Космическое излучение
Если электроны и позитроны могут возникать из 7-квантов, то они, очевидно, могут и исчезать, превращаясь в 7-кванты· Опыты, выполненные супругами Жолио-Кюри, подтвердили, что прн встре-че позитрон и электрон исчезают, как говорят, а н н и г и л и р у-ю т, превращаясь в большинстве случаев в два ·у-кванта с энергиями 0,51 МэВ, разлетающиеся в противоположные стороны (нногда об-разуется три ·у-кванта с общей энергией 1-,02 МэВ):
е-+е^27·
Можно привести и другие примеры таких превращений. При распаде нейтрального пиона образуется два у-кванта:
л»-^+Т,
при этом происходнт превращение энергии, соответствующей массе покоя пиона, в энергию электромагнитного излучения·
При столкновении у-кванта большой энергии с протоном ж>гут образоваться нейтрон и пион:
·у+р->-п+л,+,
и за счет энергии электромагнитного излучения увеличивается мас-са покоя·
Эти опыты доказывают, что элек.тромагнитное излучение, части-цы которого (фотоны) не имеют массы покоя, может превращаться в частицы вещества и обратно.
Все изложенное подтверждает, что материя существует в виде еещества и поля и эти два вида материи могут превращаться друг в друга· Это превращение может происходить с участием кинетиче-ской энергии· Например, протон может приобрести энергию ·в элект-рическом поле ускорителя, а затем при его столкновении с другим протоном за счет кинетической энергии могут образоваться новые
4301^10)1.
Американский физик Э· Лоуренс и его сотрудники получили в 1955 г.антипротон,ав 1956 г.антинейтрон· Эги анти-частицы были получены в мощном ускорителе при бомбардировке протонов протонами с энергией 6· 103 МэВ· При столкновениях протонов рождались пары протон—антипротон и нейтрон—антинейт-рон:
р+р--Р+р+р+р^ р+р—>·р+р+п+п.
Рис. 4
При встрече антипротона с протоном или антинейтрона с нейт-роном происходит их аннигиляция: нуклон и антинуклон исчезают, а вместо них образуется несколько нейтральных и заряженных пионов (в среднем около 5). На рис. 4 показана аннигиляция анти-протона и протона в пузырьковой камере· Движущийся снизу анти-протон р встречается с протоном· В резуль-тате аннигиляции в этом случае образовались 4 положительных и 4 отрицательных пиона, разлетающихся в разные стороны (магнитное поле направлено от читателя)· Излом одного следа в нижней части рисунка означает рас-пад пиона: я"*"->-[х"'"+у(* (нейтрино следа не оставляет).
Нейтральные пионы распадаются на у-кван-ты· Заряженные пионы распадаются с обра-зованием мюонов и нейтрино, мюоны в свою очередь распадаются с образованием электро-нов, позитронов и нейтрино· Аннигиляция по-зитронов заканчивает превращение пары нук-лон — антинуклон, В результате образуются несколько у-квантов и несколько нейтрино· Открытие антинуклонов указывает на воз-можность существования антивещест-в а, целиком состоящего из античастиц„ Так, отрицательно заряженный антипротон с вращающимся вокруг него позитроном представляет собой антиводород· Антинуклоны могут образовать ядра других антиатомов, Пока удалось получить только антидейтрон и ядро антигелия· Ясно, что получение антивещества встречает огромные трудности, поскольку при его контакте с вещест-вом происходит аннигиляция· Возможно, что где-нибудь во Вселен-ной суш,ествуют целые антимиры, состоящие из антивещ,ества· Но установить это в настоящее время.
§ 5. Открытие новых элементарных частиц.
В 1947 г. Г. Рочестер и С. Батлер при изучении космических лучей обнаружили в камере Вильсона расходящиеся из одной точки в виде буквы V следы частиц, Было очевидно, что они рождались при распаде каких-то неизвестных частиц, которые нейтральны и следов не оставляли·
Позднее эти новые частицы были обнаружены и другими исследо-вателями. Одна из них примерно вдвое легче протона и была названа к-мезоном, или каоном; другая, несколько тяжелее протона, получила название Л-частицы (ламбда).
В течение последующих восьми лет к ним присоединились заряженные каоны, а также два новых вида тяжелых частиц: E-частицы (сигма) и #-частицы (кси), E- и #-частицы, как и Л-частица, оказались тяжелее протона и получили общее название гиперонов.
Открытие каонов и гиперонов было совершенно неожиданным, и они получили название странных частиц. Их роль в строении вещества неясна, хотя очевидно, что все они участвуют в ядерных взаимодействиях· Странные частицы обладают рядом «загадоч-
ых» свойств, например имеют неожиданно большое с точки зрения еории время жизни·
Элементарные частицы образуются при столкновениях частиц ысоких энергий с другими частицами· Долгое время такие столк-:овения можно было наблюдать только в космических лучах, которые были единственным источником частиц высоких энергий· В космических лучах и было открыто большинство элементарных частиц.
В настоящее время для изучения элементарных частиц используются ускорители протонов и других заряженных частиц. На крупнейшем Серпуховском ускорителе получают пучок протонов с энергией 76·10^3 МэВ, а также пучки других частиц (пионов, каонов и др.) с энергией до 60· 10^3 МэВ. Строятся гигантские ускорители, расчитанные на получение энергий порядка 10^6 МэВ·
В середине 50-х годов была открыта еще одна разновидность мезонов, n-м е з о н (эта), и самая тяжелая частица - Q-гиперон (омега).
В 1961-1962 гг экспериментально было доказано существование угорого типа нейтрино - мюонного нейтрино, получив-иего обозначение Vu; электронное нейтрино стали обозначать Ve.
Мюоны образуются вместе со своим нейтрино при распаде заря-женных пионов.
Мюонное нейтрино (Vu) и антинейтрино (Vu) очень похожи по :воим свойствам на 5лектронное нейтрино (Vе) и антинейтрино (Vе), аднако опыты показали, что это различные частицы·
Удивительным свойством мюона, которое пока не получило эбъяснения, является его полное сходство с электроном во всем, кроме массы: мюон в 207 раз тяжелее электрона, Этот «тяжелый электрон» может даже на некоторое время занимать место электрона в атоме, вращаясь цо очень близко расположенной к ядру орбите·
Перейти на страницу: 1 2 3 4 5 6 7