Краткие исторические сведения

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 берт сво начало с работы М. Планка 1900. Предположив, что энергия электромагнитного излучения абсолютно чрного 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, ведт сво начало от теоретической догадки В. Паули 1930, позволившей за счт 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 античастицей. Существование е непосредственно вытекало из релятивистской теории электрона, развитой П. Дираком 1928 31 незадолго до обнаружения позитрона.

В 1936 американские физики К. Андерсон и С. Неддермейер обнаружили при исследовании осмических лучей мюоны обоих знаков электрического заряда частицы с массой примерно в 200 масс электрона, а в остальном удивительно близкие по свойствам к е е. В 1947 также в космических лучах группой С. Пауэлла были открыты p и p мезоны с массой в 274 электронные массы, играющие важную роль во взаимодействии протонов с нейтронами в ядрах. Существование подобных частиц было предположено Х. Юкавой в 1935. Конец 40-х начало 50-х гг. ознаменовались открытием большой группы частиц с необычными свойствами, получивших название странных. Первые частицы этой группы К- и К мезоны, L S S- X- -гипероны были открыты в космических лучах, последующие открытия странных частиц были сделаны на ускорителях установках, создающих интенсивные потоки быстрых протонов и электронов. При столкновении с веществом ускоренные протоны и электроны рождают новые Э. ч которые и становятся предметом изучения.

С начала 50-х гг. ускорители превратились в основной инструмент для исследования Э. ч. В 70-х гг. энергии частиц, разогнанных на ускорителях, составили десятки и сотни млрд. электронвольт Гэв. Стремление к увеличению энергий частиц обусловлено тем, что высокие энергии открывают возможность изучения строения материи на тем меньших расстояниях, чем выше энергия сталкивающихся частиц.

Ускорители существенно увеличили темп получения новых данных и в короткий срок расширили и обогатили наше знание свойств микромира.

Применение ускорителей для изучения странных частиц позволило более детально изучить их свойства, в частности особенности их распада, и вскоре привело к важному открытию выяснению возможности изменения характеристик некоторых микропроцессов при операции зеркального отражения т. н. нарушению пространств. четности 1956. Ввод в строй протонных ускорителей с энергиями в миллиарды эв позволил открыть тяжлые античастицы антипротон 1955, антинейтрон 1956, антисигма-гипероны 1960. В 1964 был открыт самый тяжлый гиперон W- с массой около двух масс протона.

В 1960-х гг. на ускорителях было открыто большое число крайне неустойчивых по сравнению с др. нестабильными Э. ч. частиц, получивших название резонансов. Массы большинства резонансов превышают массу протона. Первый из них D1 1232 был известен с 1953. Оказалось, что резонансы составляют основная часть Э. ч. В 1962 было выяснено, что существуют два разных нейтрино электронное и мюонное. В 1964 в распадах нейтральных К-мезонов. было обнаружено несохранение т, н. комбинированной чтности введнной Ли-Цзун дао и Ян Чжэнь-нином и независимо Л. Д. Ландау в 1956, означающее необходимость пересмотра привычных взглядов на поведение физических процессов при операции отражения времени.

В 1974 были обнаружены массивные в 3 4 протонные массы и в то же время относительно устойчивые y-частицы, с временем жизни, необычно большим для резонансов. Они оказались тесно связанными с новым семейством Э. ч. очарованных, первые представители которого D0, D, Lс были открыты в 1976. В 1975 были получены первые сведения о существовании тяжлого аналога электрона и мюона тяжлого лептона t. В 1977 были открыты -частицы с массой порядка десятка протонных масс. Таким образом, за годы, прошедшие после открытия электрона, было выявлено огромное число разнообразных микрочастиц материи.

Мир Э. ч. оказался достаточно сложно устроенным. Неожиданными во многих отношениях оказались свойства обнаруженных Э. ч. Для их описания, помимо характеристик, заимствованных из классической физики, таких, как электрический заряд, масса, момент количества движения, потребовалось ввести много новых специальных характеристик, в частности для описания странных Э. ч. странность К. Нишиджима, М. Гелл-Ман, 1953, очарованных Э. ч. очарование американские физики Дж. Бьркен, Ш. Глэшоу, 1964 уже названия приведнных характеристик отражают необычность описываемых ими свойств Э. ч.