Юный техник, 1956 № 02
Шрифт:
Немногие открытия приносят ученым столько новых трудностей, сколько принесли мезоны. Оказалось, что и -мезоны и -мезоны очень неустойчивы. Время жизни их измеряется миллионными и миллиардными долями секунды. А затем они распадаются на более легкие и устойчивые частицы.
Изучение распада -мезонов привело к открытию еще одной удивительной частицы. Вначале казалось, что -мезон просто превращается в электрон или позитрон. В камере Вильсона было ясно видно, как -мезон порождает лишь одну частицу. Но расчеты показали, что по закону сохранения энергии должны возникнуть по меньшей мере еще две частицы, не имеющие заряда и почти
* * *
Боба Белоручкин грустно поведал Верхоглядкину о только что полученной двойке.
– И чего твой Дотошкин не изобретет аппарат для ликвидации двоек?
– Постой, ведь для этой цели можно приспособить "РПД"! — воскликнул Верхоглядкин!
(см. стр.23)
* * *
— А теперь, — говорит Пайерлс, — мы подходим к одному из самых замечательных предвидений и открытий двадцатого века.
Мы уже говорили о позитроне, который является как бы «электроном» наоборот, электроном с положительным зарядом.
Теоретики предсказывали, что раз существует положительный электрон (позитрон), то должен существовать отрицательный протон — антипротон. Можно даже представить себе «обращенные» атомы с ядром из отрицательных антипротонов, окруженным облаком положительных электронов — позитронов.
Самое интересное, что свойства такого «антиатома» ни чем не будут отличаться от свойств обычного.
В октябре прошлого года американские физики Чемберлен, Сегре, Виганд и Илсилантис, работающие на гигантском ускорителя обнаружили антипротон! Но ведет он себя не совсем так, как ожидали. И это даже неплохо, — ведь возникающие противоречия между опытом и теорией всегда двигали науку вперед.
— В сущности, — продолжает Пайерлс, — было бы естественно, чтобы на этом и заканчивался список элементарных частиц. Их уже достаточно для существования всей вселенной, включая нас самих. Электроны, протоны и нейтроны необходимы для постройки атома. Фотоны нужны для существования электромагнитного поля, -мезоны связаны с ядерными силами. Грубо говоря, можно было бы обойтись без нейтронов и -мезонов.
Но оказалось, что список элементарных частиц закрывать еще рано. В последние годы нашли огромное количество новых частиц. Одних только мезонов обнаружено более десяти типов: здесь и (тэта) мезоны и (тау) — мезоны и к (ка) — мезоны. [2]
— Мы даже не знаем, — признается Пайерлс, — чем это кончится. Правда, за последние год-два новых частиц, кроме антипротона, не нашли. Может быть, новых больше и не будет. Но предсказывать это я не берусь.
2
Посмотрите на таблицу элементарных частиц, помещенную на цветной вкладке в этом номере журнала. Видите, ниже хорошо знакомых нам протонов и нейтронов
Новые, еще неизведанные горизонты откроются перед учеными, когда через несколько месяцев под Москвой начнет работать сверхмощное орудие физиков — огромный синхрофазатрон. Что он принесет ученым — трудно предугадать. Но бесспорно одно: даже если не будут открыты новые частицы, то физики смогут гораздо лучше узнать уже обнаруженные. А пока мы снова стоим перед проблемой: известно, что существует столько-то элементарных частиц; а что они собой представляют — непонятно! И вообще элементарные ли они? Пожалуй, лучше слово «элементарные», когда речь идет об атомных частицах, брать в кавычки.
По остроумному замечания известного итальянского физика Ферми, даже само название «элементарные» скорее характеризует уровень наших знаний об этих частицах, чем их свойства и строение.
(Объяснение к таблице на цветной вкладке)
В таблице на цветной вкладке собраны известные на сегодняшний день элементарные частицы. Еще не все из них обнаружены. Антинейтрона и антигиперонов никто еще не наблюдал, но в существовании их почти нет сомнений.
В зависимости от своей массы частицы разбиваются на три группы: легкие (лептоны), мезоны и тяжелые (барионы). Несколько особняком стоит фотон, который не имеет массы покоя. Он образует как бы нулевую группу.
Обратите внимание на предпоследний столбец. В нем указана продолжительность «жизни» частицы. Вы заметили, что некоторые из них живут «бесконечно» долго? Это устойчивые, стабильные частицы: фотон, нейтрино, электрон и протон. Нейтрон тоже следует считать «живучим» по атомным масштабам. Он существует в среднем 20 минут.
Но жизнь большинства элементарных частиц измеряется миллионными и даже миллиардными долями секунды. Это неустойчивые, нестабильные частицы. Они сами собой распадаются на более легкие стабильные.
Распад нестабильных частиц происходит по определенным законам. При распаде масса образующихся частиц всегда меньше массы исходной частицы. Но не думайте, что здесь нарушается закон сохранения материи. Распад всегда сопровождается выделением некоторого количества энергии, эквивалентного «исчезнувшей» массе.
Вторая закономерность распада: сохранение заряда распадающейся частицы.
«Арифметика» элементарных частиц, возможные процессы их превращений также приведены в таблице и нарисованы на разбросанных… листах.
Возможен и обратный процесс: превращение легких частиц в более тяжелые. Для этого необходимо столкновение частиц, обладающих определенной энергией. Принципиально возможны превращения любых элементарных частиц в любые другие. Однако эти взаимопревращения ограничиваются законами сохранения, не допускающих произвольно придуманных реакций. Возможны лишь те, у которых выполняются законы сохранения количества движения, законы сохранения электрического заряда и еще целый ряд подобных законов сохранения.