ЗАСТОСУВАННЯ СТО В СУЧАСНОМУ ПРИРОДОЗНАВСТВІ

Як вже було розглянуто в п. 3.1, кожна елементарна частинка має свого двійника, який відрізняється від неї лише знаком електричного заряду. Маси спокою частинки і її античастинки однакові, наприклад електрон і позитрон мають маси спокою, рівні 0,91 1-10 30 кг або 0,511 МеВ. У ядерній фізиці на підставі еквівалентності маси і енергії - формула (25) - величину маси елементарних частинок висловлюють в енергетичних одиницях - електронвольтах (еВ) і похідних одиницях мегаелектронвольт.

Якщо частка і античастинка зустрічаються в одній точці простору, то вони взаємно анігілюють, т е. Зникають як частки з відмінними від нуля масами спокою. Згідно СТО повна енергія двох частинок переходить в енергію фотонів - частинок електромагнітних випромінювань. Фотони мають нульове значення маси спокою, тому вони можуть рухатися зі швидкістю світла (нерухомих фотонів не буває). Джерелом позитронів в лабораторіях зазвичай служать радіоактивні нукліди, наприклад ядра ізотопу фосфору з масовим числом 31. Інші античастинки утворюються в ході реакцій між мікрочастинками, розігнаними до високих швидкостей в прискорювачах.

Особливістю анігіляційного електромагнітного випромінювання є висока енергія утворюються фотонів, висока - в порівнянні з енергією хімічних зв'язків атомів в молекулах або електронів з ядрами атомів. Нагадаємо, що для іонізації атома водню необхідно 13,6 еВ. А енергія фотона при анігіляції бета-частинок буде дорівнює:

У енергію випромінювання переходить подвоєна енергія-маса спокою частинок і зазвичай мала кінетична енергія електрона і позитрона.

Можлива і зворотна реакція переходу енергії гамма-квантів в енергію-масу пари «частка - античастинка» (рис. 48). Цей процес більш ефективно відбувається поблизу важких ядер, де великі спотворення просторово-часового континууму.

Схема процесу утворення пар частка - античастинка

Мал. 48. Схема процесу утворення пар частка - античастинка

Енергії гамма-кванта має бути достатньо для появи маси спокою двох частинок і повідомлення компонентів утвореної пари кінетичної енергії (щоб «близнюки» могли розлетітися один від одного). Новоутворена античастка виявляється в чужому для НСС світі, оточеній багатьма звичайними частинками речовини, і незабаром анігілює.

У ядсрних реакціях був виявлений незвичайний ефект, названий дефектом маси. Розглянемо, наприклад, реакцію освіти одного з трьох ізотопів водню - дейтерію (рис. 49). Коли протон і нейтрон зближуються на відстань дії ядсрних сил, відбувається утворення ядра дейтерію.

При цьому виділяється енергія W, у багато разів (в мільйони разів) більша, ніж у звичайних хімічних реакціях, наприклад ніж в реакції утворення молекули водню з двох атомів. Згідно з висновками теорії відносності, виділення і передача в зовнішнє середовище енергії супроводжується зменшенням повної маси системи.

Схема утворення ядра дейтерію

Мал. 49. Схема утворення ядра дейтерію

З цієї причини експериментально визначається маса ядра дейтерію менше, ніж сума мас вільних протона і нейтрона. Величина різниці мас отриманого ядра і вихідних частинок отримала назву дефекту мас:

Подібний ефект супроводжує освіту і інших ядер. Без розуміння можливості еквівалентних змін енергії і маси не можна пояснити наявність дефекту мас у ядер всіх хімічних елементів.

Можливий і зворотний процес, в результаті якого сума мас народилися елементарних частинок буде більше, ніж маса спокою вихідних частинок. Такого ефекту в класичному природознавстві не передбачалася. Він проявляється в тих випадках, коли в реакціях з іншими мікрочастинками підведена ззовні до цих часток енергія переходить в масу нових частинок, що утворюються. Закон збереження енергії-маси не забороняє народження все більш масивних мікрочастинок при зіткненні мікрочастинок на прискорювачах (див. Рис. 31), була б достатньою величина підводиться в зону реакції енергії!

Доки можливо таке «обваження» знову народжуються частинок? Фантазуючи, деякі письменники вважають за можливе навіть народження нових всесвітів в результаті якихось потужних енергетичних процесів, керованих розумними істотами в інших галактиках ... Однак це не так. Найпотужніша з відомих в даний час мікрочастинок - скалярний Z-бозон - має масу, порівнянну з масою атома срібла. Для мікрочастинок це велика величина, але вона не порівнянна навіть з важками в 1 грам.

Нижче ми розглянемо, за якими фізичними міркуваннями зростання маси мікрочастинок обмежено деяким фундаментальним межею, і тому всесвіти в відомих зараз взаємодіях не утворюються.

 
Переглянути оригінал
< Попер   ЗМІСТ   ОРИГІНАЛ   Наст >