Всего лишь кинематика - Копылов Г.И.
Скачать (прямая ссылка):
сохранения энергии* в распаде и совсем не удивляться, почему масса (c)"-
мезона не сохраняется?!
- Или виновата теория относительности Эйнштейна? Может быть, то, что мы
называли инвариантом (разность ?*-PJ,), на самом деле инвариантом вовсе
не является? Может быть, эта разность меняется с энергией или еще как-
нибудь? Тогда опять удивляться нечему.
Открытие не состоялось
Но действительность оказывается куда более трезвой и одновременно куда
более фантастичной.
Дело здесь совсем в другом. Никаких корпускул призывать на помощь не
надо. Закон сохранения энергии придется оставить в покое. Теория
относительности по-прежнему продолжает свое триумфальное шествие.
Эго просто напомнила о своем существовании квантовая механика - механика
превращений и движений мельчайших частиц. До сих пор у нас не было случая
столкнуться с нею. В том-то и состоял замысел: рассказать об элементарных
частицах то, что не требует знания теории их движений и превращений;
рассказать, как ограничивает нравы микромира сохранение энергии. Я думал,
что удается обойтись и без квантовой механики.
Сдача позиций
Но не обошлось. Один из основных ее законов - соотношения
неопределенностей - дают такое объяснение нашему эффекту. Все дело в том,
что со "-мезон живет так недолго, что его масса "не успевает
установиться". Определенность, с какой фиксирована
8"
масса нестабильной частицы, зависит от среднего времени жизни этой
частицы, и только у стабильных (вечных, нераспадающихся) частиц их масса
закреплена и не меняется. Если же частица способна распасться, то и масса
ее способна колебаться в каких-то пределах. Чем дольше живет данный вид
частиц, чем ближе он к стабильности, тем точнее фиксирована его масса.
Поэтому и масса л+-мезонов, живущих 10-' с, и масса Л(r)-гиперонов, живущих
в среднем К)-1(r) с, и даже масса л°-мезонов, живущих только 10-1(r) с,
практически неизменны. Их колебания не под силу заметить современным
приборам.
Но если вам удастся увидеть частицы, живущие в среднем 10-м с, вы будете
поражены разнобоем в их массах. Отличия будут достигать и 0,005 и 0,010
ГэВ и больше. И все же это будут одни и те же частицы о одними и теми же
свойствами. Все свойства будут одинаковы, кроме одного - величины массы.
Вы спросите, какие же свойства могут быть у таких мелких объектов (еще
вольтеровский Микромегас знал, что чем тело меньше, тем меньше у него
свойств). Их очень много. Я не перечислял их раньше, не желая произносить
непонятных слов. Но сейчас я назову их, чтобы продемонстрировать, как
много свойств имеют частицы. Частицы отличаются друг от друга временем
жнзни (это вы знаете), электрическим зарядом (тоже знаете), барнонным
зарядом, лептонным зарядом, спином, изоспином, пространственной
четностью, зарядовой четностью, странностью, спиральностью, способом
распада, форм-фактором, магнитным моментом, силой взаимодействия с
другими частицами и т. д. Как видите, не так уж мало. И еще они
характеризуются своей массой. Пока никто не замечал, чтобы какая-то из
этих характеристик зависела от среднего времени жизни частицы. А масса
зависит.
То, что такая зависимость должна существовать, было известно заранее.
Давным-давно создатели квантовой механики предупреждали, что это
случится. Соотношение неопределенностей предсказывало, что если физике
прядется встретиться с процессами, которые тянутся очень недолго, то
энергия, выделяемая в этнх процессах, будет от случая к случаю меняться.
И в других явлениях это уже наблюдалось. Закон, связывающий длительность
процесса / н неопределенность
83
I
в энергии Г, формулируется так:
Г(ГэБ)-?(с)явЛ/2л = 6,6-10'" ГэВ'С. (4)
Здесь h - постоянная Планка *),
У нашего знакомого, ""-мезона, Г - неопределенность в массе - это ширина
кривой на рис. 19, т. е. 0,0094 ГэВ. Тогда из формулы (4) можно
вычислить, сколько времени в среднем он существует от момента рождения до
момента распада. Получим 7-10-23 с.
Часы-весы
Мы, следовательно, измерили время жизни ""-мезона, не измеряя никаких
времен. У нас в руках оригинальнейшие часы. Мало того, что они измеряют
промежутки времени, в миллиарды раз меньшие, чем любые другие часы, но
они измеряют их, не измеряя времени.
Давайте еще раз проследим, как действуют эти часы.
Мы хотим выяснить, сколько времени живет в с р е д-п е м частица X.
Узнаем, на что она распадается, и измерим как можно точнее энергию и
импульс частиц, которые из нее возникли. Каждый раз вычислим инвариантную
массу этой группы частиц, т. е. массу самой частицы X. Постараемся
зарегистрировать таких распадов как можно больше. Округляя значения масс
с точностью, скажем, до 0,01 ГэВ, построим кривую: по горизонтали отложим
эти округленные значения, по вертикали - сколько раз они нам встретились.
Получится кривая, подобная рис. 19. Положение ее вершины даст (с
точностью до 0,01) среднюю массу частицы X. А расстояние по горизонтали
между точками на полпути к вершине даст как раз величину Г. Подставив ее
