Э.Ф. Тейлор, Дж.А. Уилер - Физика пространства-времени (1120533), страница 43
Текст из файла (страница 43)
Реализация этого метода возможиа потому, что с помощью масс-спектрометра удается иезависимым образом точно определять массы покоя всех частиц, прииимающих участие в этой реакции (дейтроиа, протона и ядра трития). Но массу покоя нейтрона иевозможио определить иезависимым образом столь же точно. Поэтому мы ие коицеитрируем виимаиия иа второй реакции (93), приводящей к образованию иейтроиа.
Оиа непригодна для проведения наиболее точных проверок эквивалеитиости массы и эиергии. Нейтрои — иестабильиая частица (со средним времеием жизни около 17 мин), а по важнее всего, ои безразличен к воздействию электрического и магиитиого полей в масс-спектрометре (электрически нейтрален!).
Такая безразличвость является препятствием для прецизионного независимого определения массы иейтроиа. Допустим, что мы сосредоточили бы здесь свое внимание ке иа ядре трития, а иа иейтроие. На что могли бы мы надеяться, ие располагая иезависимо определеииым точным зиачеиием массы иейтрона7 Нам пришлось бы отказаться от попыток проверки законов сохранения, и вместо этого мы могли бы использовать законы сохранения для определения массы нейтрона с относительной точностью около 10».
Что же может гарантировать иам, что законы сохранения дают в примеиеиии ко второй реакции средство для иадежиого определения массы иейтроиа7 Дело в том, что закоиы сохранеиия, если примеиить их к первой реакции, дают такое значение массы ядра трития, что оио согласуется с даииыми масс-спектрометрии даже лучше, чем до 10 «своей величины. (См. Иа стр. 166 — 167 «Анализ реакции Н« + Н«-«. Н' + Нг».) Как эта последияя проверка закоиов сохранения, обладающая наивысшей точностью, так и множество других эксперимеитов в прочих областях физики, проводимых с несколько мекьшей прецизцоииостью, убедительно говорят о полноценности принципа сохранения. Необходимо сделать оговорку о тех единицах, в которых проведены расчеты иа стр.
166 — 167. В принципе было бы естественно выразить все зиачеиия энергии и импульса в килограммах по аналогии с предыдущими расчетами в этой главе. Однако для этого пришлось бы перевести все величины, измереииые с помощью масс-спектрометра, из «атомпых едиииц массы» (АЕМ вЂ” новая шкала, выбранная в 1961 г., когда перешли от Оы = 16,000 к С'з = 12,000) в килограммы, одиовремеиио переведя зиачеяия кииетической энергии, измеряемые физиками-ядерщиками в электроивольтах, в килограммы. Удобнее выражать эиергию в единицах АЕМ, избегая расчетов, в ходе которых АЕМ переводятся в килограммы.
К тому же все используемые вами формулы справедливы при любом выборе единиц для массы-эиергии, лишь бы только эти единицы последовательно использовались от качала и до конца. Но тогда будет нужно перейти от злектроквольт к АЕМ. Как это сделать7 К счастью, для этого иет иеобходимости знать число килограммов, содержащихся в 1 АЕМ, или, что то же, ие надо знать, сколько атомов содержится в одиом грамм-атоме (число Авогадро Ф = (6,02252 + + 0,00028).10««). Та неопределенность, с которой в настоящее время известка эта величина (5 ° 10»), повлияла бы иа все наши выводы, если бы мы захотели совершить переход к килограммам.
Множитель перехода от электроивольт к АЕМ вычислеи иа стр. 168. 2. ИМПУЛЬС И ЭНЕРГИЯ 166 АНАЛИЗ ') РЕАКЦИИ Н' (БЫСТРЫИ) + Н'-». Н'+ Нз Законы сохране!сия импульса и энергии". Е. -!- тх = Е, + Ез (сохранение энергии), (94) р,"+ 0 = О+ рз (сохранение компоненты а импульса), (95) О+ 0= рв+рв (сохранение коыпоненты у импульса), (96) 0+ 0 = О+р,* (сохранение компоненты з импульса).
(97) Нижние индексы указывают здесь массовое число ивотопа, а черта над символом означает, что зта величина взята после реакции. Л)обое нз четырех уравнений (94) — (97) мон«ет рассматриваться как независимый источник информации о ядре трития — либо относительно его энергии, либо о соответствующей компоненте его импульса. Но нас интересует пе вся совокупность этой информации — мы хотим найти одну простую характеристику ядра трития, не совпадающую ни с одной из этих четырех величин, а именно его массу покоя.
К счастью, зта масса покоя определяется как абсолютная величина 4-вектора энергии-импульса: тз Е«з (рзз) (зэзв) (рз) (98) Подстав!»з! в эту формулу величины компонент пз уравнений (94) — (97); ыы получим тог,:Ю пг" =- (Ез+ гпз — Е,)з — (р —,'- 0 — 0)з — (О.-, '- Π— рз)з — (! ! -$- !! — ! !)«в = Е- ;— 0 — (рг)з — О+ Ь',— (ру)з — Π— О+ т,' — 2гггзЕ, +2тзЕ2 — 2Е2Е, = т', + т": +т.',— -2пззЕ»+2т,Е2 — 2Е2Е,= = зп', чг 2 (тз-т- Ез) (пгл — Е,), т', = т, '+ 2 (тз -)- тв + Т,) (т, — т ! — Т,).
