Елементарні частинки та їх застосування

Тип работы:
Реферат
Предмет:
Физика


Узнать стоимость

Детальная информация о работе

Выдержка из работы

Реферат на тему:

Елементарні частинки

та їх застосування

Виконав учень

10-Б класу

Легіневич Тарас

План

1) Вступ

2) Короткі історичні відомості

3) Основні властивості елементарних частинок. Класи взаємодій

4) Характеристики елементарних частинок

5) Елементарні частинки і квантова теорія поля

6) Застосування елементарних частинок

7) Висновок

Вступ

Елементарні частинки — це первинні частинки, які дальше не розпадаються, з них складається вся матерія. Поняття елементарні частинки сформувалося в тісному зв’язку з встановленням дискретного характеру будови речовини на мікроскопічному рівні. Відкриття на рубежі 19−20 ст. найдрібніших носіїв властивостей речовини — молекул і атомів — і встановлення того факту, що молекули побудовані із атомів, дозволило описати всі відомі речовини як комбінації кінцевого числа структурних складових — атомів. Виявлення в подальшому наявності складових атомів-електронів і ядер, встановлення складної природи ядер, які складаються із двох типів частинок (протонів і нейтронів), дало можливість передбачити, що ланцюжок складових матерії завершиться дискретними безструктурними утвореннями — елементарними частинками. Але не можна впевнено стверджувати, що такі елементарні частинки існують. Протони і нейтрони, наприклад, довгий час рахувалися елементарними, а тепер вияснилось, що вони мають складну будову.

Не виключена можливість того, що послідовність структурних складових матерії безкінечна.

Термін «елементарні частинки» часто використовується в сучасній фізиці для найменування великої групи найдрібніших частинок матерії, які не являються атомами і атомними ядрами (виняток складає ядро атома водню-протон). Як показали дослідження, ця група частинок дуже велика. Крім згадуваних протона, нейтрона і електрона до неї відносяться: фотон, пімезони, мюони, нейтрино, дивні частинки (К-мезони і гіперони), різноманітні резонанси, «зачаровані» частинки, іпсилон-частинки і важкі лептони-всього більше 350 частинок, в основному нестабільних. Число частинок, що входить в цю групу, продовжує рости, і скоріше всього, необмежено велике. Використання назви «елементарні частинки «до всіх цих частинок має історичні причини і пов’язано з тим періодом досліджень (початок 30-х років 20 ст.), коли єдиними представниками даної групи були протон, нейтрон і частинка електромагнітного поля — фотон. Ці чотири частинки тоді рахувалися елементарними, так як вони служили основою для побудови речовини і електромагнітного поля, яке з нею взаємодіє, а складна структура протона і нейтрона не була відома.

Відкриття нових мікроскопічних частинок матерії поступово зруйнувало цю просту картину. Нові відкриті частинки дуже були близькі до перших чотирьох відомих частинок. Спільним для них є те, що вони являються специфічними формами існування матерії, яка не асоціюється в ядра і атоми, тому їх іноді називають «суб'ядерними частинками». До тих пір, поки кількість таких частинок була не дуже велика, існувала думка, що вони відіграють фундаментальну роль в будові матерії, і їх відносили до елементарних частинок. Зростання кількості суб’ядерних частинок, виявлення у багатьох із них складної будови показало, що вони, як правило, не мають властивості елементарності, але традиційна назва «елементарні частинки «за ними збереглась.

Короткі історичні відомості

Першою відкритою елементарною частинкою був електрон — носій негативного елементарного електричного заряду в атомах. В 1897р. Дж. Дж. Томсон встановив, що катодні промені утворені потоком найдрібніших частинок, які були названі електронами. В 1911р. Е. Резерфорд, пропускаючи альфа-частинки від природного радіоактивного джерела через тонку фольгу різних речовин, вияснив, що позитивний заряд в атомах зосереджений в компактних утвореннях-ядрах, а в 1919р. виявив серед частинок, вибитих із атомних ядер, протони-частинки з одиничним позитивним зарядом і масою, в 1840 разів перевищуючи масу електрона. Інша частинка, яка входить до складу ядра, — нейтрон — була відкрита в 1932р. Дж. Чедвіком під час дослідження взаємодії альфа-частинки з берилієм.

