Теоретическая физика 20 века - Смородинский Я.А.
Скачать (прямая ссылка):
отдачи последних определяется по времени пролета и согласуется с
энергией, вычисленной в предположении mv - О1).
§ 4. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ ДОКАЗАТЕЛЬСТВО ПОГЛОЩЕНИЯ СВОБОДНЫХ НЕЙТРИНО.
СОХРАНЕНИЕ ЛЕПТОННОГО ЗАРЯДА, НЕЙТРИНО И АНТИНЕЙТРИНО
Несмотря на успехи основанной Ферми на гипотезе нейтрино теории
взаимодействия, ведущего к Р-распаду, многие физики еще долго считали
нейтрино не вполне реальной частицей. Все еще не хватало доказательства
поглощения свободных нейтрино. Это доказательство стало возможным
благодаря применению в качестве источников нейтрино урановых реакторов,
излучавших около 1020 нейтрино в секунду (по порядку величины). Для
следующего рассмотрения важно отметить, что в этом случае речь идет
практически только о негатронном (е_) распаде, так как для позитронного
распада (е+) таких источников не существует. Нейтрино, сопровождающее
(е_), условились называть антинейтрино и обозначать символом v. Тогда
нега-тронный распад соответствует реакции
п->р + е_ + \, (16)
которая происходит как на свободных нейтронах, так и на
связанных в ядре. Тогда теоретически возможен также процесс
поглощения антинейтрин опротоном, переходящим в нейтрон и позитрон,
р + V-> п + е+. (17)
х) Ср. также проверку закона сохранения импульса при обычном p-распаде в
работе [31J.
26 Заказ № 214
402
Вольфганг Паули
Этот процесс получается из обычного е_-распада (16) в результате его
частичного обращения таким образом, что вместо поглощения е_ происходит
испускание е+.
Чрезвычайные технические трудности экспериментального доказательства этой
реакции, обусловленные ее малым сечением, в конце концов были преодолены
Рейнесом и Коуэном
Обнаружение нейтрино
Фиг. 5. Схема экспериментальной установки для обнаружения антинейтрино
(по Рейнсу и Коуэну).
[32]. Им пришлось построить "гигантский усилитель", позволивший
обнаружить нейтроны и позитроны, возникавшие при поглощении антинейтрино,
испускаемых из уранового реактора. После некоторого времени пролета
нейтроны поглощались ядрами кадмия, испускавшими затем у-излучение, тогда
как позитроны могли регистрироваться по их аннигиляционному у-излучению.
Схема совпадения с задержкой позволяла регистрировать и то и другое у-
излучение. Схема этого опыта поясняется фиг. 5. Измеренное сечение при
первой публикации результатов опыта (1956 г.) составило
ф = 6,3* 10~44 см2 ± 25% на нейтрино,
что даже в большом потоке нейтрино дает 2,88 + 0,22 совпадения в час. Для
сравнения измеренного и теоретического сечений поглощения необходимо
определить на опыте энергетический спектр электронов, испускаемых при
делении. К тому же теоре-
К старой и новой истории нейтрино
403
тическое значение поглощения зависит (при эмпирически определенной
вероятности испускания) еще от частного вида взаимодействия, так как
последнее содержит множитель, величина которого лежит между 1 и 2.
Подробнее эта величина рассмотрена Энцем [34]. Опубликованное недавно
Рейнесом и Коуэном [35] значение сечения поглощения, равное ^=г(б?7 +
1,5)-10 43 см2 на деление, находится в согласии с полученным (при
использовании измеренного спектра электронов, испускаемых продуктами
деления) на основе принятой в настоящее время двухкомпонентной модели
нейтрино (см. § 5) теоретическим значением
@ = (6,0 ± 1)-10~43 см2 на деление.
Мы уже столкнулись с гипотезой о существовании двух зеркальных видов
нейтрино - антинейтрино v испускается вместе с е_, а нейтрино v
испускается вместе с е+ при реакции на связанных протонах
p->nJre+Jrv. (16а)
Согласно этой гипотезе, реакция (17) не должна происходить с v вместо v.
Однако ввиду отсутствия источников нейтрино в виде реакторов с
позитронным излучением это утверждение непосредственно проверить нельзя.
Тем не менее можно рассмотреть реакцию, соответствующую процессу,
обратному (15)
С137 + V*-> Аг37 -f- е_, (18)
с антинейтрино v вместо нейтрино v, которая соответствует
реакции
п-\~ V->р+ е_ (18а)
на связанных в ядре С137 нейтронах. Согласно гипотезе о двухкомпонентной
модели нейтрино, эта реакция запрещается.
Нагляднее это можно сформулировать, пользуясь понятием "лептонного
заряда", который должен в сумме сохраняться во всех возможных реакциях.
Следовательно, лептонный заряд, хотя и не имеет непосредственного
отношения к электромагнетизму, однако может иметь оба знака, как и
электрический заряд. Общий знак лептонного заряда всех лептонов
совершенно произволен, но знак отношения лептонного заряда к
электрическому для всех частиц определяется экспериментально.
26*
404
Вольфганг Паули
Например, вопрос о том, имеют ли две пары частиц: мюон (ц-мезон) ц+ и е+,
а также и е_ одинаковый или противоположный лептонный заряд, решается
экспериментально. В настоящее время приняты следующие значения лептонного
заряда е, \i и v: _
+ 1 для ц_, е_, v; -1 для ц+, е+, v. (19)
К мюону мы еще вернемся. Для тяжелых частиц (барионов), как п и р, и для
бозонов, как я, лептонный заряд должен быть равен нулю. Легко видеть, что
