Техника - молодёжи 1962-05, страница 38

электрона предсказывается теорией с высокой точностью. Большой интерес представляет измерение магнитного момента мюона, поскольку оно дает возможность проверить, применима к мюону электромагнитная теория или нет. Любое отклонение от предсказываемой величины дало бы ключ к разгадке структуры мюона и, следовательно, происхождения его массы. Факт несохранения четности при слабых взаимодействиях означал, что возможно получить на ускорителе пучок мюонов, спины которых имели бы какое-то преимущественное направление. В случае если бы четность сохранялась, пучок частиц, выходящих из ускорителя, содержал бы в себе мюоны с любой возможной ориентацией спина. Более того, поскольку выяснилось, что природа не заинтересована в сохранении четности, то и при распаде мюона на электрон, нейтрино и антинейтрино электроны должны были бы испускаться преимущественно в направлении, противоположном направлению спина мюона. В результате физики получили бы возможность не только осуществлять ориентацию мюонов, но и определять ее по электронам распада. Вот почему несохранение четности при слабых взаимодействиях имело такое большое значение для новой атаки крепости, называемой мюоном.

Наметилось направление, по которому следовало направить главную силу удара и приступить к исследованию структуры мюона. Одновременно эти исследования позволили бы выяснить применимость электромагнитной теории к очень малым участкам пространства — другими словами, посмотреть, на какие расстояния распространяется действие электромагнитных сил. Измерение магнитного момента мюона позволило бы проверить гипотезу В. Гейзенберга о структуре пространства и времени. Согласно этой гипотезе пространство и время не обладают свойством непрерывности, а существует фундаментальная длина, много меньшая любой длины, с которой когда-либо нам приходилось иметь дело, и обладающая тем свойством, что на расстояниях, меньших этой длины, невозможны никакие, даже мысленные, эксперименты. Другими словами, подобно тому, как существует квант действия — планковская постоянная, существует и квант пространства. Пока нет доказательства существования элементарного кванта пространства. Измерение магнитного . момента мюона позволяет физикам сделать еще один шаг в изучении этой проблемы.

Так мюон оказался в центре внимания современной физики элементарных частиц.

Магнитный момент частиц Щ ту рм

выражают в магнетонах. И Ю О Н Я

В определение магнетона входят некоторые постоянные величины и масса частицы. Поскольку у частиц с магнитным моментом разные массы, то и магнетоны их тоже разные. Представьте себе, что мы захотели выразить вес различных животных — например, медведя и зайца — через половины весов медвежонка и зайчонка. Тогда вес медведя и зайца мог бы оказаться равным, скажем, 10, в то время как веса медвежонка и зайчонка, будучи разными, в принятой нами системе единиц равнялись бы 2.

Величину магнитного момента часто выражают в единицах «g-фактора». Величина g-фактора, по определению, равняется отношению спинового магнитного момента, выраженного в магнетонах, к величине спинового момента.

П. Дирак предсказал равенство g-фактора электрона 2, что находилось в хорошем согласии с экспериментами того времени.

В результате более точных измерений, проведенных в Колумбийском университете вскоре после второй мировой войны, выяснилось, что в действительности g-фактор электрона отличается от 2 примерно на 0,001. Отклонение стало известно как аномальный магнитный момент электрона; причина его была неизвестна. Наличие незначительной аномалии оказалось решающим для понимания механизма взаимодействия заряженных частиц с электромагнитным полем. Эту аномалию удалось объяснить тем, что электрон постоянно как бы излучает и поглощает квант света.

Не должно ли это же самое наблюдаться у мюона?

В 19S7 году с максимально возможной точностью был измерен g-фактор мюона. Можно было бы непосредственно измерить магнитный момент мюона, точность измерения которого в настоящее время достигает 0,00001. Однако теория не предсказывает непосредственно величины магнитного момента; она предсказывает лишь величину g-фактора, и для вычисления магнитного момента необходимо знание массы мюона. Точность измерения массы мюона хотя и превосходит точность измерения массы других короткоживущих частиц, все же не превышает 0,0001. Поэтому и экспериментальное измерение величины g-фактора мюона также ограничивается точностью 0,0001. Поскольку отклонение величины g-фактора от 2 составляет лишь 0,001, то вычисление g-фактора через экспериментально полученное значение магнитного момента производится весьма приближенно — с ошибкой в 10%, слишком большой для исследования важнейшего предсказанного значения.

Тем не менее недавно физиками Колумбийского университета было проведено непосредственное измерение магнитного момента мюона.

Измеренная масса мюона оказалась равной 206,76+0,02 масс электрона. Несмотря на высокую точность в определении массы мюона, определение g-фактора мюона все еще производится с точностью до 10%.

Совсем другой путь получения величины g-фактора мюона был избран в опыте Европейской организации по ядерным исследованиям (ЦЕРН). Постановка этого опыта заняла более трех лет; результаты опыта были получены лишь в 1961 году; значение g-фактора оказалось равным 2,001145+0,000022.

Теоретически предсказанное значение g-фактора мюона равнялось 2,001165. Из опыта поэтому следует, что с точностью 1 °/о в аномальной части g-фактора мюон ведет себя подобно тяжелому электрону. Этот результат также означает, что законы электромагнитного взаимодействия сохраняются вплоть до расстояний 7 • 10—¹⁴ см и что не существует фундаментального кванта длины большего, чем 2 • 10—¹⁴ см.

Кроме того, представляется несостоятельной надежда объяснить массу мюона ранее не обнаруженными взаимодействиями с полями, отличными от электромагнитного (например, такими, как поля, производимые еще неоткрытыми частицами).

Загадка мюона углубилась, и в настоящее время нет ни одного способа ее решения. Имеется лишь надежда, что в новых опытах с мюонами больших энергий природа откроет нам какую-нибудь из своих тайн.

Возможно, что для успешной разгадки тайны мюона нам придется существенно пересмотреть наши представления о структуре пространства и времени. Действительно, после падения закона сохранения четности при слабых взаимодействиях удивительно, что с помощью современных представлений о времени и пространстве удается удовлетворительно описывать многие свойства мюона.

Пока же мюон остается тайной тайн, загадкой внутри загадки.

НЕНУЖНАЯ ГИПОТЕЗА

Как-то на балу в Тюильри Наполеон I заметил, что несколько ученых собрались вокруг Лапласа. Император подошел к ним и обратился к Лапласу:

— Да. граф де-Лаплас, я как раз только что снова просмотрел вашу «Небесную механику». В вашем большом труде о вселенной чего-то не хватает.

— В самом деле, государь?!

— Вы забыли назвать творца вселенной.

Граф поклонился. Лукавая усмешка мелькнула на его губах:

— Государь, эта гипотеза мне не понадобилась.

СКАЗКА МАТЕМАТИКА

Преподаватель Оксфордского университета Нэролл между делом сочинил сказку «Алиса в стране чудес». Королева Англии, прочитав однажды эту сказку, была в восторге и немедленно приказала приобрести остальные сочинения Кэролла. Но каково же было ее удивление, когда оказалось, что все книги Кэролла — сочинения по высшей математике!

36