Нейтрон має масу, яка близька до маси протона, але не має електричного заряду.

Відкриттям нейтрону завершилося виявлення частинок — структурних елементів атомів і їх ядер.

Висновок про існування частинки електромагнітного поля -фотона- бере свій початок із роботи М. Планка (1900р.) Передбачивши, що енергія електромагнітного випромінювання абсолютно чорного тіла квантована, Планк одержав прави- льну формулу для спектра випромінювання. Розвиваючи ідею Планка, А. Ейнштейн (1905р.) доказав, що світло в дійсності являється потоком окремих квантів (фотонів), і на цій основі пояснив закономірності фотоефекту. Експери- ментальні докази існування фотона були дані Р. Мілікеном (1912−1915рр.) і А.

Комптоном (1922р.) Відкриття нейтрино-частинки, яка майже не взаємодіє з речовиною, веде свій початок від теоретичної здогадки В. Паулі (1930р.) Експериментально існування нейтрино було доведено лише в 1953р. (Ф. Райнес і К. Коуен, США).

З 30-х до початку 50-х років вивчення елементарних частинок було тісно пов’язано з дослідженням космічних променів. В 1932р. в складі космічних променів К. Андерсоном було винайдено позитрон-частинку з масою електрона, але з негативним електричним зарядом. Позитрон був першою відкритою античастинкою. Існування позитрона безпосередньо витікало із релятивістської теорії електрона, розвинутої П. Діраком (1928−1931рр.) незадовго до відкриття позитрона. В 1936 р. американські фізики К. Андерсон і С. Недермейєр відкрили при дослідженні космічних променів мюони-частинки з масою в 200 мас електрона і дуже близькі до властивостей електрона і позитрона. В 1947 р. також в космічних променях групою С. Пауела були відкриті p+ и p-мезони з масою в 274 електронні маси, які відіграють важливу роль при взаємодії протонів з нейтронами в ядрах.

Кінець 40-х- початок 50-х рр. 20 ст. ознаменувалось відкриттям великої групи частинок з незвичайними властивостями, які одержали назву «незвичайних». Перші частинки цієї групи К+— і К--мезони, L-, S+ -, S- -, X- -гіперони були відкриті в космічних променях, наступні відкриття незвичайних частинок були зроблені на прискорювачах. З початку 50-х р. прискорювачі перетворилися на основний інструмент для дослідження елементарних частинок. Після введення в роботу протонних прискорювачів з енергіями в мільярди разів дозволило відкрити важкі античастинки: антипротон, антинейтрон, антисигма-гіперони. В 1960-х рр. на прискорювачах було відкрито велику кількість нестійких частинок, які отримали назву «резонансів.» Маси більшості резонансів перевищують масу протона.

У 1962р. було досліджено, що існують два різних нейтрино: електронне і мюонне .В 1974р. були знайдені масивні і в той же час відносно стійкі у-частинки.

Вони тісно пов’язані з новою родиною елементарних частинок — «зачарованих. «

В 1975 р. були одержані перші відомості про існування важкого аналога електрона і мюона (важкого лептона t). В 1977 р. були відкриті Ў-частинки з масою порядку десятка протонних мас. Таким чином, за роки, які пройшли після відкриття електрона, було виявлено величезну кількість різноманітних мікрочастинок матерії.

Основні властивості елементарних частинок.

Класи взаємодій.

