Б.С. Ишханов, И.М. Капитонов, Н.П. Юдин - Частицы и атомные ядра (1120562), страница 18
Текст из файла (страница 18)
Другим, более точным, методом проверки тождественности и, и Р, является исследование реакций иь+ нуклон — е+ + Х, Р,+нуклон- е +Х (3.8) (3.9) под действием нейтрино, образующихся при распаде К+-мезонов К вЂ” е +и +7г. Здесь Х вЂ” совокупность всех остальных частиц, образующихся в реакциях (3.8) и (3.9). Если нейтрино и антинейтрино являются тождественными частицами, то при облучении нуклонов должно образовываться примерно одинаковое количество электронов и позитронов. Если процесс (3.5) возможен, то под лействием потока антинейтрино от реактора один из нейтронов, входящих в состав ядра 3'С1, превращается в протон, что приводит к образованию ралиоактивного изотопа 37Аг с периодом полураспада 35 суток. В результате захвата атомарного электрона (е-захват) ядро '7Аг вновь переходит в 3'С!. Этот переход можно зарегистрировать по появлению оже-электрона с энергией 2,8 кэВ, который должен сопровожлать этот процесс.
Для регистрации процесса (3.7) необходимо было использовать большую массу мишени, так как в случае тождественности нейтрино и антинейтрино сечение реакции (3.7) должно было составлять 1О го см'. В качестве мишени использовалось около 4000 литров раствора четыреххлористого углерода. Каждый сеанс облучения продолжался 2 месяца. Была разработана специальная методика извлечения радиоактивного изотопа "Аг из огромного объема мишени.
Выделенный "Аг помешался затем в низкофоновый пропорциональный счетчик для регистрации его радиоактивности Реакция (3.7) не была зарегистрирована. Для величины измеренного сечения реакции Р, + и — р+ е была получена лишь верхняя оценка в 1. Леллголы События, вызванные реакциями (3.8) и (3.9), регистрировались с помощью пузырьковой камеры. ИдентиФициронались случаи реакции с электроном и позитроном в конечном состоянии. Оказалось, что при кар облучении пузырьковой камеры пучком нейтрино образуются только электроны. Позитро- д ны нс образонывались. Наиболее точным метолом, с помощью которого можно установить тождественность нейтрино и антинейтрино, являет- Рис.
3.2. Схема бсзнейгринного ся наблюдение безнейтринного двойного ф-рвсггвдв двойного бета-распада (А, Я) — (А, Я+ 2) + 2е, (3.10) изображенного на рис. 3.2. Почему такой процесс становится возможным при тождсстненности ггв и Р„можно пояснить следующим образом. Рассмотрим реакцию распада нейтрона: а р+е +Р,, (3.11) Добавим в левую и правую часть этой реакции по одному нейтрону. Тогда получаем следуюгций процесс, который ничем не запрещен а+а 'Р+е +ге+а.
При иг ш Р, в правой части этой реакции можно Р, заменить на и, и далее, в соответствии с имеющим место процессом (3.6), вместо и, + а записать результат их возможного взаимодействия р+ е . Е1епочка всех этих преобразований выглялит так а+а- р+е +Р,+а- р+е +гг,+а- р+е +р+е и в более компактном виде 2а - 2р+ 2е' . (3.12) Такой безнейтринный двойной 13-распад при и„= Р, становится возможным в ядре. Нейтрино, образовавшееся при 13-распаде одного из нейтронов ядра (А, Я) взаимодействует с другим нсйтроном образовавшегося ядра (А, Я + 1).
В результате рождаются 2 электрона, а заряд ядра увеличивается на две единицы. Все попытки обнаружить безнейтринный двойной 13-распад пока окончились безрезультатно. Если такой распад и сугцествует, то период полураспада изотопа германия ',~зОе больше !Ом лет; 10з(згОе- йКе+ 2е' +О гг) ) 10 ~ лет. 96 Глава 3, грундалеентольные чаетниы Стандартной люделн Основные характеристики электронного аитинеятрино Экспериментальные данные позволяют сделать вывод, что электронное нейтрино и электронное антинейтрино являются различными частицами. Электронное нейтрино всегда в конечном состоянии появляется в паре с позитроном, а электронное антинейтрино — в паре с электроноы.
При облучении нуклонов в пучке нейтрино в конечном состоянии наблюдаются только электроны. Если реакция происхолит под действием антинейтрино, среди продуктов реакции всегда присутствуют позитроны, и никогда не наблюлаются электроны. Отмеченные различия в свойствах нейтрино и антинейтрино можно описать, если ввести для лептонов первого поколения внутреннее квантовое число — электронный лептонный заряд ь„приписав электрону и электронному нейтрино значение Х, = +1, а их античастицам позитрону и электронному антинейтрино — значение Ье = — К При этом лолжен выполняться закон сохранения лептонного заряда (числа). ! Закон сохранения электронного лептонного заряда: в ~н...
° щ г агах, Из закона сохранения лептонного числа следует, какие реакции с участием электронных нейтрино н антинейтрино возможны, а какие запрегдены. Пример. Какие из приведенных ниже реакций под действием электронного нейтрино и антииейтриио возмо,кны, а какие звпрсшсны и почему: 1) и, ч-р-ч в -ь е+; 2) Р,+р- и+ее; 3) й, -Ь и - р + е 97 В !. Лелтоны Реглеине. Реакции происходят в результате слабого взаимодействия. Определим изменения электрического заряла ьт и лептонного электронного числа Ь, в этих реакциях !.
и, +р и+с+ О+ ! -~ О ч- ! ЬД = О, б,: !+о а- ! дь, =-г. Реакния невозможна, так как не сохраняется электронное лептонное число. 2. ре -!- р — и -!- е * о+! о+! ьд=а, 2,: -!+о-о- ! 2зг, =о. Реакция возможна, так как все рассмотренные законы сохранения выполнены 3. й,-!-и р+е !'„З: а+О ! — ! зЬЯ =О, Гг ° - ! + 0 -~ О + ! Ь Гч Реакция невозможна, так как не сохраняется электронное лептонное число, 1.2. Мюон, млюнное лейте!римо Мюон !з и мкюнное нейтрино и„образуют второе поколение лептонов.
В табл. 3.3 приведены основные характеристики мхюна. Отрицательно заряженные мюоны распадаются на электрон е, электронное антинейтрино й, и мюонное нейтрино и„: (3.13) р - е +бе+ил. Положительно заряженный мюон !зч, являясь античастицей по отношению к р, распадается на позитрон е~, электронное нейтрино и, Таблица 3.3 Основныехзрактеристикн неона в эак. зв 98 Глава 3. Фундаментальные частицы Стандартной модели и мюонное антинейтрино Р„: Р - е" +и„+Рн, (3.!4) Было измерено отношение времен жизни положительного и отрицательного мюонов тн- = т„-.
Привелем каналы распада и с указанием их относительной вероятности: Р— е + Р, + ия в 100%, и — е +Р +и +у (1,4~04)%, и - е +Ре+гн+с +е (3,4*0,4) 10 з. (3.15) Данные о массе мюонного нейтрино получены в экспериментах по исследованию кинематики распала покояшегося я+-мезона: (3.!6) Прецизионные измерения импульса мюона в таком распале дали следую- щую верхнюю границу массы и„: пг,„с < 0,19 МзВ. (3.!7) Спины и„и Р„были получены из анализа закона сохранения момента количества движения в распадах ят и я: я — и +и„и л — и +Р„.
(3.18) Такой анализ с учетом известных значений спинов я*-мезонов (У = О) и мюонов (У = 1/2) дал для спинов и„и Р„значения д = 1/2. Пример. Определить максимальную кинетическую энергию Т, и импульс р, электрона, обрээуюшегося при распаде мюоиа р е + й, + и„. Реюеиие. Рассмотрим распад покояшегося мюона. Максимальными кинетическая энергия и импульс электрона будут тогда, когда нейтрино и антииейтрино летят в одну сторону.
Импульс электрона прн этом равен арифметической сумме импульсов и, и Р„. Законы сохранения энергии и импульса в этом случае имеют аил т„с =гп,с +Т,+Ее,+Е„„, 1 Чят2 '~, вы+ е„ Ре Ре + ре или э с с — = 1,00002 ~ 0,00008. тге Таким образом„в пределах достигнутой точности измерений различие во временах жизни не обнаружено и можно утвержлать, что в пределах точности измерений 99 э 1, Лелглоиы Здесь учтено релятивистское выражение для полной энергии электрона В,=„(р,;~( 2 =83 Г. Отсюда для максимальной кинетической энергии электрона, образующегося при распаде мюона, получим уравнение В '=,'- /-Рр Р,'3 ~'Р,. Максимальная кинетическая энергия электрона Ьрпзс4 (105,658 — 0,5!1)3 28 ' МэВ 52 32 МзВ. 2пз„с' 2 !05,65а Таким образом, кинетическая энергия электрона в этом случае на два порядка выше, чем его энергия покоя (0,5! ! МэВ).
Импульс образовали(егося электрона р.= = (52338+2.25( 5233 ( В( =528(М В(. (8,2'+ 2 . Р. с Распады м юо нов (3.13) и (3. 14) сопровождаются появлением двух не йтрино (точнее, нейтрино и антинейтрино). Теперь мы знаем, что одно из них — электронное, а второе — мкюнное. Природа мюонного нейтрино (антинейтрино) была установлена в специальных экспериментах, продемонстрировавших отличие этого сорта нейтрино от электронного. Схема соответствующего опыта показана на рис. 3.3.
Мюонные нейтрино образовывались в результате распадов (3.18) я*-мезонов, рождавшихся при облучении бериллиевой мишени протонами, ускоренными до энергии 15 ЬВ. Регистрировались взаимодействия рл н йл с нейтронами и протонами в веществе летектора, состоявшем из искровых камер (ИК). Каждая из искровых камер состояла нз 9 алюминиевых пластин размером а 1!О см к 110 см и толщиной 2,5 см. Зазор между пластинами составлял 1 см. Между искровыми камерами располагались сцинтилляционные счетчики, регистрировавшие появление заряженной частицы. При появлении в детекторе заряженной частицы подавался импульс высокого напряжения на искровые камеры.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
