Cтраница 3
В полевой картине взаимодействия нужно считать, что взаимодействие ядерных частиц - нуклонов - также осуществляется через посредство особого ядерного поля, путем обмена квантами этого поля. Сравнительно долго выяснялось, что представляют собой кванты ядерного поля. Вначале считали, что ими должны быть электроны. [31]
Этот мезон по существу и является тем квантом ядерного поля, который был предсказан Юкава. Пи-мезоны имеют нулевой спин, массу 273т0 и время жизни 2 - 10 - 8 сек. Они сильно взаимодействуют с ядрами и ответственны за основную часть ядерных сил. [32]
Заключается в передаче ( в момент ядерного взаимодействия) от одного нуклона к другому каких-либо легких частиц, например электронов и нейтрино. Тамм показал, что эти частицы не могут быть квантами ядерного поля, так как с их помощью нельзя одновременно объяснить малый радиус ядерных сил и большую энергию связи. Других же частиц в то время известно не было. [33]
Они в основном определяют устойчивость атомных ядер, расстояние между энергетическими уровнями в ядрах, энергию связи ядер, ядерные силы, выделение энергии при делении урана. К сильным взаимодействиям относятся также взаимодействия нуклонов с пионами и каонами, являющимися квантами ядерного поля и некоторые Другие. [34]
Значение R 2 - 10 - 13 см требует, чтобы масса виртуальной частицы была в 200 раз больше массы электрона. Подобно тому как при поглощении некоторой энергии сталкивающихся заряженных частиц квант электромагнитного поля ( виртуальный фотов:) может стать реальной частицей физического мира, квант ядерного поля может реализоваться как физическая частица при столкновении нуклонов, если энергии при этом достаточно для обеспечения массы покоя этого кванта. К сожалению, с возрастанием энергии сталкивающихся нуклонов начинают рождаться другие, так называемые странные частицы, роль которых для поля ядерных сил пока не выяснена. До сих пор не существует сколь-нибудь полной теории такого поля, опирающейся на мезонный обмен, однако приближенные теории представляют собой ценный инструмент при проведении исследований. [35]
Первой частицей с близкой к ожидавшейся массой был ц-мезон. Его открытие, однако, в конечном счете даже пошатнуло теорию, ибо jo - мезон обнаруживает лишь слабое взаимодействие с ядрами - поведение, едва ли допустимое для кванта ядерного поля. Спустя несколько лет было установлено, что ц-мезон является продуктом распада я-мезона, который сильно взаимодействует с ядрами. [36]
Содержание второго этапа теории ядерных сил связано с развитием классической и квантовой мезодинамики и выяснением характера ядерных сил, обусловленных испусканием одними нуклонами заряженных и нейтральных мезонов и поглощением их другими нуклонами. Когда в 1937 г. в космических лучах были открыты ( л-мезоны с массой около 206ше ( те - масса электрона) ( Андерсон и Неддермейер), можно было подумать, что мы здесь имеем дело с квантами ядерного поля в свободном состоянии. Лишь в открытых в 1947 г. ( сперва в космических лучах, а затем в лабораторных условиях при столкновении нуклонов высокой энергии) заряженных тт; - мезонов с массой около 273те ( Пауэлл) и нейтральных тго-мезонов с массой около 264 тие ( Бьорклунди др., 1950) были окончательно обнаружены в свободном состоянии основные кванты ядерного поля, излучаемые нуклонами. [37]
Наиболее легкие из них я-мезоны: положительные, отрицательные и нейтральные. Их массы составляют 264 1 ( л) и 273 1 ( я. Пионы являются квантами ядерного поля, подобно тому как фотоны - кванты электромагнитного поля. Еще имеются четыре / ( - мезона и один т ] - мезон. [38]
Ядерные частицы - нуклоны - являются источниками особого ядерного поля, характеризующего ядерные силы. Ядерное поле следует определить как особую форму материи, обусловливающую ядерные взаимодействия нуклонов. Как показал И. Е. Тамм, квантами ядерного поля не могут быть легкие частицы - электроны. Расчеты, которые мы не приводим, показывают, что обмен электронами не может объяснить одновременно малый радиус ядерных сил и большую энергию связи в ядрах. [39]
