Физика ядра и частиц Взаимодействие частиц с веществом
Электромагнитное взаимодействие Кварки Атомное ядро Магнитный дипольный момент ядра Законы радиоактивного распада ядер. Альфа-распад. Бета-распад Естественная радиоактивность

Курс лекций по ядерной физике, физика атомного ядра и частиц

Несохранение четности в слабых взаимодействиях. Опыт Ву

    Подозрения на то, что в слабых взаимодействиях не сохраняется пространственная четность возникли в связи с наблюдаемыми распадами K+-мезонов, которые распадались как на 2, так и на 3 пи-мезона с нулевыми относительными орбитальными моментами. Из этого следовало, что четность K+-мезона в первом случае должна была быть положительной, а во втором отрицательной. Ли и Янг предложили экспериментально проверить сохранение четности в слабых взаимодействиях, исследуя бета-распад поляризованных ядер. Вскоре после открытия нейтрона стало ясно, что протон и нейтрон очень похожи по своим свойствам Окружающий нас мир имеет сложную многоуровневую иерархическую структуру
    Впервые несохранение пространственной четности в слабых взаимодействиях было обнаружено в эксперименте Ву и др. в 1957 г. В эксперименте использовался бета--активный источник 60Co, помещенный в магнитное поле. У ядра 60Co величина спина J = 5 и, соответственно, большой магнитный момент, что позволяло получить достаточно большую степень поляризации ядер в магнитном поле. Источник 60Co, помещался в магнитное поле кругового тока, под действием которого спины ядер выстраивались вдоль направления поля. Для того, чтобы тепловое движение не уничтожило поляризацию 60Co охлаждался до низкой температуры ~0.01о K. Измерялось количество электронов бета-- распада

60Co ------>60Ni + e- + aneutrino.gif (63 bytes)e,

испущенных по направлению магнитного поля (спинов ядер) и в противоположном направлении. Вся установка зеркально симметрична относительно плоскости, в которой расположен круговой ток. При зеркальном отражении импульс (полярный вектор) меняет направление на противоположное, а напряженность магнитного поля, магнитный момент, спин (аксиальные вектора) направления не меняют. Если бы пространственная четность сохранялась, что эквивалентно зеркальному отражению, одинаковое количество электронов должно было бы регистрироваться как по направлению магнитного поля, так и в противоположном направлении. Действительно, закон сохранения пространственной четности в сферических координатах для квадрата модуля волновой функции

|psi(r,theta,fi )|2 = |psi(r,пи-theta1.gif (58 bytes),fi)|2,

из чего следует, что вероятности найти частицу под углом theta1.gif (58 bytes) и (пи-theta1.gif (58 bytes)) равны.

Рис.1
Рис. 1. Схема опыта Ву
Рис.2
Рис. 2. Ориентации спинов и импульсов при бета--распаде кобальта

    Однако, оказалось (см. рис.1), что электроны испускаются преимущественно в направлении противоположном направлению магнитного поля (спинов ядер), т.е. тем самым было доказано, что в слабых распадах четность не сохраняется.
    Спин у антинейтрино всегда направлен по импульсу (см. рис. 2) (положительная или правая спиральность), у нейтрино против импульса (отрицательная или левая спиральность). При бета-распаде сохраняется комбинированная CP-четность - последовательное применение пространственной и зарядовой инверсии (замене частиц на их античастицы (рис 3)).

Рис.3
Рис. 3. CP-преобразование распада 60Co

Некоторые сведения из квантовой механики

Корпускулярные и волновые свойства частиц. Принцип неопределенности
Волновая функция
Уравнение Шредингера
Потенциальная яма
Операторы
Момент количества движения
Статистики. Принцип Паули
Состояния в классической и квантовой физике

В твердых кристаллических телах носителями электрического заряда являются электроны и дырки. В изоляторах свободные электроны и дырки практически отсутствуют, и электрический ток в них невозможен вследствие того, что в зоне проводимости нет свободных электронов, а в валентной зоне нет свободных дырок, которые могли бы двигаться (т.е. изменять свою энергию) во внешнем электрическом поле. Однако такие свободные электроны и дырки появляются в результате прохождения через кристалл заряженной частицы. Процесс генерации заряженной частицей (квази)свободных электронов и дырок (т.е. свободных только внутри кристалла) во многом аналогичен процессу генерации свободных электронов и ионов в газах и жидкостях и описывается теми же формулами

Основные вопросы по курсу Физика ядра и частиц