История открытия основных элементарных частиц

План : 1. Введение _______________________________________________стр 2. 2. Развитие идеи о планетарной модели атома __________________стр .3 3. Краткие истор ические сведения _____________________________стр .5 4. Электроны и позитроны ____________________________________стр .8 5. Открытие нейт рона ________________________________________стр .10 6. Окрытие мезон а __________________________________________стр .12 7. Вывод __________________________________________________стр .15 8. Спиок использ ованной литературы __________________________стр .16 Введение . Элементарные частицы в то чном значении этого термина — пер вичные , далее неразложимые частицы , из которых , по предположению , состоит вся материя . В поняти и “Э . ч.” в современной физике находит выражение идея о первообразных сущ ностях , определяющих все из вестные свойства материа льного мира , идея , зародившаяся на ранних этапах становления естествознания и всегда иг равшая важную роль в его развитии. Понятие “Э . ч.” сформировалось в т есной связи с установлением дискретного х арактера строения вещества на микроскопич еском уровне . Обнаружение на рубеже 19 — 20 вв . мельчайших носителей свойств ве щества — молекул и атомов — и установление тог о факта , что моле кулы построены из атомов , впервые позволило описать все известные вещест в а как комбинации конечного , хотя и большого , числа структур ных составл яющих — атомов . Выявление в дальнейшем на личия со ставных слагающих атомов — электрон ов и ядер , установление сложной природы яд ер , оказавшихся построенными всего из двух типов частиц ( п ротонов и нейтроно в ) , существенно ум еньшило количество дискрет ных элементов , формирую щих свойства вещества , и дало основание пр едполагать , что цепочка составных частей мате рии завершается дис кретными бесструктурными обра зованиями — Э . ч . Такое предположе ние , вообще говоря , является экстраполяцией извес тных фактов и сколько-нибудь строго обоснован о быть не может . Нельзя с уверенно стью утверждать , что частицы , элементарные в смыс ле приведённого определения , существуют . Протоны и нейтроны , например, дли тельное время считавшиеся Э . ч ., как выяснилось , имеют сложное строение . Не исключена возможность того , что последовательность структурных составля ющих материи принципиально бесконечна . Может оказаться также , что утверждение “состоит из...” на какой- т о ступени изучения материи окажется лишённым содержания . От данн ого выше определения “элементарности” в этом случае придется отказаться . Существование Э . ч . — это своего рода постулат , и проверка его спра ведливости — одна из в ажнейших задач физики. Развитие идеи о планетарной модели атома . Не сразу ученые пришли к п равильным представлениям о строе нии атома . Один из первых экспериментальных фактов , свид етельствующих о сложности атомов , о существовании у них внутренней структуры элек триче ской природы , был установлен Фараде ем . На основании опытов по электролизу различных солей и других соединений мож но было с у ве ренностью утверждать , что электрические заряды имеются в атомах всех элементов . Однако надо было выяснить , что представляет собой электричество , являет ся ли оно непрерывной субстанц ией или в п ри роде существуют нед елимые “ атомы электричества” . Так как при электролизе одинаковое количеств о атомов любого одновалентного элеме нта всегда переносит одно и то же количество электричества , можно было предположить , что в п рироде существует “ атом количества эле ктричества” , одинаковый в атомах всех элемен тов . Этот заряд получил название элементарного заряда . В 1891 году ирла ндский физик Дж . Стоней предложил для него название электрон Решающие эксперименты , доказавшие реа льность существования элек тронов , были выполнены английским физиком Дж . Томсоном в 1899 году . Модель атома по Томсону представляла собой положительно за ряженную жидкость , в которой плавают отрицательные электр оны . На протяжении 12 лет эта модель представлялась весьма правдоподобно й . Но в 1911 году из опытов Резерфорда , сыг равшего большую роль в по нимании строения атома , непосредственно вытекает п л а н е т а р н а я модель