Измерение неизмеримого - Абрамов А.И.
Скачать (прямая ссылка):
Кстати, а сколько времени существует ядро в возбужденном состоянии? Представим себе такой процесс: в ядро попадает нейтрон, вносит в него какую-то энергию, а затем эта энергия уходит из ядра в виде последовательно испускаемых 7-квантов. Так сколько же времени проходит между попаданием в ядро нейтрона и вылетом первого 7-кванта? Или между двумя последовательными испусканиями 7-квантов? Оказалось, что можно ответить и на эти вопросы.
Эксперименты с медленными нейтронами показывают, что ядра каждого элемента наиболее жадно захватывают нейтроны каких-то вполне определенных энергий. Например, 238U захватывает нейтроны энергией 6,6 эВ в 1000 раз интенсивнее, чем нейтроны меньшей (63 эВ) и большей (7,1 эВ) энергий. Это явление было названо резонансом по аналогии с подобным явлением из области колебаний. Как известно, резонансом называют совпадение частоты внешнего воздействия с собственной частотой системы, при котором особенно интенсивно происходит передача энергии. Так же и в ядре наиболее интенсивный захват нейтронов происходит лишь при определенной энергии, при этом образующееся ядро имеет тоже вполне определенную энергию. Более детальное исследование показало, что число захватываемых нейтронов велико не только строго при энергии резонанса ЕГУ но и при близких к ней энергиях (рис. 53). Другими словами, допускается разброс энергий нейтронов, при которых они могут интенсивно захватываться. Этот разброс характеризуется шириной резонансного пика Г, измеренной на половине его высоты. Величину Г легко измерить экспериментально, постепенно меняя энергию нейтронов и отмечая каждый раз число случаев захвата. Из квантовой механики следует, что время жизни образовавшегося ядра
энергии
свойства элементарных частиц и атомных ядер.
188
связано с Г соотношением Гейзенберга AEAt > H9 подставляя в которое значения AE = Г и At = т, получаем т « й/Г. Обычно Г « 1 эВ, откуда
7 = 6,6-10"34/(1,610"19) =4,1- 1(Г15 с.
Примерно такое же время получается и для многих других возбужденных состояний ядер, хотя в отдельных случаях наблюдаются состояния со значительно большим временем жизни, измеряемым секундами, часами и даже многими годами. Известно, что существуют частицы (так называемые ^-гипероны) с временем жизни 5,8-10"20 с. Так где же предел? Чему равно самое маленькое время, с которым приходится сталкиваться физику?
Что касается ядерных реакций, то такой предел можно указать довольно точно. Совершенно ясно, что ни ядерная реакция, ни распад возбужденного ядра не могут произойти за время, меньшее времени взаимодействия одного нейтрона с другим или протона с нейтроном. А это время оценить очень легко: так как ядерные силы действуют лишь на расстояниях порядка г = 1,5-10"13 см, то даже при скорости относительного движения, равной скорости света, частицы будут находиться в зоне взаимодействия друг с другом только в течение времени
r = 2r/c=3-10"13/(3-1010) « 10"23 с.
Эту величину называют характерным ядерным временем, так как с ней связана продолжительность многих ядерных процессов (время столкновения нейтронов и других частиц с протоном, время движения протона или нейтрона от одного края ядра к другому и т. д.). Как видно, это время в 1013 раз меньше длительности самого короткого интервала, который можно измерить непосредственно с помощью самых совершенных электронных приборов, а сам этот интервал в 1010 раз меньше секунды.
На первый взгляд, может показаться, что если частицы находятся в контакте друг с другом в течение 10"23, то никакой сложной связанной системы они образовать не могут: столкнулись и тут же разлетелись. Если это так, то вероятность взаимодействия частиц при таких столкновениях не должна зависеть от их энергии (вспомним, что вероятность попадания одного -бильярдного шара в другой не зависит от его начальной скорости) . Однако при изучении рассеяния пионов очень больших энергий протонами были обнаружены резонансные пики, очень похожие на те, что изображены на рис. 53, только гораздо боль-
189
шей ширины — порядка 100 МэВ. Само появление таких пиков однозначно говорило о том, что при соответствующих энергиях с относительно большой вероятностью на какое-то время г в системе р + 7г возникало связанное состояние. Оценить это время г можно было с помощью того же соотношения Гейзен-берга, подставляя в него значение AE = 100 МэВ. Результат получился неожиданным: т « 0,8 • 10"*2 3 с! Что же это за состояние, которое "живет" столь малое время? Его можно представлять себе по-разному. Например, можно считать, что при столкновении пиона с протоном на время г возникала некоторая новая частица А, которая тут же снова распадалась на протон и пион:
Однако можно считать, что эта частица А есть тот же протон, но перешедший под действием попавшего в него пиона в возбужденное состояние. Так или иначе наличие резонансных пиков на кривых зависимости числа случаев рассеяния пионов от их энергии говорило о существовании каких-то новых, очень короткоживущих частиц, которые так и были названы резонансами (или резононами). Можно оценить и массы этих частиц по сумме масс протона и пиона и по энергии взаимодействия; все они, как правило, превышают массы протонов иней-тронов, причем некоторые из них весьма существенно - в 2-3 раза и более. Резонансы обладают и другими характеристиками обычных частиц - электрическим зарядом, моментом количества движения, скоростью, энергией и др. В настоящее время известно уже более 150 резонансов. Их удается классифицировать, разбивая по группам, как это делают с другими элементарными частицами, от которых резонансы, таким образом, отличаются только очень маленькими временами жизни.
