Вихман Э. Квантовая физика (1185110), страница 40
Текст из файла (страница 40)
Это означает, что их энергии, а следовательно, и частоты также равны. Пусть частота фотонов равна й). Из закона сохранения энергии следует 2й(з = 2п(сй или Х = — = —. лпс Ь (27а) 46 то Таким образом, длина волны испущенных фотонов равна комп- тоновской длине волны электрона Ытс=0,0243 А; такой длине волны 660 соответствует энергия, равная энергии покоя электрона тсе=— =0,511 МэВ*). Можно предположить, что все эти предсказания будут справед.ливы и для позитрона, замедлившегося в веществе.
Присутствие других частиц окажет какое-то влияние, но оно будет мало, так как энергии связи в атоме невелики по сравнению с энергией покоя электрона. Поэтому следует ожидать, что оба фотона, испугценные прн аннигиляции позитронов в веществе, будут испущены в противоположных направлениях и их длина волны будет равна комптоновской длине волны электрона. Это предсказание было проверено экспериментально и подтверждено с большой точностью *е). Кроме того, оьпо обнаружено, что возможна также аннигиляция с испусканием трех фотонов, 28.
Имеется одно обстоятельство, которое требует разъяснения. Мы ггз!ечзли, что в пространстве прн аннигиляции электронно-позптронной пары не может возникнуть одпм фотон, ибо энергия и импульс пр,! этом не могли бы сохраниться. Отсюда следует, что и обратный процесс, когда из одного фотона возникает электроннопозитрониая пара, также невозможен. В то;ке время мы говорили, что фотоны большой энергии, попадая в ве:цество, образуют в нем электронно-позптронные пары. Кажущееся противоречие легко разрешимо.
Пропесс образования пар фотонами происходит в поле ядра. Прп этом ядру передается определенная энергия и импульс, и этим обеспечивается возможность сохранения энергии и импульса. Процесссоп в точности обратным аннигиляции электрона и позптрона с испусканием двух фотонов, является процесс образования электронно-познтронной пары при столкновении двух фотонов. Его никто пе наблюдал, потому что нет возможности получить достаточно интенсивные пучки фотонов большой энергии.
Но никто не сомневается в том, что при наличии таких пучков процесс рождения электронно-позитронной пары двумя фотонамн наблюдался бы. Для образования пары фотонов в поле ядра обратным будет процесс аннигиляции пары в поле ядра с образованием одного фотона, При этом присутствие ядра обеспечит сохранение энергии и импульса. Такой процесс действительно наблюдался, но процесс двухфотонной аннигиляции более вероятен, и он преобладает. 29. Поскольку речь идет о позитронах, нельзя ие обратиться к проблеме частиц и античастиц.
В своей современной форме квантовая электродинамика является теорией, в которой электроны и позитроны играют совершенно симметричную роль. Это общая черта всех наших теорий фундаментальных частиц: мы верим, что каждой частице соответствует своя античастица !некоторые частицы, как, например, нейтральный пион, являются своими собственными ') Заметим, что величину $/те=0,00386 й тоже часто называем комптоновской длиной волны. *е) См., например: й!еглрегег О. Оп !Ье Апп!Ьп!а!юп Рад!а!!оп о! Ше Роапеоп.— Ргос.
Сапчьг. РЬН!. Бес., !934, м. 30, р. 347, 161 античастицами) и что мир симметричен относительно замены частицы античастицей *).Масса античастицы совпадает с массой частицы, но заряды их противоположны. Дальнейшим подтверждением этих идей явилось экспериментальное сткрьппе существования протона и антипротона а*).
Фундаментальным снойством частицы н античастицы является их способность аниигилировать с образованием, например, фотонов. бан Рис. 22А. Звезд;. ьсзпиэггэзя от зг анги»яппи гро!гч!з и г нтипратанз в нлеггоп,ягльсни. ЭтОт РНСУНСК ЯВЭ!Ягтс)Я МОЗЗИКОИ НЗ МИКРГЭатГПГГГР!«: Мнаь! Из ПОЛЕЙ ЗГСПНЯ. гЮЗВОЛЯЮЩЕВ увидеть !леды р! зличгыз «еюь Мгсплгб снимке пакзззп н ни! нем лг1оы ! л, У четырех следов чссть пробеге вьброиге! е, «о(ы щи деть ркс)пьг удгсяые ре*м рь Горпзонтвльныз след слева приньрлелаа, г!типратгэ~ ! Лг"„сые|дзя ь в эиуз.ьсин, ентгж гт и тсрвст энергвю и злмедляетсв.
В ьа!эие коннов щ пщс эс! стен ядраы эзл)«ьспя (па-вид: н-,!у, ядрг,м этлеро. дл) я внингнлпрэст с одним пз протонов япрз. Лрн мои рождзстся песье,гик!э пн, нав (следы 2. 2. Б. 7, а) и ядро рззвзливнстся пв осналкк С. еды ( н 3, ьераятно, принздт жвт протону, в след Б .— боле~ ! ~жал э« чггстппе, возможна ядру зн. Сэымз познан ьинетнческап инертна видиьгых (зв! э««енных) г.стгш и энергии покоя «нанон не .тоы сппэп с близка к (,3 Гэн. След Б приведлон ! т поз ожн.ельпочу пиону.
которьн после агтзвовки рзспздзется нв нейтрино (его следе с~ пике. конечна. не иден) и пололи;э!нный мюос, в сгг юачсГсдь распадающийся нв псм з; ан и дь г нег "Гньа (ага е С. Аппп! снап — Аю ьс! Нот ! пс!. зс!. )эБЗ 1 т. з. (, *(2", зтэ г (от,. агля тсг, потно)оэг ре~ низ г, слгдоьзн~ .
