Айзек Азимов - Нейтрино - призрачная частица атома

• Название: Нейтрино - призрачная частица атома
• Автор: Айзек Азимов
• Издательство: Атомиздат
• Жанр: Физика
• Год: 1969

В книге известного популяризатора науки А. Азимова в живой и популярной форме изложены современные представления о самой неуловимой частице микромира — нейтрино. Азимов прослеживает цепь событий, приведших физиков к открытию нейтрино, рассказывает о том, как эту частицу научились регистрировать, о ее роли в эволюции Вселенной, о последних достижениях нейтринной физики — двухнейтринном эксперименте. Автор стремится раскрыть перед читателем современную физическую картину мира, но в то же время не подавить его массой сведений, столь обширных в этой области науки.

Книгой заинтересуются самые широкие круги читателей: школьники, преподаватели и те, кто следит за новейшими достижениями физики.

---

Примечания

[1] Аналогичное рассмотрение проводится и в трехмерном пространстве, где прямолинейное движение можно разложить на три взаимно перпендикулярные составляющие. Каждая составляющая скорости будет пропорциональна длине одной из трех сторон куба диагональю которого является скорость начального движения.

[2] Заметим, что при умножении таких величин умножаются и числа, и размерности. Следовательно, г·см/сек — размерность импульса.

[3] Иногда импульс называют линейным, чтобы подчеркнуть, что он — результат движения по прямой линии, в противоположность угловому импульсу, или моменту количества движения, возникающему при движении по кривой.

[4] Закон сохранения массы впервые был сформулирован М. В. Ломоносовым в 1760 году в работе «Рассуждение о твердости и жидкости тел». — Прим. перев.

[5] Очень большие числа и очень малые дроби, которые часто используют ученые, удобно записывать в виде степени. Так, 1 280 000 000 000 000 000 можно записать как 1,28·1018, где 18 — показатель степени.

[6] Я так детально углубился в историю солнечного излучения по нескольким причинам. Во-первых, это демонстрирует почти космические выводы, которые можно сделать при детальном рассмотрении простого закона сохранения. Во-вторых, показывает серьезность, с которой наука подходит ко всем альтернативам, прежде чем отбросить закон сохранения. В-третьих, подобное отношение к законам сохранения сыграет, как и в полемике об источнике солнечной энергии, в истории нейтрино аналогичную роль. И, в-четвертых, солнечная радиация, как мы увидим, имеет прямую связь с нейтрино.

[7] Увеличивающаяся точность методов, используемых для измерения масс атомов, заставила ученых в последние годы принять новую шкалу. С одной стороны, было установлено, что не все атомы кислорода одинаковы по массе. С другой стороны, атомы других элементов обладают массами, которые можно определить гораздо точнее, и поэтому они больше подходят для эталона. В 1961 году вес одного из атомов углерода приравняли числу 12. Атомные веса изменились немного, но точность их измерений увеличилась. Цифры, используемые в этой книге для масс атомов, даются по «углеродной шкале».

[8] На данном этапе эти не совсем точные атомные веса являются хорошим приближением. Более точные значения будут использованы в книге позднее.

[9] Атом имеет определенное сходство с Солнечной системой. Солнце, находясь в самом центре Солнечной системы, так же как ядро в центре атома, занимает малый объем, но содержит большую часть ее массы. Метеор пролетает через Солнечную систему, как через пустое пространство, хотя эти области содержат многочисленные планеты, спутники, астероиды, кометы и другие тела.

[10] Можно почувствовать раздражение от такого разнообразия единиц энергии: злектронвольт, эрг, джоуль, калория. Однако каждая имеет свою собственную область применения. Ведь никому не придет в голову измерять расстояние между двумя городами в миллиметрах, длину комнаты в километрах, а диаметр копейки в метрах!

[11] Тем не менее, законы Ньютона гораздо проще выразить математически, и они все еще используются во многих разделах физики и будут использоваться всегда, когда простота важнее точности.

[12] Специальная теория относительности Эйнштейна предсказала этот результат, и он действительно был подтвержден экспериментом. Увеличение массы совершенно ничтожно, пока скорости не достигнут тысяч километров в секунду. В обычной жизни можно совершенно спокойно считать массу постоянной.

[13] В другой прозрачной среде, не в вакууме, фотоны летят с меньшими скоростями. Даже воздух замедляет их движение. Однако, когда фотоны покидают прозрачную среду и входят снова в вакуум, их скорости тотчас же возрастают до 3·1010 см/сек.

[14] К середине XX века физики не были уже уверены в своих представлениях об элементарных частицах. Весьма возможно, что частицы, которые приняли за элементарные, состоят из еще более мелких частиц.

[15] Чем больше проникающая способность α-частиц данного ядра, тем больше дефицит массы в процессе радиоактивного распада и тем больше вероятность этого распада, т. е. чем больше проникающая способность α-частиц, тем меньше период полураспада ядра. Если торий-232 имеет период полураспада 14 миллиардов лет, период полураспада радия-226 — 1620 лет, а полония-212 — три десятимиллионных доли секунды.

[16] В самом деле, если бы я поддался искушению ввести понятие о нейтрино в самом начале книги, было бы трудно доказать, что нейтрино — не плод научного мистицизма. Однако, поскольку первая половина книги подчеркивает значение и важность законов сохранения, сейчас можно показать, что нейтрино, несмотря на все его странные свойства — реальная и совершенно необходимая частица.

[17] Сюжет моей самой первой научно-фантастической повести, написанной в 1937 году и нигде не опубликованной, был основан фактически на гипотетической способности субатомных частиц путешествовать сквозь время.

[18] А как же быть с обычными «механическими силами», например, с силой, которую вы прилагаете к мячу, бросая его? Фактически, когда атомы одного тела сближаются с атомами другого, возникает отталкивание между внешними электронами атомов. Это отталкивание вы используете при любых механических действиях, следователь-но, механические силы являются примером электромагнитных взаимодействий. Силы, удерживающие атомы внутри молекулы, а молекулы внутри твердого тела, также возникают в результате электромагнитных взаимодействий.

[19] В 1964 году физики на основе вновь полученных данных пришли к выводу о возможности существования пятого поля, более слабого, чем гравитационное. Однако предварительные эксперименты в начале 1965 года показали, что пятого поля не существует.

[20] Вы можете спросить: почему не позитронное нейтрино? Да потому, что под словом «электрон» здесь подразумевается и электрон, и позитрон, как под словом «мюон» — отрицательный и положительный мюоны. В данном случае очень неудобно называть позитрон его собственным именем вместо очень удобного названия «антиэлектрон» или «положительный электрон».

[21] В 1963 году «двухнейтринный эксперимент» был повторен в ЦЕРНе (Женева) с пучком нейтрино высоких энергий, возникающих при распаде К-мезонов. Результаты этого эксперимента не оставили никаких сомнений в реальности двух нейтрино. — Прим. перев.

[22] Похожая ситуация возникла в связи с распадом незаряженных K-мезонов. Существуют два вида нейтральных K-мезонов, один из которых — долгоживущий — распадается на три π-мезона, другой — короткоживущий — на два. В 1964 году группа американских физиков во главе с Крониным установила, что долгоживущая разновидность нейтрального K-мезона также испытывает двухпионный распад. В настоящее время считают, что опыт Кронина указывает на несохранение временной четности. Однако ученые еще не могут с уверенностью сказать, какое взаимодействие ответственно за это несохране-чие. — Прим. перев.