Логин:   Пароль:  

Соцсети





Актуально: техническое обслуживание генератора - Дэнсон-сервис

Автор:
Написал: Amro Дата: 25-Мар-2010
В конце двадцатых годов нашего века только что развитая квантовая механика (см. § 210) была совместно с теорией относительности (см. § 199) применена к объяснению свойств электрона. Последовало неожиданное заключение: должен существовать положительно заряженный двойник электрона! И действительно, через несколько лет такая частица была открыта — это известный нам позитрон. Открытие позитрона было триумфом современной физической теории.

Позитрон называют античастицей электрона. Частица (электрон) и античастица (позитрон) различаются только знаком электрического заряда; остальные их свойства — масса покоя, абсолютная величина заряда, спин (т. е. внутреннее вращение, см. § 230) — в точности совпадают. Дальнейшее развитие квантовой теории привело к выводу, что, за исключением нескольких нейтральных частиц (фотон, p°-мезон), каждая частица должна иметь противоположно заряженный двойник — античастицу.

В предыдущем параграфе мы познакомились с двумя парами таких двойников — это p+- и p--мезоны и мюоны m+ и m-. Опыт показывает, что, как и в паре электрон — позитрон, частица и античастица в каждой из этих пар обладают одинаковыми свойствами — их массы и периоды полураспада равны.

Для нуклонов теория также предсказывает существование античастиц — антипротонов и антинейтронов (антинуклонов). Не следует удивляться, что у нейтрона, полный электрический заряд которого равен нулю, есть отличная от него самого античастица. Ведь мы уже видели раньше, что нейтрон нельзя считать нейтральной частицей. Он характеризуется сложным внутренним распределением заряда, и это проявляется, в частности, в том, что у нейтрона есть магнитный момент. Магнитные моменты нейтрона и антинейтрона оказываются направленными противоположно по отношению к направлению их спинов.

Помимо электрического заряда и магнитного момента, у нуклонов есть еще одна важная внутренняя характеристика (квантовое число), отличающая их от антинуклонов. Существование такой характеристики, которую условно можно также назвать некоторым «зарядом» — барионным зарядом В,— следует уже из стабильности нуклонов. Действительно, нуклоны, несмотря на свою большую массу, не распадаются очень быстро на легкие частицы (электроны, g-кванты, p-мезоны), хотя из энергетических соображений подобные распады, казалось, могли бы идти. Такая стабильность нуклонов и заставила предположить, что у них есть какое-то сохраняющееся квантовое число, получившее название барионного заряда, которого нет у легких частиц. Поэтому распад нуклонов на легкие частицы оказывается запрещенным.

Нуклонам приписывается значение барионного заряда В=+1. Тогда у антинуклонов барионный заряд будет B=—1.

Итак, антипротон характеризуется электрическим зарядом — 1 (в единицах элементарного заряда) и барионным зарядом В=—1. У антинейтрона электрический заряд нуль, и В=—1. Антипротон, как и протон, должен быть стабильным и должен обладать такой же массой. Антинейтрон должен иметь массу нейтрона и аналогично ему быть неустойчивым — превращаться путем b-перехода в антипротон.

В земных условиях антинуклоны длительно существовать не должны, так как они, подобно позитронам, аннигилируют, объединяясь с нуклонами и превращаясь, как правило, в кванты ядерного поля — p-мезоны.

Опыты показывают, что при любых превращениях частиц суммарный барионный заряд сохраняется подобно электрическому. Поэтому в ядерных реакциях, учитывая сохранение обоих зарядов, антинуклон может образоваться только в паре с нуклоном. Такие реакции могут вызываться частицами с энергией в миллиарды электрон-вольт, превосходящей энергию покоя пары нуклон — антинуклон (см. упражнение 58 в конце главы).

В 1955—1956 гг., через несколько лет после вступления в строй первого ускорителя на 6 ГэВ, группе американских физиков удалось обнаружить процессы образования антипротонов и антинейтронов на опыте. Экспе
2000
рименты не только надежно доказали их существование, но и подтвердили предсказания теории относительно их свойств. Рис. 416 и 417 иллюстрируют, как антинуклоны изучаются при помощи пузырьковой камеры (см. § 235).

В последующие годы среди продуктов ядерных реакций частиц высокой энергии были обнаружены антидейтроны (атомные ядра, состоящие из антипротона и антинейтрона). Теоретически из антипротонов и антинейтронов можно строить всевозможные ядра (или, точнее, антиядра), отличающиеся от обычных протонно-нейтронных ядер лишь отрицательным знаком электрического (и барионного) заряда. Присоединяя позитроны, такие антиядра должны образовывать атомы, столь же устойчивые, как и обычные земные атомы. Это означает, что может существовать антивещество, построенное из антинуклонов и антиэлектронов, т. е. позитронов.

Астрофизические наблюдения до сих пор не обнаружили в видимой части Вселенной сколько-нибудь заметного присутствия антивещества. Пока нельзя с уверенностью сказать, что это: результат ли недостаточной точности наблюдений или же Вселенная действительно асимметрична, т. е. построена только из вещества, хотя антивещество, казалось бы, нисколько не худший строительный материал.

