Колебания и волны. Оптика. Атомная и ядерная физика
§ 233. Частицы и античастицы
жүктеу/скачать 6,71 Mb. Pdf көрінісі
|
| § 233. Частицы и античастицы. В конце двадцатых годов на-
шего века только что развитая квантовая механика (см. § 210) была совместно с теорией относительности (см. § 199) примене- на к объяснению свойств электрона. Последовало неожиданное заключение: должен существовать положительно заряженный двойник электрона! И действительно, через несколько лет такая частица была открыта — это известный нам позитрон. Открытие позитрона было триумфом современной физической теории. Позитрон называют античастицей электрона. Ч а с т и ц а (электрон) и а н т и ч а с т и ц а (позитрон) р а з л и ч а ю т с я т о л ь к о з н а к о м электрического з а р я д а; о с т а л ь н ы е и х с в о й с т в а — масса покоя, абсолютная величина заряда, спин (т. е. внутреннее вращение, см. § 230) — в т о ч н о с т и с о в п а д а ю т. Дальнейшее развитие квантовой теории привело к выводу, что, за исключением нескольких нейтральных частиц (фотон, π 0 -мезон), каждая частица должна иметь противопо- ложно заряженный двойник — античастицу. В предыдущем параграфе мы познакомились с двумя парами таких двойников — это π + - и π − -мезоны и мюоны μ + и μ
− . Опыт показывает, что, как и в паре электрон–позитрон, частица и античастица в каждой из этих пар обладают одинаковыми свойствами — их массы и периоды полураспада равны. Гл. XXV. Элементарные частицы 593
Р и с. 415. Д в а случая
р ас п ад а π -м ез он а, за реги стр и ро в анны
е в фотоэ м ул ьс ии. π -м ез о н ос тан
ав л ив ае тс я и р ас п а- д ае тся
п о схем е π → μ + ν (л ев ая ча ст ь снимк а ); н ейтр
и н о сл ед а н е о ст ав ля ет . Об р аз о в ав ший ся м ю о н, п р о й д я п у ть о к о л о 0 ,6 м м , та к ж е о ст а н авл и ва ет ся и распад ае тся
п о схем е μ → e + 2 ν .Б ы ст р ы е ч ас ти ц ыс л аб ееи о н и зу ю т и о бр а зу ю т ме н ее пло
тн ы е сле д ы — ср . сл ед элек тр она
и на ч а л ьн ы й у ч ас ток п у ти м ю она . З аря д ы ч ас ти ц в д а н ном
о п ыте о п р ед елить
н ельз
я, н о ск о р ее вс его о ни п о л ожитель ны е: в ф отоэ
м ульс
и ях π − -м ез оны о б ы чн о п о гл о щаю
тс я яд ра м и , н е у спева
я распас
ть ся . Н а п р о ти в , π + -м езоны я др ами о тт алкив аютс я и и м п ос л е то р м ож ения
ост аетс
я то ль к о р ас п ас тьс я
594 Гл. XXV. Элементарные частицы Для нуклонов теория также предсказывает существование античастиц — антипротонов и антинейтронов (антинуклонов). Не следует удивляться, что у нейтрона, полный электрический заряд которого равен нулю, есть отличная от него самого антича- стица. Ведь мы уже видели раньше, что нейтрон нельзя считать нейтральной частицей. Он характеризуется сложным внутренним распределением заряда, и это проявляется, в частности, в том, что у нейтрона есть магнитный момент. Магнитные моменты нейтрона и антинейтрона оказываются направленными противо- положно по отношению к направлению их спинов. Помимо электрического заряда и магнитного момента, у нук- лонов есть еще одна важная внутренняя характеристика (кван- товое число), отличающая их от антинуклонов. Существование такой характеристики, которую условно можно также назвать некоторым «зарядом» — барионным зарядом B, — следует уже из стабильности нуклонов. Действительно, нуклоны, несмотря на свою большую массу, не распадаются очень быстро на легкие частицы (электроны, γ-кванты, π-мезоны), хотя из энергетиче- ских соображений подобные распады, казалось, могли бы идти. Такая стабильность нуклонов и заставила предположить, что у них есть какое-то сохраняющееся квантовое число, получив- шее название барионного заряда, которого нет у легких частиц. Поэтому распад нуклонов на легкие частицы оказывается запре- щенным. Нуклонам
приписывается значение
барионного заряда
B = +1. Тогда у антинуклонов барионный заряд будет B = −1.
Итак, антипротон характеризуется электрическим заря- дом
−1 (в единицах элементарного заряда) и барионным зарядом B =
−1. У антинейтрона электрический заряд нуль, и B = −1. Антипротон, как и протон, должен быть стабильным и должен обладать такой же массой. Антинейтрон должен иметь массу нейтрона и аналогично ему быть неустойчивым — превращаться путем β-перехода в антипротон. В земных условиях антинуклоны длительно существовать не должны, так как они, подобно позитронам, а н н и г и л и р у ю т, объединяясь с нуклонами и превращаясь, как правило, в кванты ядерного поля — π-мезоны. Опыты показывают, что при любых превращениях частиц жүктеу/скачать 6,71 Mb. Достарыңызбен бөлісу:
|