К 1930 году уже было обнаружено много ядер, способных самопроизвольно превращаться в близкие им по массе с излучением электрона, которым оказалась β-частица Беккереля. Тогда еще и структура ядра «не была» протонно-нейтронной (не был открыт нейтрон), и процесс β-распада в символах записывался так:
Я>p(m>p) —> Я>д(m>д) + e>-
Это означает, что процесс превращения родительского ядра Я>p с массой m>p в дочернее ядро Я>д с массой m>д сопровождается излучением электрона (хотя обычно употребляемое слово «распад» как бы подразумевает то, что дочернее ядро и электрон до распада содержались в родительском ядре; на самом деле ничего подобного нет: все дочерние частицы родились в процессе превращения). Физики не знали, почему распадается ядро, какие силы вынуждают к этому? Природа β-распада предоставляла поле исследования. Покоя не давал другой, казалось бы, более простой вопрос: КАК вообще (независимо от причин) природа допускает такой распад? Ведь измерение энергии вылетающих электронов показывало, что от распада к распаду величина этой энергии принимала различные значения, а незыблемые законы сохранения энергии и импульса предписывали иное: сколько бы распадов ядер определенного типа (никто не сомневался, что они все одинаковые) ни наблюдать, каждый раз энергия электронов должна быть одной и той же. Увидеть в процессе Я>p(m>p) —> Я>д(m>д) с изменяющейся от распада к распаду энергией электрона противоречие закону сохранения энергии-импульса несложно. Надо лишь применить к распаду эти законы, помня о том, что элементарные частицы подчиняются механике теории относительности:
1. Полная энергия свободной движущейся частицы Е равна сумме энергии этой частицы в покое Е>0 (по Эйнштейну, она полностью определяется массой частицы m и скоростью света в вакууме с: Е = mс>2) и кинетической энергии движения Т:
Е = mс>2 + Т.
Для энергии и импульса частицы р в любой момент времени и в любой системе отсчета выполняется равенство
Е>2 — (рс)>2 = (mс>2)>2.
Измеряя Е и р частицы в разных системах, мы обнаружим в системе «1» — E>1 и p>1 в системе «2» — и р>ог но разность квадратов всегда будет одна и та же. Это равенство, по существу, и есть определение массы частицы.
Вспомним законы сохранения энергии и импульса: «Каким бы ни было взаимодействие, суммарная энергия всех частиц ДО столкновения (или распада) равна суммарной энергии всех частиц, образовавшихся ПОСЛЕ столкновения (или распада). То же самое справедливо для суммарного импульса» (арифметические расчеты приведены на стр. 30). Из этого закона следуют три важных вывода.
