Элементарная частица. Именная частица A b частицы
B-ЧАСТИЦА
см. Бета-частица.
Медицинские термины. 2012
Смотрите еще толкования, синонимы, значения слова и что такое B-ЧАСТИЦА в русском языке в словарях, энциклопедиях и справочниках:
- ЧАСТИЦА
или молекула — см. Химия, … - ЧАСТИЦА в Энциклопедическом словаре:
1, -ы, ж. 1. Небольшая часть, степень, количество чего-н. Мельчайшая ч. Ч. таланта. 2. То же, что элементарная час-типа (спец.). … - ЧАСТИЦА в Энциклопедии Брокгауза и Ефрона:
или молекула? см. Химия, … - ЧАСТИЦА в Полной акцентуированной парадигме по Зализняку:
части"ца, части"цы, части"цы, части"ц, части"це, части"цам, части"цу, части"цы, части"цей, части"цею, части"цами, части"це, … - ЧАСТИЦА в Тезаурусе русской деловой лексики:
Syn: искра, крупинка, … - ЧАСТИЦА в Тезаурусе русского языка:
Syn: искра, крупинка, … - ЧАСТИЦА в словаре Синонимов русского языка:
Syn: искра, крупинка, … - ЧАСТИЦА в Новом толково-словообразовательном словаре русского языка Ефремовой:
1. ж. 1) а) Небольшая часть, маленькая доля чего-л. целого. б) перен. Небольшая степень, небольшое количество; крупица. 2) Простейшая, элементарная … - ЧАСТИЦА в Полном орфографическом словаре русского языка:
частица, -ы, тв. … - ЧАСТИЦА в Орфографическом словаре:
част`ица, -ы, тв. … - ЧАСТИЦА в Словаре русского языка Ожегова:
1 небольшая часть, степень, количество чего-нибудь Мельчайшая ч. Ч. таланта. частица 2 В грамматике: служебное слово, участвующее в образовании форм … - ЧАСТИЦА в Словаре Даля:
(abbreviation) частица (часть … - ЧАСТИЦА в Толковом словаре русского языка Ушакова:
частицы, ж. 1. Маленькая доля, часть чего-н. Мельчайшая частица пыли. Я готова сию минуту лишиться детей, имения и всего, что … - ЧАСТИЦА в Толковом словаре Ефремовой:
частица 1. ж. 1) а) Небольшая часть, маленькая доля чего-л. целого. б) перен. Небольшая степень, небольшое количество; крупица. 2) Простейшая, … - ЧАСТИЦА в Новом словаре русского языка Ефремовой:
I ж. 1. Небольшая часть, маленькая доля чего-либо целого. отт. перен. Небольшая степень, небольшое количество; крупица. 2. Простейшая, элементарная часть … - ЧАСТИЦА в Большом современном толковом словаре русского языка:
I ж. 1. Небольшая часть, доля чего-либо целого. 2. Небольшое количество чего-либо; крупица. II ж. 1. Простейшая, элементарная часть в … - ЭЛЕМЕНТАРНЫЕ ЧАСТИЦЫ
частицы. Введение. Э. ч. в точном значении этого термина - первичные, далее неразложимые частицы, из которых, по предположению, … - УСКОРИТЕЛИ ЗАРЯЖЕННЫХ ЧАСТИЦ в Большой советской энциклопедии, БСЭ:
заряженных частиц - устройства для получения заряженных частиц (электронов, протонов, атомных ядер, ионов) больших энергий. Ускорение производится с помощью электрического … - КВАНТОВАЯ ТЕОРИЯ ПОЛЯ в Большой советской энциклопедии, БСЭ:
теория поля. Квантовая теория поля - квантовая теория систем с бесконечным числом степеней свободы (полей физических).К. т. п., … - КВАНТОВАЯ МЕХАНИКА в Большой советской энциклопедии, БСЭ:
механика волновая механика, теория устанавливающая способ описания и законы движения микрочастиц (элементарных частиц, атомов, молекул, атомных ядер) и их систем … - АНТИЧАСТИЦЫ в Большой советской энциклопедии, БСЭ:
группа элементарных частиц, имеющих те же значения масс и прочих физических характеристик, что и их "двойники" - частицы, но … - АЛЬФА-РАСПАД в Большой советской энциклопедии, БСЭ:
(a-распад), испускание альфа-частиц атомными ядрами в процессе самопроизвольного (спонтанного) радиоактивного распада (см. Радиоактивность) . При А.-р. из радиоактивного ("материнского") … - АВТОФАЗИРОВКА в Большой советской энциклопедии, БСЭ:
явление, обеспечивающее ускорение электронов, протонов, альфа-частиц, многозарядных ионов до высоких энергий (от нескольких Мэв до сотен Гэв) в большинстве … - ЭЛЕКТРОМЕТАЛЛУРГИЯ
