Юный техник, 1956 № 02 - [6]
Ответ на эти принципиальные вопросы дал японский физик Юкава. Он выдвинул очень интересную гипотезу о свойствах частиц, которыми обмениваются протон и нейтрон. Именно они, эти частицы, и обусловливают ядерные силы. Во-первых, эти частицы должны быть прочно связаны с протонами и нейтронами. А во-вторых, их масса должна быть тем больше, чем короче радиус действия силы. При тех расстояниях, на которых сказываются ядерные силы, масса частицы должна составлять 1/7 массы протона. Это было своего рода предсказанием: если ядерные силы вызваны обменом какими-то частицами, то масса этих частиц должна быть около 200 электронных единиц. Эти предполагаемые частицы назвали мезонами.
Здесь мы подходим к одному из сложнейших вопросов современной науки. Если мезон имеет массу и все время тесно связан с протонами и нейтронами, то почему же его масса не сказывается на массе этих частиц? А если он появляется лишь в момент их сближения, то откуда же он возникает?
Чтобы хоть немного облегчить понимание этих явлений, рассмотрим очень приблизительную аналогию. Наверное, каждый знает, что белый фосфор обладает способностью светиться в темноте. Объясняется это явление просто. Энергия, приносимая лучами при освещении фосфора, возбуждает его атомы.
Она словно растворяется в нем. А затем атом, переходя из возбужденного состояния в обычное, отдает энергию в виде свечения. Свечение, как и любая электромагнитная энергия, излучается определенными порциями — фотонами. Современная физика рассматривает фотон не только как порцию энергии, но и как некоторую частицу. Откуда же берутся эти фотоны при свечении фосфора? Они словно растворены в возбужденном атоме, находятся в нем в скрытом виде.
Что-то подобное происходит и с мезонами. Они тоже словно растворены в ядре, находятся в нем в неявном виде. И именно они обеспечивают ядру его необычайную устойчивость и компактность. Для перевода мезонов из неявного состояния в свободное необходима значительная энергия. И если какая-нибудь частица приносит в ядро такую энергию, это приводит к серьезным изменениям в ядре, сопровождающимся как бы «рождением» мезона в явном виде.
Проблема ядерных сил очень сложна и, по существу, еще не решена. Она изучается много лет, но чем подробнее мы знакомимся с ядерными силами, тем более сложной она представляется.
Прошлой три года после создания Юкава своей теории, и частицы, о говорил, действительно были обнаружены Андерсеном и Н…майером в космическом излучении. Они получили название (мю) — мезонов. Теоретики рассматривали это открытие как триумф мезонной теории ядерных сил.
Почти десять лет μ-мезоны тщательно изучались. Все их свойства сходились с предсказаниями Юкава. Оставалось совсем немногое: доказать, что они взаимодействуют с протонами и нейтронами так как говорила теория.
Здесь-то физику и ждало глубокое разочарование: μ-мезоны не оправдали возлагавшихся на них надежд. Они не подчинялись теории Юкава. Что же, значит, она не верна и от мезонной теории ядерных сил, на построение которой ученые потратили столько времени и труда и которая казалась такой плодотворной, надо отказаться? Это было бы очень тяжелым ударом.
Английский физик Пауэлл совершенно неожиданным образом подтвердил ее. Он доказал, что мезоны космических лучей — это не мезоны Юкава, а несколько иные частицы, а в 1948 году открыл новую частицу — π (пи) — мезон, которая вела себя совершенно так как предсказывал японский ученый.
Немногие открытия приносят ученым столько новых трудностей, сколько принесли мезоны. Оказалось, что и μ-мезоны и π-мезоны очень неустойчивы. Время жизни их измеряется миллионными и миллиардными долями секунды. А затем они распадаются на более легкие и устойчивые частицы.
Изучение распада μ-мезонов привело к открытию еще одной удивительной частицы. Вначале казалось, что μ-мезон просто превращается в электрон или позитрон. В камере Вильсона было ясно видно, как μ-мезон порождает лишь одну частицу. Но расчеты показали, что по закону сохранения энергии должны возникнуть по меньшей мере еще две частицы, не имеющие заряда и почти не имеющие масса. Они получили название нейтрино, что значит очень маленький электрон. Эта одна из самых загадочных и наименее поддающихся изучению частиц. Даже следов ее еще никто не видел.
* * *
>Боба Белоручкин грустно поведал Верхоглядкину о только что полученной двойке.
>- И чего твой Дотошкин не изобретет аппарат для ликвидации двоек?
>- Постой, ведь для этой цели можно приспособить "РПД"! — воскликнул Верхоглядкин!
>(см. стр.23)
* * *
— А теперь, — говорит Пайерлс, — мы подходим к одному из самых замечательных предвидений и открытий двадцатого века.
Мы уже говорили о позитроне, который является как бы «электроном» наоборот, электроном с положительным зарядом.
Теоретики предсказывали, что раз существует положительный электрон (позитрон), то должен существовать отрицательный протон — антипротон. Можно даже представить себе «обращенные» атомы с ядром из отрицательных антипротонов, окруженным облаком положительных электронов — позитронов.
Самое интересное, что свойства такого «антиатома» ни чем не будут отличаться от свойств обычного.
