Для всякой известной элементарной частицы имеется вероятность найти античастицу — то есть частицу с той же массой, но противоположными другими физическими характеристиками.
В 1920-е годы — после введения принципов квантовой механики — субатомный мир представлялся крайне простым. Всего два вида элементарных частицы — протоны и нейтроны — составляли ядро атома (хотя экспериментально существование нейтронов и было подтверждено лишь в 1930-е годы), и один вид частиц — электроны — существовали за пределами ядра, вращаясь вокруг него на орбитах. Казалось, всё многообразие Вселенной выстроено из этих трех частиц.
Увы, столь простой картине мира суждено было просуществовать недолго. Ученые, оборудовав высокогорные лаборатории по всему миру, принялись за изучение состава космических лучей, бомбардирующих нашу планету (см. Элементарные частицы), и вскоре начали открывать всевозможные частицы, не имеющие ни малейшего отношения к вышеописанной идиллической триаде. В частности, были обнаружены совершенно немыслимые по своей природе античастицы.
Мир античастиц — своего рода зеркальное отражение знакомого нам мира. Масса античастицы в точности равняется массе частицы, которой она вроде бы соответствует, но все её остальные характеристики противоположны прообразу. Например, электрон несёт отрицательный электрический заряд, а парная ему античастица — «позитрон» (производное от «позитивный электрон») — положительный. У протона заряд положительный, а у антипротона — отрицательный. И так далее. При взаимодействии частицы и парной ей античастицы происходит их взаимная аннигиляция — обе частицы прекращают свое существование, а их масса преобразуется в энергию, которая рассеивается в пространстве в виде вспышки фотонов и прочих сверхлегких частиц.
Существование античастиц впервые предсказал Поль Дирак в статье, опубликованной им в 1930 году. Чтобы понять, как ведут себя частицы и античастицы при взаимодействии по Дираку, представьте себе ровное поле. Если взять лопату и вырыть в нём ямку, в поле появятся два объекта - собственно ямка и кучка грунта рядом с ней. Теперь представим, что кучка грунта — это обычная частица, а ямка, или «отсутствие кучки грунта», — античастица. Засыпьте ямку ранее извлеченным из неё грунтом — и не останется ни ямки, ни кучки (аналог процесса аннигиляции). И снова перед вами ровное поле.
Пока шло теоретизирование вокруг античастиц, молодой физик-экспериментатор из Калифорнийского технологического института Карл Дейвид Андерсон (Carl David Anderson) (1905–1991) монтировал оборудование астрофизической лаборатории на вершине Пайк в штате Колорадо, намереваясь заняться изучением космических лучей. Работая под руководством Роберта Милликена (см. Опыт Милликена), он придумал установку для регистрации космических лучей, состоящую из мишени, помещенной в мощное магнитное поле. Бомбардируя мишень, частицы оставляли в камере вокруг мишени треки из капелек конденсата, которые можно было сфотографировать и по полученным фотографиям изучать траектории движения частиц.
При помощи этого аппарата, получившего название конденсационная камера, Андерсон смог зарегистрировать частицы, возникающие в результате столкновения космических лучей с мишенью. По интенсивности трека, оставленного частицей, он мог судить о ее массе, а по характеру отклонения ее траектории в магнитном поле — определить электрический заряд частицы. К 1932 году ему удалось зарегистрировать ряд столкновений, в результате которых образовывались частицы с массой, равной массе электрона, однако отклонялись они под воздействием магнитного поля в противоположную сторону по сравнению с электроном и, следовательно, имели положительный электрический заряд. Так была впервые экспериментально выявлена античастица — позитрон. В 1932 году Андерсон опубликовал полученные результаты, а в 1936 году был отмечен за них половиной Нобелевской премии по физике. (Вторую половину премии получил австрийский физик-экспериментатор Виктор Франц Гесс (Victor Franz Hess) (1883–1964), впервые экспериментально подтвердивший существование космических лучей. — Прим. переводчика.) Это был первый (и, пока что, последний) случай присуждения Нобелевской премии ученому, официально даже не числившемуся на тот момент в штате научных сотрудников своего университета!
