Елементарні частинки. Класифікація елементарних частинок

Елементарні частинки. Класифікація елементарних частинок

Елементарні частинки – це первинні частинки, які дальше не розпадаються, з них складається вся матерія.

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).

Історично першими експериментально виявленими елементарними частинками були електрон, протон, а потім нейтрон. Здавалося, що цих частинок і фотона (кванта електромагнітного поля) достатньо для побудови відомих форм речовини — атомів і молекул. Такий підхід передбачав, що речовина складається з протонів, нейтронів та електронів, а фотони здійснюють взаємодію між ними. Однак незабаром з'ясувалося, що світ улаштований значно складніше. Було встановлено, що кожній частинці відповідає своя античастинка, яка відрізняється від неї лише знаком заряду. Для частинок з нульовими значеннями всіх зарядів античастинка збігається з частинкою (наприклад, фотон). Починаючи з 1932 року було відкрито понад 400 елементарних частинок і це число зростає й надалі.

Загальними характеристиками елементарних частинок є їхня маса m, електричний заряд q, спін s і час життя τ. Масу елементарних частинок виражають числом, кратним масі електрона; електричний заряд — в одиницях, кратних заряду електрона е; спін — кратний значенню сталої Планка h.

Як виявити елементарну частинку? Зазвичай вивчають і аналізують сліди (траєкторії або треки), залишені частинками, за фотографіями.

Усі сучасні методи реєстрації ядерних частинок і випромінювань можна розбити на дві групи:

1) обчислювальні методи, засновані на використанні приладів, які обчислюють кількість частинок того чи іншого типу;

2) трекові методи, що дозволяють відтворити слід частинки.

1. Лічильник Гейгера – прилад для автоматичної лічби частинок. Дія лічильника заснована на ударній іонізації. Заряджена частинка пролітає в газі, відриваючи від атомів електрони, й утворює позитивні іони та вільні електрони. Лічильник Гейгера застосовується для реєстрації електронів і γ-випромінювань.

2. Камера Вільсона. У цій камері швидка заряджена частинка залишає слід, який можна спостерігати безпосередньо чи фотографувати. Дія камери Вільсона заснована на конденсації перенасиченої пари на іонах з утворенням крапельок води. Ці іони створює уздовж своєї траєкторії рухома заряджена частинка. Крапельки утворюють видимий слід частинки, що пролетіла, - трек. Інформація, яку дають треки в камері Вільсона, значно багатша за ту, що можуть дати лічильники. За довжиною треку можна визначити енергію частинки, а за числом крапельок на одиницю довжини треку оцінити її швидкість.

3. Бульбашкова камера. У 1952 році Д. Глейзером було запропоновано використовувати для виявлення треків частинок перегріту рідину. У цій рідині на іонах, які утворюються під час руху швидкої зарядженої частинки, виникають бульбашки пари, які дають видимий трек. Пробіг частинок, унаслідок більшої густини робочої речовини, виявляються досить короткими, й частинки навіть великих енергій «застряють» у камері. Це дозволяє спостерігати серію послідовних перетворень частинки та реакції, що нею викликаються.

4. Метод товстошарових фотоемульсій. Цей метод ґрунтується на тому, що заряджена частинка, рухаючись у фотоемульсії, руйнує молекули Арґентум броміду в тих зернах, крізь які вона пройшла. Після проявлення в кристаликах відновлюється металеве срібло й ланцюжок зерен срібла утворює трек частинки. За довжиною й товщиною треку можна оцінити енергію й масу частинки.

Кварки. 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 значення елементарного електричного заряду. Нині в багатьох фізичних лабораторіях світу ведуться експериментальні пошуки кварків.

Кваркам присвоєні імена: u - кварк, d - кварк, c - кварк, s - кварк, t - кварк, b - кварк.

Кварки розрізняють за специфічним квантовим числом – „кольором”, яких існує три: червоний (ч), синій (с) та зелений (з). Антикварки несуть доповняльні кольори – античервоний (ч̃), антисиній ( с̃ ) та антизелений (з̃ ). Колір є одним із квантових чисел, що ним характеризують кварки та глюони.

 Зробити опорний конспект, замалювати малюнок та схеми