Космические лучи. Открытие позитрона
Позитрон (от англ. positive —положительный и «-трон») — античастица электрона. Относится к антивеществу, имеет электрический заряд +1, спин 1/2, лептонный заряд −1 и массу, равную массе электрона. Существование позитрона впервые было предположено в 1928 году Полем Дираком. Теория Дирака описывала не только электрон с отрицательным электрическим зарядом, но и аналогичную частицу с положительным зарядом. Отсутствие такой частицы в природе рассматривалось как указание на «лишние решения» уравнений Дирака. Зато открытие позитрона явилось триумфом теории. Позитрон был открыт в 1932 году американским физиком Андерсоном при наблюдении космического излучения с помощью камеры Вильсона, помещённой в магнитное поле. Направление искривления трека частицы указывало знак ее заряда. По радиусу кривизны и энергии частицы было определено отношение ее заряда к массе. Полученное значение по модулю было равно значению электрона. На рисунке представлена одна из первых фотографий, доказавшая существование позитрона. Можно сделать вывод о том, что позитрон двигался снизу вверх, и, пройдя свинцовую пластинку, потерял часть своей энергии. В связи с этим кривизна траектории увеличилась.
(14.3) Вы видите фотографию, на которой запечатлен процесс образования пары электрон - позитрон. В камере Вильсона, находящейся в магнитном поле, пара оставляет характерный след и виде двурогой вилки. В результате проведения данных исследований ученые смогли сделать вывод о том, что такие преобразования, связанные с исчезновением (аннигиляцией) частиц и образованием новых, является именно превращением. Особенно наглядно обнаруживается это при аннигиляции пары электрон — позитрон. Обе частицы обладают определенной массой в состоянии покоя и электрическими зарядами. Фотоны же, которые при этом рождаются, не имеют зарядов и не обладают массой покоя, так как не могут существовать в состоянии покоя. В свое время открытие рождения и аннигиляции электронно-позитронных пар вызвало настоящую сенсацию в науке. До того никто не предполагал, что электрон, старейшая из частиц, важнейший строительный материал атомов, может оказаться не вечным. Впоследствии двойники — античастицы — были найдены у всех частиц. Античастицы противопоставляются частицам именно потому, что при встрече любой частицы с соответствующей античастицей происходит их аннигиляция. Обе частицы исчезают, превращаясь в кванты излучения или другие частицы. Сравнительно недавно были обнаружены антипротон и антинейтрон. Электрический заряд антипротона отрицателен. Атомы, ядра которых состоят из антинуклонов, а оболочка — из позитронов, образуют антивещество. В 1969 г. в нашей стране был впервые получен антигелий. Антивещество — самый совершенный источник энергии, самое калорийное «горючее». В состоянии ли будет человечество когда-либо это «горючее» использовать, сейчас сказать трудно.
Соглашение
Правила регистрации пользователей на сайте "ЗНАК КАЧЕСТВА":
Запрещается регистрация пользователей с никами подобными: 111111, 123456, йцукенб, lox и.т.п;
Запрещается повторно регистрироваться на сайте (создавать дубль-аккаунты);
Запрещается использовать чужие данные;
Запрещается использовать чужие e-mail адреса;
Правила поведения на сайте, форуме и в комментариях:
1.2. Публикация в анкете личных данных других пользователей.
1.3. Любые деструктивные действия по отношению к данному ресурсу (деструктивные скрипты, подбор паролей, нарушение системы безопасности и т.д.).
1.4. Использование в качестве никнейма нецензурных слов и выражений; выражений, нарушающие законы Российской Федерации, нормы этики и морали; слов и фраз, похожих на никнеймы администрации и модераторов.
4. Нарушения 2-й категории: Наказываются полным запретом на отправления любых видов сообщений сроком до 7 суток. 4.1.Размещение информации, подпадающей под действие Уголовного Кодекса РФ, Административного Кодекса РФ и противоречащей Конституции РФ.
