1626435893-691da8e1223766775fc277661dcb4565 (844331), страница 45
Текст из файла (страница 45)
Она равна разности энергии ч Как уже отмечалось в и. 4 настоящего параграфа, массы ч, и ч, как частицы и античастицы должны быть равны. 220 Глава Ш. Радиааиничвные нреврачеения ядер р-распада (вычнсленной по массам исходного и конечного атомов) и максимальной кинетической энергии электронов: т„с~= Ев — Т," (18.38) Наиболее точную оценку можно получить сравнением Ер и Т,"'" для легких радиоактивных ядер, имеющих малые значения Еа и Т, "' н очень малые значения Т,, ПЕРВЫЕ ОЦЕНКИ МаССЫ НЕйтрИНО (ТОЧНЕЕ, аптнйЕйтрИНО уе) были .сделаны в работе Ханна и Понтекорво в 1949 г.
и дали т„-<1 кэВ. В дальнейшем этот результат постепенно улучшался, и в 1976 г. в работе Е. Ф. Третьякова и др. (Москва, ИТЗФ) было получено рекордно низкое значение верхней границы массы нейтрино т„- < 35 эВ =0,7 10 4 и,. Современное (1988 г.) значение и„-<18 эВ. Постепенное уменьшение верхней границы т„'."', с одной стороны, и теоретические соображения — с другой (см. 9 103, п. 3), привели к тому, что в течение многих лет наиболее вероятным значением для массы нейтрино считалось т„жО. Однако в последние годы появились соображения в пользу т„~О (см. 8 103, и. 4 и 9 108). Одновременно техника измерения 11-спектров выросла настолько, что оказалось возможным попытаться оценить не только верхнюю, но и нижнюю границы массы нейтрино. В 1980 г. В, А.
Любимов с сотрудниками (Москва, ИТЭФ) опубликовали работу*, в которой получено указание на то, что масса нейтрино заключена в интервале 28<те<41 эВ (на 99'А-ном уровне достоверности). (18АО) Работа выполнена с помощью 13-спектрометра нового типа с безжелезным тороидальным магнитным полем и пропорциональным детектором. Этот спектро метр имеет большой телесный угол захвата частиц и на порядок меньший фон по сравнению с другими спектрометрами, использованными в аналогичных исследованиях, Хорошие параметры 13-спектрометра позволили провести прецизионные измерения правого конца р-спектра трития, форма которого чувствительна к массе нейтрино. На рис. 109 показаны экспериментальный р-спектр трития вблизи' его границы (в произвольных единицах) и наилучшая аппрок- е 1ячыичочУ. А., 1Чоч1воч Е.
С., 1Чоа18 У. Е.е. а.ОРЬув. 1еп. 1980. Уо!. 94В. Р 266 — 268. 221 У 18. $-Распад симация (сплошная кривая), соответствующая л7„= 37 эВ. Штриховая кривая соответствует лг„= О, штрих пунктирная л7„=80 эВ. В описанной работе в качест- 7 ве источника р-частиц использовался не атомарный тритий, а тритированный валин а5 (С,Н„ХОз), нанесенный на алюминиевую подложку в виде тонкого (2 1О в ем) слоя в количестве 2 мкг/смз. Вообще говоря, форма спектра зН может зависеть от вещества источника. Поэтому авторы работы провели специальный анализ своих ре- оогв т г ио г 8 зультатов, который позволил получить оценку массы нейтрино, не зависящую от химического состава вещества источника: 14<та<46 эВ (на 99;4-ном уровне достоверности).
(18.41) В 1985 — 1986 гг, группой В. А. Любимова были продолжены исследования по определению т„-г Совместный анализ новых и предыдущих измерений дал для массы электронного антинейтрино пределы 17<т„-<40 эВ*. Эта оценка справедлива в предположении отсутствия нейтринных осцилляций (см. 9103, п. 5). Полученный результат пока еще не подтвержден в других работах, в которых найдены более низкие (до 18 эВ) значения для верхней границы т„; но не найдено значение нижней границы. 7 ПОНЯТИЕ О ТЕОРИИ б-РАСПАДА а. История вопроса В настоящее время теория слабых взаимодействий претерпела радикальные преобразования. Из неперенормируемой теории локального (контактного) четырехфермионного слабого ь Норис С.
Д., Гоиусиии А. Ип Лиивии Л. П. и' яр. О Письма в ЖЗТФ. 1987. Т. 45. С. 267 — 271. 222 Глава П1. Радиаантивнне нреврааенил лдер взаимодействия она преобразовалась в единую перенормируемую теорию электрослабых взаимодействий, электромагнитные и слабые взаимодействия в которой описываются с помощью безмассового фотона и трех тяжелых промежуточных векторных бозонов И'а и 2'а. В последние годы эта теория уже получила признание теоретиков и в значительной степени подтверждена экспериментально. В частности, в 1973 г.
открыты предсказанные теорией слабые нейтральные токи (см. 8 129, п. 3), а в 1982 †19 гг. обнаружены тяжелые (вя = 80 —; 90 ГэВ) векторные бозоны, являющиеся квантами слабого взаимодействия (см. 8 130, п. 4). Как это всегда бывает с хорошей теорией, новая теория практически оставила без изменения все достижения старой теории в области низких энергий Е<~ М ~, которые были получены с помощью многих сотен чрезвычайно трудных экспериментов в области физики атомного ядра и элементарных частиц. С другой стороны, и сама старая теория постепенно достигла такой степени совершенства, что позволила предсказывать многие новые эффекты. Учитывая такую взаимосвязь старой теории с экспериментом, считаем уместным для курса экспериментальной ядерной физики сохранить полуисторический характер изложения этого вопроса, начав его с первоначального варианта теории В-распада, развитого Ферми, с постепенным переходом ко все более совершенным вариантам (пять типов взаимодействия, учет нарушения четности, открытие нейтральных токов, частичное сохранение векторного тока, схема Кабиббо, успехи кварковой модели и др.).
