Я создала и активно наполняю телеграм-канал "Перець". Здесь лучшие карикатуры из журнала, начиная с 1922 года.
Заходите, подписывайтесь: https://t.me/cartalana
КАБАРДИН О.Ф. "ФИЗИКА (справочные материалы)", 1991
Открытие явления радиоактивности и результаты опытов Резерфорда убедительно показали, что атомы не являются неделимыми простейшими частицами. Как было установлено, они состоят из электронов, протонов и нейтронов. На первых порах частицы, из которых построены атомы, считались не способными ни к каким изменениям и превращениям. Поэтому их назвали элементарными частицами. Знакомство со свойствами этих трех частиц, наиболее распространенных в изученной части Вселенной, показало, что термин "элементарная частица" довольно условен. Одна из этих частиц - нейтрон - в свободном состоянии существует в среднем лишь около 15 мин, а затем самопроизвольно распадается на протон, электрон и нейтрино. Однако считать протон, электрон и нейтрино "настоящими" элементарными частицами, а нейтрон "ненастоящей" элементарной частицей нельзя, так как каждая из этих частиц при взаимодействии с другими частицами и атомными ядрами может превращаться в другие частицы.
Таблица элементарных частиц
| Наименование частиц | Символ | Масса в электронных массах | Электрический заряд | Время жизни, с | |||
| Частица | Античастица | ||||||
| Фотон |  | | 0 | 0 | Стабилен | ||
| Л е п т о н ы | Нейтрино электронное |  |  | 0 | 0 | Стабильно | |
| Нейтрино мюонное |  |  | 0 | 0 | Стабильно | ||
| Тау-нейтрино |  |  | 0 | 0 | Стабильно | ||
| Электрон |  |  | 1 | -1 | Стабилен | ||
| Мюон |  |  | 207 | -1 | 2,2·10-6 | ||
| Тау-лептон |  |  | 3492 | -1 | 1,46·10-12 | ||
| М е з о н ы | Пи-мезоны (пионы) |  |  | 264,1 | 0 | 1,83·10-16 | |
| |  | 273,1 | 1 | 2,6·10-8 | |||
| Ка-мезоны (каоны) |  |  | 966,4 | 1 | 1,2·10-8 | ||
 |  | 974,1 | 0 | -8,9·10-11 -5,2·10-8 | |||
| Эта-нуль-мезон |  | | 1074 | 0 | 2,4·10-19 | ||
| Б а р и о н ы | Н у к л о н ы | Протон |  |  | 1836,1 | 1 | Стабилен (?) |
| Нейтрон |  |  | 1838,6 | 0 | 103 | ||
| Г и п е р о н ы | Гиперон-лямбда |  |  | 2183,1 | 0 | 2,63·10-10 | |
| Гиперон-сигма |  |  | 2327,6 | 1 | 8·10-11 | ||
 |  | 2333,6 | 0 | 5,8·10-20 | |||
 |  | 2343,1 | -1 | 1,48·10-10 | |||
| Гиперон-кси |  |  | 2572,8 | 0 | 2,9·10-10 | ||
 |  | 2585,6 | -1 | 1,64·10-10 | |||
| Омега-минус-гиперон |  |  | 3273 | -1 | 8,2·10-11 | ||
Полное число параметров, определяющих свойства частиц, довольно велико. Важнейшими из них являются масса частицы, ее электрический заряд, спин и время жизни. Из всех названных характеристик специального пояснения требует лишь спин. Спином называется величина, дающая количественную характеристику вращательного движения частицы. Спин частицы (механический момент) у различных частиц может иметь различные значения, но все частицы одного типа имеют абсолютно одинаковые спины.
Любой из электронов обладает механическим моментом, равным 0,50272·10-34 Дж·с. Эта величина в точности равна 
( 
; 
= 6,626·10-31 Дж·с - постоянная Планка). Величина принята за единицу спина.
После знакомства с основными характеристиками элементарных частиц можно рассмотреть таблицу элементарных частиц, время жизни которых превышает 10-20 с. Частицы в ней расположены в порядке возрастания их масс. Частицы с массами, не превышающими 207 электронных масс (кроме одной из них), составляют группу легких частиц - лептонов, частицы с массами больше 207 электронных масс, но меньше массы протона входят в группу мезонов (средних частиц), протон и более тяжелые частицы составляют группу барионов. Особое место в таблице занимает фотон, не входящий ни в одну из названных групп.
Разделение элементарных частиц на группы определяется не только различием в массах, но и рядом других существенных свойств. Лептоны и барионы имеют спин, равный 
, спины мезонов равны нулю, а фотон обладает спином, равным 1.
Особенно следует отметить существование четырех типов взаимодействия между элементарными частицами - гравитационного, электромагнитного, сильного и слабого. Наиболее хорошо изученными являются гравитационные силы, действующие между любыми частицами, и электромагнитные силы, действующие между заряженными частицами.
Примером сильного взаимодействия могут служить ядерные силы, связывающие в атомных ядрах протоны и нейтроны. Слабое взаимодействие обнаруживается в процессах, связанных с испусканием или поглощением нейтрино.
Античастицы. Английский физик Поль Дирак в 1928 г. создал теорию, из которой следовало, что в природе должна существовать частица с массой, равной массе электрона, но заряженная положительно. Такая частица - позитрон - была обнаружена экспериментально в 1932 г.