атома . Основные положения теории атома сформулировал Нильс Бор . Этот велича йший переворот в физике произошел на рубеже ХХ века . Именно в это время великие принципы классической физики обна ружили свою несостоятельность пе ред лицом новых фактов . Физики пе решли границы новой неведомой о бласти , имя которой - микромир . Удар по представлениям , ставшим привычными , ока зался тем бо лее чувствительным , что в конце Х I Х века даже выдающиеся физики были убеждены в том , что основные законы природы раскрыты , и оста ется использовать их для объяснения различных явлений и процессов . Ведь до этого фундаментальные принципы классическо й механики Ньютона , электродинамики Макс велла и др . разделов физики получали все новые и новые подтверждения сво ей справедливости . Никому не приходило в г олову , что с у меньшением , к примеру , массы тел или увеличением их скорости законы Ньютона , давно счи тавшиеся чуть ли не самоочевидн ыми , могут оказаться несостоятель ными . И вот выяснилось , что атомы подвержены разрушению . Странные свойства обнаружи л электрон . Его масса выростала со скоростью . Ос новная характеристика тела - масса , считавшаяся со времен Ньютона неизменной , оказалась зависящ ей от скорости . А ведь массу было при нято рассматривать как меру количества вещества , содержащ егося в теле . Но эти трудности оказались трамплином для новых теорий ХХ века - теории относительности и квантовой механики . Классическая физика оказалась частным , или , точнее , предельным случаем тео рии относительности при скоростях , знач ительно меньших скорости света . Термин “Э . ч.” часто употребляется в сов ременной физике не в своём точном значении , а менее строго — для наименования большой группы мельчайших части ц материи , подчинённых условию , что они не являются атомами или атомными ядрами (иск лючение составляет про стейшее ядро атома вод орода — протон ). К ак показали ис следования , эта группа частиц необычайно обши рна . К ней относятся : протон (р ), нейтрон (n) и эле ктрон (e - ) , фотон (g), пи-мезоны (p), мюоны (m), ней трино трёх типов (электронное v e , мюонное v m и связанное с т . н . тяжё лым лептоном v t ), т . н . ст ранные частицы (К-мезоны и гипероны ) , разно образные резонансы , открытые в 1974 — 77 y-частицы , “очарованные” част ицы , ипсилон-частицы ( Ў ) и тяжёлые лептоны (t + , t — ) — всего более 350 частиц , в основном нестабильных . Число частиц , включаемых в эту группу , продолжает расти и , скорее всего , неограниченно велико ; при это м большинство перечисленных частиц не удовлет воряет строгому определению элементарности , поско льку , по современным представле ниям , они являю тся составными системами (см . ниже ). Использован и е названия “Э . ч.” ко всем э тим частицам имеет исторические причины и связано с тем периодом исследований (начало 30-х гг . 20 в .), когда единственно известными представителями данной группы были протон , нейтрон , электрон и частица электромагнитного поля — ф отон . Эти че тыре части цы тогда естественно было считать элементарны ми , т . к . они служили основой для постр оения окружающего нас вещества и взаимо дейст вующего с ним электромагнитного поля , а сл ожная структура про тона и нейтрона не бы ла известна. О ткрытие новых микроскопических ч астиц материи постепенно раз рушило эту прост ую картину . Вновь обнаруженные частицы , однако , во многих отношениях были близки к п ервым четырём известным части цам . Объединяющее их свойство заключается в том , что все они явл я ются специфическими фор мами существования материи , не ассоцииро ванной в ядра и атомы (иногда по этой прич ине их называют “субъядер ными частицами” ). Пок а количество таких частиц было не очень велико , сохранялось убеждение , что они играю т фундаментальную роль в строении материи , и их относили к категории Э . ч . Нарастание числа субъядерных частиц , выявлен ие у многих из них сложного строения по казало , что они , как правило , не обладают свойствами элементарности , но традиционное н азвание “Э . ч.” за ними сохр а ни лось Краткие ист орические сведения. Открытие Э . ч . явилось закономерным результатом общих успехов в изучении строения вещества , дости гнутых физикой в конце 19 в . Оно