4.2. Пропаганда в любой форме экстремизма, насилия, жестокости, фашизма, нацизма, терроризма, расизма; разжигание межнациональной, межрелигиозной и социальной розни.
4.3. Некорректное обсуждение работы и оскорбления в адрес авторов текстов и заметок, опубликованных на страницах "ЗНАК КАЧЕСТВА".
4.4. Угрозы в адрес участников форума.
4.5. Размещение заведомо ложной информации, клеветы и прочих сведений, порочащих честь и достоинство как пользователей, так и других людей.
4.6. Порнография в аватарах, сообщениях и цитатах, а также ссылки на порнографические изображения и ресурсы.
4.7. Открытое обсуждение действий администрации и модераторов.
4.8. Публичное обсуждение и оценка действующих правил в любой форме.
5.1. Мат и ненормативная лексика.
5.2. Провокации (личные выпады, личная дискредитация, формирование негативной эмоциональной реакции) и травля участников обсуждений (систематическое использование провокаций по отношению к одному или нескольким участникам).
5.3. Провоцирование пользователей на конфликт друг с другом.
5.4. Грубость и хамство по отношению к собеседникам.
5.5. Переход на личности и выяснение личных отношений на ветках форума.
5.6. Флуд (идентичные или бессодержательные сообщения).
5.7. Преднамеренное неправильное написание псевдонимов и имен других пользователей в оскорбительной форме.
5.8. Редактирование цитируемых сообщений, искажающее их смысл.
5.9. Публикация личной переписки без явно выраженного согласия собеседника.
5.11. Деструктивный троллинг - целенаправленное превращение обсуждения в перепалку.
6.1. Оверквотинг (избыточное цитирование) сообщений.
6.2. Использование шрифта красного цвета, предназначенного для корректировок и замечаний модераторов.
6.3. Продолжение обсуждения тем, закрытых модератором или администратором.
6.4. Создание тем, не несущих смыслового наполнения или являющихся провокационными по содержанию.
6.5. Создание заголовка темы или сообщения целиком или частично заглавными буквами или на иностранном языке. Исключение делается для заголовков постоянных тем и тем, открытых модераторами.
6.6. Создание подписи шрифтом большим, чем шрифт поста, и использование в подписи больше одного цвета палитры.
7. Санкции, применяемые к нарушителям Правил Форума
7.1. Временный или постоянный запрет на доступ к Форуму.
7.4. Удаление учетной записи.
7.5. Блокировка IP.
8. Примечания
8.1.Применение санкций модераторами и администрацией может производиться без объяснения причин.
8.2. В данные правила могут быть внесены изменения, о чем будет сообщено всем участникам сайта.
8.3. Пользователям запрещается использовать клонов в период времени, когда заблокирован основной ник. В данном случае клон блокируется бессрочно, а основной ник получит дополнительные сутки.
8.4 Сообщение, содержащее нецензурную лексику, может быть отредактировано модератором или администратором.
9. Администрация Администрация сайта "ЗНАК КАЧЕСТВА" оставляет за собой право удаления любых сообщений и тем без объяснения причин. Администрация сайта оставляет за собой право редактировать сообщения и профиль пользователя, если информация в них лишь частично нарушает правила форумов. Данные полномочия распространяются на модераторов и администраторов. Администрация сохраняет за собой право изменять или дополнять данные Правила по мере необходимости. Незнание правил не освобождает пользователя от ответственности за их нарушение. Администрация сайта не в состоянии проверять всю информацию, публикуемую пользователями. Все сообщения отображают лишь мнение автора и не могут быть использованы для оценки мнения всех участников форума в целом. Сообщения сотрудников сайта и модераторов являются выражением их личного мнения и могут не совпадать с мнением редакции и руководства сайта.
Содержание 1. Определения – античастица, антивещество, антимир. 2. История открытия. 3. Опровержение теории. 4. Открытие позитрона. 5. Процесс аннигиляции. 6. Теория большого взрыва. 7. Зарождение античастиц. 8. Последние открытия и разработки. 9. Применение.
