Реферат на тему:
"Елементарні частинки в космічних променях"
з дисципліни "Концепції сучасного природознавства"
Зміст
Введення
Елементарні частинки
Космомікрофізика
Космічні промені
Висновок
Література
1. Введення
Кінець XIX - початок XX століття ознаменувалися новими відкриттями в області мікросвіту. Після відкриття рентгенівських променів і радіоактивності були виявлені заряджені частинки, що приходять на Землю з космічного простору. Ці частинки були названі космічними променями.
Датою відкриття космічних променів прийнято вважати 1912 рік, коли австрійський фізик В.Ф. Гесс за допомогою вдосконаленого електроскопа виміряв швидкість іонізації повітря залежно від висоти. Виявилося, що із зростанням висоти величина іонізації спочатку зменшується, а потім на висотах понад 2000 м починає різко зростати. Ионизующее випромінювання, слабо поглинається повітрям і збільшується з збільшенням висоти, утворюється космічними променями, що падають на межу атмосфери з космічного простору.
Космічні промені є ядра різних елементів, отже, є зарядженими частинками. Найбільш численні в космічних променях ядра атомів водню і гелію (~ 85 та ~ 10% відповідно). Частка ядер всіх інших елементів таблиці Менделєєва не перевищує ~ 5%. Невелику частину космічних променів складають електрони і позитрони (менше 1%).
У процесах, що відбуваються у Всесвіті, КЛ грають важливу роль. Щільність енергії КЛ в нашій Галактиці складає ~ 1 еВ / см 3, що можна порівняти з щільностями енергій міжзоряного газу і галактичного магнітного поля.
Елементарні частинки (у буквальному значенні цього терміна) - це первинні, неподільні частинки, з яких за пропозицією складається вся матерія. Поняття "елементарні частинки" відображає сподівання вчених знайти "первинні сутності", які визначають усі відомі властивості матеріального світу. и XX вв.
На рубежі XIX і XX ст. були виявлені дрібні носії властивостей речовини - молекули й атоми. Це дозволило вперше описати всі відомі речовини як комбінацію великого числа складових частинок - атомів. Надалі були виявлені складові елементи атомів - електрони і ядра. Встановлено складна система самих ядер. У той період досліджень відомими представниками елементарних частинок були протон, нейтрон і фотон - частинка електромагнітного поля. Ці чотири частинки талі вважатися елементарними, тому що вони служили основами будови речовини і світла.У даній роботі я спробую з'ясувати, що таке елементарні частинки і космічні промені. Я розгляну, що вони з себе представляють і яку роль відіграють елементарні частинки в космічних променях.
Для початку потрібно зрозуміти, що таке елементарні частинки, класифікувати їх, з'ясувати природу космічних променів і зрозуміти взаємозв'язок між елементарними частинками і космічними променями.
2. Елементарні частинки
У сучасній фізиці термін "елементарні частки" вживається не в своєму звичайному значенні чогось первинного, нерозкладного на більш просте, а для найменування великої групи найдрібніших суб'ядерних частинок. У цю групу входять протон, нейтрон, фотон, -мезоны, гипероны), очарованные частицы, промежуточные векторные бозоны и т. д. — всего к настоящему времени известно более 350 частиц, в основном нестабильных.
- Мезон, мюон, нейтрино декількох типів, так звані дивні частинки (K-мезони, гіперонів), зачаровані частинки, проміжні векторні бозони і т. д. - всього до теперішнього часу відомо більше 350 частинок, в основному нестабільних. Більшість перерахованих часток не задовольняє звичайному визначенням елементарності, оскільки за сучасними уявленнями вони самі є складовими системами. Об'єднуючий їх ознака полягає в тому, що вони представляють форму матерії, не асоційованої в ядра і атоми.Класифікація елементарних частинок.