Всі елементарні частинки являються об'єктами виключно малих мас і розмірів. У більшості з них маси мають порядок величини маси протона, яка дорівнює 1,6Ч10-24 г (менше лише маси електрона: 9Ч10-28 г). Розміри протона, нейтрона, p-мезона по величині дорівнюють 10-13 см. Розміри електрона і мюона визначити не вдалося, відомо лише, що вони менші 10-15 см. Мікроскопічні маси і розміри елементарних частинок лежать в основі квантової специфіки їх поведінки. Найбільш важлива квантова властивість всіх елементарних частинок — їх здатність створюватися і знищуватися при взаємодії з іншими частинками. В цьому відношенні вони повністю аналогічні фотонам. Елементарні частинки — це специфічні кванти матерії, більш точно — кванти відповідних фізичних полів. Всі процеси з елементарними частинками протікають через послідовність актів їх поглинання і випускання. Тільки на цій основі можна зрозуміти, наприклад, процес створення p+-мезона при зіткненні двох протонів (р + р ® р + n+ p+) або процес анігіляції електрона і позитрона, коли замість зниклих частинок виникають, наприклад, два g-кванти (е+- ® g + g). Розпад нестабільних елементарних частинок на більш легкі частинки, супроводжується виділенням енергії, відповідає тій же закономірності і являється процесом, в якому продукти розпаду створюються в момент самого розпаду і до цього моменту не існують. Різні процеси з елементарними частинками відрізняються по інтенсивності протікання. У відповідності з цим взаємодію елементарних частинок можна поділити на декілька класів: сильні, електромагнітні і слабкі взаємодії. Всі елементарні частинки крім цього мають гравітаційну взаємодію.

Сильні взаємодії протікають з найбільшої інтенсивністю. Тому сильні взаємодії зумовлюють зв’язок протонів і нейтронів в ядрах атомів і зумовлюють виключну міцність цих утворень, що лежать в основі стабільності речовини в земних умовах.

Електромагнітні взаємодії характеризуються як взаємодії, в основі яких лежить зв’язок з електромагнітним полем. Процеси, зумовлені ними, менш інтенсивні, ніж процеси сильних взаємодій. Електромагнітні взаємодії відповідальні за зв’язок атомних електронів з ядрами і зв’язок атомів в молекулах. Слабкі взаємодії, як показує сама назва, викликають процеси, які дуже повільно протікають з елементарними частинками. Ілюстрацією їх слабкої інтенсивності може служити той факт, що нейтрино, яке володіє тільки слабкими взаємодіями, без перешкод проходить товщу Землі і Сонця. Слабкі взаємодії зумовлюють також повільні розпади квазістбільних елементарних частинок. Час життя цих частинок лежить в діапазоні 10-8-10-10 сек, тоді як час життя для сильних взаємодій елементарних частинок складає 10-23-10-24 сек

Гравітаційні взаємодії, добре відомі за своїми макроскопічними проявами, у випадку елеметнарних частинок на характерних відстанях ~10-13 см дають надзвичайно малі ефекти. Силу різних класів взаємодій можна приблизно охарактеризувати безрозмірними параметрами, пов’язаними з квадратами констант відповідних взаємодій. Для сильних, електромагнітних слабких і гравітаційних взаємодій протонів при середній енергії процесів ~1 Г ев ці параметри відносяться, як 1: 10-2: l0-10: 10-38. Необхідність врахування середньої енергії процесу пов’язаного з тим, що для слабких взаємодій безрозмірний параметр залежить від енергії.

В залежності від участі в тих чи інших видах взаємодій всі вивчені елементарні частинки, за винятком фотона, можна поділити на дві основні групи: адрони (з грецької hadros — великий, сильний)і лептони (з грецької leptos -дрібний, тонкий, легкий). Адрони характеризуються перш за все тим, що вони володіють сильними взаємодіями, тоді як лептони беруть участь тільки в електромагнітних і слабких взаємодіях. Маси адронів близькі до маси протона (mр); мінімальну масу серед адронів має p-мезон: mp«м 1/7Чmр. Маси лептонів, відомих до 1975−1976-х рр., були невеликі (0,1mр), але нові дані вказують на можливість існування важких лептонів з такими ж масами, як у адронів. Першими дослідженими представниками адронів були протон і нейтрон, лептонів-електрон. Фотон, який володіє тільки електромагнітними взаємодіями, не можна віднести ні до адронів, ні до лептонів і повинен бути віднесений до окремої групи. Фотон, частинка з нульовою масою спокою, входить в одну групу з дуже масивними частинками-проміжними векторними бозонами, які відповідають за слабкі взаємодії.

