Экспериментальная ядерная физика - Мухин К.Н.
ISBN 5-283-04076-3
Скачать (прямая ссылка):
В соответствии с этим на данном этапе развития физики элементарными частицами стали называть такие частицы, внутреннюю структуру которых нельзя описать (при существующем уровне знаний) как простое объединение, сочетание других частиц.
Историю открытия элементарных частиц и исследования их свойств можно (довольно условно) разбить на четыре этапа. На первом этапе, окончившемся в 1932 г., было открыто шесть перечисленных выше элементарных частиц: фотон, электрон, протон, нейтрон, позитрон, нейтрино (последняя только теоретически). История открытия и свойства этих частиц были кратко охарактеризованы выше. Более подробно о некоторых из них будет рассказано в § 100—103.
Второй этап исследования элементарных частиц начался в 1935 г., когда стало ясно, что существующих частиц недостаточно для объяснения природы ядерных сил, и начались поиски ядерного кванта с массой 200—300 те. Этот период ознаменован открытием мюонов (ц+, 1938 г.) и я-мезонов (я+ и я", 1947 г., тс°, 1950 г.) и детальным исследованием их свойств. Доказано, что тг-мезон пригоден на роль ядерного кванта. Этим вопросам посвящены § 104—113.
Третий этап охватывает большой период времени (1949— 1964 гг.), в течение которого были открыты и изучены странные частицы (§ 114—119), доказано нарушение четности в слабых взаимодействиях (§ 104, 114), открыты антинуклоны (§ 93—98), экспериментально подтверждено существование электронных и мюонных нейтрино и антинейтрино (§ 103 —105), изучена структура нуклонов (§ 89 -92), открыты резонансы (§112).
Наконец, четвертый этап исследования свойств элементарных частиц начался еще в пределах третьего этапа (1961 г.) и продолжается по настоящее время. Этот этап ознаменован
134
Часть 4. Пептоны, адроны, кварки
рядом успешных попыток систематизации накопленного материала. Главными событиями этапа были: создание SU (3)-симметрии и предсказание П~-гиперона (§ 122); построение трехкварковой модели (§ 124); открытие слабых нейтральных токов (§ 129) и очарованных частиц (§ 125); создание четырех-кварковой модели (§ 125); развитие квантовой хромодинамики (§ 124); создание единой теории слабых и электромагнитных взаимодействий (§ 130); открытие Т-мезонов и тяжелого леп-тона (§ 126); открытие глюонов (§ 127); открытие W±- и Z0-бозонов (§ 130).
К 1989 г. элементарных частиц (в сформулированном выше ^смысле этого понятия) обнаружено несколько десятков, а с учетом нестабильных частиц—резонансов—даже несколько сотен. При этом оказалось, что свойства многих из них тесно связаны между собой и что их можно описать, введя представление о новых субэлементарных объектах — кварках. Таким образом, термин «элементарные частицы» снова становится не вполне удовлетворительным (хотя и является пока общепринятым).
В связи с этим в последние годы начинает формироваться современное представление об истинно элементарных частицах, которыми в настоящее время считают шесть кварков (открыто пять) и шесть лептонов [открыто пять, но в существовании шестого (vT) никто не сомневается]. Между ними действуют четыре типа сил (взаимодействий): сильное (истинно сильное), электромагнитное, слабое и гравитационное. Квантами этих взаимодействий соответственно являются восемь глюонов, фотон, три тяжелых бозона и гравитон. Нуклоны, мезоны и другие сильновзаимодействующие частицы (адроны) состоят из кварков и глюонов. Ядерные силы между нуклонами и вообще сильное взаимодействие между адронами являются вторичным проявлением истинно сильного взаимодействия между кварками. Слабое и электромагнитное взаимодействия объединены в единую теорию, в которой естественным образом появляются четыре векторных бозона: безмассовый фотон, ответственный за электромагнитное взаимодействие, тяжелые заряженные
-бозоны, ответственные за слабые заряженные токи, и тяжелый нейтральный Z°-6o3oh, ответственный за слабые нейтральные токи, а также пока не обнаруженные тяжелые (тИ > 7 ГэВ) бесспиновые бозоны Хиггса (Н), ответственные за появление массы W±- и Z0-6o3Ohob. Все эти вопросы рассмотрены в § 130.
В дальнейшем мы не будем придерживаться исторического плана изложения материала, а поделим его на главы, объединяющие частицы с близкими свойствами: лептоны, гс-мезоны, странные частицы, очарованные частицы и т. п.
§ 99. Введение к части четвертой
135
2. ФИЗИКА КОСМИЧЕСКИХ ЛУЧЕЙ
На начальном этапе развития физики элементарных частиц, когда еще не было ускорителей, все сведения о свойствах элементарных частиц получали в процессе исследования космических лучей. В результате их исследований были впервые открыты позитрон (§ 100), мюоны (§ 104), % *-мезоны (§ ПО), АГ-мезоны (§ 114), Л-гиперон (§ 115), а многие другие частицы (например, я°-мезон и антипротон), первоначально открытые на ускорителе, были впоследствии обнаружены и в составе космических лучей. В настоящее время первенствующая роль в изучении свойств элементарных частиц перешла к ускорителям, однако космические лучи до сих пор являются единственным источником частиц сверхвысоких (до Ю20 эВ) энергий. Ниже будет дано очень краткое описание ^свойств космических лучей.
