1626435893-691da8e1223766775fc277661dcb4565 (844331), страница 43
Текст из файла (страница 43)
Точное значение массы нейтрино и другие его свойства более подробно обсуилаются в 8 103 и 108. 210 Глава Ш. Радиаактивиые иревран~еиия ядер Спин нейтрино должен быть полуцелым. Это связано с тем, что характер спина (целый или полуцелый) атомного ядра определяется, как показано в э 5, массовым числом А.
В процессе б-распада А не изменяется и, следовательно, характер спина ядра должен сохраняться. Вместе с тем вылетающий в результате б-распада электрон уносит с собой спин л/2, что должно привести к изменению характера спина ядра. Противоречие устраняется, если приписать нейтрино полуцелый спин. Теоретический расчет формы О-спектра, сделанный в разных предположениях относительно значения спина нейтрино, показал, что его спин должен быть равен л/2. Приведенное рассуждение одинаково справедливо как для р -, так и для б+-распада. 3. ПЕРВЫЕ ОПЫТЫ ПО ДОКАЗАТЕЛЬСТВУ СУЩЕСТВОВАНИЯ НЕЙТРИНО Специфические свойства нейтрино (х„=О; еп„О; р„ж 0) делают чрезвычайно трудным опыт по обнаружению этой частицы.
Оценка сечения взаимодействия нейтрино с ядром приводит к значению около 10 вв емл, что соответствует среднему пробегу в конденсированной среде (п=10~'см ) /=1/по=1/(1Овв 10 44)вв10зв ем=10'7 км, а в ядерном веществе (л=10зв см ~) / 1/(ло) 10-38 . 104в 106 см 10 км (в 1Огв раз больше поперечника ядра). Очевидно, что столь малый эффект от нейтрино можно обнаружить только при наличии мощных потоков этих частиц. Поэтому первые опыты по доказательству существования нейтрино носили не прямой, а косвенный характер.
Впервые опыт по обнаружению эффекта, связанного с существованием нейтрино, был поставлен в 1936 г. А. И. Лейпунским. Идея опыта заключается в сравнении энергетических спектров электронов и ядер отдачи, образующихся при ()-распаде. Если процесс О-распада не сопровождается испусканием нейтрино, то импульсы электрона и ядра отдачи должны удовлетворять простому соотношению р,+Р..,.=О, (18.15) так что ! р, 1 =! 1»„, !.
(18.16) Если же в р-распаде нейтрино испускается, то согласно закону сохранения импульса у дь р-Распад р.+р„+Р...=о (18.17) и ! р,! ~! Р,„,!. (18.18) Так как оба импульса (р, н Р„,) относятся к заряженным частицам, то в принципе их можно измерить. Схема опыта А. И. Лейпунского изображена иа рис. 105.
В опыте изучался процесс р'-распада изотопа углерода '~~С: 'ЬС '5В, 20,4 мнн который адсорбировался прн помощи жидкого воздуха на электроде А. В результате 1)-распада атом ",В получал энергию отдачи н вылетал из подложки в виде иона (работа выхода электрона из подложки больше потенциала ионизации). Вылетевшие ионы попадали в область между электродом А и сеткой В, на которую накладывался тормозящий потенциал 1',. Ионы, энергия которых превышала потенциал сетки, проходили через нее в область между электродами В и С с высоким ускоряющим потенциалом и после ускорения в ней выбивали из электрода С вторичные электроны.
Вторичные электроны регистрировались счетчиком О. Наблюдая изменение счета в зависимости от задерживающего потенциала на сетке В, можно было бы определить распределение ядер отдачи по энергии. Опыт показал, что энергетическое распределение ядер отдачи не соответствует безнейтринной схеме р-распада. Для получения количественных результатов А. И. Алиханов и А. И.
Алиханян предложили использовать К-захват электрона ядром 4Ве. Так же как и р-распад, К-захват должен сопровождаться испусканием нейтрино. Это следует из того, что массовое число А ядра в результате К-захвата не изменяется, и, следовательно, согласно 8 5 не должен изменяться его спин. Но захват ядром электрона с полуцелым олином должен приводить к изменению спина. Противоречие устраняется„если предположить, что К-захват сопровождается испусканием нейтрино. При К-захвате образуются только две частицы †яд отдачи и нейтрино, поэтому энергия будет распределяться между ними строго однозначно т. е. образующиеся ядра отдачи должны быть моноэнергетическими.
Энергию ядра отдачи з'Ь1, образующегося при К-захвате ~7Ве, легко можно подсчитать. Полная энергия, выделяющаяся прн К-захвате, Ек —— 0,864 МэВ. Подавляющую часть этой энергии уносит нейтрино, так как г Ря,.я Р. Е„ Т,,— 2М~я 2Мяя.я 2Мяя яс 212 Глава Ш. Радиаанниевные нревраи1енин ядер "с в Рис. 106 Рис. 105 (Е» — Т . ) Ен 0,864 МэВ' 2Млв,,с~ 2мвл,с~ 2 7 931 МэВ Опыт должен заключаться в измерении энергии ядра отдачи и сравнении Т „с ее расчетным значением. Эгот опыт из-за начавшейся войны не был поставлен. Совершенно аналогичный опыт (рис. 1061) провел в 1942 г. Аллен (США).
