yavor2 (553175), страница 100
Текст из файла (страница 100)
Однако представление о точечной непротяженной частице приводит к явно неудовлетворительному выводу о том, что вещество, которое занимает определенный объем, состоит из непротяженных частиц! Наличие же некоторой протяженности частицы в пространстве неизбежно предполагает и существование у нее определенной структуры. 3.
Из электродинамики известно, что неподвижная заряженная частица с зарядом е создает электростатическое поле с потенциалом «р, равным е/4пе,г, где г — расстояние от частицы. Для бесструктуриой, точечной частицы это означает, что созданное ею поле в точке ее нахождения (при г- О) обладает бесконечным потенциалом, а следовательно, и бесконечной потенциальной энергией (7. Но тогда и масса поля, созданного частицей, по формуле т = (//с«тоже будет бесконечной.
Так в физику бесструктурных частиц вошли «бесконечностим Развитие всей квантовой механики в ее применении к элементарным частицам представляло собой непрерывное создание различных методов устранения «бесконечностей», введения определенной структуры элементарных частиц, которая не противоречила бы теории относительности.
4. Для выяснения структуры частиц микромира необходимо иметь дело с частицами весьма больших энергий. Легко показать, что с увеличением энергии сталкивающихся частиц можно получить информацию о явлениях, происходящих на все более малых расстояниях между частицами. В самом деле, предположим, что требуется выяснить, что происходит при соударении двух элементарных частиц на весьма малом расстоянии 6 между этими частицами. Если координата частицы определена с точностью до 6, то неопределенность в ее импульсе будет Лр ) Ы6 и, следовательно, неопределенность в энергии частицы будет ие меньше, чем АУ = Й~6 (формула (15.25)).
Чем меньше изучаемые расстояния 6, связанные со структурой элементарных частиц, тем больше должна быть энергия 4' частиц, ибо она не может быть меньше «»8 (см. 2 16.7). 5. Как всякая бурно развивающаяся область знаний, учение об элементарных частицах не находится пока еще в таком завершенном состоянии, которое допускало бы его систематическое изложение, в особенности в рамках более или менее элементарного курса. Поэтому в этой завершающей главе книги мы ограничимся кратким изложением основных экспериментальных данных и в меньшей степени будем касаться их теоретического истолкования.
$ 83.2. Понятие о космических лучах и их свойствах 1. Из космического пространства на Землю доставляются потоки частиц — атомных ядер высокой энергии, а также другие частицы, созданные этими ядрами в атмосфере Земли. Все эти частицы получили название космических лучей. 2. Космические лучи были обнаружены в начале двадцатого века при изучении иоиизации сухого воздуха, заключенного в зам- 431 лг гал ж амааага, лм Рис.
83 !. 432 кнутый сосуд. Опыты показали, что заряженный электроскоп, помещенный в очень толстую свинцовую оболочку, все же теряет свой заряд. Изучение причин этого явления привело к обнаружению излучения внеземного происхождения, обладающего высокой проникаюшей способностью. Тот факт, что обнаруженное излучение приходит на Землю из космического пространства, подтверждается следующим. При подъеме в атмосферу до высоты 1000 м происходит незначительное уменьшение интенсивности ионизации, сменяющееся затем быстрым ее ростом, который нельзя объяснить, если считать, что источники ионизации находятся в недрах Земли.
Исследования показали, что космическое излучение поступает на Землю из всего космического пространства, о чем свидетельствует практическая независимость интенсивности ионизации воздуха космическими лучами от суточного вращения Земли. Интенсивность космических лучей определяется плотностью потока частиц — числом частиц, проходящих в секунду через единицу площади поверхности, Изменение интенсивности космических г лучей с высотой показано на рис. л~ 83.1 (интенсивиость ( дана в относительных единицах). 3.
Космические лучи отклонял ются магнитным полем Земли, и поэтому иитеисивность космических лучей зависит от широты места на х7 Земле. Наибольшее отклоняющее действие магнитное поле Земли производит в экваториальной области. Здесь наибольшее число частиц испытывает сильное отклонение и не проходит в нижние слои атмосферы. Это явление называется широтным эффеклюм. На высоте 1О км широтный эффект достигает 36%. Изучение отклоняющего действия магнитного поля Земли на космические лучи показало, что положительные частицы, входящие в их состав, отклоняются к востоку, а отрицательные — к западу (восточио-западный эффект).
