Частицы и античастицы

Электрон и позитрон При образовании пары позитрон-электрон электромагнитная энергия превращается в массу. При прохождении через вещество позитрон может столкнуться с электроном: при этом произойдет аннигиляция (уничтожение) обеих частиц, и масса-энергия пары появится в виде двух фотонов с полной энергией: 2m_ec² (помните, Е=mс²!). У нейтрино также есть античастица - антинейтрино. Как же так, у частицы нет заряда, а античастица есть?

Для любой элементарной частицы есть своя античастица.

Частица и ее античастица имеют в точности одинаковые массы, периоды полураспада и типы распада, а также квантовые числа спина, и в то же время - противоположные электромагнитные свойства. Например, для электрона и позитрона электрические заряды имеют разные знаки и векторы спина S и собственного магнитного момента p обладают разной взаимной ориентацией.

Как обнаружить элементарную частицу?

Обычно изучают и анализируют следы (траектории или треки), оставленные частицами. Фотографии таких треков показаны на рисунках ниже.

Все частицы делятся на два класса:

1. Фермионы, которые составляют вещество;

2. Бозоны, через которые осуществляется взаимодействие. Фермионы подразделяются на лептоны и кварки.

Остальные фундаментальные частицы носят название кварков. Кварки участвуют в сильных взаимодействиях, а также в слабых и в электромагнитных.

Заряды кварков дробные - от -1/3e до +2/3e (e - заряд электрона). Кварки в сегодняшней Вселенной существуют только в связанных состояниях - только в составе адронов. Например, протон - uud, нейтрон - udd.

 

Взаимодействия между частицами Четыре вида физических взаимодействий: гравитационные, электромагнитные, слабые,  сильные. Слабое и сильное взаимодействия - ядерные.

Слабое взаимодействие - меняет внутреннюю природу частиц. Сильные взаимодействия - обусловливают различные ядерные реакции, а также возникновение сил, связывающих нейтроны и протоны в ядрах.

Каким же образом осуществляются эти взаимодействия? Механизм взаимодействий один: за счет обмена другими частицами - переносчиками взаимодействия. Электромагнитное взаимодействие: переносчик - фотон. Гравитационное взаимодействие: переносчики - кванты поля тяготения - гравитоны. И фотоны, и гравитоны не имеют массы (массы покоя) и всегда движутся со скоростью света. Слабые взаимодействия: переносчики - векторные бозоны. Существенным отличием переносчиков слабого взаимодействия от фотона и гравитона является их массивность. Переносчики сильных взаимодействий: глюоны (от английского слова glue - клей), с массой покоя равной нулю.

Взаимодействие	Радиус действия	Конст. взаимдств.
Гравитационное	Бесконечно большой	6.10^-39
Электромагнитное	Бесконечно большой	1/137
Слабое	Не превышает 10^-16 см	10^-14
Сильное	Не превышает 10^-13 см	1

"Большой адронный коллайдер" - крупнейший международный научный проект конца ХХ - начала ХХI в. LHC - ускоритель частиц, в подземном кольцевом туннеле которого длиной 27 км на глубине около 100 м можно сталкивать протоны с небывалой до сих пор энергией - 14 ТэВ (это примерно в миллион раз больше, чем энергия, выделяющаяся в элементарном акте термоядерного синтеза).

Ученые надеются, что экспериментальные исследования на БАК позволят подойти к решению базовых, фундаментальных проблем образования Вселенной. Среди этих вопросов следующие: Как образовалась Вселенная? Какие законы в ней «работают»? Что такое вещество? Как оно появилось? Какие силы действуют между элементарными частицами?