Физические явления, физика, статьи по физике.

Общий заряд такой электронно-позитронной пары все

равно остается равным нулю. Для этого необходим гамма-луч

мощностью по меньшей мере 1,02 Мэв, а в случае использо­

вания более мощного луча избыток энергии переходит в ки­

нетическую энергию частиц — все по Эйнштейну.

Быстрые позитроны образуются благодаря большому избыт­

ку энергии космических лучей. Именно эти частицы и являлись

первыми античастицами, открытыми Андерсоном.

Когда Дирак разработал теоретическое доказательство, вы­

лившееся в концепцию античастиц, он посчитал, что проти­

воположной электрону частицей является протон. Однако его

предположение не подтвердилось, так как электрон и протон

противоположны друг другу разве только что зарядом. Масса

протона, например, в 1836 раз больше массы электрона. (По­

чему электрон легче и почему именно в 1836 раз? Эти два во­

проса являются одними из самых интересных загадок ядерной

физики.)

Электрон и протон притягиваются друг к другу, как и лю­

бые другие объекты с разноименными электрическими заряда­

ми, но они не аннигилируют. В крайнем случае протон захва­

тывает электрон и тот занимает самый нижний электронный

уровень, то есть приближается к протону на минимальное рас-

стояние. (В случае протонно-электронной аннигиляции такого

соединения просто бы не существовало.)

Электрон и позитрон, которые могут аннигилировать друг

друга, также могут захватывать друг друга на какое-то время без

аннигиляции. Такой атом, состоящий из движущихся по орби­

те друг за другом вокруг общего центра притяжения электрона

и позитрона (если рассматривать как обычную частицу, не при­

нимая во внимание проявления волновых свойств), называется

позитронием.

Существуют два вида позитрониев: ортопозитроний, частицы

которого имеют одноименный спин, и парапозитроний, частицы

которого имеют разноименный спин. Ортопозитроний существу­

ет в среднем одну десятую долю микросекунды, после чего про­

исходит аннигиляция, а парапозитроний и того меньше — всего

одну десятитысячную микросекунды. После аннигиляции орто-

позитрония образуется три протона, а после аннигиляции пара-

позитрония — два. В 1951 году австрийскому физику Мартину

Дойчу (1917—2002) удалось обнаружить позитронии по испуска­

емым ими гамма-лучам.

No Comments »

Электрон является стабильной частицей. Это означает, что

самопроизвольно никаких изменений в нем не происходит.

Согласно закону сохранения электрического заряда общий за­

ряд остается неизменным. Электрон является самой малой ча­

стицей с отрицательным зарядом, и ученые предполагают, что

меньшей отрицательной частицы, скорее всего, не существу­

ет. Распадаясь, электрон должен стать частицей с еще мень­

шей массой, а в этом случае для электрического заряда, так

сказать, просто не останется места, поэтому электроны и не

распадаются.

Это же утверждение относится и к позитрону, являющему­

ся самой малой частицей с положительным зарядом, который

ей некуда девать в случае распада. Поэтому позитрон также

считается стабильной частицей, и, если бы во Вселенной были

одни лишь позитроны, они существовали бы вечно.

Однако позитрон вовсе не единственная частица во Вселен­

ной. Позитроны образуются в мире, где электроны превосходят

их по количеству. При обычных земных условиях не проходит и

одной миллионной доли секунды, как позитрон сталкивается с

электроном. Что же в этом случае происходит?

Сумма зарядов позитрона и электрона равна нулю. Значит,

они могут слиться и нейтрализовать заряды друг друга. Кроме

того, они компенсируют и массу друг друга. Такой процесс

называется взаимной аннигиляцией. Но это не является анни­

гиляцией в чистом виде, так как согласно закону сохранения

массы и энергии что-то все-таки остается, несмотря на ней­

трализацию зарядов. Если пропадает масса электрона и позит­

рона, значит, должно выделиться соответствующее количество

энергии.

Общая масса электрона и позитрона равна 1,822 х 10

27

грам­

мов. По формуле Эйнштейна е = тс

2

(см. ч. II) энергетический

эквивалент массы этих двух частиц равен 1,64 х 10

6

эрг, или

1,02 Мэв.

Нельзя забывать и о других законах сохранения, имеющих

силу при данном преобразовании массы в энергию. Например,

закон сохранения углового момента (см. ч. I) определяет спин.

Спин протона может принимать значение либо +1 , либо — 1.

Если в результате взаимной аннигиляции электрона и позитрона

образуется протон, энергия которого равна 1,02 Мэв (протон гам­

ма-луча), то, предположив, что спин у электрона и позитрона

одинаков, значение этого спина должно равняться 1/2. Если их

спин равен +’/,, то образуется фотон со спином +1, а если их спин

равен —’/

2

, то образуется фотон со спином — 1.

Сложность заключается в том, что нужно соблюдать и за­

кон сохранения количества движения (см. ч. I). Если общий

импульс системы позитрон—электрон по отношению к окру­

жающим объектам равен нулю, тогда единственный образую­

щийся фотон не сможет сдвинуться с места. Но так как фотон

должен двигаться, да еще и со скоростью света, значит, обра­

зуются несколько фотонов.

No Comments »