Реферат: История открытия основных элементарных частиц

1.  Введение_______________________________________________стр2.

2.  Развитие идеи опланетарной модели атома__________________стр.3

3.  Краткие историческиесведения_____________________________стр.5

4.  Электроны и позитроны____________________________________стр.8

5.  Открытие нейтрона________________________________________стр.10

6.  Окрытие мезона__________________________________________стр.12

7.  Вывод__________________________________________________стр.15

8.  Спиок использованнойлитературы__________________________стр.16

Введение.

      Элементарные  частицы в точном значении этого термина — пер­вичные, далеенеразложимые частицы, из которых, по предположению, состоит вся материя. Впонятии «Э. ч.» в современной физике находит выражение идея о первообразныхсущностях, определяющих все из­вестные свойства материального мира, идея,зародившаяся на ранних этапах становления естествознания и всегда игравшаяважную роль в его развитии.

      Понятие «Э. ч.» сформировалось в тесной связи с установлением дискретногохарактера строения вещества на микроскопическом уровне. Обнаружение на рубеже19—20 вв. мельчайших носителей свойств ве­щества — молекул и атомов — иустановление того факта, что моле­кулы построены из атомов, впервые позволилоописать все известные вещества как комбинации конечного, хотя и большого, числаструктур­ных составляющих — атомов. Выявление в дальнейшем наличия со­ставныхслагающих атомов — электронов и ядер, установление сложной природы ядер,оказавшихся построенными всего из двух типов частиц (протонов и нейтронов),существенно уменьшило количество дискрет­ных элементов, формирующих свойствавещества, и дало основание предполагать, что цепочка составных частей материизавершается дис­кретными бесструктурными образованиями — Э. ч. Такое предположе­ние,вообще говоря, является экстраполяцией известных фактов и сколько-нибудь строгообосновано быть не может. Нельзя с уверенно­стью утверждать, что частицы,элементарные в смысле приведённого определения, существуют.        Протоны инейтроны, например, дли­тельное время считавшиеся Э. ч., как выяснилось, имеютсложное строение. Не исключена возможность того, что последовательностьструктурных составляющих материи принципиально бесконечна. Может оказатьсятакже, что утверждение «состоит из...» на какой-то ступени изучения материиокажется лишённым содержания. От данного выше определения «элементарности» вэтом случае придется отказаться. Существование Э. ч. — это своего родапостулат, и проверка его спра­ведливости — одна из важнейших задач физики.

 Развитиеидеи о планетарной модели атома.

Несразу ученые пришли к правильным представлениям о строе­нии атома.

Одиниз первых экспериментальных фактов, свидетельствующих о сложности атомов, о существованииу них внутренней структуры элек­трической природы, был установлен Фарадеем. На основанииопытов по электролизу различных солей и других соединений можно было с уве­ренностьюутверждать, что электрические заряды имеются в атомах всех элементов. Однако надобыло выяснить, что представляет  собой электричество, является ли оно непрерывнойсубстанцией или в при­роде существуют неделимые «атомы электричества».

Таккак при электролизе одинаковое количество атомов любого одновалентного элементавсегда переносит одно и то же количество электричества, можно было предположить,что в природе существует «атом количества электричества», одинаковый в атомах всехэлемен­тов.

Этотзаряд получил название элементарного заряда. В 1891 году ирландский физик Дж. Стонейпредложил для него название электрон Решающие эксперименты, доказавшие реальностьсуществования элек­тронов, были выполнены английским физиком Дж. Томсоном в1899 году. Модель атома по Томсону представляла собой положительно за­ряженную жидкость,в которой плавают отрицательные электроны. На протяжении 12 лет эта модель представляласьвесьма правдоподобной. Но в 1911 году из опытов Резерфорда, сыгравшего большую рольв по­нимании строения атома, непосредственно вытекает  п л а н е т а р н а я  модельатома. Основные положения теории атома сформулировал Нильс Бор.

Этотвеличайший переворот  в физике произошел на рубеже ХХ века.

Именнов это время великие принципы классической физики обна­ружили свою несостоятельностьперед лицом новых фактов. Физики пе­решли границы новой неведомой области, имя которой- микромир.

