Атом водорода. - Водород - простейший и в то же время самый распространенный химический элемент во Вселенной. Атом водорода состоит из положительно заряжённого 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 - дейтон - 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 прошлого столетия 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 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*1023 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 материи. 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, электромагнитные (например, 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.