Античастицы. Нейтрино. Заурановые элементы

Позитрон представляет собой как бы античастицу электрона. Возникает вопрос: существуют ли другие античастицы? Оказалось, что существуют. В настоящее время получены антипротон ()> антидейтрон () и антигелий - (). При встрече со своими частицами (протоном, гелием и т. д.) античастицы попарно исчезают (аннигилируют), рождая фотоны большой энергии.

Но в принципе античастица может захватить антиэлектрон и образовать антиатом, ничем (кроме знаков заряда) не отличающийся от обычного атома. В частности, спектр излучения должен быть таким же, как у обычного атома, поэтому, изучая излучение звезд или галактик, нельзя решить, состоят они из вещества или антивещества. Однако превращение частицы и античастицы в излучение говорит о том, что близкое соседство галактик и антигалактик невозможно — они бы при взаимодействии исчезли, породив невообразимо мощное излучение.

Существует также и антинейтрон, отличающийся от нейтрона особым квантовомеханическим свойством — направлением внутреннего (собственного) магнитного момента. У нейтрона направления собственного магнитного и механического момента антипараллельны; у антинейтрона эти направления совпадают.

Возможность существования более тяжелых античастиц, чем антинейтрон и антипротон не вызывает сомнений — для их получения нужны только более энергичные фотоны.

Закон сохранения спина и некоторые энергетические соображения (см. § 16.5) привели к заключению о существовании еще одной частицы — нейтрино, не обладающей массой покоя, с нулевым зарядом и полуцелым спином. Действительно, рассмотрим, например, распад нейтрона: нейтрон распадается самопроизвольно на протон и электрон; каждая из этих частиц имеет полуцелый спин. Следовательно, для .сохранения спина нужно допустить образование еще одной частицы (нейтрино, ) с половинным спином (остальные законы сохранения уже выполнены). Нейтрино появляется и в ряде других ядерных реакций. Так как оно лишено заряда и имеет нулевую массу, то взаимодействие с ядрами весьма маловероятно; нейтрино может пролететь через громадную толщу вещества, не взаимодействуя с атомами. Поэтому непосредственное его наблюдение — очень трудная задача, которая, однако, была успешно решена.

Нейтрино имеет античастицу. При этом оказывается, что при превращении нейтрона в протон в действительности вылетает именно антинейтрино, но мы не будем учитывать это различие.

В сороковых годах XX в. началось создание заурановых элементов. Первые заурановые элементы были получены в результате следующих реакций:

В настоящее время синтезированы все элементы до 105. Они неустойчивы, имеют по нескольку радиоактивных изотопов. Поэтому в приводимой ниже таблице дан определенный атомный номер, но массовые числа указаны в пределах от наименьшего до наибольшего, причем весьма вероятно, что еще не все возможные изотопы открыты; периоды полураспада всех заурановых элементов малы — не превышают тысячи лет (кроме одного изотопа нептуния — 2 млн. лет). Этим и объясняется отсутствие заурановых элементов в природе.

Сейчас ведутся поиски элементов с атомными номерами, близкими к Z = 114, где, согласно теоретическим расчетам, возможно появление более или менее долгоживущих изотопов.

Отметим в заключение, что общее число естественных изотопов близко к 300, а число искусственно синтезированных изотопов уже превышает 1200, причем наибольшее массовое число достигает значения А = 262.

Расскажи друзьям