Ударпо представлениям, ставшим привычными, оказался тем бо­лее чувствительным, что вконце ХIХ века даже выдающиеся  физики были убеждены в том, что основные законы природы раскрыты, и оста­ется использоватьих для объяснения различных явлений и процессов.

Ведьдо этого фундаментальные принципы классической механики Ньютона, электродинамикиМаксвелла и др. разделов физики получали все новые и новые подтверждения своей справедливости.

Никомуне приходило в голову, что с уменьшением, к примеру, массы тел или увеличением ихскорости законы Ньютона, давно счи­тавшиеся чуть ли не самоочевидными, могут оказатьсянесостоятель­ными.

Ивот выяснилось, что атомы подвержены разрушению. Странные свойства обнаружил электрон.Его масса выростала со скоростью. Ос­новная характеристика тела — масса, считавшаясясо времен Ньютона неизменной, оказалась зависящей от скорости. А ведь массу былопри­нято рассматривать как меру количества вещества, содержащегося в теле.

Ноэти трудности оказались трамплином для новых теорий  ХХ века — теории относительностии квантовой механики.

      Классическая физика оказалась частным, или, точнее, предельным случаем теории относительностипри скоростях, значительно меньших скорости света.

       Термин «Э. ч.» часто употребляется в современной физике не в своём точномзначении, а менее строго — для наименования большой группы мельчайших частицматерии, подчинённых условию, что они не являются атомами или атомными ядрами(исключение составляет про­стейшее ядро атома водорода — протон). Как показали исследования,эта группа частиц необычайно обширна. К ней относятся: протон (р), нейтрон(n) и электрон (e-), фотон (g), пи-мезоны (p), мюоны (m), ней­тринотрёх типов (электронное ve, мюонное vm исвязанное с т. н. тяжё­лым лептоном vt), т. н. странные частицы(К-мезоны и гипероны), разно­образные резонансы, открытые в 1974—77y-частицы, «очарованные» частицы, ипсилон-частицы (¡) и тяжёлые лептоны(t+, t—) — всего более 350 частиц, в основномнестабильных. Число частиц, включаемых в эту группу, продолжает расти и, скореевсего, неограниченно велико; при этом большинство перечисленных частиц неудовлетворяет строгому определению элементарности, поскольку, по современнымпредставле­ниям, они являются составными системами (см. ниже). Использованиеназвания «Э. ч.» ко всем этим частицам имеет исторические причины и связано стем периодом исследований (начало 30-х гг. 20 в.), когда единственно известнымипредставителями данной группы были протон, нейтрон, электрон и частицаэлектромагнитного поля — фотон. Эти че­тыре частицы тогда естественно былосчитать элементарными, т. к. они служили основой для построения окружающего насвещества и взаимо­действующего с ним электромагнитного поля, а сложнаяструктура про­тона и нейтрона не была известна.

      Открытие новых микроскопических частиц материи постепенно раз­рушило этупростую картину. Вновь обнаруженные частицы, однако, во многих отношениях былиблизки к первым четырём известным части­цам. Объединяющее их свойствозаключается в том, что все они явля­ются специфическими формами существованияматерии, не ассоцииро­ванной в ядра и атомы (иногда по этой причине их называют«субъядер­ными частицами»). Пока количество таких частиц было не очень велико,сохранялось убеждение, что они играют фундаментальную роль в строении материи,и их относили к категории Э. ч. Нарастание числа субъядерных частиц, выявлениеу многих из них сложного строения по­казало, что они, как правило, не обладаютсвойствами элементарности, но традиционное название «Э. ч.» за ними сохранилось

Краткиеисторические сведения.

      ОткрытиеЭ. ч. явилось закономерным результатом общих успехов в изучении строениявещества, достигнутых физикой в конце 19 в. Оно было подготовлено всестороннимиисследованиями оптических спек­тров атомов, изучением электрических явлений вжидкостях и газах, от­крытием фотоэлектричества, рентгеновских лучей,естественной радио­активности, свидетельствовавших о существовании сложнойструктуры материи.