група | Назва частинки | Символ | Заряд, e | Маса спокою, m e | Сплін, ħ | Ізосплін I | Лептонні число L | Баріонний заряд B | Дивина S | Час життя, з | ||
частинки | Антічаст. | |||||||||||
Фотони | Фотон | γ | 0 | 0 | 1 | - | 0 | 0 | 0 | стабільний | ||
Лептони | Електрон Електронне нейтріноно Мюон Мюонне нейтрино Таон Таонное нейтрино | e - ν e μ - ν μ τ - ν τ | e + ν - e μ + ν μ - τ + ν τ - | 1 0 1 0 1 0 | 1 0 206,8 0 3487 0 | ½ ½ ½ ½ ½ ½ | - - - - - - | +1 +1 +1 +1 +1 +1 | 0 0 0 0 0 0 | 0 0 0 0 0 0 | Стабільний Стабільно 10 -6 Стабільно 10 -12 ? | |
Мезони | Півонії Каона Ця-мезон | π 0 π + K 0 K + ɳ 0 | π - K -0 K - | 0 1 0 1 1 | 264,1 273,1 974,0 966,2 1074 | 0 0 0 0 0 | 1 1 ½ ½ - | 0 0 0 0 0 | 0 0 0 0 0 | 0 0 +1 +1 0 | 10 -16 10 -8 10 -10 -10 -8 10 -8 10 -19 | |
Адрони | Ядерна фізика | Протон Нейтрон Гіперони: Лямбда Сигма Ксі омега | p n λ 0 Σ 0 Σ + Σ - Ξ 0 Ξ - Ω - | p - n - λ -0 Σ -0 Σ - + Σ - Ξ -0 Ξ - Ω - | 1 0 0 0 1 1 0 1 1 | 1836,2 1838,7 2183 2334 2328 2343 2573 2586 3273 | ½ ½ ½ ½ ½ ½ ½ ½ 3 / 2 | ½ ½ 0 1 1 1 ½ ½ 0 | 0 0 0 0 0 0 0 0 0 | +1 +1 +1 +1 +1 +1 +1 +1 +1 | 0 0 -1 -1 -1 -1 -2 -2 -3 | Стабільний 10 -3 10 -10 10 -20 10 -10 10 -10 10 -10 10 -10 10 -10 |
Найбільш важлива властивість всіх елементарних частинок - здатність до взаємних перетворень, тобто здатність народжуватися і знищуватися (випускати і поглинатися). Всі процеси з елементарними частинками, включаючи їх розпади, протікають через послідовність актів поглинання і випускання, в яких неодмінно виконуються закони збереження.
Процеси за участю різних елементарних частинок сильно розрізняються по інтенсивності протікання, тобто за характерними часу та енергії. У відповідності з цим взаємодію, в яких вони беруть участь, феноменологічні поділяють на сильне, електромагнітну, слабку і гравітаційне. Сильна взаємодія призводить до найбільш міцного зв'язку елементарних частинок; саме воно обумовлює зв'язок протонів і нейтронів в атомних ядрах.
Електромагнітна взаємодія відповідально за зв'язок атомних електронів з ядрами і зв'язок атомів в молекулах і конденсованих середовищах. Між елементарними частинками це взаємодія здійснюється через електромагнітне поле, для його існування наявність електричного заряду у частинки не обов'язково. Наприклад, що не володіє електричним зарядом нейтрон має магнітний момент і бере участь в електромагнітній взаємодії.
Слабка взаємодія проявляється в порівняно повільно протікають процеси розпаду деяких елементарних частинок і атомних ядер. Наприклад, завдяки слабкому взаємодії вільний нейтрон розпадається на протон, електрон і електронне антинейтрино. Незважаючи на порівняно малу інтенсивність і короткодіючі, слабка взаємодія відіграє дуже важливу роль у структуру Всесвіту. Наприклад, якщо б вдалося "вимкнути" слабка взаємодія, то згасло б Сонце, так як був би неможливий процес перетворення протона в нейтрон, позитрон і нейтрино, в результаті якого чотири протона, в кінцевому рахунку, синтезуються в ядро . Цей процес служить джерелом енергії Сонця і більшості зірок.