Идея Тамма придавала особенно наглядный смысл таким свойствам ядерного взаимодействия, как обменный характер ( для объяснения которого надо предполагать, что протон и нейтрон в процессе взаимодействия обмениваются своими зарядами) и вытекающее из него насыщение. Очень естественно, казалось, считать, что механизм обмена заключается в передаче ( в момент ядерного взаимодействия) от одного нуклона к другому каких-либо легких частиц, например электронов и нейтрино. Тамм показал, что эти частицы не могут быть квантами ядерного поля, так как с их помощью нельзя одновременно объяснить малый радиус ядерных сил и большую энергию связи. Других же частиц в то время известно не было. [40]
Эти частицы были названы ji - мезо-нами ( IL и ц), и ошибочно им приписывалась роль мезонов Юкавы. Последующие исследования свойств - мезонов показали, что они очень незначительно взаимодействуют с нуклонами - примерно в 1010 раз слабее, чем если бы они действительно были квантами ядерного поля, поэтому они не могут выполнять роль мезонов Юкавы. [41]
Содержание второго этапа теории ядерных сил связано с развитием классической и квантовой мезодинамики и выяснением характера ядерных сил, обусловленных испусканием одними нуклонами заряженных и нейтральных мезонов и поглощением их другими нуклонами. Когда в 1937 г. в космических лучах были открыты ( л-мезоны с массой около 206ше ( те - масса электрона) ( Андерсон и Неддермейер), можно было подумать, что мы здесь имеем дело с квантами ядерного поля в свободном состоянии. Лишь в открытых в 1947 г. ( сперва в космических лучах, а затем в лабораторных условиях при столкновении нуклонов высокой энергии) заряженных тт; - мезонов с массой около 273те ( Пауэлл) и нейтральных тго-мезонов с массой около 264 тие ( Бьорклунди др., 1950) были окончательно обнаружены в свободном состоянии основные кванты ядерного поля, излучаемые нуклонами. [42]
Ядро, претерпевшее удар, мгновенно испаряется. Быстрые протоны, нейтроны, иногда более тяжелые осколки, разлетаются в разные стороны. Заряженные частицы оставляют жирные следы, образующие характерную фигуру звезды. Это - кванты ядерного поля, излучаемые при ускорении ядерных частиц - носителей ядерного заряда, наподобие того как фотоны - кванты электромагнитного поля - излучаются при ускорении частиц, несущих электрический заряд. Существенное различие состоит в том, что масса покоя фотона равна нулю, поэтому фотоны могут обладать любой, сколь угодной малой энергией. Масса же покоя пиона превышает массу покоя электрона примерно в 270 раз, так что для рождения пиона нужна энергия, не меньшая - - 140 - 10е ав. Вот почему они не могут возникать при радиоактивных превращениях атомных ядер и рождаются лишь при столкновениях частиц достаточно большой энергии. [43]
Ядро, претерпевшее удар, мгновенно испаряется. Быстрые протоны, нейтроны, иногда более тяжелые осколки, разлетаются в разные стороны. Заряженные частицы оставляют жирные следы, образующие характерную фигуру звезды. Это - кванты ядерного поля, излучаемые при ускорении ядерных частиц - носителей ядерного заряда, наподобие того как фотоны - кванты электромагнитного поля - излучаются при ускорении частиц, несущих электрический заряд. Существенное различие состоит в том, что масса покоя фотона равна нулю, поэтому фотоны могут обладать любой, сколь угодной малой энергией. Вот почему они не могут возникать при радиоактивных превращениях атомных ядер и рождаются лишь при столкновениях частиц достаточно большой энергии. [44]
Это означает, что в мезоатоме свинца ц - - мезон находится 7 - 10 - 8 сек внутри ядра и не поглощается им. Этот результат имеет большое значение. С другой стороны, время 10 - 8 сек в 1014 раз больше - ядерного времени ( 10 - 22 сек), которое характеризует внутриядерные взаимодействия. Это означает, что л-мезоны взаимодействуют с ядрами в 1014 раз слабее, чем это необходимо для обеспечения короткодействующего характера ядерных сил. Другими словами, А-мезоны не могут быть квантами ядерного поля, обеспечивающими взаимодействие нуклонов в ядре. [45]