    Исторически первой открытой Э. ч. был электрон — носитель отрица­тельногоэлементарного электрического заряда в атомах. В 1897 Дж. Дж. Томсон установил,что т. н. катодные лучи образованы потоком мель­чайших частиц, которые былиназваны электронами. В 1911 Э. Резер­форд, пропуская альфа-частицы отестественного радиоактивного ис­точника через тонкие фольги различных веществ,выяснил, что положи­тельный заряд в атомах сосредоточен в компактныхобразованиях — ядрах, а в 1919 обнаружил среди частиц, выбитых из атомных ядер,про­тоны — частицы с единичным положительным зарядом и массой, в 1840 разпревышающей массу электрона. Другая частица, входящая в состав ядра, — нейтрон— была открыта в 1932 Дж. Чедвиком при исследова­ниях взаимодействия a-частиц сбериллием. Нейтрон имеет массу, близкую к массе протона, но не обладает электрическимзарядом. От­крытием нейтрона завершилось выявление частиц — структурных эле­ментоватомов и их ядер.

    Вывод о существовании частицы электромагнитного поля — фотона — берёт своёначало с работы М. Планка (1900). Предположив, что энергия электромагнитногоизлучения абсолютно чёрного тела кванто­ванна, Планк получил правильную формулудля спектра излучения. Развивая идею Планка, А. Эйнштейн (1905) постулировал,что электро­магнитное излучение (свет) в действительности является потоком от­дельныхквантов (фотонов), и на этой основе объяснил закономерности фотоэффекта. Прямыеэкспериментальные доказательства существо­вания фотона были даны Р. Милликеном(1912— 1915) и А. Комптоном (1922).

      Открытие нейтрино — частицы, почти не взаимодействующей с ве­ществом, ведётсвоё начало от теоретической догадки В. Паули (1930), позволившей за счётпредположения о рождении такой частицы устра­нить трудности с закономсохранения энергии в процессах бета-распада радиоактивных ядер.Экспериментально существование нейтрино было подтверждено лишь в 1953 (Ф.Райнес и К Коуэн, США).

       С 30-х и до начала 50-х гг. изучение Э. ч. было тесно связано с ис­следованиемкосмических лучей. В 1932 в составе космических лучей К. Андерсоном былобнаружен позитрон (е+) — частица с массой элек­трона, но сположительным электрическим зарядом. Позитрон был пер­вой открытойантичастицей. Существование е+ непосредственно выте­кало изрелятивистской теории электрона, развитой П. Дираком (1928—31) незадолго дообнаружения позитрона. В 1936 американские физики К. Андерсон и С. Неддермейеробнаружили при исследовании осмических лучей мюоны (обоих знаков электрическогозаряда) — частицы с массой примерно в 200 масс электрона, а в остальномудивительно близкие по свойствам к е-, е+.

      В 1947 также в космических лучах группой С. Пауэлла были открыты p+и p--мезоны с массой в 274 электронные массы, играющие важную рольво взаимодействии протонов с нейтронами в ядрах. Существова­ние подобных частицбыло предположено Х. Юкавой в 1935.

       Конец 40-х — начало 50-х гг. ознаменовались открытием большой группы частиц снеобычными свойствами, получивших название «стран­ных». Первые частицы этойгруппы К+ — и К--мезоны, L-, S+ -, S — -,X — -гипе­роны были открыты в космических лучах, последующие открытиястран­ных частиц были сделаны на ускорителях — установках, создающих ин­тенсивныепотоки быстрых протонов и электронов. При столкновении с веществом ускоренныепротоны и электроны рождают новые Э. ч., кото­рые и становятся предметом изучения.

