4.3. Методы изучения микромира. Ускорители элементарных частиц. Стандартная модель элементарных частиц

В. Рентген в 1895 г. при исследовании катодных лучей случайно об­наружил необычные, названные им Х-лучи, которые лег­ко проходили через чехол рабочей трубки и вызывали све­чение (люминесценцию) бумаги. Эти лучи, как оказалось, способны про­ходить через тело человека, слой металла, бумагу и дру­гие предметы. Их впоследствии назвали рентгеновскими лучами.

А. Беккерель в 1896 г. и, независимо от него, М. Складовская-Кюри и ее муж П. Кюри открыли явление естественной радиоактивности – самопроизвольный распад вещества. Радиоактивное вещество может быть источником трех видов излучения:

- α-излучение (отклоняющееся в магнит­ном поле подобно потоку положительных частиц; ядра атома гелия);

- β-излучение (отклоняющееся в маг­нитном поле аналогично отрицательно заряженным час­тицам; индеферентно потоку электронов);

- γ-излуче­ние (не реагирующее на магнитное поле; жесткое электромагнитное излучение с малой длиной волны менее 10^–10м, очень опасное для человека).

Следствием этих открытий был вывод – атом не является мельчайшей частицей вещества, он делим!

Д. Томсон в 1897 г. открыл электрон и предложил первую модель атома. Атом он представил как положительно за­ряженную сферу, в которую вкраплены отрицательно за­ряженные электроны.

Э. Резерфорд в 1911 г. создать первую планетарную модель ато­ма, в которой атом уподобляется миниатюрной солнечной системе. В цент­ре атома положительно заряженное ядро, в котором сосредоточена преобладаю­щая часть его массы, а вокруг ядра с большой скоростью вращаются отрицательно заряженные электроны. Поло­жительный заряд ядра нейтрализуется суммарным отри­цательным зарядом электронов так, что атом в целом ос­тается электрически нейтральным. Размер атома 10^–8см и размер ядра 10^–13 см. Модель Резерфорда подрывала теорию классической физики, так согласно электродинамикеМаксвелла, движущийся вокруг ядра электрон должен излучать энергию и поэтому быстро упасть на ядро. Прак­тически же этого не происходит. Атом – устойчивое об­разование, и для его разрушения требуется огромная сила.

Эти противоречия разрешил Н. Бор, изложил два положе­ния своей квантовой теории строения атома, получивших название постулатов Бора, которые лежат в основе со­временной атомно-молекулярной физики.

Первый постулат Бора: электрон может вращаться вокруг ядра только по определенным – стационарным орбитам. При движении по таким ор­битам электрон не излучает и не поглощает энергию.

Второй постулат Бора: электрон излучает энергию в виде кванта только тогда, когда переходит с одной ста­ционарной орбиты на другую.

Бор показывает, что в процессах излучения и поглощения энер­гии атомами выполняется закон сохранения энергии. Теория строения атома, созданная Резерфордом и Бо­ром позволила объяснить периодичность изменения свойств атомов химических эле­ментов, но не могла объяснить причину устойчивости ато­мов.

I. Классификация элементарных частиц по значению спина

Фермионы – частицы с полуцелым спином (1/2, 3/2) – электрон, протон и др. (атомное вещество), подчиняющиеся принципу Паули

Бозоны – частицы с целочислен­ным спином (0, 1, 2) – фотон и др. (частицы излучения), не подчиняющиеся принципу Паули