ВУЗ:
Составители:
62
Японский физик X. Юкава, изучая природу ядерных сил, вы-
двинул в 1935 г. гипотезу о существовании частиц с массой, в 200-300
раз превышающей массу электрона. Эти частицы должны выполнять роль
носителей ядерного взаимодействия, подобно тому, как фотоны явля-
ются носителями электромагнитного взаимодействия.
К. Андерсон и С. Неддермейер, изучая поглощение жесткого
компонента вторичного космического излучения в свинцовых фильтрах,
действительно обнаружили (1936) частицы массой, близкой к ожидае-
мой (207m
e
). Они были названы впоследствии мюоамн. Доказано, что
жесткий компонент вторичного космического излучения состоит в ос-
новном из мюнов, которые, как будет показано ниже, образуются
вследствие распада более тяжелых заряженных частиц (π- и K-
мезонов).
Существуют положительный (μ
+
) и отрицательный (μ
–
) мюо-
ны; заряд мюонов равен элементарному заряду е. Масса мюонов равна
206,8 т
е
, время жизни μ
+
- и μ
–
-мюонов одинаково и равно 2,2⋅10
–6
с.
Исследования показали, что мюоны претерпевают самопроизвольный
распад, являясь, таким образом, нестабильными частицами. Распад
мюонов происходит по следующим схемам:
μ
μ
vvе
e
~
0
0
0
0
0
1
++→
+
+
(28.1)
μ
μ
vvе
e
0
0
0
0
0
1
~
++→
−
−
(28.2)
где
μ
v
0
0
и
μ
v
~
0
0
– соответственно «мюнные» нейтрино и антинейтрино,
которые отличаются от
е
v
0
0
и
е
v
~
0
0
– «электронных» нейтрино и антиней-
трино, сопутствующих испусканию позитрона и электрона соответст-
венно. Существование
μ
v
0
0
и
μ
v
~
0
0
следует из законов сохранения энер-
гии и спина.
Из схем распада (28.1) и (28.2) следует, что спины мюонов, как
и электрона, должны быть равны 1/2 (в единицах h ), так как спины
нейтрино (1/2) и антинейтрино (–1/2) взаимно компенсируются.
Дальнейшие эксперименты привели к выводу, что мюоны не
взаимодействуют с атомными ядрами, то есть являются ядерно-
неактивными частицами. Мюоны, с одной стороны, из-за ядерной
пассивности не могут рождаться при взаимодействии первичного ком-
понента космического излучения с ядрами атомов атмосферы, а с дру-
гой – из-за нестабильности не могут находиться в составе первичного
космического излучения. Следовательно, отождествить мюоны с час-
тицами, которые, согласно X.Юкаве, являлись бы носителями ядерного
15
II. АТОМ ВОДОРОДА ПО РЕЗЕРФОРДУ-БОРУ
§ 6. Модели строения атома.
Опыты Резерфорда по рассеянию
α
-частиц.
До конца ХIХ века считалось, что атомы – мельчайшие недели-
мые частицы вещества. Но открытие электрона показало, что эта от-
рицательно заряженная частица почти в 2000 раз легче атома и вхо-
дит в состав любых атомов.
При различных процессах атомы теряют электроны и превра-
щаются в положительно заряженные ионы. Это означает, что
атомы –
сложные образования и состоят из положительно заряженных частиц
и электронов. Как распределены эти частицы в атоме – было не из-
вестно.
Первая модель строения атома принадлежит Дж.Томсону (1903
г.). По этой модели, атом представляет собой равномерно заполнен-
ный положительным электричеством шар, внутри которого находится
электрон. Суммарный положительный заряд шара равен
заряду элек-
трона, так что атом в целом нейтрален. Данная модель оказалась несо-
стоятельной, так как не соответствовала многим экспериментальным
фактам.
В 1910-1911 гг. Э.Резерфорд с сотрудниками провел опыты по
зондированию атомов с целью выяснения характера распределения
положительных и отрицательных зарядов в атоме. Для этого узкий
пучок α - частиц, испускаемых
радиоак-
тивным веществом Р, направлялся на
тонкую металлическую фольгу Ф, за ней
помещался экран Э, который был покрыт
сернистым цинком и при соударение с α-
частицами экран светился. Вызываемые
ударами α-частиц вспышки света на-
блюдались в микроскоп М. Микроскоп и экран можно было вращать
вокруг оси, проходящей через центр рассеивающей
фольги.
Напомним, α-частицы – это частицы, которые испускаются не-
которыми радиоактивными элементами. Они обладают положитель-
ным зарядом, равным удвоенному элементарному заряду и движутся
со скоростью
α
υ
=10
7
м/с, поэтому обладают большой проникающей
способностью.
