Читаем Ферми. Ядерная энергия полностью

Таково было положение дел, когда 4 декабря 1930 года Паули в своем знаменитом письме предположил существование новой, еще не обнаруженной нейтральной частицы, излучаемой в ходе распада. Ферми использовал свое влияние в Королевской академии и вместе с Корбино в октябре 1931 года организовал в Риме конференцию. На ней Паули в частном разговоре с Ферми и другими коллегами высказал гипотезу о существовании маленькой частицы, «нейтральной, легкой, с большой проникающей способностью, которая не нарушает принцип сохранения энергии при бета-распаде». Ферми уже подозревал о существовании этой частицы, но не осмелился опубликовать догадку из-за вмешательства Бора. А вот более дерзкий Паули обнародовал свою гипотезу.

Поскольку нейтрон уже был открыт, чтобы избежать путаницы в терминах и даже отчасти в шутку, Амальди и Ферми предложили назвать частицу Паули на итальянский манер — нейтрино, то есть что-то нейтральное и маленькое. Предложение прозвучало на Римском конгрессе 1931 года. Вскоре термин был принят мировым научным сообществом, таким образом «крещение» новой частицы стало одним из самых необычных во всей истории науки. Спустя 25 лет, в 1956 году, американские физики Клайд Коуэн и Фредерик Райнес впервые обнаружили нейтрино опытным путем.

В 1933 году Ферми опубликовал в журнале La ricerca scientifica фундаментальную статью «Попытка теоретического обоснования бета-излучения». Возможно, из-за скромного названия эта работа была отклонена журналом Nature: редакторы сочли, что в работе содержались «рассуждения, слишком далекие от реальности физической науки, чтобы быть интересными читателям». Позже Ферми расширил статью для публикации в Nuovo cimento, и в 1934 году она была переведена на немецкий язык для авторитетного журнала Zeitschrift fur Physik под названием «К теории бета-лучей». В этой новаторской работе Ферми рассматривал бета-распад ядра А, превращающегося в итоге в ядро В, как

А → В + е" + v.

Согласно современной физике частиц, на самом деле в итоге получаются электрон и антинейтрино. Создание и разрушение частиц описывались в квантовой теории Дирака, которая, как в 1927 году доказали Клейн и Джордан, могла применяться к любому виду частиц. Несмотря на дуализм де Бройля и на принцип соответствия Бора, ученые еще довольно сдержанно (это продемонстрировали редакторы Nature) относились к утверждению о том, что частицы и электроны могут с легкостью создаваться и разрушаться. Хотя в рамках теории поля было принято описывать явления в терминах создания и разрушения частиц, лишь Ферми в своей работе применил этот подход не только к фотонам. В основе его теории лежал постулат о том, что в природе материи происходит фундаментальное взаимодействие, которое вызывает переход от нейтрона к протону, при этом образуется один электрон и один электронный антинейтрино:

n0 → p+ + e- + v,

в строгой аналогии с гамма-излучением, при котором возбужденный протон лишается части своей энергии, испуская фотон. Ферми также смог объяснить, почему в одних случаях бета-распад идет быстрее, чем в других: одни процессы распада были разрешены в рамках квантовой теории и могли происходить в стационарных ядрах, в то время как для других, изначально запрещенных, ядро должно было находиться в движении.

В теории бета-распада Ферми не хватало только параметра G. Его надо было найти опытным путем, измерив среднее время жизни бета-распадов. Этот параметр, известный сегодня как постоянная Ферми, определяет интенсивность нового взаимодействия в атоме, вызвавшем бета-распад, которое, в противоположность сильным ядерным силам, обычно использующимся для придания стабильности атомному ядру, было названо слабым взаимодействием. Слабое взаимодействие имеет ограниченное воздействие, а нейтрино и антинейтрино взаимодействуют с материей очень мягко. В современной стандартной модели переносчиками слабого взаимодействия являются W- и Z-бозоны, о которых мы говорили в конце предыдущей главы (см. рисунок).

Диаграмма Фейнмана, на которой помазан распад нейтрона согласно современной физике частиц стандартной модели. Один из d-кварков нейтрона становится u-кварком, излучая р-частицу (электрон) и электронный антинейтрино.