было по дготовлено всесторонними исследованиями оптических спек тров атомов , изучением электрических явлений в жидкостях и газах , от крытием фо тоэлектричества , рентгеновских лучей , естественной радио активности , свидетельствовавших о существован ии сложной структуры материи. Исторически первой открытой Э . ч . б ыл электрон — носи тель отрица тельного элементарного электрического заряда в атомах . В 1897 Дж . Дж . Томсон установил , что т . н . катодные лучи образованы потоком мель чайших частиц , которые были названы электронами . В 1911 Э . Резер форд , пропуская альфа-частицы от естествен н ого радиоактивного ис точник а через тонкие фольги различных веществ , в ыяснил , что положи тельный заряд в атомах сосредоточен в компактных образованиях — ядр ах , а в 1919 обнаружил среди частиц , выбитых из атомных ядер , про тоны — частицы с единичным положи т ельным зарядом и массой , в 1840 раз превышающей массу электр она . Другая частица , входящая в состав ядр а , — нейтрон — была открыта в 1932 Дж . Чедвиком при исследова ниях взаимодействия a-час тиц с бериллием . Нейтрон имеет массу , близ кую к массе протона , но н е о бладает электрическим зарядом . От крытием нейтрона завершилось выявление частиц — структурных эле ментов атомов и их ядер. Вывод о существовании частицы электро магнитного поля — фотона — берёт своё начало с работы М . Планка (1900). Предположив , что энергия электромагнитного излучения абсолютно чёрного тела кванто ванна , Планк пол учил правильную формулу для спектра излучения . Развивая идею Планка , А . Эйнштейн (1905) посту лировал , что электро магнитное излучение (свет ) в действительности является пот о ком от дельных квантов (фотонов ), и на этой основе объяснил закономерности фотоэффекта . Пря мые экспериментальные доказательства существо вания фотона были даны Р . Милликеном (1912 — 1915) и А . Комптоном (1922). Открытие нейтрино — частицы , почти не взаимодействующей с ве ществом , ведёт своё начало от теоретической догадки В . Паули (1930), позволившей за счёт предположения о рождении такой частицы устра нить трудности с законом сохранения энергии в процессах бета-распада радиоактивных ядер . Экспериме н тально существование нейтрино было подтверждено лишь в 1953 (Ф . Райнес и К Коуэн , США ). С 30-х и до начала 50-х гг . из учение Э . ч . было тесно связано с ис сл едованием космических лучей . В 1932 в составе космических лучей К . Андерсоном был обнаружен позитрон (е + ) — частица с массой элек трона , но с положительным электрическим зарядом . П озитрон был пер вой открытой античастицей . Сущ ествование е + непосредственно выте кало из релятивистской те ории электрона , развитой П . Дираком (1928 — 31) н езадолго до об наружения позитрона . В 1936 американские физики К . Андерсон и С . Недд ермейер обнаружили при исследовании осмических лучей мюоны (обоих знаков электрического за ряда ) — частицы с массой примерно в 200 масс электрона , а в остальном удивительно близкие по сво й ствам к е - , е + . В 1947 также в космических лучах груп пой С . Пауэлла были открыты p + и p - -мезоны с массой в 274 электронные массы , играющие важную роль во взаимодействии протонов с нейтронами в ядрах . Существова ние подобных частиц было предположено Х . Юкавой в 1935. Конец 40-х — начало 50-х гг . озна меновались открытием большой группы частиц с необычными свойствами , получивших название “ стран ных” . Первые частицы этой группы К + - и К - -мезоны , L-, S + -, S - -, X - -гипе роны были открыты в космиче с ких лучах , последующие открытия стран ных част иц были сделаны на ускорителях — установ ках , создающих ин тенсивные потоки быстрых про тонов и электронов . При столкновении с вещ еством ускоренные протоны и электроны рождают новые Э . ч ., кото рые и становятся предметом изучения. С начала 50-х гг . ускорители преврат ились в основной инструмент для исследования Э . ч . В 70-х гг . энергии частиц , разог нанных на уско рителях , составили десятки и сотни млрд . электронвольт ( Гэ в ) . Стрем ление к увеличению энергий частиц обусловлено тем , что высокие энер гии открывают возможность изучения строения матери и на тем меньших расстояниях , чем выше энергия сталкивающихся частиц . Ускорители сущес