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 вещество и теряют 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 пару и с 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 расстояниях см.

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.