Усі без винятку частинки беруть участь в гравітаційній взаємодії, яке, однак, на субатомних відстанях порядку 10 -13 см і менше не грає практично ніякої ролі.
Залежно від здатності до участі в тих інших видах взаємодій всі елементарні частинки, за винятком фотона, розбиваються на дві основні групи: адрони і лептони. Андрон поряд з електромагнітним і слабким взаємодіями беруть участь у сильній взаємодії. Лептони беруть участь тільки в електромагнітному і слабкому взаємодіях.
Відносна роль різних видів взаємодій (сильного, електромагнітного, слабкого) в процесах з елементарними частинками залежить від енергії частинок. Тому поділ взаємодій на види залежно від інтенсивності процесів надійно здійснюється тільки при не дуже високих енергіях. У сучасній фізиці росте впевненість, що всі взаємодії в природі тісно пов'язані між собою і по суті є різними проявами деякого єдиного поля. Об'єднання всіх взаємодій залишається поки невирішеним завданням фізичної теорії.
Керівна ідея в розвитку теорії елементарних частинок заснована на уявленні про внутрішні симетрія. Наприклад, сильна взаємодія симетрично щодо поворотів в абстрактному ізотопічного просторі. Одним з проявів цієї симетрії є зарядова незалежність ядерних сил. Так звана калібрувальна симетрія відповідає тому факту, що деякі зберігаються величини, звані "зарядами" (наприклад, електричний заряд) є одночасно джерелами полів, що переносять взаємодії між частинками, що володіють даним типом "заряду". З кожним типом симетрії у фізиці пов'язаний певний закон збереження.
Міркування симетрії призводять до неминучого висновку про те, що у кожної елементарної частинки існує "двійник" - античастинка, яка відрізняється від частки лише знаком деяких характеристик взаємодій (наприклад, електричного заряду, магнітного моменту, лептонного і баріонного заряду). У деяких часток, зокрема у фотона, античастинка збігається з самою часткою. Такі частинки називаються істинно нейтральними. При зустрічі частки зі своєї античастицей відбувається їх анігіляція.
Наприклад, при аннігілляціі електрона і позитрона вони перетворюються на два, три чи кілька - Квантів. Один - Квант випроменить не може, так як це несумісне з законами збереження. При анігіляції важких частинок і античастинок виникають не стільки -Кванти, скільки інші легкі частки, наприклад - Мезони при анігіляції протона і антипротона. Поряд з анігіляцією при достатньо великої енергії можливий і зворотний процес народження пари частинка-античастинка.
Значні зусилля докладаються в даний час у спробах розглянути на єдиній основі не тільки електромагнітне і слабке, але і сильну взаємодію. Спостережувані великі відмінності між цими взаємодіями вважаються зумовленими порушенням симетрії при доступних в даний час енергіях. Їх єдина природа може проявитися тільки при енергії частинок у зустрічних пучках порядку жовтні 1914 ГеВ. При цьому кварки і лептони виявляться однотипними об'єктами і стануть можливими їх взаємні перетворення. Наслідком таких уявлень стало передбачення нестабільності вільного протона з середнім часом життя 10 30 -10 32 років, що істотно перевищує вік Всесвіту. Ця теорія відома під назвою Великого об'єднання. Теорія, яка зуміє включити і гравітацію, вже заздалегідь отримала назву Супероб'едіненіе.
Теорії Великого об'єднання актуальні лише при настільки високих енергіях, які могли існувати тільки на самих ранніх етапах існування Всесвіту. Таким чином, фізика елементарних частинок, прориваючись в область високих енергій, з'єдналася з сучасною космологією - теорією еволюції Всесвіту. З'явилася нова наука - Космомікрофізика.