Античастица – частица двойник некоторой другой элементарной частицы, обладающая той же массой и тем же спином, но отличающиеся от нее знаками некоторых характеристик взаимодействия. Античастица – частица двойник некоторой другой элементарной частицы, обладающая той же массой и тем же спином, но отличающиеся от нее знаками некоторых характеристик взаимодействия.
«Если мы встанем на ту точку зрения, что полная асимметрия между положительными и отрицательными электрическими зарядами является фундаментальным законом природы, то мы должны рассматривать его как своего рода случайность, вся Солнечная система содержит избыток обычных отрицательных электронов и положительных протонов. Некоторые звезды построены иным путем: из позитронов и отрицательных протонов. В мире должно быть одинаковое число звезд каждого сорта,» - Поль Дирак. «Если мы встанем на ту точку зрения, что полная асимметрия между положительными и отрицательными электрическими зарядами является фундаментальным законом природы, то мы должны рассматривать его как своего рода случайность, вся Солнечная система содержит избыток обычных отрицательных электронов и положительных протонов. Некоторые звезды построены иным путем: из позитронов и отрицательных протонов. В мире должно быть одинаковое число звезд каждого сорта,» - Поль Дирак.
К чему Природе создавать дублирующие системы? К чему Природе создавать дублирующие системы? Скопление антивещества в нашей Вселенной не найдено. Скопление антивещества в нашей Вселенной не найдено. При неизменной однонаправленности времени отношение вещества и антивещества к пространству времени различны При неизменной однонаправленности времени отношение вещества и антивещества к пространству времени различны «упрощение» Природы «упрощение» Природы
Позитрон был открыт в 1932 году при помощи камеры Вильсона. Андерсон сфотографировал следы частиц, которые очень напоминали следы электронов, но имели изгиб противоположный следам электронам, что свидетельствовало о положительном электрическом заряде обнаруженных частиц. Позитрон был открыт в 1932 году при помощи камеры Вильсона. Андерсон сфотографировал следы частиц, которые очень напоминали следы электронов, но имели изгиб противоположный следам электронам, что свидетельствовало о положительном электрическом заряде обнаруженных частиц.
Образование античастиц Рождение античастиц происходит в столкновениях частиц вещества, разогнанных до энергий, превосходящих порог рождения пары частица-античастица. Рождение античастиц происходит в столкновениях частиц вещества, разогнанных до энергий, превосходящих порог рождения пары частица-античастица. В лабораторных условиях античастицы рождаются во взаимодействиях частиц на ускорителях; хранение образующихся античастиц осуществляют в накопительных кольцах при высоком вакууме. В лабораторных условиях античастицы рождаются во взаимодействиях частиц на ускорителях; хранение образующихся античастиц осуществляют в накопительных кольцах при высоком вакууме. В естественных условиях античастицы рождаются при взаимодействии первичных космических лучей с веществом, например, атмосферы Земли, а также должны рождаться в окрестностях пульсаров и активных ядер галактик. В естественных условиях античастицы рождаются при взаимодействии первичных космических лучей с веществом, например, атмосферы Земли, а также должны рождаться в окрестностях пульсаров и активных ядер галактик.
