Гл. XXV. Элементарные частицы
595
в миллиарды электронвольт, превосходящей энергию покоя пары
нуклон–антинуклон (см. упражнение 58 в конце главы).
В 1955–1956 гг., через несколько лет после вступления в строй
первого ускорителя на 6 ГэВ, группе американских физиков уда-
лось обнаружить процессы образования антипротонов и антиней-
тронов на опыте. Эксперименты не только надежно доказали их
существование, но и подтвердили предсказания теории относи-
тельно их свойств. Рис. 416 и 417 иллюстрируют, как антинук-
лоны изучаются при помощи пузырьковой камеры (см. § 235).
В последующие годы среди продуктов ядерных реакций ча-
стиц высокой энергии были обнаружены антидейтроны (атом-
ные ядра, состоящие из антипротона и антинейтрона). Тео-
ретически из антипротонов и антинейтронов можно строить
всевозможные ядра (или, точнее, антиядра), отличающиеся от
обычных протонно-нейтронных ядер лишь отрицательным зна-
ком электрического (и барионного) заряда
1
). Присоединяя пози-
троны, такие антиядра должны образовывать атомы, столь же
устойчивые, как и обычные земные атомы. Это означает, что мо-
жет существовать антивещество, построенное из антинуклонов
и антиэлектронов, т. е. позитронов.
Астрофизические наблюдения до сих пор не обнаружили в ви-
димой части Вселенной сколько-нибудь заметного присутствия
антивещества. Пока нельзя с уверенностью сказать, чт´
о это:
результат ли недостаточной точности наблюдений или же Все-
ленная действительно асимметрична, т. е. построена только из
вещества, хотя антивещество, казалось бы, нисколько не худший
строительный материал.
В предыдущем изложении мы говорили о нейтрино как о единой
частице. Работы последних лет доказали существование нескольких
2
)
разновидностей нейтрино. При
β
-распаде нейтронов и протонов обра-
зуются электроны
e
−
и позитроны
e
+
. Частицу, испускаемую вместе
с электроном, условились называть электронным антинейтрино
ν
e
.
Тогда частицу, испускаемую вместе с позитроном, следует называть
электронным нейтрино
ν
e
. С учетом этого реакции
β
-распада (230.2)
и (230.3) записываются следующим образом:
n
→ p + e
−
+ ν
e
,
(233.1)
p
→ n + e
+
+ ν
e
.
(233.2)
1
) В 1970 г. в Институте физики высоких энергий в Серпухове были
синтезированы ядра антигелия-3, т. е. ядра, состоящие из двух антипротонов
и одного антинейтрона. Затем были получены также ядра антитрития-3, состо-
ящие из одного антипротона и двух антинейтронов.
2
) Более точно и подробно см. § 242.
Гл. XXV. Элементарные частицы
597
Рис. 417. Образование и аннигиляция антинейтрона. Пропановая пу-
зырьковая камера облучалась пучком антипротонов, образованных при
соударениях протонов с энергией 6 ГэВ с бериллиевой мишенью. След
одного из антипротонов внезапно обрывается (верхняя стрелка), хотя
другие антипротоны той же энергии пересекают всю камеру. Это мож-
но объяснить только тем, что произошла реакция
p + p → n + n
.
Антинейтрон и нейтрон летят в направлениях, близких к направлению
полета антипротона, так как он передал им свой импульс, но не
оставляют следов в камере. В точке, на которую указывает нижняя
стрелка (она лежит приблизительно на продолжении следа антипро-
тона), антинейтрон соударяется с протоном или ядром; заряженные
продукты аннигиляции (в основном
π
-мезоны) образуют на снимке
«звезду». По искривлению следов в магнитном поле можно судить, что
испускаются как положительные, так и отрицательные частицы
Прибавляя к уравнению (233.2) слева и справа по
ν
e
и аннигилируя
в правой части нейтрино
ν
e
и антинейтрино
ν
e
(освобождающаяся энер-
гия поглощается позитроном), приходим к реакции (231.1)
1
), но уже
в более точном написании
ν
e
+ p → n + e
+
.
(233.3)
1
) Это рассуждение носит очень общий характер. С его помощью легко по-
казать, что
любые частицы можно переносить из правой части любой реакции
в левую часть (или наоборот), заменяя их при этом на античастицы.
598
Гл. XXV. Элементарные частицы
Аналогично из (233.1) следует
ν
e
+ n → p + e
−
.
(233.4)
Являются ли нейтрино
ν
e
и антинейтрино
ν
e
одинаковыми или
разными частицами? Ответ на этот вопрос должен дать эксперимент.
Мы уже знакомы с частицами с нулевым электрическим зарядом,
которые отличны от своих античастиц — это нейтроны и антиней-
троны, различающиеся знаком барионных зарядов. Но существуют
незаряженные частицы и другого типа, тождественные своим анти-
частицам — например фотоны или
π
0
-мезоны, получившие поэтому
название истинно нейтральных частиц. Опыты, проведенные на пуч-
ках антинейтрино ядерного реактора
1
), показали, что реакция погло-
щения
ν
e
протонами (233.3) действительно наблюдается (см. § 231).
Но поглощение
ν
e
нейтронами обнаружить не удалось. Именно этого
и следовало ожидать, если электронные нейтрино и антинейтрино —
разные частицы (тогда при взаимодействии с нейтронами могут погло-
щаться
ν
e
, но не
ν
e
!). Таким образом, из прямого эксперимента следует,
что электронные нейтрино
ν
e
и антинейтрино
ν
e
отличаются друг
от друга и не являются поэтому истинно нейтральными частицами.
Дальнейшие исследования показали, что нейтрино, образующиеся при
распаде
π
-мезонов вместе с мюонами, отличаются от нейтрино, обра-
зующихся в
β
-распадах (233.1) и (233.2) вместе с электронами.
Реакцию распада
π
+
-мезона на мюон и нейтрино теперь следует
писать в виде
π
+
→ μ
+
+ ν
μ
2
). Прибавляя справа и слева по
μ
−
и по
нейтрону, аннигилируя
μ
+
и
μ
−
и объединяя
n + π
+
→ p
, приходим
к реакции
μ
−
+ p → n + ν
μ
.
Очевидно, должна идти и обратная реакция
ν
μ
+ n → p + μ
−
.
Эта реакция наблюдалась экспериментально с помощью ускорителей
на пучках нейтрино
ν
μ
, образующихся при распаде
π
+
-мезонов. Эти
пучки не вызывали, однако, реакций (233.3) и (233.4). Отсюда и был
сделан вывод о различии мюонных и электронных нейтрино.
Экспериментально было показано также, что мюонные нейтрино
и антинейтрино
ν
μ
и
ν
μ
отличаются друг от друга. Более подробно
и полно о разных типах нейтрино см. в § 242.
Достарыңызбен бөлісу: