Экспериментальная ядерная физика - Мухин К.Н.
ISBN 5-283-04076-3
Скачать (прямая ссылка):
Однако после классических опытов Резерфорда по аномальному рассеянию а-частиц (1911 г.) стало ясно, что наблюдающиеся при рассеянии а-частиц отклонения на большие углы не могут быть объяснены моделью Томсона. Для объяснения этих опытов Резерфорд предложил планетарную модель атома. Согласно этой модели атом состоит из положительно заряженного ядра очень малых (около 10" *2 см) размеров, вокруг которого на относительно больших расстояних (около 10"8 см) вращаются электроны. Так как масса электронов очень мала, то практически вся масса атома сосредоточена в ядре.
Дальнейшие опыты Резерфорда с а-частицами привели (1919 г.) к открытию расщепления атомного ядра азота, сопровождающегося вылетом положительно заряженной частицы с зарядом +е и массой, равной массе ядра атома легкого изотопа водорода (в 1836 раз больше массы электрона). Кроме азота опыт был сделан и на других веществах. В результате было установлено, что ядра этих веществ при бомбардировке их быстрыми а-частицами испускают ядра водорода. Тем самым было доказано, что в составе всех ядер содержатся простейшие водородные ядра—протоны («протон»—простейший, первичный).
В настоящее время протон хорошо изучен. Известно, что это—стабильная частица с барионным числом В=\, изотопическим спином Т=1/2 (и проекцией 7";+1/2); внутреннюю четность, протона условились считать положительной (Р= + 1); его масса равна 1,007276 а.е.м. = 938,26 МэВ**, заряд +е, лпин 1/2 (в единицах А), магнитный момент примерно 2,79 цв, где
^ = 7*%=5'05-10"24 эрг/Гс = 5,05-10-27 Дж/Тл.
* О поправках к значению магнитного момента электрона см. § 101. ** Напомним, что для удобства составления энергетических, балансов массу частиц часто выражают не в МэВ 1с2, а непосредственно в МэВ.
132
Часть 4. Пептоны, адроны, кварки
Открытие протона позволило построить протон-электронную модель ядра, согласно которой в атомном ядре содержится А протонов и (A—Z) электронов. В этой модели становилась понятной пропорциональность атомной массы массовому числу и порядкового номера — заряду, но модель имела существеннейшие недостатки (см. введение к книге).
Продолжая опыты Резерфорда, Боте и Беккер в 1930 г. обнаружили, что при облучении а-частицами некоторых легких элементов (Be, Li) последние вместо протонов испускают излучение, очень слабо поглощаемое свинцом. Детальное исследование этого излучения, проведенное в 1932 г. супругами Жолио-Кюри и Чедвиком, привело к выводу о том, что оно представляет собой поток нейтральных частиц с массой, приблизительно равной массе протона. Вновь открытая элементарная частица была названа нейтроном. Напомним, что нейтрон, так же как и протон, имеет В=\, Т=1/2 (но Г{=-1/2), Р= + \; его масса т„=1,0086652 а.е.м. = 939,55 МэВ, спин 1 /2, магнитный момент ц х — 1,91 цв. В отличие от протона нейтрон является нестабильной частицей. Период полураспада нейтрона примерно равен 10 мин.
Вскоре после открытия нейтрона советский физик Д. Д. Иваненко и независимо от него немецкий физик Гейзенберг выдвинули гипотезу о протон-нейтронном строении ядра. В соответствии с этой гипотезой все ядра состоят из протонов и нейтронов.
Таким образом, к 1932 г. схема строения атома в значительной степени, определилась. Было установлено, что все атомы состоят из электронов и атомных ядер, которые в свою очередь состоят из протонов и нейтронов. Атомы и ядра различных веществ отличаются числом содержащихся в них электронов, протонов и нейтронов. При известных условиях можно изменить число содержащихся в атоме электронов (ионизация) или число содержащихся в ядре нуклонов (ядерная реакция). В результате таких, процессов из одних ядер и атомов получаются другие. Таким! образом, в некотором смысле атомы и ядра можно считать простым объединением трех видов частиц — протонов, нейтронов и электронов. ]В связи с этим естественно было назвать эти частицы элементарными.
Кроме нуклонов и электронов в эти годы были известны еще три частицы, имеющие самое непосредственное отношение к атому и ядру. Это фотоны (у-кванты), испускаемые атомом (ядром) в процессе энергетических переходов, а также нейтрино и позитроны, которые испускаются ядром в процессе Р-распада. Правда, ни об одной из этих частиц нельзя сказать, что она входит в состав атома или атомного ядра, так как они
§ 99. Введение к части четвертой
133
возникают в самый момент их испускания атомом или ядром. Однако эти частицы также были названы элементарными, так как ни одну из них нельзя представить себе «состоящей» из других, «более элементарных» частиц в том смысле, как говорилось выше о ядре или атоме.
Так, известно, что нейтрон в среднем за 10 мин распадается на протон, электрон и нейтрино. Однако из этого вовсе не следует, что нейтрон «состоит» из трех частиц, что он является их простым объединением, сочетанием. Об этом говорит хотя бы резкое несоответствие магнитных моментов нейтрона и электрона. И действительно, из теории Р-распада известно, что электрон и нейтрино возникают в самый момент превращения нейтрона в протон (так же как они возникают в самый момент Р-распада любого атомного ядра).