3. Космомікрофізика
Космомікрофізика - закономірний результат внутрішнього розвитку і фізики елементарних частинок, і космології. У появі цієї науки з'єднуються дві тенденції - перехід до теорії елементарних частинок, нетривіальні прояви якої розкриваються тільки в процесах при надвисоких енергіях, і виникнення уявлень про нові форми матерії, необхідних для Гартрі опису сукупності спостережуваних явищ у Всесвіті. Чітке усвідомлення взаємопов'язаності проблем вибору правильного фундаменту структури мікросвіту і фундаментального обгрунтування структури макросвіту вивело взаємозв'язок уявлень мікро-і макросвіту на новий рівень, на якому ці проблеми зливаються в новій якості. У Космомікрофізика структура мікросвіту знаходить полнозвучіе гармонії небесних сфер.
Зв'язок уявлень про мікро-і макросвіті простежується на всіх етапах їх розвитку. Довгий час судження про світобудову і про його першооснову, становлячи єдине ціле, залишалися суто умоглядними. Джерелом таких суджень були спостереження і висновки на їх основі.
Оптичні прилади озброїли очей спостерігача. Звернення в глиб явищ за допомогою мікроскопа і розширення погляду на світ за допомогою телескопа сталися на основі одного і того ж фізичного принципу. І, напевно, не випадково біля витоків і фізичного експерименту, і оптичної астрономії стоїть один і той же вчений - Галілео Галілей. З цього моменту оптична астрономія та експериментальна фізика розвивалися самостійно. Чітко виявлялася їх специфіка.
Астрономії було дано лише пильно вдивлятися в зовнішні прояви астрономічних об'єктів, надра яких закриті для очей, спостерігати результат процесів, причини і перебіг яких недоступні контролю. У фізичному експерименті можна дробити об'єкти дослідження, докопуючись до їх суті, можна змінювати початкові умови і контролювати хід процесів. Тому не дивно, що у стосунках астрономії та фізики розвиток фізики виходило довгий час на передній план, визначаючи і прогрес астрономії, і ступінь осмислення астрономічних результатів.
Так, вивчена фізикою структура атомів і спектрів їх випромінювання озброїла астрономію методами спектрального аналізу. Фізичні закони взаємодії речовини і випромінювання лягли в основу розуміння закономірностей випромінювання зірок, а розвиток ядерної фізики відкрило астрономам джерела енергії цього випромінювання. Відкриття гелію по лініях випромінювання Сонця, існування рівня збудження в вуглеці, теоретично передбачене для пояснення термоядерного горіння гелію в зірках, і ще трохи іншого - можна на пальцях перелічити відповідні астрофізичні знаки подяки фізики. Астрофізика, здавалося, була приречена лише на освоєння міцно підтверджених у лабораторіях фізичних законів, на роль своєрідного полігону, заломлюючого відомі ефекти їх дії в химерних поєднаннях неземних умов, що підлягають вивченню.
Однак у 20-ті роки XX століття уявному погляду Фрідмана постала мінлива суть Всесвіту, її нестаціонарність, підтверджена потім у спостереженнях Хаббла. На місці вічною і незмінною Всесвіту відкрилася картина її розширення за кінцевий час з надщільний фази в сучасний стан.
Тим самим астрономія надала фізики природний прискорювач, масштаби і значення якого починають повною мірою усвідомлювати фізикою мікросвіту тільки зараз.
Створення теорії нестаціонарного Всесвіту майже на десятиріччя випередив революційний крок, зроблений в 30-і роки в уявленнях про елементарні частинки.
Вихід з болісних проблем збереження енергії і моменту в бета-розпаді, "азотної" катастрофи і будови ядра фізика мікросвіту знайшла у відмові від вічних і незмінних частинок, в переході до уявлень про можливості їх народження і знищення в процесах їх перетворень. Інший урок, отриманий у 30-ті роки, полягав у тому, що кількість елементарних частинок в Природі виявилося значно більше, ніж цього вимагає проста і економна картина будови речовини.