Хотя вышеописанный пример, казалось бы, служит идеальной иллюстрацией сценария «предсказание - проверка» в рамках научного метода, описанного во Введении, историческая реальность представляется не столь простой, как кажется. Дело в том, что Андерсон, судя по всему, не знал о публикации Дирака абсолютно ничего до своего экспериментального открытия. Так что в данном случае речь идёт, скорее, об одновременном теоретическом и экспериментальном открытии позитрона.
Все следующие за позитроном античастицы были экспериментально обнаружены уже в лабораторных условиях — на ускорителях. Сегодня физики-экспериментаторы имеют возможность буквально штамповать их в нужных количествах для текущих экспериментов, и чем-то из ряда вон выходящим античастицы давно не считаются.
Другие работы по теме:
Становление и антистановление
То, что начинается, уже есть, но в такой же мере также его еще нет. Противоположности бытие и небытие находятся, следовательно, в нем в непосредственном соединении, или, иначе говоря, начало есть их неразличенное единство.
Современные концепции естествознания.
САНКТ-ПЕТЕРБУРГСКИЙ МЕЖДУНАРОДНЫЙ ИНСТИТУТ МЕНЕДЖМЕНТА Кафедра “Название кафедры” Утверждаю Ректор ИМИСП _______________ А.Н.Лапин "____" ____________ 199__
Суперсимметричный параллельный мир
Идея о существовании параллельного мира владеет человеком с незапамятных времен. Пожалуй, впервые она посетила кроманьонцев. Они оставили тысячи наскальных рисунков, которые отражали их отношение к неведомым силам параллельного мира.
Контрфилософия или что желательно знать о философии
Вступление Когда студент, какого либо не гуманитарного факультета, впервые приходит на лекцию по философии, он встречается там с тем, с чем он ранее «в таком объеме» скорее всего не встречался. Действительно, методы, позволяющие «проглатывать» длинные математические формулы здесь мало подходят, человек оказывается неподготовленным к ведению такого рода бесед, чем собственно и пользуются преподаватели.
Элементарные частицы 3
Элементарные частицы Существование элементарных частиц физики обнаружили при изучении ядерных процессов, поэтому вплоть до середины XX века физика элементарных частиц была разделом ядерной физики. В настоящее время физика элементарных частиц и ядерная физика являются близкими, но самостоятельными разделами физики, объединенными общностью многих рассматриваемых проблем и применяемыми методами исследования.
О метафизическом расширении физики
Научные достижения XIX и XX столетий побуждают философов к разработке новых подходов в метафизике, которая не может более рассматриваться вне физики и быть в высшем положении по отношении к ней.
Возникновение и эволюция Вселенной 2
Полушкина Анна 1301 Возникновение и эволюция вселенной Свой доклад о возникновении и эволюции вселенной мне хотелось бы начать с цитаты: «Есть пока что ничто и должно возникнуть нечто. Начало есть не чистое ничто, а такое ничто, из которого должно произойти нечто, бытие» Гегель. Размышления о возникновении вселенной велись и до нашей эры, этим занимались величайшие умы нашей планеты - астрологи , философы и даже церковные служители.
Гравиинертная масса
Природа массы – одна из важнейших нерешенных задач современной физики. Принято считать, что масса элементарной частицы определяется полями, которые с ней связаны (электромагнитным, ядерным и др.), однако никакой количественной теории массы создать не удалось. Не существует теории, объясняющей, почему массы элементарных частиц образуют дискретный спектр значений и тем более позволяющей определить этот спектр.
по истории
Предложите варианты программ, открывающих файлы с тем или иным расширением. Перечертите таблицу в тетрадь и заполните ее
Применение нейтрино
Впервые возможность передачи информации с помощью нейтрино высказал в 1967 году физик Мечислав Суботович в польском научном журнале Postepy Techniki Jadrowej ("Шаги ядерной техники"). В том же году вышел роман Станислава Лема "Голос неба".