В предыдущем изложении мы говорили о нейтрино как о единой частице. Работы последних лет доказали существование нескольких разновидностей нейтрино. При b-распаде нейтронов и протонов обра

Рис. 416. Образование и аннигиляция антипротона. Стереофотография следов в пузырьковой камере с жидким пропаном С3Н8. Камера облучалась пучком p-мезонов с энергией 7 ГэВ от ускорителя протонов на 10 ГэВ в Дубне (p-мезоны возникали при взаимодействиях протонов в бериллии). В точке О (см. схему справа от фотографии) p-мезон, сталкиваясь с протоном, образует пару протон (р) — антипротон (р~) (реакция p-+p®p-+p+p+р~). Камера находилась в магнитном поле; кривизна следа р~ указывает, что эта частица заряжена отрицательно. В точке О\' антипротон сталкивается с протоном и аннигилирует; при этом возникают p+- и p--мезоны, а также, как следует из анализа снимков с учетом законов сохранения энергии и импульса, p°-мезон, не давший следа в камере


Рис. 417. Образование и аннигиляция антинейтрона. Пропановая пузырьковая камера облучалась пучком антипротонов, образованных при соударениях протонов с энергией 6 ГэВ с бериллиевой мишенью. След одного из антипротонов внезапно обрывается (верхняя стрелка), хотя другие антипротоны той же энергии пересекают всю камеру. Это можно объяснить только тем, что произошла реакция р~+р®n~+n. Антинейтрон и нейтрон летят в направлениях, близких к направлению полета антипротона, так как он передал им свой импульс, но не оставляют следов в камере. В точке, на которую указывает нижняя стрелка (она лежит приблизительно на продолжении следа антипротона), антинейтрон соударяется с протоном или ядром; заряженные продукты аннигиляции (в основном p-мезоны) образуют на снимке «звезду». По искривлению следов в магнитном поле можно судить, что испускаются как положительные, так и отрицательные частицы

зуются электроны е- и позитроны е+. Частицу, испускаемую вместе с электроном условились называть электронным антинейтрино n~е. Тогда частицу, испускаемую вместе с позитроном, следует называть электронным нейтрино ne. С учетом этого реакции b-распада (230.2) и (230.3) записываются следующим образом:
[img]FORMULA 233-1[/img](233.1)
[img]FORMULA 233-2[/img](233.2)
Прибавляя к уравнению (233.2) слева и справа по n~е и аннигилируя в правой части нейтрино ne и антинейтрино n~e (освобождающаяся энергия поглощается позитроном), приходим к реакции (231.1)*), но уже в более точном написании
[img]FORMULA 233-3[/img](233.3)
Аналогично из (233.1) следует
[img]FORMULA 233-4[/img](233.4)
Являются ли нейтрино ne и антинейтрино n~e одинаковыми или разными частицами? Ответ на этот вопрос должен дать эксперимент. Мы уже знакомы с частицами с нулевым электрическим зарядом, которые отличны от своих античастиц — это нейтроны и антинейтроны, различающиеся знаком барионных зарядов. Но существуют незаряженные частицы и другого типа, тождественные своим античастицам— например фотоны или p°-мезоны, получившие поэтому название истинно нейтральных частиц. Опыты, проведенные на пучках антинейтрино ядерного реактора, показали, что реакция поглощения n~е протонами (233.3) действительно наблюдается (см. § 231). Но по�
aa4
�лощение n~e нейтронами обнаружить не удалось. Именно этого и следовало ожидать, если электронные нейтрино и антинейтрино — разные частицы (тогда при взаимодействии с нейтронами могут поглощаться ne, но не n~e!). Таким образом, из прямого эксперимента следует, что электронные нейтрино nе и антинейтрино n~е отличаются друг от друга и не являются поэтому истинно нейтральными частицами. Дальнейшие исследования показали, что нейтрино, образующиеся при распаде p-мезонов вместе с мюонами, отличаются от нейтрино, образующихся в b-распадах (233.1) и (233.2) вместе с электронами.

Реакцию распада p+-мезона на мюон и нейтрино теперь следует писать в виде p+®m++nm. Прибавляя справа и слева по m- и по нейтрону, аннигилируя m+ и m- и объединяя n+p+®р, приходим к реакции
Очевидно, должна идти и обратная реакция
[img]FORMULA 233(1)[/img]
Эта реакция наблюдалась экспериментально с помощью ускорителей на пучках нейтрино nm, образующихся при распаде p+-мезонов. Эти пучки не вызывали, однако, реакций (233.3) и (233.4). Отсюда и был сделан вывод о различии мюонных и электронных нейтрино.

Экспериментально было показано также, что мюонные нейтрино и антинейтрино nm, и n~m отличаются друг от друга. Более подробно и полно о разных типах нейтрино см. в § 242.






Комментарии: (0) Рейтинг:
Пока комментариев нет
2006-2015г. © Научно-Образовательный портал "Вся Физика"
Копирование материалов с данного сайта разрешено, при условии наличия ссылки на ресурс "Вся Физика"
Страница создана за 0.044 секунды
  • Лед с доставкой

    Производство пищевого льда. Условия доставки и партнерства

    ledocool.ru

  • Шторы

    Шторы на заказ из европейских тканей. Эксклюзивно, профессионально. Звоните

    mosshtori.ru