1932 г. К. Андерсон. Позитрон e+

M = 0,511 МэВ

e+ +e− → 2 γ

Наблюдение позитрона в камере Вильсона в магнитном поле. Тонкая изогнутая прерывистая линия, идущая снизу вверх – трек позитрона. Темная полоса, пересекающая трек - слой вещества, в котором позитрон теряет часть энергии, и по выходе из которого двигается с меньшей скоростью. Поэтому трек искривлён сильнее.

Нобелевская премия по физике 1936 г. – К. Андерсон.

За открытие позитрона

1927 г. – Ч. Вильсон.

За открытие метода, делающего видимыми траектории заряженных частиц с помощью конденсации пара

Античастицы

В 1928 г. П. Дираком на основе анализа релятивистского уравнения было предсказано существование позитрона

Открытия античастиц 1932 – Позитрон 1955 – Антипротон 1956 – Антинейтрон 1966 – Антидейтерий 1970 – Антигелий 1998 – Антиводород

Каждая частица имеет своего двойника – античастицу. Античастица обладает рядом характеристик, имеющих те же численные значения что и частица, и некоторые характеристики с противоположным знаком. Так частица и античастица имеют одинаковые массы и спины и противоположные значения зарядов.

Зачемнужны ускорителиели??

= p, E2 =c2 p2 +m2c4

Порог реакции

E 2 =c2p 2 +m 2c4

	m 1		m i
			m 2
		Энергия реакции Q
		Q = (m i -m 1 -m 2 ) c2
E порог =		(m i -m 1 -m 2 ) (m i + m 1 + m 2 )		c 2
			2 m 2

Нерелятивистский случай

	E порог	=		Q			1 +	m 1
								m 2

Порогреакции

Частица массы m1 налетает на покоящуюся частицу массы m2 . В результате

реакции в конечном состоянии образуется n частиц с массами m ′, …, m ′.
Законы сохранения импульса и энергии							1	n
p	= p ′ + p ′ +…+		p	′, E	+m c2 = E ′ +		E ′ +…+ E ′.
1	1	2	n	1	2	1	2	n
Энергия E и импульс частицы p связаны соотношением
		E2 = m2c4 +c2 p2 .
Величина (∑Ei )2 −(c∑pi )2 =inv				является		релятивистским		инвариантом, т.е.

одинакова во всех инерциальных системах отсчета.

На пороге реакции все частицы в конечном состоянии покоятся друг относительно друга. Релятивистский инвариант в начальном состоянии в лабораторной системе координат и в конечном состоянии в системе центра инерции.

(E1 +m2c2 )2 −c2 p12 = (m1′ +m2′ +mn′)2 c4 = (∑mi′)2 c4 .

Выразим импульс p1 налетающей частицы через её кинетическую энергию T1

c2 p 2	= E 2	−m 2c4	,	T = E −m c2			,
1	1	1		1	1	1

пороговая кинетическая энергия налетающей частицы

Eпорог = (∑mi +m1 +m22)m∑2 mi ′ −m1 +m2 c2 .

Энергия реакции Q равна изменению суммарной массы частиц

Q = (∑mi −m1 −m2 )c2 .

Пример

Рассчитайте порог реакции

p + p = p + p + p + p

При столкновении двух протонов p образуется антипротон p и

три протона. Масса антипротона равна массе протона.

E порог =	(m i -m 1 -m 2 ) (m i +m 1 +m 2 ) c 2
		2m 2
E порог =		2m p ×6m p	=6m p = 5.6 ГэВ
		2m p

1947 Странные частицыы

π− + p → Λ+ K 0 Λ → p +π−

K 0 →π+ +π−

Нобелевская премия по физике

1960 г. – Д. Глезер.

За изобретение пузырьковой камеры

1952	Резонансы
π+p	Γ τ	=
π-p	100 МэВ	10-23 c

Кинетическая энергия пиона, ГэВ

++ (uuu)

+ (uud) 0 (udd)

- (ddd)

Σ+ (uus)

Ξ- (dds)

p + π- → 0 (1232) →n + π0

масса	ширина распада
1232 МэВ	120 МэВ
1232 МэВ	120 МэВ
1232 МэВ	120 МэВ
1232 МэВ	120 МэВ
1382 МэВ	85 МэВ
1535 МэВ	9.9 МэВ

КакустроенМир. 60-егоды ХХХХ векавека

Л е п т о н ы

e-	μ-	τ-
νe	νμ	ντ
	Адроны

Барионы Мезоны

	1		3		J = 0 , 1 , 2 , . . .
	J = 2	, 2		, ...

КакустроенМир. КонецХХ векавека

ФЕРМИОНЫ

Спин J =1/ 2

Лептоны (спин = 1/2)

Кварки (спин = 1/2)

Аромат

Масса,

Аромат

Масса,

Электрический

ГэВ/с2

ГэВ/с2

заряд

νe

электронное нейтрино

<1 10−8

1 поколение

u

up

0,003

2/3

e

электрон

0,0005111

d

down

0,006

–1/3

νμ

мюонное нейтрино

< 0,0002

2 поколение

c

charm

1,3

2/3

μ

мюон

0,106

s

strange

0,1

–1/3

ντ

тау-нейтрино

< 0,02

3 поколение

t

top

175

2/3

τ

тау

1,7771

b

bottom

4,3

–1/3

Стабильные частицы

e− — электрон, e+ — позитрон

p— протон, p — антипротон

?νe , νμ , ντ , νe , νμ , ντ

Взаимодействия

Взаимодействие	На какие
	частицы действует
Сильное	Все цветные частицы
Электромагнитное	Все электрически
	заряженные частицы

Кварки, лептоны, Слабое электрослабые

калибровочные бозоны

Гравитационное

Все массивные

частицы

e+

γ

γ

e−

e−

W ±

ν

Калибровочные

бозоны 8 глюонов,

безмассовые. Фотон, безмассовый.

W + , W − , Z , m(W ± ) =80 Гэв, m(Z) =91 Гэв.

Гравитон, спин J = 2 , безмассовый

e+ q

					q
	e−
	ν
				e−

e− ν

Радиус

действия

1 Фм =1/ mπ

∞

10−2 Фм =1/ mW

∞

g

Z

Спин J=1

Константа

взаимодействия

1

1/137

~1/30

10–38

q

q

e−

ν

КакустроенМир. 2013 гг.. Характеристики Вселеннойной

Темная материя

Барионы

БАРИОНЫ		0.02-0.05
в том числе, ЗВЁЗДЫ:		0.002-0.003
ФОТОНЫ			−5
		4.9 10
НЕЙТРИНО			−5
		3.3 10
ТЁМНАЯ МАТЕРИЯ		0.2-0.4
ТЕМНАЯ ЭНЕРГИЯ		0.6-0.8
(ВАКУУМ)
ПОЛНАЯ ПЛОТНОСТЬ
ВЕЩЕСТВА-ЭНЕРГИИ	1.02 ± 0.02

Вакуум

Ньютон

(1642-1727)

Мельчайшие частицы материи слепляются в результате сильнейшего притяжения, образуя частицы большего размера, но уже менее склонные к притяжению; многие из этих частиц могут опять слепляться, образуя ещё большие частицы с ещё меньшим притяжением друг к другу и так далее в разных последовательностях, пока эта прогрессия не закончится на самых больших частицах, от которых зависят уже и химические реакции и цвет естественных тел, и, которые образуют, наконец, тела ощутимых размеров. Если так, то в природе должны существовать посредники, помогающие частицам вещества близко слепляться друг с другом за счет сильного притяжения. Обнаружение этих посредников и есть задача экспериментальной философии.