Колебания и волны. Оптика. Атомная и ядерная физика
жүктеу/скачать 6,71 Mb. Pdf көрінісі
|
| Гл. XXV. Элементарные частицы
поля — распространяющиеся электромагнитные волны (радио- волны, свет, рентгеновское и γ-излучения). Мы знаем, что такие свободные поля являются потоками электромагнитных квантов — фотонов. Аналогично, другим видам взаимодействия — всемирному тяготению, ядерному взаимодействию — соответствуют свои по- ля — поле тяготения (гравитационное поле), поле ядерных сил. Нуклон создает в окружающем пространстве поле ядерных сил, и это поле действует на другие нуклоны, попадающие в сфе- ру его влияния. Как уже отмечалось, радиус сферы с и л ь н о г о взаимодействия очень мал: 10 − 13 –10 − 12 см. В 1935 г. японский физик Хидэки Юкава (1907–1981) пред- положил, что подобно электромагнитному полю я д е р н о е п о- л е бывает не только связанным, но и с в о б о д н ы м, т. е. суще- ствуют кванты ядерного поля. Он показал, что малый радиус действия ядерного поля связан с тем, что кванты этого поля обладают отличной от нуля массой покоя. Чем больше масса покоя, тем меньше сфера действия сил. Наблюдаемый радиус действия порядка 10 − 13 см означает, что масса покоя квантов в 200–300 раз больше массы покоя электрона. Примерно через 10 лет после предсказания Юкавы при иссле- довании космических лучей (см. § 237) были открыты частицы, названные пи-мезонами (π), которые, как показали дальнейшие исследования, и являются квантами ядерного поля 1 ). Существу- ют три вида π-мезонов, различающихся электрическим заря- дом: положительно заряженные π-мезоны (π + ), нейтральные (π 0 ) и отрицательно заряженные (π − ). Массы покоя π 0 -, π
+ - и π
− -ме-
зонов близки и составляют примерно 270 масс покоя электрона. Подобно тому как электромагнитные кванты излучаются при торможении зарядов, ядерные кванты — π-мезоны — излучаются при торможении нуклонов, т. е. при соударениях нуклонов друг с другом. Приведем простейшие примеры реакций рождения π-мезонов: n + p → n
+ p
+ π
0 , n + p → n
+ n + π
+ , n + p → p
+ p + π
− . 1 ) Мезон (лат. meson — промежуточный) — частица с массой, промежуточ- ной между массами электрона и нуклона. Гл. XXV. Элементарные частицы 591
Здесь символы n и p обозначают нейтрон и протон; n, n
, n
; p, p , p
— нуклоны, отличающиеся состоянием движения (величиной и направлением скорости). Указанные реакции, как и вообще все известные физические процессы, удовлетворяют закону сохранения электрического заряда. По закону Эйнштейна излучение π-мезона требует затраты энергии, не меньшей энергии покоя π-мезона, равной mc 2 ≈ ≈ 140 МэВ. Ввиду этого процессы рождения π-мезонов наблю- Рис. 414. Расщепление ядра углерода при захвате π −
фотография следов частиц, запечатленных в фотоэмульсии (см. § 235). π − -мезон, затормозившись в фотоэмульсии, притягивается положи- тельно заряженным атомным ядром и захватывается одним из его протонов ( π − + p → n ). При этом освобождается значительная энергия ( ∼
дукты расщепления — быстрые α -частицы и протон; нейтроны следов не оставили. Общее уравнение реакции 12 6 C + π
− → 2 4 2 He + p + 3 n даются только при столкновениях частиц, обладающих весь- ма большой энергией. Пи-мезоны, аналогично световым кван- там, способны также поглощаться нуклонами, отдавая им свою
592 Гл. XXV. Элементарные частицы кинетическую энергию, энергию покоя и электрический заряд (рис. 414). Пи-мезоны не стабильны. Нейтральный π-мезон через время порядка 10 − 16 с распадается на два γ-кванта. π + - и π − -мезоны
в среднем через 30 нс (30 · 10
− 9 с) превращаются соответственно в положительный мюон (обозначается μ + ) и нейтрино и в отри- цательный мюон (μ − ) и нейтрино. Мюоны — это частицы с массой покоя, равной 207 масс покоя электрона, и средним временем жизни 2 мкс (2 · 10 −
с). Мюоны превращаются в электрон или позитрон и два нейтрино (рис. 415). Мюоны были открыты раньше, чем π-мезоны, и их вначале приняли за ядерные кванты. Это представление было вскоре отброшено, так как выяснилось, что мюоны крайне слабо взаи- модействуют с нуклонами. Вслед за π-мезонами было открыто несколько видов еще более тяжелых и менее стабильных мезонов, сильно взаимодей- ствующих с ядрами. Так же как и π-мезоны, их следует считать квантами поля ядерных сил. Как видно, ядерное поле является весьма сложным; полной теории этого поля пока еще нет. жүктеу/скачать 6,71 Mb. Достарыңызбен бөлісу:
|