Переводы и упражнения / 11A
.docFROM THE HISTORY OF MESONS AND HYPERONS
In the year 1932, a Japanese physicist, Hidekei Yukawa, suggested that the nuclear forces acting between protons and neutrons should be due to the presence of a new type of particle that serves as "nuclear glue" holding the atomic nuclei together. According to Yukawa's theoretical consideration, the new particles must have a mass intermediate between that of protons and that of electrons, so they received the name mesons (from the Greek mesons meaning "between").
Five years after the introduction of these purely hypothetical particles for the explanation of nuclear forces, they were actually observed in cosmic rays by an American physicist, Carl Anderson. The so-called "primary cosmic rays" bombarding the atmosphere of our planet arc formed by streams of extremely high-energy protons and a few other heavier positively charged nuclei that are probably accelerated by electromagnetic fields in interstellar space. The energies of these primary cosmic particles range from comparatively low values to thousands of billions of electron-volts. Colliding with the nuclei of atmospheric oxygen and nitrogen at the outer fringes of the atmosphere, these primary cosmic ray particles produce various kinds of penetrating radiations, including high-energy γ-quanta and streams of negative and positive electrons; in fact, positive electrons were first discovered in cosmic rays. Observing the tracks formed by cosmic ray particles in a vertical cloud chamber placed between the poles of a strong magnet, Anderson noticed that the trajectories of some of the particles, both positively and negatively charged, were bent by a magnetic field more than would be expected in the case of fast protons but considerably less than should be the case with electrons. From the observed magnetic deflection, Anderson estimated that this new kind of particle is about 200 times heavier than an electron, in agreement with Yukawa's theoretical prediction. These particles were first called "heavy electrons", but the name was later changed to "mesons".
Later studies have shown that there are actually two kinds of mesons, heavier ones called π-mesons or pions, and lighter ones known as μ-mesons. Both pions and muons can carry either a positive or negative electric charge (π+, π- , μ+, μ-), and in addition there also exist neutral pions (π0). All of these new particles, as well as the positive and negative cosmic ray electrons (e+, e-) are genetically related to each other and form a sequence somewhat similar to the sequence of the radioactive elements. It is now established that the primary high-energy protons entering the outer fringes of the atmosphere give rise to neutral and charged pions. Neutral pions possess a very short lifetime (about 10-16 sec) and, in spite of their high velocity, break up into two γ-quanta:
…before reaching the surface of the earth. The charged pions (both positive and negative) live somewhat longer (10-8 sec) but still most of them break up high in the atmosphere according to the equation:
Accordingly, for the study of pions and their decay into muons photographic equipment attached to large balloons must be sent high into the stratosphere.
The mean lifetime of muons is comparatively long (10-6 sec), and many of them reach the surface of the earth and permit themselves to be photographed in ordinary cloud chambers. Since cloud chamber equipment is too bulky and heavy to be sent up in balloons, cosmic ray researchers have developed a new method for photographing the tracks of cosmic particles at high altitudes. Instead of using the ionizing properties of fast charged particles passing through humid air, the new method is based on the fact that these particles affect the grains through which they pass when they travel through a fine-grained photographic emulsion. When the photographic plate is developed it shows dark streaks that correspond to the trajectories followed by particles. A very rare photograph of this kind showing the formation of a pion resulting from the collision of a primary cosmic ray particle with a composite nucleus and the subsequent decay of this pion into a muon and an electron is shown in the figure below.
Apart from mesons, which have a mass intermediate between those of an electron and a proton recent studies of cosmic rays have discovered particles that are heavier than protons and are known under the collective name hyperons. The study of these particles and of their interrelation with each other was, for a time, the most interesting and most important field of exploration in physics.
Из истории мезонов и гиперонов
В 1932 году японский физик, Хидекей Юкава, предположил, что ядерные силы, действующие между протонами и нейтронами, вероятно, обуславливаются наличием нового типа частиц, которые служат "ядерным клеем", удерживающим атомные ядра вместе. Согласно теоретическим предположениям Юкавы, масса новых частиц должна находиться между массой протона и электрона, так что они получили название “мезоны”.
Спустя пять лет после введения этих совершенно гипотетических частиц для объяснения ядерных сил, они действительно наблюдались в космических лучах американским физиком, Карлом Андерсеном. Так называемые "первичные космические лучи", бомбардирующие атмосферу нашей планеты, образуются потоками протонов чрезвычайно высоких энергий и некоторых других более тяжелых положительно заряженных ядер, которые, вероятно, ускоряются электромагнитными полями в межзвёздном пространстве. Энергии этих основных космических частиц колеблются от сравнительно низких значений до тысяч миллиардов электрон-вольт. Сталкиваясь с ядрами атмосферного кислорода и азота во внешней границе атмосферы, частицы первичных космических лучей производят различные виды проникающей радиации, включая высокоэнергетические γ-кванты и потоки отрицательных и положительных электронов; фактически, положительные электроны были первоначально обнаружены в космических лучах. Наблюдая следы, оставленные космическими частицами в вертикальной камере Вильсона, помещённой между полюсами сильного магнита, Андерсен заметил, что траектории некоторых частиц, и положительно и отрицательно заряженных, были искривлены магнитным полем больше, чем ожидалось в случае быстрых протонов, но значительно меньше, чем должно иметь место с электронами. Исходя из наблюдаемого магнитного отклонения, Андерсен оценил, что этот новый вид частиц приблизительно в 200 раз тяжелее, чем электрон, что согласовывалось с теоретическим предсказанием Юкавы. Эти частицы сначала назвали "тяжелыми электронами", но позже название было заменено на "мезоны".
