Открытие пионов. Квантовая теория.

Когда начинаешь разбираться, что же такое пион и как его открыли, то, как говорят, ум за разум заходит. Действительно, когда открыли позитрон, то вот она, четко выраженная, фотография трека позитрона, а для пиона такой, ярко выраженной, фотографии нет. А что же есть?

В 1937 году, во время исследования космического излучения, Карл Андерсон и Сет Наддермеер обнаружили и получили фотографию в камере Вильсона не обычный трек частицы, который они назвали “Мезон, да не тот”. Вот эта фотография (Рис. 1)

Сначала думали, что это электроны высоких энергий, как пишут в указанной статье. Но были некоторые отличия в поведении этой частицы от поведения электрона в камере Вильсона. Одним из таких отличий было то, что эта частица теряла мало энергии на излучение. Почему так я попытаюсь объяснить ниже.

Такие частицы при прохождении через магнитное поле ионизировали капельки воды в большей степени, чем электроны, но менее, чем протоны. Из этого следовало, что масса частицы была больше массы электрона в 207 раз и меньше массы протона. Эту частицу они назвали мезотрон. Мезо – промежуточный. К этому времени японский физик X. Юкава предсказал существование частицы с массой именно такого порядка, и ученые пришли к ошибочному заключению, что это и есть "мезон Юкавы". Ошибка заключалась в том, что этот мезотрон есть не что иное, как мюон, а "мезон Юкавы" является тождественным пи-мезону, или пиону, но не мюону. Различных промежуточных частиц оказалось много их и начали открывать.

Пионы были, как и позитрон, открыты в космических лучах. (Об этом рассказ в статье: “Открытие пионов (пи-мезонов). Теория ядерных сил Юкавы” ) Эти частицы не являются стабильными, поэтому не могут долететь до Земли от внеземных источников. Однако пионы образуются при взаимодействии стабильных высокоэнергетических частиц космических лучей с атмосферой Земли. Впервые эти частицы были зарегистрированы в 1947 году с помощью фотографической эмульсии группой под руководством Сесила Фрэнка Пауэлла.

Вот фотографии следов частиц (Рис .2):

Как пишут в статье “…слева изображена фотография взаимодействия ядра с остановившимся пи-мезоном, справа (по средине) — взаимодействие прилетевшего справа сверху пиона с ядром с образованием множества вторичных частиц. Возможно это и так, только мне не вериться, чтобы еще кто-нибудь, кроме самих экспериментаторов, увидел и остановившийся пи-мезон, и ядро. Хотя бы стрелочками указали – где что. Даже не понятно, пион и пи-мезон это одно и то же, или это разные частицы? Если одно и то же, то почему в случае средней фотографии (Рис. 2 2) в результате взаимодействия получили множество вторичных частиц, а в первом случае (Рис. 2 1) пи-мезон просто остановился? В первом случае, что произошло? Пи-мезон остановился и все? Все взаимодействие закончилось этой остановкой? Ничто не распалось, ничто не образовалось, ничто никуда не двинулось? Плохо описаны первые две фотографии. Наверное, эти фотографии понять могут только гении.

Они на них видят следы пионов и распад их на мюоны и мюонное нейтрино. На третьей картинке (Рис. 2 3) видно, что пион π⁺ долетел до точки А и считается что он распался на мюон μ⁺, который долетел до точки В и мюонное нейтрино μ, которое в виду своей малой энергоемкости никаких следов не оставляет. Но вы видите, что путь пиона короче, чем путь мюона. Это значит, что пион распадается быстрее мюона. Ученые просчитали все правильно. А вот толщина этих треков почти одинакова, хотя след от пиона должен быть чуть толще, ибо масса пиона 139.6 МэВ, а масса мюона равна 105.7 МэВ. Здесь же видно, что никакого экспериментального подтверждения в существовании мюонного нейтрино здесь нет (оно не оставляет следа), а след мюона есть.

В общем, совместными усилиями ученые открыли группу пионов или пи-мезонов: π⁰, π⁺ и π^-. Это короткоживущие частицы: время жизни нейтрального пиона 8,52(18)⋅10⁻¹⁷ секунды, а заряженных – 2,6033(5)⋅10⁻⁸ секунды. Откуда происходят эти пионы? Как пишут в статье “…пионы образуются при взаимодействии стабильных высокоэнергетических частиц космических лучей с атмосферой Земли”. Сильно сказано – с атмосферой Земли. Да в этой атмосфере чего только нет. И с чем конкретно взаимодействуют высокоэнергетические частицы? Туманно все это.

Возможно имеется в виду взаимодействие высокоэнергетических позитрона и электрона, как описывается в статье “12. e⁺e^- - аннигиляция. Высокие энергии.”. Диаграммы таких взаимодействий изображены на рисунке 12.1.

Как уверяют ученые, по такой же схеме рождаются и пионы, правда это пока наблюдается только в ускорителях. Есть даже такие расчеты (Рис. 3):

Пожалуйста, все по-научному: и рождение пионов, и пар кварков-антикварков, и мюонов, и пар γ-квантов. Ну почему бы не происходить таким реакциям и вне ускорителей? Главное, чтобы взаимодействующие частицы обладали соответствующей энергией, как это указано на рисунке.