твенно увеличили темп получения новых данных и в короткий срок расширили и об о гатили наше знание свойств микро мира . Применение ускорителей для изучения стр анных частиц позволило более детально изучить их свойства , в частности особенности их распада , и вскоре при вело к важному открытию : выяснению возможности изменения характе ристи к некоторых микропроцессов при операции зеркального отраже ния — т . н . нарушению пр остранств . четности (1956). Ввод в строй про тонных ускорителей с энергиями в миллиарды эв позволил от крыть тя жёлые античастицы : антипротон (1955), антинейтр он (1956), антиси гма-гипероны (1960). В 1964 был открыт самый тяжёлый гиперон W - (с мас сой около двух масс про тона ). В 1960-х гг . на ускорителях было отк рыто большое число крайне неустойчивых (по сравнению с др . нестабиль ными Э . ч .) част иц , получивших название “резонансо в” . Масс ы боль шинства резонансов превышают массу про тона . Первый из них D 1 (1232) был известен с 1953. Оказалось , ч то резонансы составляют основная часть Э . ч. В 1962 было выяснено , что существуют два разных нейтрино : элек тронное и мюонное . В 196 4 в распадах нейтральных К-мезонов . было обнаружено несохранение т , н . комбинир ованной чётности (введённой Ли-Цзун дао и Ян Чжэнь-нином и независимо Л . Д . Ландау в 1956) , озна чающее необходимость пересмотра привычных взглядов на поведение физических проце ссов при о перации отражения времени . В 1974 были обнаружены массивные (в 3 — 4 протонные массы ) и в то же время относительно устойчивые y-частицы , с временем жизни , не обычно большим для резонансов . Они оказались тесно связанными с новым семей ством Э . ч . — “очарованных” , первые п редставители кото рого (D 0 , D + , L с ) были открыты в 1976. В 1975 были получены первые сведения о существовании тяжёлого аналога электрона и мюона (тяжё лого лептона t). В 1977 были открыты Ў -частицы с массой порядка де сятка протонных масс . Таким образом , за годы , прошедшие после открытия электрона , было выявлено огром ное число разнообразных микрочастиц материи . Мир Э . ч . оказался достаточно сложно устро енным . Неожиданными во многих отношениях оказ ались свойства обна руженных Э . ч . Для их опи сания , помимо характеристик , заимствова нных из классической физики , таких , как эл ектрический заряд , масса , момент количества дв ижения , потребовалось ввести много новых спец иальных характеристик , в част ности для описан ия странных Э . ч . — странность (К . Нишиджима , М . Гелл-Ман , 1953), “очарованных” Э . ч . — “очарование” (американские физики Дж . Бьёркен , Ш . Глэшоу , 1964); уже названия приведённых ха рактеристик от ражают необычность описываемых ими свойств Э . ч. Эле ктрон ы и позитроны В состав всех окружающих нас веществ входят электроны . Их элек трический заряд точно известен (например , из экспериме нтов с масля ными капельками ) и равен e =4,802• 10 -10 электростатических единиц . Масса электрона тоже точно известна (напри мер , из экспериментов по отклон ению в электрическом и магнитном полях , да ющих величину от ношения электрического заряда к массе ) и имеет величину m e =9,105• 10 -28 г . Соотв етствующее значение энергии покоя m e c 2 =0,51079 Мэв . Ана лиз атомных спектров показывает , что спин электрона s =1/2, а его маг нитный момент равен одному магнетону Бора . Электроны подчиняются статистике Ферми , так как они обладают полуцелым спином . Это согла суется с экспер иментальными данными о структуре атомов и о поведе нии электронов в ме таллах. Позитроны (положительные электроны ) в в еществе не могут сущест вовать , потому что при замедлении они аннигилируют , соединяясь с от рицательными электронами . В этом проце ссе , который можно рассмат ривать как обратный процесс рождения пар , положит ельный и отрица тельный электроны исчезают , при этом образуются фотоны , которым передается их эн ергия . При аннигиляции электрона и позитрона в боль шинстве случаев образуются два фо тона , значительно реже - один фо тон . Однофотонн ая аннигиляция может произ о йти то лько в том случае , когда электрон сильно связан с ядром ; участие ядра в этом случае не обходимо для сохранения импульса . Двухфотонная аннигиляция , напро тив , может