- ФРАНЦЕНСБАД в Энциклопедическом словаре Брокгауза и Евфрона:
(Franzensbad или Kaiser-Franzensbad) — известный австрийский курорт в Чехии, в 41/2 км от города Эгера, на высоте 450 м над … - ФАРФОР в Энциклопедическом словаре Брокгауза и Евфрона:
(произв.). — Ф. относится к отделу керамических изделий (см. Гончарное производство) с непроницаемым для жидкостей черепом; от каменных изделий (gr?s) … - ТАБЛИЦЫ ФИЗИЧЕСКИЕ в Энциклопедическом словаре Брокгауза и Евфрона:
Физическими Т. называется свод численных данных, характеризующих физические свойства различных веществ. В таких Т. помещают обыкновенно те данные, которые могут … - ТАБЛИЦЫ ДЛЯ ПЕРЕВОДА МЕТРИЧЕСКИХ ДЕСЯТИЧНЫХ МЕР В РУССКИЕ И РУССКИХ - В МЕТРИЧЕСКИЕ в Энциклопедическом словаре Брокгауза и Евфрона:
В Энциклопедическом Словаре принято употребление вообще десятичных мер, система которых по простоте своей обещает скоро сделаться международной. Основной единицей ее … - СТАЧКИ РАБОЧИХ в Энциклопедическом словаре Брокгауза и Евфрона:
I В тесном смысле С. называется совместное прекращение работы на предпринимателя, с целью достижения от него более выгодных для рабочих … - СПИРТОМЕТРИЯ в Энциклопедическом словаре Брокгауза и Евфрона:
С. или алкоголиметрией называется совокупность методов, служащих для определения количества алкоголя (безводного спирта, этилового спирта) в разного рода спиртовых жидкостях, … - СПИРТ, ПРОИЗВОДСТВО И ПОТРЕБЛЕНИЕ в Энциклопедическом словаре Брокгауза и Евфрона:
Производство С. в России возникло некоторое время спустя после того, как он был открыт и распространился в Западной Европе, т. … - СЕРА, ХИМИЧЕСКИЙ ЭЛЕМЕНТ в Энциклопедическом словаре Брокгауза и Евфрона.
- СВЕКЛОВИЦА САХАРНАЯ в Энциклопедическом словаре Брокгауза и Евфрона:
(сельскохоз.) — Значение С. для полевой культуры и народного хозяйства. — Места разведения сахарной С. в России. — Размеры посевов … - САНИТАРНЫЕ УСЛОВИЯ В ГОРНОМ ДЕЛЕ в Энциклопедическом словаре Брокгауза и Евфрона:
\[Статья эта помещается здесь как дополнение к статьям Горнорабочие, Горная полиция и Горное дело.\]. — Число рабочих, занимающихся добыванием из … - РЫБИНСК в Энциклопедическом словаре Брокгауза и Евфрона:
уездный город Ярославской губернии, на реке Волге, при впадении в нее реки Черемхи. Против города в Волгу впадает река Шексна. … - РОССИЯ. ЭКОНОМИЧЕСКИЙ ОТДЕЛ: СТРАХОВАНИЕ в Энциклопедическом словаре Брокгауза и Евфрона:
1) Общий обзор. В настоящее время в Р. действуют следующие формы страховых организаций: 1) правительственные учреждения, 2) земские учреждения, 3) … - РОССИЯ. ЭКОНОМИЧЕСКИЙ ОТДЕЛ: ПУТИ СООБЩЕНИЯ в Энциклопедическом словаре Брокгауза и Евфрона:
I I. Первые исторические сведения, заставляющие предполагать некоторую организацию дорожного дела в Р., относятся к XVII в. и указывают на … - РОЖДАЕМОСТЬ в Энциклопедическом словаре Брокгауза и Евфрона:
или плодовитость населения — отношение числа рождений к числу жителей в данное время, на данной территории. Из стран, о которых … - РЕАЛЬНЫЕ УЧИЛИЩА в Энциклопедическом словаре Брокгауза и Евфрона:
Первоначальная история Р. училищ на Западе тесно связана с историей реального образования в Германии первым пустил в ход название Realschule … - РАСЫ в Энциклопедическом словаре Брокгауза и Евфрона:
или породы человечества. — Существование между людьми физических различий или разделение человечества на отдельные породы сознается более или менее всеми … - РАСХОДЫ ГОРОДСКИЕ в Энциклопедическом словаре Брокгауза и Евфрона:
По городовому положению 1892 г. на средства городского поселения относятся следующие предметы Р.: содержание городского общественного управления и производство пенсий … - ПШЕНИЦА В СЕЛЬСКОМ ХОЗЯЙСТВЕ И ЭКОНОМИКЕ в Энциклопедическом словаре Брокгауза и Евфрона.
