1626435893-691da8e1223766775fc277661dcb4565 (844331), страница 6
Текст из файла (страница 6)
Однако результаты опытов можно понять, если предположить, что в процессе взаимодействия нейтрона и протона они могут обменяться зарядами. В этом предположении быстрый иейтрон в момент взаимодействия «забирает» у протона заряд и продолжает .лететь вперед (испъггав сравнительно небольшое отклонение в момент взаимодействия) уже в качестве протона. Это так называемое обменное ядерное взаимодействие, которое происходит наряду с обычным ядерным взаимодействием. Казалось естественным считать, что механизм обмена зарядами заключается в передаче некоторых частиц — квантов ядерного поля от одного нуклона К другому.
Именно такая ппютеза была предложена в 1934 г. для объяснения природы ядерных сил советским физиком И. Е. Таммом. Однако, как показал сам Тамм, известные в то время легкие частицы— электрон и нейтрино — не могли быть квантами поля ядерных сил. В 1935 г.
идея Тамма была развита японским физиком Юкавой, который показал, что для объяснения малого радиуса действия ядерных сил и других их свойств нужно 'предположить, что при взаимодействии нуклоны обмениваются заряженными или нейтральными частицами с массой 200 — 300т.. Для того чтобы эти часпщы могли выполнять роль ядерных квантов, переносчиков ядерных сил, они должны обладать свойством ядерной активности, т.
е. интенсивно рождаться в нуклоннуклонных соударениях и сильно поглощаться ядрами. В 1938 г. при изучении состава космических лучей был. открыт мнюн — часпща с массой 207т, и временем жизни около 2 10 е с. Изучение свойств мюона показало, что он является ядерно-пассивной частицей и поэтому не может быть ядерным квантом.
Ядерная пассивность и малое время жизни ьпоонов позволили предсказать существование в составе космических лучей и других, более тяжелых частиц — я-мезонов, которые и были открыты Пауэллом в 1947 г. При изучении я-мезонов выяснилось, что они встречаются в виде я+-, я - и яо-мезонов, масса их 273не„спин равен нулю, время жизни около 1О а се и что они очень сильно взаимодействуют с веществом.
Впоследствии я-мезоны в больших количествах стали получать искусственно на ускорителях, что позволило изучать их взаимодействие с ядрами и нуклонами при разных энергиях. Результаты этих исследований говорят в пользу того, что я-мезоны действительно являются квантами ядерных сил, действующих между нуклонами. е Время ннзнн яе-меэона около Ю м с, а масса равна прнмерно 2бе т,.
Введеиие 25 Пятидесятые годы ознаменованы крупнейшими достижениями в области методики регистрации частиц, которые позволили сделать много важных открытий. При помощи изобретенных в это время эмульсионной и пузырьковой камер были обнаружены (сначала в космических лучах, а затем на ускорителях) новые нестабильные частицы: К-мезоны'с массой 966 т, и гипероны с массой, превосходящей массу протона (1951 — 1954 гг.). При помощи жидкого сцинтиллятора большого объема было зарегистрировано взаимодействие нейтрино с протонами, т. е.
экспериментально доказано существование этой частицы (1953 — 1954 гг.). Наконец, с помощью черенковских и сцинтилляционных счетчиков были открыты антипротон (1955 г.) и антинейтрон (1956 г.). В зти же годы началось изучение структуры нуклонов (1955 г.), были открыты нарушение закона сохранения четности в слабых взаимодействиях (1957 г.) и эффект Мессбауэра (1958 г.). Наиболее интересные результаты 60-х годов — это открытие и изучение резонансов — частиц, нестабильных относительно сильного взаимодействия, обнаружение симметрии в свойствах сильновзаимодействующих частиц и резонансов (1961 г.), позволившей предсказать все свойства й -гиперона, который вскоре после этого (1964 г.) был открыт, доказательство существования мюонного нейтрино ч„, отличающегося от электронного нейтрино ч, (1962 г.), открйтие нарушения закона сохранения комбинированной четности в-распаде нейтральных К-мезонов (1964 г.), создание кварковой модели адронов (1964 г.), обнаружение межнуклонного потенциала, нарушающего четность (1964 г.), синтез трансурановых элементов с У=104 (1964 г.) и У=105 (1968 г.), создание единой теории слабых и электромагнитных взаимодействий (1967 г.), открытие антигелия-3 (1970 г.).
К важнейшим достижениям этого десятилетия в области методики следует отнести изобретение искровой и стримерной камер. В качестве особенно интересных результатов 70-х годов можно отметить открытие последней (как тогда считали), оставшейся не открытой метастабильной античастицы х1.'- гиперона '(1971 г.), изучение неупругого рассеяния ультрарелятивистских электронов на протонах, которое привело к партонной модели ядра, доказательство существования нейтральных токов в слабых взаимодействиях (1973 г.), открытие антитрития ' (1973 г.), 106-го (1974 г.) и 107-го (1976 г,) элементов,,У/$- частицы (1974 г.) и других ф-частиц (1975 г.), предсказание и открытие очарованных мезонов (1976 г.) и бариЬнов (1977 г.), открытие Т-мезона и тяжелого т-лептона (1977 г.), глюонов (1979 г.).