Революції у фізиці елементарних частинок і в науці про Всесвіт в цілому, космології відбулися в одне десятиліття, і хоча вони охоплювали зовсім не перетинаються в той час галузі знання, близькість за часом цих двох подій далеко не випадкова. Усвідомлення факту нестаціонарності Всесвіту психологічно
Підготувало і зміну уявлень про властивості мікрочастинок: у Всесвіті, за кінцевий час радикально змінює свій стан, вічним і незмінним часткам немає місця. Звідси і зміна погляду на підстави фізики - закони збереження та взаємодії елементарних частинок.
Рис. 1. Знищення початкового електрона 1 і народження скінченного електрона 2 супроводжується народженням або поглинанням електромагнітного гамма-кванта.
Так, збереження електричного заряду виявлялося не простим наслідком збереження незнищенних електрично заряджених частинок, а нетривіальним правилом, визначальним строгий локальний баланс знищення і народження заряджених частинок. Змінювалося і помилкове уявлення про заряд як міру електромагнітного взаємодії від невід'ємною характеристики вічною і незмінною частки до характеристики закону перетворення, при якому знищення початкової і народження кінцевої заряджених частинок супроводжувалися народженням або знищенням електромагнітного кванта (рис. 1).
Ця зміна уявлень містила багатющий простір для узагальнень. Точно так само можна було описати і закони ядерних перетворень сильного 'і слабкої взаємодій. У таких перетвореннях знищення і народження частинок супроводжуються народженням та поглинанням квантів поля сильного або слабкого взаємодій.
Логічний крок до однакового опису всіх фундаментальних взаємодій міг би бути зроблено ще: у 30-ті роки, але для його здійснення потрібно ціле п'ятдесятиріччя. Труднощі звивистого шляху до однакової картині всіх взаємодій була пов'язана з необхідністю поєднати схожість опису з відмінністю в спостережуваних властивості цих взаємодій. Потрібно було пояснити, чому слабка взаємодія відбувається лише на малих відстанях, перетворення яких саме частинок викликає процеси сильної взаємодії і з якими зарядами взаємодіють кванти його поля.
Відповіді на ці та інші питання склали сучасну теорію електромагнітного, слабкої і сильної взаємодій, засновану на симетрії перетворенні частинок і пояснює спостережувані відмінності їх властивостей порушенням цієї симетрії. Розширюючи симетрію, можна було перейти від одноманітності опису різних взаємодій до їх фундаментального єдності. Але такий крок, спочатку виправданий і близьким експериментальним підтвердженням у пошуках розпаду протона, і жорсткою, відповідної експериментальним даними, зв'язком зарядів слабкого та електромагнітного взаємодій, означав стрибок теорії до області надвисоких енергій, недоступної прямому експериментальному вивченню.
З цим кроком теорія втрачала безпосередню опору в експериментальній фізиці високих енергій. Від звичної прямої експериментальної перевірки своїх пророцтв теорія повинна була перейти до аналізу поєднання непрямих проявів своїх фундаментальних побудов. Миру фізики високих енергій, що знаходили своє підгрунтя у власних експериментальних можливості, відкрилися для широкого пошуку всі допустимі непрямі способи дослідження гіпотетичних явищ, пряме експериментальне вивчення яких не представляється можливим. У контексті цієї ситуації взаємозв'язок фізики мікросвіту з космологією набуває особливого значення, стає необхідною опорою розвитку теорії мікросвіту.
