Д.В. Сивухин - Общий курс физики. Том 5. Атомная и ядерная физика (1121281), страница 189
Текст из файла (страница 189)
Теоретические мотивы такого подразделения выяснятся в 8 110 (в кварковой модели). В группу резонансов входят мезонные и барионные резонансы. Мезонами называются нестабильные заряженные или нейтральные адроны, обладающие нулевым или целочисленным спинам, а потому принадлежащие к классу базанов. Сюда относятся к~- и ки-мезоны, Кь-мезонин Эти мезоны были открыты раньше других. Масса их-- промежуточная между массами электрона и протона (отсюда и происходи г их название — от греческого слова шеэов, что означает чсредний, промежуточный»).
Позднее были открыты более тяжелые Р~-, Ро-, Ге-мазаны, масса которых больше массы протона. Было открыто также много мезонных резонансов, т.е. мезонов с временами жизни порядка 10 гз с. Масса некоторых из них также превосходит массу протона. Мюоны д первоначально назывались д-мезонами, но они не относятся к классу мезонов, так как имеют спин 1/2 и не участвуют в сильных взаимодействиях.
Барионами и барионными резонансами называются адроны с полу- целым спинам и массами, нс меньшими массы протона. К ним относятся нуклоны 1нротоны и нейтроны), гинероны и др. Протон и нейтрон— самые легкие барионы. Протон единственный стабильный барион (см., впрочем, 8 108, п.4), все остальные барионные резонансы нестабильны и путем последовательных распадов превращаются в нуклоны и легкие частицы: к-мезоны, электроны, нейтрино, ~-кванты. (Нейтрон в свободном состоянии нестабильная частица со временем жизни 16 мни, но в связанном состояяни внутри ядра он стабилен, если М < ят, М+ гп„т. е. когда не происходит 13 -распада. Если же и ~~М > и лМ + т„то нестабилен пРотон и пРоисходит позитРонный )3 г-распад; р э и + е~ + и,.) Нестабильные барионы с массами, ббльшими массы нуклона (протона и нейтрона), и бблыпнм временем жизни но сравнению с ядерным временем (порядка 10 гз с) называются гиперовими.
Первые гипероны (Л) были открыты в космических лучах. Детальное изучение их стало возможным после того, как их стали получать на ускорителях заряженных частиц высоких энергий при столкновениях быстрых нуклонов, и- 6 106) Аншичостицы 739 и Ь-мезонов с нуклонами атомных ядер. Известно несколько типов гиперонов: ллмбда (Л ), сигма (Е, Х~, Е+), кои (Б, Е~), омега Я ), Л,. Все гипероны имеют спин 1/2, за исключением гиперона П, спин которого равен 3/2. Таким образом, гипероны, как и все барионы, являются фермионами. Время жизни гиперонов т 10' '" с (за исключением Хв и Л и Л„для которых т равно 10 'э и 10 гв с соответственно).
За это время они распадаются на нуклоны и легкие частицы (х-мезоны, электроны, нейтрино, 7-кванты). В 70-х годах на болыпих ускорителях были созданы пучки заряженных и нейтральных гиперонов высоких энергий (20 †1 ГэВ). Это позволило проверить формулу для релятивистского замедления времени в лучших условиях по сравнению с тем, как это делалось раньше (см. т. 1Ч, 9 105, пп. 4, 5).
Если бы не было релятивистского замедления времени, то гипероны от своего рождения до распада пробегали бы путь порядка ст, т.е. порядка сантиметра или десятков сантиметров. На самом деле этот путь достигает нескольких метров. Детализация классификации элементарных частиц будет произведена в следующих параграфах по мере надобности.
Отличительные признаки лептонов, мезонов и барионов станут более ясными, если при классификации частиц исходить из кварковой модели (см. 9 110). й 106. Античастицы 1. В микромире каждой частице соответствует оптичосгиицо. В некоторых случаях частица совпадает со своей античастицей, т.е. все свойства частицы и античастицы тождественны. В таком случае элементарные частицы называют истиинно нейтральными гвстицами.
К ним относятся фотон 70 яо-мезон, йв-мезон, д/гд-мезон, ипгилончасгпица Т. Если же частица и античастица не совпадают, то массы, спины, изотопические спины, времена жизни у частицы и античастицы одинаковы, а прочие характеристики (электрический заряд, магнитный момент,лептонные и барионные заряды, странность, очарование, красота) одинаковы по абсолютной величине, но прогивоположны по знаку. (Встречающиеся здесь термины будут определены в следующих параграфах.) Так, электрон и протон отличаются от позитрона (антиэлектрона) и антипротона прежде всего знаком электрического заряда.
