Физика 20 века: ключевые эксперименты - Тригг Дж.
Скачать (прямая ссылка):
•сдвигом. Так называется изменение энергии перехода, возникающее в
результате электростатического взаимодействия ядра с электронами самых
внутренних оболочек атома; оно отражает тог факт, что ядро не является
точечным зарядом, и измерение этого сдвига энергии дает информацию
относительно различия радиусов ядра в основном и возбужденном состояниях.
Существует еще один эффект изменения энергии, называемый химическим
сдвигом, также обусловленный взаимодействием ядра с электронами и
зависящий от характера химического окружения ядра. Это явление очевидным
образом отражает влияние химического состояния на плотность электронов на
ядре (соответствующим образом усредненную по объему ядра) и,
следовательно, несет информацию, в частности, о характере химических
связей. Однако наиболее важным применением эффекта Мёссбауэра в физике
твердого тела было изучение внутренних магнитных полей и градиентов
электрического поля путем использования изотопов с известными значениями
магнитного дипольного и электрического квадрупольного моментов.
Особо следует отметить применение эффекта Мёссбауэра при проверке общей
теории относительности. С его помощью было измерено гравитационное
краснее смещение, обусловленное разностью высот в 2,22 м и приводящее к
сдвигу частоты порядка 5 -10-15, что прекрасно согласуется со значением,
предсказываемым теорией.
.щ Диапазон прочих приложений этого эффекта чрезвычайно широк - от
измерения коэффициента преломления у-лучей до определения химического
состояния железа в различных древних красителях и глинах (последнее
позволяет восстановить методы изготовления древней керамики). Эффект
Мёссбауэра действительно Является весьма разносторонним методом анализа.
235
Глава 12
РЕАЛЬНОСТЬ НЕЙТРИНО
Как правило, объекты, существующие в природе, в том числе и на субатомном
уровне, сначала обнаруживаются на опыте и лишь затем становятся предметом
теоретических исследований. Лишь в редких случаях теоретические
предсказания предшествуют наблюдению, но подобные предсказания обычно не
принимаются всерьез, покуда не получают экспериментального подтверждения.
Нейтрино в этом смысле представляет собой выдающееся исключение *.
Существование этой частицы было постулировано в 1930 г., и в течение 25
лет ее реальность принималась на веру - в основном потому, что
альтернатива представлялась еще более неудобоваримой, Поэтому было
желательно попытаться обнаружить эту частицу каким-либо независимым
способом. Эта попытка была успешно осуществлена группой ученых под
руководством Фредерика Рейнеса и Клайда Л. Коуэна мл., о чем они сообщили
в 1956 г. в журнале Science; подробное описание эксперимента появилось в
1960 г. в журнале The Physical Review. Об этой работе и пойдет речь в
данной главе.
Понятие "нейтрино" было введено с целью объяснить необычные особенности
p-распада, т. е. испускания электрона радиоактивным ядром. Уже довольно
давно было установлено, что испускаемое данным элементом р-излу-чение
характеризуется не одной какой-то энергией и даже не набором дискретных
значений энергии - наблюдалось скорее непрерывное распределение р-
излучения по энергиям, показанное на рис. 12.1. Это выглядело весьма
загадочно, так как при переходе между двумя системами с определенными
характерными значениями
1 О другом выдающемся исключении рассказывает гл. 15 этой книги. - Прим
ред
236
энергии соответственно должна выделяться тоже вполне определенная
энергия. Были проанализированы случаи, когда цепочка радиоактивных
превращений разветвляется и один и тот же элемент распадается иногда с
испусканием (3-излучения, а иногда - сс-излучения, после чего цепочка
опять замыкается, так что образуется один и тот же конечный продукт. Этот
анализ показал, чю максимальная энергия электронов (энергия в конечной
точке) и есть то значение, которое соответствует нужной
Рис, 12.1. Энергетический спектр fS-излучения, испускаемого RaE(2I0Bi)
[Phys. Rev, 48 (1935), стр. 394, рис. 5]
разности энергии. Но тогда возникал вопрос о том, куда исчезает избыток
энергии, если (3-частица уносит лишь часть максимальной энергии. Одно
предположение состояло в том, что (3-частица покидает ядро, имея полную
(максимальную) энергию, но каким-то пока не известным образом теряет ее,
проходя через внешние области атома; эта гипотеза, однако, была
опровергнута в 1927 г. в результате калориметрического эксперимента,
осуще-Ътвленного С. Д. Эллисом и В. А. Вустером, которые обнаружили, что
полная энергия, переносимая р-части-цами, соответствует как раз среднему
значению энергии по распределению, а не максимальному. Ситуация еще более
усложнилась, когда научились определять ядер-ные спины и было
установлено, что налицо нарушение баланса момента импульса. А именно
спины исходного и конечного ядра всегда были либо оба целыми, либо
полуцелыми, кратными й, тогда как спин электрона
237
составляет й/2, а его орбитальный момент импульса может иметь только
