Cтраница 3
Средняя энергия частиц первичного космического излучения ( на верхней границе атмосферы) составляет около 104 Мэе; отдельные частицы обладают энергией порядка 101а Мзв. При взаимодействии таких частиц с веществом происходят принципиально новые ядерные реакции, изучение которых углубляет наши знания о свойствах ядер и элементарных частиц. Именно в этом состоит главная научная ценность космических лучей. Уместно отметить, что большинство элементарных частиц было впервые обнаружено в космических лучах. [31]
Из уравнения Шредингера следует, что это свойство должно сохраняться во времени. Бозе ( 1924) для световых квантов, а затем обобщена А. Ферми ( 1925) для электронов, а ее связь с квантовой механикой была выяснена II. Паули теоретически обосновал полученное на опыте правило, согласно к-рому частицы, обладающие полуцелым спином, подчиняются статистике Ферми, а частицы с целым спином - статистике Бозе. Большинство элементарных частиц - электроны, позитроны, протоны, нейтроны, и-мезоны - подчиняются статистике Ферми. Фотоны, я-мезоны, а также сложные частицы, состоящие из четного числа элементарных частиц, подчиняются статистике Бозе. [32]
Но у сильных взаимодействий есть и слабые стороны, позволяющие в ряде ситуаций выдвигаться на первый план другим взаимодействиям. Во-первых, сильные взаимодействия - самые короткодействующие в природе. Их роль быстро становится ничтржной при переходе к расстояниям, превышающим 10 - 13 см. Поэтому, например, обеспечивая стабильность ядер, эти силы практически не влияют на атомные явления ( см. гл. Другим слабым местом сильных взаимодействий является их неуниверсальность. Существуют частицы ( фотон, электрон, мюон, нейтрино), которые не подвержены действию сил, обусловленных сильными взаимодействиями, и не могут рождаться за счет сильных взаимодействий при столкновениях. К адронам принадлежит большинство известных элементарных частиц. Наконец, третьим ограничительным свойством сильных взаимодействий является то, что для них существует ряд законов сохранения, не выполняющихся по отношению к другим взаимодействиям. Ограничения такого рода мы подробно рассмотрим в последующих трех параграфах, а в § 7 поясним, как это связано с симметриями различных взаимодействий. [33]
Но у сильных взаимодействий есть и слабые стороны, позволяющие в ряде ситуаций выдвигаться на первый план другим взаимодействиям. Во-первых, сильные взаимодействия - самые короткодействующие в природе. Их роль быстро становится ничтожной при переходе к расстояниям, превышающим 10 - 13 см. Поэтому, например, обеспечивая стабильность ядер, эти силы практически не влияют на атомные явления ( см. гл. Другим слабым местом сильных взаимодействий является их неуниверсальность. Существуют частицы ( фотон, электрон, мюон, нейтрино), которые не подвержены действию сил, обусловленных сильными взаимодействиями, и не могут рождаться за счет сильных взаимодействий при столкновениях. К адронам принадлежит большинство известных элементарных частиц. Наконец, третьим ограничительным свойством сильных взаимодействий является то, что для них существует ряд законов сохранения, не выполняющихся по отношению к другим взаимодействиям. Ограничения такого рода мы подробно рассмотрим в последующих трех параграфах, а в § 7 поясним, как это связано с симметриями различных взаимодействий. [34]
На рис. 1.1 изображена в логарифмическом масштабе шкала различных характерных длин в ядерной физике. Расстояниям порядка 1СГ11 см соответствуют процессы взаимодействия у-квантов с электронами и их двойниками - позитронами ( см. гл. Например, такие расстояния характерны для комптон-эффекта - рассеяния уквантов на электронах. Между 10 - 12 и 10 - 13 см располагаются радиусы атомных ядер. Размеры примерно 10 - 13 см имеют протоны и нейтроны - частицы, из которых составлены атомные ядра. Этим же расстоянием определяется радиус действия сил между протонами, нейтронами и большинством других элементарных частиц. Поэтому длина 1 ферми 10 - 13 см является самым характерным расстоянием для всей ядерной физики. Отметим, что не все элементарные частицы имеют размеры порядка 10 - 13 см. Радиусы электронов и некоторых других частиц столь малы, что до сих пор не поддаются наблюдению. [35]
На рис. 1.1 изображена в логарифмическом масштабе шкала различных характерных длин в ядерной физике. Расстояниям порядка 10 11 см соответствуют процессы взаимодействия Y-квантов с электронами и их двойниками - позитронами ( см. гл. Например, такие расстояния характерны для комптон-эффекта - рассеяния у-квантов на электронах. Между 1СГ12 и 10 - 13 см располагаются радиусы атомных ядер. Размеры примерно 10 - 13 см имеют протоны и нейтроны - частицы, из которых составлены атомные ядра. Этим же расстоянием определяется радиус действия сил между протонами, нейтронами и большинством других элементарных частиц. Поэтому длина 1 ферми 10 - 13 см является самым характерным расстоянием для всей ядерной физики. Отметим, что не все элементарные частицы имеют размеры порядка 10 - 13 см. Радиусы электронов и некоторых других частиц столь малы, что до сих пор не поддаются наблюдению. [36]