(99) М!«воспользовались здесь соотношениями вида Е = т -'; Т, связывающпми кинстпч,скуго и полную энергии. Наы известны значения всех величин в правой части уравнения (99). Таким образом, с помощью этого уравнения в!агино предвычислить велпчипу массы ядра трития тз. Численные значения масс, фигурирующих в правой части уравнения (99), находятся из опытов с масс-спектрометроы и зыражаготся з «атомных единицах массы», АЕМ, где за основу взята массо изотопа углерода С", принятая за 12,0000...АЕМ. Эти массы равны тх = 2.0141019 ~ 0 0000003 АЕМ' (100) т, = 1,0078252 ~ 0,0000003 АЕМ.
(101) Кинетические энергии были измерены в опытах с ядерными реакцпямп (сы. рис. 92): (Кинетическая энергия первоначального дейтрона) =Т,= = (1,808 + 0,002 Мэв) (1,073562 10 ЗАЕМ/Мэв) = = 0,001941 ~ 0,000002 АЕМ (102) (вывод множителя перехода от единиц Мэа к атомным единицам массы сн. стр. 168); (Кинетическая энергия полученного протона) =. Т, = =(3,467 1-0,0035 Мэв) (1„073562 10 з АЕМ)Мэа) = -.— 0,003722 -1- 0,000004 АЕМ. (103) ') Лрввглглпыз злгсь звсп<рвыглтвльпыо лшшыв были опубликованы в статье Е.)Ч.И«гв!!.
О.м.узл Ра««ег, )у. )т. Веесйлсг,А.брегбого,РЬув)- св111гг!гп, Я!. 747 (!95!). Авторы вырвлгвют првзплтельлость Бюхнеру и Спврдуто за дополнительную лпфврззвк~!зо и зв обсужден»!в последовательной апгерпретацвв зтах деевых. 167 гз. эквивллннтность эншшии и массы покоя 3,30 З,СО 3,50 Энеразл аознннающин нромэнез.
мзе Подставим этп значения в равепство (99), используя лишь шесть значащих цифр соответственно точности измерений кинетической энергии. Два члена н правой чисти этого равенства оказываготся равны пз'з =1,015712 АЕМз 2 (2гпг+ Тг) (тз — тг — Тг) = 8,080881 ~ 0,00003 АЕМ' (Сумма этих членов) =т, '=9,096593 ~ 0,00003 АЕМ"-. Нвадратпый корень этой величины и есть масса ядра трития, предсказывае- мпя при анализе данной ядерной реакции: тз = 3 016056 -+ 0 000015 АЕМ. (104) С!таигпгы зто значение массы ядра трития со значением, измеренным с помощью мосс-спектрометра '): пзз = 3.0160404 ~ 0 0000007 АЕМ.
(1!)5) Относительная разница между этилюи двумя результатами составляет около 2 10 "' и меньше, чем величина ошибки в результате, полученном при ппализе опыта по ядерным реакциям. ')акое точное предсказание величины массы ядра трития, исходя пз релятивистских законов сохранения, представляет собой отличное подтверждение справедливости этих законов сохранения. з) Приведенные инязе спсктрометрычесппе вглнчппы для ыасс были определены по работь 1". Вчег!!ня, В. Л. Коп!8, !. П.В.Ма!ганс)г, Л. Н.
Ууарз1га,)зпс!еаг Рйуз., 25, 177 (!90!). Вместо этого могкпо было бы ваять значении масс из стандартыых таблиц масс ядер, однако значения масс, приведенные и этих таблицах, представляют собой «наилучший компромисса между разного рода дапныыи, включан не только результаты опытов по ьгасс-спгктрометрии, по анализ ядерных реакций, подобных рассматриваемой здесь памп. Прп составлении стандартных таблиц анализ данных, полученных прп экспериментальном исследовании ядерных реакций, производится па основания релятивистских законов сохранения. Поэтому значения масс, взятые из стандартных таблиц, пе могут служить для независимой проверки этих законов сохранения, которая иас здесь интересует.
Зто побуждает пас ограннчитьси пока масс-спектрометрическпми значениями масс ядер. Когда жо данный а~алиа и прочие исследоваыия подтвердят закоыы сохранения, мы предпочтем осповыватьси на данных стандартных таблиц, нрн составлеыпп которых этп законы были использованы дли определения наиболее надежных значений масс, исходя пз всевозмояшых доступных данных. В качестве стандартной таблицы можно уназатги !.. Л. К 5 и !8, !.
Н. В. М а ! ! а и с Ь, Л. Н. ту а р з ! г а, )Чпс!еаг Рйуз., 81, 18 И962). Р и с. 92. Доказательство того, что протоны (Н'), образуемые в реакции !!з(1,808 Мне) + Нз (покоящийся) — ь — н Нг (очень быстрый)+Е!з (быстрый) под углом 90' к направлению двиыгения первоначального дейтроиа (Нз), обладагот энергией 3,467 Мав. (Значение 3,467 Мнн было получено прн сравыеияи приведенных здесь результатов с данными ряда аналогичных промеров.) Число протонов, вылетающих с энергиями в интервале от Š— 0,1 Мэз до Е д- О,! Мэн, изображено как функция и. 1'нзброс энерпщ вызван конечной толщиной мишени; конечной шириыой щели, выделявшгй пучок; неоднородностями магнитного полн п т.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