4. Космические лучи за пределами земной атмосферы называются первичными космическими лучами. Их состав изучается с помощью ионизационных камер, счетчиков, пачек ядерных фотоэмульсий, поднимаемых на воздушных шарах, ракетах, а также установленных на космических кораблях. Исследования показали, что в состав первичного космического излучения входят атомные ядра с различными массовыми числами и энергиями на один нуклон, заключенными в интервале 10' эВ «= ~~(10вв эВ. Первичное космическое излучение с энергией менее 1О" эВ на 90'4 состоит из протонов, примерно на 9% из ядер гелия, оставшийся 1'в приходится на ядра более тяжелых элементов. Общая энергия, приносимая космическими лучами на Землю в 1 с, невелика ( 1,5 10' кВт), она сравнима с энергией видимого света звезд.
Однако отдельные частицы пер- д е Лг ХГ гй,'сЛЕ Рис 33 2. 433 вичных космических лучей обладают огромной энергией порядка 1О" — 10" эВ. 5. Опыты показали, что на высотах, больших 50 — 60 км над уровнем Земли, наблюдается постоянная интенсивность космических лучей (рис. 83.1). Однако по мере приближения к Земле наблюдается резкое изменение интенсивности. Из этого следует, что, помимо первичных, существуют еще вторичные космические лучи. Свою огромную энергию частицы первичных космических лучей расходуют главным образом при неупругих столкновениях с ядрами атомов азота и кислорода воздуха в верхних слоях атмосферы. Результатом этих столкновений и связанных с ними процессов являются вторичные космические лучи, которые достигают поверхности Земли.
Оценки длин пробегов протонов и тяжелых ядер первичных лучей показывают, что ниже 20 км все космическое излучение является вторичным. Вторичные космические лучи обладают определенной проникающей способностью Для изучения проникающей способности вторичных космических лучей измеряется их интенсивность 1 после прохождения через слой свинца различной толщины д.
На рнс. 83 2 приведены результаты измерений, в которых за единицу принята интенсивность космических лучей при г( = О. При толщинах д от 0 до 1Π— 13 ем происходит быстрое ослабление интенсивности вторичных космических лучей, а при дальнейшем увеличении толщины их интенсивность практически не изменяется.
В связи с этим в составе вторичных космических лучей различают мягкую и жесткую компоненты Мягкая компонента сильно поглощается свинцом, жесткая компонента обладает в свинце большой проникающей способностью. В жесткую компоненту входят более тяжелые быстрые заряженные частицы, теряющие энергию в основном лишь на ионизацию атомов, встречающихся на их пути. В составе мягкой компоненты находятся легкие заряженные частицы — электроны и позитроны, а также фотоны, 6.
Вне земной атмосферы обнаружены околоземные радиационные пояса (зоны), которые представляют собой две разграниченныеобласти с сильно повышенной интенсивностью космических лучей (по сравнению с наблюдаемой на относительно малых высотах). Образование этих поясов связано, как показали исследования последних лет, с захватом и удержанием заряженных частиц магнитным полем Земли. Внутренняя зона находится от Земли на расстояниях 600 — 6000 км. В некоторых местах, например в области магнитных аномалий в южной части Атлантики, она спускается до 300 км. Внешний пояс находится от Земли на расстояниях 2 10'— 6 10' км, в некоторых местах (на широтах 55 — 70') спускаясь к Земле до 300 — 1500 км.
Внутренняя зона содержит в основном протоны высоких энергий, от 10 — 20 МэВ до 700 — 800 МэВ. Во внешней зоне основными частицами являются электроны с энергией, меньшей 100 кэВ. Радиационные пояса должны быть характерны для всех небесных тел, обладающих магнитным полем. Данные о зонах повышенной космической радиации имеют существенное значение для полетов человека в космическое пространство, в первую очередь для полетов на Луну. 7.
Гипотезы о происхождении первичного космического излучения опираются на данные об энергии первичных частиц и на радио- астрономические данные. Считается, что в первичных лучах заряженные частицы приобретают большие энергии благодаря ускорению, которое они получают в электромагнитных полях звезд и Солнца. Существенно, что ускорение заряженных частиц должно происходить постепенно. В противном случае, если бы энергии 10" эВ и более, которыми обладают тяжелые и сверхтяжелые ядра, имеющиеся в первичном излучении, получались ими сразу в результате некоторых сверхбыстрых процессов, ядра сразу бы «испарялись» на составляющие нх нуклоны.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