Более поздние исследования показали, что есть фактически два вида мезонов, более тяжелые, названные π-мезонами или пионами, и более легкие, известными как μ-мезоны. И пионы и мюоны могут нести или положительный или отрицательный электрический заряд, и кроме того, существуют также нейтральные пионы. Все эти новые частицы, так же как положительные и отрицательные электроны в космических лучах, генетически связаны друг с другом и образуют ряд, несколько похожий на ряд радиоактивных элементов. Теперь установлено, что первичные высокоэнергетические протоны, входящие во внешние края атмосферы, дают начало нейтральным и заряженным пионам. Нейтральные пионы обладают очень малым временем жизни (приблизительно 10-16 секунд) и, несмотря на их высокую скорость, распадаются на два γ-quanta:
… перед достижением поверхности Земли. Эти заряженные пионы (и положительные и отрицательные) живут несколько дольше (10-8 секунд), но, тем не менее, большинство из них распадаются высоко в атмосфере согласно уравнению:
Соответственно, для исследования пионов и их распада на мюоны, фотографическое оборудование, прикреплённое к большим воздушным шарам, нужно отправить высоко в стратосферу.
Среднее время жизни мюонов сравнительно длинное (10-6 секунд), и многие из них достигают поверхности земли, где их можно сфотографировать в обычных камерах Вильсона. Так как оборудование камеры Вильсона является слишком большим и тяжелым для отправки в воздушных шарах, исследователи космических лучей разработали новый метод фотографирования треков космических частиц на больших высотах. Вместо того чтобы использовать ионизирующие свойства быстрых заряженных частиц, проходящих через влажный воздух, новый метод основан на факте, что эти частицы воздействуют на зёрна, через которые они проходят при движении через мелкозернистую фотографическую эмульсию. Когда фотопластинку проявляют, она показывает тёмные полосы, соответствующие траекториям частиц. Очень редкая фотография этого вида, демонстрирующая образование пиона в результате столкновения частицы первичного космического излучения со сложным ядром и последующий распад этого пиона на мюон и электрон, показана на рис. ниже.
Кроме мезонов, масса которых занимает промежуточное звено между массами электрона и протона, недавние исследования космических лучей открыли частицы, которые тяжелее, чем протоны, и известны под общим названием “гипероны”. Изучение этих частиц и их взаимосвязи друг с другом было одно время самой интересной и наиболее важной областью исследований в физике.
HomeWork
№1
1. The substance under investigation should be examined both by chemical and physical means. – Исследуемое вещество необходимо исследовать как химическим, так и физическим методами.
2. They should have used some other metal for the conductor, for this one offers too high resistance to current. – Им следовало бы использовать какой-нибудь другой металл для проводника, ведь этот оказывает слишком высокое сопротивление току.
3. You should have used a specially designed computer. – Тебе следовало бы использовать специально разработанный компьютер
4. An operator of a computing machine should have an engineering background. – Оператор вычислительной машины должен иметь инженерное образование.
5. The density of the medium would change with temperature no matter what measures they took. – Плотность среды изменялась с температурой, вне зависимости от мер, которые они принимали.
6. There were electron tube devices in our laboratories but now they arc replaced by semiconductor ones. – В наших лабораториях были ламповые устройства, но теперь их заменили на полупроводниковые.
7. It would be desirable that all necessary calculations be made before the experiment starts. – Желательно, чтобы все необходимые вычисления были проделаны прежде, чем начнётся эксперимент.
№2
1. Огромное количество энергии высвобождалось бы в этом случае. – A huge amount of energy would be released in this case.
2. Вам следовало бы провести всесторонний анализ этого процесса. – You should have made a comprehensive analyze of this process.
3. Мы хотели определить это отношение, но никак не могли. – We wanted to determine this ratio, but we couldn’t.
4. Мы узнали, что нейтроны не будут испытывать отталкивания при приближении к ядрам атомов. – We learnt that neutrons wouldn’t suffer repulsion in at approaching the atomic nuclei.
5. Падающий нейтрон был бы захвачен ядром. – Incident neutron would be captured by a nucleus.
6. Вам следует знать, что расщепление ядра урана на две почти равные части открыло новые перспективы в области ядерной физики. – You should know that breaking up of uranium nucleus into 2 almost equal parts has opened new prospects in the nucleus physics field.