|
История исследования элементарных частиц
История физики элементарных частиц условно отсчитывается от открытия электрона (Дж. Томсон, 1897 г.)- Затем была выяснена структура атомного ядра - открыт протон (Э. Резерфорд, 1910 г.) и нейтрон (Дж. Чадвик, 1932г.).
Первый этап развития физики частиц условно завершился к середине 1930 г. К этому времени список элементарных частиц был невелик: три частицы - электрон е", протон р и нейтрон п - входят в состав всех атомов; фотон у (квант электромагнитного поля) участвует во взаимодействии заряженных частиц и процессах излучения и поглощения света,
Важнейшим теоретическим открытием стало предсказание П. Дираком в 1929 г. существования античастиц (частиц, имеющих ту же массу и спин, но противоположные заряды всех типов). В 1932 г. была открыта первая античастица - позитрон е+. Наконец, изучая свойства р -распада ядер, В. Паули предсказал в 1930 г. существование еще одной частицы -нейтрино v . Аргументы Паули были настолько убедительными, что, хотя регистрация нейтрино реально оказалась возможной только в 1956г., в существовании этой частицы никто не сомневался сразу после того, как Паули высказал свою гипотезу.
Второй этап развития физики частиц начался после Второй мировой войны с открытия в 1947 г. пи-мезона (п) в космических лучах. В течение примерно пятнадцати лет (до начала 1960 г.), благодаря прогрессу в создании ускорителей и приборов для регистрации частиц, было открыто несколько сотен новых элементарных частиц, имеющих массы в диапазоне от 140 МэВ до 2 ГэВ. Все эти частицы были нестабильными, т.е. распадались на частицы с меньшими массами, в конечном счете превращаясь в стабильные протон, электрон, фотон и нейтрино (и их античастицы). Все они казались в равной степени элементарными, так как в разных экспериментах можно было порождать любые из открытых частиц в процессе соударения других частиц. Перед физиками-теоретиками встала труднейшая задача: упорядочить весь обнаруженный «зоопарк» частиц и попытаться свести число фундаментальных частиц к минимуму, доказав, что другие частицы состоят из фундаментальных частиц.
Третий этап развития физики частиц начался в 1962 г., когда М. Гелл-Манн и независимо Дж. Цвейг предложили модель сильновзаимодействующих частиц, состоящих из фундаментальных частиц - кварков. Эта модель к настоящему времени превратилась в стройную теорию
всех известных типов взаимодействий частиц. Можно считать, что третий этап завершился в 1995 г. открытием последнего из ожидавшихся, шестого кварка. В настоящее время не известно ни одного эксперимента, который бы противоречил существующей теории элементарных частиц, получившей название стандартной .модели, и не находил бы количественного объяснения в рамках этой теории.
Это не означает, что все вопросы решены, и физика элементарных частиц закончила свое развитие (так же, как, скажем, в XIX в. завершила свое развитие классическая механика). Существующие теории (которые пока не удается проверить на опыте из-за необходимости постройки чрезвычайно дорогостоящих ускорителей или проведения не менее дорогостоящих экспериментов с запуском аппаратуры в космическое пространство) предсказывают удивительные вещи о структуре пространства-времени, о новых фундаментальных частицах материи и т.п. Однако отсутствие экспериментальных данных не позволяет с уверенностью говорить о том, в каком направлении пойдет развитие наших представлений о структуре микромира. Возможно, наши сегодняшние представления окажутся в чем-то неверными, требующими уточнений и дополнений. Несомненно, что впереди еще много интереснейших открытий.
|