Нейтрон отличается от антинейтрона знаком магнитного момента. Лептонные заряды у лептонов и антилептонов, барионные заряды у барнонов и антибарионов противоположны по знаку. Понятия частицы и античастицы относительны. Что назвать частицей и что античастицей это вопрос соглашения. Электрон считают частицей, а позитрон — античастицей только потому, что в нашей Вселенной преобладают именно электроны, а позитроны являются более экзотическими объектами.
Но, в принципе, с равным успехом частицей можно было бы назвать гюзитрон, а электрон — античастицей. [!'л. ХЪ'1 Элементарные частицы 740 2. Первая античастица -- позитрон (антиэлектрон) была предсказана теоретически Дираком в 1931 г, и обнаружена в 1932 г. Андерсоном (р. 1905). Дирак исходил из предложенного им релятивистского волнового уравнения и принципа Паули. Рассмотрение его теории, по существу, далеко выходит за рамки нашего курса, и мы не будем ее касаться. Отметим только, что теория Дирака в вопросе о частицах и античастицах, во всяком случае, недостаточна.
Это видно уже из гого, что она построена для электрона, а он имеет спин 1/2 и относится к фермионам. Античастицами же обладают не только фермионы, но и бозоны. Существование античастиц является более фундаментальным фактом, чем думали сначала. Современная квантовая теория поля решает этот вопрос, но на этом мы останавливаться не можем. Андерсон открыл позитрон в составе космических лучей, фотографируя следы космических частиц в камере Вильсона.
След позитрона был похож на след электрона, но в магнитном поле он загибался в противоположную сторону. Это свидетельствовало о положительном знаке заряда наблюдаемой частицы. О направлении полета частицы можно было судить по увеличению кривизны следа при ее движении. Для того чтобы усилить этот эффект, Андерсон ставил на пути позитрона свинцовую пластинку, проходя через которую позитрон тормозился, и уменынение радиуса кривизны его следа становилось более значительным. По кривизне следа Андерсон вычислил энергию частицы. Если бы это был протон, то его пробег при усгановленном Андерсоном значении энергии был бы примерно в 10 раз меньше наблюдаемого в действительности. Это означало, что масса открытой положительно заряженной частицы была меньше массы протона. В 1933 г. вскоре после открытия Андерсона Блэккет (1897-1974) и Оккиалини (р.
1907) открыли электротсо-позитронныс ливни в космических лучах. Они пользовались камерой Вильсона, управляемой посредством счетчиков. Камера помещалась между двумя счетчиками и срабатывала только тогда, когда через оба счетчика одновременно пролетала ионизующая заряженная частица. В этот момент и производилось фотографирование. Измеряя кривизну треков, исследователи также пришли к заключению о существовании позитрона.
3. В вакууме при отсутствии вещества позитрон столь же стабилен, сто и электрон. Однако нри встрече электрона с позитроном эги частицы чаннигилируютгч т. е. превращаются в два, три или несколько квантов излучения. Один 7-квант излучиться не может, так как в этол1 случае нарушился бы закон сохранения импульса. Это очевидно, если рассмотреть процесс в системе центра масс и принять во внимание, что число излученных 7-квантов от выбора системы отсчета не зависит. Значит, и в любой сисгеме отсчета один 7-квант излучиться не может. Существует обратный процесс: 7-квант может породить тшру е+е Для этого необходимо, чтобы энергия 7-кванта была не меньше собственной энергии пары 2т,с~. Этот процесс может происходить только в присутствии тршпьсго тела, например атомного ядра, иначе нарушился бы закон сохранения импульса.
Действительно, в системе центра масс образовавшейся пары импульс пары был бы равен нулю, 5 106) Античастицы 741 тогда как импульс породившего ее 7-кванта отличен от нуля. При наличии атомного ядра импульс 7-кванта будет восприниматься ядром. В произвольной же системе отсчета импульс исчезнувшего кванта распределится между тремя частицами: атомным ядром, электроном и позитроном.
Нарушения закона сохранения импульса не произойдет. Позитроны могут появляться также в позитронной радиоактивности и в других процессах превращения ядерных и элементарных частиц. Образование пар еч е 7-квантами высоких энергий и позитронная радиоактивность служат основными процессами для получения позитронов. При столкновениях медленных позитронов с атомами вещества позитроны могут захватывать электроны из атомной оболочки. В результате образуется связанная система из электрона и позитрона, называемая позитронием. Различают ортопозитроний (когда спины е' и е направлены параллельно) и парапозитроний (когда спины направлены противоположно).
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