Часть перечисленных вопросов будет освещена в этом параграфе, часть — в з 129. Представление о современной теории электрослабого взаимодействия Вайнберга — Салама дано в 9 130. б. Теория Ферми Хорошо известно, что в ядре нет электронов. В 8 5, п. 5. показано, что предположение о существовании в ядре электронов не согласуется с известными нз опыта значениями спинов и магнитных моментов ядер. Против существования в ядре электронов говорит также большое время жизни 13-радиоактивных ядер, которое нельзя объяснить существованием потенциального барьера (большая прозрачность барьера из-за малой массы).
Наконец, о невозможности существования в ядре электронов свидетельствует соотношение неопределенностей ЛрЛгжл, из которого следует. что импульс электрона в ядре должен быть примерно Ьрж л1ог=10 "110 'э=10 '~ зрг с1см=10 ~з Дж с/см. Это соответствует энергии электрона Тхйрс 3 10 ~ эрг=З 10 'з Джж20 МэВ, что существенно превышает энергию электронов р-распада.
В принципе такое различие кинетической энергии частицы внутри ядра можно было бы объяснить наличием огромных сил притяжения между электронами и ядром, однако опыт опровергает такое предположение. В частности, нз опыта следует слабое взаимодействие между электронами и нейтронамн. Итак, в ядре нет электронов. Они возникают в нем в самый момент 0-распада в результате превращения нейтрона в протон по схеме и-+р+е +9.
(18.42) Образовавшийся электрон не может остаться в ядре и вылетает вз него. Одновременно с электроном вылетает антинейтрино. Аналогично протекает процесс р+-распада, который сопровождается вылетом нейтрино. Таким образом, в некотором смысле 13-распад подобен процессу излучения, в котором фотон также возникает в самый момент излучения. То, что в процессе ~3-распада из ядра вылетают именно электроны, т. е. те самые частицы, которые входят в состав атома, вытекает из следующих соображений: 1) совпадение заряда и массы 13 -частиц и атомных электронов; 2) аннигиляция ~3+-частиц при встрече с -атомными электронами; 3) захват ядрами атомных электронов; 4) справедливость принципа Паули для смешанного ансамбля частиц, содержащего атомные электроны и р -частицы (В -частицы, испущенные ядром, не захватываются электронными уровнями атома, занятыми электронами).
Теория р-распада была создана в 3934 г. итальянским физиком Ферми по аналогии с квантовой электродинамикой, однако для описания В-распада Ферми ввел новый тип сил— слабое взаимодействие. Согласно квантовой электродинамике процесс испускания н поглощения фотонов рассматривается как результат взаимодействия заряда с окружающим его электромагнитным полем. Фотоны не содержатся в готовом виде в атоме, а возникают в самый момент их испускания. Их источником является заряд. Процесс В-распада в теории Ферми рассматривается как результат взаимодействия нуклона ядра с электрон-нейтринным 224 Глава Ш. Радиоакюшвмые иреаращеичк ядер полем: нуклон переходит в другое состояние (из нейтрона в протон или наоборот), и образуются электрон (позитрон) и антинейтрино (нейтрино).
Источниками легких частиц являются нуклоны. При этом, так же как в электродинамике, предполагалось, что в процессе р-распада выполняются законы сохранения четности и момента количества движения. Исключительная слабость взаимодействия, ответственного за р-распад, позволяет применять методы теории возмущений.
Согласно этой теории вероятность перехода Р рассматриваемой системы (например, атомного ядра) из начального состояния в конечное Р= ~ ф;Н'4,йт~ —, (18.43) где ф, и ф,— волновые функции начального и конечного состояний системы (звездочка над знаком волновой функции означает, что берется комплексно-сопряженная величина); Н'— оператор возмущения, под действием которого осуществляется переход; Ип/4(Š— плотность конечных состояний; ~й — элемент объема.
В рассматриваемом случае ф, совпадает с волновой функцией начального состояния нуклона ф„; ф,=ф» ф,ф„, где ф» — волновая функция конечного состояния йуклона; ф,— волновая функция электрона; ф„— волновая функция нейтрино (антинейтрино). Посколъку все частицы, участвующие в З-распаде,— фермионы, то каждая из них должна изобража я четырехком- з . две ком- понентной волновой функцией — биспиноро поненты биспинора служат для указания спинового состояния частицы, а еще две соответствуют двум возможным значениям р Е-~,/ ' '+р' ' р д у р (ядр~бисе см.
9100). Оператор Н' является сложной комбинацией из этих биспиноров и четырех у-матриц. По своей структуре у-матрнцы сходны с известными двухрядными матрицами Паули о, используемыми для описания спина и изоспина: У1 0 ' 72 о 0 ' Уз 0 У4 у И. 5-Ршпад 225 о„=, 0;о,=;1=;0= Напомним некоторые свойства о- и у-матриц: о~=1; !о1~=о~+о~+а2=3; о,о~ — о~о,=2т,; =-о~а;=1о„(1; ~', /с переставляются циклически); у. =1' угу~= — ьу 8 о,о~= (18.45) в. Пять типов взаимодействия. Грубая модель 11-распада Из четырех биспино ров можно построить 256 линейно независимых типов взаимодействия.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
