Физика 20 века: ключевые эксперименты - Тригг Дж.
Скачать (прямая ссылка):
целое значение, кратное й. Поэтому, используя известные
квантовомеханические правила сложения моментов, было невозможно
удовлетворить закону сохранения момента импульса.
Один из возможных путей выхода из создавшегося противоречия состоял в
отказе от законов сохранения энергии и момента импульса, по крайней мере
на микроскопическом уровне. Даже столь авторитетная фигура, как Нильс
Бор, допускал, чго в действительности законы сохранения выполняются лишь
в среднем, а не для каждого индивидуального процесса. Однако идея Бора, с
одной стороны, выглядела слишком радикальной, чтобы найти признание, но,
с другой стороны, она не могла спасти положение и объяснить данные по
различным цепочкам распада. В декабре 1930 г. Вольфганг Паули выдвинул
другую гипотезу. В письме к коллегам, собравшимся в Тюбингене на
симпозиум по радиоактивности, он писал1: "Я решился на отчаянный шаг,
чтобы спасти законы сохранения... Он состоит в предположении возможности
существования электрически нейтральной частицы - которую я буду называть
нейтроном, - обладающей спином 1[2 и подчиняющейся принципу запрета.
Масса такого нейтрона должна быть того же порядка, что и масса
электрона... Тогда непрерывный (3-спектр можно будет истолковать, приняв,
что при (3-распадс вместе с каждым электроном испускается нейтрон, причем
сумма энергий нейтрона и электрона сохраняется постоянной".
Паули повторил свою гипотезу в докладе, сделанном им по приглашению на
собрании Американского физического общества в июне 1931 г.; однако он
никогда не публиковал этот доклад2, по-видимому, чувствуя, что данную
гипотезу нельзя принимать слишком серьезно. Однако Энрико Ферми подхватил
гипотезу Паули3 и
1 Будучи в то время тридцати лет от роду, Паули пропустил заседание,
предпочтя ему танцевальный вечер.
2 Первое опубликованное упоминание об этой идее принадлежит С. Гаудсмнту,
который изложил ее в своем выступлении на конференции по ядерной физике в
Милане в октябре 1931 г., организованной Итальянской королевской
академией.
3 Именно Ферми предложил название "нейтрино", так как десятилетнем ранее
У. Д. Харкинс назвал "нейтроном" нейтральную
238
развил на ее основе теорию |3-распада, с успехом объяснившую форму
энергетического распределения (3-лу-чей. Таким образом, существование
нейтрино косвенно было проверено.
Дальнейшие косвенные свидетельства существования этой частицы начали
накайливаться в последующие годы по мере того, как проводились измерения
направлений отдачи и скоростей ядер, образующихся при р-рас-паде. Однако
аргументы в пользу существования нейтрино, которые получали на основе
таких экспериментов, фактически замыкались друг на друге. По-прежнему
было необходимо найти способ прямого наблюдения нейтрино.
Трудность заключалась в свойствах нейтрино. Поскольку эта частица не
заряжена, она не вызывает ионизации; даже если бы она обладала отличной
от нутя массой покоя, гравитационные эффекты слишком малы, чтобы
использовать их для изучения субатомных объектов. Наконец, она, вероятно,
стабильна, и ее нельзя наблюдать по появлению продуктов распада.
Фактически она, по-видимому, не принимает участия ни в каких
взаимодействиях, кроме тех, что приводят к р-распаду; потому ее следовало
искать в реакциях, тесно связанных с р-распадом.
Типичная реакция p-распада записывается в форме химической реакции
следующим образом:
zXA^z+iX'A + e- + v. (12.1)
Здесь X и X' - нуклиды с атомными номерами Z и Z + 1 соответственно,
имеющие одинаковую атомную массу А\ е~-испущенный электрон, v-(анти)
нейтрино *. Чтобы реакция могла происходить спонтанно, масса ядра zXA
должна превосходить массу ядра z+\Х'А более чем на массу одного
электрона. В физике элементарных частиц существует принцип, согласно
частицу, сравнимую по массе с протоном. Частица Паули была гораздо менее
массивна, поэтому итальянский уменьшительный суффикс "ино" оказался здесь
весьма кстати.
1 Первоначально считалось, что нет существенного различия между нейтрино
и антинейтрино. Выбор, сделанный в уравнении (12.1), был произведен в
основном по соображениям удобства, так как позволил естественным образом
приписать нейтрино квантовое число, известное как лептонный заряд,
который, по-видимому, всегда сохраняется.
239
которому, если реакция идет в одном направлении, то ничто, кроме законов
сохранения, не может воспрепятствовать ей протекать в обратном
направлении *. В частности, если существует процесс (12.1), то процесс
v + z+ir^z^ + a+ (12.2)
столь же возможен; здесь е+ - антиэлектрон (позитрон). Кроме того,
следует ожидать, что эта реакция осуществляется, если антинейтрино несет
энергию, эквивалентную разности масс продуктов реакции и реагентов.
Однако взаимодействие, приводящее к процессам (12.1) и (12.2), очень
слабое. Интенсивность любого взаимодействия удобно описывать с помощью
безразмерной постоянной, которая включает величины, характеризующие
данное взаимодействие. Например, электромагнитное взаимодействие
