Г.С. Ландсберг - Элементарный учебник физики (том 3). Колебания и волны. Оптика. Атомная и ядерная физика (1120574), страница 116
Текст из файла (страница 116)
В конечном счете это обусловлено законом сохранения барионного заряда, который позволяет бариону исчезнуть только в паре с антибарионом. Сохранение барионного заряда делает невозможным, например, разрушение атомов путем аннигиляции протона с электроном (превращения в у-кванты или меновы). Так как в нашем мире антнбарионов практически нет, нуклоны исчезать не могут. В этом отношении они сильно отличаются от фотонов н мезонов, которые в конечном счете исчезают (поглощаются или распадаются), передавая свою энергию (а заряженные мезоны — и электрический заряд) лептонам или нуклонам.
В последние годы были открыты сотни более тяжелых и менее устойчивых мезонов н барионов. Были найдены закономерности в их характеристиках — массах, способах образования и распада и т. и. "*'). Однако последовательной теории, которая описывала бы свойства адронов так же успешно, как квантовая теория описывает атомы и молекулы, еще нет. Нет также и ответа на более фундаментальный вопрос — почему существуют именно т а к и е элементарные частицы (электрон.
протон, фотон, нейтрино и т. д.) с т а к и м п свойствами. й 235. Детекторы элементарных частиц. В гл. ХХП) мы познакомились с приборами, служащими для обнаружения микрочастиц,— камерой Вильсона, счетчиком сцинтилляций, газоразрядным счетчиком. Эти детекторы, хотя и при') Согласно новейшим теориям злектромагннтное н слабое взаимодействия представляют собой различные проявления более общего так называемого злектрослабого взаимодействия. "") Лдроны — грея. Ьабгоз — большой, сильный.
**") Более подробно о свойствах адронов см. $239, 597 меняются в исследованиях элементарных частиц, однако не всегда удобны. Дело в том, что наиболее интересные процессы взаимодействия, сопровождающиеся взаимными превращениями элементарных частиц, происходят весьма редко. Частица должна встретить на своем пути очень много нуклонов зли электронов, чтобы произошло интересное столкновение. Практически она должна пройти в плотном веществе путь, измеряемый десятками сантиметров — метрами (на таком пути заряженная частица с энергией в миллиарды электронвольт теряет вследствие ионизац1ш только часть своей энергии).
Однако в камере Вильсона или газоразрядном счетчике чувствительный слой (в пересчете на плотное вещество) крайне тонок. В связи с этим получили применение некоторые другие методы регистрации частиц, Очень плодотворным оказался фотографический метод. В специальных мелкозернистых фотоэмульснях каждая заряженная частица, пересекающая эмульсию, оставляет след, который после проявления пластинки обнаруживается под микроскопом в виде цепочки черных зерен. По х а р а к т е р у с л е д а, оставленного частицей в фото- эмульсии, м о ж н о у с т а н о в и т ь природу этой частицы — ее заряд, массу, а также энергию.
Фотографический метод удобен не только из-за того, что мож. но использовать толстые слои вещества, но н потому, что в фотопластинке, в отличие от камеры Вильсона, следы заряженных частиц не исчезают вскоре после пролета частицы. При изучении редко случающихся событий пластинки могут экспонироваться длительное время; это особенно полезно в исследованиях космических лучей. Примеры редких событий, запечатленных в фотоэмульсяи, приведены выше на рис. 414, 415; особенно интересен р с. 418. Другой замечательный метод основан на использовании свойств перегретых хсадкос~пей (см.
том 1, $299), При нагреве очень чистой жидкости до температуры, даже чуть большей температуры кипения, жидкость не вскипает, так как поверхностное натяжение препятствует образованию пузырьков пара. Американский физик Дональд Глезер (р, 1926) заметил в 1952 г., что перегретая жидкость мгновенно вскипает при достаточно интенсивном у-облучении: добавочная энергия, выделяемая в следах быстрых электронов, создаваемых в жидкости у-излучением, обеспечивает условия для образования пузырьков. На основе этого явления Глезер разработал так называемую жидкостную пузырьковую камеру.
Жидкость при по- 598 Рис. 4!8. Превращения частиц, зафиксированные в стопке фотоэмульсий, облучеиной космическими лучами. В точке Е невидимая быстрая нейтральная частица вызвала расщепление одного из ядер фотоэмульсия и образовала мезоны (»звезда» из 2) следа).
