Элементарные частицы в космических лучах
Конец XIX – начало XX века ознаменовались новыми открытиями в области микромира. После открытия рентгеновских лучей и радиоактивности были обнаружены заряженные частицы, приходящие на Землю из космического пространства. Эти частицы были названы космическими лучами.
Датой открытия космических лучей принято считать 1912 год, когда австрийский физик В.Ф. Гесс с помощью усовершенствованного электроскопа измерил скорость ионизации воздуха в зависимости от высоты. Оказалось, что с ростом высоты величина ионизации сначала уменьшается, а затем на высотах свыше 2000 м начинает резко возрастать. Ионизующее излучение, слабо поглощаемое воздухом и увеличивающееся с увеличением высоты, образуется космическими лучами, падающими на границу атмосферы из космического пространства.
Космические лучи представляют собой ядра различных элементов, следовательно, являются заряженными частицами. Наиболее многочисленны в космических лучах ядра атомов водорода и гелия (~85 и ~10 % соответственно). Доля ядер всех остальных элементов таблицы Менделеева не превышает ~ 5 %. Небольшую часть космических лучей составляют электроны и позитроны (менее 1 %).
В процессах, происходящих во Вселенной, КЛ играют важную роль. Плотность энергии КЛ в нашей Галактике составляет ~1 эВ/см3, что сравнимо с плотностями энергий межзвездного газа и галактического магнитного поля.
Элементарные частицы (в буквальном значении этого термина) – это первичные, неделимые частицы, из которых по предложению состоит вся материя. Понятие "элементарные частицы" отражает чаяния ученых найти "первичные сущности", определяющие все известные свойства материального мира. На рубеже XIX и XX вв. были обнаружены мельчайшие носители свойств вещества – молекулы и атомы. Это позволило впервые описать все известные вещества как комбинацию большого числа составляющих частиц – атомов. В дальнейшем были выявлены составные элементы атомов – электроны и ядра. Установлена сложная система самих ядер. В тот период исследований известными представителями элементарных частиц были протон, нейтрон, электрон и фотон – частица электромагнитного поля. Эти четыре частицы тали считаться элементарными, т.к. они служили основами строения вещества и света.
В данной работе я попытаюсь выяснить, что такое элементарные частицы и космические лучи. Я рассмотрю, что они из себя представляют и какую роль играют элементарные частицы в космических лучах.
Для начала нужно понять, что такое элементарные частицы, классифицировать их, выяснить природу космических лучей и понять взаимосвязь между элементарными частицами и космическими лучами.
2. Элементарные частицы
В современной физике термин "элементарные частицы" употребляется не в своем обычном значении чего-то первичного, неразложимого на более простое, а для наименования большой группы мельчайших субъядерных частиц. В эту группу входят протон, нейтрон, электрон, фотон, 
- мезон, мюон, нейтрино нескольких типов, так называемые странные частицы (K-мезоны, гипероны), очарованные частицы, промежуточные векторные бозоны и т. д. — всего к настоящему времени известно более 350 частиц, в основном нестабильных. Большинство перечисленных частиц не удовлетворяет обычному определению элементарности, поскольку по современным представлениям они сами являются составными системами. Объединяющий их признак заключается в том, что они представляют форму материи, не ассоциированной в ядра и атомы.
Классификация элементарных частиц.
| группа | Название частицы | Символ | Заряд, e | Масса покоя, me | Сплин, ħ | Изосплин I | Лептонное число L | Барионное число B | Странность S | Время жизни, с | ||
| частицы | Античаст. | |||||||||||
| Фотоны | Фотон | γ | 0 | 0 | 1 | - | 0 | 0 | 0 | стабилен | ||
| Лептоны | Электрон Электронное нейтриноно Мюон Мюонное нейтрино Таон Таонное нейтрино | e- νe
µ- νµ
τ- ντ | e+ ν-e
µ+ νµ-
τ+ ντ- | 1 0 1 0 1 0 | 1 0 206,8 0 3487 0 | ½ ½ ½ ½ ½ ½ | - - - - - - | +1 +1 +1 +1 +1 +1 | 0 0 0 0 0 0 | 0 0 0 0 0 0 | Стабилен Стабильно 10-6 Стабильно 10-12 ? | |
| Мезоны | Пионы Каоны Эта-мезон | π 0 π+ K0 K+ ɳ0 | π – K-0 K- | 0 1 0 1 1 | 264,1 273,1 974,0 966,2 1074 | 0 0 0 0 0 | 1 1 ½ ½ - | 0 0 0 0 0 | 0 0 0 0 0 | 0 0 +1 +1 0 | 10-16 10-8 10-10-10-8 10-8 10-19 | |
| Адроны | Барионы | Протон Нейтрон Гипероны: Лямбда Сигма Кси омега | λ0 Σ0 Σ+ Σ- Ξ0 Ξ- Ω- | p- n-
λ-0 Σ-0 Σ-+ Σ-- Ξ-0 Ξ-- Ω-- | 1 0 0 0 1 1 0 1 1 | 1836,2 1838,7 2183 2334 2328 2343 2573 2586 3273 | ½ ½ ½ ½ ½ ½ ½ ½ 3/2 | ½ ½ 0 1 1 1 ½ ½ 0 | 0 0 0 0 0 0 0 0 0 | +1 +1 +1 +1 +1 +1 +1 +1 +1 | 0 0 -1 -1 -1 -1 -2 -2 -3 | Стабилен 10-3 10-10 10-20 10-10 10-10 10-10 10-10 10-10 |