Рис. 3

Первой обнаруженной на опыте античастицейбыл«положительный электрон»—позитрон. Примерами таких пар частица — ан-тичастица являются также отрицательный и положительный мюоны, положительные и отрицательные пионы и каоны· Название

другнх античастиц получается прибавлением к названию соответст-вующих частиц приставки «анти», а для их обозначения используются те же символы. У фотона, нейтрального пиона и этамезона нет аптичастиц (можно сказать, что в этих случаях частица и античастица совпадают),

Как и соответствующие частицы, антипротон, позитрон и анти-нейтрино устойчивы, остальные античастицы несгабилъны.

При изучении поглощения 7-квантов с энергией более 1 МэВ было обнаружено образование пар электрон - позитрон· Когда у-квант пролетает в сильном электрическом поле вблизи ядра, он превращ,ается в пару электрон — позитрон.

Возникновение пар электрон — позитрон можно наблюдать при пропускании у-излучения сквозь свинцовую пластинку, перегора-живаюш,ую камеру Вильсона· Следы позитронов и электронов в маг-нитном поле симметрично искривляются в разные стороны и рас-ходятся в виде буквы У, Траектории трех электронно-позитронных пар показаны на рис. 3 (магнитное поле направлено от читателя),

Так как энергня, соответствующая массе покоя электрона или позитрона, составляет 0,511 МэВ, то превращение 'у-квантов в пару электрон — позитрон может произойти только в том случае, когда энергия у-кванта больше 1,02 МэВ, Если энергия у-кванта превыша-ет 1,02 МэВ, то избыток энергии составляет кинетическую энергию электрона и позитрона·

Образующиеся прп распаде нейтральных пионов во вторичном космическом излучении у-кванты очень высоких энергий генериру-ют электроны и позитроны, которые также обладают высокой энер-, гией и при взаимодействии с веществом атмосферы испускают тор-мозное 'у-нзлучение, что в свою очередь приводит к генерации новых пар, и т· д· Так происходит образование так называемой м я г к о й компоненты вторичного космического излучения, сильно пог-лощаемой ат.мосферой.

Если электроны и позитроны могут возникать из 7-квантов, то они, очевидно, могут и исчезать, превращаясь в 7-кванты· Опыты, выполненные супругами Жолио-Кюри, подтвердили, что прн встре-че позитрон и электрон исчезают, как говорят, а н н и г и л и р у-ю т, превращаясь в большинстве случаев в два ·у-кванта с энергиями 0,51 МэВ, разлетающиеся в противоположные стороны (нногда об-разуется три ·у-кванта с общей энергией 1-,02 МэВ):

е-+е^27·

Можно привести и другие примеры таких превращений. При распаде нейтрального пиона образуется два у-кванта:

л»-^+Т,

при этом происходнт превращение энергии, соответствующей массе покоя пиона, в энергию электромагнитного излучения·

При столкновении у-кванта большой энергии с протоном ж>гут образоваться нейтрон и пион:

·у+р->-п+л,+,

и за счет энергии электромагнитного излучения увеличивается мас-са покоя·

Эти опыты доказывают, что элек.тромагнитное излучение, части-цы которого (фотоны) не имеют массы покоя, может превращаться в частицы вещества и обратно.

Все изложенное подтверждает, что материя существует в виде еещества и поля и эти два вида материи могут превращаться друг в друга· Это превращение может происходить с участием кинетиче-ской энергии· Например, протон может приобрести энергию ·в элект-рическом поле ускорителя, а затем при его столкновении с другим протоном за счет кинетической энергии могут образоваться новые

4301^10)1.

Американский физик Э· Лоуренс и его сотрудники получили в 1955 г.антипротон,ав 1956 г.антинейтрон· Эги анти-частицы были получены в мощном ускорителе при бомбардировке протонов протонами с энергией 6· 103 МэВ· При столкновениях протонов рождались пары протон—антипротон и нейтрон—антинейт-рон:

р+р--Р+р+р+р^ р+р—>·р+р+п+п.

Рис. 4

При встрече антипротона с протоном или антинейтрона с нейт-роном происходит их аннигиляция: нуклон и антинуклон исчезают, а вместо них образуется несколько нейтральных и заряженных пионов (в среднем около 5). На рис. 4 показана аннигиляция анти-протона и протона в пузырьковой камере· Движущийся снизу анти-протон р встречается с протоном· В резуль-тате аннигиляции в этом случае образовались 4 положительных и 4 отрицательных пиона, разлетающихся в разные стороны (магнитное поле направлено от читателя)· Излом одного следа в нижней части рисунка означает рас-пад пиона: я"*"->-[х"'"+у(* (нейтрино следа не оставляет).

Нейтральные пионы распадаются на у-кван-ты· Заряженные пионы распадаются с обра-зованием мюонов и нейтрино, мюоны в свою очередь распадаются с образованием электро-нов, позитронов и нейтрино· Аннигиляция по-зитронов заканчивает превращение пары нук-лон — антинуклон, В результате образуются несколько у-квантов и несколько нейтрино· Открытие антинуклонов указывает на воз-можность существования антивещест-в а, целиком состоящего из античастиц„ Так, отрицательно заряженный антипротон с вращающимся вокруг него позитроном представляет собой антиводород· Антинуклоны могут образовать ядра других антиатомов, Пока удалось получить только антидейтрон и ядро антигелия· Ясно, что получение антивещества встречает огромные трудности, поскольку при его контакте с вещест-вом происходит аннигиляция· Возможно, что где-нибудь во Вселен-ной суш,ествуют целые антимиры, состоящие из антивещ,ества· Но установить это в настоящее время.

§ 5. Открытие новых элементарных частиц.

В 1947 г. Г. Рочестер и С. Батлер при изучении космических лучей обнаружили в камере Вильсона расходящиеся из одной точки в виде буквы V следы частиц, Было очевидно, что они рождались при распаде каких-то неизвестных частиц, которые нейтральны и следов не оставляли·

Позднее эти новые частицы были обнаружены и другими исследо-вателями. Одна из них примерно вдвое легче протона и была названа к-мезоном, или каоном; другая, несколько тяжелее протона, получила название Л-частицы (ламбда).

В течение последующих восьми лет к ним присоединились заряженные каоны, а также два новых вида тяжелых частиц: E-частицы (сигма) и #-частицы (кси), E- и #-частицы, как и Л-частица, оказались тяжелее протона и получили общее название гиперонов.

Открытие каонов и гиперонов было совершенно неожиданным, и они получили название странных частиц. Их роль в строении вещества неясна, хотя очевидно, что все они участвуют в ядерных взаимодействиях· Странные частицы обладают рядом «загадоч-

ых» свойств, например имеют неожиданно большое с точки зрения еории время жизни·

Элементарные частицы образуются при столкновениях частиц ысоких энергий с другими частицами· Долгое время такие столк-:овения можно было наблюдать только в космических лучах, которые были единственным источником частиц высоких энергий· В космических лучах и было открыто большинство элементарных частиц.

В настоящее время для изучения элементарных частиц используются ускорители протонов и других заряженных частиц. На крупнейшем Серпуховском ускорителе получают пучок протонов с энергией 76·10^3 МэВ, а также пучки других частиц (пионов, каонов и др.) с энергией до 60· 10^3 МэВ. Строятся гигантские ускорители, расчитанные на получение энергий порядка 10^6 МэВ·