античастинки
Для
будь-якої відомої елементарної частинки є ймовірність знайти античастинку --
тобто частку з тією ж масою, але протилежними іншими фізичними
характеристиками.
В
1920-і роки - після введення принципів квантової механіки - субатомний світ
представлявся вкрай простим. Всього два види елементарні частинки - протони і
нейтрони - складали ядро атома (хоча експериментально існування нейтронів
і було підтверджено лише в 1930-і роки), і один вид часток - електрони --
існували за межами ядра, обертаючись навколо нього на орбітах. Здавалося, все
різноманіття Всесвіту збудовано з цих трьох частинок.
На жаль,
настільки простий картині світу судилося проіснувати недовго. Вчені,
обладнавши високогірні лабораторії по всьому світу, взялися за вивчення
складу космічних променів, бомбардир нашу планету (див. Елементарні
частки), і незабаром почали відкривати всілякі частинки, що не мають ні
найменшого відношення до вищеописаної ідилічною тріаді. Зокрема, були
виявлені абсолютно невизначені за своєю природою античастинки.
Світ
античастинок - свого роду дзеркальне відображення знайомого нам світу. Маса
античастинки в точності дорівнює масі частинки, якою вона начебто
відповідає, але всі її інші характеристики протилежні прообразу.
Наприклад, електрон несе негативний електричний заряд, а парна йому
античастинка - «позитрон» (похідне від «позитивний електрон») --
позитивний. У протона позитивний заряд, а у антипротона - негативний. І
так далі. При взаємодії частинки і парної їй античастинки відбувається їх
взаємна анігіляція - обидві частинки припиняють своє існування, а їх маса
перетвориться в енергію, яка розсіюється в просторі у вигляді спалаху
фотонів та інших надлегких частинок.
Існування
античастинок вперше передбачив Поль Дірак в статті, опублікованій ним у 1930
році. Щоб зрозуміти, як ведуть себе частинки і античастинки при взаємодії з
Дірака, уявіть собі рівне поле. Якщо взяти лопату і вирити в ньому ямку, в
полі з'являться два об'єкти - власне ямка і купка грунту поруч з нею. Тепер
уявімо, що купка грунту - це звичайна частка, а ямка, або «відсутність
купки грунту », - античастинка. Засипте ямку раніше витягнутим з неї грунтом --
і не залишиться ні ямки, ні купки (аналог процесу анігіляції). І знову перед
вами рівне поле.
Поки
йшло теоретизування навколо античастинок, молодий фізик-експериментатор з
Каліфорнійського технологічного інституту Карл Дейвід Андерсон (Carl David
Anderson) (1905-1991) монтував обладнання астрофізичної лабораторії на
вершині Пайк в штаті Колорадо, маючи намір зайнятися вивченням космічних
променів. Працюючи під керівництвом Роберта Міллікена (див. Досвід Міллікена), він
придумав установку для реєстрації космічних променів, що складається з мішені,
вміщеній в потужне магнітне поле. Бомбардуючи мішень, частки залишали в
камері навколо мішені треки з крапельок конденсату, які можна було
сфотографувати й по отриманих фотографій вивчати траєкторії руху
частинок.
При
допомогою цього апарату, що отримав назву конденсационная камера, Андерсон
зміг зареєструвати частинки, що виникають в результаті зіткнення
космічних променів з мішенню. За інтенсивністю треку, залишеного частинкою, він
міг судити про її масі, а за характером відхилення її траєкторії в магнітному полі
- Визначити електричний заряд частинки. До 1932 року йому вдалося
зареєструвати ряд зіткнень, в результаті яких утворювалися частки
з масою, що дорівнює масі електрона, однак відхилялися вони під впливом
магнітного поля в протилежну сторону в порівнянні з електроном і,
отже, мали позитивний електричний заряд. Так була вперше
експериментально виявлена античастинка - позитрон. У 1932 році Андерсон
опублікував отримані результати, а в 1936 році був відзначений за них половиною
Нобелівської премії з фізики. (Другу половину премії отримав австрійський
фізик-експериментатор Віктор Франц Гесс (Victor Franz Hess) (1883-1964),
вперше експериментально підтвердив існування космічних променів. - Прим.
перекладача.) Це був перший (і, поки що, останній) випадок присудження
Нобелівської премії вченому, офіційно навіть не значиться на той момент у
штаті наукових співробітників свого університету!
Хоча
описаний вище приклад, здавалося б, є ідеальною ілюстрацією сценарію
«Прогноз - перевірка» в рамках наукового методу, описаного у вступі,
історична реальність є не настільки простий, як здається. Річ у
те, що Андерсон, судячи з усього, не знав про публікацію Дірака абсолютно нічого
до свого експериментального відкриття. Так що в даному випадку мова йде,
скоріше, про одночасне теоретичному і експериментальному відкритті позитрона.
Всі
наступні за позитроном античастинки були експериментально виявлені вже в
лабораторних умовах - на прискорювачах. Сьогодні фізики-експериментатори мають
можливість буквально штампувати їх в потрібних кількостях для поточних
експериментів, і чимось незвичайним античастинки давно не рахуються.
Список літератури
Для
підготовки даної роботи були використані матеріали з сайту http://elementy.ru/
