Существуют три разновидности пи-мезонов: отрицательно заряженный пи-мезон с массой, в 273,1232 раза превышающей массу электрона, его положительно заряженная античастица (с такой же массой) и нейтральный пион (являющийся собственной античастицей), масса которого в 264,1129 раза превышает массу электрона. Этот триплет образует своего рода семейство, аналогичное дублету протон — нейтрон. Принадлежность частиц к семейству предопределяется симметрией ядерной силы, действующей между протонами и нейтронами. Мюоны существуют в двух разновидностях: отрицательно заряженная частица с массой, в 206,7686 раза большей, чем у электрона, и ее положительно заряженная античастица с такой же массой. Мюон и антимюон можно уподобить сверхтяжелым двойникам электрона и позитрона: различие между ними, очевидно, связано только с массой.
Пионы и мюоны нестабильны. Заряженные пион и антипион распадаются соответственно на мюон плюс антинейтрино и антимюон плюс нейтрино; их среднее время жизни составляет 2,603-10~8 с. Нейтральный пион распадается на два фотона со средним временем жизни около 0,8-10~16 с, а мюон и антимюон распадаются соответственно на электрон (или позитрон) и пару нейтрино — антинейтрино и имеют среднее время жизни 2,19712- К)-6 с. Мюоны, преобладающие в космических лучах, регистрируемых на уровне моря, возникают главным образом при распаде пионов, рождающихся при столкновении частиц космических лучей с ядрами молекул воздуха в верхних слоях атмосферы.
Пионы, нейтроны и протоны принадлежат к классу частиц, называемых адронами; их отличительной чертой является участие в сильных ядерных взаимодействиях. Мюоны, электроны и нейтрино относятся к классу частиц, называемых лептонами; они не участвуют в сильных взаимодействиях, но в равной мере участвуют в слабых (подобных бета-распаду) и электромагнитных взаимодействиях. (Еще один лептон, тау-частица, был открыт недавно в Станфордском центре линейных ускорителей, СЛАК) Насколько можно судить, близость масс пионов и мюонов, вызывавшая столько недоумений в 30—40-е годы, оказалась случайной,
Странные частицы
«Рассортировав» пионы и мюоны, физики, казалось, могли бы, наконец, и передохнуть. Однако в том же 1947 г. Дж. Д. Рочестер и К. Ч. Батлер обнаружили в космических лучах частицы новых типов. Вскоре выяснилось, что эти частицы относятся к классу адронов — в том смысле, что они принимают участие в сильных взаимодействиях, но ведут себя несколько «странно», так как в отличие от пионов всегда возникают только парами. Чтобы познакомиться со свойствами различных типов странных частиц, нам понадобилось бы примерно в сто раз больше места на страницах этой книги, чем мы отвели рассказу о пионах; поэтому я не буду касаться здесь странных частиц.
Все частицы, о которых мы упоминали до сих пор, широко распространены в нашей Вселенной или, во всяком случае, в изобилии рождаются космическими лучами. Однако ассортимент частиц резко изменился в 50-е годы, когда были введены в действие мощные ускорители частиц типа «Беватрона» в Беркли и появились новые приборы для регистрации частиц, в частности пузырьковая камера. Среди частиц, которые в изобилии рождаются на ускорителях при столкновениях протонов высоких энергий, было обнаружено множество новых адронов; они были поименованы буквами греческого алфавита: r, w, h, j, D, X, W и т. д. Частиц оказалось столько, что возникло опасение, хватит ли букв греческого алфавита для их обозначения. Все они нестабильны, имеют исключительно короткое время жизни (именно этим и объясняется их отсутствие в обычном веществе — они могут быть получены лишь искусственным путем). Однако, насколько можно было утверждать, все эти частицы оказались в такой же степени элементарными, как пионы, протоны или нейтроны.
[1] Помимо Гейзенберга к модели атомного ядра, состоящего из протонов и нейтронов, в то же самое время пришли и другие физики. На симпозиуме, посвященном истории ядерной физики. Эмилио Сегре назвал среди них советских физиков Д. Д. Иваненко и И. Е. Тамма, а также итальянского физика Этторе Майорану, который таинственно исчез через несколько лет после начала своей короткой, но блестящей карьеры. Сегре вспоминал, что был вместе с Майораной, когда впервые услышал сообщение об открытии супругами Жолио-Кюри быстрых протонов отдачи, возникающих под действием проникающего бериллиевого излучения. Майорана тогда воскликнул: «Нет, ты только посмотри на этих идиотов: они открыли нейтральный протон и даже не поняли этого».
[2] Одно из этих писем, адресованное участникам Международной конференции по радиоактивности, начинается словами: важаемые радиоактивные дамы и господа».
Уважаемый посетитель!
Чтобы распечатать файл, скачайте его (в формате Word).
Ссылка на скачивание - внизу страницы.