Квантовая физика. Водный курс - Гольдин Л.Л.
Скачать (прямая ссылка):
слабость возникает из-за слабости сил слабого взаимодействия вообще. Эта
слабость приводит к огромным по сравнению с другими взаимодействиями
временам взаимодействия: В тех случаях, когда реакция (распад или какая-
либо др. реакция) под действием слабого взаимодействия не является
единственно возможной, происходят другие реакции, и мы только их и
наблюдаем. Мы наблюдаем распад нейтрона и рождение антинейтрино потому,
что никакие другие способы распада нейтрона невозможны - на них нехватает
энергии. Поэтому нейтрон и живет до распада в среднем целых 10 минут,
пока слабое взаимодействие все-таки сработает.
Если бы понадобилось установить защиту какой-либо установки от источника
нейтрино, то между источником и установкой пришлось бы установить
свинцовую стену толщиной в несколько световых лет (световой год - это
расстояние, который проходит свет в течение года).
Продолжим обсуждение свойств слабого взаимодействия. До его обнаружения
были известны три типа взаимодействий: гравитационное, электромагнитное и
ядерное. Все они носят универсальный характер. Гравитационное и
электромагнитное взаимодействия проявляются не только на малых, но и на
сколь угодно больших расстояниях. Они первыми были обнаружены и
исследованы. Их свойства хорошо известны. Последнее из них - ядерное -
является проявлением сильного взаимодействия (подробнее о соотношении
сильного и ядерного взаимодействия мы поговорим в §85). На малых
расстояних (на расстояниях порядка ядерных) оно чрезвычайно сильно, а на
больших не действует вовсе. За распад нейтрона ответственно четвертое, -
слабое взаимодействие, которое действует на все частицы, включая
нейтрино.
Можно было бы подумать, что слабое взаимодействие из-за своей слабости не
является уж очень важным. Но это не так. Оно, в частности, является
необходимым участником Солнечного Цикла, который
426
Глава 16
поддерживает температуру Солнца, а вместе с ней и нашу жизнь. Этот цикл
состоит из следующего ряда реакций:
Все эти реакции могут происходить лишь в том случае, если участвующие в
них заряженные частицы (два протона в первой реакции, дейтрон и протон во
второй и два ядра гелия в третьей) могут достаточно близко подойти друг к
другу. Этому мешает их кулоновское отталкивание, которое на малых
расстояниях чрезвычайно сильно. Поэтому эти реакции могут происходить
лишь при огромных температурах и давлениях. Они относятся к термоядерным
реакциям. Во внутренних областях Солнца условия для осуществления таких
реакций имеются.
Первая из этих реакций происходит под действием трех взаимодействий:
сильного, ответственного за начало реакции и за образование дейтерия,
электромагнитного и слабого (генерация позитрона и нейтрино). Если было
бы возможно "выключить" слабое взаимодействие, "погасло" бы наше Солнце и
не было бы нас с вами.. .
§ 81. Сильное взаимодействие. Кварки. Цвет и аромат кварков.
Фундаментальные частицы первого поколения
Кварки. Приступая к рассмотрению сильного взаимодействия, мы начнем с
кварков. Говоря о магнитных моментах нуклонов, мы уже обращали внимание
читателя на аномальные значения их магнитных моментов. Даже электрически
нейтральный нейтрон обладает заметным магнитным моментом: - 1,91/i/v- Это
послужило нам первым указанием на сложный состав нейтрона (и протона). Но
представление о кварках возникло после того, как были открыты А-частицы
(дельта-частицы) и 7г-мезоны (пи-мезоны).
В настоящее время твердо установлено, что протоны и нейтроны состоят из
некоторых составных частей, которые получили название кварков. Это не
значит, что нуклоны могут быть разделены на кварки. Мы уже говорили о
том, что ни протон, ни нейтрон ни на какие составляющие разделены быть не
могут. Кварки в свободном состоянии получить нельзя. Однако, только
теория кварков (Стандартная Теория) позволила объяснить основные свойства
известных барионов и мезонов, и предсказать существование других, еще не
открытых.
(16.2)
(16.3)
(16.4)
2D + р -> ^Не + 7 + 5,5 МэВ, зНе + зНе -> зНе + 2р + 12,9 МэВ.
§81. Сильное взаимодействие. Кварки
427
Существует несколько разновидностей кварков. Мы рассмотрим сначала самые
легкие кварки - кварки первого поколения. Таких кварков два: верхний,
который принято обозначать как и-кварк, или up-кварк (произносится ап-
кварк от англ. up - верхний) и нижний (i-кварк, или down-кварк
(произносится даун-кварк от англ. down - нижний). Их заряды равны +2/Зе у
верхнего и -1/Зе у нижнего кварков. Спины кварков всех типов и поколений
равны 1/2.
Протон состоит из двух верхних кварков и одного нижнего: р = = (uud).
Соответственно, его заряд равен 2х2/3 + (-1/3) = +1 (в ед. е). Нейтрон
состоит из двух нижних кварков и одного верхнего: п = (udd). Его заряд
равен нулю. Кварки и лептоны объединяют общим названием фундаментальных
частиц.
К фундаментальным частицам первого поколения относятся не только up- и
down-кварки и уже знакомые нам лептоны - электрон е~ и электронное
