Список элементарных частиц ни в коей мере не исчерпывается лишь теми частицами, которые входят в состав атомов: электроном, протоном и нейтроном. Будучи специалистом именно в области физики элементарных частиц, я охарактеризую здесь вкратце; другие частицы, которые были открыты с начала нашего столетия и до сего времени.
В 1905 г.— том самом annusmirabilis (знаменательном году), когда была создана частная теория относительности,— Альберт Эйнштейн высказал предположение, что при некоторых условиях свет можно считать состоящим из частиц; эти частицы впоследствии получили название фотонов. Существование фотонов было подтверждено экспериментально: в результате изучения Милликеном в 1914-1916 гг. фотоэлектрического эффекта, исследования Артуром Холли Комптоном (1892—1962) в 1922—1923 гг. рассеяния электронами рентгеновских лучей, а затем наблюдения множества других явлений. Масса и электрический заряд фотонов равны нулю; эти частицы всегда движутся со скоростью света и поэтому никак не могут входить в состав атомов.
В 1914 г. Чедвик обнаружил, что электроны, испускаемые при бета-распаде радиоактивного ядра, не имеют (в отличие от альфа-частицы или гамма-лучей) строго определенной энергии, а обладают непрерывным спектром, который простирается от нуля до некоторого максимального значения энергии, причем это значение различно у разных ядер, испускающих электроны. Это было странно, поскольку скорее следовало ожидать, что энергия вылетающего электрона будет равной разности энергий исходного и образовавшегося ядра и строго определенной у каждого радиоактивного элемента. Можно было, конечно, предположить, что энергия распределяется между электроном и незарегистрированным гамма-излучением. Но в таком случае полная энергия, выделяемая при бета-распаде, должна равняться максимальной энергии бета-электронов, т. е. энергии, которую они имели бы при таких распадах, когда энергия испускаемых гамма-лучей пренебрежимо мала. Однако в 1927 г. Ч. Д. Эллис и У. А. Вустер при измерении полной тепловой энергии, выделяемой образцом бета-радиоактивного радия E(210Bi), обнаружили, что энергия, приходящаяся на один распад, равна не максимальной, а средней энергии бета-электронов. Позднее, в 1930 г., этот результат был подтвержден Л. Майтнер и У. Ортманом — кризис представлений был налицо. И никто другой, как сам Нильс Бор, усомнился, соблюдается ли в процессе бета-распада закон сохранения энергии. Правильное решение этой проблемы было куда менее радикальным. В письмах[2] к друзьям, написанных в 1930 г., Вольфганг Паули (1900—1958) высказал предположение, что помимо Электрона при бета-распаде испускается еще одна частица, которая и уносит часть энергии. Эта частица (хотя она и электрически нейтральна) не гамма-квант и обладает столь высокой проникающей способностью, что ее энергия не превращается в теплоту в экспериментах, подобных тем, что проводили Эллис и Вустер. После открытия в 1932 г. нейтрона гипотетическую частицу, существование которой постулировал Паули, стали называть нейтрино, т. е. «маленький нейтрон».
В 1933 г. Энрико Ферми использовал представление о нейтрино при разработке теории бета-распада. Он рассматривал бета-распад как фундаментальный процесс, в котором нейтрон внутри (или вне) ядра спонтанно распадается на протон, электрон и. нейтрино. (Строго говоря, при бета-распаде испускал ется не нейтрино, а частица, которая позднее получила название антинейтрино. Об античастицах мы расскажем ниже.) Сравнивая распределение энергий электронов, предсказанное теорией Ферми, с опытными данными, можно было заключить, что масса нейтрино должна быть очень малой — гораздо меньше массы электрона. Теперь известно, что масса нейтрино не превышает 10-4 массы электрона. (Есть даже некоторые указания на то, что его масса, возможно, составляет не более половины этого предельного значения. В настоящее время считается, что существуетпо крайней мере три различных вида нейтрино, причемнекоторые из них могут быть тяжелее ней-трино, испускаемого при бета-распаде.)
Уважаемый посетитель!
Чтобы распечатать файл, скачайте его (в формате Word).
Ссылка на скачивание - внизу страницы.