Физические явления, физика, статьи по физике.

Как и сила тяготения, сила взаимодействия между двумя электрически заряженными телами убывает пропорционально квадрату расстояния между ними, что Объясняется существованием поля — в данном случае электрического. Между двумя - параллельными плоскими пластинами, из которых хотя бы одна заряжена, электрическое поле всюду (приближенно) одинаково. Сила, которая действует на заряд, помещенный в такое поле, тоже всюду одинакова и пропорциональна величине этого заряда, а ее направление зависит от знака заряда. Присоединив пластины к источнику постоянного напряжения, мы без труда можем создать на них постоянный заряд и точно измерить электрические силы, действующие на заряженное тело. А зная электрическое напряжение между пластинами и величину действующей силы, легко подсчитать и величину заряда.
Впрочем, наблюдать взаимодействие между заряженными телами, особенно если речь идет о телах малых размеров, можно и без помощи современных электротехнических устройств. Первое сообщение о такого рода наблюдениях появилось около 2500 лет назад; тогда Фалес Милетский обнаружил, что привезенный с севера янтарь проявляет особые свойства: если его потереть, то он притягивает мелкие легкие предметы, а после соприкосновения с ними их отталкивает. Именно отсюда и берет свое начало слова электричество, ибо электрон по-гречески означает янтарь. Однако позднее подобные свойства были обнаружены и у многих других материалов.

Comments Off

 

Наиболее распространенные и важные для строения вещества частицы можно, таким образом, построить всего лишь с помощью двух обыкновенных и кварков, электрона и электронного нейтрино. В реакциях, обусловленных слабыми взаимодействиями, d-кварк может превратиться в кварк или наоборот; сходное взаимное превращение возможно и между s- и е-кварками. Для античастиц и сложенного из них антивещества такую же структурную основу составляют антикварки и и d вместе с позитроном и электронным антинейтрино. Итак, приведенные в табл. 2 кварки мы можем сгруппировать в пары d — и и s—с, а лептоны — в пары е — ve и \i — vM, причем для обычных частиц достаточно лишь двух первых пар. Однако, как подсказывает логика и говорят теоретические расчеты, должна существовать еще третья пара кварков, а именно Ь и / из которых кварк уже надежно экспериментально установлен. и третья пара лептонов, обозначенная т (тау) и vT вместе со своими античастицами. Частица т с массой покоя около 1,9 ГэВ, несущая отрицательный элементарный заряд, действительно уже открыта. Такая таблица элементарных частиц на современном уровне знаний представляется достаточно полной, хотя и незавершенной .Отрицательно заряженный пион, согласно кварковой модели нестабильных частиц, состоит из d-кварка и антикварна, а положительно заряженный пион — из кварка и d-антикварка.

Comments Off

Из всех открытых частиц первыми отдельными частицами,

спин которых равнялся 0, и первыми бозонами, обладающими

массой, стали пионы.

Легкость, с которой пион вступает в реакцию с ядерными

частицами, — яркий пример сильного взаимодействия реакции,

характеризующегося высокой скоростью ее протекания. Дви­

жущийся практически со скоростью света пион находится в

непосредственной близости от протона или нейтрона всего

10

23

с, однако этого времени вполне достаточно для сильного

взаимодействия. Именно сильное взаимодействие удерживает

микрочастицы внутри ядра, вопреки силам электромагнитно­

го отталкивания.

Впрочем, существует и другой тип взаимодействия субатом­

ных частиц, для начала которого необходимо гораздо больше

времени — не менее одной стомиллионной доли секунды. Ра­

диус такого слабого взаимодействия, как и сильного, очень мал,

однако его интенсивность в триллион раз ниже интенсивности

сильного взаимодействия. Хотя интенсивность слабого взаимо­

действия и ниже электромагнитного в 10 млрд раз, оно все рав­

но гораздо сильнее гравитационной силы, которая считается

самой слабой силой в природе.

