ВУЗ: Не указан
Категория: Не указан
Дисциплина: Не указана
Добавлен: 23.10.2024
Просмотров: 76
Скачиваний: 0
§ 5. |
Спин и |
статистика |
37 |
нироваться с вращательными |
состояниями |
с четными /, |
|
а антисимметричные |
спиновые |
функции - с |
нечетными |
Учитывая статистический вес спиновых состояний, мы получаем,- что интенсивность четных вращательных линий будет в (/ + 1)// раз больше интенсивности соседних нечетных вращательных линий. -
3
со
Ф и г. 4. Чередование интенсивностей
вполосатых спектрах.
Вслучае статистики Ферми спиновые функции и вра щательные состояния комбинируются противоположно
разобранному выше |
случаю, |
так что |
более интенсивными |
в отношении ( / + 1)// будут нечетные |
вращательные линии. |
||
Таким образом, |
из того, |
какие |
из линий являются |
более интенсивными — четные или нечетные, — определяется
статистика ядер, а |
из измерения отношения интенсивно |
стей смежных линий можно определить спин ядра. |
|
Основанием для |
сравнения смежных линий является то, |
что интенсивность вращательных линий меняется с / (если пренебречь ядерным спином) в соответствии с числом ато
мов, |
находящихся |
во |
вращательном состоянии, т. е. в соот |
||
ветствии с распределением Больцмана |
|
|
|||
|
|
(2/+1)ехр [ - ^ ] |
, |
(5.6) |
|
где |
Е (/) = Bl (I + |
1), |
а коэффициент |
В постоянен |
(около |
0,01 |
эв для Н2 ). |
|
Больцмана дает |
плавное изменение |
|
Это распределение |
|||||
интенсивности, относительно которого четные и нечетные состояния чередуются по интенсивности (фиг. 4).
38 |
|
|
Часть I. |
Описательная |
теория |
ядер |
|
|
||
Экспериментальные результаты по измерению полоса |
||||||||||
тых |
спектров приводят, |
как |
уже упоминалось |
выше, |
||||||
к тому, |
что |
ядра |
с четным |
А |
подчиняются |
статистике |
||||
Бозе, |
а |
ядра |
с нечетным |
Л —статистике |
Ферми. |
Экспери |
||||
ментальные |
данные |
о ядерных |
|
спинах |
приведены |
в виде |
||||
таблицы в Приложении. Из этих данных следует одно эмпирическое правило, не знающее исключения, а именно:
спин |
всех ядер |
с |
четным Z |
и четным |
А |
равен нулю. |
|
||||
|
|
§ 6. БЕТА-РАСПАД И НЕЙТРИНО |
|
|
|
||||||
Отрицательный |
[3-распад |
состоит |
в превращений |
ней |
|||||||
трона |
в |
протон |
и электрон. |
Так |
как |
предполагается, |
что |
||||
все три |
частицы |
имеют спин V2 и |
подчиняются |
стати |
|||||||
стике |
Ферми, |
то |
эта реакция |
приводит |
к |
несохранению |
|||||
спина |
и статистики, если не предположить, |
что |
одновре |
||||||||
менно испускается еще частица со спином Va и статисти
кой Ферми. Для |
сохранения заряда |
эта |
частица должна |
|||
быть |
нейтральной. |
Ясно также, |
что |
ее масса должна быть |
||
мала |
и |
поэтому |
она названа |
нейтрино |
(по-итальянски |
|
«что-то |
маленькое |
нейтральное»). |
|
|
|
|
1. РАСПРЕДЕЛЕНИЕ ПО ЭНЕРГИЯМ ЭЛЕКТРОНОВ
Испускаемые (3-частицы не обладают определенной энергией, а имеют непрерывное распределение по энергиям с определенным максимальным значением Е0 (фиг. 5).