26 Введеиие В области теории наиболее выдающимися результатами 70-х годов являются дальнейшее развитие единой теории электрослабых взаимодействий, создание четырехкварковой модели и успешное развитие квантовой хромодинамики. В теории электрослабых взаимодействий показано, что роль квантов играют четыре векторных бозона: безмассовый фотон — квант электромагнитного взаимодействия, тяжелые заряженные И'Я-бозоны, ответственные за слабые заряженные токи, и тяжелый нейтральный Уе-бозон, ответственный за слабые нейтральные токи. Для обнаружения И'~- и Уе-бозонов в 70-х годах в ЦЕРНе было начато строительство специального ускорителя со встречными протон-антипротонными пучками (рр=коллайдер) на большую энергию.
Сильное взаимодействие между кварками описывается в квантовой хромодннамике. Квантами сильного взаимодействия являются глюоны. Это взаимодействие иногда называют истинно сильным взаимодействием в отличие от сильного взаимодействия между адронами (адронные силы) и, в частности, между нуклонами (ядерные силы, квантами которых принято считать пионы). В этой схеме сильное взаимодействие между адронами (адронные и ядерные силы) считается вторичным проявлением истинно сильного взаимодействия между кварками.
Восьмидесятые годы были ознаменованы блестящим подтверждением предсказания теории электрослабых взаимодействий: в 1982 — 1983 гг. в ЦЕРНе на рр=коллайдере с энергией 2х270 ГзВ были открыты И'Я- и Уе-бозоны. Кроме изучения свойств этих частиц продолжают пополняться таблицы фи Т-частиц, в состав которых входят соответственно четвертый и пятый кварки. Создана шестикварковая модель, и экспериментаторы настойчиво пытаются обнаружить шестой кварк на ускорителях нового поколения. Предпринимаются попытки построения так называемого Великого объединения — теории, объединяющей сильные электромагнитные и слабые взаимодействия, а также суперсимметрии — теории, которая включает в рассмотрение еще и гравитационное взаимодействие.
Одной из ближайших задач для ускорителей следующего поколения является поиск скалярных бозонов Хитгса, которые согласно теории электрослабых взаимодействий ответственны за массы частиц. Часть первая СВОЙСТВА НУКЛОНОВ, ЯДЕР И РАДИОАКТИВНЫХ ИЗЛУЧЕНИЙ Все атомные ядра можно разделить на стабильные и радиоактивные. Стабильные ядра остаются неизменными неограниченно долго, радиоактивные испытывают самопроизвольные превращения. Основными характеристиками стабильного ядра являются массовое число А, электрический заряд У, масса М (и энергия связи ЛИ'), радиус Я, спин 1, магнитный момент р, квадрупольный электрический момент Д, изотопический спин Т, четность волновой функции.
Р. Радиоактивные ядра дополнительно характеризуются типом радиоактивного превращения (и- или р-распад, спонтанное деление и др.), периодом полураспада Тц„энергией испускаемых частиц и т. п. Атомное ядро может находиться в различных энергетических состояниях. Состояние с наименьшей энергией называется о с н о в н ы м, остальные — возбужденными.
Основное состояние стабильного ядра стационарно. Возбужденные состояния лю. бого ядра (в том числе стабильного) нестационарны (испытывают т-переход и др.). Перечисленные выше характеристики можно приписать как основному, так и любому возбужденному энергетическому состоянию ядра. Их значения для каждого состояния, вообще говоря, различны (кроме А и У, которые одинаковы для всех энергетических состояний данного ядра).
Если речь идет о характеристиках ядра без указания состояния, то имеется в виду его основное состояние. В идеале полная информация о ядре должна содержать структуру и характеристики всех возможных энергетических состояний (уровней) ядра, способы и вероятности перехода ядра из одного состояния в другое, вероятности радиоактивного распада ядра и характеристики испускаемых частиц, сечения и характер взаимодействий ядра с другими ядрами и элементарными частицами и др. 28 Глава К Свойства стабильных ядер и ядериы.х сил В гл. 1, как правило, рассмотрены только основные состояния ядер. Представление о структуре и характеристиках возбужденных состояний дано в гл.
11 и П1, вопросы взаимодействия ядер с элементарными частицами и другими ядрами освещены в гл. 1Ч и части второй. Глава 1 СВОЙСТВА СТАБИЛЬНЫХ ЯДЕР, НУКЛОНОВ И ЯДЕРНЫХ СИЛ 9 1. Массовое число А иь электрический заряд вр атомного ядра Массовое число А определяется количеством нуклонов (протонов и нейтронов) в ядре. Общее число нуклонов в процессе любой ядерной реакции обычного типа (без образования античастиц) остается неизменным (закон сохранения числа нуклонов).
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
