physics_saveliev_3 (535941), страница 83
Текст из файла (страница 83)
й 102. Систематика элементарных частиц В предыдущих параграфах мы видели, что закономерности, наблюдаемые в мире элементарных частиц, могут быть сформулированы в виде законов сохранения. Таких законов накопилось уже довольно много (см. табл. 12). Некоторые из них оказываются не точными, а лишь приближенными, Так, например, закон сохранения гиперзаряда У (или странности 5) выполняется в случае сильных и электромагнитных взаимодействий н нарушается в слабых взаимодействиях (соблюдение закона в данном виде взаимодействия указано в табл.
12 знаком плюс, нарушение — знаком минус). Таблица Гй Вил взаимодействия Зенон солранеиив влентро- магнитное слабое сильное Энергии Е Импульса р Момента импульса (спина) М'. Элентрнческого заряда Я . Барионного заряда В . Лептонного заряда В . Иаотопического спина Т Гнперзаряда У (или странности 3) Зарядового сопряжения С Четности Р Комбинированной четности СР Каждый закон сохранения выражает определенную симметрию системы. Законы сохранения импульса р, момента импульса М и энергии Е отражают свойства симмвтрии пространства и времени: сохранение энергии есть следствие однородности времени, сохранение р обусловлено однородностью пространства, а сохранение М вЂ” его изотропностью.
Закон сохранения четности связан с симметрией между правым и левым (Р-инвариант- ность). Симметрия относительно зарядового сопряжения (симметрия частиц и античастиц) приводит к сохранению зарядовой четности (С-ннварнантность). Законы сохранения электрического, барионного и лептаимого зарядов выражают особую симметрию волновой функции. Наконец, закон сохранения нзотопического 'спина отражает изотропность изотопнческого (зарядового) пространства. Несоблюдение одного на законов сохранения взмачает нарушение в данном взаимодействии соответствующего вида симметрии.
Например, электромагнитное 6!3 п у т е м, поскольку в ней производятся действия над восемью квантовыми числами ') На рнс. 279 изображен октет (супермультнплет, включающий 8 частиц), объединяющий нуклоны (л, р) н Л-, Х-, Е-гипероны, Все они имеют спин т/з и положительную четность. Справа приведена масса частиц (в Мэв), внизу — электрический заряд Я, слева — значения гиперзаряда у н изотопического спина Т. Резонансы, обозначаемые Л, Х*, Е' н ьз, образуют декаплет, приведенный на рис.
280. Обращает на себя ллггл>ч 4Ьв Ж '76 у г > гй /г» л г г:к> д;ю 4~ — -у 0 +г +~ Рнс. 280. внимание то обстоятельство, что массы этих частиц отличаются на почти одннаковуто величину ( 145 Мэв)„ Частицы, входящие в декаплет, имеют спин з/з и положительную четность. В момент создания теории Е*-гипероны и ьз--частица еще не были известны. Резонансы Е*- н Е"з были обнаружены в !962 г. Оставалась незаполненной вершина пирамиды. Гелл-Манн предсказал, что отвечающая ей частица должна 'иметь спин, равный з7„гиперзаряд 'г' = — 2 и массу около 1676 Мэа (па 146 Мэв больше, чем масса Е'-частнц).
Почти ') Это название связано также с легендой, согласно которой Будде принадлежит афоризм о восьми путях, приводящих и уинчтожеии>о страданий: верные взгляды, верные намерения, вериые речи, верные действия, верный образ жизни, верные усилия, верные заботы и верное сосредоточение. буй тотчас же начались планомерные поиски этой частицы, получившей название ьс--гиверона'). В Брукхавенской лаборатории для этой цели были использованы ускоритель на 33 Гэн и 2-метровая пузырьковая камера, содер>кавшая 900 литров жидкого водорода. Было сделано около 300000 снимков, прежде чем на одном из них в январе 1964 г.
был зафиксирован'процесс рождения и распада ьс--частицы. Ее свойства, в частности масса, в точности совпали с предсказанными теорией. Таким об* разом, открытие Й--гиперона явилось триумфом теории унитарной симметрии. Так называемых элементарных частиц стало так много (вместе с резонансами более ста), что возникли серьезные сг)мнения в их элементарности. Каждая из сильно взаимодействующих частиц характеризуется тремя незавцсимыми аддитивнымн квантовыми числами: зарядом (), гиперзарядом У и барнонным зарядом В. В связи с этим появилась гипотеза о том, что все частицы построены из трех фундаментальных частиц— носителей этих зарядов.
Первая модель подобного рода была предложена японским физиком С. Саката, который считал фундаментальными частицами протон р, нейтрон п и Л'-гиперон'). Однако схема Саката оказалась неприменимой в области сильных взаимодействий. Гелл-Манн и Цвейг ввели в рассмотрение гипотетические частицы, получившие название ив арковз). Этим частицам приписываются дробные квантовые числа, в частности электрический заряд, равный — >)з, — >/з и +з)з соответственно для каждого из трех кварков. Были предприняты попытки обнаружить кварки, для чего искали частицы со значительно меньшей ионизирующей способностью, чем у обычных частиц (ионизирующая ') Этв частица относится к группе резонансов, но имеет время жизни того же порядка (-10 и сек), что и у п|перонов.
