Как регистрируют частицы - Боровой А.А.
Скачать (прямая ссылка):
В новых теориях разрешены процессы, которые могут привести к распаду протона с тр = 1031H-IO33 лет. Сейчас несколько групп экспериментаторов объявили о своих намерениях попытаться обнаружить распад протона.
6.5. Вопросы и задачи
20. Б I960 г. был проведен эксперимент, доказавший, что в поле земного тяготения нейтроны падают с ускорением «9,8 м/с2,'так же, как п макроскопические тела. В этом эксперименте пучок нейтронов из реактора проходил через горизонтальную щель п, пролетев I = 400 м, попадал в детектор. При этом детектор регистрировал только те частицы, энергия которых К превосходила 5•1O-3 эВ. Он мог перемещаться по вертикали в плоскости, перпендикулярной к оси пучка. Когда детектор опускался на Ah = 8 см ниже этой оси, он переставал считать. Определите величину ускорения свободного падения нейтрона (массу нейтрона тп — см. в тексте).
71
21. Оцените плотность ядерного вещества, воспользовавшись значением массы нуклона и радиуса ядерных сил.
22. Происходит упругое столкновение нейтрона (тп = 1) с покоящимся ядром (тя — А). Найти максимальную и среднюю внергию, которую может потерять нейтрон в таком столкновении.
23. Дельта-резонанс Д+ распадается на нуклон и я0- или Л+-мезоны. Напишите возможные реакции. Что можно сказать о барионном заряде этого резонанса?
24. «Черный вихрь, склоны скал — все это исчезло в долю секунды. Казалось, на дне ущелья вспыхнул вулкан. Столб дыма и кипящей лавы, каменных обломков, наконец,— огромное, окруженное вуалью пара облако возносилось все выше. Пар, в который, наверное, превратился журчащий поток, достиг полуторакилометро-вой высоты, где парил телезонд.
Циклон привел в действие излучатель антиматерии». Это отрывок из повести прекрасного польского писателя-фантаста Станислава Лема «Непобедимый».
Оставляя на совести автора проблемы получения, транспортировки, хранения и т. п. антиматерии *), оцените, какое число антинуклонов необходимо, чтобы нагреть от 20 до 100 °С озеро размерами 100Ox 100Ox 2 м3. Чему будет равна масса антивещества в килограммах?
Глава 7
СЛАБЫЕ ВЗАИМОДЕЙСТВИЯ
7.1. Почему они слабые?
Самые быстрые из известных в мире процессов идут под действием сильного взаимодействия, например, распады частиц-резонансов. Они происходят за время т, пока частица, движущаяся со скоростью, близкой к скорости света, сместится на ядерные расстояния (1СГ15 м). Таким образом, та 10~22 -г-10""23 с. Гораздо медленнее действуют
*) В очень многих и достаточно интересных научно-фантастических книгах космонавты, пришельцы и другие разумные существа используют антиматерию как источник энергии. Читатели постепенно привыкают к этому и, как показывает опыт преподавания в ШЕН, начинают считать, что перечисленные проблемы вот-вот решатся. Чтобы проиллюстрировать действительное положение вещей, я позволю себе воспользоваться книгой В. Смилги «Очевидное? Нет, еще неизведанное...» (которую настоятельно рекомендую достать и прочесть). В ней дается краткий, но исчерпывающий ответ на вопрос о надеждах сохранить антивещество в магнитных полях*(«магнитных бутылках») при современных технических средствах: «Надеяться можно вообще на все, что угодно. Например, в средние века примерно столь же обоснованно полагали, что в обычной (немагнитной) бутылке можно запечатать дьявола»,
.U2-
электромагнитные силы. Распад л;.°-мезона на два гамма-кванта происходит за ~10~15 с, а в ядрах, где энергия излучения меньше и много разных причин, способных задержать электромагнитные процессы, tv = 10~1Б -=-10~в с.
Со слабыми взаимодействиями физики столкнулись впервые, изучая бета-распад. Он происходит за вполне «человеческие» времена — секунды, минуты, годы. И, следовательно, вызывающие его силы намного слабее электромагнитных — отсюда и название для взаимодействия.
Бета-распад становится возможным тогда, когда при замене в ядре нейтрона на протон (или наоборот, протона на нейтрон) получающееся новое ядро имеет меньшую массу покоя — т. е. большую энергию связи. Избыток энергии распределяется между продуктами реакции. Бета-распад бывает трех видов:
1) один из нейтронов в ядре превращается в протон и излучается электрон (Р~-распад):
п р + е". (26)
Очевидно, что при таком распаде энергия покоя материнского ядра E11 должна превышать энергию покоя дочернего En более, чем на mec2 = 0,511 МэВ.
О простейшем из всех р~-распадов — распаде свободного нейтрона мы уже говорили, перечисляя свойства нейтрона, в предыдущей главе. (В этом случае выделяющаяся энергия Ем — En = 1,3 МэВ идет на образование електрона и кинетическую энергию продуктов реакции.)
2) Протон, входящий в состав ядра, распадается на нейтрон и позитрон (Р+-распад):
р n + е+. (27)
3) Наконец, ядро иногда захватывает ближайший из атомных электронов (электронный захват) и превращается в другое ядро с зарядом, на единицу меньшим:
p + e-->ni (28)
?-частица при этом не излучается.
7.2. Загадки бета-распада
Исследования бета-распада сразу же поставили перед физиками ряд трудных проблем. Прежде всего, загадкой был непрерывный спектр энергий испускаемых электропов (рис. 14). Действительно, на долю до-
