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.

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.

Фотография, по которой был открыт позитрон (здесь прерывистый след его проходит через свинцовую пластину в камере Вильсона), получила в ядерной физике большую известность, чем любой другой снимок. Впервые опубликованная (в виде негатива) в журнале Physical Review семь месяцев спустя после открытия позитрона, она произвела сенсацию в научном мире.

То было недолгое, но блаженное время, когда физики могли убедить себя, что фундаментальные "кирпичики" вещества образуют знакомую ныне любому школьнику троицу: отрицательно заряженная частица (электрон, открытый в 1897 г.), положительно заряженная частица (протон, обнаруженный в 1911 г.) и электрически нейтральная частица (нейтрон, открытый в 1932 г.). Однако вслед за открытием нейтрона Чедвиком на фотоснимках стали обнаруживать серии треков, явно говоривших о существовании еще одной частицы, похожей на электрон, но с положительным электрическим зарядом. Это была первая античастица, и хотя сейчас мы принимаем как должное, что каждой частице соответствует античастица, в то время эта мысль была еще непривычной. Представление об античастицах намного опередило их открытие, так как Поль Дирак еще в 1928 г. теоретически предсказал возможность существования положительно заряженного аналога электрона. Однако лишь после открытия "положительного электрона" стало ясно, что за математической абстракцией стоит физическая реальность. "Открытие позитрона, - вспоминал в 1961 г. Карл Андерсон, - было совершенной случайностью. Несмотря на то что релятивистская электронная теория Дирака предсказывала существование позитрона и об этой теории хорошо знали почти все физики, она не сыграла никакой роли в открытии позитрона".

Летом 1932 г. Карл Андерсон и его руководитель Роберт Милликен начали в Калифорнийском технологическом институте (Калтех) работу по изучению космических лучей с помощью камеры Вильсона. Существование проникающего излучения, приходящего из космоса, было известно еще с 1912 г., когда его открыл Виктор Гесс, совершив полет на воздушном шаре; в 1927 г. это излучение зарегистрировал с помощью камеры Вильсона Д. В. Скобельцын. Новым в опытах Андерсона было использование более мощного электромагнита, способного вызывать отклонение частиц со значительно более высокими энергиями (до 4-5 БэВ), чем прежде. Из 1300 полученных фотографий треков космических лучей 15 убедительно свидетельствовали о существовании новой частицы.

Конечно, физики из Калтеха не спешили с выводами. В отсутствие свинцовой пластины (на снимке - горизонтальная черта посередине) можно было допустить, что трек принадлежит движущемуся вниз электрону. Однако увеличение кривизны траектории над пластиной говорило о потере кинетической энергии, а вряд ли можно было предположить, что электрон приобрел энергию, пройдя через 6-миллиметровый слой свинца. Таким образом, трек должен был начинаться в нижней части снимка, и, следовательно, направление отклонения частицы в магнитном поле указывало на ее положительный заряд. (Может показаться странным, что частица из космических лучей движется снизу вверх, - дело в том, что первоначальное направление движения могло измениться в результате рассеяния.) Далее следовало исключить предположение, что трек принадлежит протону; об этом говорили как длина и кривизна трека, так и его толщина: более тяжелые и медленные частицы (такие, как протоны) создают значительно больше сконденсировавшихся капель воды на единицу длины трека. Так что слабый след, зарегистрированный на фотографии, мог принадлежать лишь легкой частице, подобной электрону.

Оставалось признать, что Андерсон обнаружил новую частицу. В конце статьи, где сообщалось об открытии, он писал, что если природа допускает существование положительных электронов, то она должна была позаботиться и о наличии отрицательных протонов; однако эта симметрия получила свое экспериментальное подтверждение лишь через 24 года.

Вскоре подтверждения существования позитрона последовали от П. М. С. Блэкетта и Дж. С. Оккиалини, которые впервые использовали автоматическую камеру Вильсона, управляемую счетчиками Гейгера. Всего через шесть месяцев после открытия Андерсона они предложили удовлетворительное объяснение образования позитронов в космичесих лучах - спонтанное рождение электронно-позитронных пар из гамма-квантов космических лучей. Работая с прибором, аналогичным тому, с помощью которого они едва не открыли нейтрон, супруги Жолио-Кюри несколько месяцев спустя после открытия Андерсона наблюдали рождение электронно- позитронной пары в лабораторных условиях.

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!

−1 и , равную массе электрона. При позитрона с электроном их масса превращается в энергию в форме двух (и гораздо реже - трёх и более) .

Позитроны возникают в одном из видов (позитронная эмиссия), а также при взаимодействии с энергией больше 1,022 МэВ с . Последний процесс называется «рождением пар», ибо при его осуществлении фотон, взаимодействуя с электромагнитным полем , образует одновременно и позитрон.

Открытие

Существование позитрона впервые было предположено в . 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.

В соответствии с теорией Дирака электрон и позитрон могут рождаться парой, и на этот процесс должна быть затрачена энергия, равная энергии покоя этих частиц, 2×0,511 МэВ. Поскольку были известны естественные , испускавшие γ-кванты с энергией больше 1 МэВ, представлялось возможным получить позитроны в лаборатории, что и было сделано. Экспериментальное сравнение свойств позитронов и электронов показало, что все физические характеристики этих частиц, кроме знака электрического заряда, совпадают.

Аннигиляция

Из теории Дирака следует, что электрон и позитрон при столкновении должны с освобождением энергии, равной полной энергии сталкивающихся частиц. Оказалось, что этот процесс происходит главным образом после торможения позитрона в веществе, когда полная энергия двух частиц равна их энергии покоя 1,022 МэВ. На опыте были зарегистрированы пары γ-квантов с энергией по 0,511 МэВ, разлетавшихся в прямо противоположных направлениях от мишени, облучавшейся позитронами. Необходимость возникновения при аннигиляции электрона и позитрона не одного, а двух γ-квантов вытекает из . Суммарный импульс остановившегося позитрона и электрона до процесса превращения равен нулю, но он не может быть нулём при образовании вследствие аннигиляции только одного γ-кванта.

Последствия открытия позитрона

Позитрон оказался первой открытой . Существование античастицы электрона и соответствие суммарных свойств двух античастиц выводам теории Дирака, которая могла быть обобщена на другие частицы, указывало на возможность парной природы всех элементарных частиц и ориентировало последующие физические исследования. Такая ориентация оказалась необычайно плодотворной, и в настоящее время парная природа элементарных частиц является точно установленным законом природы, обоснованным большим числом экспериментальных фактов.

Литература

• Климов А.Н. Ядерная физика и ядерные реакторы. М. Атомиздат, 1971.