Элементарные частицы и их квантово-корпускулярная сущность

Они проявляют себя как одно целое, хотя и имеют способность к преобразованиям и взаимодействиям с другими частицами. Ход таких преобразований в значительной степени зависит от энергоресурса частиц реакции. Индивидуальность элементарной частицы обусловлена тем, что энергия взаимодействия ее с другими материальными объектами значительно меньше ее собственной релятивистской энергии.

Открытие элементарных частиц

Первой элементарной частицей, которую открыл Дж. Дж. Томсон в 1897 г., был электрон. В 1919 г. Э. Резерфорд обнаружил частицу, входящую в состав ядер атомов, – протон. В 1932 г. Дж. Чедвик зарегистрировал вторую составляющую частицу ядра – нейтрон. В 1905 г. А. Эйнштейн ввел в научный оборот понятие о составляющей частице света – понятие о фотоне. В 1956 уже было известно 30 элементарных частиц, сейчас их насчитывается более 350.

Свойства элементарных частиц

Условно существует два вида элементарных частиц – частицы и античастицы: одни из них отличаются знаком электрического заряда (например, электрон и позитрон) прочие, электрически нейтральные, – противоположной ориентацией механических и магнитных моментов (например, нейтрон и антинейтрон). Есть и такие частицы, которые тождественны своим античастицам (например, фотоны, $π°$ и $К°$ – мезоны) такие частицы называют подлинно нейтральными.

Характерным свойством частиц и античастиц является их способность образовываться и аннигилировать парами. Аннигиляция пары частиц сводится к превращению их в другие частицы или кванты поля с выделением соответствующей энергии. Например, позитрон и электрон, сталкиваясь, превращаются в два или более фотонов. При взаимодействии $γ$ -кванта с тяжелыми ядрами атомов может рождаться пара таких же частиц. Заметим, что исключение составляют упомянутые выше подлинно нейтральные частицы, которые не способны к аннигиляции.

Во всех преобразованиях элементарных частиц выполняются законы сохранения массы и энергии, импульса, момента импульса, электрического заряда и т.д.

В ближайшем окружающем мире существует подавляющая концентрация привычных для нас стабильных частиц – электронов, протонов и нейтронов. В вакууме могут быть стабильными также античастицы – позитроны, антипротоны и антинейтроны. Поэтому разделение на частицы и античастицы – условно. Современная наука допускает возможность существования в галактических системах антивещества, состоящего из антиатомов, которые состоят с антипротонов, антинейтронов и позитронов.

Квантово-корпускулярный дуализм

Элементарные частицы проявляют как волновые (квантовые), так и корпускулярные свойства. Следовательно, эти частицы – вид материи, который имеет сложную электромагнитную природу. Дуализм в их свойствах является наглядным примером проявления закона диалектического единства противоположностей.

В начале XX в. немецкий физик М. Планк (1858-1947) и физик-теоретик А. Эйнштейн (1879- 1955) заложили основы квантовой теории. В 1900 г. М. Планк предположил, что атомное излучение имеет дискретный характер, то есть осуществляется порциями, квантами энергии. Это дало ему возможность вывести формулу для определения энергии теплового излучения абсолютно черного тела, что хорошо согласовывалась с экспериментом.

В 1905 г. А. Эйнштейн ввел понятие фотона (кванта электромагнитного поля), успешно объяснив явление фотоэффекта. В квантовой теории было синтезировано диалектическое единство корпускулярных и волновых свойств элементарных частиц.

В 1924 г. французский физик Л. де Бройль выдвинул гипотезу о том, что с каждой подвижной частью надо связывать соответствующую волну. Это предположение было экспериментально подтверждено в 1927 г. американскими физиками К. Дэвиссона и Л. Джермером, которые обнаружили дифракцию электронов.

Не знаете, сколько стоит статья по физике на заказ? Обратитесь к нашим экспертам!

Тест по теме «Элементарные частицы»