- ОРГАНИЗАЦИЯ ВОЙСК в Энциклопедическом словаре Брокгауза и Евфрона:
Основные начала О. войска определяются его назначением: быть вооруженной силой государства. С внешней стороны связь войска с государством выражается верховенством … - ОКЛАДЫ ДЕНЕЖНЫЕ в Энциклопедическом словаре Брокгауза и Евфрона:
1) по военному ведомству — имеют, как и О. по морскому ведомству, различное значение, с одной стороны для офицеров и … - МОСКОВСКО-ЯРОСЛАВСКО-АРХАНГЕЛЬСКАЯ ЖЕЛЕЗНАЯ ДОРОГА в Энциклопедическом словаре Брокгауза и Евфрона:
началом этой, теперь значительной сети железнодорожных линий послужила существовавшая еще до издания устава общества М.-Ярославской жел. дор. линия Москва - … - МОСКОВСКО-КУРСКАЯ, МОСКОВСКО-НИЖЕГОРОДСКАЯ И МУРОМСКАЯ ЖЕЛЕЗНАЯ ДОРОГА в Энциклопедическом словаре Брокгауза и Евфрона:
казенная; управление в Москве. Состоит из линий: М.-Курской 503 в., М.-Нижегородской 410 в. и Муромской 107 в., всего 1020 в. … - МАРИИНСКАЯ СИСТЕМА в Энциклопедическом словаре Брокгауза и Евфрона:
I важнейший из водных путей, соединяющих реку Волгу с С.-Петербургским портом. Основные части системы: река Шексна, Белоозеро, река Ковжа (Каспийского …
1.2. Свойства β -излучения
Бета-излучение (b -частицы) – это поток электронов (позитронов), каждый из которых имеет заряд равный одному элементарному заряду, 4,8×10 – 10 электростатических единиц CGSE или 1,6·10 –19 кулона. Масса покоя b -частицы равна 1/1840 элементарной массы атома водорода, (в 7000 раз меньше массы α -частиц) или в абсолютных единицах 9,1×10 –28 г. Поскольку b -частицы движутся со скоростью значительно большей, чем α -частицы, равной » 0,988 (масса Эйнштейна) от скорости света, то их масса должна подсчитываться по релятивистскому уравнению:
где т о – масса покоя (9,1·10 -28 г);
V - скорость β -частицы;
C - скорость света.
Для самых быстрых β -частиц m ≈ 16 m o .
При испускании одной b -частицы порядковый номер элемента увеличивается (испускание электрона) или уменьшается (испускание позитрона) на единицу. Бета-распад обычно сопровождается g -излучением. Каждый радиоактивный изотоп испускает совокупность b -частиц весьма различной энергии, не превышающей, однако, определенной максимальной энергии, характерной для данного изотопа.
Спектры энергий b -излучения представлены на рис. 1.5, 1.6. Кроме непрерывного спектра энергий, для некоторых, радиоэлементов характерно наличие линейчатого спектра, связанного с вырыванием g-квантами вторичных электронов с электронных орбит атома (явление внутренней конверсии). Это происходит тогда, когда β -распад идет через промежуточный энергетический уровень, а возбуждение может сниматься не только путем испускания γ -кванта, но и путем выбивания электрона из внутренней оболочки.
Однако число b -частиц, отвечающих этим линиям, невелико.
Непрерывность бета-спектра объясняется одновременным испусканием b -частиц и нейтрино.
p = n + β + + η (нейтрино)
n = p + β - + η (антинейтрино)
Нейтрино принимает на себя часть энергии бета-распада.
Средняя энергия b -частицы равна 1/3. Е макс и колеблется между 0,25–0,45 Е макс для различных веществ. Между величиной максимальной энергии Е макс b -излучения и постоянной распада l элемента Сэрджентом установлено соотношение (для Е макс > 0,5 Мэв),
l = k∙E 5 макс (1.12)
Таким образом, и для β -излучения энергия β -частицы тем больше, чем меньше период полураспада. Например:
Pb 210 (RaD) T = 22 года, Е max = 0,014 Mэв;
Bi 214 (RaC) T = 19,7 мес., Е max = 3,2 Mэв.
1.2.1. Взаимодействие β -излучения с веществом
При взаимодействии β –частиц с веществом возможны следующие случаи:
а) Ионизация атомов . Она сопровождается характеристическим излучением. Ионизационная способность β -частиц зависит от их энергии. Удельная ионизация тем больше, чем меньше энергии β -частицы. Например, при энергии β -частицы 0,04 Mэв на 1 см пути образуется 200 пар ионов; 2 Mэв – 25 пар; 3 Mэв – 4 пары.
б) Возбуждение атомов. Оно характерно для β -частиц с большой энергией, когда время взаимодействия β -частицы с электроном мало и вероятность ионизации мала; в этом случае β -частица возбуждает электрон, энергия возбуждения снимается путем испускания характеристических рентгеновских лучей, а в сцинтилляторах – значительная часть энергии возбуждения проявляется в виде вспышки – сцинции (т.е.в видимой области).
