На главную
Физика - одна из самых удивительных наук! Физика столь интенсивно развивается, что даже лучшие педагоги сталкиваются с большими трудностями, когда им надо рассказать о современной науке. Данный ресурс поможет эффективно и интересно изучать физику. Учите физику!
   

Обучение и материалы
Физический справочник
Формулы по физике
Шпаргалки по физике
Энциклопедия
Репетиторы по физике
Работа для физиков
Быстрый устный счет
Виртуальные лабораторные
Опыты по физике
ЕГЭ онлайн
Онлайн тестирование
Ученые физики
Необъяснимые явления
Ваша реклама на сайте
Разное
Контакты
Спецкурс
Фейнмановские лекции

В мире больших скоростей

Введение в теорию относительности

Лекции по биофизике
Лекции по ядерной физике
Ускорение времени...
Лазеры
Нанотехнологии
Книги
полезное
Смешные анекдоты о физике
Готовые шпоры по физике
Физика в жизни
Ученые и деньги
Нобелевские лауреаты
Фото
Видео
Карта сайта
На заметку
Если вам понравился сайт, предлагаем разместить нашу кнопку
Кнопка сайта All-fizika.com
Компьютерные программы
по физике
Программы по физике


Физика и юмор
Физика и юмор


Онлайн тестирование
по физике
Онлайн тестирование по физике



-









22. В поисках новых частиц

После великого открытия Эйнштейна прошло 60 лет, и практика убедительно показала, что предсказания теории относительности действительно оправдались. Современную науку и технику уже невозможно представить без теории относительности. Атомный век одновременно является и веком теории относительности. Без нее не удалось бы высвободить энергию ядра. О применениях теории относительности в технике мы упоминали. Рассмотрим теперь вкратце вопрос об использовании теории относительности в теоретической физике, в частности, в теории элементарных частиц.
 
Теория относительности является единой теорией пространства и времени. Это значит, что при описании всех процессов, протекающих в пространстве и времени, нужно иметь в виду основные требования этой теории, особенно требование равноправности всех инерциальных систем. Применение этого требования оказалось одним из самых плодотворных приемов в истории теоретической физики. Ярким примером этого может служить история открытия позитрона и антипротона.
 
В 1928 г. английский физик П. Дирак создал теорию электрона, учитывая все требования специальной теории относительности. Все предсказания теории удивительно точно совпадали с результатами экспериментов, за исключением одного. Найденные уравнения не ограничивались описанием только электронов, а говорили еще о каких-то частицах с массой электрона, но несущих положительный заряд. Дирак был поражен. Единственными известными в то время частицами с положительным зарядом были протоны, но их масса превышает массу электрона в 1837 раз. Уравнения явно говорили о каких-то других частицах. Дирак назвал их антиэлектронами.
 
Гипотетический антиэлектрон, о существовании которого говорила теория Дирака, считали серьезным недостатком теории Дирака. Самым удивительным, однако, было следующее предсказание его теории: при встрече электрона и антиэлектрона оба они должны исчезнуть, порождая γ-квант, или же, наоборот, если энергия γ-кванта больше 1,02 Мэв, то они могут превратиться в пару, состоящую из электрона и антиэлектрона. Совершенно непонятные предсказания! Выдающийся физик-теоретик В. Паули писал об этом в 1932 г.: «Оказывается, что трудности в теории действительно глубоки и их невозможно ни отбросить, ни как-либо преодолеть».
 
И вдруг выяснилось, что на самом деле никаких трудностей нет. В 1932 г. открыли новую элементарную частицу с массой, равной массе электрона, и она несла положительный электрический заряд. Эту частицу стали называть позитроном. Оказалось, что свойства позитрона в точности совпадают со свойствами таинственного антиэлектрона, предсказанного теорией Дирака. Как только позитрон встречается с электроном, оба они исчезают, порождая один или несколько γ-квантов с общей энергией е + + тр2е — масса электрона; тр —масса позитрона). Это именно тот процесс, о котором говорит основанная на теории относительности теория электрона: масса электрона и позитрона исчезает, освобождается энергия, эквивалентная этим массам. Конечно, возможен и обратный переход, где за счет энергии у-кванта возникает пара: электрон — позитрон (в этом случае энергия превращается в массу покоя). И такое превращение было обнаружено экспериментально.
 
Предсказания теории Дирака были настолько смелыми, что сначала в них никто не верил, в том числе и сам автор теории. И все-таки они сбылись. Такую изумительную способность ясновидения теория приобрела благодаря учету всех основных требований теории относительности. Открытие позитрона было триумфом этой теории.
 
В дальнейшем физики стали смелее. На повестку дня стал протон. Эта частица несет положительный заряд, но по ряду других свойств она очень сходна с электроном. Теория протона, учитывающая требования теории относительности, предсказывает и существование соответствующей протону античастицы.
 
Теория предсказывала, что в природе должна существовать частица с такой же массой, как протон, но имеющая отрицательный электрический заряд. Эту частицу стали называть антипротоном. Из теории следовало также, что, встречаясь, протон и антипротон должны аннигилировать и что при этом будет освобождаться энергия, равная р + Ма2р — масса протона; Ма — масса антипротона).
 
Согласно теории возможен также обратный процесс, когда возникает пара: протон — антипротон. Верны ли эти предсказания? Ученые приступили к поискам антипротона. Как велика эта энергия, за счет которой может образоваться пара частиц протон — антипротон? Вычисление показывает, что масса покоя протона эквивалентна 938 Мэв, то же самое можно сказать и об антипротоне. Чтобы возникли протон и антипротон, нужно затратить не меньше 1876 Мэв энергии. Помимо этого, удовлетворение закона сохранения импульса требует еще дополнительной энергии. Вычисления показывают, что возникновения пары протон — антипротон можно ожидать в том случае, если в мишень из какого-нибудь вещества направить пучок протонов, имеющих кинетическую энергию по меньшей мере 5600 Мэв каждый. Масса таких протонов превышает их массу покоя почти в семь раз, а скорость больше 297 000 км/сек.

В 1955 г. в Соединенных Штатах Америки пустили ускоритель, в котором протоны получили энергию, необходимую для рождения пары протон — антипротон. Научный мир обошло известие об открытии антипротона. Вера ученых в теорию относительности оправдалась. Свойства антипротона оказались именно такими, как предсказывала теория: при встрече антипротона с протоном они аннигилируют, причем освобождается количество энергии, эквивалентное их массам. Носителями этой энергии становятся мезоны и γ-кванты.



ЧИТАЙТЕ ТАКЖЕ:


Социальные комментарии Cackle


 
 
© All-Физика, 2009-2016
При использовании материалов сайта ссылка на www.all-fizika.com обязательна.