Характеристики елементарних частинок

Кожна елементарна частинка описується набором дискретних значень певних фізичних величин, або своїми характеристиками. У певних випадках ці дискретні значення виражаються через цілі або дробові числа і загальний множник-одиницю виміру; про ці числа говорять, як про квантові числа елементарних частинок, при цьому опускаючи одиниці виміру.

Загальними характеристиками всіх елементарних частинок являються маса (m), час життя (t), спін (J), електричний заряд (Q). Поки що немає достатнього розуміння, по якому закону розподілені маси елементарних частинок і чи існує для них будь-яка одиниця виміру.

В залежності від часу життя елементарні частинки поділяються на стабільні, квазістабільні і нестабільні (резонанси). Стабільними являються електрон (t > 5Ч1021 років), протон (t > 2Ч1030 років), фотон і нейтрино. До квазістабільних відносять частинки, які розпадаються за рахунок електромагнітних і слабких взаємодій. Їх час життя > 10-20 сек (для вільного нейтрона навіть ~ 1000 сек). Резонансами називаються елементарні частинки, які розпадаються за рахунок сильних взаємодій. Їх характерний час життя 10-23-10-24 сек. В деяких випадках розпад тяжких резонансів (з масою і 3 Гев) за рахунок сильних взаємодій являється подавленим і час життя збільшується до значень- ~10-20 сек.

Спін елементарних частинок являється цілим кратним від величини. В цих одиницях спін р- і К-мезонів дорівнює нулю, у протона, нейтрона і електрона J= ½, у фотона J = 1. Існують частинки і з більш високим спіном.

Елементарні частинки крім того характеризуються ще рядом квантових чисел, які називаються внутрішніми. Лептони несуть специфічний лептонний заряд L двох типів: електронний (Le) і мюонний (Lm); Le = +1 для електрона і електронного нейтрино, Lm= +1 для від'ємного мюона і мюонного нейтрино. Важкий лептон t і зв’язаний з ним нейтрино являються носіями нового типу лептонного заряду Lt. Для адронів L = 0, і це ще одна відмінність від лептонів. В свою чергу, значній частині адронів належить баріонний заряд В (|Е| = 1). Адрони з В = +1 утворюють підгрупу баріонів (сюди відносяться протон, нейтрон, гіперони, баріонні резонанси), а адрони з В = 0 — підгрупу мезонів (р- і К-мезони, бозонні резонанси). Останні дослідження показали, що маси баріонів і мезонів можна співставити. Для лептонів В = 0. Для фотонів В = 0 і L = 0. Баріони і мезони поділяються на звичайні частинки (протон, нейтрон, р-мезони), дивні частинки (гіперони, К-мезони) і зачаровані частинки.

Для всіх елементарних частинок з нульовими значеннями хоча б одного із зарядів існують античастинки з тими самими значеннями маси, часу життя, спіну, але з протилежними знаками всіх зарядів. Частинки, які не мають античастинок, називаються абсолютно нейтральними. Прикладом таких частинок служить фотон.

В наведеній нижче таблиці вказані всі відомі елементарні частинки (за винятком так званих резонансів) і дано деякі їх характеристики. Частинки в таблиці розміщені в порядку зростання їх мас. Частинки з масами, які не перевищують 207 електроних мас (крім однієї з них), складають групу легких частинок — лептонів, частинки з масами понад 207 електронних мас, але меншими за масу протона, входять до групи мезонів (середніх частинок), протон і більш масивні частинки складають групу баріонів. Особливе місце посідає в таблиці фотон.