Существование двойника электрона - позитрона - было предсказано теоретически английским физиком П. Дираком в 1931 г. Одновременно он предсказал, что при встрече позитрона с электроном обе частицы должны исчезнуть, породив фотоны большой энергии. Может протекать и обратный процесс - рождение электронно-позитронной пары, например, при столкновении фотона достаточно большой энергии (его масса должна быть больше суммы масс покоя рождающихся частиц) с ядром. Спустя два года позитрон был обнаружен с помощью камеры Вильсона, помещенной в магнитное поле. Направление искривления трека частицы указывало знак ее заряда. По радиусу кривизны и энергии частицы было определено отношение ее заряда к массе. Оно оказалось по модулю таким же, как и у электрона. На рисунке 270 вы видите первую фотографию, доказавшую существование позитрона. Частица двигалась снизу вверх и, пройдя свинцовую пластинку, потеряла часть своей энергии. Из-за этого кривизна траектории увеличилась. Слово адрон образовано от греческого hadros, что означает «большой», «сильный». Процесс рождения пары электрон - позитрон у-квантом в свинцовой пластинке виден на фотографии, приведенной на рисунке 271. В камере Вильсона, находящейся в магнитном поле, пара оставляет характерный след в виде двурогой вилки. Исчезновение (аннигиляция) одних частиц и появление других при реакциях между элементарными частицами является именно превращением, а не просто возникновением новой комбинации составных частей старых частиц. Особенно наглядно обнаруживается это при аннигиляции пары электрон - позитрон. Обе частицы обладают определенной массой в состоянии покоя и электрическими зарядами. Фотоны же, которые при этом рождаются, не имеют зарядов и не обладают массой покоя, так как не могут существовать в состоянии покоя. В свое время открытие рождения и аннигиляции электронно-по-зитронных пар вызвало настоящую сенсацию в науке. До того никто не предполагал, что электрон, старейшая из частиц, важнейший строительный материал атомов, может оказаться невечным. Впоследствии двойники - античастицы - были найдены у всех частиц. Античастицы противопоставляются частицам именно потому, что при встрече любой частицы с соответствующей античастицей происходит их аннигиляция. Обе частицы исчезают, превращаясь в кванты излучения или другие частицы. Обнаружены сравнительно недавно антипротон и антинейтрон. Электрический заряд антипротона отрицателен. Сейчас хорошо известно, что рождение пары частица - античастица и их аннигиляция не составляют монополии электронов и позитронов. Атомы, ядра которых состоят из антинуклонов, а оболочка - из позитронов, образуют антивещество. В 1969 г. в нашей стране был впервые получен антигелий. При аннигиляции антивещества с веществом энергия покоя превращается в кинетическую энергию образующихся у-квантов. Энергия покоя - самый грандиозный и концентрированный резервуар энергии во Вселенной. И только при аннигиляции она полностью высвобождается, превращаясь в другие виды энергии. Поэтому антивещество - самый совершенный источник энергии, самое калорийное «горючее». В состоянии ли будет человечество когда-либо это «горючее» использовать, трудно сейчас сказать. Можно надеяться, что недалеко то время, когда будет решена основная задача физики элементарных частиц и всей физики вообще. Будет получен спектр масс элементарных частиц и будет выяснено, чем определяются значения электрического заряда и других констант взаимодействий. ^ 1. В чем различие трех этапов развития физики элементарных частиц! 2. Электрон - самая легкая из заряженных частиц. Какой из известных вам законов сохранения запрещает превращение электрона в фотоны или нейтрино? 3. Перечислите все стабильные элементарные частицы. 4. Какова частота у-кван-тов, возникающих при аннигиляции медленно движущихся электрона и позитрона! S. Можно ли в пузырьковой камере наблюдать трек заряженной частицы с временем жизни 10~" с! 6. Что такое кварк!
Открытие позитрона. Античастицы
Существование частицы, идентичной электрону, но обладающей противоположным электрическим зарядом, было предсказано Полем Адриеном Морисом Дираком (1902–1984) на основании уравнения, введенного им в 1928 году. Уравнение Дирака описывает заряженную частицу со спином с учетом релятивистских эффектов, т.е., например, релятивистский электрон. Однако интересно, что вывести это уравнение Дирак пытался исходя из совсем других соображений: он пытался справиться с проблемой отрицательной плотности вероятности. Эта проблема заключалась в том, что при попытке обобщить уравнение Шредингера для волновой функции квантовой частицы
на релятивистский случай получалось уравнение Клейна–Гордона,
для которого нельзя было построить неотрицательную сохраняющуюся величину, имеющую смысл плотности вероятности. Другими словами, либо частица могла рождаться и исчезать, либо надо было интерпретировать понятие отрицательной вероятности. Обе альтернативы были разрушительными для квантовой механики.
