Файл: Китайгородский А.И. Введение в физику учеб. пособие для студентов высш. техн. учеб. заведений.pdf

ядерных. Разумеется, оценка силы взаимодействия временем про­ цесса должна производиться при прочих равных условиях.

В последнее время были найдены исключительно интересные факты, касающиеся слабых взаимодействий. Было обнаружено, что слабые процессы происходят асимметрично по отношению к «пра­ вому» н «левому» вращению. Так, например, было показано, что при Р-распаде ядер атомов кобальта, поляризованных при низких тем­ пературах с помощью магнитного поля (поляризация частиц зак­ лючается в ориентировке их магнитного момента и спина вдоль определенного направления), угловое распределение электронов асимметрично в направлениях «вперед» и «назад». Такие же факты были обнаружены при распаде р.-.мезонов относительно их направ­ ления движения.

Теория этого явления была предложена Ли и Янгом, а также советским ученым Ландау. Явления, о которых идет речь, могут быть объяснены двояко: либо внутренней асимметрией частиц, либо асимметрией пространства. Сущность первого объяснения, которым мы ограничимся, состоит в предположении, что элементар­ ные частицы по своим свойствам симметрии подобны винту. Такие асимметричные частицы хорошо известны физике; к ним относятся правые и левые оптические антиподы молекул, о которых подробно рассказывалось на стр. 376. Понятно, что асимметричная элемен­ тарная частица, ориентированная своей осью вдоль какого-то на­ правления, полярна, на что и указывает эксперимент.

Чтобы объяснить наблюдающуюся асимметрию в опыте с пуч­ ком мюонов, можно воспользоваться гипотезой Ландау, в которой он связывает асимметрию частицы с ее зарядом. Как обсуждалось в предыдущем параграфе, все частицы, кроме фотона, встречаются в природе в виде зарядовых пар. Ландау предположил, что если какая-либо частица обладает симметрией правого винта, то анти­ частица обладает симметрией левого винта. Отражение в зеркале переводит правую руку в левую, правый винт в левый. Согласно высказанной гипотезе «отраженная в зеркале» частица представляет собой античастицу.

Какое же отношение имеет это обстоятельство к опыту с пучком мюонов? Можно показать, что частицы, лишенные массы, должны ориентироваться своим спином в направлении движения. Масса нейтрино, очевидно, равняется нулю. Поэтому все нейтрино «про­ дольно поляризованы». Различие между нейтрино и антинейтрино сводится к следующему: у нейтрино спин направлен вдоль движе­ ния, а у антинейтрино — против. Мюоны получаются распадом пионов. Но спин пиона равен нулю, поэтому спин мюона должен быть параллелен спину нейтрино, т. е. мюоны в таком пучке будут продольно поляризованы, что делает понятным асимметрию распре­ деления электронов при дальнейшем распаде мюонов.

Про частицы, обладающие в своем движении симметрией пра­ вого и левого винта, говорят как о частицах разной четности и обоз­ начают их знаками ( + ) и (—).

§ 226а. Барионный спектр

При столкновении с другими частицами нуклоны возбуждаются и переходят в большое число различных квантовых состояний. Нук­ лон в возбужденном состоянии называют барионом.

Наши сегодняшние представления о системе барионных уровней и переходах между ними показаны на схеме рис. 246а, предложен­ ной американским физиком Виктором Вейскопфом. Жирные го­ ризонтальные линии указывают обнаруженные на опыте энергети­ ческие уровни бариона. Шкала энергий дана слева. Для уровней энергии атомных ядер, которые мы обсуждали в предыдущей главе, понадобилась шкала в сотни тысяч раз более крупная, чем для атомов.

При переходе к спектру барионов нам нужно увеличить масш­ таб еще в тысячу раз. Мы видим, что разности энергий между уров­ нями измеряются уже в единицах ГэВ (гигаэлектрон-вольт). Уже одна эта шкала показывает, в чем смысл постоянного наращивания мощностей ускорителей частиц: выполнить этот рисунок стало воз­ можным лишь благодаря позднейшим работам на ускорителях, придающих частицам-снарядам энергии, достаточные для возбужде­ ния бариона.

Весь рисунок надо понимать как картину спектра одной части­ цы, основное состояние которой (нуклон) является дублетом. Различие между компонентами этого дублета — протоном и нейтроном, равное 1,2 МэВ, не видно на шкале обсуждаемого рисунка.

Для наглядности уровни бариона разбиты по столбцам, разли­ чающимся значениями двух квантовых чисел — изоспина / и странности S.

Как было только что сказано, различие в зарядах смещает уро­ вень на величину, незаметную в масштабе нашего рисунка. Опыт показывает, что некоторые состояния встречаются в одной зарядо­

столбец слева) собраны другие дублеты. Во втором столбце слева

жирные). Эмиссия фотонов на рисунке не показана. Обычно фотоны выделяются при пионных переходах, если только нет изменения за­ ряда. Переходы возможны от каждого члена одного мультиплета к каждому члену другого; чтобы не загромождать чертеж, мы огра­ ничились одной линией.

Пионные переходы возможны только между уровнями с одина­ ковым значением 5. Именно эта странность в поведении барионов и послужила основанием для введения числа 5.

Если приписать всем пионам странность, равную нулю, а в слу­ чае каонов положить 5 = + 1 для К + и К 0 и 5 = — 1 для К" и К " (черта сверху обозначает античастицу), то будет иметь место закон сохранения странности.

Если изоспин пиона равен 1, а изоспин каона Ч2, то при пере­ ходах сохраняется и изоспиновое число.

Несмотря на то, что в этой схеме мезоны рассматриваются как своеобразные кванты излучения, оказывается целесообразным рас­ смотреть все семейство мезонов как возбужденное состояние пиона. Однако надо помнить о существенном отличии пиона от нуклона.

Схема мезонного спектра изображена на рис. 2466. Ее удается организовать по тому же принципу, что и барионный спектр. Эта