История открытия основных элементарных частиц
План:
Введение_______________________________________________стр 2.
Развитие идеи о планетарной модели атома__________________стр.3
Краткие исторические сведения_____________________________стр.5
Электроны и позитроны____________________________________стр.8
Открытие нейтрона________________________________________стр.10
Окрытие мезона__________________________________________стр.12
Вывод__________________________________________________стр.15
Спиок использованной литературы__________________________стр.16
Введение.
Элементарные частицы в точном значении этого термина — первичные,
далее неразложимые частицы, из которых, по предположению, состоит вся
материя. В понятии «Э. ч.» в современной физике находит выражение идея о
первообразных сущностях, определяющих все известные свойства материального
мира, идея, зародившаяся на ранних этапах становления естествознания и
всегда игравшая важную роль в его развитии.
Понятие «Э. ч.» сформировалось в тесной связи с установлением
дискретного характера строения вещества на микроскопическом уровне.
Обнаружение на рубеже 19—20 вв. мельчайших носителей свойств вещества —
молекул и атомов — и установление того факта, что молекулы построены из
атомов, впервые позволило описать все известные вещества как комбинации
конечного, хотя и большого, числа структурных составляющих — атомов.
Выявление в дальнейшем наличия составных слагающих атомов — электронов и
ядер, установление сложной природы ядер, оказавшихся построенными всего из
двух типов частиц (протонов и нейтронов), существенно уменьшило количество
дискретных элементов, формирующих свойства вещества, и дало основание
предполагать, что цепочка составных частей материи завершается дискретными
бесструктурными образованиями — Э. ч. Такое предположение, вообще говоря,
является экстраполяцией известных фактов и сколько-нибудь строго обосновано
быть не может. Нельзя с уверенностью утверждать, что частицы, элементарные
в смысле приведённого определения, существуют. Протоны и нейтроны,
например, длительное время считавшиеся Э. ч., как выяснилось, имеют сложное
строение. Не исключена возможность того, что последовательность структурных
составляющих материи принципиально бесконечна. Может оказаться также, что
утверждение «состоит из...» на какой-то ступени изучения материи окажется
лишённым содержания. От данного выше определения «элементарности» в этом
случае придется отказаться. Существование Э. ч. — это своего рода постулат,
и проверка его справедливости — одна из важнейших задач физики.
Развитие идеи о планетарной модели атома.
Не сразу ученые пришли к правильным представлениям о строении атома.
Один из первых экспериментальных фактов, свидетельствующих о сложности
атомов, о существовании у них внутренней структуры электрической природы,
был установлен Фарадеем. На основании опытов по электролизу различных солей
и других соединений можно было с уверенностью утверждать, что электрические
заряды имеются в атомах всех элементов. Однако надо было выяснить, что
представляет собой электричество, является ли оно непрерывной субстанцией
или в природе существуют неделимые «атомы электричества».
Так как при электролизе одинаковое количество атомов любого
одновалентного элемента всегда переносит одно и то же количество
электричества, можно было предположить, что в природе существует «атом
количества электричества», одинаковый в атомах всех элементов.
Этот заряд получил название элементарного заряда. В 1891 году
ирландский физик Дж. Стоней предложил для него название электрон Решающие
эксперименты, доказавшие реальность существования электронов, были
выполнены английским физиком Дж. Томсоном в 1899 году. Модель атома по
Томсону представляла собой положительно заряженную жидкость, в которой
плавают отрицательные электроны. На протяжении 12 лет эта модель
представлялась весьма правдоподобной. Но в 1911 году из опытов Резерфорда,
сыгравшего большую роль в понимании 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 величайший переворот в физике произошел на рубеже ХХ века.
Именно в это время великие принципы классической физики обнаружили
свою несостоятельность перед лицом новых фактов. Физики перешли границы
новой неведомой области, имя которой - микромир.
Удар по представлениям, ставшим привычными, оказался тем более
чувствительным, что в конце ХIХ века даже выдающиеся физики были убеждены
в том, что основные законы природы раскрыты, и остается использовать их для
объяснения различных явлений и процессов.
Ведь до этого фундаментальные принципы классической механики Ньютона,
электродинамики Максвелла и др. разделов физики получали все новые и новые
подтверждения своей справедливости.
Никому не приходило в голову, что с уменьшением, к примеру, массы тел
или увеличением их скорости законы Ньютона, давно считавшиеся чуть ли не
самоочевидными, могут оказаться несостоятельными.
И вот выяснилось, что атомы подвержены разрушению. Странные свойства
обнаружил электрон. Его масса выростала со скоростью. Основная
характеристика тела - масса, считавшаяся со времен Ньютона неизменной,
оказалась зависящей от скорости. А ведь массу было принято рассматривать
как меру количества вещества, содержащегося 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 теории относительности при скоростях, значительно меньших скорости
света.
