загрузка...

трусы женские
загрузка...
Реферати » Реферати фізика » Античастинки

Античастинки

Госкомвуза РФ

НГТУ

Кафедра загальної фізики


Тема: "Античастинки"

ФАКУЛЬТЕТ: АВТФ

ГРУПА: А-513

СТУДЕНТ: Єфименко Д. В.

ВИКЛАДАЧ: Усольцева Н.Я.

Новосибірськ
1996

Антиречовина - матерія, побудована з античастинок. Існування античастинок було вперше передбачене в 1930 році англійським фізиком
П. Дираком. З рівняння Дірака для релятивістського електрона слід друге рішення для його двійника, що має ту ж масу і позитивний електричний заряд. У той же час була відома лише одна позитивно заряджена частинка - протон, різко відрізнявся за своїми властивостями від електрона. Теоретики стали вигадувати хитромудрі пояснення цих відмінностей, але незабаром з'ясувалося, що протон не має нічого спільного з часткою, передвіщеної Дираком. У 1932 році позитивно заряджені позитрони виявив в космічних променях американський фізик К. Андерсон. Це відкриття стало блискучим підтвердженням теорії Дірака.

У 1955 році на новому прискорювачі в Берклі Е. Сегре, О. Чемберлен та інші виявили антипротони, народжені в зіткненні протонів з ядрами мідної мішені. До цього протон з негативним зарядом довго і безуспішно розшукувався в космічних променях. У 1956 році був відкритий і антинейтрон.
Зараз відомо вже безліч частинок, і майже усім їм відповідають античастинки.

Частинки і античастинки мають однакову масу, час життя, спін, але розрізняються знаками всіх зарядів: електричного, баріонів, лептонного і т. д. Це випливає із загальних принципів квантової теорії поля і підтверджується надійними експериментальними даними .

З сучасної точки зору елементарні частинки розбиваються на дві групи. Перша з них - частинки з напівцілим спіном: заряджені лептони e -
, (-, (-, відповідні їм нейтрино і кварки u, d, c, b, t. Всі ці частки мають і античастицами . Інша група - це кванти полів з цілим спіном, що переносять взаємодії: фотон, проміжні бозони слабких взаємодій, глюони сильних взаємодій. Деякі з них істинно нейтральні ((, Z0), тобто всі їх квантові числа дорівнюють нулю і вони ідентичні своїм античастинкам; інші (W +, W-) також утворюють пари частка - античастинка. Легко тепер побачити, що всі баріони, які з трьох кварків, повинні мати античастинки, наприклад: нейтрон має склад
(), антинейтрон - (). Мезони складаються з кварка і антикварка і, взагалі кажучи, також мають античастинки, наприклад: (-мезон складається з кварків (), а (+ мезон складається з кварків (). У той же час є мезони, симетричні щодо заміни кварків на антикварки (наприклад, (0, (, (-мезони, куди входять пари кварків, і); також мезони будуть істинно нейтральними.

Характерна особливість поведінки частинок і античастинок - їх анігіляція при зіткненні. Ще Дірак передбачив процес анігіляції електронів і позитронів в фотони: е - + е + ((+ (. Процеси анігіляції йдуть, зрозуміло, із збереженням енергії, імпульсу, електричного заряду і т. п. При цьому можуть народжуватися не тільки фотони, але й інші частинки; очевидно, що внаслідок законів збереження різних зарядів одночасно народжуються і відповідні античастинки, як, наприклад, в реакції анігіляції електрона і позитрона в пару мюонів: е - + е + ((-+ (+. В таких реакціях були відкриті "зачаровані "і" чарівні "частинки. В аналогічному процесі е - + е + ((-+ (+ відкрили важкий (-лептон. Останніми роками процес анігіляції все частіше використовується як один з найбільш досконалих методів дослідження мікросвіту.

Операція заміни часток на античастинки отримала назву зарядового сполучення. Так як істинно нейтральні частинки тотожні своїм античастинок, то при операції зарядового сполучення вони переходять самі в себе.

У сильних і електромагнітних взаємодіях є повна симетрія між частинками і античастицами: якщо можливий якийсь процес з частинками, то можливий і має ті ж характеристики аналогічний процес з відповідними античастицами. Подібно до того як протони і нейтрони завдяки сильному взаємодії зв'язуються в ядра, з відповідних античастинок утворюватимуться антиядра.

У 1965 році на прискорювачі в США був отриманий антідейтрон. У 1969 році в Протвино на прискорювачі Інституту фізики високих енергій радянські фізики відкрили ядра антигелію-3, які з двох антипротонів і антинейтрона.
Потім були відкриті і ядра антітрітія - важкого антиводню, що складаються з одного антипротона і двох антинейтронів. У принципі можна уявити собі і антиатоми, і навіть великі скупчення антиречовини. Свідченням присутності антиречовини у Всесвіті був потужний анігіляційних випромінювання, що спадає з областей дотику речовини з антиречовиною.

