В конце 20-х годов, когда Дирак вывел свое знаменитое уравнение и предложил«теорию дырок», была известна всего лишь одна элементарная частица с положительным электрическим зарядом—протон. Однако его нельзя было считать«дыркой»в море отрицательных энергий, так как массы электрона и«дырки»должны быть одинаковы, протон же почти в две тысячи раз тяжелее электрона. Поэтому пришлось допустить, что наряду с электроном в природе должна существовать еще одна такая же частица, только положительно заряженная. А так как при столкновении они аннигилируют и их вещество полностью переходит в энергию излучения, их стали называть частицей и античастицей.Так в науку вошла идея антивещества.Это легко понять, если рассмотреть аннигиляцию неподвижных частиц. Их импульс—нуль. По третьему закону Ньютона импульс сохраняется, поэтому должны родиться две частицы, разлетающиеся в противоположных направлениях. Их суммарный импульс равен нулю. В принципе может родиться и больше частиц, тогда закон сохранения импульса тоже, конечно, будет выполняться, но такие события происходят очень редко.Три столетия назад немецкий математик и философ Готфрид Вильгельм Лейбниц писал:«Мнимые числа—это поразительный полет духа божьего; это почти амфибии, находящиеся между бытием и небытием». Сегодня эти числа изучают в школе, с ними имеют дело техники и инженеры. Диракова теория дырок-античастиц сначала тоже показалась странной и непонятной. Многие физики рассматривали ее как некий теоретический фокус.Когда история крупных научных открытий рассматривается сквозь призму времени, с высоты накопленных знаний и опыта, часто кажется удивительным, как это люди не замечали столь естественного порядка вещей, а тем более отказывались понимать его после того, как его уже обнаружили. Но дело как раз в том-то и состоит, что естественным представлялся совсем другой порядок, а осознание открытия часто требует отказа от того, что всеми считается очевидным. Для тех, кто знает современную физику, античастицы—такая же привычная вещь, как отрицательные или мнимые числа для математиков. Но полвека назад, повторяем, положение было совсем иным.
Экспериментальное открытие антиэлектрона Однако в 1932 г. антиэлектрон неожиданно был открыт в эксперименте. Неожиданно—потому, что открытий его американский физик Карл Андерсон вообще не был знаком, с теорией дырок. Он изучал космические лучи, пользуясь камерой Вильсона. Это закрытая емкость, заполненная пресыщенными парами воды или спирта; заряженные частицы оставляют в ней следы—ленточки тумана, толщина и плотность которых зависят от массы [...]
Открытие антипротона Открыли антипротон только в 1955 г., после того как в Калифорнии был запущен бэватрон—гигантский по тем временам ускоритель частиц, рассчитанный на энергию в б с половиной миллиардов электронвольт. Через полгода был открыт и антинейтрон. Проходя сквозь вещество, антипротон и антинейтрон аннигилируют—взрывают и себя, и встретившиеся им на пути протон или нейтрон. Только характер этих взрывов [...]
Метод фотоэмульсий В помещениях с повышенной радиоактивностью частицы оставляют свои«автографы»на фотопленке: метод фотоэмульсий—тщательно отработанный и хорошо себя зарекомендовавший метод наблюдения за невидимыми частицами. Дополнительные возможности наблюдать за ними дает магнитное поле. Оно изгибает траектории проходящих сквозь вещество заряженных частиц. Величина изгиба зависит от абсолютного значения заряда частицы, а его направление (влево он изгибается или вправо)—от знака заряда.Словом, [...]
Типы мезонов Сложной внутренней структурой должны обладать все частицы; любая из них окружает себя облаком рождающихся и исчезающих дочерних частиц. Правда, сведения об этом пока еще скудны, но о мезоне, например, кое-что определенное уже известно.Прежде всего внесем важное уточнение. Открыто много различных типов мезонов—несколько десятков. Друг от друга они отличаются массой и другими свойствами. Один из самых [...]
Свойства вакуума Исключить из теории ненаблюдаемые отрицательные энергии удалось после того, как физики стали более глубоко понимать свойства вакуума. Сегодня нам известно, что вакуум—это не абсолютная пустота, а скорее, особая среда, состоящая из бесчисленного множества спонтанно рождающихся и тут же исчезающих частиц и античастиц. Под действием внешних сил, получив дополнительную энергию и импульс, они могут оторваться от [...]
Монополь–по-прежнему загадка Какой бы логически стройной и изящной ни была теория, ее следствия непременно должны быть подтверждены наблюдением или экспериментом. Иначе она останется гипотезой. Идея монополей возникла более полувека назад. Это очень большой срок для научной гипотезы. Обычно за такой срок гипотеза либо отбрасывается, либо подтверждается. Монополь—редкое исключение, он по-прежнему загадка. И вместе с тем это ключ [...]
Кварк и атомарные электроны Как и всякая заряженная частица, проходящая сквозь вещество, кварк взаимодействует с атомарными электронами. Их орбиты в удаленных атомах искажаются, а те электроны, которые находятся вблизи траектории кварка, срываются его электрическим полем, и атомы превращаются в заряженные ионы. Чем больше заряд частицы, тем большим числом поврежденных атомов усеян ее путь в веществе. Это свойство и используется [...]