       С начала 50-х гг. ускорители превратились в основной инструмент дляисследования Э. ч. В 70-х гг. энергии частиц, разогнанных на уско­рителях,составили десятки и сотни млрд. электронвольт (Гэв). Стрем­лениек увеличению энергий частиц обусловлено тем, что высокие энер­гии открываютвозможность изучения строения материи на тем меньших расстояниях, чем вышеэнергия сталкивающихся частиц. Ускорители существенно увеличили темп полученияновых данных и в короткий срок расширили и обогатили наше знание свойствмикромира. Применение ускорителей для изучения странных частиц позволило болеедетально изучить их свойства, в частности особенности их распада, и вскоре при­велок важному открытию: выяснению возможности изменения характе­ристик некоторых микропроцессовпри операции зеркального отраже­ния— т. н. нарушению пространств.четности (1956). Ввод в строй про­тонных ускорителей с энергиями в миллиарды эвпозволил открыть тя­жёлые античастицы: антипротон (1955), антинейтрон(1956), антисигма-гипероны (1960). В 1964 был открыт самый тяжёлый гиперон W-(с мас­сой около двух масс протона). В 1960-х гг. на ускорителях было открытобольшое число крайне неустойчивых (по сравнению с др. нестабиль­ными Э. ч.)частиц, получивших название «резонансов». Массы боль­шинства резонансовпревышают массу протона. Первый из них D1 (1232) был известен с1953. Оказалось, что резонансы составляют основная часть Э. ч.

       В 1962 было выяснено, что существуют два разных нейтрино: элек­тронное имюонное. В 1964 в распадах нейтральных К-мезонов. было обнаружено несохранениет, н. комбинированной чётности (введённой Ли-Цзун дао и Ян Чжэнь-нином инезависимо Л. Д. Ландау в 1956), озна­чающее необходимость пересмотрапривычных взглядов на поведение физических процессов при операции отражениявремени.

         В 1974 были обнаружены массивные (в 3—4 протонные массы) и в то же времяотносительно устойчивые y-частицы, с временем жизни, не­обычно большим длярезонансов. Они оказались тесно связанными с новым семейством Э. ч. — «очарованных»,первые представители кото­рого (D0, D+, Lс)были открыты в 1976. В 1975 были получены первые сведения о существованиитяжёлого аналога электрона и мюона (тяжё­лого лептона t). В 1977 были открыты¡-частицы с массой порядка де­сятка протонных масс.

         Таким образом, за годы, прошедшие после открытия электрона, было выявленоогромное число разнообразных микрочастиц материи. Мир Э. ч. оказался достаточносложно устроенным. Неожиданными во многих отношениях оказались свойстваобнаруженных Э. ч. Для их опи­сания, помимо характеристик, заимствованных изклассической физики, таких, как электрический заряд, масса, момент количествадвижения, потребовалось ввести много новых специальных характеристик, в част­ностидля описания странных Э. ч. — странность (К. Нишиджима, М. Гелл-Ман, 1953),«очарованных» Э. ч. — «очарование» (американские физики Дж. Бьёркен, Ш.Глэшоу, 1964); уже названия приведённых ха­рактеристик отражают необычностьописываемых ими свойств Э. ч.

   Всостав всех окружающих нас веществ входят электроны. Их элек­трический зарядточно известен (например, из экспериментов с масля­ными капельками) и равен e =4,802•10-10электростатических единиц. Масса электрона тоже точно известна (например, изэкспериментов по отклонению в электрическом и магнитном полях, дающих величинуот­ношения электрического заряда к массе) и имеет величину me=9,105•10-28г. Соответствующее значение энергии покоя mec2=0,51079Мэв. Ана­лиз атомных спектров показывает, что спин электрона s =1/2,а его маг­нитный момент равен одному магнетону Бора. Электроны подчиняютсястатистике Ферми, так как они обладают полуцелым спином. Это согла­суется сэкспериментальными данными о структуре атомов и о поведе­нии электронов вметаллах.

   Позитроны(положительные электроны) в веществе не могут сущест­вовать, потому что призамедлении они аннигилируют, соединяясь с от­рицательными электронами. В этомпроцессе, который можно рассмат­ривать как обратный процесс рождения пар,положительный и отрица­тельный электроны исчезают, при этом образуются фотоны,которым передается их энергия. При аннигиляции электрона и позитрона в боль­шинствеслучаев образуются два фотона, значительно реже — один фо­тон. Однофотоннаяаннигиляция может произойти только в том случае, когда электрон сильно связан сядром; участие ядра в этом случае не­обходимо для сохранения импульса.Двухфотонная аннигиляция, напро­тив, может происходить и со свободнымэлектроном. Часто процесс ан­нигиляции происходит после практически полнойостановки позитрона. В этом случае испускаются в противоположных наравленияхдва фотона с равными энергиями.

