Файл: Бете, Г. Теория ядерной материи.pdf

получался частично поляризованный нейтронный пучок, который затем пропускался через анализатор. В простран­ стве между поляризатором и анализатором, через которое проходил пучок, создавалось однородное магнитное поле. Такое однородное -поле не влияет на спин нейтрона. Но

а магнитный.момент.можно измерить, наблюдая, при какой частоте ш0 поляризационное состояние нейтронов в про­ странстве между поляризатором и анализатором меняется, что можно регистрировать, следя за изменением интенсив­ ности пучка, прошедшего через анализатор. Как мы видели в § 8, этот метод может дать чрезвычайно точные резуль­

нить поляризованным по кругу (т. е. вращающимся вместо простого синусоидального), то можно определить также и знак магнитного момента. В этом случае резонансное поглощение будет происходить лишь тогда, когда напра­ вление вращения поля совпадает с направлением ларморовой прецессии нуклонного момента в однородном поле. Этот метод дает результаты, подтверждающие косвенные данные об отрицательном знаке магнитного момента ней­ трона.

Были выполнены некоторые работы по поляризации ней­ тронов, причем, в качестве мишеней использовались пара­ магнитные соли, в которых ядра были ориентированы при помощи сильных магнитных полей при очень низких тем­ пературах. Цолученные результаты представляют интерес главным образом для изучения явлений при низких тем­ пературах. ........1 •„.

188 Часть II. Количественная теория ядерных сил

S-волна. Поляризация при рассеянии нейтронов протонами и протонов протонами остается ненаблюдаемо малой до энергии 100 Мэв. Но при дальнейшем увеличении энергии опыты показывают сильную поляризацию при рассеянии нуклонов нуклонами. Наблюдаемая поляризация меняется в зависимости от энергии таким сложным образом, что, например, в рассеянии протонов протонами для объясне­ ния результатов, относящихся к энергии 200 Мэв, не­ обходимо учитывать парциальные волны по крайней мере до /=3 . Было установлено, что в области энергий несколько ниже 400 Мэв поляризация при рассеянии протонов про­ тонами достигает максимального значения порядка 40% при определенных значениях углов рассеяния и энергий. Рассеяние нейтронов протонами обладает аналогичными свойствами.

В п. 3 отмечалось, что для полного описания рассеяния нуклонов нуклонами для каждого значения энергии и угла рассеяния необходимо провести измерение не менее девяти вещественных чисел. Эта невероятно сложная задача даже при современной технике измерения трехкратных рас­ сеяний и корреляции с поляризацией нуклонов отдачи будет решена не скоро.

Поляризация при рассеянии нуклонов ядрами. В области энергий выше 100 Мэв поляризация пучка нейтронов наблю­ далась при рассеянии на ядрах тяжелее Be. Отметим две основные черты этой поляризации, которые можно извлечь из весьма обширных и запутанных данных:

1. При некоторых значениях энергий и углов поляри­ зация может достигать 90%, хотя при рассеянии нукло­ нов нуклонами она не превышает 40%. Такая поляриза­ ция наблюдалась на мишенях из различных ядер.

2. Высокая степень поляризации экспериментально свя­ зывается с упругим рассеянием. Чем ближе энергия рас­ сеянного пучка к энергии падающего пучка, тем больше поляризация. Действительно, угловое распределение поля­ ризации соответствует угловому распределению дифрак­ ционного рассеяния; упругий характер рассеяния, вызы­ вающего поляризацию, подтверждается прямым измере­ нием энергии.

Тамор [73] дал качественное объяснение этим двум неожиданным явлениям. Ои заметил, что матрицу рассея-

ния нуклона нуклоном можно записать в следующем виде:

где индексы 1, 2 соответствуют двум нуклонам, а символы П,У.

Если начальная поляризация направлена вдоль п, то в фор­ муле (17.36) столкновения, при которых значение 5Z меняет знак, описываются только членами, содержащими коэф­ фициенты е й / . Такие столкновения можно назвать столк­ новениями с опрокидыванием спина. Если опрокидывание спина происходит у падающей частицы 1, то нуклон отдачи 2 также должен испытать опрокидывание спина. Если мы допускаем только упругие столкновения и нуклон 2 свя­ зан в ядре, то опрокидывание спина частицы 2 запрещено, так как оно должно приводить к другому состоянию ядра. Это утверждение справедливо в той степени, в какой дей­ ствие ядра можно рассматривать ка1с сумму эффектов, вызванных рассеянием на свободных нуклонах, подобное приближение должно быть хорошим при этих энергиях. Таким образом, члены с коэффициентами е и / не могут приводить к упругому рассеянию. Но эти члены не при­ водят также в силу своей симметрии и к поляризации. Ввиду того что они не участвуют в упругом рассеянии, интенсив­ ность поляризованного пучка остается неизменной, а пол­ ное поперечное сечение при этом уменьшается, так что относительное число поляризованных нуклонов при упру­ гом рассеянии ядрами должно возрастать по сравнению с тем значением, которое следует ожидать при столкновении нуклонов с нуклонами, как это и наблюдалось. В действи­ тельности член с коэффициентом b также меняется и при запрете опрокидывания спина, так что нельзя показать, что увеличение поляризации всегда должно иметь место. Можно показать лишь, что увеличивается максимально возможная поляризация.

