Колебания и волны. Оптика. Атомная и ядерная физика
жүктеу/скачать 6,71 Mb. Pdf көрінісі
|
| § 223. Позитрон. Первые указания на существование пози-
тронов, т. е. легких частиц, отличающихся от электронов толь- ко знаком заряда, были получены с помощью камеры Виль- сона в 1932 г. В камере, помещенной в магнитное поле, был замечен тонкий след, оставленный, несомненно, однозаряд- ной очень легкой частицей, подобной электрону, но изогнутый в сторону, соответствующую п о л о ж и т е л ь н о м у з а р я д у (см. упражнение 45 в конце главы и рис. 413). В дальнейшем было установлено, что двумя главными процессами образования позитронов являются искусственная радиоактивность и взаимо- действие γ-квантов большой энергии с атомными ядрами. Пер- вый из этих процессов мы рассмотрели в предыдущем параграфе. Для изучения второго процесса может быть использована камера Вильсона, установленная в магнитном поле и облучаемая узким пучком γ-излучения. На некоторых снимках на пути пуч- ка γ-излучения наблюдаются своеобразные п а р н ы е с л е д ы. Один такой след изображен на рис. 399. При движении в газе заряженная частица теряет энергию на ионизацию атомов газа и ее скорость непрерывно уменьшается. Но чем меньше скорость частицы, тем сильнее магнитное поле искривляет ее траекторию (см. § 198). Внимательное рассмотре- ние следа показывает, что у каждой из его ветвей искривление возрастает при удалении от точки излома следа. Это доказывает, что мы имеем дело не с и з л о м а н н ы м следом о д н о й ч а с т и ц ы, а со следами п а р ы ч а с т и ц, исходящих из одной
556 Гл. XXIV. Атомные ядра и ядерная энергия точки. По степени ионизации оба следа пары подобны следам электронов. Они заворачиваются магнитным полем в противопо- ложные стороны, т. е. принадлежат противоположно заряженным Рис. 399. Пара электрон–позитрон, образованная γ -квантом в камере Вильсона. Левый след принадлежит электрону, правый — позитрону частицам. Из приведенной совокупности данных следует, что одна из этих частиц является э л е к т р о н о м, а вторая — п о з и т р о н о м. Итак, проходя через вещество (газ в камере Вильсона), γ-кванты образуют позитроны, и притом не в одиночку, а в паре с электронами. Это явление получило название образования пар э л е к т р о н–п о з и т р о н. Теория указывает, что образование пары происходит в результате взаимодействия γ-кванта с элек- трическим полем одного из атомных ядер вещества; γ-квант при этом превращается в пару электрон–позитрон, а ядро остается без изменений. Используя радиоактивные вещества в качестве интенсив- ных источников позитронов, удалось детально изучить свойства последних. В частности, было доказано, что масса позитрона в точности равна массе электрона, т. е. составляет примерно 1/2000 массы протона. Был обнаружен также и процесс, обратный образованию пар; оказалось, что электрон и позитрон, сблизившись под действи- ем сил электрического притяжения, могут п р е в р а т и т ь с я в два γ-кванта, которые разлетаются в противоположные сто-
Гл. XXIV. Атомные ядра и ядерная энергия 557
роны (рис. 400). Процесс объединения электрона с позитроном, сопровождающийся превращением их в γ-кванты, получил на- звание а н н и г и л я ц и и 1 ). Аннигиляция является причиной отсутствия на Земле позитронов. Каждый позитрон через ни- Рис. 400. Объединение позитрона с электроном, порождающее γ -кван-
ты: а) электрон и позитрон притягиваются друг к другу; б) в результате соударения электрон и позитрон превратились в два γ -кванта
чтожное время после своего образования соединяется с одним из электронов среды, превращаясь в два γ-кванта. Явления образования пар электрон–позитрон из γ-квантов и объединения электронов с позитронами, ведущего к образова- нию двух γ-квантов, представляют собой процессы совершенно н о в о г о типа, в которых происходит взаимное превращение электромагнитного поля излучения (γ-кванты) и частиц ве- щества (электроны и позитроны). Свойства частиц и свойства электромагнитных полей (света) во многих отношениях сильно отличаются. Наиболее разительно это отличие свойств сказывается в том, что все окружающие нас тела построены из частиц; свет же, казалось бы, выпол- няет только функции передачи энергии от одних тел другим. Ввиду этого еще в начале нашего века представлялось, что между светом (электромагнитным полем) и веществом лежит непроходимая пропасть. В дальнейшем были открыты квантовые свойства света — оказалось, что свет совмещает со свойства- ми волны также и свойства потока частиц, фотонов. С дру- гой стороны, у частиц вещества были обнаружены волновые свойства (см. §§ 209, 210), которые раньше считались отличи- тельным признаком света. Уже эти открытия уменьшили разрыв в наших представлениях о свете и веществе. Теперь же, после обнаружения взаимных превращений света (γ-кванты) и частиц 1 ) Аннигиляция — довольно неудачное название, происходящее от латин- ского nihil — ничто. 558 Гл. XXIV. Атомные ядра и ядерная энергия вещества (пары электрон–позитрон), стало ясно, что между све- том и веществом имеется глубокое единство: частицы вещества и фотоны (электромагнитные поля) — это две различные формы материи. Как мы отмечали раньше (см. § 200), фотоны, обна- руживая много черт сходства с другими частицами, характери- зуются и важной отличительной чертой: их м а с с а п о к о я р а в н а н у л ю. Фотон всегда движется со скоростью света. При остановке, например при поглощении, свет как таковой перестает существовать. жүктеу/скачать 6,71 Mb. Достарыңызбен бөлісу:
|