Фейнман - 01. Современная наука о природе. Законы механики (1055659), страница 10
Текст из файла (страница 10)
Все это поддается расчету, если условия, в йакггх протекает явление, просты. Практически этого никогда не случаешься, но все же мы более или менее понимаем, что происходит. И до сего времени не было нандено нп одного исключения нз законов квантовой электродинамики, только в атомных ядрах ее оказывается недостаточно; да и про ннх мы не можем сказать, что здесь наблгодаются какие-то исключения, просто мы не знаем, чтб там происходит.
Далее, квантовая электродинамика — в принципе это также теория всей химии и всех жизненных процессов, если предположить, что жизнь сводится в конечном счете к химии, а значит, и к физике (сама химия уже свелась к физике, и та часть физики, которая включает в себя химшо, уже разработана). Мало того, та же квантовая электродинамика, эта величественная наука, предсказывает немало и новых явлений. Во-первых, она говорит о свойствах фотонов очень высоких энергий, гамма-излучения и т. д.
Она предсказала еще одно очень оригинальное явление, а именно, что, кроме электрона, должна существовать другая частица с той же массой, но с противоположным зарядом, так называемый позитрон, и что электрон и позитрон, повстречавшись, могут друг друга истребнтгч излучив прн этоъг свет или гамма-кванты (что, собственно, одно и то же; свет и у-излучение — лишь разные точки на шкале частот). По-видимому, справедливо и обобщение этого правила: существование античастицы для любой частицы. Античастица алектрона носит имя познтрона; у других частиц названия присвоены по другому принципу: если частицу назвали так-пго, то античастицу называют анти-так-то, скажем, антипротон, антннейтрон.
В квантовую электродинамику вкладывают всего два числа (онн нааываются массой электрона и зарядом электрона) и полагают, что все остальные числа в мире можно вывести из этих двух. На самом деле, однако, это не совсем верно, ибо существует еще целая совокупность химических чисел — весов атомных ядер. Ими нам и следует сейчас ваняться. У 4. Ядра ««««г«см»«щь« Из чего состоят ядра7 Чем части ядра удерживак1тся вместе? Обнаружено, что существуют силы огромной величины, которые и удерживают составные части ядра. Когда этп силы высвобождаются, то выделяемая энергия по сравнению с химической энергцен огромна, это все равно, что сравнить взргав атомной бомбы со взрывом тротила. Обьясняется это тем, что атомный взрыв вызван изменениями внутри ядра, тогда как при взрыве тротила перестраиваются лшпь электроны на внешней оболочке атома.
Так каковы же те силы, которымп нейтроны и протоны скреплены в ядре? Электрическое взаимодействие связывают с частицей — фотоном, Аналогично этому Юкава предположил, что силы притяжения между протоном н ней»роком обладают полем особого рода, а колебания этого поля ведут себя как частицы. Значит, не исключено, что, помимо нейтронов п протонов, в мире существуют некоторые иные частицы. Юкава сумел вывести свойства этих частиц нз уже известных характеристик ядерных сил. Например, он предсказал, что они должны иметь массу, в 200— 300 раа большую, чем электрон. И вЂ” о, чудо! — в космических лучах как раз открыли частицу с такой массой! Впрочем, чуть погодя выяснилось, что это совсем не та частица.
Назвали ее р-мезон, или мюон, И все же несколько поповн е, в 1947 или 1948 г., обнаружилась частица — я-мезон, или пион,— удовлетворявшая требованиям Юкавы. Выходит, чтобы получить ядерные силы, к протону и нейтрону надо добавить пион. «Прекрасно! — воскликнете вы.— С помощью этой теории мы теперь соорудим квантовую ядродинамику, и пионы послужат тем целям, ради которых нх ввел Юхана; посмотрим, заработает ли эта теоряя, и если да, то объясним все». Напрасные надежды! Выяснилось, что расчеты в этой теории столь сложны, что никому еще не удалось их проделать и извлечь из теории какие-либо следствия, никому не выпала удача сравнить ее с экспериментом. И тннется это уже почти 20 лет! С теорией что-то не клеится; мы не знаем, верна она или нет; впрочем, мы уже знаем, что в ней чего-то не достает, что какие-то неправильности в неп таятся.
Покуда мы топтались вокруг теории, пробуя вычислить следствия, экспериментаторы аа это время кое-что открыли. Ну, тот же р-мезон, илн мюон. А мы до сей поры ие знаем, на что он годится. Опять же, в космических лучах отыскали множество «лишннх» частиц. К сегодняшнему дню их уже свыше 30, а связь между ними все еще трудно ухватить, и непонятно, чего природа от них хочет и кто из них от кого зависит. Перед нами все зти частицы пока не 3 з»наз »а 2»2» предстают как разные проявления одной и той же сущности, и тот факт, что имеется куча разрозненных частиц, есть лишь отражение наличия бессвязной информации без сносной теории.
После неоспоримых успехов квантовой электродинамики— какой-то набор сведений из ядерной физики, обрывки знаний, полуопытных-полутеоретических. Задаются, скажем, характером взаимодействия протона с нейтроном и смотрят, что ка этого выйдет, не понимая на самом деле, откуда эти силы берутся. Сверх описанного никаких особых успехов не произошло. Но химических элементов ведь тоже было множество, и внезапно между ними удалось увидеть связь, выраженную периодической таблицеа Менделеева.