происхо дить и со свободным электроном . Часто проц есс ан нигиляции происходит после пр а ктически полной остановки позитрона . В этом случае испускаются в противоположных наравлениях два фотона с равными энергиями. Позитрон был открыт Андерсон ом при изучении космиче ских лучей мет одом камеры Вильсона . На рисунке , который является репродукцией с полученной Андерсоном фотографии в камере Вильсона , видна поло жи тельная частица , входящая в свинцовую пластин у толщиной 0,6 см с импульсом 6,3• 10 7 эв /с и вы ходящая из нее с им пульсом 2,3• 10 7 эв /с . Можно установить верхний предел для массы этой частицы , допустив , что она теряет энергию только на столкновения . Этот предел составл яет 20 m e . На основании этой и други х сходных фотографий Андерсон вы двинул гипот езу о существовании п оложительной частицы с массой , примерно равной массе обычного электрона . Это заключение скоро было подт верждено наблюдениями Блэккета и Оккиалини в камере Вильсона . Вскоре после этого Кюри и Жолио открыли , что позитроны образуются при конверсии гамма-луче й радиоакти вных источников , а также испускаются искусств енными радиоактивными изотопами . Так как фото н , будучи нейтральным образует пару (позитрон и электрон ), то из принципа сохранения электрического заряда следует , что по абсол ют ной величине заряд позит р она р авен заряду электрона. Первое количественное определение массы п озитрона было проде лано Тибо , который измерял отношение e/m методом трохоид и пришел к выводу , что массы позитрона и электрона отличают ся не больше чем на 15 %. Более поздние эк сперимент ы Шписа и Цана , которые испол ь зовали масс-спектрографическую установку , показали , что массы элек трона и позитрона совпадают с точностью до 2 %. Еще позже Дюмонд и сотрудники измерили с большой точностью дл ину волны аннигиляцион ного излучения . С точно ст ь ю до ошибок эксперимента (0,2 %) они полу чили такое значение длины волны , кот орого следовало ожидать в пред положении , что позитрон и электрон имеют равные массы. Закон сохранения момента количества движе ния в применении к про цессу рождения пар показывае т , что позитроны обладают по луцелым спином и , следовательно , подчиняются с татистике Ферми . Разумно предположть , что спин позитрона равен 1/2, как и спин электрона. Открытие не йтрона. Открытие из отопов не прояснило вопрос о строении я дра . К этому времени были известны лишь протоны – ядра водорода и электр оны , а потому естественной была попытка об ъяснить существование изотопов различными комбин ациями этих положительно и отрицательно заря женных частиц . Можно было бы думать , что ядра со д ержат А протонов , где А – массовое число , и А я Z электронов . При этом полный положитель ный заряд совпадает с атомным номером Z . Такая простая картина однородного яд ра поначалу не противоре чила выводу о ма лых размерах ядра , вытекавшему из опытов Р езер форда . “Естественный радиус” электрона r 0 = e 2 / mc 2 (который получа ется , если пр иравнять электростатическую энергию e 2 / r 0 заря да , распре деленного по сферической оболочке , с обственной энергии электрона mc 2 ) составляет r 0 = 2,82 я 10 – 15 м . Такой электрон достаточно мал , чтобы находиться внутри ядра радиусом 10 – 14 м , хотя поместить туда большое число частиц было бы затруднительно . В 1920 Резерфорд и др угие уче ные рассматривали возможность существова ния устойчивой комбина ции из протона и э лектрона , воспро изводящей нейтральную частицу с массой , приблизительно равной массе про тона . Однако из-за отсутствия электрического з аряда такие частицы с трудом поддавались бы обнару жению . Вряд ли они могли бы и выбивать электроны из металлических поверхн остей , как эле к тромагнитные волны при фотоэффекте . Лишь спустя десятилетие , после того как естественная радиоактив ность была глубоко исследована , а радиоактивное излучение стали ши роко применять , чтобы вызывать искусственн ое превращение атомов , было надежно устан овлено существование новой составной част и ядра . В 1930 В.Боте и Г.