Трофимова Т.И. - Курс физики (1092345), страница 141
Текст из файла (страница 141)
Примером тому является рассмотренная реакция (263.3) аннигиляции пары электрон — позитрон ",с+",е — 27). После того как п зедсказанное теоретически существование позитрона было подтверждено эксперииентально, возник вопрос о существовании антипротона и анти- нейтрона. Расчеты показывают, что для создания пары частица — античастица надо затратить энергию, превышающую удвоенную энергию покоя пары, поскольку частицам необходи чо сообщить весьма значительную кинетическую энергию. Для создания р — р.пары необходима энергии примерно 4,4 Г эВ. Антипротон был действительно обнаружен эксперименгально П955) при рассеянии протонов (ускоренных на крупнейшем в то время синхрофазотроне Калифорнийского университета) на нуклонах идер мишени (мишенью служила мель), в результате ното- рого рождалась пара р — р Антипротон от: ичается от протона знаками электриче"кого заряда и собственного магнитного момента.
Антипротон мажет аннигнлнровать не только с протоном, но и с нейтроиом: р+р л" +и +лг+л +лз, (273.1) р-1-р — лэ -1-л ! лз 1-лз ! лз (273 2) р+и ле+л +л +и~+и".(273.3) !'одом позже (1956) на том же ускорителе удалось получить антинейтрон (л) и осуществить его аннигнляцию. Антннейтроны возникали в результате перезарядки антипротонов при их движении через вещество. Реакция перезарядки р состоит в обмене зарядов между нуклоном и антииуклоном и может протекать по схемам р+р — и+и (273 4) Р+Р -ч- и.+ и+ л, (2?3.5) и отличается от и знаком собственного магнитного момента. Если антипротоны— стабильные частиц и то свободный анти- 7 Злсчгн»х физикн ~тоыпьч( ч.~~! и ~л~".!( ~та!и.ь х ~::~'ч ~ о ! эч»+оп ~Р+Р нейтрон, если он не испытывает аннигиляции, в конце концов претерпевает распад по схеме о э а" — ~Р+ ъ~е+оч» (ср.
с (258.1) ). Античастицы были найдены также для и+-мезона, каонов и гиперонов (см. $274). Однако существуют частицы, которые античастиц не имеют,— зто так называемые истинно нейтральные частицы. К ннм относится фотон, и" -мезон и П-мазан (его масса равна 1074 гп„время жизни 7.!О "с; распадается с образованием и-мезонов и у-квантов). Истинно нейтральные частицы не способны к аннигиляции, но испытывают взаимные превращения, являющиеся фундаментальным свойством всех элементарных частиц. Можно сказать, что каждая из истинно нейтральных частиц тождественна со своей антнчастицей.
Большой интерес и серьезные трудности представляли доказательство существования антинейтрино и ответ на вопрос, являются ли нейтрино и антинейтрнно тождественными или различными частицами. Используя мощные потоки антинейтрино, получаемые в реакторах (осколки деления тяжелых ядер испытывают й-распад н, согласно (258.1), испускают аитинейтрино), американские физики Ф. Рейнес и К. Коуэн (1956) надежно зафиксировали реакцию захвата электронного антинейтрнно протоном: эч,+,'р — '„и+ г~е. (273.6) Аналогично зафиксирована реакция захвата электронного нейтрино нейтроном: „"«„+,',и -~-,'р+ эе. (273.7) Таким образом, реакции (273.6) и (273.7) явились, с одной стороны, бесспорным доказательствам того, что ч, и ч, — реальные частицы, а не фиктивные понятия, введенные лишь для объяснения Д-распада, а с другой — подтвердили вывод о там, что ч, и 6, — различные частицы.
В дальнейшем эксперименты по рож. дению и поглощению мюонных нейтрино показали, что и ч, и ч„— различные частицы. Также доказано, что пара ть ч„— различные частицы, а пара чь ч, не тождественна паре тж ч„. Согласно идее Б. М. Понтекорво (см. 4271), осуществлялась реакция захвата мюонного нейтрино (получались при распаде пе- рэ+ч„ (271.1)) нейтронами и наблюдались возникающие частицы.
Оказалось, что реакция (273.7) не идет, а захват происходит по схеме т. е. вместо электронов в реакции рождались )г -мюоны. Это н подтверждало различие между ч, и ч„. По современным представлениям, нейтрино и антпнейтрино отличаются друг от друга одной из квантовых характеристик состояния элементарной частицы — спиральиостью, определяемой как проекция спина частицы на направление ее движения (на импульс).
Для объяснения экспериментальных данных предполагают, что у нейтрино спин з ориентирован антипараллельно импульсу р, т.е. направления р и з образуют левый винт и нейтрино обладает левой спиральностью (рис. 349, а). У антинейтрино направления р и з образуют правый винт, т.е, антинейтрино обладает правой спнральностью (рис.
