Элементарные частицы

Открытие явления радиоактивности и результаты опытов Резерфорда убедительно показали, что атомы не являются неделимыми простейшими частицами. Как было установлено, они состоят из электронов, протонов и нейтронов. На первых порах частицы, из которых построены атомы, считались не способными ни к каким изменениям и превращениям. Поэтому их назвали элементарными частицами. Дальнейшие исследования этих трех частиц показали условность данного термина. Так нейтрон в свободном состоянии существует в среднем около 15 мин, а затем самопроизвольно распадается на протон, электрон и нейтрино.

Полное число параметров, определяющих свойства частиц, довольно велико. Важнейшими из них являются масса частицы, ее электрический заряд, спин и время жизни. Рассмотрим элементарные частицы, время жизни которых превышает 10^-20 с (табл. 2). Частицы с массами, не превышающими 207 электронных масс (кроме одной из них), составляют группу легких частиц – лептонов. Частицы с массами больше 207 электронных масс, но меньше массы протона входят в группу мезонов (средних частиц). Протон и более тяжелые частицы составляют группу барионов. Особое место в таблице занимает фотон, не входящий ни в одну из названных групп.

Таблица 2

Разделение элементарных частиц на группы определяется не только различием в массах, но и рядом других существенных свойств. Так лептоны и барионы имеют спин, равный ½, спины мезонов равны нулю, а фотон обладает спином, равным 1.

В 1928 г. английский физик Поль Дирак создал теорию, из которой следовало, что в природе должна существовать частица с массой, равной массе электрона, заряженная положительно. Такая частица – позитрон – была обнаружена экспериментально в 1932 г.

В 1933 г. Фредерик и Ирен Жолио-Кюри обнаружили, что гамма-квант с энергией, большей энергии покоя электрона и протона, при прохождении вблизи атомного ядра может превратиться в пару электрон-позитрон. Электрон и позитрон, способные к совместному «рождению» в паре и к аннигиляции при встрече, назвали антицастицами.

К настоящему времени установлено, что античастица имеется у каждой элементарной частицы. Масса любой античастицы в точности равна массе соответствующей частицы, а электрический заряд равен по абсолютному значению заряду частицы и противоположен ему по знаку. Частица и античастица у таких незаряженных частиц, как фотон и пи-нуль-мезон, по физическим свойствам совершенно неразличимы и поэтому считаются одной и той же частицей.

Кроме частиц, представленных в таблице, открыто большое число частиц с очень малым временем жизни – около 10^-22 с. Эти частицы названы резонансами. С открытием этих частиц неопределенность понятия «элементарная частица» стала особенно заметной.

В 1963 г. М.Гелл-Манном и Дж.Цвейгом была предложена гипотеза о существовании в природе нескольких частиц, названных кварками. Согласно этой гипотезе все мезоны, барионы и резонансы построены из кварков и антикварков, соединенных между собой в различных комбинациях. Каждый барион состоит из трех кварков, антибарион – из трех антикварков. Мезоны состоят из пар кварков с антикварками.

Рекомендуемая литература

1. Арцыбышев С.А. Физика: Учеб. для студ.-медиков. – М.: Гос. изд-во мед. лит., 1955. – 375 с.

2. Бялко А.В. Наша планета – Земля. – 2-е изд., перераб. и доп. – М.: Наука. Гл. ред. физ.-мат. лит., 1989. – 240 с.

3. Грабовский Р.И. Курс физики: Учеб. пособие для с/х ин-тов. Изд. 4-е, перераб. и доп. М.: Высш. шк., 1974. – 551 с.

4. Жарков В.Н. Внутреннее строение Земли и планет. – М.: Наука. Гл. ред. физ.-мат. лит., 1983. – 416 с.

5. Кабардин О.Ф. Физика: Справ. материалы: Учеб. пособие для учащихся. – 3-е изд. – М.: Просвещение, 1991. – 367 с.: ил.

6. Кац Ц.Б. Биофизика на уроках физики. Из опыта работы. Пособие для учителей. – М.: Просвещение, 1974. – 128 с.: ил.

7. Лаврова И.В. Курс физики: Учеб. пособие для студентов биол.-хим. фак. пед. ин-тов. – М.: Просвещение, 1981. – 256 с.: ил.

8. Мерион Дж. Общая физика с биологическими примерами / Пер. с англ. под ред. А.Д. Суханова. – М.: Высш. шк., 1986. – 623 с.: ил.

9. Ремизов А.Н. Медицинская и биологическая физика: Учеб. для мед. вузов. – М.: Высш. школа, 1987. – 638 с.: ил.

10. Роуэлл Г., Герберт С. Физика / Пер. с англ. под ред. В.Г. Разумовского. – М.: Просвещение, 1994. – 576 с.: ил.

11. Тарасов Л.В. Физика в природе: Кн. для учащихся. – М.: Просвещение, 1988. – 351 с.: ил.

12. Трофимова Т.И. Курс физики: Учеб. пособие для вузов. – 7-е изд., стер. – М.: Высш. шк., 2001. – 542 с., ил.

13. Физика: Учеб. для 10 кл. шк. и кл. с углубл. изучением физики / О.Ф. Кабардин, В.А. Орлов, Э.Е. Эвенчик и др.; Под ред. А.А. Пинского. – 5-е изд. – М.: Просвещение, 2000. – 415 с.: ил.

14. Физика: Учеб. для 11 кл. шк. и кл. с углубл. изучением физики / А.Т. Глазунов, О.Ф. Кабардин, А.Н. Малинин и др.; Под ред. А.А. Пинского. – 6-е изд. – М.: Просвещение, 2001. – 432 с.: ил.

· Магнитные поля широко распространены во Вселенной. Они существуют у звезд, в космическом пространстве; имеется магнитное поле у Солнца и у планет Солнечной системы.