Возникновение новых частиц. Аннигиляция. Другие пары частиц и античастиц, страница 5

МЕЗОНЫ

Антипротон и позитрон имеют своими «антиподами» давно знакомые частицы, из которых состоят атомы и атомные ядра нашей Земли. В отличие от них мезоны не напоминают ни одну из частиц, с которыми мы познакомились в ранее описанных опытах по разделению атомов и атомных ядер на их составляющие.

С тех пор как в 1939 г. было доказано существование частиц с массой покоя примерно в двести раз превышающей массу покоя электрона, данные о мезонах постепенно пополнялись и уточнялись. Первый тип мезона, который сегодня обозначают греческой буквой m(«мю») и называют мюоном, был идентифицирован в так называемой проникающей компоненте космического излучения, которая проходит через слой свинца толщиной в четверть метра. Даже после такого экранирования в камере Вильсона можно было наблюдать следы частиц, проходящих без заметного торможения и изменения направления через свинцовую плиту толщиной 3 см, которую помещали прямо в камере (рис. 26). В магнитном поле одни мюоны отклоняются как положительно заряженные частицы, другие — как отрицательно заряженные. В дальнейшем, изучая прохождение этих частиц через различные вещества, помещенные в сильное магнитное поле, удалось доказать, что мюон имеет собственный магнитный момент и момент импульса (спин), а его спиновое число равно 1/2 — как у электрона, протона и нейтрона. Масса покоя мюонов равна примерно 200 массам покоя электрона (точнее, 206,7 т_е), что в единицах энергии соответствует тс² =105,65 МэВ. Однако, как выяснилось впоследствии, несмотря на значительную массу, мюон следует все же относить не к группе мезонов, а к группе лептонов (подробнее см. с. 130, 145).

Другую частицу промежуточной массы, открытую вслед за мюоном, назвали p («пи»)-мезоном, или пионом. В космических лучах, достигающих земной поверхности, таких частиц очень мало, но в верхних слоях атмосферы, на высоте 20—30 км, они были обнаружены в большом количестве. Впервые следы (треки) пионов были обнаружены в чувствительном слое специальных фотопластинок, которые были подняты на эту высоту воздушным шаром, заполненным гелием (рис. 27). Пионы несколько массивнее, чем мюоны; положительно и отрицательно заряженный пион имеет массу 273 т_е(тс²=139,59 МэВ).

Удалось доказать, что пион и мюон исчезают не в результате какой-то реакции с частицами, присутствующими в камере (например, с позитроном или антипротоном), а именно распадаются самопроизвольно. Проанализировав же результаты очень многих измерений, удалось определить и среднее время жизни этих частиц: у положительно и отрицательно заряженного пиона (p^± ) оно составляет 25,5- 10~9с, а у m^± -мюона — 2,2120- 10^-6 с.

В наших обычных масштабах это ничтожно малый промежуток времени. Однако в масштабах тех процессов, которые протекают при превращениях элементарных частиц, мезоны — как мы увидим далее — можно считать «долгожителями». Пион, движущийся со скоростью, близкой к скорости света, успевает за время своей жизни пройти гигантский (в тех же масштабах) путь длиной около 7 м, а мюон, движущийся с такой же скоростью, проделывает путь до 600 м.

ЧАСТИЦЫ БЕЗ ЭЛЕКТРИЧЕСКОГО ЗАРЯДА

Все частицы, с которыми мы уже познакомились в этой главе, имеют электрический заряд — положительный или отрицательный. Такие частицы относительно легко наблюдать, поскольку они производят ионизацию в среде, через которую проходят, и таким образом оставляют следы в конденсационной или пузырьковой камере либо в чувствительном слое фотопластинки. Частицы, не имеющие электрического заряда, подобных следов не оставляют, и обнаружить их — как мы уже знаем на примере нейтронов — гораздо труднее. Поэтому вполне уместен вопрос: возникают ли в тех процессах, которые мы до сих пор рассматривали, помимо заряженных и нейтральные частицы?

Прежде всего интересно выяснить, существует ли антинейтрон. Античастицы, о которых мы уже говорили, всегда имеют противоположные по знаку электрические заряды. У нейтрона же заряд равен нулю, и, следовательно, он сам должен был бы быть своей античастицей.