Однвко спин ее равен»/ь в то время квк у всех гиперонов он равен '/». ') Ть обстоятельство, что многие частицы имеют массу, значительно меньшую суммы масс р, и и Ле, не должно нвс смущать, тзк кзк масса системы связанных частиц может.оказаться намного меньше суммы масс частиц, входящих в систему (ср. с энергией связи частиц в ядре, 5 88). ') Слово «квврк» заимствовано Гелл-Минном из романа Дж.
Джойсе «Пробуждение Финнеганв», в котором кваркзми навеяны химерические существа, чудившиеся герою ромене во время гзллюцинвций. способность частицы с зарядом '/з должна быть в 9 раз меньше, чем у частицы с зарядом !), Однако пока кварки ие были наблюдены и их существование является проблематичным. Положение, сложившееся в физике элементарных частиц, сильно напоминает положение, создавшееся в физике атома после открытия в 1869 г. Д: И. Менделеевым периодического закона. Хотя сущность этого закона была выяснена только спустя примерно 60 лет, после создания квантовой механики, он позволил систематизировать известные к тому времени химические элементы и, кроме того, привел к предсказанию существования новых элементов и их свойств. Точно так же физики научились систематизировать элементарные.
частицы, причем разработанная систематика в ряде случаев позволила предсказать существование новых частип и предвосхитить свойства этих частиц. Однако «пока поиски систематики частиц находятся примерно в такой же стадии, как поиски периодической системы элементов, когда ими начинал заниматься Менделеев. Направление это очень важное и очень нужное, но оно отнюдь не решит фундаментальной проблемы понимания всех законов микромира.
Это понимание, очевидно, придет, только когда будет создана новая физическая тео. рия... Сейчас мы подходим к новому этапу познания фундаментальнейших законов строения природы, из которых как частный случай общего должны будут вытекать и квантовая теория, и теория относительности, и теория Ньютона... Нельзя предсказать, когда и как будет создана новая последовательная физическая теория... Но тот факт, что громадная армия экспериментаторов и теоретиков во всем мире работает на этом передовом для физики фронте, позволяет надеяться, что это время не за горами».
Взятые в кавычки слова принадлежат академику И Е, Тамму, Ими мы и закончим краткий рассказ о фи. анке элементарных частиц. ПРИЛОЖЕНИЕ ГОЛОГРАФИЯ Голография (т. е. чполная запись», от греческого — голос — весь, графо — пишу) есть особый способ фиксирования иа фотопластинке структуры световой волны, отраженной предметом. При освещении этой пластинки (голограммы) пучком света зафиксированная на ней волна восстанавливается в почти первоначальном виде, так что при воспрнитин восстановленной волны глазом зрительное ощущение бывает практически таким, каким оно было бы при наблюдении самого предмета (исключен окраску предмета).
Голография была изобретена в 1947 г. английским физиком Д. Габором. Однако полное осуществление идеи Габора стало возможным лишь после появления в 1980 г. источанков света высокой степени когерентности — лазеров. Исходная схема Габора была усовершенствована американскими физиками Э. Лейтом и Ю. Упатннексом, которые получили в 1988 г. первые лазерные голограммы. Советский ученый Ю. Н. Денисюк предложил в 1962 г.
(и впоследствии осуществил) оригинальный метод фиксирования голограмм на толстослойной эмульсии. Этот метод обладает рядом удивительных свойств (в частности, дает цветное изображение прецэтетов), однако рассмотрение его выходит за рамки этой книги. й(ы ограничимся элементарным рассмотрением современного метода получения голограмм на тонкослойной эмульсии, На рис. 281, а показана схема установки для получения голограмм, а на рве. 28!,б — схема восстановления изображения. Испускаемый лазером световой пучок расширяется с помощью телескопической системы, состоящей из микрообъектива и длиннофокусной линзы большого диаыетра. Увеличение диаметра пучка равно отношению фокусных расстояний линзы и микрообъектнва.
Расширенный пучок света делится иа две части. Одна часть отражается зеркалом к фотопластинке, образуи так называемый опорный пучок. Вторая часть попадает на пластинку, отразившись от фотографируемого прецмета; она образует предметный пучок. Оба пучка должны быть когерентнымн. Это требование выполняется, поскольку лазерное излучение отличается высокой степенью пространственной яогерентности (световые колебания кагерелгны по всему поперечному сечению базарного пучка).
Опорный и предметный пучки, на лагаись друг на друга, образуют интерференцнонную каргину, когоб!8 Экспонироваиная таким способом есть голограмма. В образовании рая фиксируется фотопластинкой. н проявленная фотопластинка и голограммы участвуют два пучка света, в связи с чем описанная схема получения голограмм называется двухлучевой.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
