Античастицы. В конце 20-х годов прошлого века знаменитый английский
физик Поль Дирак разработал теорию движения электронов в атомах. Из
этой теории вытекало, что элементарные частицы могут отличаться не
только массой, но и своими электрическими и магнитными свойствами.
В частности, его теория предсказывала существование "антиэлектронов"
- частиц с массой электрона, но обладающих положительным зарядом.

Прошло всего четыре года, и в 1932 г. при изучении космических лучей
американский физик К. Андерсен обнаружил частицу, свойства которой
совпадали со свойствами "антиэлектронов" Дирака. Новая частица
получила название позитрона.

В настоящее время физикам известны антинейтроны, антипротоны и многие
другие античастицы.

Любопытно, что частицы и античастицы не могут сосуществовать. При
соприкосновении друг с другом они аннигилируют - взаимно уничтожаются
с выделением большого количества энергии, полностью превращаясь в
излучение.

Атом водорода. Водород - простейший и в то же время самый
распространенный химический элемент во Вселенной. Атом водорода
состоит из положительно заряженного ядра - протона и движущегося
вокруг него электрона. Электрические заряды электрона и протона
одинаковы, но противоположны по знаку. Масса протона в 1836 раз
больше массы электрона. Масса атома водорода в граммах составляет
1.67*10^-24 грамм. Масса электрона - 9.1*10^-28 грамм. Диаметр атома
водорода не может быть точно определен, его граница размыта,
приблизительно он равен 10^-8 сантиметра. Эта единица, равная одной
стомиллионной доле сантиметра, в честь шведского ученого Андерса
Ангстрема названа ангстремом.

Радиус протона примерно в 100 тысяч раз меньше радиуса атома водорода.
Он составляет 1.3*10^-13 сантиметра. Длина 10^-13 сантиметра принята
за ядерную единицу длины. Она получила название ферми в честь
знаменитого итальянского физика Энрико Ферми. Плотность вещества в
протоне фантастически велика - около 200 миллионов тонн в кубическом
сантиметре. Приблизительно такова же плотность вещества во всех
атомных ядрах.

Дейтерий. Кроме обычного водорода в природе существует еще так
называемый тяжелый водород, или дейтерий, который был открыт в 1932 г.
Электронная оболочка атома дейтерия, так же как и у водорода, состоит
из одного электрона, но его ядро - дейтрон - примерно вдвое тяжелее и
состоит из двух частиц - протона и нейтрона.

Дейтерий применяется в современной ядерной технике как взрывчатое
вещество. В будущем он будет использоваться как горючее в
термоядерных энергетических установках. Запасы термоядерной энергии
дейтерия, имеющиеся в воде земных океанов, примерно в 100 миллионов
раз превосходят запасы энергии ископаемого топлива (угля, нефти, газа,
торфа).

Инвариантность - неизменяемость. В математике и физике инвариантные
величины - величины, не меняющие своего значения, при том или ином
классе преобразования играют весьма важную роль.
В широком - философском - смысле инвариантность - это независимость
от способа описания.

Камера Вильсона. В конце XIX века физик Ч. Вильсон, работая на
горной обсерватории в Шотландии, обратил внимание на любопытные
оптические явления, возникающие при освещении солнечными лучами
облаков и тумана. Ученый решил воспроизвести подобное явление в
лаборатории и провел несколько экспериментов, получая искусственные
облака путем расширения паров. Эти опыты натолкнули Ч.Вильсона на
плодотворную идею, которая и легла в основу знаменитой камеры для
регистрации элементарных частиц, названной его именем. В камере
Вильсона пролетающие частицы оставляют видимые следы из капелек воды
в парах, образующихся в результате быстрого расширения. Эти следы
можно было фотографировать.

Масса и энергия. Из теории относительности следует, что полное
количество энергии, содержащейся в некотором количестве материи,
равно произведению массы этой материи на квадрат скорости света в
вакууме. Поэтому в физике высоких энергий массы измеряются в единицах
энергии - так называемых миллионах электрон-вольт (мэв). В этих
единицах массы электрона и позитрона равны примерно 0.5 мэв, а массы
протона и нейтрона - 940 мэв. Иногда используется более крупная
единица, равная одному миллиарду электрон-вольт (гэв), - гигаэлектрон
-вольт. Масса одного грамма вещества выражается астрономическим
числом - 6*10^23 гэв.

