Й этап. Итак, к 1932 году были обнаружены шесть частиц: электрон, фотон, протон, нейтрон, позитрон и нейтрино

Итак, к 1932 году были обнаружены шесть частиц: электрон, фотон, протон, нейтрон, позитрон и нейтрино, которые получили название элементарные частицы. Такое название частиц означает, что внутреннюю структуру этих частиц нельзя было описать как простое объединение, сочетание других частиц.

Но исследования процессов с участием этих частиц показали, что названные элементарные частицы не являются неизменными, неразложимыми кирпичиками мироздания. Они могут возникать в реакциях с участием других элементарных частиц, они могут превращаться в другие элементарные частицы. Для наблюдения таких превращений, для открытия новых элементарных частиц необходимы были частицы с большой кинетической энергией, необходимы были приборы для регистрации элементарных частиц и определения их характеристик.

На первом этапе источником частиц с большой энергией являлись радиоактивные изотопы (источники α -частиц, β -частиц, g -излучения).

На втором этапе физики-экспериментаторы стали использовать космические лучи, приходящие к нам из космоса, состоящие из протонов, электронов и g -квантов. В составе космических лучей часто встречаются частицы с огромной энергией (10¹⁰-10¹¹МэВ), гораздо большей, чем энергия частиц радиоактивных препаратов. Но ждать таких подарков из космоса надо было долго, учитывая, что падают они на всю поверхность нашей планеты и, прежде чем попадают в детектор экспериментатора, с большой вероятностью вступают в реакцию с атомами верхних слоев атмосферы Земли.

Ускорители элементарных частиц стали мощным инструментом в руках экспериментаторов, открыли новые возможности исследования процессов, происходящих в микромире. Ускорители позволяют получать пучки заряженных частиц с энергиями от нескольких МэВ до 10⁶МэВ. Мощность пучков достигает 10¹⁶ частиц в секунду, причем эти пучки можно сфокусировать на мишени площадью всего лишь в несколько квадратных миллиметров. В качестве «первичных снарядов» чаще всего используются (ускоряются) протоны и электроны. Стоят ускорители очень дорого (цена ускорителя растет приблизительно пропорционально квадрату энергии, до которой ускоряются частицы), но это не останавливает нашу цивилизацию в стремлении познать микромир.

Что касается приборов для регистрации элементарных частиц (детекторов), то на втором этапе они стали весьма совершенными и разнообразными, принцип действия основан на способности частиц вызывать ионизацию и возбуждение атомов среды. Перечислим наиболее известные: 1)сцинтилляционные счетчики; 2) ионизационные камеры; 3) искровая камеры, газоразрядные счетчики, стриммерные камеры; 4) камера Вильсона (создана в 1912 году); 5) пузырьковая камера (создана в 1952 г. Д. Глезером); 6)ядерные фотоэмульсии. Особый интерес представляют так называемые трековые детекторы, в которых регистрируется след частицы. Если рабочий объем детектора находится в магнитном поле, то по радиусу траектории и по направлению отклонения можно определить знак электрического заряда, массу частицы.

Второй этап начался одновременно с опытами по исследованию ядерных сил. Были обнаружены новые элементарные частицы: мюоны (μ ^- и μ ⁺) – 1938 г.; пионы (π^-, π⁺, π⁰) – 1947 г.; в 50-е годы были открыты гипероны, античастицы всех известных частиц, резонансы. Для всех этих частиц сегодня известны их характеристики (масса, электрический заряд, время жизни), участие в различных взаимодействиях. В настоящее время различают четыре типа фундаментальных взаимодействий. Все типы взаимодействий носят обменный характер (осуществляются путем обмена квантами взаимодействия), различаются интенсивностью, радиусом действия, характерным временем, а также свойственными им законами сохранения.

Сильное взаимодействие. Свойственно тяжелым частицам. Наиболее известное его проявление - ядерные силы, обеспечивающие прочную связь нуклонов в ядрах.

Электромагнитное взаимодействие. В этом взаимодействии участвуют только электрически заряженные частицы и фотоны - переносчики взаимодействия. Наиболее известное его проявление - кулоновские силы, обуславливающие существование атомов. Ответственно за подавляющее большинство макроскопических свойств вещества.

Слабое взаимодействие. Характерно для всех частиц, кроме фотонов. Наиболее известное его проявление это b -распад атомных ядер. Оно же обусловливает распад многих элементарных частиц.

Гравитационное взаимодействие. Проявляется в виде сил всемирного тяготения. Эти силы обусловливают существование звезд, планетных систем. Гравитационное взаимодействие является предельно слабым и в мире элементарных частиц роли не играет.