Элементарные частицы. Открытие позитрона. Методы наблюдения и регистрации элементарных частиц. Круглый стол «Фундаментальные взаимодействия. Единство физической картины мира» Готовый урок физики для 11 класса

Элементарные частицы изучают не как неподвижные «шарики», а по их взаимодействиям и следам в детекторах. Частица может превратиться в другие частицы, если выполняются законы сохранения энергии, импульса, момента импульса и электрического заряда.

Предсказание и обнаружение позитрона

В 1931 году Поль Дирак теоретически предсказал существование позитрона — античастицы электрона. Позитрон имеет ту же массу, что электрон, и противоположный заряд +e.

Через два года позитрон был обнаружен по следу в камере Вильсона, помещённой в магнитное поле. Направление искривления трека показало знак заряда, а радиус кривизны вместе с энергией позволил сравнить отношение заряда к массе с электронным. После прохождения свинцовой пластинки частица потеряла энергию, поэтому радиус её траектории уменьшился, а кривизна увеличилась.

Рождение пары и аннигиляция

Фотон достаточно большой энергии вблизи ядра может породить электронно-позитронную пару. Минимальная энергия должна покрыть энергию покоя двух частиц:

Ядро рядом необходимо для выполнения закона сохранения импульса. Обратный процесс называется аннигиляцией: электрон и позитрон исчезают как исходные частицы, а их энергия и импульс переходят к фотонам или другим частицам. Для медленной пары обычно рассматривают два гамма-кванта, разлетающихся в противоположных направлениях. Это не уничтожение энергии или заряда: суммарный заряд пары равен нулю, а энергия сохраняется.

Аннигиляция — превращение частиц, а не простая перестановка неизменных составных частей. Пара частица—античастица может рождаться и аннигилировать и для других видов частиц.