Мезоны.

Все это кажется каким-то жонглированием словами и моделями, ну явная нелепость. Но в атомном мире одна лишь кажущаяся нелепость не является свидетельством ошибочности – давайте посмотрим, что получится из расчетов! Так сказал в 1935 году японский физик-теоретик Юкава.

Вкратце его расчеты свелись к следующему.

Исходя из принципа неопределенности, каждая частица имеет некий диапазон возможных энергий. Возьмем какой-нибудь протон и скажем, что мы можем измерить его энергию с некоторой точностью, и полученные значения этой энергии будут лежать в некотором очень узком диапазоне – обозначим этот диапазон как «∆ε». Значит энергия «бумеранга» - будем называть его термином «переносчик взаимодействия» должна быть меньше, чем ∆ε – так как в этом случае уменьшение энергии протона мы не сможем обнаружить, и закон сохранения энергии выполнится. Получаем первое уравнение: E=∆ε

Здесь «E» - максимально возможная энергия переносчика взаимодействия. Теперь вспомним уравнение Эйнштейна: E=mc² И теперь добавим еще одно соотношение неопределенностей, которое связывает энергию процесса и то время, за которое процесс должен произойти: ∆E×∆t>h

В данном случае диапазон времени ∆t - это и есть то время, в течение которого переносчик взаимодействия существует, то есть время, в течение которого он, будучи испущенным нейтроном, долетит до протона и поглотится им. Мы назовем это время «временем взаимодействия».

Из классической механики мы знаем, что время равняется расстоянию, деленному на скорость. Так как нас сейчас интересует лишь общая оценка, примем скорость переносчика за скорость света, а расстояние примем равным диаметру ядра атома: ∆t=L/c

Теперь остается самое простое – собрать эти уравнения вместе, и тогда мы получим: m=h/Lc²

Масса переносчика взаимодействия равна постоянной Планка, деленной на произведение квадрата скорости света и диаметра атома. И нам известно и то, и другое и третье! Получается что масса переносчика сильного взаимодействия примерно должна равняться 200-300 масс электрона.

В то время, когда Хидэки Юкава сделал все эти вычисления, физики знали о существовании лишь нескольких элементарных частиц. Прежде всего – фотон, квант света. Необычная частица, которая существует только двигаясь со скоростью света 300 тысяч километров в секунду. Масса покоя такой частицы равна нулю. Легкие частицы – электрон, позитрон, нейтрино. Тяжелые частицы – протон, нейтрон. И вот Юкава пришел к выводу, что должны существовать и частицы с промежуточной массой. Он назвал их «мезоны» (т.е., по-гречески, «средние»).

Осталось дело за экспериментом, но все эксперименты пришлось отложить, так как идея Ленина-Сталина по превращению всего мира в концлагерь достигла апогея своего воплощения: Гитлер, которому Сталин помог стать канцлером (путем приказания немецкой компартии отдать за него свои голоса), которому Сталин дал все, что только можно, чтобы тот смог начать вторую мировую войну (стратегическое сырье – нефть, вольфрам, молибден, обучение на своих полигонах немецких танкистов и летчиков и т.д.), эту самую войну все-таки начал. Поэтому только в конце 40-х годов были поставлены опыты, которые и в самом деле открыли мезоны! В точном соответствии с предсказаниями. Было сразу открыто даже несколько мезонов – они имели близкие массы, но имели положительный, отрицательный и нейтральный электрический заряд (если частица не имеет вовсе электрического заряда, мы иногда просто для удобства построения фраз говорим, что она имеет «нейтральный заряд»). Вот так, что называется «на кончике пера» было сделано это великое открытие, за которое Юкава получил Нобелевскую премию 1949 года.

Великим это открытие является по разным причинам. Во-первых, оказалось, что все наши расчеты, опирающиеся на столь «абсурдные» законы атомного мира, и в самом деле позволяют давать совершенно точные предсказания, значит эти модели и в самом деле как-то отражают то, что происходит в микромире. Во-вторых, именно в этот момент было положено начало пониманию того, что «элементарные частицы» не являются элементарными в полном смысле этого слова. Если исходных, элементарных и неделимых кирпичиков мироздания три-пять-шесть, ну с этим можно как-то примириться. А если начали открывать все новые и новые «элементарные» частицы? Если их уже 9, а потом 20, а потом 100? А сейчас их открыто более 400!!!

Древние философы полагали, что мир состоит из неделимых атомов – кирпичиков мироздания. Но когда новые атомы, то есть новые химические элементы, стали открывать десятками, стало ясно – атомы скорее всего не неделимы, а состоят из каких-то других, более «элементарных» частиц, различная компоновка которых и дает нам все известное разнообразие химических элементов. И теперь, когда стало то же самое происходить с «элементарными частицами», физики стали понимать – есть и еще более мелкие кирпичики, компоновка которых дает нам такое разнообразие элементарных частиц. Эти частички имеют название «кварк». Сейчас известно 6 видов кварков, и они имеют электрический заряд, равный «+⅓» или «-⅓». В свободном состоянии они не встречаются и о них мы будем говорить позднее.

Все мезоны, естественно, являются очень короткоживущими существами, в высшей степени нестабильными. Но все же они реальны, а это означает, что они могут взаимодействовать с другими частицами. Так их и «засекли» - некоторые мезоны в процессе своего перемещения от одного нуклона к другому могут успеть провзаимодействовать с какой-нибудь другой частицей, и мы можем зарегистрировать этот процесс, если зарегистрируем его последствия – либо частицы, которые родились в результате таких столкновений, либо изменение состояния провзаимодействовавших с мезоном частиц и т.д.