Измерение неизмеримого - Абрамов А.И.
Скачать (прямая ссылка):
Дальнейшие исследования показали, что нейтрино — очень странная частица. Она почти не взаимодействует с веществом, поэтому и в очень плотных средах может проходить громадные расстояния: даже земной шар для нейтрино не является серьезной помехой! Неудивительно, что зарегистрировать нейтрино долгое время не удавалось: ведь в любом случае регистрация частиц основана на их взаимодействии с веществом. На первых порах только косвенные эксперименты советского физика А. И. Лейпунского и американского ученого Аллена говорили о том, что нейтрино, по-видимому, действительно существуют. И только в 50-х годах Рейнесу и Коуэну удалось впервые зарегистрировать отдельные случаи взаимодействия нейтрино с протонами.
Как же можно говорить об определении массы этих неуловимых частиц? Оказывается, можно, хотя в данном случае речь идет лишь о косвенной и весьма приближенной ее оценке.
Разрабатывая теорию 0-распада, Ферми вывел формулу, очень хорошо описывающую форму наблюдаемого спектра ?-частиц. В эту формулу в качестве одного из параметров входит масса нейтрино mv. Однако основная часть /3-спектра очень слабо зависит от mv\ ее влияние сказывается лишь на самом конце спектра, там, где энергии электронов E6 приближаются к E?. При этом если Шр = 0, то кривая спектра должна плавно подходить к оси абсцисс, пересекая ее в точке E6 = E?. Бели же mv Ф 0, то в конце кривой должен получиться резкий загиб вниз, причем максимальная энергия электронов в этом случае E? должна быть меньше вычисленного заранее значения E?
170
Рис. 49. Энергетический спектр электронов при 0-распаде:
сверху в круге изображен в сильно увеличенном виде конец спектра при двух различных предположениях о массе нейтрино
точно на энергию покоя нейтрино mvc2, и, стало быть, чем больше масса нейтрино, тем сильнее это различие (рис. 49). Теперь остается лишь экспериментально изучить форму 0-спектра и ответ на поставленный вопрос будет найден. Но вот в этом-то и заключается камень преткновения. Дело в том, что близость кривой к оси абсцисс означает, что число электронов с энергиями, близкими к E?, очень невелико. Поэтому снять с достаточной точностью самый конец 0-спектра крайне трудно, тем более если учесть действие различных посторонних факторов, мешающих проведению эксперимента. Но кое-что все же сказать Можно. Бели масса нейтрино и не равна нулю, то, по крайней мере, она не больше 10"4 массы электрона, иначе обрыв спектра был бы замечен при современном уровне экспериментальной техники. Некоторые другие соображения говорят как будто о том, что масса нейтрино точно равна нулю. В то же время недавно появилось сообщение о том, что группой московских физиков был осуществлен эксперимент, показавший, что масса нейтрино хотя и очень мала, но все же отличается от нуля. Если данный результат будет подтвержден другими исследователями, то потребуется пересмотр многих современных теорий. Но окончательно этот вопрос пока не решен.
171
Г лава 11
ИЗМЕРЕНИЕ ВРЕМЕНИ
ЗАЧЕМ B ЯДЕРНОЙ ФИЗИКЕ НУЖНО ИЗМЕРЯТЬ ВРЕМЯ?
Любой процесс в природе протекает во времени, имеет определенную продолжительность, будь то падение камня, обмен химических веществ в живой клетке или развитие звездных систем. Длительность процесса представляет собой одну из важнейших характеристик, определяющих всю картину явления. Если поджечь лежащую на столике небольшую кучку пороха, то она относительно спокойно сгорит, не причинив никому никакого вреда. Но если тот же порох поджечь в закрытой камере, то процесс горения будет продолжаться лишь малую долю секунды, а это уже взрыв. Или: цилиндр быстро скатится с наклонной доски, но если ту же доску смазать какой-нибудь вязкой жидкостью, то цилиндр будет скатываться гораздо дольше.
Как в том, так и в другом примере время протекания процесса может служить количественной характеристикой взаимосвязи рассматриваемого процесса с окружающими предметами. Второй из этих примеров очевиден: ведь и ребенку ясно, что клейкая жидкость будет стремиться удержать цилиндр на доске. Иначе говоря, сила трения увеличится, скатывающая сила уменьшится, следовательно, ускорение станет меньше, а время протекания процесса — больше. Здесь мы детально представляем себе механизм всего процесса и можем заранее предугадать, как он будет протекать во времени.
В ядерной физике, как правило, приходится идти в обратном направлении: по наблюдаемым внешним характеристикам процессов пытаться воссоздать в воображении их механизм. Если будет известно, сколько времени длится столкновение нуклонов, сколько времени проходит между попаданием нейтрона в тяжелое ядро и распадом последнего, то это даст нам косвенные сведения о свойствах ядерных сил, механизме ядерных реакций, т. е. как раз ту информацию, которая столь необходима для построения теории ядра.
Кроме того, часто необходимо иметь представление о характере протекания ядерных процессов во времени и с чисто практической точки зрения. Сколько времени просуществует радиоактивный препарат? Сколько времени нужно выдержать за
172
защитой извлеченную из реактора радиоактивную деталь, пока ее активность не уменьшится до безопасного уровня? Такие "сколько" можно задавать десятки раз, и на каждое из них необходим точный ответ.
