| |||
| ФИЗИКА, РАДИОАКТИВНОСТЬ Научные открытия в области электромагнитных, сильных (ядерных) и слабых взаимодействий элементарных частиц. Научное открытие "Закономерность в энергетической зависимости полных сечении (Серпуховский эффект)". Формула открытия: "Экспериментально установлена ранее неизвестная закономерность в энергетической зависимости сечений сильных взаимодействий, заключающаяся в том, что полные сечения взаимодействия протонов ±n и к- -мезонов с нуклонами перестают уменьшаться в диапазоне энергий 25-65 гэВ, а полные сечения взаимодействия к+-мезонов с нуклонами начинают возрастать с увеличением энергии". Авторы: Ю. Д. Прокошкин, С. П. Денисов, Р. С. Шувалов, Ю. П. Горин, Д. А. Стоянова, Ю. Б. Бушнин, Ю. П. Дмитриевский, С. В. Донсков, А. И. Петрухин, В. С. Селезнев. Номер и дата приоритета: № 137 от 24 мая 1971 г. Описание открытия. Начиная с 1967 г. в подмосковном Серпухове работает один из самых крупных в мире ускорителей протонов с энергией 70 млрд. эВ. Гигантский ускоритель дает возможность вести исследования ранее недоступных областей энергии. В последнее время работники Института физики высоких энергий провели на этом ускорителе ряд экспериментов, имеющих важное значение для понимания строения элементарных частиц и законов их взаимодействия. Ученые Института: член-корреспондент АН СССР Ю. Д. Прокошкин, доктор физико-математических наук С. П. Денисов, кандидаты физико-математических наук Р. С. Шувалов, Ю. П. Горин, Д. А. Стоянова и научные сотрудники Ю. Б. Бушнин, Ю. П. Дмитриевский, С. В. Донсков, А. И. Петрухин, В. С. Селезнев открыли закономерность в энергетической зависимости полных сечений. Проведение полных сечений взаимодействий адронов в области высоких энергий – одна из фундаментальных проблем ядерной физики. Открытие российских ученых заставило пересмотреть ряд важных положений теории сильных взаимодействий. "На основе экспериментов, проведенных ранее, - рассказывает академик А. А. Логунов, - в науке прочно сложилось следующее представление о взаимодействии частиц. Если частицы высокой энергии пролетают относительно друг друга на расстояниях, меньших радиуса сильных взаимодействий, то при этом происходит их столкновение, в результате которого в большинстве случаев рождаются новые частицы. Считалось, что в этом процессе происходит нечто вроде взаимного полного поглощения столкнувшихся частиц, и они преобразуются в другие частицы. Иначе говоря, в области действия ядерных сил частицы высокой энергии не могут свободно пролетать мимо друг друга. Каждая частица как бы непрозрачна для другой. Что же касается частиц, пролетающих на расстояниях, несколько больших радиуса действия ядерных сил, то они отклоняются от направления своего первоначального движения наподобие волн, огибающих препятствия. Таким образом, при взаимодействии частиц высокой энергии либо изменяется направление их первоначального движения, либо рождаются новые частицы. У каждой пары частиц как бы свой радиус действия ядерных сил. Поэтому условно можно говорить об определенной площади (сечении), на которой эти силы проявляются. Представим одну частицу в виде мишени, а другую как летящую в нее пулю. Чтобы две частицы вступили во взаимодействие, "пуля" должна попасть в "площадку". В свою очередь, размер "площадки" зависит от энергии "пули", т. е. частицы, разогнанной в ускорителе. При столкновении частиц происходят разнообразные процессы. Физикам очень важно знать их интенсивность. Измеряется она особой величиной, которая носит название полного эффективного сечения рассеяния. Её экспериментальное измерение дает важную информацию о характере ядерных взаимодействий частиц. Такие эксперименты и проводились на Серпуховском ускорителе. От других подобных исследований они отличаются тем, что здесь ученые имели дело с частицами, обладающими энергиями, которые раньше были им недоступны. Для этого