Всего лишь кинематика - Копылов Г.И.
Скачать (прямая ссылка):
этап, А не пришло ли время браться нам за задачи потрудней? Есть очень
частый тип распадов, каких мы вовсе не касались. Это распады на три
частицы.
Известно, например, что и Ки ы0-, и т^-мезоны распадаются на три л-
мезона. На протон, электрон и антинейтрино распадаются всем известные
нейтроны. Мю-плюс-мезоны за 10-в с распадаются на позитрон и пару
нейтрино - антинейтрино. Бывают случаи н посложнее, Один из резонансов
распадается на пару частиц л- и о.)°-мезон, а ы°-мезон распадается на три
л-мезона. И так далее.
Но мы не будем уточнять тип распада. Пусть просто частица О распадается
натри другие частицы; 1, 2 и 3. Пусть она к тому же покоится. Что говорят
об этом распаде законы сохранения? Выпишем их;
Et+Ea + E,=m; (1)
Р^Р. + Р.^О*). (2)
Надо еще добавить сюда соотношения инвариантности
Е'\ ~~Р\ = т], ?" - Pl = mS, E\ - PI = m'i (3)
и исследовать свойства решений полученной системы
уравнений, как это мы делали при распаде на две частицы,
Тогда мы обнаружили, что энергия частицы 1 полностью определяется массами
частиц О, 1 и 2;
Еi =-----?5----- ' W
затем выяснили, что на направление частицы 1 никаких
*) Из этого равенства видно, что все три вектора Pi. Р2, Ря компланарны
(лежат в одной плоскости). Напомним, что в распаде ка Две частицы Р, и Ps
лежали на одной прямой (см. формулу (2) гл. 9).
131
ограничений не бывает, и узнали еще многие другие детали распада.
Но что нам мешает распад на три частицы выдать за распад на две? Примем
пару частиц 2 и 3 за одну частицу с энергией ?*+?" и импульсом Pt+ Р8.
Обозначим ее 23, объединяя в этом числе 2 и 3. Чтобы она действительно
сошла за частицу, надо еще снабдить ее массой. За эту массу мы примем
инвариант
яц, = ]/(?;+?s)*-(Pr+Ps)\ (5)
потому что если бы частица 23 была реальной и дейст-
вительно распадалась на 2 и 3, то ее масса была бы именно такой, как
написано.
Итак, у нас есть частица О, распадающаяся в покое
на частицы 1 и 23 с массами пч и m,3l и мы по формуле
(4) можем написать, чему равна энергия частицы 1:
=, (6)
Ничего не стоит теперь нарисовать импульсный ежик, начертить эллипсоид,
словом, решить все задачи из гл. 9-11. Однако здесь есть одно большое
"но". Прежде масса второй рождаемой в распаде частицы была фиксированной.
Теперь же тгз-величина переменная. Она зависит от того, как разлетятся
частицы 2 и 3 и каковы их энергии. Значит, и ?* уже не будет во всех
случаях распада О-Я +23 одной и той же. И вычерчивание ежика теряет
смысл. При распаде одной частицы на три их энергии непостоянны и не
определяются одними массами частиц. Энергии могут меняться от случая к
случаю, от одного увиденного распада к другому.
Открытие нейтрино
Кинематика - служанка физики. Каждое свое наблюдение, каждый вывод она
стремится немедленно предложить в помощь либо теории, либо эксперименту.
И даже тот вывод, который мы только что отметили, тоже в свое время
сыграл важную роль в физике. Факт сам по себе незамысловат: распад
покоящейся частицы на две отличается от распада на три тем, что в первом
случае частицы рождаются всегда с одной и той же энергией, во втором - с
разной. Но он послужил осно-
132
вой открытия самой невероятной из всех элементарных частиц - нейтрино.
Дело обстояло так: уже давно наблюдали р-распад ядер. Явление заключалось
в том, что то или иное ядро иногда само по себе внезапно испускало
электроны (р-излучение - это поток электронов или позитронов),
превращаясь в другое ядро с электрическим зарядом на единицу выше или
ниже. Шла, по всей видимости, реакция, похожая на уже знакомый нам по гл.
10 у-распад:
Я*">Я+е~. (7)
Но если это так, то все электроны в данном типе распада получались бы с
одной и той же энергией. Между тем-оказалось, что энергии электронов в p-
распаде от случая к случаю меняются очень сильно. Когда долго следишь за
p-распадом ядер одного типа, то встречаются электроны всевозможных
энергий - от небольших до довольно значительных (рис. 47).
Если бы Это явление было обнаружено недавно, уже после открытия множества
резонансов, то не было бы вопроса, как объяснить его: ясно, сказали бы
мы, в Р-распадё рождается еще по крайней мере одна невидимая частица.
Что-то вроде п°-мезона, только полегче (полегче потому, что разница масс
Я* и Я небольшая).
Не было бы сомнений, что на самом деле реакция идет так:
Я*~*Я+е-+Х(r) (8)
и что для определения массы частицы Х" надо измерить векторы импульсов
частиц Я и г и подсчитать недостающую массу. Но в начале 30-х годов,
когда, кроме электронов и протонов, ни о каких прочих элементарных
частицах и речи не было,- в те времена такая мысль показалась бы чересчур
смелой: "Как,- воскликнул бы в ту пору чуть ли не всякий физик,- вводить
еще одну частицу только ради того, чтобы она унесла с собой недостающую
энергию и импульс? Частицу, служащую
Ев
Рис. 47. Типичный спектр энергий электронов в р-распаде.
По горизонтали отложены встречающиеся в, распаде энергии электронов, по
вертикали -как часто эти анергнн встречаются.