М
Э
Ф ϕ
Р *
Рис.6.1.
62 15
Японский физик X. Юкава, изучая природу ядерных сил, вы- II. АТОМ ВОДОРОДА ПО РЕЗЕРФОРДУ-БОРУ
двинул в 1935 г. гипотезу о существовании частиц с массой, в 200-300
раз превышающей массу электрона. Эти частицы должны выполнять роль § 6. Модели строения атома.
носителей ядерного взаимодействия, подобно тому, как фотоны явля- Опыты Резерфорда по рассеянию α -частиц.
ются носителями электромагнитного взаимодействия.
К. Андерсон и С. Неддермейер, изучая поглощение жесткого До конца ХIХ века считалось, что атомы – мельчайшие недели-
компонента вторичного космического излучения в свинцовых фильтрах, мые частицы вещества. Но открытие электрона показало, что эта от-
действительно обнаружили (1936) частицы массой, близкой к ожидае- рицательно заряженная частица почти в 2000 раз легче атома и вхо-
мой (207me). Они были названы впоследствии мюоамн. Доказано, что дит в состав любых атомов.
жесткий компонент вторичного космического излучения состоит в ос- При различных процессах атомы теряют электроны и превра-
новном из мюнов, которые, как будет показано ниже, образуются щаются в положительно заряженные ионы. Это означает, что атомы –
вследствие распада более тяжелых заряженных частиц (π- и K- сложные образования и состоят из положительно заряженных частиц
мезонов). и электронов. Как распределены эти частицы в атоме – было не из-
Существуют положительный (μ+) и отрицательный (μ–) мюо- вестно.
ны; заряд мюонов равен элементарному заряду е. Масса мюонов равна Первая модель строения атома принадлежит Дж.Томсону (1903
206,8 те, время жизни μ+- и μ–-мюонов одинаково и равно 2,2⋅10–6 с. г.). По этой модели, атом представляет собой равномерно заполнен-
Исследования показали, что мюоны претерпевают самопроизвольный ный положительным электричеством шар, внутри которого находится
распад, являясь, таким образом, нестабильными частицами. Распад электрон. Суммарный положительный заряд шара равен заряду элек-
мюонов происходит по следующим схемам: трона, так что атом в целом нейтрален. Данная модель оказалась несо-
μ + → +10 е+ 00 ve + 00 v~μ (28.1) стоятельной, так как не соответствовала многим экспериментальным
0~ фактам.
μ → е+ v + v
−
−1
0 0
μ (28.2)
0 e 0
В 1910-1911 гг. Э.Резерфорд с сотрудниками провел опыты по
где 00 vμ и 00 v~μ – соответственно «мюнные» нейтрино и антинейтрино, зондированию атомов с целью выяснения характера распределения
положительных и отрицательных зарядов в атоме. Для этого узкий
которые отличаются от 0 v и 0 v~ – «электронных» нейтрино и антиней-
0 е 0 е пучок α - частиц, испускаемых радиоак- М
трино, сопутствующих испусканию позитрона и электрона соответст- тивным веществом Р, направлялся на Э
венно. Существование 00 vμ и 00 v~μ следует из законов сохранения энер- тонкую металлическую фольгу Ф, за ней
помещался экран Э, который был покрыт Ф ϕ
гии и спина. Р *
сернистым цинком и при соударение с α-
Из схем распада (28.1) и (28.2) следует, что спины мюонов, как
частицами экран светился. Вызываемые
и электрона, должны быть равны 1/2 (в единицах h ), так как спины Рис.6.1.
ударами α-частиц вспышки света на-
нейтрино (1/2) и антинейтрино (–1/2) взаимно компенсируются.
блюдались в микроскоп М. Микроскоп и экран можно было вращать
Дальнейшие эксперименты привели к выводу, что мюоны не
вокруг оси, проходящей через центр рассеивающей фольги.
взаимодействуют с атомными ядрами, то есть являются ядерно-
Напомним, α-частицы – это частицы, которые испускаются не-
неактивными частицами. Мюоны, с одной стороны, из-за ядерной
пассивности не могут рождаться при взаимодействии первичного ком- которыми радиоактивными элементами. Они обладают положитель-
понента космического излучения с ядрами атомов атмосферы, а с дру- ным зарядом, равным удвоенному элементарному заряду и движутся
гой – из-за нестабильности не могут находиться в составе первичного со скоростью υα =107 м/с, поэтому обладают большой проникающей
космического излучения. Следовательно, отождествить мюоны с час- способностью.
тицами, которые, согласно X.Юкаве, являлись бы носителями ядерного
Страницы
- « первая
- ‹ предыдущая
- …
- 13
- 14
- 15
- 16
- 17
- …
- следующая ›
- последняя »
