35.Источники и методы регистрации элементарных частиц. Типы взаимодействий и классы элементарных частиц. Античастицы.

Источники элементарных частиц Для изучения элементарных частиц требуются их источники. До создания ускорителей в качестве таких источников использовались природные радиоактивные элементы и космические лучи. В космических лучах присутствуют элементарные частицы самых разных энергий вплоть до таких, 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.Расположенная недалеко от Женевы Европейская организация по ядерным исследованиям (ЦЕРН^*) является обладателем самого большого на сегодняшний день ускорителя элементарных частиц, построенного в кольцевом туннеле под землей на глубине 100 м. Общая длина туннеля составляет 27 км. (кольцо примерно 8.6 км в диаметре). Супер коллайдер должен был быть запущен в соответствии с программой в 2007 г. Около 4000 т металла будет охлаждено до температуры всего на 2° выше абсолютного нуля. В результате ток в 1,8 миллиона ампер будет проходить по сверхпроводящим кабелям почти без потерь. Ускорители элементарных частиц являются настолько грандиозными сооружениями, что их называют пирамидами XX века.

Методы регистрации элементарных частиц

1.Сцинтилляционные счетчики Первоначально для регистрации элементарных частиц использовались люминесцентные экраны – экраны, покрытые специальным веществом, люминофором, способным преобразовывать поглощаемую ими энергию в световое излучение (люминесцировать). Элементарная частица при попадании в такой экран дает слабую вспышку, настолько слабую, что наблюдать ее можно только в полной темноте. Необходимо было иметь изрядные терпение и внимание, чтобы, сидя в полной темноте, часами подсчитывать количество замеченных вспышек. В современном сцинтилляционном счетчике подсчет вспышек производится автоматически. Счетчик состоит из сцинтиллятора, фотоумножителя и электронных устройств для усиления и подсчета импульсов. Сцинтиллятор преобразует энергию частицы в кванты видимого света. Кванты света попадают в фотоумножитель, который преобразует их в импульсы тока.

Импульсы усиливаются электрической схемой и автоматически сосчитываются.

2.Химические методы Химические методы основаны на том, что ядерные излучения являются катализаторами некоторых химических реакций, то есть ускоряют или создают возможность их протекания.

3.Калориметрические методы В калориметрических методах регистрируют количество теплоты, которая выделяется при поглощении излучения веществом. Один грамм радия, например, выделяет в час примерно 585 дж. тепла.

И др. методы Согласно современным представлениям, в природе осуществляется четыре типа фундаментальных взаимодействий: сильное, электромагнитное, слабоеи гравитационное.

Сильное, или ядерное, взаимодействие обусловливает связь протонов и нейтронов в ядрах атомов и обеспечивает исключительную прочность этих образований, лежащую в основе стабильности вещества в земных условиях.Электромагнитное взаимодействие характеризуется как взаимодействие, в основе которого лежит связь с электромагнитным полем. Оно характерно для всех элементар­ных частиц, за исключением нейтрино, антинейтрино и фотона. Электромагнитное взаимодействие, в частности, ответственно за существование атомов и молекул, обус­ловливая взаимодействие в них положительно заряженных ядер и отрицательно заряженных электронов.

Слабое взаимодействие — наиболее медленное из всех взаимодействий, протекающих в микромире. Оно ответственно за взаимодействие частиц, происходящих с участием нейтрино или антинейтрино (например, b-распад, m-распад), а также за безнейтринные процессы распада, характеризующиеся довольно большим временем жизни распадающейся частицы (t10^–10 с).Гравитационное взаимодействие присуще всем без исключения частицам, однако из-за малости масс элементарных частиц оно пренебрежимо мало и, по-видимому, в процессах микромира несущественно. Элементарные частицы принято делить на три группы:

1) фотоны; эта группа состоит всего лишь из одной частицы — фотона — кванта электромагнитного излучения;

2) лептоны (от греч. «лептос» — легкий), участвующие только в электромагнитном и слабом взаимодействиях. К лептонам относятся электронное и мюонное нейтрино, электрон, мюон и открытый в 1975 г. тяжелый лептон — t-лептон, или таон, с массой примерно 3487m_e, а также соответствующие им античастицы. Название лептонов связано с тем, что массы первых известных лептонов были меньше масс всех других частиц. К лептонам относится также таонное нейтрино, существование которого в последнее время также установлено;

3) адроны (от греч. «адрос» — крупный, сильный). Адроны обладают сильным взаимодействием наряду с электромагнитным и слабым. Из рассмотренных выше частиц к ним относятся протон, нейтрон, пионы и каоны.Античастицы — частица-двойник некоторой другой _частица"элементарной частицы, обладающая той же массой и тем же спином, но отличающаяся от неё знаками некоторых характеристик взаимодействия (зарядов, таких как _заряд"электрический и _хромодинамика)"цветовой заряды, барионное и лептонное _число"квантовые числа).

36.Законы сохранения при превращениях элементарных частиц. Понятие о кварках.

С элементарными частицами возможны реакции превращения, синтеза, распада, подчиняющиеся законам сохранения.

Одно из наиболее общих фундаментальных свойств элементарных частиц — их превращения друг в друга. При этом образующиеся частицы не входят в состав исходных частиц, а рождаются непосредственно в процессах их соударений или распадов. Следует заметить, что фотон также не входит в состав атома, а рождается непосредственно в процессе перехода электрона в атоме с одного энергетического уровня на другой. Только такими превращениями можно объяснить Р-распад, при котором электроны или позитроны вылетают из ядра, в котором их не было. Одна из таких реакций идет по схеме  11p→10n+0+1e+00ν где  00ν — нейтрино, 0+1e— позитрон,  11p — протон,  10n — нейтрон. Взаимодействия между элементарными частицами приводят к целому ряду взаимопревращений и других процессов, которые можно разделить на три группы: упругое рассеяние, неупругие процессы и распады.

При упругом рассеянии частицы не претерпевают превращение, а просто изменяют состояние своего движения. Примером может служить рассеяние  α-частиц атомными ядрами в опытах Э. Резерфорда.

В неупругих процессах (реакциях) происходит столкновение двух частиц, сопровождающееся их превращением в частицы другого сорта. Соответствующий пример дает аннигиляция электронно-позитронной пары в два фотона.

Крарк — гипотетическая  в _частица"элементарная частица, рассматриваемая как составная часть адронов. Предполагается существование 6 разных видов кварков, для различия которых вводится такое понятие как «аромат». Для краткости кваркам присвоены следующие имена: u-кварк, d-кварк, c-кварк, s-кварк, t-кварк, b-кварк