Квантовая физика - Вихман Э.
Скачать (прямая ссылка):
Рис. 55А. Фотография аннигиляции протона и антипротона в пузырьковой камере. Основное явление происходит в середине снимка. Антипротон приходит снизу, оставляя пунктирный» почти прямой слсд. При аннигиляции возникает восемь заряженных пионов. Один, направление движения которого почти противоположно движению антипротона, распадается на мюон и нейтрино. Мюон в свою очередь распадается на позитрон и два нейтрино. Мюонный след трудно отличить от бионного, но начало следа позитрона хорошо видно. Камера помещена в магнитное поле, перпендикулярное плоскости снимка. Следы отрицательных частиц отклоняются по движению часовой стрелки, следы положительных ¦— в противоположном направлении. Медленно движущиеся частицы оставляют плотные следы, тогда как следы очень быстрых частиц кажутся «пунктирными»
что масса гипотетического мезона должна быть близка к 100 МэВ т. е. к 200 электронным массам. ’
Обратите внимание, что «радиус действия» обратно пропорционален массе частицы, в данном случае пиоиа. Частица, не имеющая массы, например фотон, отвечает силам «бесконечного радиуса действия»: потенциал U (г), определяемый равенством (53а), переходит в кулоновский потенциал. Этот потенциал, разумеется, тоже уменьшается с расстоянием, но уменьшение не является экспоненциальным. Таким образом, мы пришли к некоторому пониманию связи между существованием пионов и свойствами поля ядерных сил.
54. Здесь мы рассмотрим вопрос терминологии. Часто говорят что взаимодействие между двумя нуклонами осуществляется обменом пионами и, аналогично, что кулоновское взаимодействие двух заряженных частиц осуществляется обменом фотонами. Смысл этих утверждений в том, что взаимодействие между двумя нуклонами может быть найдено именно так, как мы это сделали, т. е. то же волновое уравнение, которое описывает распространение свободных пионов (или фотонов), описывает и силы, связанные с этими частицами. Имея дело с такой терминологией, читатель не должен думать, что нуклоны обмениваются «биллиардными шарами». «Обмен» является лишь фигуральным выражением, и это следует иметь в виду. Уяснив себе это, нет большой беды говорить «обмен частицами». Так принято. Обычно результаты открытий, «сделанных» нами на предыдущих страницах, описывают такими словами: «Две частицы могут взаимодействовать друг с другом благодаря тому, что они взаимодействуют с третьей частицей». В этом случае говорят о силах, возникающих благодаря обмену третьей частицей. Радиус действия результирующей силы обратно пропорционален массе «обмениваемой» частицы.
55. Следует внести ясность в один пункт, который может вызвать недоумение. Мы упоминали в этой главе о нелинейном характере уравнений квантовой теории поля. Несмотря на это, потенциал Юкавы [формула (53а)] появился в результате решения линейного волнового уравнения, и читатель вправе спросить, верен ли ход наших рассуждений. Такое недоумение в некоторой степени оправдано.
Рассмотренная нами линейная теория является лишь приближением, годным, когда мезонное поле или потенциал V(г) не слишком велики. Поэтому потенциал Юкавы имеет смысл для расстояний, больших комптоновской длины волны пиона, и может оказаться неверным для очень малых расстояний. Следует признать, что характер взаимодействия для таких расстояний в настоящее время неизвестен. Однако нет оснований сомневаться, что для расстояний, больших 10-13 см, общие свойства эффективных сил правильно описываются потенциалом Юкавы. Использование линейного приближения не может поэтому изменить основного вывода о том, что радиус сил обратно пропорционален массе частицы, участвующей в «обмене».
383
Последние замечания
56. В предыдущих главах мы научились квантовомеханическому пониманию разнообразных физических явлений. Наше изложение, естественно, очень неполно, и это не должно вызывать удивления, так как настоящая книга имеет вводный характер. За пределами рассмотрения осталось очень много общих принципов и законов, а то, что удалось затронуть, изучено с недостаточной полнотой и глубиной. Следует, однако, иметь в виду, что квантовая физика интенсивно развивалась в течение 40 или 50 лет и в этой области накоплено необозримое количество знаний. Никакая книга, носящая лишь вводный характер, не в состоянии рассмотреть этот предмет сколько-нибудь полно, и читателю предстоит прослушать специальные лекции и прочесть другие книги.
Мы сделали, однако, неплохое начало. Мы поняли волновую природу частиц и рассмотрели причины, по которым физические явления, непонятные для классической физики, получили естественное объяснение на основе волновых представлений. Мы поняли также, что законы классической физики являются -"предельным случаем» более общих квантовомеханических законов. Мы обнаружили, что в любой физической системе существуют уровни энергии, и поняли квантовомеханическое объяснение этого явления. В процессе обучения мы познакомились с удивительным (на первый взгляд) миром микрофизических явлений, рассмотрели порядок соответствующих физических величин и научились делать простые оценки, основанные на элементарных моделях.