/>Позитрон был открыт Андерсоном при изучении космических лучейметодом камеры Вильсона. На рисунке, который является репродукцией с полученнойАндерсоном фотографии в камере Вильсона, видна поло­жительная частица, входящаяв свинцовую пластину толщиной 0,6 см с импульсом 6,3•107 эв/с ивыходящая из нее с импульсом 2,3•107 эв/с. Можно установить верхнийпредел для массы этой частицы, допустив, что она теряет энергию только настолкновения. Этот предел составляет 20 me. На основании этойи других сходных фотографий Андерсон вы­двинул гипотезу о существованииположительной частицы с массой, примерно равной массе обычного электрона. Этозаключение скоро было подтверждено наблюдениями Блэккета и Оккиалини в камереВильсона. Вскоре после этого Кюри и Жолио открыли, что позитроны образуются приконверсии гамма-лучей радиоактивных источников, а также испускаютсяискусственными радиоактивными изотопами. Так как фотон, будучи нейтральнымобразует пару (позитрон и электрон), то из принципа сохранения электрическогозаряда следует, что по абсолют­ной величине заряд позитрона равен зарядуэлектрона.

Первоеколичественное определение массы позитрона было проде­лано Тибо, которыйизмерял отношение e/m методом трохоид и пришел к выводу, что массыпозитрона и электрона отличаются не больше чем на 15 %. Более поздниеэксперименты Шписа и Цана, которые исполь­зовали масс-спектрографическуюустановку, показали, что массы элек­трона и позитрона совпадают с точностью до2 %. Еще позже Дюмонд и сотрудники измерили с большой точностью длину волныаннигиляцион­ного излучения. С точностью до ошибок эксперимента (0,2 %) ониполу­чили такое значение длины волны, которого следовало ожидать в пред­положении,что позитрон и электрон имеют равные массы.

Законсохранения момента количества движения в применении к про­цессу рождения парпоказывает, что позитроны обладают полуцелым спином и, следовательно,подчиняются статистике Ферми. Разумно предположть, что спин позитрона равен1/2, как и спин электрона.

Открытиенейтрона.

      Открытиеизотопов не прояснило вопрос о строении ядра. К этому времени были известнылишь протоны – ядра водорода и электроны, а потому естественной была попыткаобъяснить существование изотопов различными комбинациями этих положительно иотрицательно заря­женных частиц. Можно было бы думать, что ядра содержат Апротонов, где А – массовое число, и АZ электронов. Приэтом полный положитель­ный заряд совпадает с атомным номером Z.

       Такая простая картина однородного ядра поначалу не противоре­чила выводу омалых размерах ядра, вытекавшему из опытов Резер­форда. «Естественный радиус»электрона r0= e2/mc2(который получа­ется, если приравнять электростатическую энергию e2/r0заряда, распре­деленного по сферической оболочке, собственной энергии электронаmc2) составляет r0= 2,8210–15м. Такой электрон достаточно мал, чтобы находиться внутри ядра радиусом 10–14м, хотя поместить туда большое число частиц было бы затруднительно. В 1920Резерфорд и другие уче­ные рассматривали возможность существования устойчивойкомбина­ции из протона и электрона, воспроизводящей нейтральную частицу смассой, приблизительно равной массе протона. Однако из-за отсутствияэлектрического заряда такие частицы с трудом поддавались бы обнару­жению. Врядли они могли бы и выбивать электроны из металлических поверхностей, какэлектромагнитные волны при фотоэффекте.

    Лишь спустя десятилетие, после того как естественная радиоактив­ность былаглубоко исследована, а радиоактивное излучение стали ши­роко применять, чтобывызывать искусственное превращение атомов, было надежно установленосуществование новой составной части ядра. В 1930 В.Боте и Г.Беккер изГисенского университета проводили облу­чение лития и бериллия альфа-частицами ис помощью счетчика Гей­гера регистрировали возникающее при этом проникающееизлучение. Поскольку на это излучение не оказывали влияния электрические и маг­нитныеполя и оно обладало большой проникающей способностью, ав­торы пришли к выводу,что испускается жесткое гамма-излучение. В 1932 Ф.Жолио и И.Кюри повторилиопыты с бериллием, пропуская такое проникающее излучение через парафиновыйблок. Они обнаружили, что из парафина выходят протоны с необычно высокойэнергией, и заклю­чили, что, проходя через парафин, гамма-излучение врезультате рас­сеяния порождает протоны. (В 1923 было установлено, чторентгенов­ские лучи рассеиваются на электронах, давая комптоновский эффект.)