Беккер из Гисенск ого университета проводили облу чение лития и бериллия альфа-частицами и с помощью счет чика Гей гера регистрировали возникающее при этом проникающее излучение . Поскольку н а это излучение не оказывали влияния электрические и маг нитные поля и оно обл адало большой проникающей способностью , ав торы пришли к выводу , что испускается жесткое гамма-излучение . В 1932 Ф.Жолио и И.Кюри повторил и опыты с бериллием , пропуская такое про н икающее излучение через парафиновый блок . Они обнаружили , что из парафина выходят протоны с необычно высокой энергией , и заклю чили , что , проходя через парафин , гамма-излучение в результате рас сеяния порож дает протоны . (В 1923 было установлено , что рен тг е нов ские лучи рассеиваются на электронах , давая комптоновский эффект .) Дж.Чедвик повторил эксперимент . Он так же использовал парафин и с помощью иониза ционной камеры (рис . 1), в которой собирался заряд , возникающий при выбивании электронов и з атомов , измерял пробег протонов отдачи . Рис .1 Чедвик и спользовал также газообразный азот (в камере Вильсона , где вдоль следа заряженной част ицы происходит конденсация водяных капелек ) д ля поглощения излучения и измерения пробега атомов отдачи азота . Применив к рез ультатам обоих экспериментов законы сохранения энергии и импульса , он пришел к выводу , что обнаруженное нейтраль ное излучение – это не гамм а-излучение , а поток частиц с массой , близ к ой к массе протона . Чедвик показал также , что известные ис точники гамма-излучения не выбивают протонов . Тем самым было подтверждено существов ание новой частицы , кото рую теперь называют нейтроном . Расщепление металлического берил лия происходило следующим образом : Альфа-частицы 4 2 He (заряд 2, массовое число 4) сталкивались с яд рами бериллия (заря д 4, массовое число 9), в результате чего возн икали углерод и нейтрон . Открытие нейтрона явилось важным шагом вперед . Наблюдаемые характеристики ядер теперь можно было интерпретировать , рассматр и вая нейтроны и протоны как составные ча сти ядер . На рис . 2 схематиче ски показана с труктура нескольких легких ядер . Рис .2 Нейтрон , как теперь извест но , на 0,1% тяжелее протона . Свободные нейтроны (вне ядра ) претерпевают радиоактивный распад , превращаясь в протон и электрон . Это на поминает о первоначальной гипотезе со ста вной нейтральной частицы . Однако внутри стаби льного ядра ней троны связаны с протонами и самопроизвольно не распадаются . Отк рытие мезона Открытие мезона , в отличие о т открытия позитрона явилось не ре зультатом единичного наблюдения , а скорее выво д ом из целой серии экспериментальных и тео ретических исследований. В 1932 году Росси , используя мето д совпадений , предложенный Боте и Кольхерстер ом , показал , что известную часть наблюдаемого на уровне моря космического излучения со ставляют частицы , способ ные прони кать чер ез свинцовые пластины толщиной до 1 м . Вско ре после этого он также обратил внимание на существование в космических лучах дву х различных компонент . Частицы одной компонен ты (проникающая компо нента ) способны проходить через большие толщи в ещества , при чем степень поглощения их различными вещества ми приблизительно про порциональна массе этих веществ . Частицы другой компоненты (ливне образу ющая компонента ) быстро поглощаются , в особенн ости тяжелыми элементами ; при этом образуется большое числ о вторичных частиц (ливни ). Эксперименты по изучению прохождения ч астиц космических лучей через свинцовые пласт ины , проведенные с камерой Вильсона Ан дерсоно м и Неддемейером , также показали , что суще ствуют две раз личные компоненты космических лучей . Эти э к сперименты показали , что , в то время как в среднем потеря энергии частиц космических лучей в свинце совпадала по порядку величин с теоретиче ски вычисленной потерей на столкновения , неко торые из этих частиц испытывали гораздо б ольшие потери. В 1934 году Бете и Гайтлер опубл иковали теорию радиационных по терь электронов и рождения пар фотонами . Свойства менее проникаю щей компоненты , наблюдавшейся Андерсоном и Неддемейером , нахо дились в согласии со свойствами электронов , предсказанными теорией Б ете и Га й тлера ; при этом больш ие потери объяснялись радиацион ными процессами . Свойства ливнеобразующего излучения , обнаружен ного Росси , также могли быть объяснены в п редположении , что это из лучение состоит из электронов