Техника - молодёжи 1958-08, страница 38

количество энергии невелика; разность между массой распадающейся частицы и массой продуктов распада немногим больше одной массы электрона. Для распада пиона и мюона область пригодных энергий расширяется; эти распады происходят значительно быстрее. Если ввести такие поправки на энергию в каждом отдельном случае, то выясняется, что природа «присущей» всем слабым процессам скорости такова, что ее значение близко к 10 сек., что в 10¹⁴ раз медленнее, чем для сильных взаимодействий.

Замечательно, что все слабые процессы имеют одинаковую силу. Может быть, это обстоятельство имеет очень глубокий смысл. Может быть, природа упорно стремится поведать нам что-то весьма важное, но до сих пор мы не в состоянии расшифровать ее сигналы.

Ctmimftfcm Чиетщвг

П оказав мюон, природа деликатно предупредила физиков о том, что они вовсе еще не разгадали ее сокровенных тайн. А около 1950 года она довольно оесцеремонно представила целую процессию новых частиц. Они появились до крайней степени неожиданно и обладали такими свойствами, которые невозможно было объяснить на базе предшествующих представлений.

Новые пришельцы появились сначала в ливнях частиц, возникающих, когда космические лучи высокой энергии внутри камеры Вильсона попадают в свинцовую пластинку. Среди треков (видимых следов) в этих ливнях были найдены некоторые любопытные двулучевые или V-образные случаи, которые не удавалось объяснить ни одним из известных процессов, происходящих с частицами. Физики были вынуждены сделать заключение, что некая неизвестная нейтральная частица (которая не оставляет следа в камере Вильсона) распадается на две заряженные частицы.

По мере накопления и изучения V-следов становилось ясным, что в этом явлении участвуют по крайней мере две новые нейтральные частицы. Одна из них, распадающаяся на протон и отрицательный пион, была названа ламбда-частицей; другая, которая распадается на положительный и отрицательные пион, была названа К-частицей.

Оправившись от потрясения, физики стали пытаться как-то вставить новые частицы в общую схему физики. Из характера распада (на фермион и бозон) можно было установить, что ламбда-частица является фермионом, предположительно со спином V2. Она подчиняется закону сохранения нуклонов. Поскольку при распаде возникает один нуклон, в процессе образования должен тоже участвовать один нуклон. Например, ламбда-частица может образоваться при столкновении ме.жду протоном и отрицательным пионом, что является обращением процесса распада. (При этом должны возникать некоторые другие частицы, такие, например, как нейтральный пион, чтобы уносить с собой избыток энергии.) Частота появления ламб-да-частиц показывает, что они образуются в сильном процессе. Масса ламбда-частицы оказывается равной примерно 2181 массе электрона. . ^

К-частица должна быть бозоном, поскольку она распадается на два пиона, каждый из которых является бозоном. Ее спин должен быть целочисленным (скорее всего он равен нулю). Она не может быть создана из нуклонов, поскольку в продуктах ее распада нуклонов нет. Тем не менее она возникает довольно часто и, следовательно, в результате сильного процесса. Ее масса равна 965.

Из этих самых первых данных можно до известной степени классифицировать новые частицы. Ламбда-частица, очевидно, принадлежит к нуклонам или тяжелым частицам. Она может быть создана из нуклона и, подобно ему, является фермионом. К-частица, напротив, есть бозон; следовательно, К-частицу разумно поместить в мезонную группу вместе с пионами.

Но ламбда- и К-частицы были только началом. Вскоре было установлено существование и других частиц. К той же самой категории, что и ламбда-частица, принадлежат сигма-частицы, заряженные и нейтральные, и отрицательная кси-частица. К нейтральной К-частице присоединилась пара заряженных частиц примерно равной массы; частицы были названы положительной К-частицей и отрицательной К-части-«ей. , .

Шепищи

С амо существование всех этих различных форм материи представляется сложной загадкой. Но если даже принять как факт то, что они существуют, их поведение ставит нас еще перед большими вопросами. Тревоги начинаются уже с распада новых частиц. Время их жизни заключено в пределах от 10"^едо 10 "' сек., что соответствует в ядерной Шкале времени слабым взаимодействиям. Но частицы образуются, как мы видели, сильными взаимодействиями, шкала времени которых составляет примерно 10~^и сек. Согласно одному из наших самых основных принципов — принципу обратимости — частица, образуемая при сильных взаимодействиях, должна распадаться точно таким же путем.

Новые частицы, казалось бы, имеют широкие возможности распадаться в сильных процессах. Рассмотрим, к примеру, нейтральную ламбда-частнцу и займемся снова перетасовкой наших уравнений. Используя два сильных процесса, один известный и другой гипотетический, но вполне допустимый, мы придем к утверждению, что ламбда-частица превращается в протон и отрицательный пион, что и является фактическим способом распада. Энергия, необходимая для процесса, найдется без труда: масса ламбда-частицы на 74 единицы больше, чем суммарная масса протона и пиона, что дает разность энергий порядка 37 Мэв. Таким образом, мы «доказали», что ламбда-частица должна распадаться с такой же скоростью, с какой она образуется. Аналогичные утверждения Могут быть высказаны по отношению ко всем другим новым частицам. Единственное затруднение заключается в том, что живут они в 10¹⁴ раз дольше, чем им положено жить. Именно это огромное расхождение между ожидаемым и наблюдаемым временами жизни и обусловило главным образом то наименование, которое эти частицы получили — странные частицы.

CefLmemfw

тщщт

П осле пристального изучения ситуации в течение пары лет некоторые теоретики, в частности А. Пайс, смогли высказать предположение, дающее решение парадокса. Их основная идея состояла в том, что странные частицы появляются только группами: по две или более одновременно. Это представление известно теперь под названием «совместное рождение». Оно подразумевает, что сильное взаимодействие, которое порождает странные частицы, почему-то действует всегда на несколько частиц (более чем на одну частицу) одновременно. Выгода этой модели состоит в том, что сильные процессы такого рода не могут быть обратимыми из-за энергетических потерь.

Предположим, например, что ламбда- и К-частицы образуются при.столкновении отрицательного пиона с протоном. Попробуем применить наши правила для реакций к этому процессу, для того чтобы предсказать судьбу ламбда-частицы (реакции 20 — 24). Мы приходим к выводу, что она распадается на нейтрон и антн-К-частицу. Но это, конечно, невозможно, потому что две дочерние частицы имеют суммарную массу большую, чем масса родителей. Строгий анализ показывает, что каждый возможный случай совместного рождения приводит к аналогичному результату для отдельного распада любой странной частицы, которая порождается. Возможный путь распада, как оказывается, требует слишком много энергии. Таким образом, двигаясь прочь друг от друга непосредственно после своего рождения, странные частицы уходят от своей гибели посредством сильного взаимодействия и живут до

Здесь иллюстрируется схема совместного рождения. Две нормальные частицы, сталкиваясь (вверху), образуют пару странных частиц ( внизу), которые немедленно расходятся.

34