Основные теории и открытия космомикрофизики. Что такое элементарные частицы и их классификация. Исследование природы космических лучей галактического и метагалактического происхождения. Взаимосвязь между элементарными частицами и космическими лучами.
Аннотация к работе
После открытия рентгеновских лучей и радиоактивности были обнаружены заряженные частицы, приходящие на Землю из космического пространства. Эти частицы были названы космическими лучами. Датой открытия космических лучей принято считать 1912 год, когда австрийский физик В.Ф. Ионизующее излучение, слабо поглощаемое воздухом и увеличивающееся с увеличением высоты, образуется космическими лучами, падающими на границу атмосферы из космического пространства. Космические лучи представляют собой ядра различных элементов, следовательно, являются заряженными частицами.В эту группу входят протон, нейтрон, электрон, фотон, - мезон, мюон, нейтрино нескольких типов, так называемые странные частицы (K-мезоны, гипероны), очарованные частицы, промежуточные векторные бозоны и т. д. Между элементарными частицами это взаимодействие осуществляется через электромагнитное поле; для его существования наличие электрического заряда у частицы не обязательно. Так называемая калибровочная симметрия отвечает тому факту, что некоторые сохраняющиеся величины, называемые "зарядами" (например, электрический заряд) являются одновременно источниками полей, переносящих взаимодействия между частицами, обладающими данным типом "заряда". Соображения симметрии приводят к неизбежному выводу о том, что у каждой элементарной частицы существует "двойник" - античастица, которая отличается от частицы только знаком некоторых характеристик взаимодействий (например, электрического заряда, магнитного момента, лептонного и барионного заряда). У некоторых частиц, в частности у фотона, античастица совпадает с самой частицей.Развитие физики элементарных частиц тесно связало с изучением космического излучения - излучения, приходящего на Землю практически изотропно со всех направлений космического пространства. Измерения интенсивности космического излучения, проводимые методами, аналогичными методам регистрации радиоактивных излучений и частиц, приводят к выводу, что его интенсивность быстро растет с высотой, достигает максимума, затем уменьшается и с h=50 км остается практически постоянной. Излучение, приходящее непосредственно из космоса, называют первичным космическим излучением. Исследование его состава показало, что первичное излучение представляет собой поток элементарных частиц высокой энергии, причем более 90% из них составляют протоны с энергией примерно 109 - 1013 ЭВ, около 7% ?-частицы и лишь небольшая доля (около 1%) приходится на ядра более тяжелых элементов (Z>20). С приближением к Земле интенсивность космического излучения возрастает, что свидетельствует о появлении вторичного космического излучения, которое образуется в результате взаимодействия первичного космического излучения с ядрами атомов земной атмосферы.В развитии современной физики высоких энергий (физики элементарных частиц) космические лучи сыграли роль прародителей этой области физики. Они явились источником крупнейших открытий XX века: открытия антиматерии (позитрона), тяжелых электронов (мюонов), открытия, как думали раньше, основного носителя ядерных сил - пиона, который играет ведущую роль в ядерных процессах, открытия странных частиц и чармированных частиц.
План
Содержание
1. Введение
2. Элементарные частицы
3. Космомикрофизика
4. Космические лучи
5. Заключение
6. Литература
Введение
Конец XIX - начало XX века ознаменовались новыми открытиями в области микромира. После открытия рентгеновских лучей и радиоактивности были обнаружены заряженные частицы, приходящие на Землю из космического пространства. Эти частицы были названы космическими лучами.
Датой открытия космических лучей принято считать 1912 год, когда австрийский физик В.Ф. Гесс с помощью усовершенствованного электроскопа измерил скорость ионизации воздуха в зависимости от высоты. Оказалось, что с ростом высоты величина ионизации сначала уменьшается, а затем на высотах свыше 2000 м начинает резко возрастать. Ионизующее излучение, слабо поглощаемое воздухом и увеличивающееся с увеличением высоты, образуется космическими лучами, падающими на границу атмосферы из космического пространства.
