1625913952-eb24d9660fd97b365f78091f0a818088 (532682), страница 14
Текст из файла (страница 14)
Оказалось, что первичные мезоны в космических лучах, названные п-мезонами, обладают массой около 264сп„если они нейтральны, или 273т„ если несут положительный или отрицательный заряд. Заряженные и-мезоны (пь-частицы) распадаются на и-мезоны того же знака с массой 207спе и нейтрино, причем время жизни первичных частиц в этих процессах около 2,5 ° 10-е сак (фото 5). Но вероятность самопроизвольного распада отрицательных и-мезонов мала, обычно они притягиваются положительными ядрами ркружающих атомов и захватываются ими, вызывая сильные ядерные взрывы.
Вторичные и-мезоны в свою очередь распадаются на электрон или позитрон (в зависимости от заряда) и два нейтрино; их время жизни равно 2,22 ° 10-е сек. С другой стороны, нейтральные и-мезоны (пс-частицы) распадаются на два у-кванта (уе; гл.
1Ч, 9 2). Тот факт, что причиной ядерных взрывов оказываются обычно (отрицательные) п-мезоны, показывает, что именно эти, более тяжелые мезоны связаны с ядерными силами в согласии с теорией Юкавы. Однако хотя теория Юкавы, сравнительно простая, представляется качественно верной, она не объясняет деталей взаимодействия между ядерными частицами. Проведенные в Беркли эксперименты подтвердили результаты Бристольской школы.
Гарднер и Латтес сообщили в 1948 г., что и-- и и-мезоны можно получить, бомбардируя мишени из различяых веществ а-частицами с энергией более 300 Мээ, полученными на Калифорнийском циклотроие (гл. 1П, $6). Измерения масс и- и и-мезонов проводили многие исследователи; наилучшие к 1960 г. значения следующие: ги а 273,3те, ту= 264,3гие, т е = 206,Эи . Гл. П. Элслыитариыа частицы Кроме и- н 16-мезонов (условно называемых Е-мезонами), сейчас изучена другая группа, К-мезоны, с массамн около 3000л6,. Эта группа состоит нз заряженных т-мезонов и ней. тральных й-мезонов, причем все они распадаются на заряженные и нейтральные п-мезоны, как видно из табл.
3. Далее обнаружена группа частиц, названных гиперонамн, с массами, пре. вышающими массы нуклонов. Они распадаются за время порядка 1О-" — 10-" сек на нейтроны или протоны и и-мезоны ,(см, табл. 3) Добавим, что предполагается существование Ее, Ее Таблица 3 Таблица еаементерных частиц ') 2181,5 2326,9 (2326,9) яч р++л рт+ие ич+ а+ и'+ иАч+ а- ч А. я. ша ачтч, цчч. мча Реуч, 66, манам) 3.7 ° 10 " 3,4 ° 10 ~ 3,4 ° 1О 1 ° 10 и э" 8.
Мвзоиы и ядерные ев«м и соответствующих античастиц для всех гиперонов, но обнару. жены были только некоторые нз этих частиц. Представляется вполне вероятным, что будущая теория материи должна будет делать различие между стабильными ча. стицами — протоном и электроном, — образующими атомы, и между большим числом более или менее нестабильных, эфе« мерных, «второстепенныхэ частиц, таких, как фотон, и- и р-мезоны, и, возможно, многими другими частицами, массы кото. рых образуют целый спектр. АТОМ И ЕГО ЯДРО У 1. Теория злекгарона Лорена)а Изучая строение материи, физика всегда пользовалась методом, основанным на следующем принципе: законы, справедливые для «макроокопических» тел, т. е.
для тел, имеющих привычные глазу размеры, сначала для пробы переносятся на элементарные частицы в неизменном виде; если при этом обнаруживается какое-то противоречие, то предпринимается видоизменение этих законов. Таким образом, научный прогресс существенно зависит от теснейшего сотрудничества теории и эксперимента.
Так, в предыдущих главах мы постоянно пользовались законами взаимодействия заряженных частиц между собой и с внешними полями или световыми волнами. Но самый важный результат — что масса атома почти полностью сосредоточена в очень маленьком ядре, в то время как объем атома, его физические и химические свойства определяются сравнительно рыхлым электронным окружением ядра — мы приняли без доказательства: Теперь 'мы должны дать это доказательство.
Однако сначала необходимо несколько основательнее разобраться в законах электромагнитного поля. Эти законы, как известно, формулируются на языке уравнений Максвелла (1855 г.) (приложение 6), В своем первоначальном виде эти уравнения описывают пространственное и временнбе изменение напряженностей электрического поля Я и магнитного поля О в веществе и поэтому содержат характерные для этого вещества постоянные (в простейшем случае это диэлектрическая постоянная и магнитная проницаемость).