Единая теория структуры материи
Физика как наука изучает общие законы строения и движения физического мира. Сущность явлений физического мира состоит в движении бесчисленного множества качественно различных форм материи.
Черные дыры и элементарные частицы
История исследования черных дыр. Черные дыры и их свойства. Элементарные частицы. Кандидаты в черные дыры. Квазары - сверхмассивные черные дыры.
О зарядах электрона и позитрона
Частицы и античастицы различаются количеством элементарных субчастиц в структурах их оболочек, то есть электрон имеет полный набор нейтринных частиц в своей оболочке, а позитрон на одну частицу меньше.
Черные дыры
Черная дыра является порождением тяготения. Поэтому предысторию открытия черных дыр можно начать со времени И. Ньютона, открывшего закон всемирного тяготения.
Закон радиактивного распада
Свойства радиактивного излучения были изучены вскоре после открытия Беккерелем радиоактивности в 1896 г. Оказалось, что существуют три различных вида ядерного излучения.
Античастицы
Описаны эксперименты, приведшие к открытию античастиц. Теория античастиц и аннигиляции. Оценки количества антивещества по результатам исследования космического излучения.
Вопросы по физике
Виды электромагнитных излучений. Спектры излучений и их характеристики.Тепловое (равновесное) излучение электромагнитных волн. Гипотеза Планка. Двойственная природа света и ее проявления.
Вопросы по физике
Строение атомов. Квантовые числа. Механизм излучения электромагнитных волн атомами и молекулами. Спонтанное и вынужденное излучение. Атомные ядра и нуклоны. Изотопы. Дефект массы и энергия связи ядер. Деление ядер и термоядерный синтез. Цепная реакция.
Модель горячей Вселенной
Американский физик Георгий Антонович Гамов в 1946 году заложил основы одной из фундаментальных концепций современной космологии - модели "горячей Вселенной".
Вероятностный подход
Квантовая механика Вглубь материи Физические взаимодействия Квантовая механика Квантовая механика — это физическая теория, устанавливающая способ описания и законы движения на микроуровне. Ее начало совпало с началом века. М. Планк в 1900 году предположил, что свет испускается неделимыми порциями энергии — квантами, и математически представил это в виде формулы
Процесс эволюции Вселенной
Исследованием Вселенной стал заниматься еще самый древний Человек. Небо было доступно для его обозрения – оно было для него интересным. Недаром астрономия – самая древняя из наук о природе – и, по сути, почти самая древняя наука вообще.
Концепция микромира и квантовая механика
Концепция микромира и квантовая механика Сущность квантовой механики и границы ее применимости Для описания явлений микромира обычно привлекают квантовую механику (иногда ее еще называют волновой механикой). Квантовой механикой называют теорию, устанавливающую способ описания и законы движения микрочастиц (элементарных частиц, атомов, молекул, атомных ядер) и их систем (например, кристаллов), а также связь величин, характеризующих частицы и системы, с физическими величинами, непосредственно измеряемыми на опыте.
Современная научная картина мира 2
СОВРЕМЕННАЯ НАУЧНАЯ КАРТИНА МИРА. Познание мира человеком есть диалектически сложный и противоречивый процесс, творческий по своему характеру. До 1873 г. господствовала механическая картина мира, которая сменилась релятивистской картиной мира. Первым шагом на пути построения новой научной физической картины мира явилась гипотеза М.Планка: атомы излучают свет дискретными порциями, квантами.
Теория большого взрыва
Курганская государственная сельскохозяйственная академия им. Т. С. Мальцева Кафедра концепции современного естествознания Происхождение Вселенной
Большой Взрыв и эволюция Вселенной
Министерство общего и профессионального образования РФ Южно-Уральский Государственный Университет Кафедра физической химии Концепции современного естествознания