Античастицы – кратко о взаимодействии с примерами (9 класс)

Античастицы

Из курса физики за 9 класс известно, что все вещества в природе состоят из элементарных частиц: протонов, нейтронов, электронов и других. В первой половине XX в. были обнаружены частицы, очень похожие на известные, впоследствии названные античастицами. Поговорим кратко о них.

Античастицы – кратко о взаимодействии с примерами (9 класс)

Открытие позитрона

В 1928 г. британский физик П. Дирак вывел квантовое релятивистское уравнение движения электрона (уравнение Дирака). Решением этого уравнения являлись квантовые уровни энергии электрона. И это уравнение давало не только положительные, но и отрицательные решения. Оказалось, что это не бессмысленные решения: электрон с отрицательной энергией следует рассматривать как частицу, равную по массе электрону, но при этом заряженную положительно. Такая частица была названа позитроном.

В 1932 году при наблюдениях космических лучей с помощью камеры Вильсона, помещенной в магнитное поле, К. Андерсон выявил треки частиц, которые по расчетам имели массу и модуль заряда как у электрона, однако направлены треки были в другую сторону. Следовательно, частицы имели положительный заряд и являлись позитронами, предсказанными П. Дираком.

С помощью той же камеры Вильсона был установлен источник этих позитронов: они рождались под действием гамма-квантов космического излучения и всегда в паре с электронами. В 1934 г. также был открыт еще один источник позитронов — $beta^+$ радиоактивность.

Открытие позитрона стало триумфом теории П. Дирака и говорило о существовании античастиц и для других существующих элементарных частиц. Лишь немногие «истинно нейтральные» частицы, например, фотон или бозон Хиггса, не имеют античастиц (точнее, одновременно являются и частицей, и античастицей).

Античастицы – кратко о взаимодействии с примерами (9 класс)

Рис. 1. Открытие позитрона.

Аннигиляция

П. Дирак доказал, что любая частица, встречая свою античастицу, должна исчезать вместе с ней, образовывая гамма-кванты высоких энергий. Такой процесс назвали аннигиляцией. В буквальном переводе с латинского это значит «превращение в ничто».

На самом деле, вещество в природе не может «превращаться в ничто». В соответствии с принципом эквивалентности массы и энергии, гамма-кванты, образовавшиеся в этом процессе, имеют такую энергию, которая соответствует массе слившихся частиц и античастиц. Более того, если изначально частицы перед столкновением обладают некоторой кинетической энергией, она также включается в энергию гамма-квантов, и при очень больших энергиях возможен процесс рождения других, новых частиц (к примеру, протонов).

Античастицы – кратко о взаимодействии с примерами (9 класс)

Рис. 2. Аннигиляция.

Антивещество

Поскольку античастицы обладают всеми свойствами частиц, они точно так же могут образовывать атомы. Из-за возможности аннигиляции антивещество было получено гораздо позже открытия античастиц.

Первые зарегистрированные события образования ядер антивещества (антедейтерия) произошли только в 1965 г., а в начале 1970-х годов были получены единичные ядра антитрития и антигелия.

Первые полностью сформированные атомы антивещества (антиводород, состоящий из антипротона и позитрона) были получены лишь в 2001 г.

Античастицы – кратко о взаимодействии с примерами (9 класс)

Рис. 3. Антиводород.

Что мы узнали?

В соответствии с уравнением Дирака электрон может иметь не только положительные, но и отрицательные уровни энергии. Электрон с отрицательными уровнями энергии может рассматриваться как античастица — позитрон. Почти все частицы в природе имеют свои античастицы. Взаимодействие частиц и античастиц называется аннигиляцией, при этом обе частицы превращаются в гамма-кванты высоких энергий.

Беликова Ирина

Учитель физики, информатики и вычислительной техники. Победитель конкурса лучших учителей Российской Федерации в рамках Приоритетного Национального Проекта "Образование".

Оцените автора
Добавить комментарий

Вставить формулу как
Блок
Строка
Дополнительные настройки
Цвет формулы
Цвет текста
#333333
Используйте LaTeX для набора формулы
Предпросмотр
\({}\)
Формула не набрана
Вставить
Adblock
detector