Дирак же догадался, что появление отрицательных вероятностей связано с тем, что уравнение Клейна–Гордона содержит вторую производную волновой функции по времени, и постарался построить уравнение с первой производной, переходящее в нерелятивистском пределе в уравнение Шредингера или его подобие. Оказалось, что для этого функция должна быть не комплексным числом, как ранее, а набором из четырех комплексных чисел:
Для уравнения Дирака существовала неотрицательная плотность вероятность, равная , причем полная вероятность нахождения дираковской частицы хоть где-нибудь в пространстве со временем не меняется . Другими словами, частица сама собой не исчезает.
Оказалось, что полученное уравнение обладает неожиданными свойствами. Во-первых, в нерелятивистском пределе оно описывало частицу с энергией 
спином и магнитным моментом, который соответствует g-фактору, равному двум. Состояние этой частицы определяли две из четырех компонент волновой функции Дирака. Во-вторых, две оставшихся компоненты описывали электрон с отрицательной энергией
. Чтобы избежать спонтанное падение частиц в этот отрицательный континуум
, Дирак предположил, что этот континуум квантовых
состояний уже занят
, и электроны не могут проникнуть в него в силу принципа Паули. Этот полностью занятый континуум состояний получил название моря Дирака
(см. рис. ниже).
Если частице из отрицательного континуума придать энергию, большую , она перейдет в положительный, при этом в отрицательном континууме образуется незанятое квантовое состояние - дырка. Эта дырка будет иметь положительный заряд и массу, равную электрону. Таким образом, при выходе электрона в положительный континуум физически наблюдается рождение пары частиц: электрона и его античастицы - позитрона. Именно такой перескок и изображен на рисунке выше.
Экспериментально существование предсказанной положительно заряженной частицы было подтверждено Карлом Дэвидом Андерсоном (1905–1991) в 1932 году. Эта частица была открыта в космических лучах по ее отклонению в магнитном поле в камере Вильсона. По тому, по часовой или против часовой стрелке изгибалась траектория частицы, можно было судить о знаке ее заряда. Это является прямым следствием уравнения движения частицы в магнитном поле:
(для простоты мы выписали нерелятивистское уравнение). Однако по фотографии трека в камере Вильсона напрямую нельзя определить направление движения частицы вдоль него. Две же одинаковые частицы, движущиеся в противоположных направлениях, будут отклоняться в магнитном поле в одну сторону. Чтобы определить истинное направление движения частицы, Андерсон разделил камеру Вильсона на две половины свинцовой перегородкой. Частица в результате прохождения через перегородку теряла скорость, поэтому радиус кривизны ее траектории
уменьшался, что наблюдалось по фотографии. Таким образом Андерсон восстановил «начало» и «конец» трека частицы и сделал вывод об ее положительном заряде. Радиус кривизны траектории также давал отношение массы к заряду для открытой частицы - оно оказалось равным по модулю этому же отношению для электрона.
В современной квантовой теории поля античастицы есть у всех частиц, обладающих каким бы то ни было зарядом. Тождественными себе являются фотон, бозон хиггса, ‑мезон и еще некоторые частицы. Кроме того, развитие квантовой теории поля, начавшейся, по сути дела, с уравнения Дирака, реабилитировало уравнение Клейна–Гордона и разрешило проблему отрицательных вероятностей совершенно другим способом - через так называемое вторичное квантование . Тем не менее, подход Дирака важен сам по себе как первый способ описания процессов рождения и уничтожения частиц. Уравнение Дирака является фундаментальным уравнением теоретической физики и описывает природу на фундаментальном уровне. Алгебраический же смысл, заложенный в это уравнение Дираком на этапе его вывода, заставляет задуматься о фундаментальной роли математики (и алгебры, в частности) в устройстве Вселенной.