ПОИСК Статьи Чертежи Таблицы Открытие антипротона. Антивещество из "Введение в экспериментальную физику частиц Изд2 " После открытия позитрона, подтвердившего теорию Дирака, возник вопрос, применима ли эта теория к барионам, а значит, существуют ли антибарионы Теория отвечала на этот вопрос положительно, однако поиски антипротонов в космических лучах пе привели к успеху, более того, была установлена барионная асимметрия Вселенной. Так существуют ли антипротоны и другие антибарионы Это был вопрос принципиальный. [c.65] Антипротоны должны рождаться вместе с протонами (или нейтронами), и для их рождения в системе центра масс сталкивающихся частиц должна быть выделена энергия, превышающая удвоенную массу протона (тпр = 938 МэВ). Для этого протон, сталкивающийся с неподвижным протоном-мишенью, должен иметь энергию (в лабораторной системе координат) не меньше 6,5 ГэВ. Если же нротон-мишень движется навстречу летящему к нему протону, то энергия последнего может быть меньше. Нуклоны внутри ядер двигаются в разных направлениях ( ферми-движение ) со средним импульсом около 200 МэВ/с. Возможность для налетающего протона столкнуться с нуклоном ядра, двигающимся ему навстречу, снижает порог энергии для рождения антипротона почти до 4 ГэВ. [c.66] В то же время вероятность рождения антипротона увеличивается с ростом энергии протонного пучка, и это было аргументом в пользу выбора для поиска этого процесса энергии, заметно превышающей пороговую. [c.66] Основополагающий эксперимент провели О. Чемберлен, Э. Сегре и их коллеги в 1955 г. Схема их установки приведена на рис. 2.21. [c.66] Пучок протонов падал на медную мишень Т. Среди множества родившихся в мишени отрицательных частиц, подавляющее большинство которых заведомо составляли тг -мезоны, искали частицы с массой протонов. Массу определяли по импульсу и скорости частиц. [c.66] Магниты М1 и М2 (а также фокусирующие магнитные линзы Ql и Q2) отбирали частицы с импульсом 1,19 ГэВ. Скорость каждой частицы измеряли двумя способами по времени пролета и с помощью черепковских счетчиков. [c.66] При импульсе 1,19 ГэВ скорость тг-мезонов (3 = 0,99, а частиц с массой протона (Зр = 0,78. Время пролета между сциптилляциоппыми счетчиками 81 VI 82 (расстояние 40 футов, или 12,2 м) для пионов 40 не, для антипротонов оно должно составлять 51 не. Частицы с такой разностью времен пролета установка позволяла разделять достаточно надежно. [c.66] Для поиска таких актов аннигиляции антипротонов поставили несколько опытов. В наиболее успешном из них, использовавшем фотоэмульсии, обнаружили 35 случаев аннигиляции антипротонов, в более чем половине которых выделялась энергия выше 940 МэВ (до 1350 50 МэВ). [c.68] Антинейтроны были обнаружены но перезарядке антипротонов в антинейтроны и аннигиляции последних. Эти процессы регистрировались с помощью сцинтилляционных счетчиков, фиксировавших перезарядку, и черепковского счетчика из свинцового стекла, детектировавшего акты аннигиляции. [c.68] За открытие антипротонов Чемберлен и Сегре получили в 1959 г. Нобелевскую премию. [c.68] Затем в эмульсиях и пузырьковых камерах наблюдалось рождение Л (антилямбда). Впоследствии были наблюдены и антибарионы других типов. [c.68] Существование античастиц было предсказано теоретически (как говорят, опи были сначала открыты на кончике пера ), а затем надежно установлено экспериментально. [c.68] Античастицы имеют одинаковые с частицами массу, величину снина, полное время жизпи до распада, ту же абсолютную величину, но противоположные знаки магнитного момента и всех зарядов — электрического, барионного и других, о которых будет рассказано в дальнейшем. [c.68] Античастицы обозначают черточкой или тильдой над символом частицы (нанример, антипротон обозначают р или р). [c.68] При столкновении частиц и античастиц возможна их аннигиляция, т. е. исчезновение с образованием новых частиц, полная энергия которых равна энергии, выделившейся при аннигиляции. При небольших энергиях в акте аннигиляции е+е рождаются фотоны, при аннигиляции рр образуется несколько пионов (для сохранения энергии и имнульса число рождаемых частиц должно быть не менее двух). С увеличением энергии столкновения возрастает общая масса рождаемых нри аннигиляции частиц и появляется возможность появления частиц все большей массы. Вероятность процесса аннигиляции обратно пропорциональна отпосительпой скорости частиц и при уменьшении этой скорости до нуля растет до 100%. Поэтому античастицы могут существовать только при отсутствии контакта с веществом. В частности, позитроны, стабильные частицы, которые в вакууме могут существовать бесконечно долго, в твердых телах живут меньше одной миллионной доли секунды. [c.68] При аннигиляции вещества и антивещества выделяется их полная энергия Е = тс . Поэтому антивещество можно рассматривать как идеальное горючее , с коэффициентом полезного действия 200 %, более чем на два порядка превышающим предельный КПД реакций термоядерного синтеза. [c.69] Однако возможность практического использования энергии аннигиляции антивещества в настоящее время не очевидна создание антивещества требует затраты энергии большей, чем выделяемая при его аннигиляции (энергия сталкивающихся первичных частиц расходуется не только на рождение пар частица-античастица). [c.69] В то же время следует отметить, что если со временем будут найдены способы получения энергии с КПД, заметно превышающим достижимый при термоядерном синтезе, то это сможет быть достигнуто только в результате прогресса физики частиц возможности получения энергии за счет ядерных реакций ограничены и выход на следующий уровень КПД источников энергии требует более глубокого проникновения в строение вещества. [c.69] Вернуться к основной статье