Г.С. Ландсберг - Элементарный учебник физики (том 3). Колебания и волны. Оптика. Атомная и ядерная физика (1120574), страница 113
Текст из файла (страница 113)
Следовательно, согласно закону Эйнштейна энергия покоя продуктов реакции (230,3) бо л ь ше энергии покоя протона. Поэтому реакция (230.3) может идти только при условии сообщения знерган извне. Это упловне осуществляется, когда протон входит в состав н е у с т о й ч и в о г о ядра. а") Спин — лат. ар!и — кружение, верчение, 582 ф 231.
Нейтрино. Нейтрино называется незаряженная элементарная частица, которая испускается одновременно с электроном или позитроном при р-распаде атомного ядра. Подобно нейтрону, также лишенному электрического заряда, нейтрино практически не взаимодействует с электронами и не производит заметной ионизации среды. Нейтрон, однако, легко обнаруживается по своему действию на атомные ядра 1ядерные реакции, передача энергии при столкновении, см. 2 221).
Нейтрино же и с ядрами взаимодействует крайне слабо; до недавнего времени ядерных реакций под действием нейтрино на опыте установить не удавалось. Как же стало известно о существовании нейтрино, если они так неуловимы? Если бы прп р-распаде испускались только лишь электроны, то для данного радиоактивного изотопа энергия всех 11-электронов была бы о д н а и т а ж е. Действительно, она равнялась бы разности внутренних энергий исходного атомного ядра и конечного ядра + электрон*'). Разность же эта постоянна.
ибо опыт показывает, что все ядра данного изотопа имеют одну и ту же массу и, значит, одну и ту же внутреннюю энергию. На деле, однако, оказывается, что э н е р г и я 11-э л е к т р о н а п р и н и м ает всевозможные значения от нуля до некоторого максимального зиачен и я )р'э. Важно, что это максимальное значение как раз равно выделению внутренней энергии при распаде, о котором говорилось выше. Чтобы не войти в противоречие с законом сохранения энергии, приходится предположить, что при 1э-распаде в паре с электроном образуется еще одна частица — н е й т р и и о, которая уносит энергию, дополняющую энергию электрона до 1)та.
Если нейтрино уносит энергию, близкую к Ю'„, то энергия электрона близка к нулю; если энергия нейтрино мала, то, наоборот, энергия электрона близка к Уэ'„ и т. д. Детальное изучение процесса й-распада дало и другие столь же убедительные доказательства испускания нейтрино в этом процессе, а также позволя.ло оценить массу покоя нейтрино. Она оказалась меньше одной десятитысячной доли массы покоя электрона.
В 1956 г. после многолетних усилий удалось обнаружить на опыте ядерную реакшпо поглощения нейтрино (ъ) про- *) Кинепомсная энергия, сооб~цаемая при и-распане тяжелому конечному ядру, ничтожно мала по сравнению с энергией электрона. тоном с превращением последнего в нейтрон и позитрон: р Ч- и - л —,". е'. (23! .1) Источником нейтрино в этих экспериментах служил мощный ядерный реактор, в котором нейтрино образуются прк ()-распаде осколков деления урана.
В дальнейшем на ускорителях наблюдались н другие реакции, вызываемые нейтрино (см. 5 233). Большой интерес представляют эксперименты по обнаружению так называемых солнечных нейтрино. Они позволяют проверить справедливость существующих представлений о стросшш Солнца п о ядерных процессах, идущих в его недрах. Реакция слияния четырех протонов, являющаяся, как считают, источником солнечной энергии (см.
3 226), сопровождается испусканием двух нейтрино на каждое образующееся ядро гелия. Нейтрино столь слабо взаимодействует с веществом, что подавляющая пх часть пронизывает всю толщу Солнца и выходит в космическое пространство. Некоторая доля нейтрино, доходяпшх до Земли, проявит себя, вызвав ядерные реакции в специа. льиом детекторе Из-за слаоости взаимодействия эта доля крайне мала и опыты по обнаружению солнечных нейтрино трудны и дороги. Однако их удалось выполнить и зарегистрировать нейтрино, испускаемые пз недр Солнца, ф 232.
Ядерные силы. Мезоны. В 3 225 было введено понятие о я д е р и ы х с и л а х, т. е. особых силах, действующих между частицами, образующими атомные ядра,— нейтронами и протонами. Опыты (иапример, изучение ядерных реакций, вызываемых быстрыми нейтронами и протонами) привели к заключению, что ядерные силы взаимодействия между парами частиц протон — протон, нейтрон — протон, нейтроц — нейтрон одинаковы. В явлениях, зависящих только ог ядерных сил, нейтрон и протон ведут себя одинаково; различие свойств нейтрона и протона, выраженное в чуть большей массе первого и электрическом заряде второго, в таких явлеяиях не играет заметной роли.