Цей взаємозв'язок виростає в необхідну основу розвитку і сучасної космології. Спочатку розвиток теорії розширення Всесвіту проходило відносно самостійно. Відкриття в 1965 р. теплового фону електромагнітного випромінювання підтвердило висунуту Г. Гамовим так звану гарячу модель Всесвіту, що розширюється. Сучасна температура випромінювання (~ 3 К) мала, мала і його щільність енергії в порівнянні з щільністю енергії спокою атомів, але, звертаючи в минуле відомий закон розширення, ми приходимо до картини не тільки щільного, але і гарячого стану речовини з домінуючою щільністю енергії випромінювання .
Прості оцінки показують, що речовина і випромінювання перебували в ранньому Всесвіті в термодинамічній рівновазі. З'єднання закону розширення Всесвіту з законами термодинаміки дозволяло отримати логічно замкнуту картину космологічної еволюції речовини і випромінювання, в яку елементарні частинки, що відкриваються фізикою високих енергій, вносили лише малі кількісні поправки. Ця картина перетворення радіаційно-домінувало гарячої плазми в сучасну неоднорідну структуру речовини, пронизливий однорідним фоновим випромінюванням, якісно підтверджується даними астрономічних спостережень.
Якісно внутрішньо самоузгоджена, ця картина вимагала, однак, певних початкових умов, що задаються при дуже високих температурах і густинах на дуже ранніх стадіях розширення Всесвіту, наглядова інформація про яких відсутня. І для обгрунтування цих початкових умов космологія повинна була звернутися до таких передбачень теорії елементарних частинок, які виявлялися недоступні лабораторної перевірки.
На основі саме цих, не перевірених у лабораторіях, уявлень фізики мікросвіту сучасної космології вдалося обгрунтувати причини розширення і чудову однорідність спостерігається частини Всесвіту, створити теорію інфляційного Всесвіту, пояснити її баріонів асиметрію і природу малих початкових неоднорідностей, розвиток яких призвів до утворення сучасної великомасштабної структури Всесвіту , кількісно узгодити формування цієї структури з спостережуваної изотропией реліктового випромінювання.
Ці успіхи сучасної космології були досягнуті ціною залучення гіпотетичних форм матерії, що визначили приховану масу Всесвіту на різних етапах її еволюції. Тим самим недоступні прямий перевірці в астрономічних спостереженнях основи сучасної космології зливаються з недоступними прямому досвіду основами сучасної теорії мікросвіту.
До тих пір поки фізика мікросвіту обмежувалася вивченням окремих перетворень відомих елементарних частинок, у її теоретичних побудовах звернення до світу в цілому здавалося зайвим. З іншого боку, знання законів загальної еволюції Всесвіту також на перший погляд має мало спільного з детальними уявленнями про окремі процеси з елементарними частинками.
Але, звертаючись до підстав і симетрії мікросвіту і початкових умов розширення Всесвіту, ми виявляємо нерозривний зв'язок фізики елементарних частинок і космології. Фундамент мікро-і макросвіту виявляється єдиним. Вивчення цього єдиного фундаменту в усьому розмаїтті його проявів і є предметом Космомікрофізика.
На шляху до єдиного опису структури мікро-і макросвіту Космомікрофізика природним чином поєднує теоретичні дослідження, обчислювальний експеримент і всі можливі способи отримання непрямої інформації в лабораторних експериментах і астрономічних спостереженнях. Ці складові елементи Космомікрофізика мають свою специфіку, до обговорення якої ми і переходимо.
4. Космічні промені
Розвиток фізики елементарних частинок тісно зв'язало з вивченням космічного випромінювання - випромінювання, що приходить на Землю практично изотропно з усіх напрямків космічного простору. =50 км остается практически постоянной. Вимірювання інтенсивності космічного випромінювання, що проводяться методами, аналогічними методам реєстрації радіоактивних випромінювань і частинок, приводять до висновку, що його інтенсивність швидко зростає з висотою, досягає максимуму, потім зменшується і з h = 50 км залишається практично постійною.
За своїм походженням космічні промені можна поділити на кілька груп.
