Вход

Аннигиляция частиц

Реферат по технологиям
Дата добавления: 26 мая 2007
Язык реферата: Русский
Word, rtf, 80 кб (архив zip, 15 кб)
Реферат можно скачать бесплатно
Скачать
Данная работа не подходит - план Б:
Создаете заказ
Выбираете исполнителя
Готовый результат
Исполнители предлагают свои условия
Автор работает
Заказать
Не подходит данная работа?
Вы можете заказать написание любой учебной работы на любую тему.
Заказать новую работу

Московский Авиационный институт

(государственный технический университет)


Факультет № 3 «Системы управления, информатика и электроэнергетика»











Доклад по теме: «Аннигиляция частиц»





















Выполнил: Сидоров Евгений, гр. 03-215


18.05.2007

В конце двадцатых годов прошлого века только что раз-витая квантовая механика была совместно с теорией отно-сительности применена к объяснению свойств электрона. В 1928 году британский физик Поль Дирак предложил описывать электрон новым уравнением, которое учитывало равноправие времени и пространства, чего требовала теория относительности.

Однако при этом волновая функция оказалась четырёхкомпонентной, т. е. зависящей от четырёх параметров. Два из них соотносились с двумя возможными проекциями спина. А как же две оставшиеся? Анализ показывал, что им соответствовала отрицательная энергия! И не просто отрицательная, а настоящая энергетическая пропасть, простирающаяся до бесконечности, в которую могла бы целиком провалиться наша Вселенная!

Необходимо было каким-то образом решать возникший парадокс. Сначала решили, что две неопознанные компоненты каким-то образом описывают протон. Однако затем выяснилось, что эта частица должна совпадать по массе с массой электрона; протон же в 1836 раз тяжелее электрона.

Позднее Дирак сделал предположение: все состояния, соответствующие отрицательным энергиям, изначально заполнены электронами («море Дирака»), а потому провалиться некуда. Само «море» ненаблюдаемо, но если из него с помощью фотона высокой частоты выбить электрон, то, во-первых, будет виден сам электрон, а оставшаяся в «море» дырка поведёт себя как реальная частица, отличающаяся от электрона только лишь знаком заряда, - антиэлектрон.

И действительно, через несколько лет антиэлектрон был получен экспериментально. В 1932 году американец Карл Андерсон (1905 – 1991) обнаружил в космических лучах частицы с положительным зарядом и массой, в точности равными по величине заряду и массе электрона. Позитроны, как их назвал Андерсон, и есть предсказанные частицы. Открытие позитрона было настоящим триумфом науки. Более того, впоследствии было обнаружено, что при взаимодействии электрон и позитрон превращаются в электромагнитное излучение – фотоны или ?-кванты. В 1936 году Андерсон за открытие позитрона был удостоен Нобелевской премии.

Позитрон называют античастицей электрона. Частица и античастица различаются только знаком электрического заряда. Все остальные параметры – масса покоя, абсолютная величина заряда, спин – в точности совпадают. Дальнейшее развитие квантовой теории привело к выводу, что, за исключением нескольких нейтральных частиц (фотона и ?0-мезона), каждая частица должна иметь противоположно заряженный двойник – античастицу. Первоначально аннигиляцией (от лат. annihilatio – уничтожение, исчезновение) был назван именно процесс взаимодействия электрона и позитрона, однако это определение оказалось не совсем удачным, т. к. в процессах аннигиляции материя не уничтожается, а лишь превращается из одной формы в другую. Вследствие этого понятие аннигиляция распространилось на взаимодействие любых частиц и античастиц.

Другой пример пары частица-античастица, открытый позже, - это пионы (?+- и ?--мезоны) и мюоны (?+- и ?--мезоны). Опытным путём доказано, что для них также также верны свойства античастиц: их электрические заряды противоположны, а массы покоя, абсолютные величины заряда, спины и даже периоды полураспада одинаковы.

Есть своя античастица и у нейтрино – антинейтрино. Теоретически доказано, что всего существует четыре типа нейтрино: электронные нейтрино и антинейтрино и мюонные нейтрино и антинейтрино. Опыты показали, что реакция поглощения антинейтрино протоном существует, тогда аналогичной реакции для нейтрино нет. Это означает, что нейтрино и антинейтрино – действительно разные частицы.

Как известно, нуклоны связаны с ядром, поэтому можно говорить об их заряде по отношению к ядру. Его называют барионным зарядом. Он определяет силу ядерного поля, подобно тому как величина электрического заряда влияет на напряжённость электрического поля. Барионный заряд нуклонов принимают равным +1. Электрический заряд протона равен +e, а барионный - +1. Нейтрон же обладает таким же барионным зарядом, однако не имеет заряда электрического. Теория предсказывала существование антинуклонов – антипротонов (барионный заряд равен -1, электрический - +e) и антинейтронов (барионный заряд -1, электрический – 0). Также было установлено, что антипротон, как и протон, должен быть стабильным и иметь такую же массу. Аналогичным образом антинейтрон, равно как и нейтрон, должен быть неустойчивым (превращаться в антипротон) и обладать такой же массой.

Однако в земных условиях антинуклоны могут существовать лишь в течение очень короткого промежутка времени, поскольку они, подобно позитронам, аннигилируют, объединяясь с нуклонами и образуя, как правило, пионы.

Опыты доказывают существование закона сохранения барионного заряда: при любых превращениях частиц их суммарный барионный заряд остаётся неизменным. Именно поэтому антинуклон может образовываться только в паре с нуклоном. Такие реакции могут вызываться частицами с энергией в миллиарды электрон-вольт, превосходящей энергию покоя пары нуклон – антинуклон.

В 1955 – 1956 годах, через несколько лет после вступления в строй первого ускорителя на 6 ГэВ, группе американских физиков-ядерщиков удалось обнаружить процессы образования пар нейтрон – антинейтрон и протон – антипротон на практике. Эксперименты не только надёжно доказали их существование, но и подтвердили предсказания теории относительно их свойств.

В 1965 году среди продуктов ядерных реакций были обнаружены антидейтроны – атомные ядра, состоящие из одной пары антинуклонов. Теоретически из антипротонов и антинейтронов можно строить всевозможные ядра, отличающиеся от обычных только лишь знаком барионного и электрического зарядов. Так, например, в 1970 году в Институте физики высоких энергий в Серпухове были синтезированы ядра антигелия-3, т. е. ядра, состоящие из двух антипротонов и одного антинейтрона. По законам физики такие ядра вполне могут притягивать положительно заряженные позитроны, образуя таким образом атомы, столь же устойчивые, как и обычные, земные. Отсюда вполне логичным было бы предположение о существовании антивещества, построенного из антинуклонов и позитронов.

В 1995 году в ЦЕРНе был синтезирован атом антиводорода, состоящий из позитрона и антипротона. В последние годы антиводород был получен в значительных количествах, началось детальное изучение его свойств.

Несмотря на полную идентичность свойств вещества и антивещества в космических масштабах между ними наблюдается гигантская разница. Наблюдения показывают, что наблюдаемая часть вселенной состоит почти исключительно из вещества, а не из антивещества. Предполагается, что столь сильная асимметрия между веществом и антивеществом возникла в первые доли секунды после Большого Взрыва.




© Рефератбанк, 2002 - 2017