Препарат в Ве наносился тонким слоем на платиновтую пластину Е (источник). В результате К-захвата атомы аВе превращались в атомы ~11, которые в виде ионов вылетали из платины за счет энергии отдачи. Положительные ионы э'Ь~ ускорялись между электродами Е и В разностью потенциалов )лж-(100-:200) В и тормозились переменным задерживающим потенциалом между сетками В и С. Подсчет ионов с определенной энергией проводился при помощи фотоумножителя А с присоединенным на выходе счетчиком Гейгера (ускоряющий потенциал между С и А равен 3,6 кВ). Сравнение числа ионов, попадающих на фотоумножитель при разных значениях задерживающего потенциала, показало, что максимальная энергия атомов отдачи составляет около 48 эВ. Совпадение с ожидаемым значением (57 эВ) для первого опыта можно считать вполне удовлетворительным, особенно если учесть, что часть энергии иона поглощается в источнике.
Это заключение подтвердилось результатами более поздних опытов„в которых для Т„, получено (56,6+1,О) эВ. Описанные опыты, строго говоря, не могут считаться экспериментальным доказательством существования нейтрино, так как в них не наблюдается эффекта, непосредственно вызванного свободным нейтрино. Результат опыта Аллена у пь ф-Раснад в сущности сводится к доказательству того, что предположение о существовании частицы со свойствами нейтрино согласуется с законами сохранения. 4. ОПЫТ КОУЭНА И РЕЙНЕСА. ЛЕПТОННЫЙ ЭЛЕКТРОННЫЙ ЗАРЯД.
АНТИНЕЙТРИНО Прямое доказательство существования нейтрино было получено только в 195б г. Коуэном и Рейнесом, которые зарегистрировали эффект от взаимодействия свободного нейтрино с веществом. Прежде чем рассказать о сущности опыта Рейнеса и Коуэна, необходимо сделать несколько вступительных пояснений. Ко времени постановки первого опыта (1953 г.) в физике был четко сформулирован принцип зарядового сопряжения, согласно которому каждая элементарная частица (в том числе нейтральная) имеет античастицу, масса, спин и время жизни которой тождественны, а все заряды (электрический, барионный и др.) противоположны соответствующим зарядам частицы.
Первоначально считали также, что из принципа зарядового сопряжения следует симметрия частиц и античастиц относительно каждого вида взаимодействия, в которых они участвуют (сильное, электромагнитное, слабое). Позднее (1956 г.) выяснилось (см. з 18, п. 8), что это справедливо только по отношению к сильному и электромагнитному взаимодействиям. Что касается слабого взаимодействия, то относительно него инвариантными являются не С-сопряженные, а СРТ-сопряженные процессы, где С, Р и Т вЂ” соответственно операции зарядового сопряжения, пространственной инверсии и обращения времени.
Подробнее о зарядовом сопряжении и СРТ-теореме расскажем в З 93 и 103, а сейчас будем просто пользоваться постулированными выше представлениями о свойствах частиц и античастиц, которых достаточно для изложения материала данного пункта. Как известно, впервые симметрия законов природы относительно существования и свойств частиц и античастиц установлена Дираком в результате анализа квантовомеханического релятивистского уравнения для электрона. В 1932 г.
античастица электрона была обнаружена в составе космических лучей и названа позитроном. Электрон и позитрон имеют тождественные массу, спин и время жизни, но противоположные электрические заряды и магнитные моменты. Кроме того, легко показать, что у этих частиц есть еще один заряд (не электрический), который также различен по 214 Глава Ш. Радиоактивные лревраи(ения ядер знаку для электрона и позитрона.
Действительно, в $ 18, п. 2 мы видели, что р-распад не может происходить по схеме (А, У) т (А, У1 1)+е*, (18.19) хотя она и удовлетворяет закону сохранения электрического заряда. Это означает, что процесс (18.19) запрещен законом сохранения некоторого другого заряда, которым наряду с электрическим обладает электрон (позитрон) и который не сбалансирован в схеме (18.19), потому что нуклоны и, следовательно, состоящие из них ядра (А, У) и (А, 2~ 1) этого заряда не имеют. Добавление в правую часть схемы (18.19) нейтрино делает р-распад возможным: (А, У)-+(А,7~1)+ет+ч. (18.20) Следовательно, в схеме (18.20) новый заряд элекурона (позитрона) оказывается скомпенсированным аналогичным зарядом ней ино. у азовем этот новый заряд лептонным электронным заря- доме и обозначим буквой Е,.
Поскольку заряд античастицы должен быть противоположен заряду частицы, условимся, что Ь.(е )=+1, а Ь,(е')нв — 1. Тогда закон сохранения лептонного заряда, который выполняется в схеме (18.20), требует, чтобы нейтрино, испускающееся вместе с позитроном, имело 1.,(ч)= =+1, а нейтрино, испускающееся вместе с электроном, ймело 4.,(ч)= — 1. Назовем первую частицу электронным нейтрино ч„ а вторую — электронным антинейтрино ч,. Итак, в соответствии с, законом сохранения лептонного заряда схемы р+-распада и е-захвата записываются теперь так: (А, У)-+(А, 2+1)+е +ч;, (18.21) (А, У)-+(А, 2-1)+е++ч,; (18.22) (А, 7)+е (А, У вЂ” 1)+ч,.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