1) космічні промені галактичного походження. Джерелом ГКЛ є наша Галактика, в якій відбувається прискорення частинок до енергій ~ 18 жовтня еВ.
2) космічні промені метагалактіческого походження, вони мають найбільші енергії, E> жовтні 1918 еВ, утворюються в інших галактиках.
3) Сонячні космічні промені, що генеруються на Сонці під час сонячних спалахів.
4) Аномальні космічні промені, які утворюються в Сонячній системі на периферії геліомагнітосфери.
Основними типами детекторів, які використовуються при вивченні космічних променів, є фотоемульсії і рентгенівські плівки, іонізаційні камери, газорозрядні лічильники, лічильники нейтронів, черенковських і сцинтиляційні лічильники, твердотільні напівпровідникові детектори, іскрові і дрейфові камери.
Розрізняють первинне і вторинне космічні випромінювання. Випромінювання, що приходить безпосередньо з космосу, називають первинним космічним випромінюванням. >20). Дослідження його складу показало, що первинне випромінювання представляє собою потік елементарних частинок високої енергії, причому більше 90% з них складають протони з енергією приблизно 10 9 - 13 жовтня еВ, близько 7% α-частинки і лише невелика частка (близько 1%) припадає на ядра більш важких елементів (Z> 20). За сучасними уявленнями, заснованим на даних астрофізики і радіоастрономії, вважається, що первинне космічне випромінювання має в основному галактичне походження. Вважається, що прискорення частинок до настільки високих енергій може відбуватися при зіткненні з рухомими міжзоряними магнітними полями. = 50 км интенсивность космического излучения постоянна; на этих высотах наблюдается лишь первичное излучение. При h = 50 км інтенсивність космічного випромінювання постійна; на цих висотах спостерігається лише первинне випромінювання.
З наближенням до Землі інтенсивність космічного випромінювання зростає, що свідчить про появу вторинного космічного випромінювання, яке утворюється в результаті взаємодії первинного космічного випромінювання з ядрами атомів земної атмосфери. У вторинному космічному випромінюванні зустрічаються практично всі відомі елементарні частинки. <20 км космическое излучение является вторичным; с уменьшением h При h <20 км космічне випромінювання є вторинним; зі зменшенням h його інтенсивність знижується, оскільки вторинні частки в міру просування до поверхні Землі відчувають поглинання.
У складі вторинного космічного випромінювання можна виділити два компоненти: м'який (сильно поглинається свинцем) і жорсткий (має у свинці великою проникаючою здатністю). Походження м'якого компонента пояснюється наступним чином. >2 m e c 2 , которые в поле атомных ядер превращаются в электронно-позитронные пары. У космічному просторі завжди є γ-кванти з енергією E> 2 m e c 2, який в поле атомних ядер перетворюються в електронно-позитронні пари. 2 . Утворилися таким чином електрони й позитрони, гальмують, у свою чергу, створюють, енергія яких ще достатня для утворення нових електронно-позитронного пар і т. д. до тих пір, поки енергія γ-квантів не буде меншим від 2 m e c 2. Одписано процес називається електронно-позитронно-фотоновини (або каскадним) зливою. Хоча первинні частинки, що призводять до утворення цих злив, і володіють величезними енергіями, але зливові частки є "м'якими" - не проходять через великі товщі речовини. Таким чином, зливові частки - електрони, позитрони і γ-кванти - і являють собою м'який компонент вторинного космічного випромінювання.
Каскади в атмосфері, що викликаються частками великих енергій і займають великі площі, отримали назву широких атмосферних злив. Вони були відкриті французьким фізиком П. Оже та його співробітниками в 1938 році. Високоенергічних космічна частка утворює злива з величезним числом вторинних частинок, так, наприклад, частка з E = 16 жовтня еВ в результаті взаємодій з атомами повітря поблизу поверхні Землі породжує приблизно 10 млн. вторинних частинок, розподілених на великій площі.
