ПОИСК Статьи Чертежи Таблицы Лекция четвертая. Поиски притяжения между электроном и нейтроном из "Лекции по атомной физике " Однако следует учитывать, что не все эти 36 задач могут быть разрешены. Разрешение возможно только в ограниченном числе случаев и классический (или по крайней мере наиболее классический) метод исследования сил, действующих между двумя частицами, состоит в наблюдении столкновения между этими частицами. [c.58] Действительно, в знаменитых исследованиях Резерфорда, касающихся области действия атомных ядер на альфа-частицы, применение этого метода позволило установить, что размеры атомного ядра малы по сравнению с размерами самого атома. Этот же метод с большим успехом применяют (хотя он и дает лишь частные результаты) для определения на основе эмпирических данных сил, действующих между протоном и нейтроном или протоном и протоном. [c.58] Вопрос, которому я посвящаю эту лекцию, имеет гораздо меньшее значение. Он также является задачей о взаимодействии двух частиц, однако последними являются такие элементарные частицы, между которыми действуют только очень слабые силы, если они вообще существуют. Эти частицы — нейтрон и электрон. Таким образом, мы обсуждаем следующую проблему силы, действующие между нейтроном и электроном . [c.58] Это обстоятельство было впервые предсказано теоретически Блохом и им же наблюдено в эксперименте, из которого были получены весьма важные следствия, в частности был развит метод поляризации нейтронов, т. е. метод получения пучка нейтронов, имеющих одинаковую ориентацию спинов. [c.59] Однако это взаимодействие мы не будем рассматривать, поскольку оно не того рода, который мы здесь обсуждаем. В связи с этим обстоятельством интересующие нас эксперименты должны исключить указанное взаимодействие. В этих опытах предпочтительно пользоваться немагнитными материалами, т. е. не парамагнитными и тем более не ферромагнитными атомами, чтобы отличный от нуля магнитный момент нейтрона не мог бы взаимодействовать с их магнитными моментами. Мы преднамеренно выбираем такие условия опыта, потому что собираемся узнать, существуют ли силы притяжения между нейтроном и электроном. [c.59] Рассмотрим нейтрон п и электрон е. [c.59] Почему можно думать, что две частицы могут передавать силу, действующую от одной к другой Отчего, независимо от всех теоретических предположений, которые можно себе представить, остается открытым следующий вопрос существуют или не существуют между этими двумя частицами притягивающие или отталкивающие силы существенно центрального характера. [c.59] Имеются известные основания к тому, чтобы принять, что частица 80% всего времени находится в форме п и 20% в форме р- -ж . Эти цифры примерные и служат только для оценки порядков величины . [c.60] Но если принять это представление буквально, что, вероятно, незаконно, то мы должны будем сказать, что, как только часть электрона начнет проникать в мезонное облако, окружающее положительный заряд в нейтроне, начнет действовать и сила. [c.62] главная проблема, являющаяся объектом нашего исследования, состоит в отыскании двух вещей прежде всего, не найдутся ли силы, гораздо большие, чем те, которые мы рассматриваем, между электроном и нейтроном, и, далее, если это пе имеет места, удастся ли наблюдать те силы, происхождение которых мы только что описали. [c.62] Чтобы для общей ориентации выяснить, какого типа опыт надо произвести, нужно определить порядки величин, с которыми придется иметь дело, а это довольно легко. [c.62] В этой формуле т — приведенная масса системы мы увидим, что ее величина существенно влияет на результат. [c.62] Нельзя ли сделать лучшую оценку Мы увидим, что в настоящее время опыт еще крайне недостоверен, так что нельзя сделать большего, чем сравнение порядков величин. Но эксперимент, вероятно, усовершенствуется. Тогда возникнет проблема более точного сравнения результатов теории и опыта, чем грубое сопоставление порядков величин. [c.63] Но в настоящий момент, как мы говорили, нельзя сделать ничего лучшего. Причиной того, что нельзя сделать лучшего, как обычно, являются два недостатка теории Юкавы, о которых мы уже говорили в другой связи. Во-первых, пет единственной теории, а есть полдюжины их можно сказать даже больше, чем полдюжины, потому что имеется еще неизвестная нам правильная седьмая теория. Во-вторых, даже если бы мы знали, что одна из шести известных теорий верпа, наши математические методы теории поля крайне примитивны и дают бесконечности, которые мы иногда принимаем, а иногда исключаем довольно искусственным способом. Поэтому во многих случаях все шесть теорий (по пе потому, что их именно шесть) приводят к неопределенным результатам, кроме того, правильная теория, вероятно, принадлежит пе к числу этих шести. [c.63] Из этого расчета можно получить представление о том, как мало это взаимодействие. Мы можем сопоставить его с силой, действующей между нуклонами, например между протоном и нейтроном, стандартизованной тем же способом. Ее обычно представляют потенциальной ямой, имеющей классический электронный радиус, что соответствует потенциалу, равному около 15 Мэе, т. е. примерно в 2500 раз большему, чем потенциал взаимодействия между нейтроном и электроном. [c.64] если существуют силы этого типа между электроном и нейтроном, то их величина составляет около 1/2500 величины силы между ядрами. [c.64] В качестве массы надо подставить приведенную массу системы электрон-нейтрон поскольку масса нейтрона много больше массы электрона, приведенная масса практически сведется к массе электрона, которая весьма мала и входит в (2) в квадрате. [c.64] Начнем теперь учитывать множители, на которых можно выиграть столько, что ситуация представится с более благоприятной точки зрения. Это прежде всего множитель, равный миллиону. В формулу (2) входит величина то, представляющая приведенную массу. Ио правильно ли мы выбрали приведенную массу системы нейтрон-электрон Мы поступили бы правильно, если бы и электрон и нейтрон были свободными частицами, т. е. если существовали только электрон и нейтрон в пустоте. В действительности электрон составляет часть атома, с которым оп связан практически жестко по отношению к столкновениям с медленным нейтроном. Следовательно (и это можно подтвердить точным вычислением, с которым достаточно хорошо согласуется результат рассуждений), электрон в атоме не является свободным электроном и в рассматриваемых явлениях ведет себя, как связанный электрон. [c.65] система свелась к электрону, который находится в фиксированном положении по отношению к нейтрону поэтому в качестве приведенной массы, входящей в формулу (2), надо взять массу нейтрона, которая примерно в 2000 раз больше массы электрона и входит в формулу в квадрате. [c.65] Таким образом, мы выиграли во множителе 4 10 , который недостаточен, конечно, чтобы компенсировать множитель по все же помогает. Можно еще без затруднений выиграть во множителе, равном примерно 50, беря достаточно тяжелый атом, имеющий, скажем, 50 электронов (различные опыты делались с ксеноном). Оба множителя вместе дают 50 4 10 = 2 10, который уже ближе к Так или иначе, остается множитель 100 000 ясно, что мы пе можем делать опыты с точностью до 1/100 000. [c.65] Вернуться к основной статье