и фотонов больших энергий . С другой сторо н ы , признавая справедли вость теории Бете и Гайтлера , приходи лось делать вывод , что "проникающие " частицы в экспериментах Росси и менее поглощающиеся частицы в экспериментах Андерсона и Недде мей ера отличаются от электронов . Пришлось предпо ложить , что прон и кающие частицы т яжелее электронов , так как согласно теории потери энергии на излучение обратно пропор циональны квадрату массы. В связи с этим обсуждалась возможн ость краха теории излучения при больших э нергиях . В качестве альтернативы Вильямс в 1934 го ду высказал предположение , что прони кающие частицы космических лучей , возможно , об ладают массой протона . Одна из трудностей , связанных с этой гипотезой , заключалась в необходимости существования не только положите льных , но и отрицательных протонов , потому что экспери менты с камерой Вильс она показали , что проникающие частицы косми че ских лучей имеют заряды обоих знаков . Боле е того , на некоторых фо тографиях , полученных Андерсоном и Неддемейером в камере Виль сона , можно было видеть частицы , которые н е излу ч али подобно элек тронам , но , однако , были не такими тяжелыми , как протоны . Таким обра зом , к концу 1936 года стал о почти очевидным , что в космических лучах имеются , кроме электронов , еще и частицы до тех пор неизвестного типа , предположит ельно частицы с м а ссой , промежуточ ной между мас сой электрона и массой прот она . Следует отметить также , что в 1935 году Юкава из чисто теоретических соображений п редсказал существо вание подобных частиц. Существование частиц с промежуточной м ассой было непосредст венно д оказано в 1937 году экспериментами Неддемейера и Андерсона и Стрита и Стивенсона. Эксперименты Неддемейера и Анд ерсона явились продолжением (с улучшенной мет одикой ) упоминавшихся выше исследований по по терям энергии частиц космических лучей . Они были п роведены в камере Виль сона , п омещенной в магнитное поле и разделенной на две половины платиновой пластиной толщиной 1 см . Потери импульса для отдельных частиц космических лучей определялись путем измерен ия кривизны следа до и после пластины. Поглощающ иеся частицы легко могут быть интерпретированы как электроны . Такая интерпретация подкрепляется тем , что поглощаю щиеся частицы в отличие от проникающ их часто вызывают в платино вом поглотителе вторичные процессы и по большей части встречаются группами (п о две и б ольше ). Именно этого и следовало ожидать , т ак как многие из электронов , наблюдаемых п ри такой же геометрии экспери мента , что у Неддемейера и Андерсона , входят в состав ливней , обра зующихся в окружающем веществе . Что касается природы проникающих ч астиц , то здесь многое пояснили два следующих результата , получен ных Неддемейером и Андерсоном. 1). Несмотря на то , что поглощающиеся частицы относительно чаще встречаются при ма лых значениях импульсов , а проникающие частиц ы наоборот (более часты при больших значениях импульсов ), имеется ин тервал импульсов , в котором представлены и поглощающиеся и прони кающие частицы . Таким образом , различие в поведении этих двух сор тов частиц не может быть приписано различию в энерги ях . Этот резуль тат исключает в о зм ожность считать проникающие частицы электронами , объясняя их поведение несправедливостью тео рии излучения при больших энергиях. 2). Имеется некоторое число проникающих ч астиц с импульсами меньше 200 Мэв /с , которые производят не большую ионизацию , чем од нозарядная частица вблизи минимума кри вой ионизации . Это означает , что проникающие частицы космических лучей значительно легче , чем протоны , поскольку протон с импульсом меньше 200 Мэв /с производит удельную иониза цию , примерно в 10 раз превышающую мини м альную. Стрит и Стивенсон попытались непосредственно оценить массу час т иц космических лучей путем одновременного изм ерения импульса и удельной ионизации . Они использовали каме ру Вильсона , которая упр авлялась системой счетчиков Гейгера-Мюллера , включ енной на ан тисовпадения . Этим достигался отбо р частиц , близких к концу своего пробега . Камера помещалась в магнитное поле напря женностью 3500 гс ; камера срабатывала с задержкой око л о 1 сек , что позволяло про