      Дж.Чедвик повторил эксперимент. Он также использовал парафин и с помощьюионизационной камеры (рис. 1), в которой собирался заряд, возникающий привыбивании электронов из атомов, измерял пробег протонов отдачи.

/>

Рис.1

    Чедвик использовал также газообразный азот (в камере Вильсона, где вдоль следазаряженной частицы происходит конденсация водяных капелек) для поглощенияизлучения и измерения пробега атомов отдачи азота. Применив к результатам обоихэкспериментов законы сохранения энергии и импульса, он пришел к выводу, чтообнаруженное нейтраль­ное излучение – это не гамма-излучение, а потокчастиц с массой, близ­кой к массе протона. Чедвик показал также, что известныеисточники гамма-излучения не выбивают протонов.

    Тем самым было подтверждено существование новой частицы, кото­рую теперьназывают нейтроном. Расщепление металлического берил­лия происходило следующимобразом:

     Альфа-частицы 42He (заряд 2, массовое число 4)сталкивались с яд­рами бериллия (заряд 4, массовое число 9), в результате чеговозникали углерод и нейтрон.

    Открытие нейтрона явилось важным шагом вперед. Наблюдаемые характеристики ядертеперь можно было интерпретировать, рассматри­вая нейтроны и протоны каксоставные части ядер. На рис. 2 схематиче­ски показана структура несколькихлегких ядер.

Рис.2

    Нейтрон, как теперь известно, на 0,1% тяжелее протона. Свободные нейтроны (внеядра) претерпевают радиоактивный распад, превращаясь в протон и электрон. Этонапоминает о первоначальной гипотезе со­ставной нейтральной частицы. Однаковнутри стабильного ядра ней­троны связаны с протонами и самопроизвольно нераспадаются.

 Открытие мезона, вотличие от открытия позитрона явилось не ре­зультатом единичного наблюдения, аскорее выводом из целой серии экспериментальных и теоретических исследований.

 В 1932году Росси, используя метод совпадений, предложенный Боте и Кольхерстером,показал, что известную часть наблюдаемого на уровне моря космического излучениясоставляют частицы, способные прони­кать через свинцовые пластины толщиной до 1м. Вскоре после этого он также обратил внимание на существование в космическихлучах двух различных компонент. Частицы одной компоненты (проникающая компо­нента)способны проходить через большие толщи вещества, причем степень поглощения ихразличными веществами приблизительно про­порциональна массе этих веществ.Частицы другой компоненты (ливне­образующая компонента) быстро поглощаются, вособенности тяжелыми элементами; при этом образуется большое число вторичныхчастиц (ливни). Эксперименты по изучению прохождения частиц космических лучейчерез свинцовые пластины, проведенные с камерой Вильсона Ан­дерсоном иНеддемейером, также показали, что существуют две раз­личные компонентыкосмических лучей. Эти эксперименты показали, что, в то время как в среднемпотеря энергии частиц космических лучей в свинце совпадала по порядку величин стеоретически вычисленной потерей на столкновения, некоторые из этих частициспытывали гораздо большие потери.

    В1934 году Бете и Гайтлер опубликовали теорию радиационных по­терь электронов ирождения пар фотонами. Свойства менее проникаю­щей компоненты, наблюдавшейсяАндерсоном и Неддемейером, нахо­дились в согласии со свойствами электронов,предсказанными теорией Бете и Гайтлера; при этом большие потери объяснялисьрадиацион­ными процессами. Свойства ливнеобразующего излучения, обнаружен­ногоРосси, также могли быть объяснены в предположении, что это из­лучение состоитиз электронов и фотонов больших энергий. С другой стороны, признаваясправедливость теории Бете и Гайтлера, приходи­лось делать вывод, что«проникающие» частицы в экспериментах Росси и менее поглощающиесячастицы в экспериментах Андерсона и Недде­мейера отличаются от электронов.Пришлось предположить, что прони­кающие частицы тяжелее электронов, так каксогласно теории потери энергии на излучение обратно пропорциональны квадратумассы.

