Нейтрон, нейтрино и слабые взаимодействия

Дальнейшие исследования показали, что нейтроны, живущие в ядре сколь угодно долго, без ядра могут жить очень непродолжительное время, приблизительно 1000 с. Затем нейтрон распадается, и в качестве продуктов распада наблюдают протон и электрон. Именно это превращение и ответственно за β-распад ядер: вначале нейтрон в ядре превращается в протон и электрон, а затем электрон вылетает из ядра.

Распад нейтрона оказался очень полезным для развития науки о микромире. Расчеты показали, что при распаде нейтрона на протон и электрон не выполняется закон сохранения энергии, энергия после реакции оказывалась меньше энергии до реакции. Этот вывод можно сделать, определяя массу нейтрона и продуктов распада и применяя выведенное соотношение, связывающее массу частиц и энергию: E=mc2.

Ученые настолько доверяли закону сохранения энергии, что физик Вольфганг Паули в 1931 г. высказал гипотезу о том, что в процессе распада нейтрона возникает еще одна, не регистрируемая приборами частица, которая и уносит часть энергии. Эту частицу назвали нейтрино. Прямое опытное подтверждение существования нейтрино было получено лишь в 1957 г.

Но с каким взаимодействием связана внутренняя энергия, выделяющаяся при распаде нейтрона? Ядерные реакции, подобно химическим реакциям, обладают свойством обратимости. В обратной реакции протон, электрон и нейтрино должны взаимодействовать между собой. Но, как уже говорилось, электрон не участвует в сильном взаимодействии. Нейтрино же не участвует в электромагнитном взаимодействии. Из этих соображений возникла гипотеза о существовании еще одного фундаментального взаимодействия. Поскольку энергия, высвобождающаяся при распаде нейтрона, существенно меньше, чем энергия, выделяющаяся при ядерных реакциях с участием сильного взаимодействия, новое взаимодействие назвали слабым взаимодействием. Слабое взаимодействие настолько же универсально, как и гравитационное, в нем участвуют все частицы. Как и сильное взаимодействие, оно короткодействующее, т. е. практически исчезающее на расстояниях, бо́льших 10-16 см. При тех расстояниях, на которых выполняет свою работу сильное взаимодействие внутри ядра, слабое взаимодействие очень мало. Однако при уменьшении расстояния между частицами слабое и сильное взаимодействия сближаются по величине.

Слабое взаимодействие - универсальное взаимодействие между любыми частицами. Это короткодействующее взаимодействие, проявляющееся на расстояниях, меньших 10-16. Оно ответственно за превращение одних микрочастиц в другие.

Читать далее