Как регистрируют частицы - Боровой А.А.
Скачать (прямая ссылка):
6.1. Нейтрино осциллирует? (152). 6.2. Проект ДЮМАНД (157). 6.3. Практика и нейтрино (160).
Глава 7. Совсем короткое заключение . ,....... 161
Ответы и решения.................... 163
ПРЕДИСЛОВИЕ
Появление этой книги, как ни странно, свя-вано с романом выдающегося польского писателя-фантаста Станислава Лема — «Солярис». Началось с того, что на экранах телевизоров показывали фильм, снятый по этому произведению. Как бывает довольно часто, зрители кинулись читать и перечитывать роман.
Три космонавта живут на далекой планете. Они столкнулись со странным и страшным явлением: на станции появляются люди из их воспоминаний. Потом мы узнаем, что планета Солярис представляет собой разумное существо. Она проводит эксперименты с космонавтами, как с подопытными животными, посылая к ним копии людей. Так называемые существа F (фантомы). Копии созданыстоль совершенно, что герои могут доказать «подделку» только с помощью специальной аппаратуры. Они исследуют кровь фантома на атомном уровне и доходят до мельчайших частиц, из которых она состоит. Вот трое ученых обмениваются мнениями:
— Последним элементом конструкции наших тел являются атомы.
— Предполагаю, что существа F построены из частиц, меньших, чем обычные атомы. Гораздо меньших.
— Из мезонов? — подсказал Сарториус. Он вовсе не
УДИЕИЛСЯ.
— Нет, не из мезонов... Пожалуй, скорее, НЕЙТРИНО. Так неосторожно предположил главный герой романа доктор Крис Кельвин. Неосторожно, потому что расплачиваться за эти слова пришлось совсем постороннему человеку.
Дело в том, что в Москве, при Институте атомной энергии имени И. В. Курчатова, начиная с 1968 г., работает Школа естественных наук (ПІЕН). Ее учащиеся — школьники старших классов — слушают по вечерам лекции и участвуют в семинарах по физике, математике, биологии. Автор читал в ШЕН в течение многих лет курс физики.
5
Наряду с обычными вещами этот курс должен был включать в себя и рассказы о современной физике, о том, как физики работают, ставят эксперименты.
И вот, лектора буквально затопили вопросами о нейтрино. Каких человечков можно из них сделать? Какие силы будут удерживать эти частицы? Откуда такое слово, имеющее нежный оттенок? И сотнями других вопросов, так что его положение еталоне намного легче, чем у персонажей Лема.
Пришлось договориться, что теперь, когда речь пойдет о методах исследования современной физики ядра и элементарных частиц, все будет иллюстрироваться нейтринными экспериментами. Постепенно таким рассказам отводилось все больше места. Ведь принципы регистрации частиц — очень удобная почва для приложения знаний по механике, электричеству, оптике, полученных в курсе общей физики.
В ходе занятий вопросы лектора и вопросы аудитории позволили составить нечто вроде тоненького сборника для семинарских занятий. Многие из задач были почерпнуты из истории физики и дополняли то, что не удалось рассказать подробно.
Хотя существуют десятки хороших популярных книг на зти же темы, мне кажется, читателям «Кванта» было бы не бесполезно познакомиться с этими лекциями и задачами.
Из сказанного очевидно, что предлагаемая книга в первую очередь рассчитана на молодежь, интересующуюся проблемами ядерной физики и физики элементарных частиц. Чтобы свободно ее читать, достаточно знаний в объеме девяти классов средней школы. Самые трудные вещи встретятся в первой и во второй главах. Если же у читателя хватит сил добраться до дня рождения нейтрино, то дальше, как надеется автор, он легко справится с оставшимися главами.
А. Боровой
ЧАСТЬ I
ЧАСТИЦЫ ПРОХОДЯТ сквозь ВЕЩЕСТВО
Г л а в а 1
ВЗАИМОДЕЙСТВИЯ
«Природа неистощима в своих выдумках».
«И это чудо, что несмотря на поразительную сложность мира, мы можем обнаруживать в его явлениях определенную закономерность».
Два с половиной века разделяют авторов этих слов. Первый — Исаак Ньютон, второй — один из создателей квантовой механики — Эрвин Шредингер.
Действительно, чудо! Как художник, который смешивает несколько основных цветов и создает на палитре сложную гамму красок, так и природа сочетанием небольшого числа основных, фундаментальных сил добивается удивительного многообразия явлений. И ученый должен разобраться в них, отделить важное от второстепенного, пытаться найти первооснову мира. Такие попытки восходят к глубокой древности. За шестьсот лет до нашей эры греческий мудрец Фалес иэ Милета учил, что все во Вселенной образовалось из единой материи — воды. Ему приписывают такие слова:
«Вода есть начало всего, все из нее происходит и в нее превращается». Со временем, у древних философов одна первооснова мира сменяется другой: вода — воздухом, воздух — огнем. Появляются догадки, которые опередили не только века — тысячелетия. Так, Демокрит создает учение об атомах — мельчайших неделимых частицах. Из них, как из кирпичиков, сложено все, в том числе и человеческая душа. Он считал Вселенную бесконечной и материальной — в ней довольно пассивная роль отводилась многочисленным греческим богам. Атеизм Демокрита очень не нравился сначала философам-идеалистам, а в более поздние века — церкви. Они оспаривали идеи ученого и самым сильным «аргументом» было уничтожение
