Техника - молодёжи 1957-03, страница 15

ты на орбиту, соответствовала 210-кратной разнице в массе между мю-мезоном и электроном. Однако когда опыты перешли к тяжелым атомам, это соотношение резко нарушилось. Энергия рентгеновского излучения здесь значительно уменьшилась.

Что же случилось с таким мезонным атомом?

Раэбор именно этого явления подтвердил достоверность и точность теоретических расчетов, основанных на квантовой теории атома. Ответ на этот вопрос можно получить, рассчитав местоположение мезонных орбит вокруг ядра такого тяжелого атома. Для примера возьмем атом свинца, имеющий 82 электрона. Если мы заменим один из них мезоном, то в соответствии с теорией самая ближняя возможная (внутренняя) орбита мезона будет проходить в 82-210 раз ближе к ядру, чем диаметр атома водорода, а так как последний равен

10

см, то диаметр такой меэонной

орбиты будет равен 5,8-10-¹³ см. (Смотрите нижние рисунки на цветной вкладке.)

Сравнительные размеры и расстояния (условные) между ядром и орбитой элскт-рона в обычном атоме и между ядром у мезоном в мезонном атоме углерода.

-Э^ЬКТГО*

» . ■ * • • '•. Л

«возможные

ОРБИТЫ

—»Л«*ТГОМА

В атоме легкою элемента (неон) пи-мезон срывается и поглощается ядром, едва он попадает на ближайшую к ядру орбиту. Мезон и один из протонов ядра превращаются в нейтральные частицы. В атоме тяжелого элемента (свинец) пи-мс-гон срывается и поглощается ядром, уже попав на 5-ю или 6-ю орбиту от ядра, которое взрывается на множество осколков, оставляя на толстослойной фотопластинке след звезды (фото справа).

Диаметр ядра атома свинца равен 17-10—¹³ см. Выходит, что мезон-ная орбита в этом случае наполовину меньше диаметра ядра своего собственного атома и, другими словами, должна проходить уже внутри ядра.

Невероятно, но факт! Явление, не известное еще в атомной физике, наблюдается именно в мезонном атоме!

Мы знаем, что ядро атома—исключительно плотное тело. Однако плотность еще не означает обязательно непрозрачность. И совершенно не исключена возможность, что мезон может свободно путешествовать внутри ядра.

Идея о непроницаемости вещества является понятием лишь нашего мира — макромира. Когда же речь идет о частицах мира атома, то понятие непроницаемости уже не имеет смысла.

Именно это и происходит в нашем случае. Мю-мезон фактически свободно циркулирует внутри ядра атома свинца. Совершив за стомиллионную долю секунды миллионы миллионов оборотов, мезон затем поглощается ядром атома свинца, и энергия, эквивалентная массе поглощенного мезона, с огромной силой взрывает атомное ядро.

По современным воззрениям ядро атома представляется как облако электрического заряда, очень плотное, но идеально «жидкое», благодаря чему оно не оказывает сопротивления движению мезона.

Движущиеся атомные частицы также должны представляться не как строго очерченные в пространстве тела, перемещающиеся по точно проложенным орбитам, а как сгусток вещества наподобие желе, имеющего некоторую протяженность в пространстве. ) В противоположность мю-мезону пи-мезон взаимодействует с веществом ^^ 'ядра атома значительно быстрее и сильнее. В мю-мезонном атоме водорода мю-мезон, например, может спокойно вращаться по своей орбите вокруг протона в течение сравнительно долгого по атомным масштабам времени. После этого мю-мезон распадается на электрон и два нейтрино.

С пи-мезоном в таком атоме дело обстоит совсем по-другому. Едва

КЬАЯГ

ЛУЧ£й ( а*"** frq»»'

¹ «Гаю

пи-мезон попадает на самую близкую к ядру орбиту, как тотчас же срывается и захватывается протоном, вследствие чего время существования пи-мезоцного атома в миллион раз короче, чем мю-мезонного атома. В этом случае отрицательный пи-мезон соединяется с положительным протоном, заряды их взаимно нейтрализуют друг друга, и они становятся нейтральными частицами.

В более тяжелом атоме это явление протекает живописнее. Например, в атоме неона пи-мезон даже не достигает самой ближней к ядру орбиты. Он поглощается ядром, едва попав на предпоследнюю орбиту. «Жадность» ядра атома на пи-ме:юиы совершенно невероятна. В таких тяжелых атомах, как свинец, внутри ядра которых мю-мезон может вращаться почти беспрепятственно, пи-мезон захватывается ядром, находясь еще на 5-й или 6-й орбите от ядра — орбите, диаметр которой по крайней мере раз в 10 больше, чем диаметр самого ядра. На опыте это подтверждается тем, что отсутствует излучение рентгеновских лучей, соответствующих этим орбитам.

После того как пи-мезон оказывается захваченным ядром атома, он исчезает, преобразуясь в другой вид материи, так же как и при захвате мю-мезона. Энергия, эквивалентная его массе, разрывает ядро на множество осколков. На толстослойных фотопластинках это дает ярко выраженную звезду.

Нарисованная нами картина мезонного атома, его орбит и т. п. является очень условной и сильно упрощенной. Частицы, которые мы заставляем путешествовать по орбитам, на самом деле размазаны по всему объему атома, и некоторым образом они постоянно касаются ядра.

Мезонный атом открывает весьма обнадеживающие пути для новых открытий, в которых особо важную роль должны сыграть новые сверхмощные ускорители, в частности, сооружаемый в нашей стране гигантский синхрофазотрон на 10 млрд. электрон-вольт, а также проектируемые ускорители на еще большую энергию.

Открытие сначала позитрония, а теперь и мезонного атома заставляет по-другому отнестись и к ставшему уже в современной атомной физике привычным понятию об атомных частицах как «элементарных». Они оказываются далеко не элементарными и, в свою очередь, состоят из частиц, которые уже сейчас вызывают сомнение в своей элементарности.