знтпн! к. г нов) Часто при аниип(ляции могут возникать другие част) цы. НаприЫЕР, ПРОТОН П антиггРОТОН ПРИ аННИГИЛЯЦИИ МОГУТ ПЕРЕХОДИТЬ В МЕ- зоны, и этот процесс гораздо более вероятен, нежели образование фотонов. ЗО. Мы утверждаем, что частицы и античастицы во всех наших теориях играют совершенно симметричную роль. Почему же, спросит читатель, античастицы встречаются так редко? Почему так трудно было открыть позитрон, а тем более антипротон? Ответ *) Опыты, выполненные в конце 50-2 годов, показали, что слабые взанзюдействин не обладают атил! свойством ннвариантности относительно замены частицы античастицей. В то время как сильные и электроз(а!нитные взаимодействия удовлетворяют высказанному принципу симметрии, слабые взаимодействия его нарушают.
Но сильные и электромагнитные взаимодействия являются доминирующими в нашем мире, поэтому можно сказать, что принцип симметрии лоюяи (но ие полностью) верен. **) Об открытии антипротона см. работу; Сйатй»г(п(л О., 9»лг» Е., %'1»яалг( С., )грз((ал(В Т.
ОЬзегча1юп о( Ап((рго1опз.— РЬуа. Кеч., 1955, и. 100, р. 947. Рис. зод. сничгл. в ыпд онодородно, пузырьтоаг и асс е ю гэдого .. ге1ного рассеяния антипротона прогоног~ н посл. з и ~ ш, „, ь . я г,,... н,~:-. трона и протона (рис. ЗОВ). Дага г. °, содягся; ьгт. | ч .и ~г, псз,, дл», ~ » з ~*.костя рисунка. (Поаробупт опргшел пь. ь д '. чзчзязлсло изгншпое юг* ) Нен(нль шн ч тацы не создают видимых сдсдоэ. а эг:я кс .. ы. г.типы осттэл ~ зт леды. пснр~с."..т п~ые без~одари магнитному г атю. На п1п,:з полз.: ит. ьно з.ряжегг ые часгицы огк шляются ш чзсоаой стрелке. В всрхыстг праве ~ толу Фш зчг, .
Вял шшио еще ояко и и гелос яалсч ьг — распад положительного пион:..з ~ отожвг ль ь»т мюо г и н т. а. 3 гпгм ра..адо . следует распад мюона на позитрон (спиральный след). нейтрино н,гигипадтрзно Нса~оняо в антиаейтрино нейтралг. гы к и ютавг,я,от влдг, ы.т в Рнс. ЗОВ. Сх эгг лед в Э и рп уныл должчы поггшь опознать гггсды а пузырьковой камере, показанные нз гьс. ЗОО( На рисунке слева е тонге С про.гс (л.
т э*новеиие вошедшего в камсруантнпр опас лротояом. В ргзультатс обмена з,грядлыв оора )ются нейтран н аитивейтрон Штрнховой 1я гиеп похазан невидимый след а.гтияептроиа. В точке А антииейтрон анннгилирует с протоном. В гока реакции образуется ~гять зара кенных пионов. Первичный антипротон является одной из гтршьтелы ых ч .тиц. пересе (гх я еру справа налево. Повидимому, гюс частицы в это |лучив янляются антипротонами На г исуике справа показаны следы эаряжегшых час~иц, возникающих в цепочке и — д — е-распадов (верхний правый угол рпс. Збд) Спиральный след принадлежит пазатрону. Перемещаясь в жндном водороде, он теояет энергию. п поэтому кривизна следа постоянно увели'шелестя В конце нонцав по.
литроп аиаигилпрует с электронны жидкости заключается в том, что, хотя законы природы симметричны, наш мир не находится в симметричном согтояннья он состоит нз протонов, нейтронов, электронов, атомов водорода и т. д., но не из антипротонов, антинейтронов, позитронов или антиводородных атомов. Причина такого отсутствия симметрии в том, что симметричное состояние нестабильно относительно аннигиляции: материя и антиматерия не могут сосуществовать в ограниченном пространстве. Именно потому, что Земля существует, она должна бьггь построена либо из вещества, либо из антпвещсства.
Она не могла бы быть нх смесью. Интересно решить вопрос: можно лн такое отсутствие симметрии в состоянии нашего мира распространить на всю Бселецн~юр Возможно, что существуют галактики, состоящие нз антнвещества; поскольку среднее расстояние между галактиками имеет порядок трех миллионов свстовых лез, то аннигиляция нм не угрожает. На этот вопрос пока невозможно дать ответ, хотя мы склонны считать, что антнгалакаик не существует.
Неизвестно, как возникли галактики, но можно предположить, что они возникли в процессе конденсации некоторого рода «пылн». При этом, однако, трудно понять, как произошло разделение вещества и антнвещества, которое привело к образованию галактик и антнгалактпк. Гзслн мы отвергнем идею антигалактик, остается неразгаданной тайна существования несимметричного мира, в котором преобладает один тип вещества, при условии, что основные законы фнзгкн, угравлякяцие этим миром, почти полностью симметричны. Можно ли «расщепить» фотон? 31. Рассмотрим интересный вопрос, имеющий фундаментальное значение: можно ли фотон с частотой ы расщепить на две части так, чтобы сумма их энергий была 1~ы, но частоза каждой из них оставалась бы равной «ау Известно, по кчассическая электромагнитная теория дает весьма точное ошшат.с большой совокупности опытов со свето»,, Мы говорили также, что соотношение между энергией и импульсом «фотона» может быть получено и в рамках этой классической теории.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
