Техника - молодёжи 1944-12, страница 27

^07ТИТ^ШМ' ПОЗИТРОН

ч t

V - - **- ■■ ;

t Ч / ч' -Л" • -

\ч • * у

v .

/У • /

лел

-NS Л '

N V

о •

Ш л**

Представьте себе, что где-то на стенах или потолке огромного зала раз в недемо на одну секунду появляется черная точка. Это может произойти в понедельник, в чет&ерг или в "субботу, ночью„ на рассвете или вечером. Ие легко будец даже

самым внимательным наблюдателям обнаружить эту точку. Еще большие трудности преодолели физики, прежде чем им удалось обнаружить позитроныг гжизнь» которых измеряется миллионными долями секунды. Вот почему эти элементарные частицы были открыты только в 1937 году, когда научились улавливать их в самый момент зарождения.

исчезнувших частиц нейтрализуют друг друга и их сумма точно равна нулю.

Наряду с * исчезновением возможно также и «рождение пары», то есть возникновение электрона и позитрона за счет других форм энергии. Рождение пар происходит, например, при падении на любое вещество очень коротких .волн, излучаемых радиоактивными веществами, так называемых гамма-лучей. Часть энергии гамма-лучей преобразуется в энергию вновь возникших электронов и позитронов. Таким образом может происходить и исчезновение и созидание вещества. Почему же эти процессы так долго ускользали от внимания исследователей? Оказывается, жизнь позитрона скоротечна. Очень быстро он гибнет при соударении с какйм-либа из электронов, входящим в состав атомов окружающего вещества. Даже в- воздухе, где плотность электронов гораздо меньше, чем в твердых веществах, позитрон «живет» до своей аннигиляции всего лишь около одной миллионной доли секунды. Именно поэтому существование позитронов столько времени ускользало от внимания исследователей.

С общей точки зрения самым важным следствием открытия позитрона было установление того факта, что элементарные частицы не вечны, как и думали раньше, а могут возникать и уничтожаться. Другими словами, преобразовавши энергии -в природе -гораздо многообразнее, чем это представлялось еще недавно. В окружающем нас мире обычных физических явлений рождение и- уничтожение¹ элементарных частиц не происходит только потому, что даже для рождения пары самых легких ча-о тип—позитрона и электрона — нужна энергия, гораздо большая, чем, например, энергия химических реакций, которые мы производим в лабораториях.

Так, для рождения пары электрона и позитрона нужно,, например, в 240 ООО раз больше энергии, чем выделяется ее при образовании из углерода и кислорода одной молекулы! углекислоты. По своей абсолютной величине эта энергия ничтожна. Но трудность заключается в том, чтобы энергию, нужную для интересующих нас процессов, сконцентрировать в одной элементарной частице, не дать ей распылиться в окружающем •пространстве.

Эти обстоятельства, имеющие огромное значение для всей физики, были установлены трудами многих исследователей! Каждый год приносил новые сведения о позитронах и нейтронах. Но ученым суждено было встретиться с еще одной неожиданностью. В 1937 году американский ученый Неддермейер и тот же Андерсон, который открыл позитрон, обнаружили новые частицы, получившие название мезонов, или мезотронов. Оба термина употребляются одинаково часто и происходят от греческого слова «мезое» — «средний»» потому что по своей массе эти частицы занимают промежуточное положение между электроном и протоном. Мезотроны электрически заряжены. Как и у всех заряженных элементарных частиц, у них один элементарный заряд, причем существуют как положительно, так и .отрицательно заряженные мезотроны. Превращения мезотронов существенно отличны от превращений электронов и позитронов. Будучи изолированными от других частиц, позитроны и электроны никаких превращений не претерпевают; исчезновение их происходит только в результате соударения позитрона с электроном. Мезотрон же неустойчив даже в изолированном состоянии. Очень скоро после своего возникновения из других форм вещества мезотрон самопроизвольно распадается. При этом отрицательно заряженный мезотрон распадается на электрон и» повндимому, на

одно нейтрино (не смешивать с нейтронами!), о которых речь будет ниже. Положительный же мезотрон распадается на позитрон и тоже одно нейтрино. Впрочем, не исключена возможность, что при распаде мезотронов возникает не одно, а два нейтрино.

Длительность жизни мезотронов измеряется в среднем миллионными долями секунды; после такой скоротечной жизни мезотрон распадается. Именно эта недолговечность мезотронов позволила им, как и позитронам, ускользнуть от внимания прежних исследователей.

Согласно закону пропорциональности между энергией и массой, энергия, которую нужно затратить на образование какой-либо частицы, пропорциональна массе этой частицы. Так как масса мезотронов в 200 раз больше массы электронов и позитронов, то для рождения пары мезотронов нужно затратить в 200 раз больше энергии, чем для рождения пары — электрон и позитрон.

Таких больших) энергий мы искусственно пока получать не умеем. Поэтому единственно доступный нам пока источник мезотронов —• это космические лучи, которые на уровне моря примерно на % состоят из мезотронов.

Уже давно было замечено, что из межзвездного цространства на Землю падает непрерывный, хотя и очень слабый по своей интенсивности поток частиц, энергия которых в тысячи и миллионы раз превышает энергию всех других известных нам частиц. Этот поток был назван космическими лучами. Конечно» те первичные космические лучи, которые из межпланетных пространств падают на поверхность земной атмосферы, не могут состоять из мезотронов: ведь мезотроны неустойчивы к распались бы на самых первых этапах своего кути в космическом пространстве. Однако громадная энергия первичных космических лучей в верхних слоях атмосферы в значительной степени превра

щается в быстрые мезотроны, которые частью проникают через толщу атмосферы до поверхности Земли, частью же распадаются на этом пути. Вопрос о механизме рождения мезотронов в верхних слоях атмосферы остается пока неясным и является в настоящее время центральной проблемой всей физики космических лучей.

Больше того, весь вопрос о природе и свойствах мезотрона является самой актуальной проблемой всей физики вообще. И это не только потому, что мезотроны — последний по времени открытия сорт элементарных частиц, сведения о котором еще очень скудны. Особый интерес проблемы мезотрона состоит в том, что, повндимому, с мезотронами самым теснейшим образом связаны те ядерные силы, которыми обусловливается сцепление протонов и нейтронов в атомных ядрах, а стало быть,, и вообще все строение и свойства атомных ядер. Таким образом, можно надеяться, что дальнейшие успехи в изучении свойств мезотронов дадут нам ключ к пониманию чрезвычайно обширной и важной области физики атомного ядра.

Мы перечислили все известные нам элементарные частицы, обладающие покоящейся» массой. Чтобы- объяснить смысл этой оговорки, мам потребуется некоторое отступление. Каждая из перечисленных частиц, например электрон, может двигаться с различной скоростью, но может находиться и в состоянии покоя. Покоящаяся частица обладает определенной массой. Если привести частицу в движение, то масса ее возрастет. Впрочем, эта зависимость массы от скорости становится, как известно, заметной только при очень больших скоростях, сравнимых со скоростью света. Поэтому в пределах тех скоростей, с которыми мы имеем дело то всех обычных физических явлениях, кроме атомных, массу тел можно считать постоянной и не зависящей от скорости. Современная квантовая медника учи*