в) Упругое рассеяние . Происходит тогда, когда электрическое поле ядра (электрона) отклоняет β -частицу, при этом энергия β -частицы не меняется, меняется только направление (на малый угол);
г) Торможение электрона в кулоновском поле ядра. При этом возникает электромагнитное излучение с тем большей энергией, чем большее ускорение испытывает электрон. Так как отдельные электроны испытывают различное ускорение, то спектр тормозного излучения – непрерывный. Потери энергии на тормозное излучение определяются выражением: соотношение потерь энергии на тормозное излучение к потерям на возбуждение и ионизацию:
Таким образом, потери и тормозное излучение существенны лишь для высоких энергий электрона с большими атомными номерами.
Для большинства β -частиц максимальная энергия лежит в пределах 0,014–1,5 Mэв, мы можем считать, что на 1 см пути β -частицы образуется 100 – 200 пар ионов. α -частица на 1 см пути образует 25 – 60 тысяч пар ионов. Поэтому мы можем считать, что удельная ионизационная способность β- излучения на два порядка меньше, чем у α-излучения. Меньше ионизация – медленнее теряется энергия, так как ионизационная способность (и вероятность возбуждения) β -частицы на 2 порядка меньше, значит и тормозится она на 2 порядка медленнее, т.е., приблизительно пробег β -частицы на 2 порядка больше, чем для α- частицы. 10 мг/см 2 ·100 = 1000 мг/см 2 ≈ 1 г/см 2 .
Альфа(а)-лучи - положительно заряженные ионы гелия (Не++), вылетающие из атомных ядер со скоростью 14 000-20 000 км/час. Энергия частиц составляет 4-9 MeV. а-излучение наблюдается, как правило, у тяжелых и преимущественно естественных радиоактивных элементов (радий, торий и др.). Величина пробега а-частицы в воздухе возрастает с увеличением энергии а-излучения.
Так, например, а-частицы тория (Th232), имеющие энергию 3,9в MeV, в воздухе пробегают 2,6 см, а а-частицы радия С с энергией 7,68 MeV имеют пробег 6,97 см. Минимальная толщина поглотителя, необходимая для полного поглощения частиц, называется пробегом этих частиц в данном веществе. Пробеги а-частиц в воде и ткани составляют величины 0,02-0,06 мм.
а-частицы поглощаются полностью листком папиросной бумаги или тонким слоем алюминия. Одним из важнейших свойств а-излучения является сильное ионизирующее действие. На пути движения а-частица в газах образует огромное количество ионов. Например, в воздухе при 15° и 750 мм давления одна а-частица дает 150 000-250000 пар ионов в зависимости от ее энергии.
Так, например,удельная ионизация в воздухе а-частиц от радона , имеющих энергию 5,49 MeV, составляет 2500 пар ионов на 1 мм пути. Плотность ионизации в конце пробега а-частиц возрастает, поэтому поражаемость клеток в конце пробега примерно в 2 раза больше, чем в начале пробега.
Физические свойства а-частиц определяют особенности их биологического действия на организм и способы защиты от этого вида излучения. Внешнее облучение а-лучами не представляет опасности, так как достаточно удалиться от источника на несколько (10-20) сантиметров или установить простейший экран из бумаги, ткани, алюминия и других обычных материалов, чтобы излучение было полностью поглощено.
Наибольшую опасность а-лучи представляют при попадании и отложении внутри радиоактивных а-излучающих элементов. В этих случаях происходит непосредственное облучение а-лучами клеток и тканей организма.
Бета(b)-лучи - поток электронов, выбрасываемых из атомных ядер со скоростью приблизительно 100 000-300 000 км/сек. Максимальная энергия р-частиц находится в пределах от 0,01 до 10 MeV. Заряд b-частицы по знаку и величине равен заряду электрона. Радиоактивные превращения типа b-распада широко распространены среди естественных и искусственных радиоактивных элементов.
b-лучи обладают значительно большей проникающей способностью Но сравнению с а-лучами. В зависимости от энергии b-лучей их пробег в воздухе составляет от долей миллиметра до нескольких метров. Так, пробег b-частиц с энергией 2-3 MeV в воздухе составляет 10-15 м, а в воде и ткани измеряется миллиметрами. Например, пробег b-частиц, Испускаемых радиоактивным фосфором (Р32) с максимальной энергией 1,7 MeV, в ткани равен 8 мм.
b-частица с энергией , равной 1 MeV, может образовать на своем пути в воздухе около 30 000 пар ионов. Ионизирующая способность b-частиц в несколько раз меньше, чем таковая а-частиц той же энергии.
Воздействие b-лучей на организм может проявляться как при внешнем, так и при внутреннем облучении, в случае попадания в организм активных веществ, излучающих b-частицы. Для защиты от b-лучей при внешнем облучении необходимо применение экранов из материалов (стекло, алюминий, свинец и др.). Интенсивность излучения можно снизить увеличением расстояния от источника.