   Всвязи с этим обсуждалась возможность краха теории излучения при большихэнергиях. В качестве альтернативы Вильямс в 1934 году высказал предположение,что проникающие частицы космических лучей, возможно, обладают массой протона.Одна из трудностей, связанных с этой гипотезой, заключалась в необходимостисуществования не только положительных, но и отрицательных протонов, потому чтоэкспери­менты с камерой Вильсона показали, что проникающие частицы косми­ческихлучей имеют заряды обоих знаков. Более того, на некоторых фо­тографиях,полученных Андерсоном и Неддемейером в камере Виль­сона, можно было видетьчастицы, которые не излучали подобно элек­тронам, но, однако, были не такимитяжелыми, как протоны. Таким обра­зом, к концу 1936 года стало почти очевидным,что в космических лучах имеются, кроме электронов, еще и частицы до тех порнеизвестного типа, предположительно частицы с массой, промежуточной между мас­сойэлектрона и массой протона. Следует отметить также, что в 1935 году Юкава изчисто теоретических соображений предсказал существо­вание подобных частиц.

  Существование частиц с промежуточной массой было непосредст­венно доказано в1937 году экспериментами Неддемейера и Андерсона и Стрита и Стивенсона.

    ЭкспериментыНеддемейера и Андерсона явились продолжением (с улучшенной методикой)упоминавшихся выше исследований по потерям энергии частиц космических лучей.Они были проведены в камере Виль­сона, помещенной в магнитное поле иразделенной на две половины платиновой пластиной толщиной 1 см. Потери импульсадля отдельных частиц космических лучей определялись путем измерения кривизныследа до и после пластины.

   Поглощающиеся частицы легко могут быть интерпретированы как электроны. Такаяинтерпретация подкрепляется тем, что поглощаю­щиеся частицы в отличие отпроникающих часто вызывают в платино­вом поглотителе вторичные процессы и побольшей части встречаются группами (по две и больше). Именно этого и следовалоожидать, так как многие из электронов, наблюдаемых при такой же геометрииэкспери­мента, что у Неддемейера и Андерсона, входят в состав ливней, обра­зующихсяв окружающем веществе. Что касается природы проникающих частиц, то здесь многоепояснили два следующих результата, получен­ных Неддемейером и Андерсоном.

    1).Несмотря на то, что поглощающиеся частицы относительно чаще встречаются прималых значениях импульсов, а проникающие частицы наоборот (более часты прибольших значениях импульсов), имеется ин­тервал импульсов, в которомпредставлены и поглощающиеся и прони­кающие частицы. Таким образом, различие вповедении этих двух сор­тов частиц не может быть приписано различию в энергиях.Этот резуль­тат исключает возможность считать проникающие частицы электронами,объясняя их поведение несправедливостью теории излучения при больших энергиях.

   2).Имеется некоторое число проникающих частиц с импульсами меньше 200 Мэв/с,которые производят не большую ионизацию, чем од­нозарядная частица вблизиминимума кривой ионизации. Это означает, что проникающие частицы космическихлучей значительно легче, чем протоны, поскольку протон с импульсом меньше 200Мэв/с производит удельную ионизацию, примерно в 10 раз превышающую минимальную.

/>Стрит и Стивенсон попытались непосредственно оценитьмассу час­тиц космических лучей путем одновременного измерения импульса иудельной ионизации. Они использовали камеру Вильсона, которая управляласьсистемой счетчиков Гейгера-Мюллера, включенной на ан­тисовпадения. Этимдостигался отбор частиц, близких к концу своего пробега. Камера помещалась вмагнитное поле напряженностью 3500 гс; камера срабатывала с задержкой около 1сек, что позволяло произво­дить счет капелек. Среди большого числа фотографийСтрит и Стивенсон нашли одну, представлявшую чрезвычайный интерес.