При розгляді таблиці 1 звертають на себе увагу такі факти. По-перше, лише три з елементарних частинок — електрон, протон і нейтрон є основними: з них побудовані атоми і відповідно весь навколишній речовинний світ. Заряд елементарної частинки (виражений в елементарних зарядах) дорівнює або +1, або -1, або ж 0; дво- і багатозарядних частинок немає. Більшість елементарних частинок є нестійкими і мають дуже малий період життя. Кожній частинці (крім фотона і пі-нуль-мезона) відповідає античастинка. У 1964 році австрійським фізиком Дж. Цейгом і незалежно від нього американським фізиком М. Гелл-Манном запропонована гіпотеза про існування в природі невеликої кількості більш фундаментальних," справді елементарних частинок «, названих кварками. Згідно з цією гіпотезою, всі мезони і баріони побудовані з кварків і антикварків, з'єднаних між собою в різних комбінаціях. Найбільш дивна (майже неймовірна) властивість кварків пов’язана з їх електричним зарядом — припускається, що кварки мають дробове зна- чення елементарного електричного заряду. Нині в багатьох фізичних лабораторіях світу ведуться експерементальні пошуки кварків.

Елементарні частинки і квантова теорія поля

Для опису властивостей і взаємодій елементарних частинок в сучасній теорії суттєве значення має поняття фізичного поля, яке ставиться у відповідність кожній частинці. Поле — це специфічна форма матерії; воно описується функцією, яка задається у всіх точках (x) простору-часу, яка характеризується певними трансформаційними властивостями по відношенню до групи Лоренца (скаляр, спінор, вектор і т.д.)і груп «внутрішніх» симетрій (ізотопічний скаляр, ізотопічний спінор і т.д.). Електромагнітне поле, яке характеризується властивостями чотирьох вимірного вектора Аm(х) (m = 1, 2, 3, 4), — історично перший приклад фізичного поля. Поля, які можна співставити з елементарними частинками, мають квантову природу, тобто їх енергія і імпульс складаються із багатьох окремих порцій-квантів, причому енергія і імпульс кванта зв’язані співвідношенням спеціальної теорії відносності: Ek2 = pk2c2 + m2c2. Кожний такий квант і є елементарна частинка із заданою енергією, імпульсом і масою. Квантами електромагнітного поля являються фотони, кванти інших полів відповідають всім іншим відомим елементарним частинкам. Поле є фізичне відображення існування безкінечної сукупності частинок — квантів. Спеціальний математичний апарат квантової теорії поля дозволяє описати народження і знищення частинки в кожній точці x.

Для опису процесів, що відбуваються з елементарними частинками, необхідно знати, як різні фізичні поля пов’язані один з одним, тобто знати динаміку полів. У сучасному апараті квантової теорії поля повідомлення про динаміку полів містяться в особливій величині, яка виявляється через поля-лагранжіана (L). Знання L дозволяє в принципі розраховувати ймовірність переходів від однієї сукупності частинок до іншої під впливом різних взаємодій.

Таблиця 1

Назва частинки

Символ частинка

Символ античастинка

Електричний заряд

Маса

спокою

Час життя всек.

(наближено)

Лептони:

Фотон

Нейтрино електронне

Нейтрино

мюонне

Нейтрино

таонне

Електрон

Мюон

Таон

V

Ve

e-

м-

ф —

Ve

e+

м+

ф+

0

0

0

0

1

1

1

0

0

0

0

1

206,8

3487

Стабільний

Стабільне

Стабільне

Стабільне

Стабільний

-6

10

-12

10

Мезони:

Піони

Каони

Ета-мезони

{ р0, р+

{ К0, К+

з0

р0

р-

К0

К-

з0

0

1

0

1

0

264,1

273,1

974,0

966,2

1074

-6

10

-8

10

-10 -8

10 — 10

-8

10

-19

10

Баріони:

Протон

Нейтрон

Гіперони:

лямбда

сигма

ксі

омега

р

n

л0

У0

{У+

У-

О0

О-

Щ-

р

n

л0

У0

У+

У-

О0

О-

Щ-

1

0

0

0

1

1

0

1

1

1836,2

1838,7

2183

2334

2328

2343

2573

2586

3273

Стабільний

3

10

-10

10

-20

10

-10

10

-10

10

-10

10

-10

10

-10

10

В період 50−70-х років був досягнутий значний прогрес в розумінні струк- тури лагранжиана, який дозволив істотно уточнити його форму для сильних і слабких взаємодій. Вирішальну роль в цьому відіграло вияснення тісного взаємозв'язку між властивостями симетрії взаємодій елементарних частинок і формою лагранжиана.