потребовалось создать уникальную установку, позволившую надежно выделять частицы строго определенного сорта в пучках очень больших энергий и проводить исследования с высочайшей точностью. Опыты, выполненные на прежних ускорителях с энергиями вплоть до 30 млрд. эВ, показали, что полные эффективные сечения отрицательно заряженных пи- и ка-мезонов на протонах уменьшались с ростом энергии. Эти данные хорошо объяснялись с точки зрения существовавших теоретических представлений. Многие ожидали поэтому, что опыты в Серпухове просто подтвердят эту закономерность. Однако результаты экспериментов, совместно проведенных группой ученых Института физики высоких энергий (Серпухов) и Европейской ассоциации ядерных исследований (ЦЕРН, Швейцария), оказались неожиданными. Было установлено, что эффективные сечения отрицательных пи- и ка-мезонов, начиная с энергий 30-35 млрд. эВ, перестают уменьшаться и становятся практически постоянными. Открытие указанной закономерности - Серпуховского эффекта, как её назвали, вызвало подлинную сенсацию и оказало большое влияние на формирование современных представлений о характере взаимодействий частиц в области высоких энергий. Еще более неожиданным оказалось поведение полного эффективного сечения рассеяния положительных ка-мезонов. Измерения, выполненные с помощью ускорителей меньших энергий, свидетельствовали, что эффективное сечение расстояния положительных ка-мезонов на протонах остается постоянным и не меняется с энергией. Существовала уверенность, что такая картина сохранится и при более высоких энергиях. Тем не менее эксперименты в Институте физики высоких энергий продемонстрировали, что эффективное сечение рассеяния положительных ка-мезонов, начиная с энергии около 20 млрд. эВ, растет, приближаясь к постоянному значению эффективного сечения отрицательных ка-мезонов. Таким образом, обнаружено, что в области энергий Серпуховского ускорителя происходит изменение характера сильного взаимодействия частиц. Группа ученых провела также исследования по рассеянию протонов на малые углы. Успех этого сложнейшего опыта стал возможен благодаря оригинальной, никогда ранее не применявшейся методике, предложенной российскими физиками. В результате удалось сделать вывод фундаментальной важности: радиус действия ядерных сил в области энергий Серпуховского ускорителя растет с увеличением энергии сталкивающихся частиц. Другими словами, установлено, что частицы при увеличении их энергии способны взаимодействовать на гораздо больших расстояниях, чем предполагалось раньше. Такой вывод в корне противоречит первоначальному представлению о природе ядерных сил, согласно которому считалось, что взаимодействие переносится отдельными частицами и имеет постоянный, не зависящий от энергии радиус действия. Результаты всех этих исследований имеют важное значение для формирования современных представлений о природе элементарных частиц и характере их взаимодействий при высоких энергиях. Рост радиуса действия ядерных сил между протонами, казалось, должен был приводить при столкновении к увеличению интенсивности процессов образования частиц и их большому рассеянию, т. е. к увеличению полного эффективного сечения. Тот факт, что измеренные на Серпуховском ускорителе полные эффективные сечения протонов, несмотря на рост радиуса действия ядерных сил, остаются постоянными, свидетельствует, что с ростом энергии частица становится как бы более прозрачной для прохождения через нее другой частицы. Иными словами, при высоких энергиях не происходит полного взаимного поглощения частиц внутри радиуса действия ядерных ,сил и частицы как бы приобретают способность просачиваться друг через друга. Это явление существенно меняет установленную ранее картину взаимодействия частиц". Главная КОСМОС ЗЕМЛЯ ЧЕЛОВЕК, БИОЛОГИЯ ФИЗИКА, РАДИОАКТИВНОСТЬ ХИМИЯ, МАТЕРИАЛОВЕДЕНИЕ МЕХАНИКА, АВТОМАТИКА, ЭЛЕКТРОНИКА МАТЕМАТИКА |