Атомистическая теория электричества, имеющая дело только с полями в вакууме, упрощает уравнения поля: путем выбора подходящей системы единиц из уравнений устраняются входящие в них постоянные (по крайней мере, за исключением скорости света с=3 ° 10мсм/сек, которую целесообразно сохранить ввиду удобства обычных кинематических единиц — сантиметра и секунды). В таком виде уравнения поля составляют базу ь' 1. теория вяекгроиа лоренца электронной теории Лоренца (1897 г.), которая стояла во главе физики на рубеже века. В то время ученые уже были знакомы со свободными электронами и знали, что электроны входят в состав атомов; о положительных элементарных зарядах ничего не было известно.
Электрон представляли себе в виде очень маленького за. ряженного тела, создающего поле в пустом пространстве и, наоборот, испытывающего на себе действие сил со стороны поля. Считалось, что эти силы определяют движение электрона в соответствии с законом Ньютона; произведение массы на ускорение равно силе.
Поэтому необходкмо было приписать электрону, помимо заряда е, еще и массу т, а мы уже видели, что отношение а/гп можно найти из экспериментов по отклонению частиц в полях. На основе этих предположений можно рассчитать движение электронов в различных полях. Было об наружено, что при этом имеет значение также и размер электрона (его радиус, если считать, что он имеет шарообразную форму) — и вот по какой причине.
Если электрон движется с ускорением, поле распределенного в нем заряда изменяется; возмущение распространяется внутри электрона со скоростью света и приводит к появлению дополнительных сил. При малых ускорениях такие силы в первом приближении пропорциональны ускорению и е'/а, где е — заряд, а а — радиус электрона (коэффициент пропорциональности зависит от распределения зарядя).
Другими словами, все это равносильно эффективному возрастанию массы на величину, пропорциональную е»/а (Дж. Дж. Томсон, 1882 г.; Хевисайд, Сирл, 1885-г.). Этот факт навел некоторых физиков на мысль, что электрон вообще не- имеет «обычной» массы, обладая лишь «электромагнитной» массой. Малость общей массы электрона, казалось, подтверждает это. Было обнаружено далее, что электромагнитная масса зависит от скорости. Первые наблюдения этого эффекта Кауфманом (1906 г.) были восприняты как блестяшее подтверждение теории.
В 1904 г. Хазеиерль вывел закон движения полого ящика с отражающими стенками, содержашего электромагнитное излучение, и нашел, что излучению следует приписать массу Е/с', где Š— полная электромагнитная энергия. Это было первым указанием на общий закон, который мы обсудим в следующем параграфе. Вычисления электромагнитной массы основывались на предположении (Абрагам, 1903 г.), что электрон представляет собой жесткую конструкцию, сохраняющую форму в процессе движения, а это предполагает наличие бесконечно больших внутреннйх сил иеэлектрического происхождения.
Если отказаться от этого предположения, то получаются ие только дру- Гл П1. Атом и еао ядро гие численные множители, но и другая зависимость от скорости. Кроме того, предположение об абсолютной жесткости несовместимо с теорией относительности (в смысле лоренцева сокращения, см. приложение Б). Если же вместо абсолютной' жесткости постулировать неизменность формы электрона в системе отсчета, движущейся вместе с ним, то получатся формулы с точностью до численного множителя, согласующиеся с изложенным на стр.
38 (электрон Лоренца, 1909 г.). Однако численный множитель остается в большой мере произвольным, так как он зависит от распределения зарядов, о котором ничего не известно, Еще хуже то, что даже в такой релятивистской' по форме теории необходимо вводить очень большие внутренние силы сцепления, удерживающие на месте одинаково заряженные и потому отталкивающие друг друга части электрона, а это приводит к противоречию с фундаментальной теоремой из механики излучающих систем, о которой сейчас пойдет речь. й) 2.
Теорема ааертпоста знергаа. Едааап теорая поля С полной общностью теорема инертности энергии была впервые установлена Эйнштейном в 1905 г. Она утверждает, что всякая энергия Е обладает массой тп в соответствии с уравнением Это соотношение мы будем постоянно использовать в дальнейшем. Оно далеко от того, чтобы быть только некоторой теоретической тонкостью; связанные с ннм явления, по существу, имеют характер эффектов большого масштаба.
Представим себе закрытый ящик, на противоположных стенках которого укреплены два совершенно одинаковых прибора, устроенных так, что они могут испускать кратковременный световой сигнал в определенном направлении или же полностью поглощать приходящий световой сигнал (фиг. 22).
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