Космические лучи представляют собой ядра различных элементов, следовательно, являются заряженными частицами. Наиболее многочисленны в космических лучах ядра атомов водорода и гелия (~85 и ~10 % соответственно). Доля ядер всех остальных элементов таблицы Менделеева не превышает ~ 5 %. Небольшую часть космических лучей составляют электроны и позитроны (менее 1 %).
В процессах, происходящих во Вселенной, КЛ играют важную роль. Плотность энергии КЛ в нашей Галактике составляет ~1 ЭВ/см3, что сравнимо с плотностями энергий межзвездного газа и галактического магнитного поля.
Элементарные частицы (в буквальном значении этого термина) - это первичные, неделимые частицы, из которых по предложению состоит вся материя. Понятие "элементарные частицы" отражает чаяния ученых найти "первичные сущности", определяющие все известные свойства материального мира. На рубеже XIX и XX вв. были обнаружены мельчайшие носители свойств вещества - молекулы и атомы. Это позволило впервые описать все известные вещества как комбинацию большого числа составляющих частиц - атомов. В дальнейшем были выявлены составные элементы атомов - электроны и ядра. Установлена сложная система самих ядер. В тот период исследований известными представителями элементарных частиц были протон, нейтрон, электрон и фотон - частица электромагнитного поля. Эти четыре частицы тали считаться элементарными, т.к. они служили основами строения вещества и света.
В данной работе я попытаюсь выяснить, что такое элементарные частицы и космические лучи. Я рассмотрю, что они из себя представляют и какую роль играют элементарные частицы в космических лучах.
Для начала нужно понять, что такое элементарные частицы, классифицировать их, выяснить природу космических лучей и понять взаимосвязь между элементарными частицами и космическими лучами.
Вывод
В развитии современной физики высоких энергий (физики элементарных частиц) космические лучи сыграли роль прародителей этой области физики. Они явились источником крупнейших открытий XX века: открытия антиматерии (позитрона), тяжелых электронов (мюонов), открытия, как думали раньше, основного носителя ядерных сил - пиона, который играет ведущую роль в ядерных процессах, открытия странных частиц и чармированных частиц. Их изучение привело к открытию процесса множественного рождения частиц, открытиям электромагнитного и ядерно-каскадного процессов при прохождении частиц через вещество. Как известно, после создания ускорителей электронов, протонов и атомных ядер исследование элементарных частиц и их свойств переместилось из космических лучей на ускорители. Космическим лучам сейчас отведена другая существенная роль - поставлять частицы сверхускорительной энергии для детальной разведки того, что при сверхвысоких энергиях видно нового и необычного по сравнению с тем, что уже открыто и известно из работ на ускорителях.
Космические лучи представляют собой интереснейшее явление природы, и, как все в природе, оно тесно связано с другими процессами в звездных объектах, в нашей Галактике, на Солнце и в атмосфере Земли. Человек уже многое знает о космических лучах, но такие важные вопросы, как причины ускорения космических лучей, в том числе до столь гигантских значений как E~1020 ЭВ, химический состав космических лучей при E>1014 ЭВ, количественное описание процессов распространения частиц в Галактике и в околосолнечном пространстве, ускорение частиц во вспышках на Солнце и многое другое остаются пока нерешенными.
Список литературы
1. Концепции Современного Естествознания. Учебник для ВУЗОВ/ Под ред. В.Н. Лавриненко, проф. В.П. Ратникова - 3-е изд., перераб. И доп. - М.: ЮНИТИ - ДАНА, 2006
2. Энциклопедия современного естествознания. Т4. Физика элементарных частиц. Астрофизика. Гл. ред-р - В.Н. Сойфер. Глава "космические лучи".
3. Дорман И.В. Космические лучи (исторический очерк) М.: Наука, 1987
4. Березинский В.С., Буланов С.В., Гинзбург В.Л. и др. Астрофизика космических лучей/ Под ред. В.Л. Гинзбурга. М.: Наука, 1990
5. Е.И. Бутиков, А.А. Быков, А.С. Кондратьев Физика для поступающих в ВУЗЫ: Учеб. Пособие - 4-е изд-е. Издательство "Лань", 1999
6. А.М. Дыбов, В.А. Иванов. Концепции современного естествознания. Ижевск: Издательский дом "Удмуртский университет", 1999