы превращаются друг в друга).
Как выяснилось, неизменных частиц нет совсем. Ни одна из частиц не
бессмертна. Большинство частиц, называемых сейчас элементарными, не
может прожить более двух миллионных долей секунды, даже в отсутствие
какого-либо воздействия извне. Свободный нейтрон (нейтрон, находящийся
вне атомного ядра) живет в среднем 15 мин.
Если вести речь о фотоне, электроне, протоне и нейтрино, то эти
частицы могут сохранять свою неизменность, но для этого необходимо одно
условие: каждая из них должна быть одна в целом мире. Но и это, невозможно.
Еще один случай на примере фотона. Продолжительность жизни фотона
порядка всего 10 -8 с. Столько времени достаточно для того, чтобы достичь
страницы книги и поглотиться бумагой.
Лишь нейтрино почти бессмертны, так как они чрезвычайно слабо
взаимодействуют с другими частицами. Однако и нейтрино гибнут при
столкновении с другими частицами, хотя такие столкновения случаются
В результате проведенных опытов были получены разные результаты, и
ученые пришли к выводу, что все элементарные частицы имеют способность
видоизменяться, превращаться друг в друга. Представления о неизменности
элементарных частиц оказались несостоятельными. Но идея об их неразложимости сохранилась. Элементарные частицы уже далее неделимы, но они неисчерпаемы по своим свойствам. Вот что заставляет так думать.
Разумеется, по электрону нельзя ударить молотком. Для этого можно
воспользоваться другим электроном, летящим с огромной скоростью, или
какой-либо иной движущейся с большой скоростью элементарной частицей.
Современные ускорители сообщают заряженным частицам скорости, очень близкие к скорости света.
Что же происходит при столкновении частиц сверхвысокой энергии?
Вы видите фотографию, сделанную во время столкновения ядра углерода с ядром атома серебра. При столкновении ядро углерода имело энергию порядка 60 млрд электрон Вольт. На фотографии ядро представлено жирной линией вверху.
Хорошо видно, что ядро раскалывается на части, которые движутся в
противоположных направлениях. Так же в момент столкновения образуются
новые элементарные частицы. Эти частицы называются пионы.
Подобные реакции при столкновениях релятивистских ядер, полученных
в ускорителе, впервые в мире осуществлены в лаборатории высоких энергий
Объединенного института ядерных исследований в г. Дубне под
руководством академика А. М. Балдина. Лишенные электронной оболочки
ядра были получены путем ионизации атомов углерода лазерным лучом.
По современным представлениям, элементарные частицы — это
первичные, неразложимые далее частицы, из которых построена вся материя.
Но неделимость элементарных частиц не означает, что у них отсутствует
Этап третий. От гипотезы о кварках (1964 г.) до наших дней. (Большинство элементарных частиц имеет сложную структуру).
В начале 60-х годов ученые поставили под сомнение тот факт, что все
ранее изученные частицы, называемые сейчас элементарными, полностью
оправдывают это название. Основание для сомнений простое: этих частиц
К-мезонов и гиперонов с массами, превышающими массу нуклонов. В 70-е гг.
к ним прибавилась большая группа частиц с еще большими массами,
Были открыты короткоживущие частицы с временем жизни порядка 10 -22
В результате (в 1964 г.) М. Гелл-Манном и Дж. Цвейгом была предложена модель, согласно которой все частицы, участвующие в сильных (ядерных) взаимодействиях, — адроны — построены из более фундаментальных (или первичных) частиц — кварков. Кварки имеют дробный электрический заряд.
Была выдвинута и доказана теория о том, что частицы в ядре, протоны и
нейтроны, состоят из трех кварков. В настоящее время в реальности кварков
Здесь речь пойдет о частицах, которые нельзя разделить и из которых построена вся материя.
Что же такое элементарная частица?
Этап первый. От электрона до позитрона: 1897—1932 гг.
Но в конце XIX в. было открыто сложное строение атомов и был выделен электрон как составная часть атома.
Затем, уже в XX в., были открыты протон и нейтрон — частицы, входящие в состав атомного ядра.
Поначалу на все эти частицы смотрели точно так, как Демокрит смотрел на атомы: их считали неделимыми и неизменными первоначальными сущностями, основными кирпичиками мироздания.
