Пути физики - Дирак П.А.М.
Скачать (прямая ссылка):
противоположным по знаку зарядом. Тогда возникает вопрос: "Почему же их
не видели экспериментаторы?" Я думаю, что единственный правильный ответ
на этот вопрос состоит в том, что у экспериментаторов сложилось
предубеждение против новых частиц.
Считалось, что в Природе существуют всего две основные частицы: электрон
и протон. Их нужно было всего две, потому что есть всего два вида
электрического заряда: отрицательный и положительный. Если есть одна
частица для отрицательного заряда, одна для положительного..., то вроде
бы все в порядке, двух частиц достаточно. Никакие другие частицы не
нужны. Эта идея тогда' господствовала.
Позитроны не наблюдались потому, что люди закрывали глаза на все
свидетельства в пользу их существования. Треки заряженных частиц можно
наблюдать в камере Вильсона. В присутствии магнитного поля трек
искривляется. Положительно заряженная частица, двигаясь в каком-то
направлении, дает совершенно такой же трек, как отрицательно заряженная
частица, двигающаяся в противоположном направлении. Можно предположить,
что все треки, которые наблюдатель считает электронными, отвечают
отрицательно заряженным электронам и что все электроны перемещаются в
направлении, соответствующем направлению движения отрицательного заряда.
Некоторые экспериментаторы замечали, что
22
довольно часто частицы влетают в радиоактивный источник. Опубликованы
даже одна или две фотографии треков частиц, которые, если следовать
принятой тогда интерпретации, влетали в источник. Никому даже не пришло в
голову "набрать статистику". Если бы кто-нибудь этим занялся, то он бы
обнаружил, что частиц, движущихся в сторону источника, многовато для
того, чтобы такое объяснение было возможным. И все же физики упорно не
хотели признавать существование новой частицы.
Сейчас ситуация совершенно изменилась. Всем очень хочется "постулировать"
новую частицу при малейшем экспериментальном или теоретическом намеке на
ее существование. А тогда, чтобы установить существование поз'итрона,
понадобилось несколько лет. У Блэкетта были довольно убедительные
свидетельства в пользу существования позитрона, и,
Рис. 4. Схема опыта Андерсона по наблюдению позитрона, проходящего через
свинцовую пластинку, которая помещена в камеру Вильсона:
1-свинцовая пластинка; 2-окно камеры Вильсона,
<?-более искривленная часть трека; 4-менее искривленная часть трека
будучи в Кембридже, он мне о них рассказал. Но он сомневался, не рано ли
публично высказывать столь революционную идею: ему хотелось иметь
подтверждение своих экспериментов. Эта задержка привела к тому, что
автором открытия оказался Андерсон. У Андерсона был всего один снимок
такого трека (он показан на рис. 4), проходящего сквозь свинцовую
пластинку. По одну сторону пластинки трек был искривлен сильнее, чем по
другую. При прохождении через пластинку частица, естественно, могла
только потерять энергию -• увеличиться ее энергия не могла. Таким
образом, направление движения частицы было установлено достаточно
определенно, и отвечало оно частице, обладающей положительным зарядом.
Открытие Андерсона подтверждало предположение о том, что электронам
соответствует античастица - позитрон. Это, на'самом деле, основная идея
всей атомной теории. Для всех частиц, которых в любом состоянии может
быть не больше одной и которые называются фермионами, существуют как
состояния с отрицательной энергией, так и состояния с положительной
энергией. Состояния с отрицательной энергией в ва-
23
кууме заполнены целиком, а точнее почти целиком. Любая дырка среди
состояний с отрицательной энергией соответствует античастице. Это
утверждение справедливо и для протонов (существуют антипротоны), и для
нейтронов (существуют антинейтроны); все эти частицы наблюдались на
опыте.
Приняв концепцию антиматерии, мы должны существенно изменить свои
представления о том, что подразумевать под фундаментальной, или
элементарной, частицей. Частицы могут создаваться каким-то другим видом
энергии, например энергией электромагнитных- волн. Внося в вакуум
возмущение, электромагнитные волны могут выбить электрон из состояния с
отрицательной энергией в состояние с положительной энергией; так
возникнут электрон и позитрон. Они рождаются одновременно. Электрический
заряд в этом случае^ конечно,"сохраняется, а энергию должен поставлять
внешний источник. Сказанное относится и к фермионам.
Если мы можем создавать частицы, то вопрос о том, из каких
фундаментальных частей состоит материя, теряет свою определенность.
Раньше можно было утверждать, что достаточно лишь как можно подробнее
изучить какое-то определенное количество вещества, чтобы узнать его
первичные составляющие. Но если мы научились создавать частицы с помощью
атомных взаимодействий, то мы уже не можем точно определить, что такое
элементарная частица. Благодаря современному уровню развития физики,
открыто очень много частиц. Вместо тех двух, о которых мы говорили
(электрона и протона), их сейчас известно двести или что-то около этого.
