Измерение неизмеримого - Абрамов А.И.
Скачать (прямая ссылка):
185
ЕЩЕ В 100000000000000 РАЗ МЕНЬШЕ
Время жизни 7t-мезонов является одним из кратчайших времен, измеренных непосредственно по длительности интервала между отдельными событиями. При более коротких временных промежутках — порядка 10"11 с и еще меньше — электронные приборы отказываются служить, так как время движения электронов между их электродами гораздо больше. Поэтому для измерения столь коротких временных интервалов приходится опять искать новые пути.
В 1947 'году английские физики Рочестер и Батлер получили с помощью камеры Вильсона странную фотографию. Среди многих следов, проходящих через все поле снимка и принадлежащих ливню уже известных космических частиц, два следа начинались в самой камере в одной и той же точке пространства, к которой не подходил никакой другой след. Эти два следа, образующие острый угол между собой, как бы висели в воздухе. Спрашивается, откуда они взялись?
В последующие годы разными исследователями было обнаружено еще несколько десятков подобных случаев. Каждый раз "вилки" из двух слегка расходящихся следов наблюдались около точки, где произошло расщепление ядра какой-нибудь очень быстрой частицей (мезоном или протоном) на много осколков. Создавалось впечатление, что среди осколков ядра возникала нейтральная частица, которая после пролета небольшого отрезка пути распадалась на две заряженные частицы.
Дальнейшие исследования привели к еще более странным результатам. Оказалось, что частицы, образующие "вилку", — это протон и тт-мезон. Следовательно, масса нейтральной частицы должна быть значительно больше массы нейтрона. Поэтому ее назвали Л-гипероном ("гипер" означает "сверх") и стали обозначать Л. Время жизни Л-гиперона по отношению к распаду Л р + я" можно оценить, разделив пройденный им путь на скорость. Для определения скорости Л-гиперона находили его энергию измерением энергий получившихся протона и тг-мезона. Длину пути найти было еще проще, измерив расстояние между точкой ядерного расщепления и началом "вилки". Обработав все известные случаи рождения Л-гиперонов, физики установили, что среднее время их жизни равно примерно 2,5 • 10"10 с. Как отмечалось выше, столь малое время уже практически невозможно измерить непосредственно. Но является ли оно пределом?
186
Через несколько лет после открытия Л-гиперона, в 1950 году, группа физиков изучала 7-излучение, возникающее при облучении различных мишеней протонами энергией от 180 до 340 МэВ. Появление этого 7-излучения казалось вполне понятным: быстрый протон, так же как и электрон, должен при взаимодействии с веществом рождать фотоны тормозного излучения. Этот процесс изучен очень хорошо как теоретически, так и экспериментально. Поэтому нетрудно было рассчитать интенсивность у-излучения и сравнить ее с данными эксперимента. Как оказалось, при энергиях протонов до 200 МэВ результаты расчетов и эксперимента прекрасно согласовывались друг с другом. Но при энергиях выше 200 МэВ число фотонов начинало возрастать ,и при 340 МэВ оно оказалось выше расчетного уже в 100 раз. Значит, к потерям энергии за счет торможения добавлялся какой-то другой процесс генерации летящим протоном 7-излучения, о котором раньше ничего не было известно. Так, при столкновениях протонов с ядрами могли возникать какие-то новые частицы, которые потом рождали фотоны.
Правильность этой гипотезы была доказана с помощью толстослойных фотоэмульсий. В некоторых случаях около точек расщепления ядер очень быстрыми частицами наблюдались двойные "вилки" следов, очень похожие на "вилки" от распада Л-гиперонов. Однако эти "вилки" отличались рядом особенностей. Во-первых, они образовывались явно электроном и позитроном, следовательно, непосредственной причиной их появления был фотон. Во-вторых, из закона сохранения количества движения следует, что биссектриса угла между следами электрона и позитрона в такой "вилке" должна быть продолжением линии полета фотона, но построенные таким образом линии неизменно проходили мимо точки расщепления ядра. В некоторых случаях около одной "звезды" ядерного расщепления в фотоэмульсии наблюдали две электрон-позитронные "вилки", причем продолжения их биссектрис неизменно пересекались в одной точке, а не проходили одна над другой. Вполне естественно было предположить, что при ядерном расщеплении возникала новая нейтральная частица, очень быстро распадающаяся на два фотона. Оценка массы этой частицы по суммарной энергии электронов и позитронов показала, что она очень близка к массе тг-мезонов, поэтому новая частица была названа нейтральным 7г-мезоном (я0). Время жизни к0-мезона, измеренное так же, как время жизни Л-гиперона, оказалось очень маленьким: по современным данным оно
187
равно 83-10""17 с. Даже
Рис. 53. Типичная зависимость чис-
двигаясь со скоростью, очень близкой к скорости света, 7г°- мезоны за столь короткое время успевают пролететь путь длиной несколько сотых долей миллиметра! Но и столь малое время еще не самое короткое, с которым приходится иметь
Anw. «s.S. «шш-иим *cu»nvnm\sv*0 VIV .
ла захватываемых нейтронов от Дело физикам, исследующим