349, б). Это свойство справедливо в равной мере как для электронного, так и для мюонного нейтрино (антинейтрино). Для того чтобы спнральность могла быть использована в качестве характеристики нейтрино (антинейтрнно), масса нейтрино должна приниматься равной нулю. Введение спиральности позволило объяснить, например, нарушение закона сохранения четности (см,й 274) при сла- Нейтрино днтииейтрино а) й) рчс. З1Э ! л а н з 33 Элгчснты фн чкюк э.кечентарнык част~ и 41З бых взанмодейшвиях, вызывающих распад элементарных частиц и 8-распад. Так, р -мюону приписывают правую спираль- ность, р ~-мюоиу — левую. После открытия столь большого числа античастиц на повестку дни встали новая задача — найти антиядра, иными словамн, доказать существование антивешества, которое построено из античастиц, так же как вещество из частиц.
Аитиядра действительно были обнаружены. Первое антиядро — антидейтрон (связанное состояние р и и) — было получено в 1965 г. группой американских физиков под руководством Л. Ледермана. Впоследствии на Серпуховском ускорителе были синтезированы ядра антигелия (1970) и антитрития (1973). Следует, однако, отметить, что возможность аннигиляции прн встрече с частицами не позволяет античастицам длительное время существовать среди частиц.
Поэтому для устойчивого состояния антивешества оно должно быть от вещества изолировано, Если бы вблизи известной нам части Вселенной с>шествовало скопление антиве~цества„то должно было бы наблюдаться мощное аннигнлнционное излучение (колоссальные взрывы с выделением огромных количеств энергии). Однако пока астрофизики ничего подобного не зарегистрировали. Исследования, проводимые длн поиска ангиядер (в конечном счете антиматерии), и достигнутые в этом направлении первые успехи имеют фундаментальное значение для дальнейшего познания строения вещества, 4 274. Гипероны.
Странность и чегногть элементарных частиц В ядерных фотоэмульсиях (конец 40.х годов) и на ускорителях заряженных частиц (50-е годы) обнаружены тяжелые нестабильные элементарные частицы массой, большей массы нуклоиа, названные гиперонани (от греч. )хурег — сверх, выше). Известно несколько типов гипероиов: лямбда (А"), сигма (Е", Х'!, т ), ксн (Ет, Е ) и омега (Я ). Существование Я -гиперона следовало из предложенной (1961) М.
Гела.Манном (р. 1929) (американский физик; Нобелевская премия 1969 г.) схемы для классификации сильно взаимодействующих элементарных частиц. Все известные в то время частицы укладывались в эту хему, но в ней оставалось одно незаполненное место, которое должна была занять отрицательно заряженная частица массой, равной примерно 3284 ш,. В результате специально поставленного эксперимента был действительно обнаружен (1 -гнперон массой 3273гп,. Гипероны имеют массы н пределах (2!83 — 3273) гп„их спин равен '/к (только спин 11 -гиперона равен %), время жизни приблизительно 10 '" с (для 2"-гиперона время жизни равно приблизительно 10 " с).
Они участвуют в сильных взаимодействиях, т. е. принадлежат к группе адронов. Гипероны распадаются на нуклоны и легкие частицы !п-мезоны, электроны, нейтрино и у-кванты). Детальное исследование рождения и превращения гиперонов привело к установлению новой квантовой характеристики элементарных ч стиц — так назынаемой странности. Ее введение оказалось необходимым дли отъяснения ряда парадоксальных (с точки зрения существовавших представлений) свойств этих частиц. Дело в том, что гньероны должны были, как представлялось обладать в1кеменем жизни примерно 10' " с, что в 10' раз (!) меньше установленного на опыте, По- добные времена жизни можно объяснить лишь тем, что распад гипсронов происходит за счет слабого взаимодействия. Кроме того, оказалось, что всякий раз гиперон рождаетгя н паре г К-чезоном.
Например, в реакции р+ л - А" + К" (274.1) с к"-гипероиом всегда рождается К -мезон, в поведении когорого обнаруживаются те же особенности, что и у гиперона. Распад же А"-гиперона происходит по схеме Л" и + р. (274.2) Особенности поведения гиперонов и К-мезонов были обьяснены в 1955 г. М. Гелл-Манном с помощью квантового ? Злсмюпм 4наикн ггомпы~ я чя и зшмгюграаг час тил числа — странности 5, которая сохраняется в процессах сильного и электромагнитного взаимодействий. Если приписать каонам 5=1, а К"- и Х-гиперонам 5= — ! и считать, что у нуклонов и и-мезонов 5=0, то сохранение суммарной странности частиц в сильном взаимодействии объясняет как совместное рождение Л"-гиперона с Кэ-мезоном, так и невозможность распада частиц с не равной нулю странностью за счет сильного взаимодей.
ствин на частицы, странность которых равна нулю. Реакция (274.2) идет с нарушением странности, поэтому она не может происходить за счет сильного взаимодействия. Б-Гиперонам, которые рождаются совместно с двумя каонами, приписывают 5 = — 2; (г-гнперонам — 5 = — 3. Из закона сохранения странности следовало существование частиц, таких, как Кг-мезон, Х"-, Вг-гипероны, которые впоследствии были обнаружены экспериментально. Каждый гиперон имеет свою античастицу.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
