Квантовая физика - Вихман Э.
Скачать (прямая ссылка):
21. Из сказанного следует необходимость изменить критерии «частицы». Мы должны, например, допустить, что частицы «в небольшой степени» нестабильны, и тогда новые критерии позволят включить в таблицу нейтрон и ядро радия. Но тем самым мы, строго говоря, отказываемся и от требования постоянства массы, так как (гл. 3), если система имеет конечное время жизни т, ее энергия (в данном случае она совпадает с массой покоя частицы) определена лишь с точностью порядка шх. Иными словами, если среднее время жизни частицы равно т, то неопределенность значения ее массы: покоя будет
А (21а)
35?
Для нейтрона эта неопределенность меньше 10-2? а. е. м., что составляет крайне малую величину.
22. Отказавшись от критерия абсолютной стабильности частицы, обнаруживаем, что достаточно трудно решить, какую степень нестабильности можно допустить. Мюон живет, например, около 10~6 с, что очень мало в макроскопической шкале, но крайне велико в ядерной. То же можно сказать и о заряженных пионах, среднее время жизни которых близко к 10"8 с. Эти частицы следовало бы включить в таблицу. Среднее время жизни нейтрального пиона около 10-16 с. Это все еще очень много по сравнению с 10-24 с,
и, кроме того, нейтральные пионы тесно связаны с заряженными. Поэтому мы должны считать их частицами, и то же следует сказать о Л-мезонах и гиперонах, время жизни которых имеет порядок 10“10 с. Заметим, что соответствующая приведенным временам неопределенность массы покоя все еще крайне мала по сравнению с самой массой.
23. Теперь следует решить, включать ли в таблицу возбужденные состояния атомов, молекул и ядер. В пользу этого говорит тот факт, что среднее время жизни большинства возбужденных состояний очень велико по сравнению с временем жизни нейтральных пионов, а иногда даже больше времени жизни нейтрона. Многие из таких состояний распадаются, испуская фотон, а в некоторых случаях испуская материальные частицы. Правильно ли исключить из таблицы возбужденные состояния, если мы поместили в нее основное состояние ядра 2|8°Ra, при распаде которого образуется а-частица? Кроме того, не являются ли некоторые гипероны «возбужденным состоянием» нуклонов? (Гипероны нестабильны, и одной из вторичных частиц при их распаде является нуклон.) Мы чувствуем, что сопротивляться этим доводам очень трудно, и «возбужденные состояния» включаются в таблицу.
24. При таких критериях в таблице окажется огромное число «частиц», более миллиона. Такое положение нас не удовлетворяет. Мы надеялись получить небольшую и удобную таблицу «элементарных» частиц и видим, что наши надежды рухнули. Более того, после включения в таблицу «возбужденных состояний» возникают сомнения в разумности применяемых критериев. Действительно, рассмотрим, как на опыте определяются возбужденные состояния, т. е. уровни энергии, расположенные над основным состоянием системы. В гл. 3 мы показали, что в процессах рассеяния возбужденные состояния проявляют себя как резонансы. Примером может служить рассеяние света атомом. Измеряя эффективность атома как устройства, рассеивающего свет, в зависимости от частоты света, обнаруживаем резкие максимумы на частотах, соответствующих разностям энергий возбужденных и основного состояний. Это явление, однако, не ограничено рассеянием света: мы сталкиваемся с ним также при рассеянии материальных частиц. Рассмотрим в качестве примера рис. 24А. По оси ординат отложена величина, про-пор циональная'эффективному сечению реакции. Кривая, проведенная через экспериментальные точки, дает зависимость эффективного
.358
сечения поглощения протонов ядрами алюминия от энергии протонов. Резкие максимумы определяют положение возбужденных состояний ядер кремния, возникающих при такой реакции.
Ширина Т резонансного максимума является мерой неопределенности энергии соответствующего возбужденного состояния. Пока резонансы остаются очень узкими, их легко интерпретировать как
Энергия протонов’ кзВ
Рис. 24А. Кривая выхода для реакции 27 Al-f-p->28Si-{-y. Ординаты пропорциональны зффек-тнвному сечению реакции. По оси абсцисс отложена кинетическая энергия первичных протонов для лабораторной системы координат, по оси ординат — интенсивность у-лучей. Резкие пики отвечают резонансам и демонстрируют наличие возбужденных состояний ядер кремния, возникающих при реакции
возбужденные состояния, и такие возбужденные состояния можно считать «частицами».
Обратимся теперь к рис. 24В, где показана зависимость от энергии для эффективного сечения рассеяния пионов протонами. Эффективное сечение для положительно заряженных пионов имеет характерный максимум в начале кривой и «горб» при больших энергиях. Для отрицательно заряженных пионов мы видим три относительно четко разрешенных максимума. Можно ли считать, что все эти максимумы отвечают частицам? В настоящее время многие физики склонны дать положительный ответ на этот вопрос. Массы этих «частиц» (?) просто равны значениям абсцисс в максимумах кривых.
