В
Открытие мезонов
30-х годах в распоряжении физиков
еще не было ускорителей заряженных
частиц на большие энергии. Единственным
источником частиц высоких энергий было
космическое излучение. Поэтому
исследования космических лучей приобрели
в те годы особое значение.
Исследования жесткой компоненты космического излучения показывали, что она содержит частицы с массой, существенно превышающей массу электрона. Эксперименты К. Андерсона и С. Неддермейера, выполненные с помощью камеры Вильсона, помещенной в магнитное поле, привели к выводу, что жесткая компонента наполовину состоит из отрицательно заряженных частиц. Это означало, что жесткая компонента содержит частицы, отличные от протонов.
В 1938 году, продолжая опыты с камерой Вильсона, Андерсон и Неддермейер получили фотографию трека отрицательно заряженной частицы с массой около 200 me. Так как эта масса неплохо согласовалась с предсказанным Юкавой значением массы гипотетической частицы – переносчика сильного взаимодействия, то открытую частицу вначале отождествили с мезонами Юкавы. Впоследствии для отличия от других мезонов частица, открытая Андерсоном и Неддермейером, была названа мезоном (мюоном).
Одним из экспериментов по исследованию свойств мезонов был опыт, в котором сравнивалась интенсивность жесткой компоненты космических лучей на уровне моря и на значительно большей высоте в горах. В опыте, поставленном в горах, на пути частиц размещался дополнительный поглотитель, поглощающая способность которого была эквивалентна поглощающей способности столба воздуха от уровня моря до данной высоты. Поэтому можно было ожидать совпадения регистрируемых значений интенсивности потока мезонов в горах и на уровне моря. Однако опыт дал заметно меньшую интенсивность потока мезонов на уровне моря по сравнению с интенсивностью в горах. Единственным возможным объяснением этого факта был вывод о нестабильности мезонов, т.е. об их самопроизвольном распаде, вследствие чего их число уменьшалось за время пролета расстояния от вершины горы до уровня моря. Оценка времени жизни медленных мезонов привела к величине около 10 с.
Н
Дальнейшее развитие ядерной физики
овый этап в развитии ядерной физики
начался с целого ряда фундаментальных
открытий в 1934 году. 15 января на заседании
Парижской Академии наук Фредерик и Ирен
Жолио-Кюри сообщили об открытии ими
нового вида радиоактивности. С помощью
камеры Вильсона им удалось наблюдать,
как некоторые легкие элементы (бериллий,
бор, алюминий) испускают позитроны в
результате их облучения частицами.
«Испускание положительных электронов некоторыми легкими элементами, подвергнутыми облучению лучами полония, – сообщали они, – продолжается в течение некоторого более или менее продолжительного времени после удаления источника лучей. … Мы полагаем, что в случае алюминия реакция происходит следующим образом:
.
Изотоп фосфора
является радиоактивным. Он обладает
периодом полураспада 3 мин 15 с и испускает
положительный электрон согласно реакции
.
Для бора и магния можно
представить аналогичные реакции,
приводящие к образованию неустойчивых
ядер
и
.
Изотопы
,
,
не наблюдаются в природе, так как они
могут существовать только в течение
очень короткого времени».
Таким образом, супруги Жолио-Кюри открыли радиоактивность новых нестабильных изотопов, полученных искусственным путем. Поэтому это явление получило название «искусственной радиоактивности». Кроме того, в своих опытах Жолио-Кюри фактически открыли позитронную радиоактивность, не наблюдавшуюся ранее экспериментально. В 1935 году за открытие искусственной радиоактивности Ирен и Фредерику Жолио-Кюри была присуждена Нобелевская премия по химии.
25 марта 1934 года было
опубликовано сообщение Э. Ферми об
открытии искусственной радиоактивности,
обусловленной облучением нейтронами.
Источники нейтронов, использованные
Ферми, представляли собой небольшие
запаянные трубки, заполненные смесью
радона и бериллия. Взаимодействие
испускаемых радоном частиц
с ядрами бериллия приводило к реакции
.
Испускаемые при этом нейтроны направлялись
на расположенную поблизости от источника
пластинку исследуемого вещества. При
этом наблюдалось возникновение
активности
облученного вещества, обусловленной
тем, что при захвате нейтрона ядром (A,
Z)
получалось возбужденное промежуточное
ядро (A+1,
Z)
с избыточным нейтроном, которое, являясь
нестабильным, распадалось по схеме
.
Метод нейтронной бомбардировки, примененный Ферми, оказался очень эффективным. Ему удалось этим методом активировать 47 элементов. Продолжая эксперименты, Ферми в сотрудничестве с Ф. Разетти и О. Д’Агостино предпринял нейтронную бомбардировку тяжелых элементов: тория и урана. Опыты показали, что и эти элементы могут активироваться при облучении нейтронами.
22 октября 1934 года Ферми сделал еще одно открытие. Поместив между источником нейтронов и активируемым серебряным образцом парафин, он обнаружил, что наличие парафина не уменьшает эффект облучения нейтронами. Наоборот, при наличии парафина наведенная активность серебра возрастала. Ферми предположил, что этот эффект обусловлен наличием легких ядер водорода в парафине, и исследовал влияние наличия водородсодержащих веществ на наведенную активность облучаемого нейтронами образца. В статье «Влияние водородсодержащих веществ на радиоактивность, наведенную нейтронами», опубликованной совместно с Э. Амальди, Б. Понтекорво, Ф. Разетти и Э. Сегре, Ферми сообщал о резком возрастании наведенной активности и объяснял это явление чрезвычайной эффективностью нейтронов, замедленных в неоднократных соударениях с легкими ядрами водорода. Таким образом, 1934 год вошел в историю физики как год открытия явления замедления нейтронов в веществе.
Отметим, что в том же 1934 году Э. Резерфорд, М. Олифант и П. Хартек впервые осуществили реакцию синтеза дейтронов с образованием трития.