Лекция 16 Элементарные частицы

1. Космические лучи

Установлено, что атмосферный воздух всегда слабо ионизирован. Эта ионизация приписывалась действию излучений, испускаемых радиоактивными элементами земной коры. Однако в 1912 году Гесс обнаружил, что, начиная с 400м над уровнем моря, ионизация возрастает с увеличением высоты. Эти результаты объясняются только приходящими извне лучами, которые постепенно поглощаются в земной атмосфере. Эти лучи получили названия космических. Это поток элементарных частиц высокой энергии (преимущественно протонов). Среди первичных космических лучей различают высокоэнергетические (до эВ) – галактические, которые пришли извне солнечной системы и солнечные – умеренных энергий (эВ), связанные с активностью Солнца. В космических лучах присутствуют мягкая и жесткая компоненты. При исследовании поглощения космических лучей в веществе (например, в свинце) оказалось, что одна часть полностью поглощается (в 10см свинца). Это так называемая мягкая компонента. Кроме нее еще есть жесткая компонента, проникающая способность которой во много раз больше, чем у мягкой. 1м свинца ослабляет ее всего в 1,5 раза. Таким образом, космическое излучение обладает огромной проникающей способностью. Регистрируются космические лучи в камере Вильсона, образуя ливни. Образование ливней космических лучей происходит следующим образом. При прохождении через веществоитеряют свою энергию на ионизацию атомов и на испускание «тормозного излучения». Это излучение возникает при торможении заряженных частиц в электрических полях атомных ядер. Оно состоит из фотонов различных энергий. Энергетические потери на тормозное излучение для космических лучей играют основную роль. При торможении фотон создает паруис меньшей энергией, затем каждая из этих частиц в свою очередь испускает фотоны, которые опять образуют пару частиц с еще меньшей энергией и т.д. Мы получили лавину фотонов с различной энергией.

2. Элементарные частицы

Элементарные частицы – это первичные неразложимые частицы, из которых, по предположению, состоит вся материя. Общие свойства этих частиц заключается в том, что они не ассоциированы в ядре и атоме (это субъядерные частицы).

3. Основные свойства.

Это объекты малых масс (г) и размеров (см). Поведение этих частиц – квантово-механическое. Наиболее важное квантовое свойство этих частиц это способность рождаться и уничтожаться при взаимодействии с другими частицами. В этом они аналогичны фотонам. Взаимодействие элементарных частиц разделяют на сильное, электромагнитное и слабое. Кроме того, элементарные частицы обладают гравитационным взаимодействием.

Сильное взаимодействие – самая сильная связь, обусловленная взаимодействием протонов и нейтронов в ядрах атомов.

В основе электромагнитного взаимодействия лежит связь частиц с электромагнитным полем. Эта связь заметно слабее сильного взаимодействия. Оно отвечает за связь электронов с ядром и связь атомов в молекуле.

Слабое взаимодействие вызывает очень медленно протекающие процессы с элементарными частицами, в том числе распады квазистабильных элементарных частиц (их время жизни с).

Гравитационное взаимодействие на расстояниях см дает малый эффект из-за малости масс, но может быть существенным на расстоянияхсм.

Все изученные элементарные частицы за исключением фотона разбиты на две основные группы: адроны и лептоны, в зависимости от участия во взаимодействиях. Адроны характеризуются наличием у них сильного взаимодействия наряду с электромагнитным и слабым. Лептоны участвуют только в электромагнитном и слабом взаимодействии. Гравитационное взаимодействие подразумевается у всех элементарных частиц, включая фотон.