ФІЗИКА

Частина 6 ФІЗИКА АТОМНОГО ЯДРА І ЕЛЕМЕНТАРНИХ ЧАСТИНОК

 

Розділ 17 ФІЗИКА АТОМНОГО ЯДРА

 

17.12. Взаємоперетворення γ-фотонів і електронно-позитронних пар

 

Позитрон стійкий тільки у вакуумі. В речовині він не може існувати тривалий час. Так, у атмосферному повітрі тривалість його життя становить 10-6 с. Протягом цього часу позитрон стикається з будь-яким електроном речовини, що приводить до перетворення позитрона і електрона щонайменше у два фотони. Процес перетворення електрона і позитрона у два фотони називають анігіляцією пари:

При цьому кожний із двох утворених γ-фотонів має енергію, не меншу ніж

де mе — маса електрона (позитрона). Досліди Ж. Тібо (1934 р.) підтвердили, що проходження позитронів через речовину (платину) супроводжується випромінюванням γ-фотонів саме такої енергії. Встановлено також, що поряд з анігіляцією пари електрон-позитрон може відбуватись і зворотний процес — перетворення фотона відповідної енергії в полі ядра в пару електрон-позитрон або утворення такої пари зі зменшенням енергії фотона на величину 2mес2. Утворення електронно-позитронних пар уперше зареєстрували Ірен та Фредерік Жоліо-Кюрі (1933 р.). Та обставина, що в дослідах позитрон з’являвся одночасно з електроном, приводить до такого уявлення про механізм цього явища: фотон великої енергії поблизу важкого ядра перетворюється в пару позитрон-електрон, на що витрачається енергія 1,02 МеВ. Залишок енергії фотона виявляється у вигляді кінетичної енергії електрона і позитрона, може також утворюватися розсіяний квант з енергією hν’ (рис. 17.11). Хоча ядро і потрібне для утворення з фотона пари позитрон-електрон (її потребує закон збереження імпульсу), однак в обміні енергії ядро помітної участі не бере; найчастіше залишок енергії кванта (hν/ = hν - 1,02 МеВ) розподіляється порівну між позитроном і електроном. Фотони, енергія яких менша за 1,02 МеВ, не можуть перетворюватись у пару. Перетворення фотона в пару позитрон-електрон часто називають «матеріалізацією кванта». Обидва терміни — «анігіляція пари» і «матеріалізація кванта» — є методологічно невдалими, на них немовби осіла тінь ідеалістичного тлумачення взаємоперетворення фотона і пари позитрон-електрон. «Анігіляція» позитрона і електрона дослівно означає перетворення в ніщо. Під «матеріалізацією» фотона іноді розуміють «виникнення» матерії з нічого. Таке тлумачення немовби повертає до життя енергетизм у сучасній фізиці: матерія «зникає», а енергія існує. Неправильне тлумачення розглянутого взаємоперетворення зумовлене тим, що електрон і позитрон характеризуються тільки масою, а фотон тільки енергією. Електромагнітне поле спочатку цікавило фізиків своїми енергетичними властивостями, та й тепер в експериментах його характеризують насамперед з цього боку. Тут, на відміну від частинок речовини, властиву електромагнітному полю масу визначають, як правило, на основі теоретичних міркувань. Це створює ілюзію, що у разі речовини ми маємо справу тільки з масою, а у разі поля — тільки з енергією. Отже, суть полягає в некоректному користуванні фізичними і філософськими термінами: не енергія і маса взаємоперетворюються, а два різновиди матерії — поле і речовина. Ці висновки цілком належать і до взаємоперетворення будь-якої пари частинок і античастинок та двох-трьох фотонів.

 

 

Рис. 17.11





Відвідайте наш новий сайт - Матеріали для Нової української школи - планування, розробки уроків, дидактичні та методичні матеріали, підручники та зошити