Слабое взаимодействие применяется в инструментах медицинской диагностики и в методах геологической датировки, а также имеет основополагающее значение в той физической Вселенной, которая известна нам сегодня. Ферми и Паули обнаружили фундаментальное взаимодействие природы. Такие звезды, как Солнце, производят энергию посредством термоядерных реакций: например, в результате соединения двух атомов дейтерия получается гелий и энергия.

Н21 + Н21 → Не42 + энергия.

Но как получить дейтерий? В ходе слабого взаимодействия двух протонов типа:

p+ + p+ → H21 + e+ + v.

СЧЕТЧИК ГЕЙГЕРА
Перейти на страницу:

Все книги серии Наука. Величайшие теории

Похожие книги

Вызовы и ответы. Как гибнут цивилизации
Вызовы и ответы. Как гибнут цивилизации

Арнольд Тойнби (1889–1975) – английский философ, культуролог и социолог. Он создал теорию «вызова и ответа» (challenge and response) – закономерность, которая, по его мнению, определяет развитие цивилизации. Сэмюэл Хантингтон (1927–2008) – американский философ, социолог и политолог. Он утверждал, что каждая цивилизация видит себя центром мира и представляет историю человечества соответственно этому пониманию. Между цивилизациями постоянно идет противостояние и нередко возникают конфликты. Исход такой борьбы зависит от того, насколько данная цивилизация «соответствует» сложившемуся миропорядку.В данной книге собраны наиболее значительные произведения А. Тойнби и С. Хантингтона, позволяющие понять сущность их философии, сходство и расхождения во взглядах. Особое внимание уделяется русской цивилизации, ее отличиям от западной, точкам соприкосновения и конфликтам русского и западного мира.

Арнольд Джозеф Тойнби , Самюэль Хантингтон

Зарубежная образовательная литература, зарубежная прикладная, научно-популярная литература
Суперпамять
Суперпамять

Какие ассоциации вызывают у вас слова «улучшение памяти»? Специальные мнемонические техники, сложные приемы запоминания списков, чисел, имен? Эта книга не предлагает ничего подобного. Никаких скучных заучиваний и многократных повторений того, что придумано другими. С вами будут только ваши собственные воспоминания. Автор книги Мэрилу Хеннер – одна из двенадцати человек в мире, обладающих Сверхъестественной Автобиографической Памятью – САП (этот факт научно доказан). Она помнит мельчайшие детали своей жизни, начиная с раннего детства.По мнению ученых, исследовавших феномен САП, книга позволяет взглянуть по-новому на работу мозга и на то, как он создает и сохраняет воспоминания. Простые, практичные и забавные упражнения помогут вам усовершенствовать память без применения сложных техник, значительно повысить эффективность работы мозга, вспоминая прошлое, изменить к лучшему жизнь уже сейчас. Настройтесь на то, чтобы использовать силу своей автобиографической памяти!

Герасим Энрихович Авшарян , Мэрилу Хеннер

Детская образовательная литература / Зарубежная образовательная литература, зарубежная прикладная, научно-популярная литература / Самосовершенствование / Психология / Эзотерика
Против часовой стрелки. Что такое старение и как с ним бороться
Против часовой стрелки. Что такое старение и как с ним бороться

Ученые ищут лекарство от старости уже не первую сотню лет, но до сих пор, кажется, ничего не нашли. Значит ли это, что его не существует? Или, может быть, они просто не там ищут?В своей книге биолог и научный журналист Полина Лосева выступает в роли адвоката современной науки о старении и рассказывает о том, чем сегодня занимаются геронтологи и как правильно интерпретировать полученные ими результаты. Кто виноват в том, что мы стареем? Что может стать нашей защитой от старости: теломераза или антиоксиданты, гормоны или диеты? Биологи пока не пришли к единому ответу на эти вопросы, и читателю, если он решится перейти от размышлений к действиям, предстоит сделать собственный выбор.Эта книга станет путеводителем по современным теориям старения не только для биологов, но и для всех, кому интересно, как помочь своему телу вести неравную борьбу со временем.

Полина Лосева

Зарубежная образовательная литература, зарубежная прикладная, научно-популярная литература