Один из мезонов, К+-мезон, пройдя путь около 6 см (иа снимке приведены лишь начало и иоиец следа; прн использованном иа фотографии увеличении длина всего следа была бы 30 м), остановился в точке С и распался по схеме К -»пт-)-н++л-, п--мезон, след которого яаправлен вниз, в точке (» захватился ядром т'О, вызвав его расщепление. Одним из осколков расщепления было ядро зй), которое путем ()-распада пренратилось в ядро »Ве, мгновенно распадающееся на две летящие в противоположные стороны а-частицы — на снимке они образуют «молоток». я+-мезон, остановившиеь, превратился в р+-мюон (и нейтрино) (точна В). Окончание следа р+-мюона приведено в правом верхнем углу рисунка", виден след позитрона, образованного при распаде р+-иее+2т Рнс.
419. Образование и распад Л-гиперонов. В водородной пузырьковой камере. находившейся в мапштном ноле и облученной антнпротонами, зафиксирована реакция р-;р Л-', Л. Она произошла в точке окончания следа р гсм, схему в верхней части рисунка). Нейтральные лямбда- н антнлямбда-гипероны, пролетев без образонання следа небольшой путь, распадаются по схемам Л р+и-, Л р 1-и'. Антипротон р анаигилирует с протоном, образуя два и" и даа и--мезона Рпс. 420. Следы пар электрон — позитрон в пузырьковой камере.
Водородная камера облучалась экергичными заряжениымн частицами и у-квантамп. Тройка следов (стрелка с надписью «тройкаэ) — результат взаимодействия Т-кванта с электроном, приведшего к образованию пары е" — е (спирала, закручивающиеся в противоположные стороны); слабо искривленный след принадлежит первичному электрону, получившему в этом процессе большую энергню. Стрелка с надписью анара» указывает па пару е' — е, образованную Тнгвантом на протоне; протон не дает видимого следа, так как ввиду большой массы не получает прн взаимодействии с у-квантом достаточной энергии вышенном давлении нагревается до температуры, близкой, но меньшей температуры кипения.
Затем давление, а с ним и температура кипения понижаются и жидкость оказывается перегретой. Вдоль траектории заряженной частицы, пересекающей в этот момент жидкость, формируется след пузырьков пара. При подходящем освещении он может быть запечатлен фотоаппаратом. Как правило, пузырьковые камеры располагают между полюсами сильного электромагнита, магнитное поле искривляет траектории частиц. Измеряя длину следа частицы, радиус его кривизны, плотность пузырьков, можно установить характеристики частицы.
Сейчас пузырьковые камеры достигли высокого совершенства; работают, например, камеры, заполненные жидким водородом, с чувствительным объемом в несколько кубических метров а). Примеры фотографий следов частиц в пузырьковой камереприведеныпарис. 416, 417, 4!9, 420. 6 236. Парадокс часов. Б заключение остановимся на любопытном предсказании теории относительности Эйнштейна, которое получило прямое подтверждение в опытах с элементарными частицами.
Рассмотрим нестабильную частицу, которая в с о с т оя н и и и о к о я характеризуется средним временем жизни до распада т,. Если эта часкица движется равномерно со скоростью о, то оказывается, что среднее время жизни, наблюдаемое в лаборатории (т. е. покоящимся наблюдателем), должно возрасти по закону т= .
", где с— к~ ! — вакса скорость света в вакууме. С помощью соотношений, приведенных в 5 200, это выражение можно привести к виду вк т = та ~~ (236. 1) где (Р— полная энергия частицы, а (Ук,=те' — ее энергия покоя. Среднее время жизни частик(ы возрастает прапоре(ионально ее полной энергии. В опытах с быстрыми мкюнами, и-мезонами и К-мезонами наблюдалось возрастание среднего времени жизни этих частиц в десятки раз в точном соответствии с законом (236,1). Это явление можно характеризовать как замедление времени в движущихся телах. В самом деле, процессы, идущие внутри нестабильной частицы, можно рассматривать как некоторые часы, отсчиты- 602 ') Самая большая водородная камера имеет объем 30 ма.
вающие время. Неподвижные часы отсчитали несколько средних времен жизни, и частица должна была бы давно распасться. Однако с о б с т в е н и ы е ч а с ы быстро движущейся частицы идут м е д л е н и е е — по ним прошла только малая доля среднего времени жизни ть и части. ца еще «жива», Теория относительности распространяет этот вывод на любые физические процессы; биологические процессы не составляют исключения. Представим ракету, стартующую с Земли, путешествующую в космосе со скоростью, близкой к скорости света, и возвращающуюся на Землю.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