Раз пионы являются частицами обмена при сильном взаимо­

действии, у слабого взаимодействия также должны быть свои

частицы обмена. Такая «слабая частица обмена» (обозначается

w) должна быть еще более неуловимой, чем пион и фотон, но

менее неуловимой, чем гравитон. Она должна быть бозоном,

масса которого больше протона, но меньше пиона. Поэтому

такую частицу и называют иногда средним бозоном. По некото­

рым данным, эту частицу удалось обнаружить, но информация

еще не проверена.

Протон, антипротон, положительный пион и отрицатель­

ный ион могут вступать в следующие четыре вида взаимодей­

ствий: сильные, слабые, электромагнитные и гравитационные.

Не обладающие электрическим зарядом нейтрон, антинейтрон

и нейтральный пион не вступают лишь в электромагнит­

ные взаимодействия, а электрон, позитрон, положительный

мюон и отрицательный ион не вступают в сильные взаимодей­

ствия.

Больше всего в этом отношении «не повезло» нейтрино и ан­

тинейтрино. Они не вступают в сильные взаимодействия; они не

обладают электрическим зарядом, поэтому не вступают в элект­

ромагнитные взаимодействия; не обладая массой, они не вступа­

ют в гравитационные взаимодействия. Нейтрино и антинейтрино

вступают лишь в слабые взаимодействия. Поэтому появление в 

ходе распада частицы нейтрино или антинейтрино является вер­

ным признаком слабого взаимодействия. Слабым взаимодействи­

ем является, например, распад нейтрона.

Период полураспада свободного положительного или отрица­

тельного пиона равен одной двадцатипятимиллиардной секунды,

то есть образовавшиеся свободные пионы тут же распадаются на

мюоны и нейтрино. Обозначив пионы как л, а мюоны как jd (гре­

ческая «мю»), запишем формулу распада положительного и отри­

цательного пионов:

л

+

-» ц

+

+ v°,

(Уравнение 14.5)

тГ —> /г + v°.

(Уравнение 14.6)

Вначале физики предположили, что масса образующегося в

ходе распада пиона нейтрино должна быть гораздо больше

массы обычного нейтрино и, возможно, в 100 раз больше мас­

сы электрона. Какое-то время они называли такой нейтрино

мю-мезонным, однако в ходе последующих исследований выяс­

нилось, что продукт распада пиона является безмассовым ней­

трино.

No Comments »

По направлению отклонения бета-лучей Беккерель в 1899 году
определил, что они, так же как и катодные лучи, состоят из
отрицательно заряженных частиц. Дальнейшие исследования
подтвердили, что бета-излучение является потоком быстро движущихся
электронов, поэтому излучаемый радиоактивным веществом
электрон принято называть бета-частицей.
Как я уже говорил, гамма-лучи не отклоняются электромагнитным
полем, поэтому ученые предположили, что бета-излучение
является электромагнитным по своей природе, однако
длина его волны еще короче, чем у рентгеновского излучения.
В 1914 году, подвергнув гамма-лучи дифракции на кристалле,
Резерфорд доказал это.
Появление ядерной модели атома дало ключ к разгадке природы
радиоактивного излучения. Стало понятно, что его источник
нужно искать внутри атомного ядра. Дело в том, что
разницы энергии электронных уровней недостаточно для возникновения
гамма-лучей. Значит, существуют внутриядерные
энергетические уровни, энергия которых и переходит в фотоны
гамма-излучения.
Кроме того, рентгеновские и гамма-лучи не так уж и похожи
друг на друга. В целом длина волны рентгеновских лучей
выше, а у тяжелых элементов частота рентгеновского излучения
превосходит частоту гамма-излучения того же атома.
Границей между рентгеновским и гамма-излучением является
волна длиной 0,01 миллимикрона. Все волны короче 0,01 миллимикрона
являются гамма-лучами, длиннее — рентгеновскими.
Гамма-лучи расширили спектр известных электромагнитных
волн, и на сегодняшний день его диапазон от самой короткой
гамма-волны до самой длинной радиоволны равняется 60 октавам.

No Comments »