ПРЕВРАЩЕНИЯ ЭЛЕМЕНТАРНЫХ ЧАСТИЦ
Советский учёный Д. В. Скобельцын изучал с помощью камеры Вильсона приходящие на З'емлю из глубин мирового пространства «космические лучи». Камера была помещена между полюсами больших магнитов. Пролетавшие сквозь неё сверху вниз заряженные частички отклонялись магнитными силами и это позволяло определить знак их заряда. Кроме того, по характеру «жирности» следа можно было судить о массе частиц. Скобельцын обратил внимание на некоторые совершенно необычные следы. Следы, о которых мы говорим, по своему характеру («жирности») явно принадлежали электронам, но отклонялись они так, как будто несли положительный заряд.
Дальнейшие исследования показали, что эти следы действительно принадлежат частицам, обладающим всеми свойствами электронов, но имеющим положительный электрический заряд.
Новая частица была названа позитроном.
В обычных условиях позитрон очень недолговечен. Сталкиваясь с электроном, он может вместе с ним превратиться в пару фотонов. Фотон, обладающий достаточной энергией, столкнувшись с другим фотоном, электроном или атомным ядром, может в свою очередь превратиться, как принято говорить, в «пару» — в электрон и позитрон.
По каким законам происходят такие удивительные превращения вещества?
Ещё задолго до этого открытия было установлено, что определённому количеству энергии соответствует определённая масса 1), и обратно. Новые частички можно создать, если имеется достаточное количество энергии.
|
Рис. 26. Рождение маленького «ливня» при прохождении быстрых заряженных частиц через три свинцовые пластинки в камере Вильсона. |
В соответствии с этим пары электрон — позитрон могут «рождаться» при любых столкновениях двух частиц — квантов излучения с частицами или квантов между собой; хватило бы только необходимой для этого энергии. Другими словами, две новые частички могут возникнуть, если имеется запас энергии, соответствующий массе рождаемых частиц.
Обладающие огромной энергией частички космических лучей иногда рождают при столкновениях не пару, но много тысяч частиц. Особенно много новых частиц рождается при многочисленных столкновениях, испытываемых быстрыми частицами в плотном веществе, например свинце. Рождение такого «ливня» частиц в камере Вильсона приведено на фотографии[3] (рис. 26).
Всё физическое и философское значение этих фактов огромно Учёные начали свой путь в мир малых величин с атомов, которые представлялись когда-то неделимыми и вечными. Шаг за шагом они проникли в тайны
атома, разбили его на элементарные частицы — электроны, протоны, нейтроны. И вот, оказывается, что и элементарные частицы — электроны, позитроны, а также кванты света не вечны, могут превращаться друг в друга!
Эти превращения элементарных частиц всех сортов, как мы увидим, оказались не исключением, а правилом.
А ведь за много лет до этих открытий, поразивших весь учёный мир (ещё в 1909 году), Владимир Ильич Ленин писал:
«Признание каких-либо неизменных элементов, «неизменной сущности вещей» и т. п. не есть материализм, а есть метафизический, т. е. антидиалектический материализм». Может ли быть лучшее доказательство правильности диалектического материализма, чем такое гениальное предвидение!
Вернёмся к превращениям элементарных частиц, происходящих при радиоактивном распаде.
Все альфа-частицы, вылетающие из ядер, обладают одной и той же скоростью. Значит, все они обладают одинаковой энергией.
Ну а бета-частицы? Здесь сразу возникает два важных вопроса.
В ядре нет электронов. Откуда же берутся выбрасываемые бета-частицы?
Ядра до распада все одинаковы; получившиеся после распада ядра также одинаковы между собой. Значит, в момент распада они лишаются одинакового количества энергии. Почему же бета-частицы уносят с собой различные количества энергии?
На первый вопрос ответили советские физики Д. Д. Иваненко и В. А. Амбарцумиан. Они поняли, что выбрасываемые из ядра бета-частицы рождаются в ядре в момент распада так же, как квант света рождается в электронной оболочке атома.
Второй вопрос долго не находил ответа. Многие зарубежные физики-идеалисты высказывали мысль, что в ядрах энергия может рождаться «из ничего» и бесследно исчезать. С таким «объяснением» загадки бета-распада согласиться, конечно, нельзя.
Что же происходит на самом деле?
При бета-распаде все ядра теряют одинаковую энергию. Но электрон уносит не всю, а только часть этой энергии. Значит, вместе с электроном из ядра вылетает ещё одна частичка, которая и уносит остальную энергию. Мы никогда не «видим» этой частички. Значит, она не обладает электрическим зарядом, а масса её так мала, что она легко ускользает из всех приборов.
Так, благодаря правильной материалистической постановке задачи вошла в науку новая, ещё никем не «виденная», но без сомнения существующая мельчайшая элементарная частичка «нейтрино».
В наши дни существование нейтрино доказано на опыте. Масса её так мала, что измерить её пока ещё не удалось.
Итак, что происходит в ядре при бета-распаде?
За счёт содержащейся в ядре энергии ядро рождает электрон и нейтрино. При этом ядро теряет отрицательный заряд. Его положительный заряд увеличивается на единицу. Значит, один из нейтронов ядра превращается при этом в протон!
Вспомните теперь, что масса нейтрона чуть превышает массу атома водорода, то-есть массу протона и электрона, вместе взятых. Поэтому учёные полагают, что и свободно движущийся, не находящийся в ядре нейтрон «радиоактивен», то-есть распадается на протон, электрон, и нейтрино.
Протон в свою очередь может излучить позитрон и нейтрино, превращаясь при этом в нейтрон. Однако масса протона меньше, чем масса этих трёх частиц. Поэтому свободный протон такого превращения совершить не может. Зато протон, находящийся в ядре, может совершить это превращение за счёт энергии своих соседей — других частиц, связанных с ним в ядре. Ниже мы приведём пример такого превращения.
Наш список элементарных частиц был бы неполным, если бы мы не упомянули особых частиц — мезонов и варитронов, рождаемых в земной атмосфере быстрыми космическими частицами.
Ещё задолго до их открытия физики, изучая ядерные силы, предугадывали существование частичек с массой, примерно в двести раз большей массы электрона. Частички этого сорта действительно были обнаружены в космических лучах и получили название мезонов.
Однако действительность оказалась богаче, чем это думали учёные. Оказалось, что существует несколько сортов мезонов, обладающих разными массами. Бывают
Мезоны положительно заряженные и отрицательно заряженные. Кроме того, учёные предполагают, что существуют незаряженные мезоны. Мезоны недолговечны и очень скоро после своего рождения распадаются. Положительно заряженные превращаются в позитрон и нейтрино, отрицательно заряженные — в электрон и нейтрино.
Варитроны открыты советскими физиками Алихановым и Алиханяном. Учёные полагают, что это одна частица, способная менять, «варьировать» свою массу. А масса эта может меняться от обычных значений для массы мезонов до масс, превышающих в несколько раз даже массу протона.
Это открытие советской науки в 1948 году удостоено Сталинской премии первой степени.
Мы видим на этих примерах, что физика наших дней, как это и предсказывал великий Ленин, не знает вечных, неизменных элементарных частичек.
Так подтверждает наука правильность философии диалектического материализма.
