 |
 |
 |
 |
|
 |
 |
154
движением молекул поставило на прочную основу атомно-молекулярную теорию вещества. В
середине прошлого столетия Максвелл создал единую электромагнитную теорию, охватившую как
электрические, так и магнитные явления. Затем в 20-х гг. нашего века Эйнштейн предпринимал
попытки объединить в единой теории электромагнетизм и гравитацию.
Но к середине XX в. положение в физике радикально изменилось: были открыты два новых
фундаментальных взаимодействия — сильное и слабое. При создании единой физики приходится
считаться уже не с двумя, а с четырьмя фундаментальными взаимодействиями. Это несколько
охладило пыл тех, кто надеялся на быстрое решение данной проблемы. Однако сам замысел под
сомнение всерьез не ставился, и увлеченность идеей единого описания не прошла.
Существует точка зрения, что все четыре (или хотя бы три) взаимодействия представляют собой
явления одной природы и может быть найдено их единое теоретическое описание. Перспектива
создания единой теории мира физических элементов (на основе одного-единственного
фундаментального взаимодействия) остается весьма привлекательной. Это главная мечта физиков. Но
долгое время она оставалась лишь мечтой, и очень неопределенной.
Однако во второй половине XX в. появились предпосылки осуществления этой мечты.и
уверенность, что это дело отнюдь не отдаленного будущего. Похоже, что вскоре она вполне может
стать реальностью. Решающий шаг на пути к единой теории был сделан в 60—70-х гг. с созданием
сначала теории кварков, а затем и теории электрослабого взаимодействия. Есть основания для мнения,
что мы стоим на пороге более могущественного и глубокого объединения, чем когда-либо ранее.
Среди физиков усиливается убеждение, что начинают вырисовываться контуры единой теории всех
фундаментальных взаимодействий — Великого объединения.
10.2. Классификация элементарных частиц
10.2.1. Характеристики субатомных частиц
Исторически первыми экспериментально обнаруженными элементарными частицами были
электрон, протон, а затем нейтрон. Казалось, что этих частиц и фотона (кванта электромагнитного
поля) достаточно для построения известных форм вещества — атомов и молекул. При таком подходе
вещество строилось из протонов, нейтронов и электронов, а фотоны осуществляли взаимодействие
между ними. Однако вскоре выяснилось, что мир устроен значительно сложнее. Было установлено,
что каждой частице соответствует своя античастица, отличающаяся от нее лишь знаком заряда. Для
частиц с нулевыми значениями всех зарядов античастица совпадает с частицей (например, фотон). По
мере развития экспериментальной ядерной физики к этим частицам добавились еще свыше 300
частиц.
Характеристиками субатомных частиц являются масса, электрический заряд, спин, время жизни
частицы, магнитный момент, пространственная четность, лептонный заряд, барионный заряд и др.
Когда говорят о массе частицы, имеют в виду ее массу покоя, поскольку она не зависит от
состояния движения. Частица, имеющая нулевую массу покоя, движется со скоростью света (фотон).
Нет двух частиц с одинаковыми массами. Электрон — самая легкая частица с не нулевой массой
покоя. Протон и нейтрон тяжелее электрона почти в 2000 раз. А самая тяжелая из полученных в
ускорителях элементарных частиц (Z-частица) обладает массой в 200 000 раз большей массы
электрона.
Электрический заряд меняется в довольно узком диапазоне и всегда кратен фундаментальной
единице заряда - заряду электрона (-1). Некоторые частицы (фотон, нейтрино) вовсе не имеют заряда.
Важная характеристика частицы —
спин
— собственный момент импульса частицы. Так, протон,
нейтрон и электрон имеют спин 1/2, a спин фотона равен 1. Известны частицы со спином 0,3/2,2.
Частица со спином 0 при любом угле поворота выглядит одинаково. Частицы со спином 1 принимает
тот же вид после полного оборота на 360°. Частица со спином ¹/2 приобретает прежний вид после
оборота на 720° и т.д. Частица со спином 2 принимает прежнее положение через пол-оборота (180°).
Частиц со спином более 2 возможно вообще не существует.
В зависимости от спина все частицы делятся на две группы: бозоны — частицы с целыми спинами
0, 1 и 2; фермионы — частицы с полуцелыми спинами (¹/2,
3
/2).
Частицы характеризуются и временем жизни. По этому признаку частицы делятся на стабильные и
нестабильные. Стабильные частицы — это электрон, протон, фотон и нейтрино. Нейтрон стабилен,