Термин «Э. ч.» часто употребляется в современной физике не в своём
точном значении, а менее строго — для наименования большой группы
мельчайших частиц материи, подчинённых условию, что они не являются атомами
или атомными ядрами (исключение составляет простейшее ядро атома водорода —
протон). Как показали исследования, эта группа частиц необычайно обширна. К
ней относятся: протон (р), нейтрон (n) и электрон (e-) , фотон (g), пи-
мезоны (p), мюоны (m), нейтрино трёх типов (электронное ve, мюонное vm и
связанное с т. н. тяжёлым лептоном vt), т. н. странные частицы (К-мезоны и
гипероны), разнообразные резонансы, открытые в 1974—77 y-частицы,
«очарованные» частицы, 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
этом большинство перечисленных частиц не удовлетворяет строгому определению
элементарности, поскольку, по современным представлениям, они являются
составными системами (см. ниже). Использование названия «Э. ч.» ко всем
этим 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 — фотон. Эти четыре частицы тогда естественно было
считать элементарными, т. к. они служили основой для построения окружающего
нас вещества и взаимодействующего с ним электромагнитного поля, а сложная
структура протона и нейтрона не была известна.
Открытие новых микроскопических частиц материи постепенно разрушило
эту простую картину. Вновь обнаруженные частицы, однако, во многих
отношениях были близки к первым четырём известным частицам. Объединяющее их
свойство заключается в том, что все они являются специфическими формами
существования материи, не ассоциированной в ядра и атомы (иногда по этой
причине их называют «субъядерными частицами»). Пока количество таких частиц
было не очень велико, сохранялось убеждение, что они играют фундаментальную
роль в строении материи, и их относили к категории Э. ч. Нарастание числа
субъядерных частиц, выявление у многих из них сложного строения показало,
что они, как правило, не обладают свойствами элементарности, но
традиционное название «Э. ч.» за ними сохранилось
Краткие исторические сведения.
Открытие Э. ч. явилось закономерным результатом общих успехов в
изучении строения вещества, достигнутых физикой в конце 19 в. Оно было
подготовлено всесторонними исследованиями оптических спектров атомов,
изучением электрических явлений в жидкостях и газах, открытием
фотоэлектричества, рентгеновских лучей, естественной радиоактивности,
свидетельствовавших о существовании сложной структуры материи.
Исторически первой открытой Э. ч. был электрон — носитель
отрицательного элементарного электрического заряда в атомах. В 1897 Дж. Дж.
Томсон установил, что т. н. катодные лучи образованы потоком мельчайших
частиц, которые были названы электронами. В 1911 Э. Резерфорд, пропуская
альфа-частицы от естественного радиоактивного источника через тонкие фольги
различных веществ, выяснил, что положительный заряд в атомах сосредоточен в
компактных образованиях — ядрах, а в 1919 обнаружил среди частиц, выбитых
из атомных ядер, протоны — частицы с единичным положительным зарядом и
массой, в 1840 раз превышающей массу электрона. Другая частица, входящая в
состав ядра, — нейтрон — была открыта в 1932 Дж. Чедвиком при исследованиях
взаимодействия a-частиц с бериллием. Нейтрон имеет массу, близкую к массе
протона, но не обладает электрическим зарядом. Открытием нейтрона
завершилось выявление частиц — структурных элементов атомов и их ядер.
Вывод о существовании частицы электромагнитного поля — фотона — берёт
своё начало с работы М. Планка (1900). Предположив, что энергия
электромагнитного излучения абсолютно чёрного тела квантованна, Планк
получил правильную формулу для спектра излучения. Развивая идею Планка, А.
Эйнштейн (1905) постулировал, что электромагнитное излучение (свет) в
действительности является потоком отдельных квантов (фотонов), и на этой
основе объяснил закономерности фотоэффекта. Прямые экспериментальные
доказательства существования фотона были даны Р. Милликеном (1912— 1915) и
А. Комптоном (1922).
Открытие нейтрино — частицы, почти не взаимодействующей с веществом,
ведёт своё начало от теоретической догадки В. Паули (1930), позволившей за
счёт предположения о рождении такой частицы устранить трудности с законом
сохранения энергии в процессах бета-распада радиоактивных ядер.
Экспериментально существование нейтрино было подтверждено лишь в 1953 (Ф.
Райнес и К Коуэн, США).
С 30-х и до начала 50-х гг. изучение Э. ч. было тесно связано с
исследованием космических лучей. В 1932 в составе космических лучей К.
Андерсоном был обнаружен позитрон (е+) — частица с массой электрона, но с
положительным электрическим зарядом. Позитрон был первой открытой