В 1933 г. Фредерик и Ирен Жолио-Кюри обнаружили, что гамма-квант с энергией, большей энергии покоя электрона и позитрона 
МэВ, при прохождении вблизи атомного ядра может превратиться в.дару электрон - позитрон. Электрон и позитрон, способные к совместному "рождению" в паре и к аннигиляции при встрече, назвали античастицами. Рождение электронно-позитронных пар и аннигиляция электронов и позитронов при встрече наглядно показывают, что две формы материи - вещество и поле - не являются резко разграниченными, возможны превращения материи из одной формы в другую.
После открытия первой античастицы - позитрона - естественно возник вопрос о существовании античастиц и у других частиц.
К настоящему времени установлено, что античастица имеется у каждой элементарной частицы. Масса любой античастицы в точности равна массе соответствующей частицы, а электрический заряд (для заряженных частиц) равен по абсолютному значению заряду частицы и противоположен ему по знаку. Частица и античастица у таких незаряженных частиц, как фотон и пи-нуль-мезон, по физическим свойствам совершенно неразличимы и поэтому считаются одной и той же частицей.
Кварки. Кроме частиц, представленных в таблице, открыто большое число частиц с очень малым временем жизни - около 10-22 с. Эти частицы названы резонансами. С открытием этих частиц неопределенность понятия "элементарная частица" стала особенно заметной.
В 1963 г. М. Гелл-Манном и Дж. Цвейгом была предложена гипотеза о существовании в природе нескольких частиц, названных кварками. Согласно этой гипотезе все мезоны, барионы и резонансы построены из кварков и антикварков, соединенных между собой в различных комбинациях. Каждый барион состоит из трех кварков, антибарион - из трех антикварков. Мезоны состоят из пар кварков с антикварками.
Волновые свойства частиц. Изучение свойств света показало, что он обладает сложной природой, сочетающей в себе волновые и корпускулярные свойства.
Полная энергия фотона (кванта света) может быть выражена через постоянную Планка ( = 6,625·10-34 Дж·с) и частоту электромагнитных колебаний 
:
.
С другой стороны, по закону взаимосвязи массы и энергии полная энергия фотона может быть выражена через его массу 
и скорость света 
:
.
Из этих двух соотношений получаем, что 
, а 
, т.е. длина световой волны 
, равна постоянной Планка , деленной на импульс фотона 
.
Французский физик Луи де Бройль в 1924 г. высказал предположение, что одновременное сочетание волновых и корпускулярных свойств присуще не только свету, но и вообще любому материальному объекту. Длина волны любого тела массой , движущегося со скоростью 
, определяется соотношением, аналогичным полученному для фотонов света:
Для тел значительной массы длина волны получается настолько малой, что никакого способа обнаружения его волновых свойств современная физика предложить не может. Элементарные частицы и даже атомы при небольших скоростях движения проявляют свои волновые свойства вполне определенно. На рисунке 318,а представлена фотография, полученная при пропускании пучка электронов у края экрана. Светлые полосы отмечают места попадания электронов на фотопластинку. Полученная картина есть результат дифракции электронов у края экрана. Длина волны, определенная по наблюдаемой дифракционной картине, в точности совпадает со значением, рассчитанным по соотношению де Бройля. Для сравнения на рисунке 318,б показана картина, наблюдаемая при прохождении пучка света у края экрана. Таким образом, обычное разделение материи на две формы - поле и вещество - оказывается довольно условным. Частицы вещества обнаруживают признаки непрерывного волнового процесса, и, наоборот, электромагнитные волны обнаруживают свойства потока частиц-фотонов.
Рис. 318
Гипотеза де Бройля и атом Бора. Гипотеза о волновой природе электрона позволила дать принципиально новое объяснение стационарным состояниям в атомах. Для того чтобы понять это объяснение, выполним сначала расчет длины дебройлевской волны электрона, движущегося по первой разрешенной круговой орбите в атоме водорода. Подставив в уравнение де Бройля выражение для скорости электрона на первой круговой орбите, найденное из правила квантования Бора
получим
Это значит, что в атоме водорода, находящемся в первом стационарном состоянии, длина дебройлевской волны электрона в точности равна длине его круговой орбиты! Для любой другой орбиты с порядковым номером получаем
.
Этот результат позволяет выразить постулат Бора о стационарных состояниях в такой форме: стационарным состояниям атома соответствуют такие орбиты электронов, на которых укладывается целое число длин волн де Бройля.
Формулы
Фотон
Фотоэлектрический эффект
Постулат Бора и правило квантования
Энергия связи атомного ядра
Закон радиоактивного распада
Бета-распад нейтрона
Реакция термоядерного синтеза
Обозначения
 | - масса |
| - скорость света в вакууме | |
 - энергия фотона | |
| - постоянная Планка | |
| - частота | |
 - работа выхода электрона | |
 - максимальная кинетическая энергия фотоэлектронов | |
 - частота красной границы фотоэффекта | |
 |  - энергия связи атомного ядра |
 - число протонов в ядре | |
 - число нейтронов в ядре | |
 - масса покоя свободного протона | |
 - масса покоя свободного нейтрона | |
 - масса покоя атомного ядра | |
 | - число нераспавшихся радиоактивных ядер в момент времени  |
 - число нераспавшихся радиоактивных ядер в момент времени  | |
 - период полураспада | |
 | - нейтрон |
| - протон | |
 - электрон | |
 - антинейтрино |
⇦ Ctrl предыдущая страница / следующая страница Ctrl ⇨
МЕНЮ САЙТА / СОДЕРЖАНИЕ