Мезоны. Изучая взаимодействия частиц, входящих в состав атомного ядра,
японский физик Юкава пришел к выводу, что их взаимное притяжение
является результатом непрекращающегося обмена особыми частицами -
мезонами. Юкава предсказал также, что масса мезона должна примерно в
200 раз превосходить массу электрона. Впоследствии были открыты три
мезона с близкими массами, но с разными электрическими зарядами:
положительный, отрицательный и нейтральный. Эти ядерные мезоны
получили название пи-мезонов. Кроме того, открыты еще два мю-мезона
- положительный и отрицательный. Они возникают при распаде
соответственно положительного и отрицательного пи-мезонов.

Нейтрон и нейтрино. Нейтрон - частица с массой 1838.6 электронной
массы - был открыт в 1932 г. английским ученым Д. Чедвиком. Вне
атомного ядра нейтрон не стабилен. Средняя продолжительность его
жизни 17 минут. Затем нейтрон распадается на протон, электрон и
антинейтрино (распад).

В свое время физики обнаружили, что нейтрон может самопроизвольно
распадаться на протон и электрон. Однако при этом обнаружилось
странное нарушение закона сохранения энергии. Общая энергия продуктов
реакции оказалась меньше, чем следовало из теоретических расчетов.

Известный швейцарский физик В. Паули высказал предположение о том,
что недостающую энергию уносит с собой неизвестная частица. Однако
обнаружить эту частицу, названную по предложению Э. Ферми нейтрино
(что одновременно означает "маленький" и "нейтральный"), удалось лишь
сравнительно недавно.

Главная отличительная особенность нейтрино - удивительная способность
беспрепятственно проходить сквозь громадные толщи вещества. Длина
свободного пробега нейтрино в космосе сравнима с радиусом доступной
современным исследователям области Вселенной.

Пузырьковая камера. Одно из наиболее эффективных устройств для
регистрации явлений, вызываемых частицами высоких энергий. Принцип ее
работы сходен с принципом работы камеры Вильсона. Жидкость,
наполняющая камеру, перегревается и приобретает способность легко
вскипать. Благодаря этому вдоль пути, пройденного заряженной частицей,
образуется видимый след, состоящий из пузырьков газа.

Поле. Особая форма существования материи. Представим себе мощный
радиопередатчик, излучающий электромагнитные волны. Где бы мы
ни помещали антенну нашего приемника, они будут возбуждать в ней
движение электронов, электрические токи, которые после
соответствующего усиления и преобразования создают звук в динамике.

Энергия, излучаемая передатчиком, заполнила определенную область
пространства. Но энергия - это свойство материи, которое не может
существовать отдельно, независимо от самой материн. Она всегда должна
иметь материального носителя. В данном случае носителем энергии
является электромагнитное поле. О материальной природе
электромагнитного поля говорит и то обстоятельство, что оно способно
оказывать на помещенные в него объекты не только электрическое,
магнитное, но и прямое механическое воздействие. Так, например,
электромагнитные (световые) волны производят определенное давление на
преграды, а излучатели таких волн испытывают реактивный эффект,
получая ускорение в противоположном направлении, как если бы
выбрасывали обычные частицы вещества.

Типы взаимодействий. Современной физике известны четыре типа
взаимодействий между элементарными частицами.

Взаимодействие большой интенсивности, обусловленное обменом
пи-мезонами и удерживающее в атомном ядре протоны и нейтроны,
называется сильным взаимодействием.

Несколько слабее - электромагнитное взаимодействие, притяжение и
отталкивание разноименных и одноименных зарядов.

Третий тип - слабые взаимодействия, возникающие при распадах и
столкновениях частиц со средними и малыми массами.

Последний тип взаимодействия - притяжение масс, или гравитация.
Однако в микромире гравитационные силы почти не играют никакой роли,
так как они во много раз слабее других сил.