190 Часть Л. Количественная теория ядерных сил

§ 18. КРАТКИЙ ОЧЕРК МЕЗОННОЙ ТЕОРИИ ЯДЕРНЫХ СИЛ •

Рассмотрим теперь вопрос о том, насколько .можно счи­ тать установленным, что силы между нуклонами пере­ носятся мезонами. Количественное объяснение ядерных сил на основе мезонной теории является пока весьма пред­ варительным и неполным, но эта теория представляет собой плодотворный подход к решению вопроса о природе ядерных сил, и можно ожидать, что она будет быстро раз­ виваться в будущем.

При описании кулоновских сил между двумя зарядами мы вводим электрическое поле, окружающее заряд, и рас­

«ядерное поле», окружающее каждый'нуклон, и рассматри­ вать ядерные силы как результат действия ядерного' поля, окружающего один нуклон, на второй нуклон и наоборот.

В квантовой теории каждое поле должно быть «проквантовано». В случае электромагнитного поля' эта про­ цедура приводит к концепции световых квантов (фотонов). «Кванты» ядерного поля сил называются мезонами. Юкава; впервые предложивший мезонную теорию [85], показал, что если приписать мезону конечную массу покоя т, то радиус действия сий, возникающих благодаря этому мезонному полю, равен комптоновской длине волны мезона Ытс. Электромагнитное поле в противоположность ядерному плавно уменьшается пропорционально квадрату расстоя­ ния, поэтому электромагнитному полю можно приписать бесконечный радиус действия, что' соответствует нулевой массе покоя фотона. Эффективный радиус ядерных сил, как мы видели, имеет порядок величины 2- Щ'13см, и по-' этому следует ожидать, что масса мезона должна быть порядка 200 масс электрона. И действительно, приблизи­ тельно через два года после появления теории Юкавы в космическом излучении были открыты частицы с массой около 200 масс электрона. . . .

В 1947 г., когда появилось первое издание этой книги, свойства мезонов, присутствующих в большом количестве в космических лучах на уровне моря, были довольно хорошо известны. Эти мезоны были названы ^мезонами (см. § 7). Было естественно думать, что м--мезоны и являются части-

цами Юкавы, но два результата, полученные в том же году, привели к другим представлениям, которые и существуют

внастоящее время: частица Юкавы является не м--мезоном,

акороткоживущим тс-мезоном, по отношению к которому ц-мезон является дочерним продуктом.

Первым из этих результатов явилось наблюдение Конверси и др., которые показали, что для элементов до Z ~ 6 отрицательно заряженные ^.-мезоны, останавливаясь в ве­ ществе, преимущественно подвергаются [3-распаду, а не ядерному захвату. Так как скорость ц-мезона на /("-обо­

через ядерное вещество. В самом деле, относительный объем мезонной /("-оболочки углерода, занятой ядерным

Отсюда следует, что средняя длина пути мезона в ядерном веществе составляет несколько миллиметров. Очевидно, что, если р.-мезон настолько сильно взаимодействует с нук­ лонами, чтобы являться причиной ядерных сил, средняя длина пробега его в ядре должна быть такой же, как и для нуклона, т. е. только ~ 1 0 " 1 3 а « . Это противоречие слиш­ ком резко, чтобы его можно было отнести за счет грубости такой оценки. Оно .было объяснено только, когда Поуэлл в 1947 г. в своих известных исследованиях с фотоэмуль­ сиями обнаружил, что тс-мезон распадается с образованием р.-мезона. Кроме того, Поуэлл непосредственно наблюдал сильные взаимодействия между х-мезонами и ядрами. Все это позволило утверждать, что теория Юкавы относится не к р.-мезонам, а к тс-мезонам. В настоящее время т>мезон является не только частицей космических лучей, его полу­ чают в лаборатории и свойства его хорошо изучены (см. § 8).

Чтобы определить характер ядерных сил в мезонной теории по крайней мере в первом приближении, мы выве­ дем уравнение мезонного поля, аналогичное уравнению —4тгр, описывающему статическую часть электро­ магнитного поля. Волновое уравнение, описывающее поле, должно быть уравнением Шредингера для кванта поля,