История создания и развития ядерной индустрии Элементарные частицы Измерение заряда электрона Ионизирующие излучения Теория рассеяния альфа-частиц Ядерные реакции

Элементарные частицы – мельчайшие известные частицы физической материи.

Характерная особенность элементарных частиц – способность к взаимным превращениям - не позволяет рассматривать элементарные частицы как простейшие, неизменные «кирпичики мироздания», подобно атомам Демокрита. Число частиц, которые называются в современной теории элементарными очень велико. Каждая элементарная частица (за исключением истинно нейтральных частиц) имеет свою античастицу. Всего вместе с античастицами к началу 21 века открыто более 350 частиц. К стабильным частицам относится фотон, электронное и мюонное нейтрино, электрон, протон и ихантичастицы; остальные элементарные частицы самопроизвольно распадаются за время от ≈103 с для свободного нейтрона до 10-22 – 10-24 для резонансов. Современная терминология элементарных частиц (барионы, гипероны, лептоны) и соответствующая символика введены в 1953. Формула Резерфорда. Волны де Бройля. Опыты Хофштадтера. Формула Мотта. Форм-фактор. К заряженным частицам относятся электроны, протоны, дейтоны, a-частицы, положительные и отрицательные мезоны и гипероны, ядра (ионы) тяжелых элементов. Взаимодействие этих частиц с электронами, атомами, ядрами среды происходит через кулоновские, электромагнитные и ядерные силы. Поэтому число различных процессов взаимодействия достаточно велико. Основными механизмами взаимодействия заряженных частиц с веществом являются электромагнитное взаимодействие с электронами вещества (ионизация), а также внутриядерные взаимодействия с нуклонами ядра.

В 1900 М.Планк ввел квант действия – постоянную Планка. Фотон как квант электромагнитного излучения предложен в 1905 А.Эйнштейном. Экспериментальное доказательство существования фотона получено в 1923; теоретическая интерпретация явления испускания фотона дана А.Комптоном, П.Дебаем.

Электрон открыл в 1897 Дж.Дж.Томсон при изучении катодных лучей, он же измерил отношение заряда электрона к его массе. В 1910 удалось отдельно измерить заряд электрона (Р.Милликен). Постулат существования внутреннего механического и магнитного моментов у электрона (спиновая гипотеза) выдвинут С.Гаудсмитом, Дж. Уленбеком в 1925). Матрицы для описания спина электрона (спиновые матрицы) предложены В.Паули в 1927).

В открытии многих элементарных частиц (и античастиц) существенную роль сыграло обнаружение космического излучения (В.Гейс, 1918). Первая античастица (позитрон) была теоретически предсказана П.Дираком, Р.Оппенгеймером в 1928; они же предсказали возможность рождения и аннигиляции электронно-позитронных пар. Экспериментально позитрон был открыт в космических лучах К.Андерсоном в 1932. Образование электрон-позитронных пар из жесткого гамма-кванта обнаружено супругами И. и Ф.Жолио-Кюри, К.Андерсоном, П.Блэкеттом и Дж.Оккиалини; механизм этого явления установил Р.Оппенгеймер в 1932. Открытие электронно-позитронных ливней в космических лучах произошло в 1933 (П.Блэкетт, Дж. Оккиалини). Гипотеза о существовании антивещества предложена П.Дираком в 1933. Экспериментальное доказательство аннигиляции электронов и позитронов получено в 1934.

Возможность существования протона в 1913 предсказал Э.Резерфорд. Он же открыл его, показав, что при бомбардировке азота альфа-частицами возникает кислород и протон. Тем самым была осуществлена первая искусственная ядерная реакций и получено доказательство наличия в ядрах элементов протонов. Д.Деннисон (1927) доказал существование спина протона. Точное измерение массы протона провёл У.Хаустон в 1927, а измерение магнитного момента протона

О.Штерн и О.Фриш в 1933.

Рис. 1. Эксперимент Чедвига, схема процесса, в котором был открыт нейтрон.

После открытия радиоактивности (А.Беккерель, 1896) и электрона (1897, Дж.Дж.Томсон) стало очевидно, что атом – система заряженных частиц.

Э. Резерфорд  предсказал существование нейтрона Начало реалистичной модели строения атома положили опыты Г.Гейгера по изучению экспериментов,

Э. Резерфорд в 1911 создал теорию рассеяния альфа-частиц в веществе, открыл атомное ядро и создал планетарную модель строения атома.

В 1933 высказано предположение, что особенно высокой устойчивостью обладают ядра с числом протонов или нейтронов, равным 2, 8, 20, 50, 82 и 126, - «магическими числами» - основа идеи оболочечной модели ядра


На главную