Глава 2. Физика элементарных частиц

2.1 История открытия элементарных частиц

Всего в настоящее время известно более 400 элементарных частиц, причем их количество увеличивается с каждым месяцем. Рассмотрим наиболее интересные частицы и основные этапы развития физики элементарных частиц. 1. Электрон е^- − элементарная частица, открытая на рубеже 19 и 20 веков. 2. Протон р−- ядро атома водорода, возведено в ранг элементарных частиц в 1919 г. Резерфордом. 3. Фотон γ − появился в физике благодаря работам Планка и Эйнштейна и утвердился в качестве элементарной частицы после опытов Комптона (фотоны также являются переносчиками электромагнитного взаимодействия). 4. Гравитон G − выполняет функции, аналогичные фотону по отношению к гравитации. Экспериментально к настоящему времени не зарегистрирован ввиду слабости гравитационного взаимодействия. 5. Нейтрон n − теоретически предсказан в 1920 г. Резерфордом и открыт в 1932 г. Чэдвиком. 6. Античастицы − предсказаны в 1930 г. Дираком. Первая атичастица − позитрон (античастица электрона) открыта в 1932 г. 7. Пионы (π-мезоны "+", "−" и "о") − впервые ввел это понятие Юкава в 1935 г. для объяснения природы ядерных сил. Заряженные пионы открыли в 1947 г., а нейтральный пион – в 1950г. 8. Мюон μ^- − открыт в 1937, первоначально ошибочно отождествлялся с переносчиком ядерных сил, но затем выяснилось, что он является тяжелым двойником электрона. В 1975 г. открыт еще более тяжелый "собрат" электрона − тяжелый лептон или τ- лептон (таон τ^-). 9. Нейтрино ν - введено в 1930 г. Паули, зарегистрировано в середине 50-х годов. В настоящее время известно три сорта нейтрино: электронное, мюонное и таонное. Таким образом, к концу 40-х годов было известно около 15 элементарных частиц, которые позволили создать довольно стройную картину строения материи. 10. Полной неожиданностью для физиков оказалось открытие в 50-е годы еще около 15 частиц. Все они нестабильны, для большинства их среднее время жизни было τ ~10 ^-10 с. Они были названы К-мезоны (каоны) и гипероны. Все каоны и гипероны стали называть "странными" частицами, т.к. они показались со- всем уж лишними и обладали рядом интересных свойств. В дальнейшем для описания поведения каонов и гиперонов пришлось ввести новый закон сохранения и ввести новое квантовое число − "странность". 11. В 60-е годы было открыто около 100 новых частиц с чрезвычайно малыми временами жизни порядка ядерных времен τ ~ 10 -23 ч10 -22 с. В настоящее время таких частиц насчитывается более 300 и все они носят название резонансы. 12. В ноябре 1974 г. независимо друг от друга двумя группами американских ученых была открыта новая частица J/ψ йот- пси-частица. Открытие этой частицы было названо ноябрьской революцией в физике элементарных частиц, поскольку оно экспериментально подтвердило гипотезу кварков. До 1974 г. кварки многими физиками принимались в качестве некоторых вспомогательных объектов. Теперь кварки обрели физическую реальность. 13. В 1983 г. открыты промежуточные бозоны − переносчики слабого взаимодействия.