книги из ГПНТБ / Богуш А.А. Элементарные частицы

иие светового пятна. После проявления пла­ стинки вокруг того места, в котором образо­ вался ион, появляется черное зернышко. Со­ вокупность этих зернышек отмечает след заряженной частицы. Следы частиц в фото­ эмульсиях могут многое рассказать о заря­ женной частице. Например, степень отклоне­ ния следа от прямой линии говорит о харак­ тере воздействия вещества эмульсии на пролетающую частицу, а изменение количества зерен вдоль следа — об изменении скорости частицы. Дело в том, что при замедлении ча­ стицы ее способность образовывать ионы воз­ растает. Поуэлл с сотрудниками исследовал множество следов, оставленных заряженны­ ми частицами космических лучей в эмульсиях фотопластинок. Среди них были такие, кото­ рые свидетельствовали о том, что какая-то ча­ стица, быстро затормозившись, распадалась, давая начало следу другой заряженной ча­ стицы.

Поуэлл назвал первую частицу пи-мезоном в отличие от другой, которая оказалась от­ крытым ранее мю-мезоном.

Масса пи-мезона была найдена в резуль­ тате тщательного исследования продуктов его распада и оказалась равной 273 электронным массам. Свойства открытого Поуэллом пи-ме­ зона позволили отождествить его с предска­ занной Юкавой частицей-носителем ядерных сил. Так, через 11 с лишним лет после пред­ сказания была найдена частица, которую очень долго искали и которая только одна

могла объяснить характерные черты ядерных сил.

60

Итак, к 1947 г. были открыты все частицы, нужные для объяснения известных к тому вре­ мени сведений о строении вещества. Были от­ крыты электроны, образующие оболочку ато­ мов, протоны и нейтроны, составляющие ядро атома, и фотоны и пи-мезоны, ответственные за силы, связывающие атом и его ядро. Других частиц не требовалось. Обнаруженные неожи­ данно мю-мезоны оказались даже «лишними».

Однако , природа продолжала демонстри­ ровать новые неожиданности. В 1947 г. ан­ глийские ученые Дж. Д. Рочестер и К- С. Бат­ лер среди большого количества событий, про­ исходящих в камере Вильсона под влиянием космических лучей, обнаружили два, которые можно было интерпретировать как факты об­ разования и распада какой-то нейтральной частицы с массой, приблизительно в 1000 раз большей массы электрона. Несколько лет спустя Поуэлл с сотрудниками обнаружил в космических лучах заряженную частицу с приблизительно той же массой. Определен­ ные указания на существование в космиче­ ских лучах частиц с массой в 950 электрон­ ных масс получили в те годы и советские физики во главе с А. И. Алиханяном. Неожи­ данность появления частиц с такой массой по­ служила поводом к тому, чтобы окрестить их

61

63

В этом также очень кратком определении со­ держится, безусловно, большая доля истины. Сказанное в определенном смысле может быть отнесено ко всем известным теперь частицам. Но и здесь есть свое «но». Сегодня хорошо из­ вестно, что такие частицы, как протон и ней­ трон, обладают^ хотя еще до конца не выяс­ ненной, но безусловно сложной внутренней структурой. Несмотря на это, пока никто не возьмет на себя смелость исключить эти ча­ стицы из семейства элементарных. Более того, сегодня можно назвать немалое число экспе­ риментальных и теоретических работ, посвя­ щенных изучению предполагаемой структуры электрона и даже нейтрино.

Говорят еще, что элементарная частица — это микрообъект, который в широком классе явлений ведет себя как нечто единое целое,, не теряет своей индивидуальности. Элемен­ тарная частица характеризуется некоторым набором физических величин, определяющих

элементарных частиц характеризуется вполне определенным значением массы покоя, спина, электрического заряда и т. д. Заряд, напри­ мер, для всех перечисленных выше частиц имеет самые наименьшие значения: 0, +е или

—е, где е — электрический заряд электрона. Значения спина тоже минимальные: они рав-

64

ны 1/2, и только фотону приписывается спин, равный 1. Массы известных уже нам частиц сравнительно невелики, они лишь для неболь­ шого числа частиц превышают массу протона. Других микрочастиц с массами меньше удво­ енной массы протона, которые бы не относи­ лись к числу элементарных, мы пока не знаем.

Мы уже неоднократно сталкивались с тем, что многие частицы существуют ограничен­ ное время. Предоставленные даже самим себе, они не могут существовать сколь угодно дол­ го, а самопроизвольно распадаются, превра­ щаясь в другие частицы. Нейтрон распадается на протон, электрон и антинейтрино. Пи-мезон превращается в мю-мезон и т. д. Отсюда воз­

в то время как для заряженных пи-мезонов продолжительность жизни составляет лишь 10~8 сек, а для нейтральных и того меньше — примерно 10~16 сек. Если исключить пока из рассмотрения большое число недавно откры­ тых весьма короткоживущих частиц — р е з о ­ н а н с о в со временем жизни порядка 10~22—- 10~23 сек, мы можем условиться относить ми­

не превышает двойной массы протона, точнее,

69

зон (л°) и пп-плюс-мезон (л+) и т. д. Заряд является одной из основных характеристик ча­ стицы, определяющей ее фундаментальные свойства. Напомним, в частности, что появле­ ние первой элементарной частицы—электрона как раз и связано с открытием элементарного электрического заряда, атома электричества.

Каждой частице, как уже отмечалось, за исключением у и л°, соответствует своя антича­ стица. Символ античастицы совпадает с симво­ лом соответствующей частицы, но снабжен сверху чертой и в случае заряженных частиц отличается знаком электрического заряда. В табл. 1 (см. графу 6) символы античастиц при­ ведены в той же строчке, что и символы соот­ ветствующих частиц. Наличие черты над сим­ волом античастицы однозначно связано с ее наименованием: к названию соответствующей

частицы прибавляется приставка «анти»: р —

антипротон, К0— анти-ка-ноль-мезон, у—анти­ нейтрино и т. д.

Если имеется свое самостоятельное назва­ ние, черта над символом частицы не ставится, например е+-позитрон. Не ставится черта и в случае пар л +—гг~, р_—р+ и К+—/С , так как нельзя сказать, какую из частиц мезонной па­ ры следует считать частицей, а какую антича­ стицей. Если в случае пары е~—е+ мы преиму­ щественно встречаемся с электроном и очень редко с антиэлектроном — позитроном, то о степени преимущественной распространенно­ сти р+ или р - мы ничего определенного ска­ зать не можем: появление каждого из них оди­ наково возможно.

70