Теория в-распада Ферми

Таким образом, Э. ферми в 1934 г. добился замечательных результатов, идя по избранному им пути. Но, помимо этих экспериментальных результатов, 1934 г. был годом замечательных теоретических достижений ферми. Уже в декабрьском номере 1933 г. итальянского журнала «Ricerca Scientifica» были опубликованы его предварительные соображения о в-распаде; в начале

1934 г. в «Zeitschrift fur Physik» была опубликована его классическая статья «К теории р-лучей». Авторское резюме статьи гласит: «Предлагается количественная теория р-распада, основанная на существовании нейтрино; при этом испускание электронов и нейтрино рассматривается по аналогии с эмиссией светового кванта возбужденным атомом в теории излучения. Выведены формулы из времени жизни ядра и для формы непрерывного спектра в-лучей; полученные формулы сравниваются с экспериментом ».

Ферми в этой теории дал жизнь гипотезе нейтрино и протонно-нейт-ронной модели ядра, приняв также гипотезу изотопического спина, предложенную Гейзенбергом для этой модели В основу своей теории ферми кладет следующие предложения:

а) Полное число электронов, равно как и число нейтрино, не обязательно должно быть постоянным. Электроны (или нейтрино) могут возникать и исчезать...

б) Тяжелые частицы, нейтроны и протоны, можно рассматривать, следуя В. Гейзенбергу, как два внутренних квантовых состояния тяжелой частицы. Сформулируем это, введя некоторую внутреннюю координату тяжелой частицы р, могущую принимать только два значения: р = 1, когда частица является протоном, и р=— 1, если она оказывается нейтроном.

в) Гамильтонову функцию системы из тяжелых и легких частиц нужно выбрать таким образом, чтобы каждый переход нейтрона в протон сопровождался возникновением электрона и нейтрино, а обратный процесс — превращение протона в нейтрон — сопровождался исчезновением электрона и нейтрино. Заметим, что тем самым обеспечивается сохранение заряда».

Комментируя теорию ферми, ф. Ра-зетти писал: «Построенная им на этой основе теория оказалась способной выдержать почти без изменения два с половиной десятилетия революционного развития ядерной физики. Можно было бы заметить, что физическая теория редко рождается в столь окончательной форме».

Ферми представлял собой необыкновенное в физике XX в. сочетание глубокого теоретика с первоклассным экспериментатором.

«Великий итальянский физик Энрико ферми, — писал Бруно Понтекорво, — занимает особое место среди современных ученых: в наше время, когда узкая специализация в научных исследованиях стала типичной, трудно указать столь же универсального физика, которым был ферми. Можно даже сказать, что появление на ученой арене XX в. человека, который внес такой громадный вклад в развитие теоретической физики, и экспериментальной физики, и астрономии, и технической физики, — явление скорее уникальное, чем редкое».

Энрико ферми родился 29 сентября 1901 г. в Риме, в семье служащего. У него очень рано появились способности к точным наукам. Он учился в Нормальной школе города Пиза с 1918 по 1922 г., затем по протекции доцента физического института Римского университета сенатора Корбино получил временную должность преподавателя математики для химиков в Римском университете. В 1923 г. он получает командировку в Германию, в Геттинген, к Максу Борну. ферми чувствует себя не очень уверенно, и лишь большая моральная поддержка Эрен-феста, у которого он был в Лейдене с сентября по декабрь 1924 г., помогла ему поверить в свое призвание физика.

По возвращении в Италию ферми с января 1925 до осени 1926 г. работает в флорентийском университете. Здесь он получает свою первую ученую степень «свободного доцента» и — что самое главное — создает свою знаменитую работу по квантовой статистике. В декабре 1926 г. он занял должность профессора вновь утвержденной кафедры теоретической физики в Римском университете. Здесь он организовал коллектив молодых физиков: Разетти, Амальди, Сегре, Понтекорво и других, составивших итальянскую школу современной физики.

В Риме ферми работал до 1938 г. фашистский режим угрожал благополучию его семьи из-за еврейского происхождения его жены Лауры. Уехав в Стокгольм за получением Нобелевской премии вместе с семьей, ферми не вернулся в Италию, а поехал в Нью-Йорк, где стал профессором физики Колумбийского университета.

Американский период жизни ферми связан с работой над получением атомной энергии. Под его руководством 2 декабря 1942 г. в Чикаго был запущен первый в мире ядерный реактор, ферми принимал активное участие в испытании атомной бомбы. 16 июня 1945 г. он был одним из тех ученых, которые рекомендовали сбросить атомные бомбы на Японию, назвав варварскую бомбардировку Хиросимы «красивой физикой». После войны он стал профессором физики Чикагского университета и сотрудником только что организованного Института ядерных проблем.

Умер ферми 29 ноября 1954 г.

Возвращаясь к 1934 г., следует отметить гипотезу о природе ядерных сил, высказанную независимо друг от друга Д. Д. Иваненко и И. Е. Таммом. В статье, опубликованной в «Nature» в 1934 г., Тамм рассмотрел ядерные взаимодействия как процесс обмена легкими частицами между нуклонами. Теория Тамма не давала количественного совпадения, однако общая идея ядерных взаимодействий, высказанная Иваненко и Таммом, сохранилась в ядерной физике. В 1935 г. Хидеки Юкава на основе этой идеи предсказал существование частиц промежуточной массы (мезонов), ответственных за ядерные взаимодействия. Частицы промежуточной массы порядка 200 электронных масс были, действительно, открыты в космических лучах Андерсоном и Нед-дермайеером в 1937 г. Однако вскоре выяснилось, что эти частицы, названные позже ju-мезонами, не имеют отношения к нуклонам. Только через 10 лет С. Пауэлл также в космических лучах нашел более тяжелые л-мезоны, порождающие и поглощающие нуклоны в процессе ядерных взаимодействий.