Этап второй. От позитрона до кварков: 1932—1964 гг.
Все элементарные частицы превращаются друг в друга.
Ситуация привлекательной ясности длилась недолго.
Все оказалось намного сложнее: как выяснилось, неизменных частиц нет совсем.
В самом слове элементарная заключается двоякий смысл.
С одной стороны, элементарный — это само собой разумеющийся, простейший.
С другой стороны, под элементарным понимается нечто фундаментальное, лежащее в основе вещей.
Именно в этом смысле сейчас и называют субатомные частицы элементарными).
Считать известные сейчас элементарные частицы подобными неизменным атомам Демокрита мешает следующий простой факт.
Ни одна из частиц не бессмертна.
Большинство частиц, называемых сейчас элементарными, не может прожить более двух миллионных долей секунды, даже в отсутствие какого-либо воздействия извне.
Свободный нейтрон (нейтрон, находящийся вне атомного ядра) живет в среднем 15 мин.
Лишь частицы фотон, электрон, протон и нейтрино сохраняли бы свою неизменность, если бы каждая из них была одна в целом мире (нейтрино лишено электрического заряда, и его масса покоя, по-видимому, равна нулю).
Но у электронов и протонов имеются опаснейшие собратья — позитроны и антипротоны, при столкновении с которыми происходит взаимное уничтожение этих частиц и образование новых.
Фотон, испущенный настольной лампой, живет не более 10 -8 с.
Это то время, которое ему нужно, чтобы достичь страницы книги и поглотиться бумагой.
Лишь нейтрино почти бессмертны, так как они чрезвычайно слабо взаимодействуют с другими частицами.
Однако и нейтрино гибнут при столкновении с другими частицами, хотя такие столкновения случаются крайне редко.
Все элементарные частицы превращаются друг в друга, и эти взаимные превращения — главный факт их существования.
Превращения элементарных частиц ученые наблюдали при столкновениях частиц высоких энергий.
Представления о неизменности элементарных частиц оказались несостоятельными.
Но идея об их неразложимости сохранилась.
Элементарные частицы уже далее неделимы, но они неисчерпаемы по своим свойствам.
Вот что заставляет так думать.
Пусть у нас возникло естественное желание исследовать, состоит ли, например, электрон из каких-либо других субэлементарных частиц.
Что нужно сделать для того, чтобы попытаться расчленить электрон?
Можно придумать только один способ.
Это тот же способ, к которому прибегает ребенок, если он хочет узнать, что находится внутри пластмассовой игрушки, — сильный удар.
Разумеется, по электрону нельзя ударить молотком.
Для этого можно воспользоваться другим электроном, летящим с огромной скоростью, или какой-либо иной движущейся с большой скоростью элементарной частицей.
Современные ускорители сообщают заряженным частицам скорости, очень близкие к скорости света.
Что же происходит при столкновении частиц сверхвысокой энергии?
Они отнюдь не дробятся на нечто такое, что можно было бы назвать их составными частями.
Нет, они рождают новые частицы из числа тех, которые уже фигурируют в списке элементарных частиц.
Чем больше энергия сталкивающихся частиц, тем большее количество частиц рождается.
При этом возможно появление частиц с большей массой, чем сталкивающиеся частицы.
Главное, что надо отметить, - это то, что всегда выполняется закон сохранения энергии.
На рисунке виден результат столкновения ядра углерода, имевшего энергию 60 млрд эВ (жирная верхняя линия), с ядром серебра фотоэмульсии.
Ядро раскалывается на осколки, разлетающиеся в разные стороны.
Одновременно рождается много новых элементарных частиц — пионов.
Подобные реакции при столкновениях релятивистских ядер, полученных в ускорителе, впервые в мире осуществлены в лаборатории высоких энергий Объединенного института ядерных исследований в г. Дубне под руководством академика А. М. Балдина.
Лишенные электронной оболочки ядра были получены путем ионизации атомов углерода лазерным лучом.
Итак, по современным представлениям, элементарные частицы — это первичные, неразложимые далее частицы, из которых построена вся материя.
Однако неделимость элементарных частиц не означает, что у них отсутствует внутренняя структура.
