Техника - молодёжи 1957-03, страница 13
К. ГЛАДКОВ ПОСЛЕ РАЗРУШЕНИЯ — СОЗИДАНИЕ Шачиыая с первого, ставшего уже ■ 'классическим, опыта Резерфорда, вот уже почти 40 лет ученые-физики во всех лабораториях мира неусыпно и самыми разнообразнейшими способами разрушают атомы вещества для того, чтобы изучить, из чего и как они сложены, какими законами и силами управляются. Выработалась даже характерная для такого способа исследований терминология: «бомбардировка» атома и его ядра, «атомная артиллерия» и т. п. Период «разрушения» в атомной физике привел к открытиям огромной для человечества важности: высвобождению внутриядерной энергии, созданию новых (трансурановых) элементов, получению искусственных радиоактивных веществ, обнаружению новых частиц и многого другого. У ученых сейчас достаточно знаний и средств, чтобы приступить к следующему, новому этапу, который уже в ближайшее время должен стать важнейшим направлением в развитии современной физики, — созданию искусственных атомов. ПОЗИТРОЯНЫЙ АТОМ В статье «Элементарные частицы» (журнал 5 за 1955 г.) мы уже писали об атоме позитронии. Сейчас, спустя два года, все в этом замечательном открытии кажется уже довольно простым. Однако посмотрим, что же представляет собой этот «искусственный» атом (см. рисунки на цветной вкладке). Известно, что в результате распада некоторых искусственных радиоактивных элементов происходит излучение позитрона, частицы, имеющей одинаковую с электроном массу, но противоположный — положительный — электрический заряд. Если произойдет встреча позитрона с электроном, то она кончается тем, что на ничтожно короткий отрезок времени, в одних случаях равный десятимиллионным, а в других даже десятимиллиардным долям секунды, возникает неустойчивая атомная структура — позитроний, в которой электрон вращается вместе с позитроном вокруг некоторого общего центра их масс. Электрически такой атом похож на атом водорода, в котором один электрон вращается вокруг протона. Но так как по- 2 «Техника — молодежи» М 3 Рис. Ф. зитрон не тяжелее электрона, то новый, искусственный атом весит приблизительно в тысячу раз меньше, чем атом водорода. А его диаметр примерно в два раза больше диаметра атома водорода (см. рис. в заголовке статьи). За невероятно короткое время своего существования позитрон и электрон тем не менее успевают совершить около миллиона оборотов один вокруг другого, а затем сталкиваются — взаимно уничтожаются, или, как говорят, «аннигилируются». Позитроний исчезает, преобразуясь в два или три кванта электромагнитного излучения, то есть в два или три фотона. ПОЧЕМУ ПОЯВЛЯЮТСЯ ДВА ИЛИ ТРИ ФОТОНА, А НЕ ОДИН? Закон сохранения количества движения говорит, что сумма количества движения двух или нескольких взаимодействующих тел не меняется. В природе не может быть действия без равного ему противодействия. Исчезновение позитрона и электрона и преобразование их в кванты излучения аналогично отдаче ружья при выстреле пулей. «Выстрелу» одного фотона излучения неизбежно должен соответствовать вылет другого, точно такого же фотона с одинаковой энергией в строго противоположном направлении. Энергия такого фотонного «выстрела» равна приблизительно 1 млн. электрон-вольт, по 500 тыс. элек-трсн-вольт на каждый фотон. Иногда позитроний выбрасывает не два, а три фотона. По теории он может выбросить и большее число фотонов, при условии, что энергия, появляющаяся в результате исчезновения двух материнских частиц, позитрона и электрона, распределяется поровну между этими фотонами. Следует указать, что непосредственно наблюдать момент образования позитрония не удается. Он обнаруживается лишь в момент гибели — одновременным появлением двух одинаковых квантов излучения. Схема явления и установки для такого наблюдения и показаны на цветной вкладке. По обеим сторонам сосуда, содержащего радиоактивное вещество, излучающее позитроны, на строго одинаковых расстояниях друг от друга установлены два счетчика гамма-излучений, которые срабатывают и подают общий сигнал только в том случае, если через них одновременно, точно в противоположных направлениях и из одной и той же точки источника излучения пролетят два фотона, обладающие одинаковой энергией. Еще один специальный счетчик отмечает момент вылета позитрона. Встретив на своем пути электрон и «протанцевав» с ним в течение У»о миллионной или 7»о миллиардной доли секунды (1), позитрон сталкивается с электроном (3 и 6), и в противоположные стороны летят два фо-ЗАВАЛОВА тона гамма-лучей, давая знать о себе щелчком счетного реле или вспышкой света (7). Установка работает безотказно, точно и убедительно. Установив три счетчика и согласовав их работу так, чтобы они срабатывали только при одновременном пролете трех идентичных квантов излучения, можно обнаружить распад и тех атомов позитрония, которые при исчезновении выбрасывают не два, а три гамма-кванта (4). Квантовая теория именно и предсказывает, что должно существовать два типа позитрония: один, существующий 1,25 • Ю-10 секунды, при своем исчезновении выбрасывает два фотона и другой, со сроком жизни 1,4 - 10 —7 секунды, выбрасывает при распаде три фотона. Двухфотонный позитроний получил название пара-позитроний (5), трехфотонный — орто-позитроний (2). ПОЧЕМУ ГОВОРЯТ «СПИН» ЭЛЕКТРОНА И ПОЗИТРОНА? Помимо массы и электрического заряда, электрон обладает целым рядом других свойств. Одним из наиболее важных таких свойств является то, что он вращается не только вокруг атомного ядра, но одновременно и как бы вокруг собственной оси с постоянной угловой скоростью. Эта скорость собственного вращеиия электрона характеризуется особой величиной, которая называется спином. Спин — это собственный механический момент количества движения частицы, характеризуемый не только численным значением, но и направлением; ориентировкой в пространстве. То же самое оказалось верным и для позитрона. Для суждения о величине спина, присущего электрону или позитрону, его условились считать равным половине некоторой условной единицы, принятой в атомной физи- h — это h ке, — -^Г • гДе h — это постоянная Планка, равная 6,6252 • 10 —27 эрга в сек. Когда электрон и позитрон «вальсируют» один вокруг другого и временно образуют атом позитрония, спины электрона и позитрона могут быть или параллельными, или антипараллельными. В первом случае уже в масштабах всего атома позитрония они складываются вместе и в целом дают спин, равный единице, во втором — их действие погашает друг друга и суммарная величина спина равняется нулю. Этим |
