Словарь (стр. 14 )

При этом остановившийся π- захватывается на «орбиту» мезоатома, затем поглощается яд­ром и расщепляет его (рис. 1,6), а π+ распада­ется на положит. мюон и нейтрино (рис. 2). π-мезоны в значит. степени определяют состав космических лучей в пределах земной атмосферы.

Рис. 2. Фотография тре­ков, образованных в яд. фотоэмульсии заряж. ча­стицами при распаде

π+→μ++vμ→ е++ve+vμ.

Существование пионов было посту­лировано япон. физиком X. Юкавой в 1935 для объяснения короткодействую­щего хар-ра и большой величины ядер­ных сил. Экспериментально заряж. пионы открыты в 1947 по их распаду π+→μ++vμ, зарегистрированно­му в яд. фотоэмульсиях, облучённых косм. лучами. В лаб. условиях заряж. пионы были впервые получены в 1948 на ускорителе в Беркли (США). Существование нейтральных пионов следовало из обнаруженной на опыте зарядовой независимости яд. сил. Экспериментально π° были обнаруже­ны в 1950 по γ-квантам от их распада π° →γ+γ; π° рождались в столкно­вениях фотонов и протонов высокой энергии (~300 МэВ) с ядрами.

Количеств. изучение св-в пионов и их вз-ствий выполняется преим. на пучках ч-ц высокой энергии, получае­мых на ускорителях. Совр. протон­ные ускорители дают пучки пионов (образованных в результате вз-ствия ускоренных протонов с ядрами мише­ни) с потоком до 1010 пионов в 1 с. Наиб. специфичное для π-мезонов сильное вз-ствие характеризуется макс. симметрией, малым радиусом действия сил и большой константой связи (g). Так, безразмерная констан­та, характеризующая связь пионов с нуклонами, g2/ћc≈14,6, на три по­рядка превышает безразмерную кон­станту эл.-магн. вз-ствия α=e2/ћc ≈1/137. К процессам сильного вз-ствия пионов относятся их рассеяние нукло­нами и ядрами, рождение пионов в столкновениях адронов, аннигиляция антинуклонов и нуклонов с образова­нием пионов, рождение пионами К-мезонов и гиперонов и др. Неупругие вз-ствия адронов при высоких энергиях (≥ 10 ГэВ) обусловлены преим. процес­сами множеств. рождения пионов (см. Множественные процессы). В области меньших энергий (0,1—1 ГэВ) при вз-ствии пионов с др. мезонами и барионами наблюдается образование резонансов, к-рые могут проявляться, напр., в виде максимумов в энергетич. зависимости полных сечений реакций

Рис. 3. Зависимость полных сечений σ вз-ствия π+ и π- с протонами от полной энергии ξс.ц.и сталкивающихся ч-ц в си­стеме центра инерции.

(рис. 3). В результате сильного вз-ствия пионы испускают и поглощают виртуальные адроны. Радиус созда­ваемого т. о. облака виртуальных ад­ронов, окружающего заряж. пионы, составляет прибл. (0,6—0,7) •10-13 см. Среди эл.-магн. вз-ствий пионов наиб. полно изучены процессы рожде-

531

ния пионов фотонами и эл-нами. Специфич. чертой эл.-магн. процессов с уча­стием пионов явл. определяющая роль сильного вз-ствия. Так, характерный максимум в зависимости полного сече­ния процесса e++e-→π++π-+π° от энергии (рис. 4) обусловлен тем, что эта реакция идёт через превращение пары е+е - в виртуальный фотон (γ*), к-рый при энергиях вблизи

Рис. 4. Зависимость полного сечения о про­цесса е++е-→π++π-+π° от суммарной энергии эл-на и позитрона (2ξ) во встреч­ных пучках; максимум соответствует энер­гии ω-резонанса в системе трёх пионов.

максимума сечения переходит в ω-мезон, распадающийся за счёт сильного вз-ствия на три пиона: е++е-→γ* →ω →π++π-+π° (в систе­ме центра инерции сталкивающихся ч-ц максимум отвечает энергии покоя ω-мезона). Хорошо изученные эл.-магн. вз-ствия служат эфф. инстру­ментом для исследования пионов, в частности позволяют измерить их формфактор.

Слабое вз-ствие обусловливает не­стабильность заряж. пионов, а также распады странных частиц на пионы. Изучение распадов π→μ+vμ , К→π+π, К →π+π+π привело к ряду открытий. Было установлено существо­вание двух типов нейтрино — элект­ронного и мюонного, нарушение со­хранения пространств. чётности в рас­падах, происходящих за счёт слабого вз-ствия, нарушение сохранения комбиниров. чётности (см. Комбиниро­ванная инверсия, К-мезоны).

Исследование процессов вз-ствия пионов с ч-цами и ядрами существен­но для выяснения природы элем. ч-ц и определения структуры ядер. Пио­ны определяют периферич. часть силь­ного вз-ствия, в частности яд. сил. На малых расстояниях между нук­лонами яд. силы обусловлены преим. обменом пионными резонансами.

Эл.-магн. св-ва адронов: аномаль­ные магн. моменты, поляризуемость, пространств. распределение электрич. заряда адронов и т. д.— обусловлены облаком пионов, виртуально испус­каемых и поглощаемых адронами. И здесь резонансные вз-ствия пионов играют важную роль. Одинаковость квант. чисел фотона и векторных пионных резонансов (ρ, ω, φ и др.) легла в основу модели векторной доминант­ности, согласно к-рой фотон взаимо­действует с адроном, предварительно

превратившись в векторный мезон. Влияние сильного вз-ствия на слабое вз-ствие адронов также в значит. степени определяется π-мезонным по­лем.