Вывод можно сделать такой: пионы (пи-мезоны) рождаются либо при столкновении высокоэнергетических частиц космических лучей с элементами атмосферы, либо в ускорителях при столкновении пучков высокоэнергетических частицы. Те пионы, которые родились в атмосфере и зафиксировала группа ученых под руководством Сесила Фрэнка Пауэлла. (Рис. 2 3)

Дальше фантазия ученых разыгралась в полную меру, и они начали искать устройство пионов.

Правда к этой диаграмме есть вопросы. Согласно современной науке, описанной в книге “Частицы и атомные ядра” , которую написали ученые Б.С. Ишханов, И.М. Капитонов, Н.П. Юдин, утверждается, что кварки являются фундаментальными частицами, они бесструктурные, то есть представляются каким-то одним, неделимым субстратом. Кроме того, специально оговаривается, что кварки порознь не существуют, их нельзя оторвать друг от друга. Этот учебник одобрен ученым советом Московского Государственного университета во главе с ректором В.А. Садовничим. Материал этого учебника рекомендован для изучения в передовых вузах нашего государства. И вот возникает вопрос, как этот пион π⁺ входит в состав W⁺-бозона? Он входит в неизменном виде, как изюм в булочку, или он как-то растворяется и входит в бозон, как сахар или соль в эту же булочку? Наивный вопрос, но, все-таки, хотелось бы это знать. И еще такое.

Масса этого пи-мезона равна 139,57061(24) МэВ. В то же время масса u-кварка равна 2.3 МэВ и масса d̅-антикварка (массы кварка и антикварка равны) равна 4.8 МэВ. А так как кварки по отдельности существовать не могут, то придется предположить, что масса глюона, объединяющая кварки в пион π⁺, будет равна 139.6 – (2.3 + 4.8) = 132.5 МэВ. Так или иначе, но эта масса каким-то чудом превратилась в массу 80.4 ГэВ W⁺-бозона, а затем уже эта масса превратилась в массу мюона μ⁺, равную 105.7 МэВ и массу мюонного нейтрино ν_μ, равную <0.17 МэВ. Не сопоставимые массы до распада и после распада. Ну что это за чехарда? Неужели нет ни одного в мире ученого, который привел бы все в порядок, хотя бы и ложный?

А что же на самом деле происходит в камере Вильсона или фотодетекторах? Дело в том, что на Солнце непрерывно идут ядерные реакции, в результате которых ядра распадаются и высвобождается множество пионов, которые держали ядро, как целостное образование.

Пион – это большой энергии фотон, по крайней мере, он длиннее развернутого электрона или позитрона, примерно, в 207 раз, и он есть в космическом излучении ровно, как и все другие фотоны различных излучений. Спектр космического излучения почти такой же, как и спектр излучения абсолютно черного тела. Мы не знаем за каким излучением прячется пион. Может он движется одиночно, как нейтрино, может пионы движутся группами с частотой оптического спектра излучения или микроволнового излучения, а может быть с частотой радиоволн. Ясно только то, что длина волны излучения должна быть длиннее самого пиона.

Пион – это не конденсированная масса. Он, как и любой фотон, состоит из набора однотипных квантов. О квантах рассказывается в статьях “Квант, из чего он состоит.” и “Квант энергии, как устроен и как движется”. Попадая в фоточувствительный слой, пион взаимодействует с электронами вещества. Природа устроена так, что, чтобы не попало на частицу, оно начинает взаимодействовать с этой частицей. Взаимодействие заключается в том, что частица начинает поглощать попавший на нее любой фотон, в том числе и пион, несмотря на то, что он намного больше самой частицы, если взять электрон. Если этот фотон не пригоден для частицы, то есть он по размерам не может замкнутся сам на себя вокруг частицы, то частицы излучит этот фотон. Произойдет ретрансляция фотона. Такие пары (фотон - частица) я называю не резонансными. А если поглощение возможно – это резонансная пара.

Так вот в случае с пионом конечного поглощения не происходит, но в процессе его поглощения происходит задержка движения электрона в атоме. В результате этой задержки происходит вынужденное излучение обменного фотона. А это уже световой спектр и его фотоны, как и обычные фотоны, начинают высвобождать атомы серебра в фоточувствительной смеси. Открытие пионов (пи-мезонов). Теория ядерных сил Юкавы Из этих атомов и выстраиваются треки, которые мы видим на фотопластинках.

Никакого распада (в смысле обнаруженного фотодетектором) там нет. Бессмысленно считать, что мюон распался на электрон, мюонное и электронное нейтрино, как на рисунке чуть выше. Энергия не должна теряться. Сколько квантов было до распада, ровно столько, ни на один меньше или больше, должно быть и после распада.

Может возникнуть вопрос: а как так случилось, что пион двигался (буду отталкиваться от картинок) слева направо, а мюон полетел снизу вверх? Такое может быть если пион рассматривать как шарик, который столкнулся с чем-то массивным, как в опытах Резерфорда или распался, точнее взорвался. Но в случае распадения надо, чтобы что-то передало мюону импульс движения вверх. Возможно это и есть мюонное нейтрино. Но вполне возможно, что это обычное томпсоновское рассеяние. Чему я больше верю, ибо собрать в начале пути пиона электрон и позитрон высокой энергии, чтобы получить пион мне представляется очень и очень маловероятным.

Здесь и кроется ответ на вопрос – почему эта частица мало излучает? Фотон вообще ничего не излучает. Он сам есть излучение.