yavor2 (553175), страница 104
Текст из файла (страница 104)
Рассмотренный Дираком процесс есть не что иное, как процесс образования электронно-познтронной пары (382.3). В схеме Днрака процесс уничтожения электронно-познтронной пары означает переход электрона с уровня положительной энергии иа вакантное «пустое» место в фоне отрицательных энергий, сопровождающийся переходом энергии и массы сливающихся частиц в энергию н массу электромагнитного поля (рожденне двух у-фотонов).
446 4. Открытие пары частица — античастица (электрон — позитрон) указало на симметрию элементарных частиц в отношении знака их зарядов, получившую название принципа зарядового сопряжения. Согласно этому принципу заряженная элементарные частицы существуют парами. У каждой заряженной частицы должна быть античастица с противоположным по знаку электрическим зарядом.
Поэтому у протона должна существовать античастица— антипротон,р'. Впоследствии принцип зарядового сопряжения был распространен не только на заряды, но и на такие характеристики элементарных частиц, как лептонный и барионный заряд и др. Особенно важным было обобщение принципа зарядового сопряжения на нейтральные частицы: нейтрон и нейтрино. Согласно этому обобщению следовало ожидать, что должны существовать антинейтрон,й', электронное антинейтрино»т» и мезоннсе антинейтрино»тв.
5. При соединении частицы с античастицей происходит выделение энергии, не меньшей удвоенной энергии покоя каждой из них. Зарождение пары частица — античастица требует затраты энергии, превышающей удвоенную энергию покоя пары. Это связано с необходимостью сообщить рождающейся паре некоторый импульс и кинетическую энергию. Расчеты показывают, что наименьшая энергия, необходимая для рождения пары протон — антипротон, составляет в системе каординат, где один нуклон покоится, 6т„с'(т,— масса покоя протона), или 5,6 ГэВ (см. з 21.7). Однако за счет ряда эффектов при практическом осуществлении получения пары,р' —,р' (внутренние движения нуклонов в ядрах мишени и др.) наименьшая энергия для рождения этой пары снижается до 4,3 ГэВ.
6. Особенностью античастиц является их способность к быстрому воссоединению со своими частицами — позитронов с электронами, антипротонов с протонами, антинейтронов с нейтронами. Это связано с тем, что вещество, из которого построена окружающая нас природа, состоит нз частиц — электронов, протонов и нейтронов. Античастицы — позитроны, антипротоны и антинейтроны,— встречаясь в веществе со своими имеющимися в избытке «партнерами по паре», воссоединяются с ними и перестают существовать, вызывая по законам сохранения рождение новых частиц и полей. Легко представить себе, что в так называемом «антивеществе» «антнатомы» содержалн бы в своих ядрах антипротоны и аятянейтроны„а на периферии «антнатомов» находились бы позитроны.
Электроны, протоны и нейтроны в «антнвеществе» испытывали бы столь же быстрое воссоединение при встрече с позитронами, анти- протонами и антинейтронами. Таким образом, стабильность «привычных» частиц и нестабильность нх античастиц условна: в вакууме античастицы — позитроны, антипротоны и антпнейтроны— столь же стабильны, как и их частицы — электроны, протоны и нейтроны.
7 . Пятидесятые годы нашего столетия ознаменовались обнаружением на опыте тяжелых античастиц. Антипротон,р' был обнаружен экспериментально в конце 1965 г. О. Чемберленом, Э. Сегрэ, К. Вигандом и Т. Испилантисом при бомбардировке медной мишени протонами, ускоренными в камере беватрона — ускорителя протонов (г. Беркли, США) — до энергии порядка 6 ГэВ.
Схема опыта изображена на рис. 83.! 1. Пучок ускоренных протонов бомбардировал медную мишень Т. Возникшие при этом отрицательные частицы отклонялись магнитным полем беватрона н пропускались через дополнительное магнитное поле двух магнитных линз М,, пропускаюш,нх частицы с определенным импульсом, равным 1,19 ГэВ с~ем. Вместе с предполагаемыми антнпротонами,р' прн этом через магнитное поле проходили и--пионы. Например, при энергии протонов 6,2 ГэВ на один ан- типротон приходится 62000 п--пионов, сл Основная трудность эксперимента по 7 $ ф идентификации антипротонов состояла уР гзг в отделении их от и--пионов и измерении их масс.
Массы частиц определялись по У результатам измерений их импульсов 4) - Лтцятлг (методом отклонения в магнитных полях) и скоростей. Последние измерялись двумя независимыми способами: по времени пролета и с помощью счетчиков Черенкова. Пучок отрицательных частиц про"г~ ходил через фокусир ующее магнитное Р$~ поле Я, и попадал в сцинтнлляционный ,е г счетчик 5,. Затем, пройдя последовательно через магнитную линзу Я,, отклоняющее магнитное поле М„второй сцинтилляционный счетчик 5, и счетчики Рис.
83л к Черенкова С, и С„частицы регистри- ровались сцинтнлляцнонным счетчиком 5,. Черенковский счетчик С, пропускал частицы, для которых о!с)0,79. Черенковский счетчик С, отфильтровывал и--пионы. Он пропускал лишь частицы, для которых о/с заключено в пределах 0,75(о!с~0,78. Этому условию удовлетворяли антипротоны,р', для которых при импульсе 1,19 ГэВ с!см отношение Ыс =- 0,78; дая и--пионов прн том же импульсе Иг = 0,99.
