Лептоны. электрон мюон тау - лептон электронное нейтрино мю-нейтрино тау-нейтрино I II III

электрон мюон тау - лептон
электронное нейтрино мю-нейтрино тау-нейтрино

I II III

Существование кварков стало возможным проверить в опытах по рассеянию электронов с гигантской энергией в 2000 МэВ на протонах. Идейно эти опыты были похожи на опыты Резерфорда по рассеянию альфа частиц на ядрах.

Если положительный заряд равномерно распределен в протоне, то электроны столь высокой кинетической энергии будут рассеиваться вперед и только под малыми углами. Если же в составе протона есть локальные электрически заряженные составляющие, то возможно рассеяние на большие углы и назад. Опыты, выполненные на ускорителе Стэндфордского университета (СЛАК), показали, что очень часто электроны рассеиваются на большие углы.

В отличие от рассеяния на одном заряде в опытах Резерфорда, в данном случае рассеяние электрона происходило на трех точечных зарядах и вклады процессов рассеяния на каждом из них перекрывались. Поэтому, только после тщательных измерений угловых и энергетических распределений рассеянных электронов, удалось выделить вклады отдельных центров рассеяния и определить величину их зарядов.

Как и следовало из гипотезы кварков, заряды оказались дробными. Таким образомкварковая модель выдержала первую проверку и была переведена в ранг теории.

Тем больше было изумление физиков, когда удалось рассчитать величины импульсов кварков в быстро движущемся протоне, при его рассеянии на других нуклонах. Сумма импульсов кварков составляла всего около половины полного импульса протона! На основании закона сохранения импульса пришлось признать, что кроме кварков в составе протона имеются и другие частицы.

Они не имеют электрического заряда, так как не оказывают влияние на движение электронов при их рассеянии на протонах. Новые частицы были названы глюонами, от английского glue, что означает клей. Теория показала, что именно глюоны осуществляют связь кварков в адроны - сильно взаимодействующие частицы. Глюоны являются частицами глюонного поля.

Позже было установлено, что глюоны несут цвет, как и кварки и могут взаимодействовать не только с кварками, но и между собой. Цветовые взаимодействия объединяют в себе хромоэлектрическое (кулоновского типа) и хромомагнитное (типа магнитных сил) взаимодействия одновременно. Образно говоря, цветовые силовые линии притягиваются друг к другу подобно двум параллельным проводникам с током.

По своей величине, действующие между кварками силы много больше не только электростатических, но и ядерных мезонных сил. Хромоэлектричекие силы, таким образом, являются самыми большими из всех наблюдаемых в настоящее время сил в природе.

Существует и другая возможность проверки наличия кварков в составе нуклонов. Она связана с использованием нейтрино. Эти частицы, как и электроны не участвуют в сильных взаимодействиях и могут проникать в протоны и реагировать с одним из кварков. В результате реакции нейтрино превращается в электрон или в мюон. А эти частицы заряжены отрицательно и их легко можно идентифицировать в эксперименте.

Эксперименты, проведенные в 1973 году и позднее в США и в Европейском центре ядерных исследований(CERN), по рассеянию нейтрино на нуклонах привели к выводам, полностью согласующимся с результатами опытов по рассеянию электронов на протонах. С этого времени кварки были признаны реально существующими частицами.

Проблема внутренней структуры атома

Эта проблема возникла после открытия электрона физиками. История поиска частицы "еще меньшей", чем атом, эксперименты Уильяма Крукса и Дж. Дж. Томсона с "новой лучистой материей" - катодными лучами, описаны в КСЕ- хрестоматии.

Параллельно с ними проводились опыты по определению заряда ионов в химии.