Открытие новых элементарных частиц

В 1947 р. 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 исследователями. Одна из них примерно вдвое легче протона и была названа К-мезоном, или каоном; другая, несколько тяжелее протона, получила название Ʌ-частицы (ламбда).

В течение последующих восьми лет к ним присоединились заряженные каоны, а также два новых вида тяжелых частиц: Σ-частицы (сигма) и частицы (кси). Σ и частицы (кси), как и Ʌ-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 не ясна, хотя очевидно, что все они участвуют в ядерных взаимодействиях. Странные частицы обладают рядом «загадочных» свойств, например, имеют неожиданно большое с точки зрения теории время жизни.

Элементарные частицы образуются при столкновениях частиц высоких энергий с другими частицами. Долгое время такие столкновения 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*10³ МэВ, а также пучки других частиц (пионов, каонов и др.) с энергией до 60*10³ МэВ. Строятся гигантские ускорители, рассчитанные на получение энергий порядка 10⁶ МэВ.

В середине 50-х годов была открыта еще одна разновидность мезонов: η-мезон (эта), и самая тяжелая частица — Ω^—-гиперон (омега).

В 1961—1962 гг. экспериментально было доказано существование второго типа нейтрино — мюонного нейтрино, получившего обозначение v_μ; электронное нейтрино стали обозначать v_e.

Мюоны образуются вместе со своим нейтрино при распаде заряженных пионов:

π⁺ → μ⁺ + v_μ, π^— → μ^— +^— v_μ

Мюонное нейтрино (v_μ и антинейтрино (^—v_μ очень похожи по своим свойствам на электронное нейтрино (v_e) и антинейтрино (^—v_e), однако опыты показали, что это различные частицы.

Удивительным свойством мюона, которое пока не получило объяснения, является его полное сходство с электроном во всем, кроме массы: мюон в 207 раз тяжелее электрона. Этот «тяжелый электрон» может даже на некоторое время занимать место электрона в атоме, вращаясь по очень близко расположенной к ядру орбите.

При распаде мюонов образуются электроны и позитроны и два нейтрино — электронное и мюонное:

μ^— → e^— + ^—v_e+ v_μ, μ⁺ → e⁺ + v_e + ^—v_μ