Тема: Общие сведения об элементарных частицах. Античастицы. Взаимные превращения вещества и поля.

I. Понятие об элементарных частицах

Элементарными частицами называются частицы, которым на современном уровне знаний нельзя приписать определенную внутреннюю структуру, то есть нельзя их представить состоящими из каких-либо других частиц.

Элементарные частицы – это первичные, неразложимые далее частицы, на которых построена вся материя.

Так, например, при бета – распаде нейтрона внутри ядра атома он превращается в протон электрон и антинейтрино.

Однако это нельзя понимать, что нейтрон состоит из протона электрона и антинейтрино.

Главной особенностью элементарных частиц является их свойство взаимного превращения в друг в друга, и это превращение – главный фактор их существования.

Среди множества элементарных частиц только четыре стабильные, которые существуют в свободном состоянии неограниченное время: фотон, электрон, протон и нейтрино. Время жизни нестабильных элементарных частиц 10^-6 - 10^-19 с, исключая нейтрон 10³ с. Короткоживущие или нестабильные частицы после своего рождения в короткий промежуток времени самопроизвольно распадаются на другие элементарные частицы.

Наиболее короткодействующие элементарные частицы, время жизни, которых 10^-22 – 10^-23 с, называются резонансами.

2. Частицы и античастицы, аннигиляция взаимное превращение вещества и поля.

Взаимное превращение элементарных частиц происходит при столкновении частиц сверх высоких энергий. При этом частицы не дробятся на нечто, что можно было бы назвать их составными частями, а рождают новые частицы из числа тех, которые известны как элементарные.

Чем больше энергия сталкивающихся частиц, тем большее количество и притом более тяжелых частиц рождается.

У каждой элементарной частицы имеется античастица. Масса, спин – собственный момент количества движения, магнитный момент частицы и античастицы одинаковы, но если частица имеет электрический заряд, то ее античастица имеет заряд противоположного знака.

Частица и античастица способны к аннигиляции, то есть к процессу, в результате которого они исчезают, а вместо их появляются другие частицы.

Из опытов следует вывод о превращении вещества в поле (при аннигиляции электрон – позитрон возникают гамма кванты частиц электромагнитного поля) и поля в вещество (превращение гамма – кванта с энергией не менее 1,024 МэВ в пару электрон - позитрон).

Таким образом, электромагнитное излучение, частицы которого (кванты) не имеют массы покоя, может превращаться в частицы вещества и обратно.

Материя существует в виде вещества и поля, и эти две формы материи могут превращаться друг в друга.

Были найдены античастицы для всех элементарных частиц кроме фотона.

В 1971 году в СССР был впервые получен антигелий.

При аннигиляции вещества и антивещества энергия покоя полностью превращается в кинетическую энергию образовавшихся частиц излучения.

Энергия покоя – самый большой концентрированный запас энергии во Вселенной.

Антивещество – самое калорийное горючее.

Вопросы для самопроверки:

1. Какие частицы называют элементарными?

2. Что является главной особенностью элементарных частиц?

3. Какие элементарные частицы называются стабильными?

4. Какими величинами можно характеризовать элементарную частицу?

5. При каких условиях происходит взаимное превращение элементарных частиц?

6. Чем отличается частица и античастица?

7. Что такое аннигиляция и взаимное превращение вещества и поля?

8. На каких частицах построена вся материя?

9. Во что превращается при бета распаде нейтрон внутри ядра атома?

10. Какие элементарные частицы называются нестабильными?

11. Какие взаимодействия существуют между элементарными частицами и к чему они приводят?

12. Что происходит при столкновении частиц сверх высоких энергий.

13. В каких видах существует материя?

14. Что такое аннигиляция и взаимное превращение вещества и поля?