Г.С. Ландсберг - Элементарный учебник физики (том 3). Колебания и волны. Оптика. Атомная и ядерная физика (1120574), страница 115
Текст из файла (страница 115)
л ОО Х,ООРЛ а й~ 4 + сс о Рнс. 4(7. Образование н аннигиляция антинейтрона. Пропаяовая пузырьковая камера облучатась пучком антяпротонов, образованных прн соударениих протонов с энергией 6 ГэВ с бсриллиевой мишеаью. След одного из антипротонов внезапно обрывается (верхняя стрелка), хотя другие антипротоны той же энергии пересекают всю камеру. Это можно объяснить только тем, что произошла реакция р+р-ей+я. Лнтинейтрон н нейтрон летят в направлениях, близких к направлению полета антипротона, так как он передал им свой импульс, но не оставляют следов в камере.
В точке, нз которую указывзет нижняя стрелка (она лежит приблизительно на продолжении следа антипротона), антинейтрон соударяется с протоном нли ядром; заряженные продукты аннигиляции (в основном я-мезоны) образуют на снимке «звездуа, По искрнвленаю следов в магнитном поле можно судить, что испускаются как положительные, так и отрицательные частицы 20 Заементарима учебник физика, т. Ы 1 ауются электроны е- и позитроны е+. Частицу, испускаемую вместе с здектроном условнлпсь называть электронным антикейтрино», Тогда частицу, испускаемую вместе с позитроном, следует называть электронным нейтрино» . С учетом этого реакции ().распада (230.2) и (230.3) записываются следующим образом: л- р+г-+зд„ (233,1] р — +~'+»' (233.2) Прибавляя к уравнению (233.2) едена н справа по», и аниигилируя в правой части нейтрино», и антннейтрнно», (освобождающаяся энергия поглощается позитроном), приходим к реакции (231.1) *), заужен более точном написании (233.3) »етр л-г Аналогична нз (233.1) следует »«+а р+е (233.4) Являются ли нейтрино», и антннейтрнно»«одинаковыми нли азвыми частццамиу Ответ на этот вопрос доджей дать зкспернмевт.
1ы уже знакомы с частицами с нулевым электрическим зарядом, которые отлнчиы от своих античастиц — это нейтроны и антннейтроны, различающиеся знаком бариоиных зарядов. Но существуют незаряженные частицы и другого типа, тождественные своим античастн.
цам — например фотоны илн и'-мезоны, получившие поэтому название истинно нейтральных частиц. Опыты, проведенные на пучках антинейтрино ядерного реактора **), показали, что реакция паглащеняя», протонами (233.3) действительно наблюдается (см. 4 231). Но поглощение» нейтроначи обнаружить не удалось.
Именно этого и следовало ожидать, если электронные нейтрино и антинейтрнна— разные частицы (тогда при взаимодействии с нейтронами могут поглощаться», но не»!). Таким образом, из прямого эксперимента следует, что электрачнмг нейтрино» и актикейтрико», отличаются друг от друга и не являются поэтому истинно нейтральными частицами. Дальнейшие исследования показали, что нейтрино, образующиеся при распаде п.мезонин вместе с мюонами, отличаются ат нейтрино, образующихся в !1-распадах (233.!) и (233,'2) вместе с злектронамн, Реакцию распада и+.мезана иа мюон и нейтрино теперь следует писать в виде и+-+р++»„***). Прибавляя справа н слева па р- и по иейтроиу, знннгилируя р+ и р- и объединяя л+и+- р, приходим к реакции и" +р — + и+»и, ') Эта рассуждение носит очень общий характер, Сего помощью легко показать, чта любы частицы можно переносить нз правой части дюбой реакции в левую часть (или наоборот), заменяя нх прн этом на античастицы.
**) В ядерных реакторах происходит !)--распад осколков деления урана, «перегруженных» нейтронзмн (т. е. !)--распад нейтронов). Поэтом»ь реакторы — интенсивные источники антинейтрнно »„. ««) Частица »и получила название мюонного нейтрино. Мкюнног актингйглрико »и образуется при распаде и — р +»и. 594 Очевидно, должна идти и обратная реакция ем лил Р+р Эта реакция наблюдалась экспериментально с помощью ускорителей на пучках нейтрино чм, образующихся при распаде яе-мезонов, Эти пучки не вызывали, однако, реакций (233.3) н (233.4).
Отсюда и был еде. лаи вывод о различии мюонных и электронных нейтрино. Экспериме~!тальке было показано также, что мюовные нейтрино н антннейтрино уц и тв отличаются друг от друга. Более подробно и полно о разных типах нейтрино см. в 4 242. й 234. Частицы и взаимодействия. В настоящее время представляется, что все разнообразие явлении, разыгрываю!цпхся во Вселенной на всех ее уровнях,— микромир, жизнь, звезды, галактики — определяется игрой всего лишь четырех в з а и и о д е й с т в и й. Два из нпх были известны еще классической физике — это грал!тггигцг!я (всемирное тяготение) и электрвлтгнитное взаимодействие.