Пучки получаемых на ускорителях пионов начинают применять в лучевой терапии.

• Физика элемен­тарных частиц, пер. с англ., М., 1969; Субатомная физика, пер. с англ., М., 1979.

.

ПИНЧ-ЭФФЕКТ (от англ, pinch - сужение, сжатие) (эффект самосжатия разряда), свойство электрич. токового канала в проводящей среде уменьшать своё сечение под действием собствен­ного, порождаемого самим током, маг­нитного поля. Впервые это явление описано в 1934 амер. учёным У. X. Беннеттом применительно к потокам быстрых заряж. ч-ц в газоразрядной плазме. Термин «П.-э.» введён в 1937 амер. физиком Л. Тонксом при ис­следовании дугового разряда.

-э. проще всего понять на примере заполненного проводящей средой длинного цилиндра, в к-ром параллельно его оси течёт ток J. Силовые линии магн. поля, создавае­мого J, имеют вид концентрич. окруж­ностей, плоскости к-рых перпендику­лярны оси цилиндра. Электродинамич. сила, действующая на единицу объёма проводящей среды с плотностью тока 3, равна 1/c.[JB] в СГС системе единиц; сила направлена к оси цилиндра и стремится сжать среду. Это и есть П.-э. (Здесь В — магнитная индук­ция в единичном объёме.) П.-э. можно рассматривать также как простое следствие Ампера закона о магн. притяжении отд. параллель­ных токовых нитей (элем. токовых трубок), совокупностью к-рых явл. токовый цилиндр. Магн. сжатию пре­пятствует газокинетич. давление про­водящей среды, обусловленное теп­ловым движением её ч-ц; силы этого давления направлены от оси токового канала. Однако при достаточно боль­шом токе перепад магн. давления ста­новится больше газокинетического и токовый канал сжимается - - возни­кает П.-э.

-э. необходимо примерное равенство концентраций носителей зарядов противоположного знака в среде. В потоках носителей зарядов одного знака электрич. поле простран­ственного заряда эффективно препят­ствует сжатию тока. Прохождение до­статочно больших токов через газ сопровождается его переходом в пол­ностью ионизованную плазму, сос­тоящую из заряж. ч-ц обоих знаков. П.-э. в этом случае отжимает плазмен­ный шнур (токовый канал) от стенок камеры, в к-рой происходит разряд. Т. о. создаются условия для маг­нитной термоизоляции плазмы. Этим св-вом мощных само­сжимающихся разрядов объясняется возникший в связи с проблемой уп­равляемого термоядерного синтеза

(УТС) интерес к П.-э., как к наиболее простому и обнадёживающему меха­низму удержания высокотемператур­ной плазмы.

Условия, при к-рых газокинетич. давление плазмы nk(Те+Тi) стано­вится равным магн. давлению поля тока J, описываются соотношением Беннетта: (1/8π)(2J/cr)2=nk(Те+Тi). Здесь r— радиус пинча, Те и Ti — электронная и ионная темп-ры, n — число эл-нов в единице объё­ма (равное из условия квазинейтраль­ности плазмы, числу ионов). Из ф-лы Беннетта следует, что для достижения миним. темп-ры (Т ~ 108 К), при к-рой термоядерный синтез может представлять интерес как источник энергии, требуется хотя и большой, но вполне достижимый ток ~106 A. Исследование пинчей в дейтерии на­чалось в 1950—51 одновременно в СССР, США и Великобритании в рамках нац. программ по УТС. При этом осн. внимание уделялось двум типам пинчей — линейному и тороидальному. Предпола­галось, что плазма в них при проте­кании тока будет нагреваться не толь­ко за счёт её собств. электрич. сопро­тивления (джоулев нагрев), но и при т. н. адиабатическом (т. е. происходящем без обмена энергией с окружающей средой) сжатии. Одна­ко в первых же экспериментах вы­яснилось, что П.-э. сопровождается развитием разл. плазменных неустойчивостей (см. также Плазма). Образо­вывались местные пережатая («шей­ки») пинча, его изгибы и винтовые возмущения («змейки»). Нарастание этих возмущений происходит чрезвы­чайно быстро и ведёт к разрушению пинча (его разрыву или выбрасыванию плазмы на стенки камеры). Оказалось, что простейшие пннчи подвержены практически всем видам неустойчивостей высокотемпературной плазмы и могут служить как для их изучения, так и для испытания разных способов стабилизации плазменного шнура. Ток —106 А в установках с линейным пинчем получают при разряде на газо­вый промежуток конденсаторных ба­тарей большой ёмкости. Скорости нарастания тока в отд. случаях достигают ~1012 А/с. При этом наиболее существенным оказывается не джоу­лев нагрев, а электродпнамич. ус­корение к оси токового шнура его тон­кой наружной оболочки (скин-слоя, см. Скин-эффект), сопровождающееся образованием мощной сходящейся к оси ударной волны. Превращение накопленной такой волной энергии в тепловую создаёт плазму с темп-рой, намного более высокой, чем мог бы дать джоулев нагрев. С др. стороны, преобразование в пинче энергии электрич. тока в тепловую становится значительно эффективнее, когда опре­деляющий вклад в электрич. сопротив­ление плазмы начинает давать её турбулентность, возникаю-