Адже анігіляція тільки 1 грама речовини і антиречовини призводить до виділення 14 жовтня Дж енергії, що еквівалентно вибуху середньої атомної бомби в
10 кілотонн. Однак астрофізика таких даних поки не має, і навіть у космічних променях антипротони зустрічаються досить рідко. Зараз вже практично немає сумнівів, що Всесвіт в основному складається з звичайної речовини.

Але так було не завжди. На ранній стадії розвитку Всесвіту при дуже великих температурах близько 1013 К кількість частинок і античастинок майже збігалося: на велику кількість антипротонів (приблизно на кожні кілька мільярдів) доводилося стільки ж протонів і ще один "зайвий" протон. Надалі при охолодженні Всесвіту всі частинки і античастинки проаннігіліровалі, породивши в кінцевому підсумку фотони, а з нікчемного в минулому надлишку частинок виникло все, що нас тепер оточує.
Анігіляційних фотони, поступово охолоджуючись, дожили до наших днів у вигляді реліктового випромінювання. Ставлення сучасної щільності протонів до щільності реліктових фотонів (10-9) і дало відомості про величину надлишку частинок над античастицами в минулому. Якби цього надлишку не було, то сталася б повна взаємна анігіляція частинок і античастинок і в результаті виникла б досить понура Всесвіт, заповнена холодним фотонним газом.

Звідки ж узявся цей надлишок? Одна з гіпотез припускає, що в початковому стані число частинок і античастинок співпадало, але потім через особливості в динаміці їх взаємодії виникла асиметрія.

Анігіляція - це єдиний процес, в якому зникає обидві початкові частинки і вся їх маса повністю переходить, наприклад, в енергію фотонів. Ніяка інша реакція, використовувана в енергетиці, такою властивістю не володіє. І при розподілі урану, і в процесах термоядерного синтезу в енергію перетворюється лише невелика частина (порядку десятих часток відсотка) маси спокою частинок, що беруть участь у реакції. Тому анігіляція антиречовини з речовиною дає в тисячу разів більше енергії, ніж при діленні такий, кількості урану. Якби в нашому розпорядженні була невелика планета з антиречовини, то всі проблеми з енергетичною кризою відразу відпали.
Припустимо ми навчилися б перекладати всю енергію анігіляції в електричну. Тоді для того, щоб забезпечити планету річним запасом електроенергії, треба відколоти від планети і піддати анігіляції всього лише 1000-кілограмовий шматок антиречовини. Порівняйте ці 1000 кілограм з сотнями мільйонів тонн вугілля і нафти, які ми видобуваємо щорічно, щоб вирішити ту ж саму задачу!

Скільки енергії виділяється на 1 грам палива

1. Аннигиляция речовини і антиречовини 1014 джоулів

2. Ділення урану 1011 джоулів

3. Спалювання вугілля
2,9 (104 джоулів

Антиречовина було б ідеальним паливом ще й тому, що воно не забруднює навколишнє середовище . Після анігіляції в кінцевому рахунку залишаються тільки фотони високої енергії і нейтрино.

Нашу Землю регулярно бомбардує потік космічних променів - частинок високих енергій, які генеруються при різних процесах, що відбуваються в нашій Галактиці. Більшу частину цих частинок складають протони і ядра гелію.

Але нещодавно, в 1979 році, в космічних променях були знайдені і антипротони. Про це повідомили відразу дві групи: радянські фізики з
Ленінградського фізико-технічного інституту імені А. І. Іоффе і американські вчені з Центру космічних польотів імені Л. Джонсона.
Позитрон був виявлений в космічних променях в 1932 році. Такий великий проміжок часу між відкриттям в космічних променях позитрона і антипротона пояснюється тим, що Антипротон набагато сильніше взаємодіє з речовиною, ніж позитрон. антипротони з космосу не встигають дійти до поверхні Землі, вони анігілюють вже в самих верхніх шарах атмосфери.
Саме тому пошук антипротонів в космічних променях являє собою складну технічну задачу. Треба підняти детектор якомога вище, до кордону атмосфери. Всі експерименти з пошуку античастинок в космічних променях були виконані на аеростатах. Наприклад, в дослідах Р. Голдена повітряна куля піднімав на висоту 36 кілометрів приблизно 2 тонни апаратури.

Але чи можна вважати, що ці антипротони прилетіли до нас з Антимира?
Взагалі кажучи, не можна. У космічних променях є протони досить високої енергії, і при зіткненні з частинками, наприклад, міжзоряного газу вони можуть народжувати антипротони в тій же самій реакції, що йде на прискорювачах:

Таким чином, сам факт виявлення антипротонів в космічних променях можна пояснити, не привертаючи гіпотези про антисвіту,

У космічних променях спостерігалися звичайні ядра багатьох елементів таблиці
Менделєєва, аж до Урана. Однак жодного антиядра в космічних променях дотепер виявлено не було. Правда межі,

Сторінки: 1 2
загрузка...
ur.co.ua

енциклопедія  з сиру  аджапсандалі  ананаси  узвар