На этойфотографии виден след частицы с импульсом 29 Мэв/с, ионизация которой примернов шесть раз превышает минимальную. Эта частица обладает отрицательным зарядом,поскольку она движется вниз. Судя по импульсу и удельной ионизации, ее массаоказывается равной примерно 175 массам электрона; вероятная ошибка,составляющая 25 %, обусловлена неточностью измерения удельной ионизации.Заметим, что электрон, обладающий импульсом 29 Мэв/с, имеет практическиминимальную ионизацию. С другой стороны, частицы с таким импульсом и массойпротона (либо движущийся вверх обычный протон, либо отрицательный протон,движущийся вниз) обладают удельной ионизацией, которая примерно в 200 разпревышает минимальную; кроме того, пробег такого протона в газе камеры долженбыть меньше 1 см. В то же время след, о котором идет речь, ясно виден напротяжении 7 см, после чего он выходит из освещенного объема.

Описанные вышеэксперименты безусловно доказали, что проникающие частицы действительноявляются более тяжелыми, чем электроны, но более легкими, чем протоны. Крометого, эксперимент Стрита и Стивенсона дал первую примерную оценку массы этойновой частицы, которую мы можем теперь назвать ее общепринятым именем — мезон.

Вывод.

      Изучение внутреннего строения материи и свойств Э. ч. с первых своих шаговсопровождалось радикальным пересмотром многих устоявшихся понятий ипредставлений. Закономерности, управляющие поведением материи в малом,оказались настолько отличными от закономерностей классической механики иэлектродинамики, что потребовали для своего описания совершенно новых теоретическихпостроений. Такими новыми фундаментальными построениями в теории явилисьчастная (специальная) и общая теория относительности (А. Эйнштейн, 1905 и1916;  Относительности теория, Тяготение) и квантовая механика (1924—27; Н.Бор,Л. де Бройль, В. Гейзенберг, Э. Шредингер, М. Борн). Теория относительности иквантовая механика знаменовали собой подлинную революцию в науке о природе изаложили основы для описания явлений микромира. Однако для описания процессов,происходящих с Э. ч., квантовой механики оказалось недостаточно. Понадобилсяследующий шаг — квантование классических полей (т. н. квантование вторичное) иразработка квантовой теории поля. Важнейшими этапами на пути её развития были:формулировка квантовой электродинамики (П. Дирак, 1929), квантовой теорииb-распада (Э. Ферми, 1934), положившей начало современной теории слабыхвзаимодействий, квантовой мезодинамики (Юкава, 1935). Непосредственнойпредшественницей последней была т. н. b-теория ядерных сил (И. Е. Тамм, Д. Д.Иваненко, 1934; Сильные взаимодействия). Этот период завершился созданиемпоследовательного вычислительного аппарата квантовой электродинамики (С.Томонага, Р. Фейнман, Ю. Швингер; 1944—49), основанного на использованиитехники перенормировки (Квантовая теория поля). Эта техника была обобщенавпоследствии применительно к другим вариантам квантовой теории поля.

        Квантовая теория поля продолжает развиваться и совершенст­воваться и являетсяосновой для описания взаимодействий Э. ч. У этой теории имеется рядсущественных успехов, и всё же она ещё очень далека от завершённости и не можетпретендовать на роль всеобъемлющей теории Э. ч. Происхождение многих свойств Э.ч. и природа присущих им взаимодействий в значительной мере остаются неясными.Возможно, понадобится ещё не одна перестройка всех представлений и гораздоболее глубокое понимание взаимосвязи свойств микрочастиц и геометрическихсвойств пространства-вре­мени, прежде чем теория Э. ч. будет построена.

1 МякишевГ.Я. “Элементарные частицы” М., Просвещение, 1977г.

2Савельев И.В. “Курс физики”, М,Наука, 1989г.

3 Крейчи “Мирглазами современной физики” М, Мир, 1974

4 КомарА.А. “Элементарные частицы” cтатья

5 ЗисманГ.А., Тодес О.М. “ Курс общей физики” Киев,изд. Эделвейс             

   1994 г.

6 ФедоровФ. “Цепная реакция идеи” М., изд. Знание, 1975 г.