Два других взаимодействия — ядерное. пли как его часто называют сильное, и так называемое слабое — являются к ороткоденствующимн и поэтому непосредственно не сказываются не только на движениях макроскопических тел, но и на свойствах атомов и молекул. Они проявляются лишь в ядерных явлениях и в превращениях элементарных частиц. О сильном взаимодействии уже говорилось в 9 232.
Слабое взаи ггодействие — это особое взаимодействие, выступакнцее во всех процессах. в которых участвуют нейтрино, например в захвате нейтрино ядрами, в ))-распаде, распаде и'-. и -мезонов и миюнов. Силу взаимодействия двух частиц можно охарактеризовать потенциальной энергией при нх сближении на некогорое расстояние. Сравним между собой энергии сильного, электромагнитного, слабого и гравитапионного взаимодействий двух протонов на расстоянии г- 10 " см, когда сильныс взаимодействия проявляются практически уже в пол.
ной мере. В 4 232 приводились соответствующие оценки для энергии электрического ( 1 МэВ) и сильного ( 50 МзВ) взаимодействий между этими частицами. Энергия их слабого взаимодействия составляет величину порядка !О-ь эв. Для того чтобы рассчитать потенциаль. ную энергию гравитационного взаимодействия между протонами, воспользуемся формулой (126.10) 1-го тома Ят= — 6т~~)г (6=6,7 10 Н.мз,'кгз — гравитационная постоянная; и =- 1,67 10-зт кг — масса Р= протона. г = 10 'ь м — расстояние между протонамн; протоны рас. сл~атриваются как материальные точки). Тогда (1,67,10- т) ) Нг(=6 — =6,7 10-ю ' Дж=!,87,!О-зв Дж=- 1О 1,87 !О эВ гм !О за эВ. 1,6 10 20е 595 Эта энергия крайне мала, и существенных проявлений гравитапии в явленнях микро«ира до настоянгего времени не найдено.
Итак, энергии фундаментальных взаимодействий относятся примерно следующим образом: сильное; электромагнитное: слабое; гравитационное=1: 1О-«: 1О-"; 1О-". Важную роль в физике элементарных частиц играют представления о времени, характерном для того или иного явления. Установим прежде всего временной масштаб для процессов, обусловленных сильными взанмодействиями.
Для оценки этого масштаба рассмотрим ядерные столкновения быстрых частиц (нмеющих скорость, сравнимую со скоростью света с). Так как радиус действия ядерных сил г-10 '-' — 1О '" см, то время такого сильного взаимодействия будет характеризоваться величиной г!с-10 "— 10 '" с. Это означает также, что если распады частиц обуслонлены сильными взаимодействиями, то соответствующие времена жизни будут составлять именно такую очень малую величину (короткоживущие частицы).
Если «сильные распады» по каким-либо причинам происходить не могут в частица распадается под действием электромагнитных сил, то ее время жизни будет лежать в пределах !0 "— 10 " с. Для «слабых распадов> соответствующие времена имеют масштаб 1О ' — 1О " с. Поэтому частицы, распадающиеся только благодаря слабым взаимодействиям в мире элементарных частиц рассматриваются как долгожители, Из четырех известных взаимодействий — гравитационного, слабого, электромагнитного и сильного — универсальным является только гравитационное — в с е м и рному тяготению подвержены все частицы без исключений. Частицы разбиваются на классы по характеру взаимодействий, в которых они участвуют. В первый класс отнесена только одна частица — фотон*). Ф о т о н взаимодействует (испускается, поглощается) с электрическими зарядами, т.
е. о бл а да е т э л е ктромагнитным взаимодействием. Сильное и слабое взаимодействия фотону не свойственны. Ко второму классу отнесены так называемые лептоны «а) — электрон, мкюн, нейтрино и их античастицы. Объединяет лептоны то, чтовсе они обладают слабым, но яе обладают сильным .взаимо- ") К фотонам близки и другие частины — глюоны, промежуточяые бозоны (см. 9 242). ") Лептоиы — греч. !ер1оз — легкий, 596 д е й с т в и е м. Заряженные лептоны (электрон, мюон) подвержены, разумеется, и электромагнитному взаимодействию *). Третий, самый обширный класс образуют так называемые адроны '*) — сильно взаимодействующие частиць1. Адронам свойственны все четыре известных взаимодействия.
Первую подгруппу адронов образуют мезоны — сильно взаимодействующие частицы, не обладающие барионмым з а рядом. Как отмечалось, пх следует рассматривать как кванты ядерного поля (поля сильного взаимодействия). Вторую подгруппу составляют барионы — частицы, обладающие барпоннызг зарядом (см. 9 233). Самые легкие барионы — нуклоны (нейтрон и протон)— устойчивы (нейтрон устойчив в ядрах) и вместе с электроном служат кирпичиками вещества.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
