Ссылка на архив

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

СимволЗаряд, e

Масса покоя, me

Сплин, ħИзосплин IЛептонное число LБарионное число BСтранность SВремя жизни, с
частицыАнтичаст.
ФотоныФотонγ001-000стабилен
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

АдроныБарионы

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