Симетрія взаємодій елементарних частинок знаходить своє відображення в існуванні законів збереження певних фізичних величин і, відповідно, в збереженні звязаних з ними квантових чисел елементарних частинок. Точна симетрія, яка має місце для всіх класів взаємодій, відповідає наявності у елементарних частинок точних квантових чисел; наближена симетрія, характерна лише для деяких кла- сів взаємодій (сильних, електромагнітних), приводить до неточних квантових чисел. Якщо симетрія точна, то маса кванта поля дорівнює нулю. Для наближеної симетрії маса кванта векторного поля відмінна від нуля.

Тепер перейдемо до питання про взаємодію кварків в нуклоні. Експерименти по розсіюванню нейтрино і антинейтрино на нуклоні показали, що імпульс нуклона лише частково (приблизно на 50%) переноситься карками, а інша його частина переноситься іншим видом матерії, яка не взаємодіє з нейтрино. Передбачається, що ця частина матерії складається із частинок, якими обмінюються кварки і за рахунок яких вони утримуються в нуклоні. Ці частинки одержали назву «глюонів» (з англійської glue — клей). З викладеної вище точки зору на взаємодію ці частинки рахують векторними. В сучасній теорії їх існування пов’язується з симетрією, що зумовлює появу «кольору» у кварків.

Отже, на рівні елементарних частинок фактично відсутні істотні відмінності між речовиною і полем як видами матерії .І електрон, і позитрон, і протон, і фотон є як елементарними частинками речовини, так і квантами відповідних полів. Про відносність поділу матерії на рівні елементарних частинок на частинки речовини і частинки поля переконливо свідчить взаємоперетворюваність частинок речовини й поля. Наприклад, у 1934 році було встановлено, що при зіткненні електрона з позитроном відбувається їх перетворення в два фотони, тобто відбувається перетворення частинок речовини в частинки електромагнітного поля. Можна також говорити про перетворення квантів електронно-позитронного поля в кванти електромагнітного поля. Можливий також і зворотний процес перетворення фотона великої енергії під час зіткнення з ядром в пару електрон -позитрон. У цьому випадку частинка поля-фотон-перетворюється в частинку речовини (електрон-позитрон). Природно, під час цих перетворень виконується всі закони збереження. Так, маса фотона виявляється точно рівною сумі мас частинок, які утворилися. Тому не може бути й мови ні про яке «знищення» або «створення» маси, а тим більше матерії в цих процесах.

Дослідження показали, що перетворення в фотони і створення за рахунок фотонів спостерігається для всіх заряджених частинок і античастинок: протона й антипротона, м-- мезона й м+ -мезона, р+ - мезона і р-- мезона, К- - мезона і К+ - мезона, а також для нейтрона і антинейтрона. Як і у випадку перетворення пари електрон- позитрон, під час всіх цих процесів перетворення частинок речовини в частинки електромагнітного поля (фотони) і зворотно зберігаються маса, енергія, імпульс і деякі інші характеристики частинок.

Застосування елементарних частинок

Встановлення факту існування античастинок-позитронів, антинейтронів, антипротонів — привело до нової проблеми-проблеми антиречовини. Відкриття антипротона дало можливість висловити припущення, що антипротон може захоплювати на зовнішню орбіту позитрон і утворювати «антиатом», аналогічний до атома Гідрогену, з тією лише різницею, що позитивні й негативні заряди міняються місцями. З антипротонів і антинейтронів можуть утворюватися «антиядра»

й інших елементів, які, захопивши на зовнішню орбіту відповідну кількість позитронів, утворюють антиатоми цих елементів. Сукупність таких антиатомів утворює антиречовину.

Ці припущення дістали експериментальне підтвердження. На сьогодні одержано важкий антиводень (антидейтерій), антигелій і антитритій.