Из чего состоят ядра? Чем части ядра удерживаются вместе? Обнаружено, что существуют силы огромной величины, которые и удерживают составные части ядра. Когда эти силы высвобождаются, то выделяемая энергия по сравнению с химической энергией огромна, это все равно, что сравнить взрыв атомной бомбы со взрывом тротила. Объясняется это тем, что атомный взрыв вызван изменениями внутри ядра, тогда как при взрыве тротила перестраиваются лишь электроны на внешней оболочке атома.Так каковы же те силы, которыми нейтроны и протоны скреплены в ядре?
Электрическое взаимодействие связывают с частицей - фотоном. Аналогично этому Юкава предположил, что силы притяжения между протоном и нейтроном обладают полем особого рода, а колебания этого поля ведут себя как частицы. Значит, не исключено, что, помимо нейтронов и протонов, в мире существуют некоторые иные частицы. Юкава сумел вывести свойства этих частиц из уже известных характеристик ядерных сил. Например, он предсказал, что они должны иметь массу, в 200- 300 раз большую, чем электрон. И-о, чудо!- в космических лучах как раз открыли частицу с такой массой! Впрочем, чуть погодя выяснилось, что это совсем не та частица. Назвали ее μ-мезон, или мюон.
И все же несколько попозже, в 1947 или 1948г., обнаружилась частица-π-мезон, или пион,- удовлетворявшая требованиям Юкавы. Выходит, чтобы получить ядерные силы, к протону и нейтрону надо добавить пион. «Прекрасно! - воскликнете вы.- С помощью этой теории мы теперь соорудим квантовую ядродинамику, и пионы послужат тем целям, ради которых их ввел Юкава; посмотрим, заработает ли эта теория, и если да, то объясним все». Напрасные надежды! Выяснилось, что расчеты в этой теории столь сложны, что никому еще не удалось их проделать и извлечь из теории какие-либо следствия, никому не выпала удача сравнить ее с экспериментом. И тянется это уже почти 20 лет!
С теорией что-то не клеится; мы не знаем, верна она или нет; впрочем, мы уже знаем, что в ней чего-то не достает, что какие-то неправильности в ней таятся. Покуда мы топтались вокруг теории, пробуя вычислить следствия, экспериментаторы за это время кое-что открыли. Ну, тот же μ-мезон, или мюон. А мы до сей поры не знаем, на что он годится. Опять же, в космических лучах отыскали множество «лишних» частиц. К сегод¬няшнему дню их уже свыше 30, а связь между ними все еще трудно ухватить, и непонятно, чего природа от них хочет и кто из них от кого зависит. Перед нами все эти частицы пока не предстают как разные проявления одной и той же сущности, и тот факт, что имеется куча разрозненных частиц, есть лишь отражение наличия бессвязной информации без сносной теории. После неоспоримых успехов квантовой электродинамики - какой-то набор сведений из ядерной физики, обрывки знаний, полуопытных-полутеоретических. Задаются, скажем, характером взаимодействия протона с нейтроном и смотрят, что из этого выйдет, не понимая на самом деле, откуда эти силы берутся. Сверх описанного никаких особых успехов не произошло.
Но химических элементов ведь тоже было множество, и внезапно между ними удалось увидеть связь, выраженную периодической таблицей Менделеева. Скажем, калий и натрий - вещества, близкие по химическим свойствам,- в таблице попали в один столбец. Так вот, попробовали соорудить таблицу типа таблицы Менделеева и для новых частиц. Одна подобная таблица была предложена независимо Гелл-Манном в США и Нишиджимой в Японии. Основа их классификации - новое число, наподобие электрического заряда. Оно присваивается каждой частице и называется ее «странностью» S. Число это не меняется (так же как электрический заряд) в реакциях, производимых ядерными силами.
В табл. 2.2 приведены новые частицы. Мы не будем пока подробно говорить о них. Но из таблицы по крайней мере видно, как мало мы еще знаем. Под символом каждой частицы стоит ее масса, выраженная в определенных единицах, называемых мегаэлектронвольт, или Мэв (1 Мэв-это 1,782*10 -27 г ). Не будем входить в исторические причины, заставившие ввести эту единицу. Частицы помассивнее стоят в таблице повыше. В одной колонке стоят частицы одинакового электрического заряда, нейтральные - посерединке, положительные - направо, отрицательные - налево.
Частицы подчеркнуты сплошной линией, «резонансы» - штрихами. Некоторых частиц в таблице нет совсем: нет фотона и гравитона, очень важных частиц с нулевыми массой и зарядом (они не попадают в барион-мезон-лептонную схему классификации), нет и кое-каких новейших резонансов (φ, f, Y* и др.). Античастицы мезонов в таблице приводятся, а для античастиц лептонов и барионов надо было бы составить новую таблицу, сходную с этой, но только зеркально отраженную относительно нулевой колонки. Хотя все частицы, кроме электрона, нейтрино, фотона, гравитона и протона, неустойчивы, продукты их распада написаны только для резонансов. Странность лептонов тоже не написана, так как это понятие к ним неприменимо - они не взаимодействуют сильно с ядрами.