Поэтому нейтрино необходимо ввести также и для сохра нения энергии. Предполагается, что оно забирает осталь ную энергию £ 0 — Е, где Е — энергия электрона. Эта гипотеза хорошо подтверждается тем фактом, чтоГмакси-
§ |
6. |
Бета-распад и |
нейтрино |
зе |
мальная энергия |
электрона равна |
с точностью до экспери |
||
ментальных ошибок |
выделяемой |
при реакции |
энергии, |
|
(определяемой по данным о массах). Это показывает также,
что массу нейтрино надо считать очень малой. |
|
|||||||
Экспериментальными |
данными, |
непосредственно |
под |
|||||
тверждающими |
эту |
гипотезу, могут служить, например, |
||||||
данные, о ^-распаде Н 3 |
в Не3 , для |
которого |
хорошо |
изме |
||||
ренное максимальное значение кинетической энергии |
элек |
|||||||
трона составляет всего 18,5 ± 0,5 |
кэв. |
|
|
|
|
|||
Были выполнены тщательные измерения энергетиче |
||||||||
ского порога реакции |
Н 3 ( р , л ) Н е 3 |
(см., |
например, |
Ташек |
||||
и др. [74]). Сначала |
измерялось |
значение |
энергии |
пада |
||||
ющего протона, |
соответствующее |
порогу |
реакции, |
затем |
||||
оно пересчитывалось |
в |
систему центра |
масс |
при помощи |
||||
коэффициента 8 / 4 . Баланс массы-энергии |
дает |
|
|
|||||
(763,7 ± 1 ) к»в + Н 8 + Н 1 = Не8 + |
п, |
|
||||||
или |
|
|
|
|
|
|
|
|
Не3 |
- Н 3 |
= 7 6 3 , 7 - ( n - Н 1 ) |
кэв = |
|
||||
|
|
= |
— 19,3 ± 1,3 кэв |
(измеренное), |
||||
где значение разницы масс нейтрона и протона взято из дру гих реакций, куда не входит нейтрино, а также из массспектрографических данных и составляет 783 ± 1,5 кэв.
Энергия, выделяющаяся при (3-распаде, в точности равна разности масс Н 3 — Не3 , так что.
|
|
•Евыдел. = |
+ 19,3 ± 1>3 |
кэв. |
|
|
Это |
значение |
совпадает |
с измеренным |
максимумом |
энер |
|
гии |
электрона, |
и из энергетического баланса |
прямо |
сле |
||
дует, что масса нейтрино должна быть меньше |
1 или 2 кэв, |
|||||
причем эта величина определяется неточностью измерений.
Сравнение теории [3-распада с измеренной формой |
^-спектра |
|||
Н 3 позволяет получить |
даже более |
низкую |
границу для |
|
массы нейтрино: масса |
определенно |
меньше |
7з |
кэв. |
2. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ ДОКАЗАТЕЛЬСТВО СУЩЕСТВОВАНИЯ НЕЙТРИНО
Единственным процессом, о котором с определённостью можно сказать, что он должен вызываться свободным
40 |
Часть 1. Описательная теория ядер |
нейтрино, является процесс, обратный ^-распаду, т. е. реакция типа
п + ч—> Н 1 Ч-р~
(через ч обозначено нейтрино). Практически для наблю дения этого процесса необходимо использовать нейтроны, связанные в каком-либо ядре, например,
L i 7 + v—> Ве7 + р~.
Этот процесс может иметь место, если энергия-падающего нейтрино достаточна для компенсации разности масс между •Be7 и L i 7 .
Поперечное сечение такой реакции должно быть крайне малым. Порядок его величины определяется поперечным сечением попадания в ядро (около 10 " а 4 см2) и вероятно стью р-распада внутри ядра (около 10~20 см2), так что поперечное сечение должно быть порядка 10~44 см2, что соответствует средней длине свободного пробега в твердом веществе порядка сотни световых лет. Тем не менее обрат ный процесс, вероятно, уже наблюдался1 ). Использовалась
реакция |
испускания |
позитрона |
|
|
|
|
|
|
||||
|
|
|
|
|
v + H i - » p * + ni. |
|
|
|
(6-1) |
|||
требующая |
энергии |
нейтрино |
по |
крайней |
мере 1,80 Мэв. |
|||||||
В опытах |
|
Коуэна |
и |
Рейнса |
[23] |
применялись |
счетчики |
|||||
объемом |
|
0,28 |
м3, |
наполненные |
сцинтиллирующей |
|||||||
жидкостью. Для |
регистрации |
световых |
квантов, |
воз |
||||||||
никающих |
в |
любой |
части |
этого |
большого |
объема, |
||||||
служили |
90 |
фотоумножителей. |
С |
их |
помощью |
оты |
||||||
скивались |
пары |
импульсов, |
|
разделенных |
по |
времени |
||||||
на несколько сотен микросекунд. Реакция |
(6. 1) |
должна |
||||||||||
приводить |
к таким совпадениям, так как первый |
иониза |
||||||||||
ционный |
|
импульс |
вызывается |
испускаемым позитроном |
||||||||
(и т-лучами в результате его аннигиляции) не позже, чем через 10: 9 сек после акта распада, а запаздывающий импульс возникает много позже от f-лучей, испускаемых при за хвате нейтрона, после того как он замедлится до тепловых
5 ) |
Последние данные [С о w а п С. L . , R е i п е s F . , Phys. |
|
Rev., |
107, 1609 (1957)] дают |
верхнюю границу для сечения этого |
процесса <J<4 - 10 - 4 5 СМ2.—Прим. |
ред. |
|