Экспериментальная ядерная физика - Мухин К.Н.
ISBN 5-283-04076-3
Скачать (прямая ссылка):
Операция зарядового сопряжения применима не только к заряженным, но и к нейтральным частицам, у которых также могут быть античастицы, отличающиеся от частиц. Так, у нейтрино, электрический заряд которого равен нулю, есть отличающаяся от него античастица—антинейтрино*. Эти две частицы различаются знаком лептонного заряда и соответственно характером взаимодействия (см. § 18, 103 и 105). Вместе с тем существует класс так называемых истинно нейтральных частиц, у которых все заряды равны нулю, вследствие чего их античастицы тождественно совпадают с самими частицами.
Примерами истинно нейтральных частиц являются 7-квант, я0-, т|-, Т)'-, р0-, го-, ф-, //\|/- и Т-мезоны. Истинно нейтральные частицы имеют определенную зарядовую четность С (положительную или отрицательную). Зарядовая четность я"-, ц-и г|'-мезонов положительна, так как их волновые функции при операции зарядового сопряжения переходят сами в себя:
C\|v=llv> CxK,=V c^—V
Зарядовая четность остальных частиц отрицательна, так как
C\|/Y=-i|/r С\|/0>=-\|/(В, С\|/г=->т
и т. п. (подробнее см. разделы, в которых описаны свойства перечисленных частиц).
Упомянем еще о некоторых свойствах частиц и античастиц. Их магнитные моменты равны по абсолютному значению,
* О теории, в которой предполагается, что v = v, см. § 108, п. 2.
112
Глава XVII. Антинуклоны и антиядра
но различаются знаком. Внутренняя четность античастицы — фермиона противоположна, а античастицы — бозона совпадает с внутренней четностью частицы. Наиболее характерными процессами для частиц и античастиц—фермионов являются их совместное рождение и взаимная аннигиляция при встрече. В процессе аннигиляции обычно вся или часть энергии покоя обеих частиц преобразуется в другие формы энергии. В процессе рождения пары частица — античастица обычно происходит обратный процесс преобразования кинетической энергии или энергии излучения в энергию покоя.
Античастицами нуклонов являются антипротон р и антинейтрон п. В соответствии со сказанным выше антипротон должен иметь массу, спин и время жизни протона (т. е. быть столь же стабильным, как и протон), отрицательный электрический и барионный заряды, отрицательную внутреннюю четность и равный по значению, но противоположный по направлению магнитный момент. Аналогично должна существовать частица, зарядово-сопряженная нейтрону, антинейтрон с такими же, как у нейтрона, массой, спином и временем жизни, с нулевым электрическим зарядом, с отрицательным барионным зарядом и внутренней четностью и с магнитным моментом, равным по значению магнитному моменту нейтрона, но направленным противоположно. При встрече нуклона с антинуклоном должен происходить процесс их взаимной аннигиляции, т. е. превращение в другие частицы. В процессе аннигиляции выделяется огромная энергия, равная удвоенной энергии покоя 2mNcz, которая переходит в энергию покоя, кинетическую энергию и энергию излучения (для у и v) новых частиц, образующихся в результате аннигиляции.
Заметим, что основная особенность античастиц (антипротона, антинейтрона, позитрона), заключающаяся в свойстве быстрой аннигиляции при попадании их в вещество, объясняется не какими-то специфическими свойствами античастиц по сравнению со свойствами частиц (как те, так и другие в равной степени обладают свойствами аннигилировать при встрече со своим зарядово-сопряженным партнером), а несимметрией устройства нашего мира.
Действительно, все атомы состоят из электронов, протонов и нейтронов. Поэтому позитрон, антипротон или антинейтрон, попадая в вещество, неизбежно встретятся с одним из бесчисленного множества своих зарядово-сопряженных партнеров, в результате чего произойдет аннигиляция.
Можно себе представить мир, устроенный из античастиц,— антимир. Атомы в этом мире состояли бы из позитронов, антипротонов и антинейтронов и, так же как обычные атомы, обладали бы свойством стабильности. Зато электрон, протон
§ 93. Зарядовое сопряжение. Частицы и античастицы 113
и нейтрон вели бы себя в антимире подобно античастицам в нашем мире: они быстро аннигилировали бы при попадании в антивещество антимира.
Если отвлечься от несимметричного устройства нашего мира, то античастица является столь же стабильной, как и частица. Например, позитрон и антипротон стабильны в вакууме.
Реакция аннигиляции—это реакция нового типа, сопровождающаяся «исчезновением» нуклона и антинуклона и образованием новых частиц (я-мезонов или реже — ЛГ-мезонов и у-квантов). Разумеется, как и в процессе аннигиляции позитрона, речь идет не об исчезновении, а о переходе вещества и энергии из одной формы в другую.
Новый ядерный процесс должен подчиняться законам, которые описывают рассмотренные ранее ядерные процессы, в частности закону сохранения барионного заряда. Только, записывая процессы с участием антинуклонов, последним надо приписывать отрицательный барионный заряд — 1. Таким образом, обобщенный закон сохранения барионного заряда гласит: в ядерных процессах с участием нуклонов и антинуклонов сохраняется разность их количества.
