Как можно обнаружить неуловимое?

Первая группа резонансных частиц была открыта при изучении рассеяния π-мезонов на нуклонах (протонах и нейтронах). Облучая содержащую водород мишень пучком положительных π-мезонов, ученые обнаружили, что при кинетической энергии π-мезонов в 200 миллионов электрон-вольт они рассеиваются особенно сильно. Наблюдается, как говорят физики, резонанс: число рассеянных мезонов резко возрастает при определенной энергии.
Слово «резонанс», вероятно, вам знакомо. Камертон, на который падает звуковая волна, резонирует, т. е. сильнее всего раскачивается, когда частота звуковых колебаний совпадает с собственной частотой камертона. Такая картина типична для рассеяния волн любой природы.
Вспомним теперь, что в квантовой механике устанавливается простая и общая связь между частотой и энергией. Последняя отличается от частоты лишь на множитель h (постоянную Планка). Значит, на квантовом языке резонанс соответствует тому случаю, когда энергия рассеивающихся частиц (они же и волны согласно корпускулярно-волновому дуализму) совпадает с энергиями, «разрешенными» для рассеивателя.
Нашу аналогию можно проследить довольно далеко. Вот звуковая волна налетает на камертон. Сначала ножки камертона были неподвижны, а теперь качнут колебаться. Если частота звука далека от собственной частоты камертона, то колебания будут слабыми и, не будь внешней подкачки энергии, они сразу же прекратятся. Иное дело в случае резонанса. Здесь уже колебания несравненно более устойчивы. Они заметное время сохранятся, если даже предоставить камертон самому себе. Можно сказать, что резонанс наступает в том случае, когда при рассеянии возникает состояние, которое само по себе относительно устойчиво.

0371.gif

Мы пока еще не располагаем ясным пониманием того, как протекает рассеяние, например, π-мезонов на протонах. Но уже из самого факта существования резонанса с неизбежностью следует, что за тот промежуток времени, в который произошло рассеяние, успело проявить себя какое-то стабильное (относительно стабильное, конечно) образование. Обычно пишут, что рассеяние протекает по схеме:

0372.gif

Словами это читается так: π+-мезон сталкивается с протоном, образуется промежуточное состояние N*++ , а затем оно распадается опять на π+-мезон и протон. Важнейшей величиной, характеризующей промежуточную систему N*++ , является ее энергия (или, в силу уже известного нам соотношения Е = mc2, масса).

Итак, рассеяние выявляет какие-то относительно устойчивые образования, имеющие определенные «параметры» (массу и, как легко понять, заряд и т. д.) и до такой степени подобные «по всем статьям» обычным частицам, что у нас, собственно, нет никаких оснований отказать им в праве на место в обществе последних. Что же представляет собой промежуточное состояние N*++?

Можно предположить, что пион и протон, не теряя своей индивидуальности, способны образовать систему, напоминающую обычный атом водорода. Это будет «π-мезонный атом», в котором место электрона занимает мезон, а роль кулоновских сил играют ядерные. Как и в обычном атоме, энергия «π-мезонного атома» должна быть квантована, т. е. принимать прерывный ряд значений.

1 2