Частицы, стоящие вместе с нейтроном и протоном, называют барионами. Это «лямбда» с массой 1115,4 Мэв и три другие-«сигмы», называемые сигма-минус, сигма-нуль, сигма-плюс, с почти одинаковыми массами. Группы частиц почти одинаковой массы (отличие на 1-2%) называются мулътиплетами. У всех частиц в мультиплете странность одинакова. Первый мультиплет - это пара (дублет) протон - нейтрон, потом идет синглет (одиночка) лямбда, потом - триплет (тройка) сигм, дублет кси и синглет омега-минус. Начиная с 1961 г., начали открывать новые тяжелые частицы. Но частицы ли они? Живут они так мало (распадаются, едва возникнув), что неизвестно, назвать ли их новыми частицами или считать «резонансным» взаимодействием между их продуктами распада, скажем, Λ и π при некоторой фиксированной энергии.
Для ядерных взаимодействий, кроме барионов, необходимы другие частицы - мезоны. Это, во-первых, три разновидности пионов (плюс, нуль и минус), образующие новый триплет. Найдены и новые частицы - К-мезоны (это дублет К + и К 0 ). У каждой частицы бывает античастица, если только частица не оказывается своей собственной античастицей, скажем π + и π - - античастицы друг друга, a π 0 -сам себе античастица. Античастицы и К - с К + , и К 0 с К 0 `. Кроме того, после 1961 г. мы начали открывать новые мезоны, или вроде-мезоны, распадающиеся почти мгновенно. Одна такая диковинка называется омега, ω, ее масса 783, она превращается в три пиона; есть и другое образование, из которого получается пара пионов.
Подобно тому как из очень удачной таблицы Менделеева выпали некоторые редкие земли, точно так же из нашей таблицы выпадают некоторые частицы. Это те частицы, которые с ядрами сильно не взаимодействуют, к ядерному взаимодействию отношения не имеют и между собой сильно тоже не взаимодействуют (под сильным понимается мощный тип взаимодействия, дающего атомную анергию). Называются эти частицы лептоны; к ним относятся электрон (очень легкая частица с массой 0,51 Мэв) и мюон (с массой в 206 раз больше массы электрона). Насколько мы можем судить по всем экспериментам, электрон и мюон различаются только массой. Все свойства мюона, все его взаимодействия ничем не отличаются от свойств электрона - только один тяжелее другого. Почему он тяжелее, какая ему от этого польза, мы не знаем. Кроме них, есть еще нейтральный лептой - нейтрино, с массой нуль. Более того, сейчас известно, что есть два сорта нейтрино: одни, связанные с электронами, а другие - с мюонами.
И наконец, существуют еще две частицы, тоже с ядрами не взаимодействующие. Одну мы знаем уже - это фотон; а если поле тяготения также обладает квантовомеханическими свойствами (хотя пока квантовая теория тяготения не разработана), то, возможно, существует и частица гравитон с массой нуль.
Что такое «масса нуль»? Массы, которые мы приводили, это массы покоящихся частиц. Если у частицы масса нуль, то это значит, что она не смеет покоиться. Фотон никогда не стоит на месте, скорость его равна всегда 300 000 км/сек. Мы с вами еще разберемся в теории относительности и попытаемся глубже вникнуть в смысл понятия массы.
Итак, мы встретились с целым строем частиц, которые все вместе, по-видимому, являются очень фундаментальной частью вещества. К счастью, эти частицы не все отличаются по своему взаимодействию друг от друга. Видимо, есть только четыре типа взаимодействий между ними. Перечислим их в порядке убывающей силы: ядерные силы, электрические взаимодействия, (β-распадное взаимодействие и тяготение. Фотон взаимодействует со всеми заряженными частицами с силой, характеризуе¬мой некоторым постоянным числом 1/137. Детальный закон этой связи известен - это квантовая электродинамика. Тяготение взаимодействует со всякой энергией, но чрезвычайно слабо, куда слабее, чем электричество. И этот закон известен. Потом идут так называемые слабые распады: β-распад, из-за которого нейтрон распадается довольно медленно на протон, электрон и нейтрино. Тут закон выяснен лишь частично. А так называемое сильное взаимодействие (связь мезона с барионом) обладает по этой шкале силой, равной единице, а закон его совершенно темен, хоть и известны кое-какие правила, вроде того, что количество барионов ни в одной реакции не меняется.
Положение, в котором находится современная физика, следует считать ужасным. Я бы подытожил его такими словами: вне ядра мы, видимо, знаем все; внутри него справедлива квантовая механика, нарушений ее принципов там не найдено.