изво дить счет капелек . Среди большого числа фотографий Стрит и Стивенсон нашли одну , представлявшую чрезвычайный интерес. На этой фотографии виден след частицы с импульсом 29 Мэв /с , ионизация которой примерно в шесть раз превышае т минимальную . Эта частица обладает от рицательным зарядом , поскольку она движется в низ . Судя по импульсу и удельной ионизации , ее масса оказывается равной примерно 175 ма ссам электрона ; вероятная ошибка , составляющая 25 %, обусловлена неточностью измерени я у дельной ионизации . Заметим , что электрон , облад ающий импульсом 29 Мэв /с , имеет практически минимальную ионизацию . С другой стороны , части цы с таким импульсом и массой протона (либо движущийся вверх обычный протон , либо отрицательный протон , движущийся в н из ) обладают удельной ионизацией , которая примерно в 200 раз превышает минимальную ; кр оме того , пробег такого протона в газе камеры должен быть меньше 1 см . В то же время след , о котором идет речь , ясн о виден на протяжении 7 см , после чего он выходит из о с вещенного объема. Описанные выше эксперименты безус ловно доказали , что проникающие частицы дейст вительно являются более тяжелыми , чем электро ны , но более легкими , чем протоны . Кроме того , эксперимент Стрита и Стивенсона дал первую примерную оценку массы эт ой новой частицы , которую мы можем теперь на звать ее общепринятым именем - мезон. Вывод. Изучение внутреннего строения материи и свойств Э . ч . с первых с воих шагов сопровождалось радикальным пересмотро м многих устоявшихся понятий и представлен ий . Закономерности , управляющие поведением материи в малом , оказались настолько отличн ыми от закономерностей классической механики и электродинамики , что потребовали для своего описания совершенно новых теоретических пост роений . Такими новыми фундаменталь н ым и построениями в теории явились частная (с пециальная ) и общая теория относительности (А . Эйнштейн , 1905 и 1916; Относительности теория , Тяготе ние ) и квантовая механика (1924 — 27; Н.Бор , Л . де Бройль , В . Гейзенберг , Э . Шредингер , М . Борн ). Теория относит е льности и квантовая механика знаменовали собой подлинную революцию в науке о природе и заложили основы для описания явлений микромира . Од нако для описания процессов , происходящих с Э . ч ., квантовой механики оказалось недостат очно . Понадобился следующий ша г — квантование классических полей (т . н . кванто вание вторичное ) и разработка квантовой теори и поля . Важнейшими этапами на пути её развития были : формулировка квантовой электродина мики (П . Дирак , 1929), квантовой теории b-распада ( Э . Ферми , 1934), положивш е й начало совре менной теории слабых взаимодействий , квантовой мезодинамики (Юкава , 1935). Непосредственной предшествен ницей последней была т . н . b-теория ядерных сил (И . Е . Тамм , Д . Д . Иваненко , 1934; Сил ьные взаимодействия ). Этот период завершился с оздани е м последовательного вычислительно го аппарата квантовой электродинамики (С . Томо нага , Р . Фейнман , Ю . Швингер ; 1944 — 49), основанног о на использовании техники перенормировки (Кв антовая теория поля ). Эта техника была обо бщена впоследствии применительно к друг и м вариантам квантовой теории поля. Квантовая теория поля продолжает раз виваться и совершенст воваться и является осн овой для описания взаимодействий Э . ч . У этой теории имеется ряд существенных успех ов , и всё же она ещё очень далека от завершённос ти и не может претендов ать на роль всеобъемлющей теории Э . ч . Происхождение многих свойств Э . ч . и приро да присущих им взаимодействий в значительной мере остаются неясными . Возможно , понадобится ещё не одна перестройка всех представлен ий и гораздо более г л убокое п онимание взаимосвязи свойств микрочастиц и ге ометрических свойств пространства-вре мени , прежде чем теория Э . ч . будет построена. 1 Мякишев Г.Я . “ Элем ентарные частицы ” М.,Просвещение , 1977г. 2 Савельев И.В. “ Курс физики ” , М , Наука , 1989г. 3 Кр ейчи “Мир глазами современной физики” М , Мир , 1974 4 Комар А.А . “ Элементарные частицы ” c татья 5 Зисман Г.А ., Тодес О.М . “ Курс общей физики ” Киев , изд . Эделвейс 1994 г. 6 Федоров Ф . “ Цепная реакция идеи ” М ., изд . Знание , 1975 г.