Властивості антиречовини нічим не відрізняються від властивостей звичайної речовини, але разом речовина й антиречовина існувати не можуть взаємодіючи, атоми речовини й антиречовини зникають, перетворюючись у фотони та інші частинки. При такому перетворенні дефект маси досягає максимуму і виділяється максимально можлива, згідно з законом взаємозв'язку маси й енергії, кількість повної енергії 2mcІ, де m — маса однієї частинки. Таким чином, антиречовина є найбільш досконалим, найбільш «калорійним» паливом. Але це паливо необхідно не лише навчитися добувати, а й зберігати, оскільки воно має бути старанно ізольоване від звичайної речовини. Чи зможе людство успішно розв’язати цю проблему, покаже майбутнє.

Вчені припускають можливість існування окремих зір, а можливо, й цілих зоряних систем (галактик), які складаються з антиречовини , — антисвітів. Зустріч у світовому просторі зірок з двома типами речовини закінчилося б гігантським вибухом, зумовленим спільним зникнення атомів і антиатомів-перетворенням їх у фотони та інші частинки.

Частинки нейтрино характеризуються величезною проникаючою здатністю: одна така частинка може пройти крізь шар сталі товщиною в діаметр нашої галактики. Також вдається зафіксувати окремі взаємодії антинейтрино з атомами речовини. Такі взаємодії зрідка спостерігаються поблизу атомних реакторів, які випромінюють дуже сильні нейтринні потоки.

В останні роки високого розвитку досягла астрономія. Появилися нові розділи астрономії: радіо-і рентгеноастрономія, нейтринна астрономія. Відкриті нові космічні об'єкти — радіозірки, квазари, пульсари і т. д. Загальноприйнятим стало відкриття пульсарів як нейтронних зірок, деякі з них являються залишками вибухів понад нових зірок, як знаменитий пульсар в центрі Крабовидної туманності.

Спостерігається розвиток нейтринної астрономії. Великі маси речовини, здатними взаємодіяти з антинейтрино, містяться в балонах під горою Андирчі в Баксанській ущелині на Кавказі так, щоб можна було зафіксувати частинки, які пройшли через товщину Землі. Це робиться для того, щоб виключити випадкові взаємодії з частинками космічних променів. Потоки нейтрино несуть інформацію із тих місць, де вони зародилися. Це, як правило, внутрішній вміст зірок, в тому числі Сонця. Світло, що досягає поверхні Землі через 8,5 хв, випускається поверхнею нашого світила. Антинейтрино, що випускається і з надр Сонця, досягає Землі менше ніж за 9 хв, не взаємодіючи по дорозі ні з чим. Біля 10% енергії, що випромінюється Сонцем, забирає антинейтрино. На поверхні Землі густина потоку антинейтрино повинна дорівнювати 10 частинок/(смІ с). Поки-що зафіксувати таке випромінювання не вдалося.

В наш час відомими нам закономірностями не можна пояснити інтенсивність випромінювання квазарів, які ми спостерігаємо, не все зрозуміло в процесах утворення чорних дірок, не знайдено на досліді антинейтринне випромінювання Сонця, яке повинно супроводжувати термоядерну реакцію в надрах нашого світила.

Зміщення спектральних ліній доказує, що галактики розбігаються, чим дальше від нас галактика, тим більша її швидкість зникнення. Причини розбігання ми не знаємо, але існує думка, що колись всі галактики почали розбігатися з однієї точки. Тоді в цій точці повинна була вибухнути якась частинка, енергія якої розподілилася між всіма галактиками, які виникли внаслідок цього вибуху. Так наука про макрокосмос — астрономія — поєднується з наукою про мікрокосмос — фізикою елементарних частинок.

Цікавим являється питання про модель нашої Вселеної: чи припиниться коли-небудь розбігання галактик і чи воно буде продовжуватися вічно? Іншими словами, чи справедлива модель пульсуючої Вселеної? Існує гіпотеза, що наявність маси спокою у всіх нейтрино робить середню густину Вселеної достатньою для існування пульсуючої Вселеної.

