Квантовая физика - Вихман Э.
Скачать (прямая ссылка):
Итак, вот в чем суть идеи, что вещество не может быть бесконечно делимо: невозможно понять строение вещества, исходя из принципа, что сколь угодно малая часть по своим свойствам подобна целому. В конце концов такой процесс деления теряет смысл; мы приходим к неделимым объектам, и они являются нашими элементарными частицами.
11. Как доказать, что электрон действительно элементарен? Окажется ли объект, представляющийся сегодня элементарным, завтра сложным? В конце концов, то, что мы сегодня считаем атомамиf в прошлом столетии было элементарными частицами. Не может ли история повториться?
Существует большое число экспериментальных фактов, показывающих, что история не повторится: частицы, подобные электрону, протону или нейтрону, никогда не окажутся сложными в том же смысле, в каком сложен атом водорода. Попытаемся понять смысл этих фактов.
Если два кусочка мрамора, направленные навстречу с большой скоростью, столкнутся, то они разлетятся на более мелкие осколки.
*) В настоящее время моль определяется как количество вещества системы, содержащей столько структурных элементов, сколько содержится атомов в нуклиде 12С массой 0,012 кг.— Прим. ред.
19
Аналогично, две молекулы водорода, если их энергия достаточно велика, сталкиваясь, образуют осколки. Если энергия не была слишком велика, то среди осколков мы обнаружим атомы водорода, протоны, электроны, иными словами, объекты, из которых построены молекулы водорода. То, что произошло в этих случаях, может быть описано следующим образом. При столкновении действовали
8 протонов
9 нейтронов
rt-
Паоны
Я+ О
ютон
Протон
а - частица: Е протона ? нейтрона
\
7 протонов 7 нейтронов
ф Про то я
Протон
I Лртец
Рис. 11 А. Схематическое представление ядерной реакции: сс-частица ядро гелия) сталкивается с ядром азота, в результате^обраэуется ядро кислорода и протон. Именно эта реакция, открытая Резерфордом в 1919 г Г, была первым наблюдением превращения одних стабильных ядер в другие {Rutherford Е.— Phil. Mag., 1919, v. 37). В опыте Резерфорда азот бомбардировался а-частицамн радиоактивного источника, а реакция идентифицировалась по наблюдению испущенных протонов. Этот рисунок аналогичен рис. 9А и показывает, что ядра состоят из протонов и нейтронов, а ядерная реакция заключается (при малых энергиях) в перераспределении этих частиц между ядрами. Такой рисунок не следует понимать буквально: ядра «не похожи» на то, что показано на рисунке
Рис. 12А. Схема, иллюстрирующая рождение двух пионов при столкновении двух протонов большой энергии. Заряд одного пиона равен ~fe, второго — е (е — элементарный заряд). Полный заряд в рассматриваемой реакции, конечно, сохраняется. После столкновения оба протона продолжают существовать и возникают две новые частицы. Очевидно, что наивные -модели, подобные показанным на рис. 9А и 11 А, здесь не годятся: явление нельзя рассмат-ривать иаиТ«перегруппировку> неких элементов, из которых «состоят» протоны
силы, превосходящие силы сцепления, удерживающие отдельные части как мрамора, так и молекулы водорода, и эти объекты развалились. Аналогичным образом можно интерпретировать множество ядерных реакций. Ядра состоят из протонов и нейтронов, и если протон, обладающий большой энергией, попадает в ядро, он может выбить из него несколько протонов и нейтронов.
12. Однако если мы изучаем столкновения двух элементарных частиц, например двух протонов, при достаточно большой энергии, то обнаружим явления, качественно отличные от рассмотренных выше. Например, если протон очень большой энергии сталкивается с другим протоном, то после столкновения оба протона останутся протонами, но мы обнаружим также среди продуктов реакции одну или „несколько новых элементарных частиц, например я-мезоны. Мы говорим, что в такой реакции родились я-мезоны (их называют также пионами). Но этим не исчерпываются явления, вызванные столкновением протона с протоном: протоны могут исчезнуть, вместо них могут возникнуть новые частицы, называемые /С-мезонами и гиперонами.
20
Аналогично, при столкновениях двух быстрых электронов конечными продуктами распада могут оказаться три электрона и один позитрон (позитрон отличается от электрона только знакоу своего
яс. 13А. Фотография каскадного ливня в камере Вильсона. Ббльшая часть видимых следов принадлежит электронам и позитронам, движущимся сверху вниз. Частица в верхнем право» углу камеры, проходящая до остановки через три пластины, может быть пионом .Дальней*
шее обсуждение см. в тексте
электрического заряда). Но, с другой стороны, столкновение электрона с позитроном может привести и к исчезновению обеих частиц (это явление носит название аннигиляции), сопровождающемуся возникновением электромагнитного излучения в виде 7-квантов.
