Прогресс научного знания в открытии элементарных частиц

Слабое взаимодействие гораздо слабее не только сильного, но и электромагнитного взаимодействия, но гораздо сильнее гравитационного.

Гравитационное взаимодействие элементарных частиц является наиболее слабым из всех известных. Гравитационное взаимодействие на характерных для элементарных частиц расстояниях дает чрезвычайно малые эффекты из-за малости масс элементарных частиц.

Слабое взаимодействие гораздо сильнее гравитационного, но в повседневной жизни роль гравитационного взаимодействия гораздо заметнее роли слабого взаимодействия. Это происходит потому, что гравитационное взаимодействие (как, впрочем, и электромагнитное) имеет бесконечно большой радиус действия. Поэтому, например, на тела, находящиеся на поверхности Земли, действует гравитационное притяжение со стороны всех атомов, из которых состоит Земля. Слабое же взаимодействие обладает настолько малым радиусом действия, что он до сих пор не измерен.

В современной физике фундаментальную роль играет релятивистская квантовая теория физических систем с бесконечным числом степеней свободы — квантовая теория поля. Эта теория построена для описания одного из самых общих свойств микромира — универсальной взаимной превращаемости элементарных частиц. Для описания такого рода процессов требовался переход к квантовому волновому полю. Квантовая теория поля с необходимостью является релятивистской, поскольку если система состоит из медленно движущихся частиц, то их энергия может оказаться недостаточной для образования новых частиц с ненулевой массой покоя. Частицы же с нулевой массой покоя (фотон, возможно нейтрино) всегда релятивистские, т. е. всегда движутся со скоростью света.

4. Современные методы исследования элементарных частиц и сил взаимодействия.

Исследование элементарных частиц и сил взаимодействия между ними ведется как теоретически так и экспериментально.

В теории элементарные частицы представляются как квантовое поле. Для описания свойств и взаимодействий элементарных частиц в современной теории существенное значение имеет понятие физ. поля, которое ставится в соответствие каждой частице. Поле есть специфическая форма материи; оно описывается функцией, задаваемой во всех точках (х) пространства-времени и обладающей определёнными трансформационными свойствами. Поля, сопоставляемые с элементарными частицами., имеют квантовую природу, т. е. их энергия и импульс слагаются из множества отд. порций — квантов, причём энергия E

k и импульс pk кванта связаны соотношением специальной теории относительности: Ek2 = pk2c2 + m2c2. Каждый такой квант и есть элементарная частица с заданной энергией Ek, импульсом pk и массой т. Квантами электромагнитного поля являются фотоны, кванты других полей соответствуют всем остальным известным элементарным частицам. Поле, таким образом, и есть физическое отражение существования бесконечной совокупности частиц — квантов. Специальный математический аппарат квантовой теории поля позволяет описать рождение и уничтожение частицы в каждой точке х.

Экспериментальная физика элементарных частиц делится на два больших класса: ускорительную и неускорительную.

Ускорительная физика элементарных частиц основана на методах разгона долгоживущих элементарных частиц в ускорителе до высоких энергий и столкновение их друг с другом или с неподвижной мишенью. В процессе такого столкновения удается получить очень высокую концентрацию энергии в микроскопическом объёме, что приводит к рождению новых, обычно нестабильных, частиц. Изучая характеристики таких реакций (количество рождённых частиц того или иного сорта, зависимость этого количества от энергии, типа, поляризации исходных частиц, от угла вылета и т. д.), можно восстановить внутреннюю структуру исходных частиц, их свойства, то, как они взаимодействуют друг с другом.

Неускорительная физика элементарных частиц — это процесс «пассивного наблюдения» за нашим миром. В неускорительных экспериментах поставщиком элементарных частиц является Природа, а от исследователя требуется лишь внимательно следить за происходящим. Типичные неускорительные эксперименты — наблюдение за нейтрино в так называемых нейтринных телескопах, ожидание распада протона, безнейтринного двойного бета-распада и прочих крайне редких событий в большом объеме вещества, эксперименты с космическими лучами.

5.

Заключение

.

От Демокрита до наших дней мы рассмотрели кратко историю элементарных частиц и сил взаимодействия между ними. В настоящее время перспективной и привлекательной для физиков является теория «Великого объединения». Эта теория призвана найти общие законы различных взаимодействий. В основе «Великого объединения» лежит тот факт, что при переходе к малым расстояниям (т.е. к высоким энергиям) увеличивается константа электрослабого взаимодействия и уменьшается константа сильного взаимодействия. Экстраполяция такой тенденции на сверхвысокие энергии приводит к равенству констант всех трех взаимодействий при некотором энергетическом масштабе, при котором происходит спонтанное нарушение симметрии «великого объединения», приводящее к возникновению масс у частиц, описывающих смешанные калибровочные поля.

В разных моделях «великого объединеия» предсказывается различная величина энергетического масштаба, но в любом случае такие энергии недостижимы в обозримом будущем ни на ускорителях, ни в космических лучах. Для проверки моделей «Великого объединения» могут использоваться либо их предсказания в низкоэнергетической области, либо космологические следствия этих моделей (по современным представлениям, на очень ранних стадиях расширения Вселенной могли достигаться температуры много большие, чем энергетический масштаб «Великого объединения»).

6. Список используемой литературы.

1. Девис П. Суперсила. — М., 1986.

2. Детлаф А. А., Яворский Б. Н. Курс физики. — М., 1986.

3. Григорьев В., Мякишев Г. Силы в природе. — М., 1977.

4. Трофимова К. И. Курс физики. — М., 1990.

5. Марков М. А., О природе материи, М., 1976.

6. Газиорович С., Физика элементарных частиц, пер. с англ., М., 1969.

7. Коккедэ Я., Теория кварков, пер. с англ., М., 1971.