Новые факты, новые выводы

Рассказав о мезонном истолковании ядерных взаимодействий, мы не упомянули еще о целом ряде важных обстоятельств, которые существенно дополняют нарисованную нами картину. После того как Юкава предсказал новую частицу — мезон, экспериментаторы энергично взялись за ее поиски. Поиски сами по себе представляют интереснейшую главу науки. Достаточно сказать, что только при этих поисках было открыто целых пять частиц. Две из них, имевшие массу, в 207 раз превосходящую массу электрона, и обладавшие одна положительным, а другая отрицательным электрическим зарядом, были названы мю-мезонами (они обозначаются μ+ и μ-). Некоторое время считалось, что это и есть юкавские мезоны. Однако π-мезоны не проявляли никакой активности при взаимодействии с ядрами. Во всяком случае они в этом отношении не отличались от электронов.

Новые поиски привели к открытию пи-мезонов (π-мезоны; иногда их называют также пионами), которые по всем признакам подходили на роль переносчиков ядерного взаимодействия, π-мезоны оказались трех сортов: с положительным (π+), отрицательным (π-) электрическим зарядом и, наконец, нейтральные (π0). Их массы настолько близки (273,2 электронной массы у первых двух и 264,2 у последних), что эти частицы по справедливости считаются не различными мезонами, а одним и тем же мезоном «в разных зарядовых состояниях».

Все ли они играют роль в ядерных взаимодействиях? Да, все, отвечают теория и эксперимент, но роли несколько разные.

Начнем с π+ -мезона. Совершенно очевидно, что он не может испускаться нейтроном. Ведь если бы это происходило, незаряженный нейтрон должен был бы превратиться в частицу с отрицательным зарядом. Но таких частиц нет *).

С другой стороны, π+-мезон очень «охотно» испускается находящимся в ядре протоном, который теряет при этом свой заряд и — заметьте это интереснейшее обстоятельство — превращается в нейтрон. Какова же дальнейшая судьба испущенного π+-мезона? Поглотиться протоном он не может — ведь у того при этом появился бы удвоенный заряд, в то время как физикам прекрасно было известно, что у всех частиц заряд может быть либо нулевым, либо численно точно равным электронному. Следовательно, π+-мезон может быть поглощен только нейтроном, который, получив положительный заряд, превратится, очевидно, в протон.

Итак, после испускания π+ -вазона протоном и его поглощения нейтроном эти частицы как бы меняются местами! Аналогична картина с π--мезоном, но только испускающей частицей здесь является нейтрон, а поглощающей — протон. И опять-таки в результате обмена они меняются местами.

Что касается π0-мезона, то, поскольку он нейтрален, любые частицы независимо от их заряда могут испускать и поглощать его. Хотя π0-мезон вносит немаловажный вклад во взаимодействие, мы сейчас сосредоточим свое внимание на обмене заряженными мезонами. Здесь нельзя не обратить внимание на высокую степень «симметрии»: мезоны обоих знаков заряда одинаково интенсивно «работают», перенося взаимодействие. Это тесно связано с так называемой «зарядовой независимостью» ядерных сил, на которую настойчиво указывают экспериментаторы. Зарядовая независимость проявляется в том, что специфические мезонные («собственно-ядерные») силы одинаковы для любых пар частиц. Протон-протонные, протон-нейтронные и нейтрон-нейтронные взаимодействия оказываются одинаковыми. Таким образом, зарядовая независимость означает просто независимость мезонных сил от того, какой электрический заряд несут частицы.

1 2