Микромир и его элементы
Информация - Биология
Другие материалы по предмету Биология
?тицы, которые при прохождении через атмосферу космических лучей, существуют миллионные доли секунды, затем распадаются, превращаются в другие элементарные частицы или испускают энергию в форме излучения. К наиболее известным элементарным частицам относятся электрон, фотон, пи-мезон, мюон, нейтрино. В космических лучах присутствуют элементарные частицы самых разных энергий, и которые нельзя получить сегодня искусственным путем. Недостаток космических лучей как источника частиц с высокими энергиями в том, что таких частиц очень немного. Появление частицы с высокой энергией в поле зрения прибора носит случайный характер.
Ускорители элементарных частиц дают потоки элементарных частиц, обладающих одинаково высокой энергией. Ускорители существуют различных типов: бетатрон, циклотрон, линейный ускоритель. Ускорители элементарных частиц являются настолько грандиозными сооружениями, что их называют пирамидами XX века.
В настоящее время известно около 400 субъядерных частиц, которые принято называть элементарными. Подавляющее большинство этих частиц являются нестабильными.
Способность к взаимным превращениям - это наиболее важное свойство всех элементарных частиц. Элементарные частицы способны рождаться и уничтожаться (испускаться и поглощаться). Это относится также и к стабильным частицам с той только разницей, что превращения стабильных частиц происходят не самопроизвольно, а при взаимодействии с другими частицами. Примером может служить аннигиляция (то есть исчезновение) электрона и позитрона, сопровождающаяся рождением фотонов большой энергии.
Может протекать и обратный процесс - рождение электронно-позитронной пары, например, при столкновении фотона с достаточно большой энергией с ядром. Такой опасный двойник, каким для электрона является позитрон, есть и у протона. Он называется антипротоном. Электрический заряд антипротона отрицателен. В настоящее время античастицы найдены у всех частиц. Античастицы противопоставляются частицам потому, что при встрече любой частицы со своей античастицей происходит их аннигиляция, то есть обе частицы исчезают, превращаясь в кванты излучения или другие частицы.
Античастица обнаружена даже у нейтрона. Нейтрон и антинейтрон отличаются только знаками магнитного момента и так называемого барионного заряда. Возможно существование атомов антивещества, ядра которых состоят из антинуклонов, а оболочка - из позитронов. При аннигиляции антивещества с веществом энергия покоя превращается в энергию квантов излучения. Это огромная энергия, значительно превосходящая ту, которая выделяется при ядерных и термоядерных реакциях.
Во всех взаимодействиях элементарные частицы ведут себя как единое целое. Характеристиками элементарных частиц являются, кроме массы покоя, электрического заряда, спина, также такие специфические характеристики (квантовые числа), как барионный заряд, лептонный заряд, гиперзаряд, странность и т.п.
Итак, менее чем за один век представления о фундаментальных законах, определяющих всё многообразие явлений в природе, радикально изменились. Мы многое узнали о микромире, о тех строительных элементах, из которых состоит вещество, об их свойствах и законах взаимодействия между собой.
Современная наука ждет ответов на многие сложные вопросы, связанные не только с микромиром, но также касающиеся макро- и мегамиров, ведь три эти области существуют не изолированно друг от друга, а представляют собой единую физическую реальность.
2. Классификация элементарных частиц
В многообразии элементарных частиц, известных к настоящему времени, обнаруживается более или менее стройная система классификации (рис.2).
Так, элементарные частицы, различающиеся по своим свойствам и характеру взаимодействия, принято делить на две большие группы:
фермионы - частицы с полуцелым спином (карки, электрон, протон, нейтрон, нейтрино);
и бозоны - частицы с целым спином (фотон, глюон, мезоны) (рис.1).
Фермионы составляют вещество, бозоны переносят взаимодействие.
Между частицами существует четыре типа взаимодействия, каждое из которых переносится своим типом бозонов.
Фотон, или квант света переносит электромагнитное взаимодействие.
Глюоны осуществляют перенос сильных ядерных взаимодействий, связывающих кварки.
Векторные бозоны переносят слабые взаимодействия, ответственные за некоторые распады частиц.
Рисунок - 1 Элементарные частицы
По видам взаимодействий элементарные частицы делятся на:
- составные частицы:
адроны - частицы, участвующие во всех видах фундаментальных взаимодействий. Общее число около четырехсот. Они состоят из кварков и подразделяются, в свою очередь, на:
мезоны - являются частицами с целочисленным спином (нулевым). Такие частицы называют бозонами;
барионы - адроны с полуцелым спином (фермионы) и массами не меньше массы протона. За исключением протона все нестабильны.
- фундаментальные частицы - бесструктурная элементарная частица, которую до настоящего времени не удалось описать как составную. В настоящее время термин применяется преимущественно для лептонов и кварков (по 6 частиц каждого рода, вместе с античастицами, составляют набор из 24 фундаментальных частиц) в совокупности с калибровочными бозонами (частицами-переносчиками фундаментальных взаимодействий):
лептоны - фермионы, которые имеют вид точечных частиц (т.е. не состоящих ни из чего) в