Справочное руководство по физике для поступающих в вузы и для самообразования - Яворский Б.М.
Скачать (прямая ссылка):
2°. Некоторые элементарные частицы существуют в природе в свободном или слабо связанном состоянии (Есв<^.
<фпс2), и из них строится вся обычная материя. К таким частицам, которые можно назвать основными, относятся: протоны р и нейтроны п, входящие в состав атомного ядра (VI.4.1.Г); электроны е~, образующие электронную оболочку атома (VI.2.1.1° и VI.2.8.5°), фотоны у, являющиеся квантами электромагнитного поля (V.5.1.10). Чуть позже к ним были причислены нейтрино (электронные(VI.5.2.Г)) ve и антинейтрино ve, рождающиеся в процессах бета-превращений ядер (VI.4.4.6° и VI.4.10.3°), а также пионы (пи-мезоны) я+, л.0, л~, выступающие в роли переносчиков ядерного взаимодействия (VI.4.3.3°). Кроме того, были предсказаны теоретически и открыты экспериментально' соответствующие античастицы, из которых в принципе может конструироваться антиматерия (VI.5.3).
3°. С течением времени таблица элементарных частиц быстро расширялась, и сейчас общее их число (вместе с античастицами) превышает 350. Подавляющее большинство частиц не встречается в природе, а их получают в лаборатории, так как они неустойчивы. Основной способ их генерации — столкновение быстрых стабильных частиц (IV.5.4.60), в процессе которого часть кинетической энергии налетающей частицы превращается в собственную энергию образующихся частиц. Едва родившись, нестабильные частицы практически мгновенно распадаются (таблица VI.5.2), и в конечном итоге вновь образуются стабильные частицы.
506 ОТДЕЛ VI. ГЛ. 5. ЭЛЕМЕНТАРНЫЕ ЧАСТИЦЫ
*) Например, они рождаются всегда парами, а распадаются поодиночке.
5.2. Перечень элементарных частиц и их характеристики
Г. В 1937 г. в космических лучах (VI.5.4.8°) был зарегистрирован мюон їх-— тяжелый аналог электрона е-. Эти частицы сходны по многим своим свойствам, но масса мюона примерно в 200 раз больше массы электрона. Открыт еще более тяжелый аналог электрона — таонх~ с массой, Примерно в 3 500 раз превышающей массу электрона. Каждая из этих трех частиц имеет свое нейтрино, так что существуют электронное нейтрино ve, мюонное нейтрино V11 и таенное нейтрино vx. В разнообразных взаимопревращениях данное нейтрино сопровождает свою собственную заряженную частицу. В частности, в процессах бета-распада образуется именно электронное нейтрино ve (или ve), так как оно сопровождает рождение электрона е~ (или е+).
2°. В 50-е гг. сначала в космическом излучении, а затем и в лаборатории, была зарегистрирована целая группа новых частиц: каоны (ка-мезоны) K+, K0, лямбда-гиперон Л", сигма-гипероны 2 + , 2е, S- и кси-гипероны S0, S-. Эти частицы обладали весьма необычными свойствами *), причем их открытие явилось полной неожиданностью для физиков; они получили общее название странные частицы. В 1964 г. семейство этих частиц пополнилось омега-минус-гипероном Q~.
3°. 60-е гг. ознаменовались открытием более сотни частиц с чрезвычайно малыми (по сравнению с ранее известными) временами жизни Ю-24—10~23 с. Длина их пробега с момента рождения до момента распада составляет около 10-15м, и в детекторах эти частицы не оставляют никаких треков. Они проявляются в виде пиков в графиках зависимости так называемых «сечений рассеяния» от энергии, из-за чего и называются резонансами. Именно резонансы занимают основное место в полных таблицах элементарных частиц.
4°. В 1974 г. были обнаружены массивные (втрое тяжелее протона), но относительно устойчивые (время жизни порядка Ю-19 с) мезоны Jlty. Они явились родоначальниками целой группы новых частиц, которые были открыты в последующие годы и регистрация которых продолжается поныне. Существование этих частиц подтвердило очень глу-
5.2. ЭЛЕМЕНТАРНЫЕ ЧАСТИЦЫ И ИХ ХАРАКТЕРИСТИКИ 507
бокие теоретические построения физиков; они назвали их очарованными частицами.
5°. В 1977 г. открыты чрезвычайно тяжелые ипсилон-мезоны Г, массы которых более чем в 10 раз превышают массу протона. Считается, что они служат родоначальниками еще одной группы частиц — «красивых».
6°. В ноябре 1982 г. появились первые сообщения об открытии промежуточных бозонов W+, W~, Z0— переносчиков слабого взаимодействия (VI.5.6.6°). Их масса почти в 100 раз больше массы протона.
7°. Отдельные элементарные частицы различаются значениями физических величин из определенного их набора. К этим величинам относятся, в частности: масса *) т, среднее время жизни т (п. 9°), спин J и электрический заряд q. Существует большое количество и других зарядов. Например, странные частицы обладают странностью S, принимающей целочисленные значения, очарованные частицы несут очарование (чарм) С и т. д. Рассмотрение такого рода характеристик частиц выходит за рамки элементарного курса физики.
8°. Масса т измеряется в энергетических единицах (МэВ) в соответствии с соотношением ЭйнштейнаЕй=тс2 (V.4.11.2°). Спектр масс известных элементарных частиц простирается от 0 (фотон и нейтрино) до 10570 МэВ (один из ипсилон-мезонов). Для сравнения укажем, что масса электрона равна примерно 0,5 МэВ.
9°. Среднее время жизни (VI.4.5.7°) служит мерой стабильности частицы. Значения времени жизни варьируются в чрезвычайно широком диапазоне. Фотон, электрон, три нейтрино и протон (а также их античастицы) абсолютно стабильны **) (т=оо), резонансы предельно нестабильны (т=Ю-«*_ 10~23 с).