Кроме того, измерялось время г' пролета частиц между счетчиками 5, и 5„равное соответственно 5,1 1О-' с для,р' и 4 10-' с для п--пионов. Фиксирование антипротона происходило по трем признакам: срабатыванию счетчиков 5„5„С, и 5, при пролете антипротона и отсутствию срабатывания при этом счетчика С„а также по измерению времени пролета частиц между счетчиками 5, н 5,. В опыте было зарегистрировано несколько десятков антипротонов и построена кривая относительного выхода антипротонов и я--пионов в зависимо- сти от энергии первичных протонов, изменяющейся в пределах от 4,3 ГэВ до 6,2 ГэВ.
Надежность методики обнаружения антипротонов и тождественность масс антипротона и протона проверялась следующим остроумным способом. Если изменить направления всех магнитных полей на противоположные и направить в установку протоны с импульсом 1,19 ГэВ с/см, то срабатывание всех счетчиков должно происходить точно так же, как и при прохождении через установку антипротонов. Опыты подтвердили это,и таким образом существование антипротона было доказано совершенно однозначно. Измерение магнитного момента антипротона подтвердило, что эта частица имеет знак заряда, противоположный протону.
Магнитный момент в первых, недостаточно точных, опытах оказался равным — 1,8 рм и меньшим теоретически ожидаемого значения — 2,79 р,„. 8. В 1956 г. в опытах Б. Корка, Г. Ламбертсона, О. Пиччони и В. Вензеля был экспериментально обнаружен аитинейтрон,й'. Для получения этой частицы использовалась реакция перезарядки антипротонов,р', происходящая при превращении антипротона и протона в антийейтрон и нейтрон: (83.8) + зр — ммп +мп Факт образования антинейтрона обнаруживался по воссоединению его с нейтроном.
При этом должна выделяться энергия ф- = 2т„см= =1900 МэВ, где зп„— масса покоя нейтрона (и антииейтрона). Эта энергия идет в основном на образование и-- и К+-мезонов в соотношении приблизительно 95'~м к бои. Наблюдение звезд в фотоэмульсиях при воссоединении нейтрона и антинейтрона показало, что при этом образуются в среднем три заряженных пиона, каждый из которых уносит энергию ж250 МэВ. Кроме заряженных, возникают нейтральные п'-пионы и Км-канны, на которые приходится остальная энергия воссоединения. По характеру поглощения пионов, образовавшихся в процессе воссоединения, удалось установить, что воссоединение происходит при взаимодействии антинейтрона с нейтроном, расположенным вблизи поверхности ядра.
Схема опыта по обнаружению антинейтрона изображена на рнс. 83.12. Антипротоны возникали при бомбардировке мишени из бериллия протонами, ускоренными в беватроне до энергии 6,2 ГэВ. Методом, описанным выше, выделялся пучок антипротонов с интенсивностью 350 — 600 антипротонов в час. Пучок антипротонов после прохождения последнего счетчика схемы, изображенной на рис. 83.11 '), поступал в так называемый конвертер Х, в котором происходила перезарядка антипротонов по уравнению (83.8).
Конвертер представлял собой сосуд, наполненный сцинтиллирующей *) Этот счетчик одновременно фиксировал, что возникшие антипротоны летит в нужном направлении. 1Э Б. М. Яморсммй, А. А. Пммсммй, т. и 449 органической жидкостью. Результаты перезарядки антипротонов фиксировались четырьмя фотоумножителями ФУ. Антнпротоны,р', возникшие в конвертере вместе с другими частнцамн, проходили далее через два счетчика сцннтнлляцнй 5, н З„разделенных свинцовым экраном.
В этих счетчиках отделялись все заряженные частицы, у-кванты, а также мезоны по н Кэ д. В о последнем черенковском счетчике С нз свинцового стекла регнстрнровалнсь процессы воссаедннення антннейтронав с нейтронами по ,р' й ,'>од'ос гл ол с мощному черенковскому нзлучед,дт>дгодхо лядд нню продуктов воссоединения. Имн являются в основном пионы. 4 ~г Регистрация антннейтронов сваРис. 8332. днлась в опыте к наблюдению срабатывання счетчиков С„С н конвертера Х прн отсутствии импульсов от счетчиков Яд н В„которые не срабатывали на нейтральные антннейтроны. В первом опыте наблюдалась 60 антннейтронов с выходом примерно 0,0028 на один антипротон.
Подобно свободному нейтрону, свободный антннейтрон нспытывает радиоактивный распад с периодом полураспада (1,01 ~ 0,03) х х 10' с (2 81.12). Реакция распада антннейтрона имеет внд оц — е -др + едс + од>е> д д е где,д>, — электронное нейтрино. о 9. Огромный интерес н большие трудности представляло прямое экспериментальное доказательство наличия нейтрино, а также решение вопроса о том, представляют лн нейтрино (ее,) н антннейо -о трнно(,те) тождественные нлн различные частицы, т.е. не является лн нейтрино абсолютно нейтральной частицей. В связи с развитием физики н техники ядерных реакторов возникли возможяастн для обнаружения антннейтрнно. Осколки делення тяжелых ядер, как известно, имеют избыток нейтронов н претерпевают радиоактивный (1 -распад, прн котором нспускаются электронные антннейтрнно,е,.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