Сцена, на которой действуют все наши знания,- это релятивистское пространство-время; не исключено, что с ним связано и тяготение. Мы не знаем, как началась Вселенная, и мы ни разу не ставили опытов с целью точной проверки наших представлений о пространстве-времени на малых расстояниях, мы только знаем, что вне этих расстояний наши воззрения безошибочны. Можно было бы еще добавить, что правила игры - это принципы квантовой механики; и к новым частицам они, насколько нам известно, приложимы не хуже, чем к старым. Поиски происхождения ядерных сил приводят нас к новым частицам; но все эти открытия вызывают только замешательство. У нас нет полного понимания их взаимных отношений, хотя в некоторых поразительных связях между ними мы уже убедились. Мы, видимо, постепенно приближаемся к пониманию мира заатомных частиц, но неизвестно, насколько далеко мы ушли по этому пути.
Естественный радиоактивный b-распад заключается в самопроизвольном распаде ядер с испусканием b-частиц - электронов. Правило смещения для
естественного (электронного) b-распада описывается выражением:
Z X A ® Z + 1 Y A + - 1 e 0 . (264)
Исследование энергетического спектра b - частиц показало, что, в отличие от спектра a-частиц, b-частицы имеют непрерывный спектр от 0 до Е max . При открытии b-распада необходимо было объяснить следующее:
1) почему материнское ядро всегда теряет энергию Е max , а энергия b-частиц может быть меньше Е max ;
2) как образуется -1 e 0 при b-распаде?, ведь в состав ядра электрон не входит;
3) если при b-распаде вылетает - 1 e 0 , то нарушается закон сохранения момента импульса: число нуклонов (А ) не изменяется, но электрон обладает спином ½ħ, следовательно, в правой части соотношения (264) спин отличается от спина левой части соотношения на ½ ħ.
Для выхода из затруднения в 1931г. Паули предположил, что кроме - 1 e 0 при b-распаде вылетает ещё одна частица – нейтрино (о о), масса которой много меньше массы электрона, заряд равен 0 и спин s = ½ ħ. Эта частица уносит энергию Е max - Е β и обеспечивает выполнение законов сохранения энергии и импульса. Экспериментально о о было обнаружено в 1956 году. Трудности обнаружения о о связаны с его малой массой и нейтральностью. В связи с этим о о может проходить огромные расстояния до поглощения веществом. В воздухе один акт ионизации под действием нейтрино происходит на расстоянии около 500 км. Пробег о о с энергией 1 МэВ в свинце ~10 18 м. о о можно обнаружить косвенным путём с использованием закона сохранения импульса при b-распаде: сумма векторов импульсов - 1 e 0 , о о и ядра отдачи должна быть равна 0. Опыты подтвердили это ожидание.
Так как при b-распаде число нуклонов не изменяется, а заряд увеличивается на 1, единственное объяснение b-распада может быть следующее: один из o n 1 ядра превращается в 1 р 1 с испусканием - 1 e 0 и нейтрино:
o n 1 → 1 р 1 + - 1 e 0 + о о (265)
Установлено, что при естественном b-распаде испускается электронное антинейтрино - о о. Энергетически реакция (265) выгодна, так как масса покоя o n 1 больше массы покоя 1 р 1 . Следовало ожидать, что и свободный o n 1 радиоактивен. Это явление действительно было обнаружено в 1950 году в потоках нейтронов больших энергий, возникающих в ядерных реакторах, и служит подтверждением механизма b-распада по схеме (262).
Рассмотренный b-распад называется электронным. В 1934 г. Фредерик и Жолио-Кюри обнаружили искусственный позитронный b-распад, при котором из ядра вылетает античастица электрона – позитрон и нейтрино (см. реакцию (263)). В этом случае один из протонов ядра превращается в нейтрон:
1 р 1 → o n 1 + + 1 e 0 + о о (266)
Для свободного протона такой процесс невозможен, по энергетическим соображениям, т.к. масса протона меньше массы нейтрона. Однако в ядре протон может заимствовать требуемую энергию от других нуклонов ядра. Таким образом реакция (344) может протекать как внутри ядра, так и для свободного нейтрона, а реакция (345) происходит только внутри ядра.
Третий вид b-распада – К-захват. В этом случае ядро спонтанно захватывает один из электронов К-оболочки атома. При этом один из протонов ядра превращается в нейтрон по схеме:
1 р 1 + - 1 e 0 → o n 1 + о о (267)
При этом виде b-распада из ядра вылетает только одна частица - о о. К-захват сопровождается характеристическим рентгеновским излучением.
Таким образом при всех видах b-распада, протекающим по схемам (265) – (267), выполняются все законы сохранения: энергии, массы, заряда, импульса, момента импульса.
