介子的发现是从核力的研究开始的。两个荷电粒子间的力是由场引起的。从
波粒二象性的观点,电磁场是光子。因此,两个荷电粒子之间的作用力是通过光子的交换来实现的。可以这样设想:第一个荷电粒子放出光子被第二个吸收,而第一个荷电粒子的作用和光子同时传到第二个粒子;第二个荷电粒子也放出光子被第一个吸收,如此继续下去。、把这种观点应用到核子之间的作用力上去,根据实验测得的核力强度,计算的结果表明,如果核力是由于核子之间交换粒子而产生的话,那么这种粒子的静止质量的大小约为电子静止质量的200到300倍。1947年从宇宙射线发现的π介子符合这种要求。
介子
现在介子类包括带正负电的以及中性的π介子,带正负电的以及中性的κ介子,和近来才发现的η介子。介子类的基本粒子的静质量介于轻子和重子之间,所以取名为介子。
介子和重子都归属于强子。
基本粒子的一类,包括π介子、K介子、ρ介子、ω介子、(0、1、2)倍,即都是玻色子。介子都不能稳定存在,经历一定平均寿命后即转变为别种基本粒子。有的介子是荷电的,也有中性的。例如π介子有三种,π+和π-质量为电子的273.3倍,电荷相反,互为正、反粒子,而π°是中性的,质量为电子的264.3倍,其反粒子就是它自身。荷电K介子K+和K-互为正、反粒子,质量为966.7mc;中性K介子K■和■°互为正、反粒子,质量为976mc。中性K介子在运动时有两种组合态。π、K、n介子的自旋都是零,有时称为标介子。通过核力的研究预言介子的存在,并推测它的质量介于电子与质子之间。后来在宇宙线中先后发现了μ和π介子,μ介子的质量为电子的206.6倍,现在被正式命名为μ子,不归入介子而归入轻子一类,而π介子才是核力的媒介。近几年在
高能加速器中使粒子相互碰撞,新的介子(共振态)续有发现。
发现者
1950年,
诺贝尔物理学奖授予英国布利斯托尔大学的鲍威尔(Cecil Frank Powell ,1903-1969),以表彰他发现了研究核过程的光学方法,并用这一方法作出的有关介子的发现。
介子雨
介子,量子物理中的基本粒子之一,介子的存在是由日本核物理学家汤川秀树1930年首先预言的,后来英国物理学家鲍威尔在玻利维亚安第斯山研究宇宙射线时验证了π介子的存在。π介子存在时间仅两亿分之二点五秒,之后便分裂为μ介子,μ介子存在时间相对较长,为百万分之一秒,并以每秒钟上万公里的速度飞行。
墨西哥核物理学家马蒂亚斯·莫雷诺介绍说,地球每时每刻都“沐浴”在来自大气的高速“介子雨”中,“介子雨”能够轻易地穿过厚达几百米的岩层,这很类似于医院里的X光检查,不同的是X光发射的是电子,而μ介子的穿透力是电子的数百倍。
介子的这一特性引起了科学家的注意。20世纪60年代,美国
诺贝尔物理学奖获得者路易斯·阿尔瓦雷茨就曾经尝试利用来自大气的介子射线为埃及的哈夫拉金字塔拍摄类似X光片的透视图,以此考证该座金字塔内部是否存在更多的墓穴和坑道。为此阿尔瓦雷茨发明了一种
介子探测器,分析探测器接收的穿过岩体的介子束的疏密程度,就能判断金字塔内部是否存在空洞。
阿尔瓦雷茨根据这些数据绘制了世界上第一张金字塔“介子透视图”,他的实验在当时物理和考古学界引起极大的轰动,但此后却很少有人完善这种考古新方法。
现在,
墨西哥国立自治大学的科学家决定采用阿尔瓦雷茨的介子射线透视法为墨西哥玛雅古城遗址狄奥提瓦康的太阳金字塔“拍摄”一张三维的透视图,在不破坏金字塔物理结构的基础上,解开一个困扰考古学家很久的谜题。
按历史记载,玛雅古城狄奥提瓦康没有独立的君主,而是由四位僧侣同时执政,按照当时的传统,统治者死后埋葬在为纪念水神而建的太阳金字塔里。但直到现在仍未发现这些僧侣的墓葬群,因此有人怀疑太阳金字塔内部还有墓穴没有被发现。为了保证金字塔的完整,破坏性的内部挖掘是不被允许的。为此,墨西哥科学家决定采用介子束透视的方法解决这一考古难题。这个计划将正式启动,墨西哥国家科技委员会直接参与领导,预计研究经费将超过500万比索。
墨西哥科学家计划把
介子探测器安放在金字塔正下方15米处的火山岩洞内,通过几何计算确定能够覆盖塔身的宇宙射线的入射角度范围,并收集分析该范围以内的介子射线。在此之前,科学家还将根据考古工作者绘制的现有金字塔的结构图和石灰岩对介子射线的吸收参数,用计算机模拟出一张透视图,由于射线在经过墓穴时消耗较少,反映在透视图上的射线密度就较大,因而同其他实心岩体相比会呈现暗色。
科学家利用探测器收集足够量的介子射线后,把数字结果转化为图象模型,同原先的模拟图进行对照,找出是否存在多出来的“暗色区域”,从而判断金字塔内部存在更多墓室的可能性。