Чтобы подчеркнуть тождественность свойств нейтрона и протона по отношению к ядерным силам, эти две частицы объединяют общим термином нуклон е). Говоря «иуклонж мы подразумеваем нейтрон или протон. Наиболее характерной особенностью ядерных сил является ко)тоиткодейслтвие — они достигают очень большого ') Нуялон — т, е. ядерная частица (лат, нис!ена — ядро). значения при сближении нуклонов на расстояние порядка 10 " см, ио при увеличении этого расстояния всего в несколько раз так сильно спадают, что практически ими можно пренебречь. В этом отношении ядерные силы не похожи на электрические силы илн силы тяготения, которые изменяются плавно (обратно пропорционально квадрату расстояния между частнцамп).
Они напоминают скорее силы, возникающие при соприкосновении резиновых шариков. Потенциальную энергию электрпческого взаимодействия двух протонов можно вычислить по формуле (206.1) с измененным знаком (протоны отталкиваются!). При расстоянии между протонамп г- — -1,4 10 " см имеем (е= =.1,6 10 '" Кл): )Р'=: — — 1 МэВ. 4ла, Опыты показывают, что потенциальная энергия ядерного взаимодействия двух нуклонов при сближении до такого расстояния составляет около 50 МэВ (если считать ее равной нулю при бесконечном расстоянии). Таким образом, на малых расстояниях я д е р н о е взаимодействие округленно на два порядк а (т. е. в 10- "раз) с и л ь н е е э л е к т р и ч е с к о г о. При больших расстояниях между протонами, например в молекуле Н, (гж!0 ' см), положение обратное: ядерное взаимодействие протонов оказывается ничтожно слабым по сравнению с электромагнитным. Как передается ядерное взаимодействие от одного нуклона к друтомуу Теория относительности Эйнштейна утверждает, что никакие взаимодействия между частицами не могут передаваться со скоростью, превышающей скорость света в вакууме.
Допустим, одна из двух взаимодействующих частиц быстро изменила свое положение. Вторая частица чпочувствует> изменение силы взаимодействия, вызванное смещением первой частицы, с запозданием, пропорциональным расстоянию между частицами. Запаздывание может быть много больше длительности перемещения частицы— частица давно остановилась, но в окружающем пространстве еще что-то происходит, что позже скажется на второй частице.
Это означает, что с у щ е с т в у е т н е к о т орый агент, переносящий взаимодейс т в и е. В случае взаимодействия заряженных частиц такой агент нам хорошо знаком — это электромагнитное поле. Наряду с полями, связанными с электрическими зарядами, существуют и свободные электромагнитные поля — распространяющиеся электромагнитные волны (радиоволны, свет, рентгеновское и у-излучения), Мы знаем, что такие свободные поля являются потоками электромагнитных квантов — фотонов, Аналогично, другим видам взаимодействия — всемирному тяготению, ядерному взаимодействию — соответствуют свои поля — иоле тяготения (гравитационное лоле), лоле ядврньгх сил.
Нуклон создает в окружающем пространстве поле ядерных сил. и это поле действует на другие нуклоны, попадающие в сферу его влияния. Как уже отмечалось, радиус сферы с и л ь н о г о взаимодействия очень мал: 10 "— 1О " см. В !935 г. японский физик Хидэкн Юкава (!907 — 198!) предположил, что подобно электромагнитному полю яде рн ое п о л е бывает не только связанным.
по и с в о б о дн ы м, т. е. существуют кванты ядерного поля. Он показал, что малый радиус действия ядерного поля связан с тем. что кванты этого поля обладают отличной от нуля массой покоя. Чем больше масса покоя, тем меньше сфера действия сил. Наблюдаемый радиус действия порядка !О "см означает, что масса покоя квантов в 200 — 300 раз больше массы покоя электрона. Примерно через 10 лет после предсказания Юкавы при исследовавни космических лучей (см, 3 237) были открыты частицы, названные ии-лсезонами (л), которые, как показали дальнейшие исследования, и являются квантами ядерного поля *).
Существуют три вида л-мезонов, различающихся электрическим зарядом: положительно заряженные л-мезоны (л'), нейтральные (лч) и отрицательно заряженные (л ). Массы покоя л"-. ле-, и л -мезонов близки и составляют примерно 270 масс покоя электрона. Подобно тому как электромагнитные кванты. излучаются при торможении зарядов, ядерные кванты = — л-мезоны — излучаются при торможении нуклопов, т. е. при соударенпях нуклонов друг с другом.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
