Физика для школьников старших классов и поступающих - Яворский Б.М.
ISBN 5-7107-9384-1
Скачать (прямая ссылка):
для которого R ~ (1СГ8 -т- ICT10) м, W ~ (1 -г- 10) эВ; второй —
ядерный уровень (VIII.l. 1.1°) с R ~ (10—14 + IO-15) м, W ~
~ (10 ¦ 10 ) эВ. На третьем уровне располагаются мельчай-
j| VIII.2.1. ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ
657
ііше микрочастицы, не являющиеся молекулами, атомами или ядрами1. По традиции они именуются элементарными частицами, хотя и не обязаны быть бесструктурными образованиями. Их иногда называют субъядерными частицами, физики обычно предпочитают говорить просто о «частицах». В настоящее время уровень элементарных частиц расщеплен на два подуровня: подуровень адронов и подуровень фундаментальных частиц (VIII.2.4).
2°. Физика элементарных частиц устанавливает характеристики этих микрообъектов, проводит их классификацию, изучает свойства фундаментальных взаимодействий и анализирует обусловленные ими процессы. В последнее время интенсивно исследуется внутренняя структура элементарных частиц. Из соотношений неопределенностей (VI.1.6.2°) следует, что для выявления деталей структуры с размерами порядка Ar нужны зондирующие частицы с импульсами р, не меньшими Ap ~ h/Ar. Таким образом, для изучения очень мелких деталей нужны очень большие энергии. Поэтому современная физика элементарных частиц называется также физикой высоких энергий. Максимальные доступные в настоящее время в лаборатории энергии составляют по порядку величины 1000 ГэВ,
чему соответствуют минимальные расстояния R ~ IO-19 м.
3°. Сейчас общее число известных элементарных частиц (вместе с античастицами) приближается к 400. Некоторые из них стабильны или квазистабильны и существуют в природе в свободном или слабосвязанном состоянии. Это — электроны
°е = е“ (III. 1.1.2°)2, входящие в состав атомов (VI.1.2); протоны {н = р (111.1.1.2°) и нейтроны Jn = п, входящие в состав
атомных ядер и объединяемые общим названием нуклоны N (VIII. 1.1.1°); фотоны у, являющиеся квантами электромагнитного поля (V.6.1.4°). Сюда же можно отнести электронные (іанти)нейтрино Ve3, рождающиеся в процессах бета-превра-
1 Исключение составляет протон — ядро атома водорода.
2 А также позитроны (п. 7°).
3 И другие сорта нейтрино и антинейтрино (VIII.2.3.3°).
Ь'5«
ГЛ. VIII.2. ЭЛЕМЕНТАРНЫЕ ЧАСТИЦЫ
_ ----------------------------
щений (VIII.1.6.6°) и в термоядерных реакциях, протекающий в звездах (VIII.1.9.140).
4°. Все остальные элементарные частицы крайне нестабильны и образуются во вторичном космическом излучении (VIII.2.2.5°) или получаются в лаборатории. Основной способ их генерации — столкновения быстрых стабильных частиц (VIII.2.2.40), в процессе которых часть начальной кинетической энергии превращается в энергию покоя (1.5.7.3°) образующихся частиц. Едва родившись, нестабильные частицы очень быстро распадаются, и, в конечном итоге, вновь образуются стабильные частицы (как правило, не совпадающие со сталкивающимися).
5°. В 1937 г. в космических лучах был зарегистрирован мюон
— тяжелый аналог электрона (т^ ~ 200me)1. В конце 40-х гг.
открыты пионы (пи-мезоны) 7Г+, 71°, л- — переносчики ядерного взаимодействия (VIII. 1.3.6°). В 50-е гг. в космических лучах и на ускорителях зарегистрированы странные частицы: каоны (ка-мезоны) K+, K0, ламбда-гиперон A0, сигма-гипероны X+, lP, 5Г, кси-гипероны H0, S-, омега-гиперон Q- (омега-гиперон был предсказан в 1962 г. на основе весьма глубоких теоретических соображений и открыт экспериментально в 1964 г.). 60-е гг. ознаменовались открытием более сотни короткоживущих частиц со средними временами жизни
(Vm.l.4.4°) т ~ (10~24 -V- IO-23) с. Они называются резонансами, так как проявляются в виде характерных пиков в графиках зависимости сечений рассеяния (VIII.1.9.30) от энергии. Длина пробега резонансов с момента их рождения до распада составляет около IO-15 м, и они не могут быть зарегистрированы непосредственно с помощью обычных детекторов. В 1974 г. обнаружены массивные (втрое тяжелее протона), но относительно
устойчивые (т ~ IO-19 с) джи-пси-мезоны J/\(/, явившиеся родоначальниками группы очарованных частиц (D+, D0, F+, Д+ и др.). В 1977 г. открыты чрезвычайно тяжелые ипсилон-мезо-
1 В 1975 г. с помощью встречных электрон-позитронных пучков (VIII.2.2.50) открыт еще более тяжелый аналог электрона— тяжелый лептон, или таон, масса которого больше массы электрона приблизительно в 3500 раз.
§ VIII.2.1. ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ
—I ,
659
ны Y(mY ~ Ilmp), которые, как считается, служат родоначальниками еще одной группы частиц — «прелестных». В 1983 г. зарегистрированы промежуточные бозоны W+, W~, Z0 — переносчики слабого взаимодействия (VIII.2.4.11°).
6°. Для описания свойств отдельных элементарных частиц вводится целый ряд физических величин (квантовых чисел), значениями которых они и различаются. Наиболее известными физическими величинами являются: масса, среднее время жизни, спин, электрический заряд и магнитный момент.
а) Масса т измеряется в энергетических единицах (МэВ или ГэВ), в соответствии с соотношением Эйнштейна (1.5.7.3°). Спектр масс известных элементарных частиц нерегулярен и простирается от 0 (фотон) до 90 ГэВ (промежуточные бозоны). Для сравнения укажем, что масса электрона равна примерно 0,5 МэВ. Первоначально систематика элементарных частиц основывалась именно на значениях их масс, откуда и ведут происхождение такие термины, как лептоны («легкие»), мезоны («средние»), барионы («тяжелые») и гипероны (греческий префикс «гипер» — «над», «сверх»). Эти термины сохранились,
