После открытия позитрона стало в конце концов ясно, что частице каждого типа соответствует своя античастица: она имеет такую же массу, как и частица, и электрический заряд, равный по величине, но противоположный по знаку. Существенным в этом представлении было подтверждение того факта, что в целом античастицы нельзя рассматривать как «дырки» в море частиц с отрицательной энергией. В 1934 г. Паули и Виктору Ф. Вайскопфу удалось показать, что даже частицы, не способные создавать стабильное море с отрицательной энергией, имеют античастицы. (Тем не менее теория «дырок» продолжает фигурировать во многих учебниках по физике.) Позитрон — это античастица электрона; антинейтрино, которое испускается вместе с электроном при бета-распаде богатых нейтронами ядер, является античастицей нейтрино, испускаемого вместе с позитроном при бета-распаде ядер, богатых протонами, а электрически нейтральный фотон является античастицей самому себе. В 1955 г. Оуэну Чемберлену (р. 1920) и Эмилио Джино Сегре (р. 1905) совместно с Клайдом Вигандом и Томом Ипсилантисом на ускорителе «Беватрон» в Беркли удалось получить антипротоны. Антивещество должно состоять из антиядер, построенных из антипротонов и антинейтронов и окруженных облаком позитронов. Маловероятно, чтобы в доступной наблюдению части Вселенной присутствовало сколько-нибудь существенное количество антивещества.
После того как потерпела крах гипотеза, утверждавшая, что ядерные силы обусловлены обменом электронами между частицами ядра, оставался нерешенным вопрос: чем все-таки вызваны ядерные силы? Могут ли импульс и энергия, которыми ядерные частицы обмениваются при столкновении, переноситься какой-либо другой частицей? В 1935 г. японский физик-теоретикХидэки Юкава (1907—1981) показал, что существует простое соотношение между радиусом действия силы и массой частицы, в результате обмена которой эта сила возникает: за пределами некоторого критического расстояния ядерная сила резко падает до нуля, и это расстояние обратно пропорционально массе частицы, ответственной за данную силу. При электромагнитном взаимодействии такой обменной частицей является фотон, масса которого равна нулю; поэтому радиус действия силы электромагнитного взаимодействия бесконечен. Иными словами, сила уменьшается обратно пропорционально квадрату расстояния независимо от того, как оно велико. При обмене электроном радиус действия силы должен был бы составлять примерно 10~13 м. И если обмен электроном действительно порождает ядерные силы, то радиус действия этой силы должен быть примерно равен размеру атомного ядра. На самом же деле атомное ядро по своим размерам в сотни раз меньше, чем радиус действия силы, обусловленной обменом электроном (как было показано в экспериментах, подобных тем, что провели Гейгер и Марс-ден). Это послужило еще одним аргументом против теории, объяснявшей ядерные силы обменом электронами. Юкава отважился постулировать существование частицы иного вида, масса которой должна в сотни раз превышать массу электрона, и потому обмен такой частицей должен был порождать ядерную силу с радиусом действия порядка наблюдаемого размера атомного ядра, т. е. около 10~15 м. Так как предсказанная Юкавой гипотетическая частица по своей массе должна была занимать промежуточное место между электроном и протоном, ее назвали мезон (от греческого meso, что значит «средний»).
Всего через два года, в 1937 г., в космических лучах была обнаружена частица с массой, равной примерно 200 массам электрона. Ее открыли С. X. Недермейер, К. Д. Андерсон. К. Э. Стивенсон и Дж. К. Стрит с помощью камеры Вильсона. В то время практически все считали, что это и есть предсказанная Юкавой частица. Однако исследования, проведенные М. Конверси, Э. Панчини и О. Пиччони в Италии в 1945 г. (когда в стране еще властвовал фашизм), показали, что мезоны, преобладающие в космических лучах, слабо взаимодействуют с нейтронами и протонами — гораздо слабее, чем следовало ожидать, будь они ответственны за ядерные силы. Эту загадку удалось разрешить, предположив, что в действительности существуют два вида мезонов с несколько различающимися массами. (Такое предположение независимо высказали Р. Э. Маршак и X. А. Бете в США, С. Саката и Т. Иноя в Японии, а впоследствии оно получило подтверждение в экспериментах английских ученых К. М. Дж. Леттеса, К. П. С. Оккиалини и К. Ф. Пауэлла.) Более тяжелая частица, теперь называемая пи-мезоном, или пионом, действительно сильно взаимодействует с протонами и нейтронами и вносит вклад в ядерную силу именно в том смысле, как предсказывал Юкава. Более легкий мезон, называемый мюоном, участвует только в слабых и электромагнитных взаимодействиях и не имеет ничего общего с теорией Юкавы.
Уважаемый посетитель!
Чтобы распечатать файл, скачайте его (в формате Word).
Ссылка на скачивание - внизу страницы.