π的简介

弄清这

些强子的结构

,

并由基本原理出发研究它们的性质

,

是当代核物理的重要课

题

.

在各种介子中

,

π

介子是最轻且最重要的介子

.

关于自由空间中

π

介

< br>子的结构与性质、核介质内

π

介子的性质、

π

-

核子相互作用与

π

-

核相互

作用等问题

,

始终受到相当多的关注

.

π

介子在核物理中的作用直接联系着

手征对称性

,

汤川

秀树关于

π

< br>介子的最初概念已经大大发展了

.

有清楚的

,

核内存在

π

介子的集体模式

,

这种集体模式与以 前观测到的

所有核集体运动模式截然不同

.

< br>拟对

π

-

核物理的研究现状及值 得进一步

研究的主要问题予以简要评述

.

不接受新粒子的情况下，大胆提出 一种新的核力场理论，认为存在起

强相互的

π

< br>介子，介子理论的提出，推动了核物理研究的发展，文章简要

记述了这一历史事件 。

π

介子的发现

从事宇宙射线研究的研究人员，诸 如

C

．

D

．< /p>

安德森

(

正电子的发现者

)

及其合作者

S

．

．尼德尔

迈耶

(

他后来有了一些重要的发明，曾用在第一颗

原子弹中

< br>)

，

M

．

L

．

史蒂文森

(M

< br>．

L

．

Stevenson)< /p>

，

J

．

C

．

斯特里特

(J

．< /p>

)

，

R

，

B

．

布罗德

(R

．

B

．

Brode )

等人，直到

1937

年才开始在宇宙 射线中发现

一些粒子，这些粒子质量介于电子质量和

质子质量< /p>

之间，对这些粒子作最

精确的测量发现它们的质量约为电子质量的

200

倍。

这些粒子叫做

μ

介子。

它们不稳定，自由

μ

介子衰变的平均寿命约为

2

微秒。开 始时，是根据在

地平线上的不同高度和不同角度观察宇宙射线的强度巧妙地推断出平均寿

命的，后来

F

．拉赛蒂直接测出了平均 寿命。但是进行宇宙射线实验的人员

在开始观察时，并不知道汤川的工作。战争使这项实 验工作延缓了，并且

使

日本

和西方隔绝 开来。日本

物理学家

对存在着质量和汤川假定的粒子的

质量相近的粒 子根感兴趣，然而他们也注意到，要把

μ

介子和汤川粒

子等同起来仍然有些困难：首先

μ

介子的平均寿 命太长了；其次，

μ

介子

在物质中受阻 止时，它们与阻止物质的原子核发生相互作用显得很平常，

虽然并不总是这样，

三个年轻的

意大利

物理学家：

< br>M

．

康弗西

(M

．

Conversi)

，

E.

潘锰尼

(E

．

Pancini)

和

O.

皮西奥尼克< /p>

(nic)

，

通过研究这个现象，

有了一个重要的实验发现。

这三个年轻人那时正在躲避

德国

人，因为德国人要把他们流放到德国

去进行强制劳动。他们三个人躲 在

罗马

的一个地下室中秘密地工作，他们

发现，正

μ

介子和负

μ

介子在物质中受阻止时的行为不一样。正

μ

介子

的衰变或多或少象在真空中一样，而负

μ

介 子如果被重核所阻止，则被其

俘获并产生蜕变，但当它们被象碳这样的轻核所俘获时，则 它们的衰变大

部份就象在真空中一样，这不是汤川粒子所应具有的特性，因为一旦介子< /p>

距离原子核足够近时，特定的核力就应当产生蜕变，所以汤川粒子应当与

< br>轻的或重的原子核都发生剧烈的反应。实验证明情况并非如此，因此

μ

子不大会是汤川粒子。

情况确实非常奇怪。汤川已经预言 存在着质量约等于

300

个电子质量

的 粒子，有人也已找到了它们，但这种粒子却又不是汤川所预言的那种粒

子。

理论物理学家

对康弗西、潘锡尼和皮西奥尼克的结果感到迷惑不解，

而这些结果从实验观点来看，却又非常可靠。理论家们决心找出答案。日

本的

谷川

、坂田和井上及

美国

的

H

．

A

．贝特和

R

．马沙克

(R< /p>

．

Marshak)

，

< br>各自独立地提出了一个可以解决已存在的困难的假设。他们提出，观察到

的

μ

介子是汤川介子的衰变产物，而尚没有人观察到汤川介子。作出吸引

人的、看起来是合理的假设是一回事，而要确证—个事实又是另一回事了。

这时，一个新的实 验技术，或者应当说一个老的实验的改进，为解决

这个难题提供了一个有力的工具。早在 第一次世界大战前，

卢瑟福

实验室

的一 位日本物理学家树下就已证明，通过照相乳胶的

α

粒子

在它们的

运动

轨迹

上留 下了一组可显影的乳胶颗粒，所以人们能够看到粒子的轨迹。

(

我

们可能会问：

量子力学

怎么办？

测不准原理

呢

?

粒 子的波动性呢

?

读者可以

放心，这些问 题都有令人满意的解答，例如

海森堡

就曾作过详细的解释

)

树

下用的乳胶仅对电离作用较大的粒子才灵 敏，电子是探测不到的。

π

键

根据

分子轨道理论

< br>，两个原子的

p

轨道线性组合能形成两个分子轨道。能量 低于

原来原子轨道的成键轨道

π

和能量 高于原来原子轨道的

反键轨道

π*

，相 应的键分别