Превращения нейтрона в протон и электрон и протона в нейтрон и позитрон обусловлены не внутриядерными силами, а силами, действующими внутри самих нуклонов. Связанные с этими силами взаимодействия называются слабыми. Слабое взаимодействие гораздо слабее не только сильного, но и электромагнитного взаимодействия, но гораздо сильнее гравитационного. О силе взаимодействия можно судить по скорости протекания процессов, которые оно вызывает при энергиях ~1 ГэВ, характерных для физики элементарных частиц. При таких энергиях процессы, обусловленные сильным взаимодействием, происходят за время ~10 -24 с, электромагнитный процесс за время ~10 -21 с, а время, характерное для процессов, происходящих за счёт слабого взаимодействия, гораздо больше: ~10 -10 с, так что в мире элементарных частиц слабые процессы протекают чрезвычайно медленно.
При прохождении b-частиц через вещество они теряют свою энергию. Скорость b-электронов, возникающих при b-распаде, может быть очень велика – сравнима со скоростью света. Их энергетические потери в веществе происходят за счёт ионизации и тормозного излучения. Тормозное излучение является основным источником потерь энергии для быстрых электронов , в то время как для протонов и более тяжёлых заряженных ядер тормозные потери несущественны. При малых энергиях электронов основным источником потерь энергии являются ионизационные потери. Существует некоторая критическая энергия электронов, при которой тормозные потери становятся равными ионизационным. Для воды она равна около 100 МэВ, для свинца – около 10 МэВ, для воздуха – несколько десятков МэВ. Поглощение потока b-частиц с одинаковыми скоростями в однородном веществе подчиняется экспоненциальному закону N = N 0 e - m x , где N 0 и N – число b-частиц на входе и выходе слоя вещества толщиной х , m - коэффициент поглощения. b _ излучение сильно рассеивается в веществе, поэтому m зависит не только от вещества, но и от размеров и формы тел, на которые падает b _ излучение. Ионизационная способность b-лучей невелика, примерно в 100 раз меньше чем у a-частиц. Поэтому и проникающая способность b-частиц намного больше, чем у a-частиц. В воздухе пробег b-частиц может достигать 200 м, в свинце до 3 мм. Так как b-частицы обладают очень малой массой и единичным зарядом, то их траектория движения в среде – ломаная линия.
12.4.6 γ - лучи
Как отмечалось в п.12.4.1, γ - лучи представляют собой жёсткое электромагнитное излучение с ярко выраженными корпускулярными свойствами. Понятия γ-распад не существует. γ - лучи сопровождают a- и b-распад всегда, когда дочернее ядро оказывается в возбуждённом состоянии. Для каждого сорта атомных ядер имеется дискретный набор частот g-излучений, определяемый совокупностью энергетических уровней в атомном ядре. Итак, a- и g-частицы имеют дискретные спектры излучения, а
b-частицы - сплошные спектры. Наличие линейчатого спектра γ- и a- лучей имеет принципиальное значение и является доказательством того, что атомные ядра могут находиться в определённых дискретных состояниях.
Поглощение γ - лучей веществом происходит по закону:
I = I 0 e - m x , (268)
где I и I 0 - интенсивности γ - лучей до и после прохождения через слой вещества толщиной х ; μ – коэффициент линейного поглощения. Поглощение γ - лучей веществом происходит, в основном, за счёт трёх процессов: фотоэффекта, комптоновского эффекта и образования электронно-позитронных (e + e - ) пар. Поэтому μ можно представить в виде суммы:
μ = μ ф + μ к + μ п. (269)
При поглощении γ – кванта электронной оболочкой атомов происходит фотоэффект, в результате которого электроны вырываются из внутренних слоёв электронной оболочки. Этот процесс называется фотоэлектрическим поглощением γ - лучей. Расчёты показывают, он существенен при энергиях γ - квантов ≤ 0,5 МэВ. Коэффициент поглощения μ ф зависит от атомного номера Z вещества и длины волны γ - лучей. По мере всё большего увеличения энергии γ - квантов по сравнению с энергией связи электронов в атомах, в молекулах или в кристаллической решётке вещества взаимодействие γ - фотонов с электронами всё более приближается по своему характеру к взаимодействию со свободными электронами. В этом случае происходит комптоновское рассеяние γ - лучей на электронах, характеризуемое коэффициентом рассеяния μ к.
При увеличении энергии γ - квантов до значений, превышающих удвоенную энергию покоя электрона 2m o c 2 (1,022 МэВ), возникает аномально большое поглощение γ - лучей, связанное с образованием электронно-позитронных пар, особенно в тяжёлых веществах. Этот процесс характеризуется коэффициентом поглощения μ п .
Само γ-излучение обладает относительно слабой ионизирующей способностью. Ионизацию среды производят, в основном, вторичные электроны, появляющиеся при всех трёх процессах. γ - лучи - одно из наиболее проникающих излучений. Например, для более жёстких γ - лучей толщина слоя половинного поглощения равна в свинце 1,6 см, в железе – 2,4 см, в алюминии – 12 см, в земле – 15 см.