Хоча потік високоенергічних космічних променів, що падають на межу земної атмосфери, вкрай малий, широкі атмосферні зливи займають значні площі і можуть бути зареєстровані з високою ефективністю. Для цієї мети на поверхні землі розміщуються детектори частинок на площі в десятки квадратних кілометрів, причому реєструються тільки ті події, в яких спрацьовує відразу кілька детекторів.
Дослідження космічного випромінювання, з одного боку, дозволило на початковому етапі розвитку фізики елементарних частинок отримати основні експериментальні дані, на яких базувалася ця галузь науки, а з іншого - дало можливість і зараз вивчати процеси з частинками надвисоких енергій аж до жовтня 1921 еВ, які ще не отримані штучним шляхом. З початку 50-х років для дослідження елементарних частинок стали застосовувати прискорювачі (дозволяють прискорити частинки до сотень гігаелектрон-вольт), у зв'язку з чим космічне випромінювання втратило свою винятковість при їх вивченні, залишаючись лише основним "джерелом" часток в області надвисоких енергій.
5. Висновок
У розвитку сучасної фізики високих енергій (фізики елементарних частинок) космічні промені зіграли роль прабатьків цієї галузі фізики. Вони стали джерелом найбільших відкриттів XX століття: відкриття антиматерії (позитрона), важких електронів (мюонів), відкриття, як думали раніше, основного носія ядерних сил - півонії, який відіграє провідну роль у ядерних процесах, відкриття дивних частинок і чармірованних частинок. Їх вивчення привело до відкриття процесу множинного народження частинок, відкриттів електромагнітного і ядерно-каскадного процесів при проходженні частинок через речовину. Як відомо, після створення прискорювачів електронів, протонів і атомних ядер дослідження елементарних частинок і їх властивостей перемістилося з космічних променів на прискорювачі. Космічних променів зараз відведена інша суттєва роль - поставляти частки сверхускорітельной енергії для детальної розвідки того, що при надвисоких енергіях видно нового і незвичайного в порівнянні з тим, що вже відкрито і відомо з робіт на прискорювачах.
Космічні промені є цікаве явище природи, і, як усе в природі, воно тісно пов'язане з іншими процесами в зоряних об'єктах, в нашій Галактиці, на Сонце і в атмосфері Землі. Людина вже багато чого знає про космічних променях, але такі важливі питання, як причини прискорення космічних променів, в тому числі до таких гігантських значень як E ~ жовтня 1920 еВ, хімічний склад космічних променів при E> 14 Жовтень еВ, кількісний опис процесів поширення частинок в Галактиці і в навколосонячному просторі, прискорення часток у спалахах на Сонці і багато іншого залишаються поки невирішеними.
6. Література
Концепції сучасного природознавства. Підручник для вузів / Під ред. В.Н. Лавриненко, проф. В.П. Ратникова - 3-е изд., Перераб. І доп. - М.: ЮНИТИ - ДАНА, 2006
Енциклопедія сучасного природознавства. Т4. Фізика елементарних частинок. Астрофізика. Гол. ред-р - В.Н. Сойфер. Глава "космічні промені".
Дорман І.В. Космічні промені (історичний нарис) М.: Наука, 1987
Березинський В.С., Буланов С.В., Гінзбург В.Л. та ін Астрофізика космічних променів / Под ред. В.Л. Гінзбурга. М.: Наука, 1990
Є.І. Бутиків, А.А. Биков, А.С. Кондратьєв Фізика для вступників у ВНЗ: Учеб. Посібник - 4-е изд-е. Видавництво "Лань", 1999
А.М. Дибова, В.А. Іванов. Концепції сучасного природознавства. К.: Видавничий дім "Удмуртська університет", 1999
http://rusnauka.narod.ru/lib/phisic/microastro/rosmfiz.htm
http://www.college.ru/physics/courses/op25part2/content/chapter6/section/paragraph9/theory.html