Физика для школьников старших классов и поступающих - Яворский Б.М.
ISBN 5-7107-9384-1
Скачать (прямая ссылка):
HO они потеряли свой исходный смысл (например, лептон т-более чем в 3 раза тяжелее бариона р).
б) Среднее время жизни х служит мерой стабильности частицы и измеряется в секундах (VIII. 1.4.4°). Согласно соотно-
шению неопределенностей (VI.1.6.6°), при W = тс масса нестабильной частицы не имеет строго определенного значения. В качестве меры нестабильности резонансов обычно как раз и принимают ширину Г ~ Л/т, измеряемую в энергетических единицах. Значения т варьируются в чрезвычайно широком диапазоне. Фотон, нейтрино, электрон и протон абсолютно стабильны (х = оо)1, резонансы предельно нестабильны (т ~ IO-24 +
¦т- IO-23 с). Для нестабильных частиц в таблицах наряду с временами жизни указываются также типы распадов.
в) С пин J — собственный момент импульса частицы, измеряется в единицах Й (111.12.1.3°) и принимает целые и полуце-лые значения. Элементарная частица со спином J имеет 2 J + 1
1 В последнее время абсолютная стабильность протона подвергается серьезным сомнениям (VIII.2.4.15°).
660
ГЛ. VIII.2. ЭЛЕМЕНТАРНЫЕ ЧАСТИЦЫ
спиновых состояний, различающихся проекцией J2 (VI.2.2.3°). Значение спина однозначно определяет тип статистики, которой подчиняются данные частицы: все частицы с целыми спинами являются бозонами (VII.2.2.10), все частицы с полуцелыми спинами — фермионами (VII.2.2.40), для которых справедлив принцип Паули (VI.2.3.10). Для известных частиц значения спина J лежат в интервале от 0 (например, пионы я) до 9/2 (некоторые резонансы).
г) Электрический заряд q измеряется в единицах элементарного заряда е (111.1.1.2°). Для всех частиц, существующих в свободном состоянии, он принимает лишь целочисленные значения1: обычно 0 и ±1, для некоторых резонансов ±2. Это правило квантования выполняется с огромной точностью: так,
IorP + QeI < Ю“21е, ItfJ < 10_21е.
д) Магнитный момент ц — это максимальное значение проекции вектора собственного магнитного момента рт частицы. Вектор рт и вектор спина J коллинеарны; если они параллельны, то > О, если они антипараллельны, то < 0. Магнитные моменты Ji элементарных частиц обычно измеряют в единицах соответствующих магнетонов Ji0 = eh/2m. Если т = те, то JiQ есть магнетон Бора Jig (111.12.1.4°), если т = тпр, то получаем ядерный магнетон |Л.ЯД (VIII. 1.1.6°).
7°. У каждой частицы имеется античастица, обычно обозначаемая тем же символом, но с добавлением «тильды» над ним. Массы, времена жизни и спины частицы и античастицы одинаковы. Остальные характеристики, в том числе электрический заряд и магнитный момент, равны по модулю, но противоположны по знаку. Примеры частиц и античастиц: электрон е" и позитрон е+, протон р и антипротон р, нейтрон п и антинейтрон п, нейтрино Ve и антинейтрино Ve. Первые две пары различаются, например, знаками электрического заряда, пип — знаками магнитного момента, но, главное, знаками барионного заряда В и проекции изоспина T3 (VIII.2.3.8°),
1 Кварки, которым приписываются дробные значения электрического заряда, требуют особого обсуждения, так как они могут существовать только внутри адронов (VIII.2.4.70).
§ VIII.2.1. ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ
661
Ve и Ve — знаками так называемой спиралъности — проекции спина на направление движения1. Некоторые частицы, называемые истинно нейтральными, тождественны своим античастицам. К ним относятся фотон у, нейтральный пион и несколько других.
Первая античастица — позитрон е+ — была зарегистрирована в 1932 г. Часто позитрон образуется совместно с электро-
л
ном при соударении фотона с энергией Wy > 2тес с заряжен-
л
ной частицей X :
Y + X -» X + е~ + е+.
Встречаясь друг с другом, медленные электрон и позитрон аннигилируют, порождая два (гораздо реже три) фотона:
е~ + е^ —> 2у.
При соударениях достаточно быстрых электронов и позитронов могут порождаться самые разнообразные частицы, вплоть до наиболее тяжелых. Использование встречных элек-трон-позитронных пучков — один из самых эффективных методов генерации и исследования новых частиц, и он широко применяется в современной физике (VIII.2.2.50).
Понятия частицы и античастицы являются относительными, а не абсолютными. Например, р мы называем протоном, а р — антипротоном только потому, что объектов первого типа во Вселенной неизмеримо больше, чем объектов второго типа. В то же время основные уравнения теории не изменяются при замене частиц на античастицы и обратно. Природа зарядовой асимметрии реальной Вселенной до конца не выяснена и составляет одну из загадок современной физики и космологии.
1 Спиральность у нейтрино отрицательна, у антинейтрино положительна. Кроме того, нейтрино и антинейтрино различаются знаками лептонного заряда L (VIII.2.3.30).
2 Эта частица (обычно некоторое ядро) необходима для того, чтобы удовлетворить законам сохранения энергии и импульса. Свободный без-массовый фотон не может самопроизвольно превращаться в массивную электрон-позитронную пару.
662
ГЛ. VIII.2. ЭЛЕМЕНТАРНЫЕ ЧАСТИЦЫ
§ VIII.2.2. Взаимопревращения элементарных частиц.
Фундаментальные взаимодействия