Файл: Богуш А.А. Элементарные частицы.pdf

В этом также очень кратком определении со­ держится, безусловно, большая доля истины. Сказанное в определенном смысле может быть отнесено ко всем известным теперь частицам. Но и здесь есть свое «но». Сегодня хорошо из­ вестно, что такие частицы, как протон и ней­ трон, обладают^ хотя еще до конца не выяс­ ненной, но безусловно сложной внутренней структурой. Несмотря на это, пока никто не возьмет на себя смелость исключить эти ча­ стицы из семейства элементарных. Более того, сегодня можно назвать немалое число экспе­ риментальных и теоретических работ, посвя­ щенных изучению предполагаемой структуры электрона и даже нейтрино.

Говорят еще, что элементарная частица — это микрообъект, который в широком классе явлений ведет себя как нечто единое целое,, не теряет своей индивидуальности. Элемен­ тарная частица характеризуется некоторым набором физических величин, определяющих

элементарных частиц характеризуется вполне определенным значением массы покоя, спина, электрического заряда и т. д. Заряд, напри­ мер, для всех перечисленных выше частиц имеет самые наименьшие значения: 0, +е или

—е, где е — электрический заряд электрона. Значения спина тоже минимальные: они рав-

64

ны 1/2, и только фотону приписывается спин, равный 1. Массы известных уже нам частиц сравнительно невелики, они лишь для неболь­ шого числа частиц превышают массу протона. Других микрочастиц с массами меньше удво­ енной массы протона, которые бы не относи­ лись к числу элементарных, мы пока не знаем.

Мы уже неоднократно сталкивались с тем, что многие частицы существуют ограничен­ ное время. Предоставленные даже самим себе, они не могут существовать сколь угодно дол­ го, а самопроизвольно распадаются, превра­ щаясь в другие частицы. Нейтрон распадается на протон, электрон и антинейтрино. Пи-мезон превращается в мю-мезон и т. д. Отсюда воз­

в то время как для заряженных пи-мезонов продолжительность жизни составляет лишь 10~8 сек, а для нейтральных и того меньше — примерно 10~16 сек. Если исключить пока из рассмотрения большое число недавно откры­ тых весьма короткоживущих частиц — р е з о ­ н а н с о в со временем жизни порядка 10~22—- 10~23 сек, мы можем условиться относить ми­

не превышает двойной массы протона, точнее,

69

зон (л°) и пп-плюс-мезон (л+) и т. д. Заряд является одной из основных характеристик ча­ стицы, определяющей ее фундаментальные свойства. Напомним, в частности, что появле­ ние первой элементарной частицы—электрона как раз и связано с открытием элементарного электрического заряда, атома электричества.

Каждой частице, как уже отмечалось, за исключением у и л°, соответствует своя антича­ стица. Символ античастицы совпадает с симво­ лом соответствующей частицы, но снабжен сверху чертой и в случае заряженных частиц отличается знаком электрического заряда. В табл. 1 (см. графу 6) символы античастиц при­ ведены в той же строчке, что и символы соот­ ветствующих частиц. Наличие черты над сим­ волом античастицы однозначно связано с ее наименованием: к названию соответствующей

частицы прибавляется приставка «анти»: р —

антипротон, К0— анти-ка-ноль-мезон, у—анти­ нейтрино и т. д.

Если имеется свое самостоятельное назва­ ние, черта над символом частицы не ставится, например е+-позитрон. Не ставится черта и в случае пар л +—гг~, р_—р+ и К+—/С , так как нельзя сказать, какую из частиц мезонной па­ ры следует считать частицей, а какую антича­ стицей. Если в случае пары е~—е+ мы преиму­ щественно встречаемся с электроном и очень редко с антиэлектроном — позитроном, то о степени преимущественной распространенно­ сти р+ или р - мы ничего определенного ска­ зать не можем: появление каждого из них оди­ наково возможно.

70

Принято говорить, что частице 2~— сигма-

минус-гиперону соответствует 2 +—анти-сигма- минус гиперон, а частице 2 + — сигма-плюс-ги-

перону соответствует античастица — анти- сигма-плюс-гиперон и т. д.

В связи со сказанным выше следует под­ черкнуть, что отличие в знаках электриче­ ского заряда не является единственным и до­ статочным признаком отличия частицы от античастицы. Имеется ряд пар частица — анти­

частица, например К0— К0, А0— А0, 2°-—2°,

3 ° — з°, которые вообще не обладают электри­ ческим зарядом.

Как в этом случае отличить частицу от ан­ тичастицы, мы узнаем несколько позже. Заме­ тим лишь, что это связано с необычайным бо­ гатством и многообразием проявлений внут­ ренних свойств частиц.

Как следует из принятого нами определения элементарной частицы, одним из сущест­

венных ее признаков является значение массы покоя. Поэтому в табл. 1 сразу же вслед за названиями частиц приведены значения их масс (см. графу 3). Из таблицы видно, что име­ ются две частицы — -у и V (фактически их пять—1 фотон и 4 нейтрино), масса покоя ко­ торых равна нулю. Массы всех других частиц выражаются числами, показывающими, во сколько раз они тяжелее самой легкой из об­ ладающих массой частиц — электрона. Таким образом, за единицу массы элементарной ча­ стицы принята масса электрона, равная 9,1 X ХЮ 28 г. Это, например, означает, что масса

71

покоя протона, определяемая числом 1836,1,

равна 1836,1 -9,1 • 10 ~28 г=1,6710~24г.

Выше уже отмечалось, что массы частиц удобно выражать в энергетических единицах, используя известное соотношение между мас­ сой и энергией: Е = т0с2. Чтобы перейти от од­ них единиц к другим, достаточно запомнить, что массе покоя электрона соответствует энер­ гия 0,511 Мэе. Тогда, пользуясь данными табл. 1, нетрудно найти величину энергии покоя для любой частицы. Например, в случае того же

говорят: «Масса электрона равна 0,511 Мэе, масса протона составляет 938,2 Мэе».

Конечно, масса и энергия — это совершен­ но разные вещи, однако ничто нам не мешает выбрать такие единицы измерения, чтобы эти две различные величины выражались одина­ ковыми числами. Для этого достаточно, как это обычно делается в теории элементарных частиц, все величины выразить в системе так называемых атомных единиц, в которой ско­ рость света с и постоянная Планка к принима­ ются равными 1.

Вследующей, четвертой графе табл. 1 при­ ведена уже знакомая нам внутренняя ха­

рактеристика элементарной частицы — значе­ ние ее собственного механического момента — спина (в единицах элементарного момента, равного постоянной Планка к). Из таблицы следует, что имеется весьма ограниченный на­ бор допустимых значений спина, присущих из-

72