Скажем, калий и натрий— вещества, близкие по химическим свойствам,— в таблице попали в один сточбец. Так вот, попробовали соорудить таблицу типа таблицы Менделеева я для новых частиц. Одна подобная таблица была предложена независимо Геля-3?анном в СШЛ и Нишиджимой в Японии. Основа их классификации — новое число, наподобие электрического заряда.
Оно присваивается каждой частице и называется ее «странностью» Я. Число этоне меняется (так »ке как электрический заряд) в реакциях, производимых ядерными силами. В табл. 2.2 приведены новые частицы. Мы не будем пока подрооно говорить о них. Но из таблицы по крайней море видно, как мало мы еще знаем. Под символом каждой частицы стоит ее масса, выраженная в определенных единицах, называемых мегаэлектронвольт, или Мэв (1 Мэв — это 1,782 10 " г). Не будем входить в исторические причины, заставившие ввести эту единицу. Частицы помассивнее стоят в таблице повыше. У (р — 938,3; и — 939,6). В одной колонке стоят частицы одинакового электрического заряда, нейтральные — посерединке, полон«ительные — направо, отрицательные — налево. Частицы подчеркнуты сплошной линией, «резонансы»вЂ” штрихами.
Некоторых частиц в таблице нет совсем: нет фотона н гравитона, очень важных частиц с нулевыми массой и зарядом (они не попадают в барион-мезон-лептонную схему классификации), нет и кое-каких новейших резонансов 0», 1, У«' и др.). Античастицы мезонов в таблице приводятся, а для античастиц лептонов и барионов надо было бы составить новую таблицу, сходну»о с атой, но только зеркально отраженную относительно нулевой колонки. Хотя все частицы, кроме электрона, нейтрино, фотона, гравитона и протона, неустойчивы, продукты их распада написаны только для резонансов.
Странность лептонов тоже не написана, так как ато понятие к ним неприменимо — они не взаимодействуют сильно с ядрами. Частицы, стоящие вместе с нейтроном и протоном, нааывают барионаэ»и. Это «лямбда» с массой 1115,4 Мзв и три дру- гпе — «сигл«ы», называе»гые сигма-минус, сигма-нуль, сигма-плюс, с почти одинаковымн массами. Группы частиц почти одинаковой массы (отличие на 1 — 2;«) называются мулыииллетами.
У всех частиц в мультиплете странность одинакова. Первый мультиплет — это пара (дублет) протон — нейтрон. потом идет синглет (одпночка) лямбда, потом — триплет (тройка) сигм, дублет кои и синглет омега-минус. Начиная с 1961 г.. начали открывать новые тяжелые частицы. Но частицы лп онп? Живут онв так мало (распадаются, едва возникнув, на Л и л), что неизвестно, назвать ли пх новыми частицами плп считать «резонансным» взаимодействием между Л и и прп некоторой фиксированной энергии.
Для ядерных взаимодействии, кроме барионов, необходимы другие частицы — левоны. Это, во-первь»х, трп разновидности пионов (плюс, нуль и минус), образующпо новый триплет. Найдены и новые частицы — К-мезоны (это дублет К' и К'). У каждой частицы бывает античастица, если только частица не оказывается своей собственнойантпчастнцей, скажем я' и я — античастицы друг друга, а и' — сам себе античаст»ща. Античастицы и К с К+ и К' с Ь".. Кроме того, после 1961 г. мы начали открывать новые мезоны, или вроде-мезоны, распадающиеся почти мгновенно. Одна такая диковинка называется омега, ы, ее масса 783, она превращается в три пиона; есть и другое ооразование, пз которого получается пара пионов.
Подобно тому как из очень удачной таблицы Менделеева выпали некоторые редкие земли, точно так же пз нашей таблицы выпадают некоторые частицы. Это те частицы, которые с ядрами сильно не взаимодейству»от, к ядерному взаимодействию отношения пе имеют п между собой сильно тоже не взаимодействуют (под сильным понимается мощный тип взаимодействия, дающего атомную энергшо). Называются эти частицы лев»иолы; к ним относятся электрон (очень легкая частица с массой 0,51 йузв) и мюон (с массой в 206 раз больше массы электрона). Насколько мы можем судить по всем экспериментам, электрон и мюон различаются только массой. Все свойства ьпоона, все его взаимодействия ничем не отличаются от свойств электрона — только один тяжелее другого. Почему он тяжелее, какая ему от этого польза, мы не знаем.
Кроме них, есть еще нейтральный лептон — нейтрино, с массой пуль. Более того, сейчас известно, что есть два сорта нейтрино: одни, связанные с электронами, а другие — с мюонамп. И наконец, существуют еще две частицы, тоже с ядрами не взаимодействующие. Одну мы знаем уя'е — это фотон; а если поле тяготения также обладает квантовомеханическими свойствами (хотя пока квантовая теория тяготения не разработана), то, возможно, существует и частица гравитон с массой нуль. Таблмча 2.3 ° элементарные взаимодействия Закал Сила' Взаимодействие Известен -10 чтотогт с аариженнммк частицами Тиготенпе с энергией Слабые распады Мезоны с барнона- мп -10 -10 — 1 Частично известен Не известен гнрозте некоторых правил) " зСилаз — безразмер~ми мера константы связи, пропзлпмщапсл в каждом взаимодействии (знак означает «примерно» ).
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
