Всего лишь кинематика - Копылов Г.И.
Скачать (прямая ссылка):
абсолютно верные теории и выводы, полученные с их помощью. Их интересуют
спорные проблемы, нсобъясненные факты, границы, за которыми установленные
законы перестают действовать, - именно там скрывается еще не познанное.
Но при изучении истории науки то и дело попадаются самоцветы, которые
наполняют сердце ученого гордостью за свою науку. Таковы рассуждения Сади
Карно о тепловых машинах или открытие и объяснение эффекта Мёссбауэра,
Таково и открытие я°-мезона в космических лучах.
Цвет движущихся атомов
Все, что мы говорили только что о я(r)* мезонах и фотонах, можно отнести и
к атомам и излучаемому ими свету. Там это явление-зависимость энергии
фотона от того, в какую сторону по отношению к движению излучателя он
вылетел,- давно известно. Только там говорят не об энергии фотона, а о
частоте света, а явление называют эффектом Доплера. Когда свет от
движущегося атома излучается туда, куда движется сам атом, то его частота
в неподвижной системе отсчета кажется выше, если в обратную сторону, то
ниже. Цвет У движущегося атома (если пользоваться языком гл, 10) не тот,
что у неподвижного, и спереди иной, чем сзади. Атом, как гамадрил:
спереди фиолетовый, сзади красный.
Формула преобразований Лоренца для фотонов
Et^yEl+yvP'g (I)
125
это формула эффекта Доплера. Энергия фотонов Е\, испускаемых покоящимся
атомом, равна их импульсу Р*. Кроме того, энергия фотона связана с
частотой света формулой Е[=Р* -hv*. Когда фотон вылетает (в системе покоя
атома) под углом в* к направлению движения, то Pi =Р* cos 0* -ftv* cos
0*. Формула для частоты света, видимого в лабораторной системе отсчета,
примет вид
v=v* (у+уо cos (r)*)-
Вспомним, что такое у, и получим, что спереди (0*=О) атом будет казаться
испускающим свет частоты
vMaM = v* (5)
а сзади - свет частоты
v""H = V ]/}=?. (6)
Пусть перед нами раскаленный газ, атомы которого {в своей системе покоя)
испускают свет одной частоты v*, но движутся во всевозможных направлениях
с одной и той же скоростью v. Тогда мы вместо частоты v* увидим свет всех
частот от vMM до vHaKC, причем все частоты будут встречаться одинаково
часто (вспомните футбольные ворота). Если же в газе будут попадаться
атомы всех скоростей, то чаще всего встретится нам свет частоты у*,
потому что при любых скоростях
V* - ' vn#ee-
Но в обычном раскаленном газе расплывание частоты ничтожно. Скорости и
атомов газа настолько меньше единицы, что практически даже в глубине
Солнца, где температура Т около 10 миллионов градусов, скорости v равны
0,0016*), что отвечает такому же относительному сдвигу частоты. Чтобы от
движения атомов свет газа расплылся на октаву вправо и влево (v"1RC : v*
: v"HH= =2 : 1 : 1/2), Т газа должна достичь 4-10-13 градусов!
То, что не под силу светящемуся газу, легко осуществляют у-кванты от
космических л "-мезонов. В газе высокие скорости достигаются за счет
хаотического обмена
*) Это число получается из соотношения
"¦*kT, где k=8,62 ¦ 10~14 ГэВ/градус.
126
ударами атома об атом. Это очень неэффективный способ набора скорости.
Близость скоростей космических частиц к единице доказывает, что механизм
их разгона был совсем другой, что в глубинах Вселенной работает
космический ускоритель. Иначе частота фотонов в космических лучах (см.
рис. 43) не расплывалась бы на несколько октав.
Все же и для видимого света эффект Доплера октавного размаха тоже хорошо
известен астрономам. Но это не расплывание спектра в обе стороны, о
котором все время шла речь, а смещение его в одну. В спектрах далеких
звезд и туманностей все знакомые линии сдвинуты в красную сторону. Эти
звезды, видимо, удаляются от нас со скоростями, сравнимыми со скоростью
света. Мы смотрим на свет атомов этих звезд сзади (0* = 18О°), и верна
формула (6). Откуда качает энергию ускоритель, разгоняющий до ода! не
протоны, а галактики, мы здесь говорить не будем.
Лп-резонанс
Но вернемся из глубин космоса на Землю. Отправимся в подмосковный город
Дубну и посмотрим, как "кинематика для бедняков" навела физиков на мысль
о возможном существовании нового, ранее неизвестного резонанса -
резонанса между Л°-гипероном и тр>-(эта-нумь)-мезоном. Как и л°-мезон,
этот т^-мезон может распадаться на два фотона, и рассказывать об этом
лучше сейчас, пока из нашей памяти еще не выветрились свойства распада на
два фотона,
В Лаборатории высоких энергий в Дубне был поставлен такой опыт: камера,
наполненная жидким пропаном, облучалась высокоэнергичными л-мезонами, и
среди множества возникавших реакций отбирались лишь случаи, когда
появлялся Л'-гиперон и хотя бы один фотон. Если удавалось обнаружить
такой фотоснимок, то измерялись энергии и направление Л°-гнперона и
фотона н вычислялась эффективная масса тЛу системы Ау. Когда набрали
больше сотни случаев с Л- и у-частицами и посмотрели, какие значения
встречаются чаще всего, выяснилась интересная особенность: в интервале
1.7 ГэВ*^т^<1,9 ГэВа значения встречаются чересчур часто, чаще, чем им
