Как регистрируют частицы - Боровой А.А.
Скачать (прямая ссылка):
В дальнейшем, в серии опытов 1899 г., Томсон доказывает, что частицы, выбиваемые ультрафиолетовыми лучами из металлов (фотоэффект) и испускаемые раскаленными металлами (термоэлектронная эмиссия), имеют то же отношение elm, что и катодные лучи. Это подтверждают и другие физики. Итак, следует вывод, что малые отрицательно заряженные частицы являются составной частью любого атома, который может терять их при определенных условиях. Для названия их пригодилось придуманное ранее слово — электрон.
Проходят годы, накапливается экспериментальный материал и в гораздо более точных экспериментах определяется отношение qlm для электрона и сама величина его заряда, обозначаемого буквой е (electron). Сейчас в таблицах приводятся значения
е = -1,60218-10"19 Кл, т = 9,1095•1O31 кг и, соответственно, elm = 1,7588¦1O11 Кл/кг.
3.3. Закон сохранения заряда
Какие бы превращения ни происходили в системе элементарных частиц, какие бы виды сил ни действовали, ее полный заряд остается неизменным. В отличие от массы, он не зависит от скорости и системы отсчета. Этот закон природы носит название закона сохранения электрического заряда (ЗСЗ). Он, как и все законы сохра-
29
нения, связан с определенной симметрией — симметрией уравнений электродинамики.
В прямой зависимости от сохранения заряда находится и вопрос о стабильности электрона. Это самая легкая из известных заряженных частиц, но она могла бы распадаться на гамма-кванты, что запрещено 3G3. Так вот, согласно последним данным, время жизни *) электрона превышает 1022 лет.
3.4. Атом Томсона
После открытия электрона Томсон предложил модель атома. По словам его маленького сына (впоследствии ставшего также знаменитым ученым), эта модель напоминала пудинг с изюмом. Изюм — это электроны, плавающие в положительно заряженной жидкости, которая и играла роль теста. В целом атом должен был быть нейтральным. Модель обладала как многими преимуществами, так п многими недостатками. Она, например, остроумно решала проблему излучения атомом электромагнитных волн. Для того чтобы злектрон начал колебаться и излучать, надо чтобы при его смещении из положения равновесия на частицу действовала возвращающая сила, пропорциональная величине смещения, подобная силе упругости растянутой пружины. Но как этого добиться? Обычные кулоновские силы зависят от расстояния как 1/г2. Тут и понадобился равномерно заряженный жидкий шар, в котором (это будет показано при решении задач) смещение из центра вызывает появление возвращающей силы, пропорциональной смещению.
Самым крупным недостатком стала совершенно неясная природа заряженной жидкости. Существовали и еще всякие трудности, так что, по воспоминаниям современников, эта модель вызывала весьма сдержанный энтузиазм даже у самого автора.
3.5. Радиоактивность
Итак, чтобы разгадать тайну атома, еще недостаточно знать о существовании электрона. Надо найти способ, найти инструмент, с помощью которого можно было бы проникать внутрь атома, как бы «зондировать»
*) Время жизни — время, через которое с вероятностью ж 0,63 электрон должен был бы распасться.
30
его. Физики получили в свои руки такой инструмент после открытия радиоактивности. Вот так выглядели первые шаги в этой новой области:
1896 г.— Французский ученый Анри Беккерель открывает необычный вид излучения. Оно испускается солями урана и засвечивает фотопластинку сквозь черную бумагу. Такое излучение вскоре получило название естественной (природной) радиоактивности.
Самоотверженный труд двух других французских ученых, супругов Марии и Пьера Кюри, позволил расширить список радиоактивных элементов. К урану прибавились торий, полоний, радий. Параллельно с открытием новых источников естественной радиоактивности шло исследование природы самого излучения (Беккерель, П. и М. Кюри, Резерфорд, Виллард и др.).
Ученые заметили, что «лучи Беккереля» не однородны. Они состояли из трех видов излучения и эти виды стали обозначать первыми буквами греческого алфавита.
а-лучи. Они слабо отклоняются магнитным полем, но зато сильно поглощаются веществом. Например, листок бумаги совершенно непрозрачен для них.
?-лучи. Сильнее отклоняются магнитным полем, но зато обладают и большей проникающей способностью. Для их остановки потребовалась бы стопка бумаги.
Y-лучи. Это — самое проникающее из всех видов излучения. Магнитное поле не производит на него «никакого впечатления».
Уже в первое десятилетие после открытия Беккереля физикам удалось выяснить природу каждого из этих видов излучения. Так, оказалось, что ?-лучи — это быстрые электроны, у — электромагнитные волны высокой частоты, а в 1909 г. Резерфорд и Ройдс окончательно доказали, что а-излучение представляет собой поток атомов гелия, потерявших два электрона (дважды ионизированный гелий). Наконец, в первые годы двадцатого века Э. Резерфорд и Ф. Содди создали теорию радиоактивны^ превращений. Она исходила из того факта, что в природе существуют неустойчивые атомы, которые распадаются, испуская различные виды излучения — а, ?, у. Распадаются, пока не перейдут в устойчивое состояние.