Этап третий. От гипотезы о кварках (1964 г.) до наших дней.
Большинство элементарных частиц имеет сложную структуру.
В 60-е гг. возникли сомнения в том, что все частицы, называемые сейчас элементарными, полностью оправдывают это название.
Основание для сомнений простое: этих частиц очень много.
Открытие новой элементарной частицы всегда составляло и сейчас составляет выдающийся триумф науки.
Но уже довольно давно к каждому очередному триумфу начала примешиваться доля беспокойства.
Триумфы стали следовать буквально друг за другом.
Была открыта группа так называемых странных частиц: K-мезонов и гиперонов с массами, превышающими массу нуклонов.
В 70-е гг. к ним прибавилась большая группа частиц с еще большими массами, названных очарованными.
Кроме того, были открыты короткоживущие частицы с временем жизни порядка 10-22—10-23 с.
Эти частицы были названы резонансами, и их число перевалило за двести.
Вот тогда-то (в 1964 г.) М. Гелл-Манном и Дж. Цвейгом была предложена модель, согласно которой все частицы, участвующие в сильных (ядерных) взаимодействиях, — адроны — построены из более фундаментальных (или первичных) частиц — кварков.
Кварки имеют дробный электрический заряд и
Протоны и нейтроны состоят из трех кварков.
В настоящее время в реальности кварков никто не сомневается, хотя в свободном состоянии они не обнаружены и, вероятно, не будут обнаружены никогда.
Существование кварков доказывают опыты по рассеянию электронов очень высокой энергии на протонах и нейтронах.
Число различных кварков равно шести.
Кварки, насколько сейчас известно, лишены внутренней структуры и в этом смысле могут считаться истинно элементарными.
Легкие частицы, не участвующие в сильных взаимодействиях, называются лептонами.
Их тоже шесть, как и кварков (электрон, три вида нейтрино и еще две частицы — мюон и тау-лептон с массами, значительно большими массы электрона).
Кварки и лептоны — истинно элементарные частицы.
Физика атомного ядра. Физика, учебник для 11 класса - Класс!ная физика
Когда греческий философ Демокрит назвал простейшие, нерасчленимые далее частицы атомами, то ему все представлялось в принципе не очень сложным. Различные предметы, растения, животные построены из неделимых, неизменных частиц. Превращения, наблюдаемые в мире, - это простая перестановка атомов. Все в мире течет, все изменяется, кроме самих атомов, которые остаются неизменными.
Но в конце XIX века было открыто сложное строение атомов и был выделен электрон как составная часть атома. Затем, уже в XX веке, были открыты протон и нейтрон - частицы, входящие в состав атомного ядра. Поначалу на все эти частицы смотрели точь-в-точь, как Демокрит смотрел на атомы: их считали неделимыми и неименными первоначальными сущностями, основными кирпичиками мироздания.
Этап второй
Однако ситуация привлекательной ясности длилась недолго. Все оказалось намного сложнее: как выяснилось, неизменных частиц нет совсем. В самом слове элементарная частица заключается двоякий смысл. С одной стороны, элементарный - это само собой разумеющийся, простейший. С другой стороны, под элементарным понимается нечто фундаментальное, лежащее в основе вещей. Считать известные сейчас элементарные частицы подобными неизменными атомам Демокрита мешает следующий простой факт. Ни одна из частиц не бессмертна. Большинство частиц, называемых сейчас элементарными, не могут прожить более двух миллионов долей секунды, даже в отсутствие какой-либо воздействие извне. Свободный нейтрон (нейтрон, находящийся вне атомного ядра) живет в среднем 15 минут. Лишь фотон, электрон, протон и нейтрино сохраняли бы свою неизменность, если бы каждая из них была одна в целом мире.
Но у электронов и протонов имеются опаснейшие собратья - позитроны и антипротоны, при столкновении с которыми происходит взаимное уничтожение этих частиц и образование новых.