Висновок

Роблячи висновок, можна назвати три моменти, які відзначають значення фізики елементарних частинок.

По-перше, фізика високих енергій вивчає фундаментальну структуру матерії, із якої побудований весь навколишній фізичний і біологічний світ. Вона являє собою природні продовження успішної традиції у фізиці, яка пройшла від вивчення макроскопічної матерії до молекул, атомів і ядер…

По-друге, розвиток спеціальної теорії відносності і квантової механіки залишило глибокий слід навіть у філософському мисленні людства. У своїй роботі над явищами при дуже високих енергіях і дуже малих відстанях фізики досліджують основну структуру не тільки речовини, але й простору часу, енергії електричного заряду. Це привело до глибоких змін самих основ фізики.

По-третє, ми живемо в епоху новітньої техніки, в якій людина починає маніпулювати все більш дрібними одиницями аж до атомних і субатомних розмірів.

Ряд фундаментальних відкриттів на початку 20ст- квантованості енергії і енергетичних рівнів електронів в атомах, єдності корпускулярних і хвильових властивостей у мікрочастинок, різноманітності типів елементарних частинок і їх властивостей, взаємодій і перетворень — все це привело до заміни електромагнітної картини якісно новою квантово-польовою картиною світу. Сучасна квантово-польова картина світу, як і будь яка інша наукова картина, ґрунтується на визнані матеріальності і єдності світу, загального зв’язку і зумовленості структурних рівнів, на визнанні невичерпності властивостей матерії і необмеженості її пізнання.

З погляду сучасної фізики, існують дві форми матерії - речовина і поле. Речовина має переривчасту (дискретну) будову, а поле — безперервну. Однак розвиток фізики показав, що поділ матерії на речовину й поле втратив абсолютний смисл. Ми знаємо, що кожному полю відповідають кванти цього поля: електромагнітному полю — фотони, ядерному — р-мезони тощо. В свою чергу всі частинки речовини мають хвильові властивості. За відповідних умов частинки речовини можуть перетворюватися в кванти відповідних полів і, навпаки, кванти полів можуть перетворюватися в частинки речовини.

Відображенням матеріальної єдності світу є також і те, що вся різноманітність різних форм руху мікрочастинок і макроскопічних тіл виявляється через чотири основних типи взаємодій: 1) сильну, яка здійснює зв’язок нуклонів у ядрах атомів; 2) електромагнітну, яка зумовлює зв’язок між електрично зарядженими частинками; 3) слабку, яка зумовлює бета-розпад ядер і перетворення нейтрона в протон; 4) гравітаційну, яка зумовлює тяжіння між всіма матеріальними об'єктами. Сильні й слабкі взаємодії разом з електромагнітними зумовлюють будову і властивості атомних ядер і елементарних частинок.

Матеріальна єдність світу виявляється також в абсолютності і відносності існування матерії, в її нестворюваності і незнищуваності, підтвердженних всім розвитком природознавства. Сучасна фізична картина світу є результатом узагальнення найважливіших досягнень усіх фізичних наук. Одна хоч ця частина світу і успішно пояснює багато явищ, все ж у природі існує невичерпна кількість явищ, які сучасна фізична частина світу пояснити не може. З таких трудностей слід насамперед вказати ті, що пов’язані із створенням єдиної теорії елементарних частинок. Складність світу переважає і завжди переважатиме складність людських уявлень про нього.

Список використаної літератури

1) Ахієзер А.И., Рекало М. П. «Біографія елементарних частинок». К. Наукова думка, 1983

2) Евграфова Н. Н., Каган В. Л. Курс физики. М. «Высшая школа», 1984

3)Марков М.А. О природе материи. М., 1976

4) И., Иоффе Б. Л., Окунь Л. Б., Новые элементарные частицы, «Успехи физических наук», 1975, т. 117, в. 2, с. 227

5)Новости фундаментальной физики, пер. с англ., М., 1977, с 120−240.

6) Гончаренка С. У. Фізика. К. «Освіта», 2002

ПоказатьСвернуть
Заполнить форму текущей работой