Таким образом, в описанной модели новая система — две вагонетки, объединенные вместе,— возникает только при строго определенной энергии столкновения. Эта модель довольно хорошо описывает ситуацию с двумя частицами. К сожалению, мы не можем предложить подобной аналогии, которая позволила бы определить ширину резонанса и время жизни составной частицы. Связь между этими двумя характеристиками обусловлена волновым поведением частиц, для которого, как мы знаем, не существует соответствующей макроскопической модели. Связь между временем жизни частицы и неопределенностью в величине ее энергии описывается соотношением неопределенностей (как и связь между неопределенностью положения частицы в пространстве и неопределенностью импульса):
Dt × DE ³ h/2p =1,05×10-34 Дж-с, где h— уже известная нам постоянная Планка, Dt — время жизни частицы, а DE— неопределенность в величине энергии, характеризующая ширину резонанса. Ширина резонанса на рис. 33 составляет около 100 МэВ, т. е. приблизительно ×10-11Дж. Подставив эту величину в уравнение, получим время жизни резонанса ×Dt =×10-23с.
Постепенно было обнаружено довольно много частиц с очень коротким временем жизни (меньше 10-23с) — резонансов. Некоторые резонансы пополнили список мезонов, другие принадлежат к тяжелым частицам (барионам). Открытие резонансов позволило упорядочить классификацию элементарных частиц, объединить их в группы (например, по десять частиц — декуплеты, по восемь — октеты и т. д.) и построить схему, подобную периодической системе элементов Менделеева.
Исследуя реакции между частицами, т. е. превращения их при неупругих столкновениях и при самопроизвольном распаде, удалось установить три типа взаимодействий между частицами (или три типа действующих между ними сил). Оказалось, что самые быстрые реакции (и самые быстрые самопроизвольные распады) происходят в результате сильных взаимодействий. Например, распад описанной выше частицы — резонанса p+r (r-мезона) обусловлен сильным (ядерным) взаимодействием. Напротив, несколько менее массивный h-мезон имеет время жизни ×10-20 с и распадается на три пиона под влиянием электромагнитного взаимодействия. Более продолжительное время жизни во втором случае указывает на то, что второе взаимодействие слабее первого. Мюон распадается только за ~ 10-6 с, К-мезон — за ~ ×10-10 с. Их распад вызван еще одним, гораздо более слабым (ядерным) взаимодействием которое так и назвали слабым. По сравнению сильным взаимодействием процессы, вызванные слабый взаимодействием, в среднем в 1013 раз менее интенсивны. Слабое ядерное взаимодействие (как и сильное) имеет очень малый радиус и реализуется только при непосредственном «соприкосновении» частиц.
Как мы знаем, с распространением электромагнитного поля связаны элементарные частицы — фотоны. Они имеют нулевую массу покоя и движутся cо скоростью света. С полем, соответствующим сильному взаимодействию, также связаны частицы — пионы. Взаимодействие, например, между протоном и нейтроном является сильным и осуществляется посредством обмена пионами. Но в отличие от фотонов пионы имеют ненулевую массу покоя, поэтому движутся они медленнее, чем свет. Наличием у них массы покоя и обусловлен малый радиус сильных взаимодействий.
Слабые взаимодействия пока наименее исследованы. Например, до сих пор не известно, могут ли они иметь характер притяжения и, следовательно, удерживать какие-то частицы вместе. Переносчиком слабых взаимодействий служит массивный W-бозон — частица очень большой массы. Долгое время он лишь предсказывался теорией, но в последнее время был отождествлен с вновь открытой нестабильной частицей, масса покоя которой достигает 150 000 те(что эквивалентно энергии около 80 ГэВ).
Уважаемый посетитель!
Чтобы распечатать файл, скачайте его (в формате Word).
Ссылка на скачивание - внизу страницы.