Фотон, испущенный настольной лампой, живет не более 10-8с. Это то время, которое ему нужно, чтобы достичь страницы книги и поглотиться бумагой. Лишь нейтрино почти бессмертно из-за того, что оно чрезвычайно слабо взаимодействует с другими частицами, хотя такие столкновения случаются крайне редко. Итак, в извечном стремлении к отысканию неизменного в нашем изменчивом мире ученые оказались не на "гранитном основании", а на "зыбком песке". Все элементарные частицы превращаются друг в друга, и эти взаимные превращения - главный факт их существования. Представления о неизменности элементарных частиц оказались несостоятельными. Но идея об их неразложимости сохранилась.
Возможно, что при столкновении частиц с недоступной пока нам энергией будут рождаться и какие-то новые, еще неизвестные частицы. Но сути дела это не изменит. Рождаемые при столкновениях новые частицы никак нельзя рассматривать как составные части частиц - "родителей". Ведь "дочерние" частицы, если их ускорить, могут, не изменив своей природы, а только увеличив массу, породить в свою очередь при столкновениях сразу несколько таких же в точности частиц, какими были их "родители", да еще и множество других частиц. Итак, по современным представлениям элементарные частицы - это первичные, неразложимые далее частицы, из которых построена вся материя. Однако неделимость элементарных частиц не означает, что у них отсутствует внутренняя структура.
Этап третий
От гипотезы о кварках (1964г) до наших дней. (Большинство элементарных частиц имеет сложную структуру)
В 60-е годы возникли сомнения в том, что все частицы, называемые сейчас элементарными, полностью оправдывают это название. Основание для сомнений простое: этих частиц очень много.
Открытие элементарной частицы всегда составляла и сейчас составляет выдающийся триумф науки. Но уже довольно давно к каждому очередному триумфу начала примешиваться доля беспокойства. Триумфы стали следовать буквально друг за другом. Были открыта группа так называемых "странных" частиц: К-мезонов и гиперонов с массами, превышающими массу нуклонов. В 70-е годы к ним прибавилась большая группа "очарованных" частиц с еще большими массами. Кроме того, были открыты короткоживущие частицы с временем жизни порядка 10-22-10-23 с. Эти частицы были названы резонансами, и их число перевалило за двести.
Вот тогда-то в 1964г М. Гелл-Манном и Дж. Цвейгом была предложена модель, согласно которой все частицы, участвующие в сильных взаимодействиях, построены из более фундаментальных частиц - кварков. В настоящее время в реальности кварков почти никто не сомневается, хотя в свободном состоянии они не обнаружены.
Элементарные частицы — первичные, неразложимые частицы, из которых состоит вся материя.
От электрона до позитрона: 1897–1932 гг.
Греческий учёный Демокрит назвал простейшие нерасчленимые частицы атомами .
Демокрит Абдерский
ок. 460– ок. 370 гг.
В конце XIX века учёные смогли открыть и доказать сложное строение атома. Как составная часть атома был выделен электрон.
В XX веке были открыты протон и нейтрон — частицы, входящие в состав атомного ядра.
От позитрона до кварков: 1932–1964 гг.
Все элементарные частицы превращаются друг в друга.
Неизменных частиц нет.
Большинство частиц не может прожить более двух миллионных долей секунды.
Свободный нейтрон живёт в среднем 15 мин.
Продолжительность жизни фотона — 10 -8 с.
Alberto Peruzzo/Peter Shadbolt/Nicolas Brunner/Jamie Simmonds
Все элементарные частицы имеют способность видоизменяться, превращаться друг в друга.
Энергия ядра углерода при столкновении — 60 млрд электрон Вольт ( E =60 млрд эВ ).
Ядро раскалывается на части, которые движутся в противоположных направлениях.
В момент столкновения образуются новые элементарные частицы — пионы .
От гипотезы о кварках (1964 г.) до наших дней
Большинство элементарных частиц имеет сложную структуру.
В 70–е гг. были открыты короткоживущие частицы с временем жизни равным 10 -22 –10 -23 с.
t =10 -22 –10 -23 с.
В 1964 году М. Гелл-Манном и Дж. Цвейгом была предложена модель, согласно которой все частицы, участвующие в сильных (ядерных) взаимодействиях, — адроны — построены из более фундаментальных частиц — кварков.
Кварки имеют дробный электрический заряд
Лептоны рассматриваются как элементарные частицы, не имеющие внутренней структуры.
Читайте также: