Б.С. Ишханов, И.М. Капитонов, Н.П. Юдин - Частицы и атомные ядра (1120562), страница 22
Текст из файла (страница 22)
Обрастая «извлеченнылзи из вакуума«другими кварками, первичные кварк и антнкварк превратятся в бесцветные адроны. Из закона сохранения импульса следует ожидать. что импульсы образовавшихся адронов должны быть направлены вдоль импульсов первоначально образовавшихся кварка и антикварка. Таким образом, результатом лобового столкновения высокоэнергичных е и е«может быть образование двух компактных групп адронов, летящих в противоположных направлениях— так называемых адронных струй (рис, 3.8). Адронная струя — это совокупность адронов, летящих в одном направлении. Средний угол раствора струи уменьшается с ростом ее энергии, т.е. аароны все сильнее группируются вокруг направления вылета кварка.
При энергии струи 20 ГэВ составляющие струю алроны занимают 5% от полного телесного угла, В экспериментах !975 г. на установках 8ЕАС ) Гб 9 2. Кварки струя адронов струя адронов Рне. З.В. Схема образования адронных струй в е«е -аннигиляция (США), а затем РЕТКА (Германия) было убедительно показано, что такие струи адронов действительно наблюдаются. Наблюдение адронных струй — одно из доказательств того, что кварки реально существуют. Поскольку адроны имеют целочисленные заряды, то суммарные заряды адронных струй также целочисленны. Однако если повторять один и тот же опыт по рождению струй много раз и определять средний по событиям суммарный электрический заряд струи, то он оказывается дробным и величина его именно такая.
какая и лолжна быть у кварков, образующих адронные струи. Наиболее удобным лля таких исследований является глубоконеупругое столкновение нейтрино (антинейтрино) с нуклоном — ийг и йХ В таких процессах переносчик слабого взаимодействия заряженный )т'« - (илн Иг -) бозон может поглотиться лишь кварком д (или и) нуклона, превратившись в кварк и (д), который, вылетая из нуклона, дает начало струе адронов.
Процесс столкновения мюонного нейтрино с нуклоном сводится к процессу ил+ д- р +и. (3.48) Соответствующая диаграмма с учетом того, что кварк Ы входит в состав нуклона-мишени (например, протона), показана на рис.3.9, Аналогично можно получить, что йи будет «выбирать в нуклоне кварк и и взаимодействовать с ннм по схеме й„+ и — р++е(. (3.49) Конечный кварк (я — в реакции (3.48) или д — в реакции (3.49)), получив в глубоконеупругом столкновении основную часть энергии и„(йя), приобретает большую скорость и вылетает из нуклона в переднюю полусферу в системе центра инерции (СИИ).
Этот кварк называют лидируюияим. Оставшиеся лва кварка (кварки-набаюдаюели) — медленные и летят 116 Глава 3. Фундаментальные частицы Стандартной модели струя назад прот» и я руя сред Рис. 3.9. з2иаграмма ро:кдсния алронных струй при столкновении и„с протоном в заднюю полусферу, что приводит к возникновению двух струй адронов, двигающихся в С1(И в противоположных направлениях. Струя в передней полусфере несет информацию об аромате (заряле) лилирующего кварка. Если поставить опыт так, чтобы с определением зарядов адронов в струе в передней полусфере одновременно идентифицировать заряд мюона, то мы будем знать.
к какому из двух процессов — (3.48) или (3.49) — относитсл конкретное измерение. Усрелняя многие измерения, можно проверить, помнит» ли струя алронов заряд лнлируюгдего кварка. Приведем данные одного из измерений. выполненных в 1979 г. на нейтринном (антинейтринном) пучке с энергией !00-200 ГэВ от протонного ускорителя ТЕчЛТй01»! (Геггпйа1з, СШЛ) с помощью пузырьковой камеры диаметром 4,5 м, наполненной жилкой волородно-неоновой смесью и помещенной в сильное магнитное поле ( 3 Тл).
Камера использовалась совместно с внешним мюонным идентификатором. Оказалось, что средние (по событиям) зарялы адронных струй, образующихся в передней полусфере пол действием пучка нейтрино (антинейтрино), слелуюшие (в единицах элементарного заряла): 1;У(ю !ч') = 0,65 ж О,!2; !Е(й!ч') = — 0,33 ж 0,09, (3.50) что убедительно согласуется с величинами +2/3 и — 1/3 для и- и д-кварков.
Перел тем как завершить рассмотрение кварков, расскажем о том, как был открыт самый тяжелый из кварков — 1-кварк. 2.3. Открытие тои-кварка После открытия Ь-кварка было установлено существование трех кларков (Н, а, Ь) с электрическим зарядом (в единицах е) Д = — 1/3 и двух кварков (в, с) с зарядом !е = +2/3. Ь-кварк нарушил симметрию в се- !12 %2. Кварки И" . Ряс. ЭДВ.
Диаграммы распяла 1-кварка мействе кварков О =+2/3 и с !'„! = — 1/3 И в Ь Появились веские аргументы в пользу сушествования шестого, самого тяжелого кварка с зарядом Я = -ь21'3. Из теоретических сообра:кений следовало, что если масса Ь-кварка больше 85 ГэВ, то основными каналами распада 1-кварка и его анти кварка ! должны быть распады за счет слабого взаимодействия ! И'++Ь и ! Иг +Ь.
(3.51) Образуюшиеся при распале 1-кварка Иг-бетоны распадаются на два лептона (еи„рая) или на кварк-антикварковую пару вй (г(й). Таким образом, при распале 1-кварков должны наблюдаться либо два лсптона и одна алронная струя, вызванная Ь-кларком, либо три адронные струи вызванные Ь-, н- н И-кларками (рис.3.10), В таких распадах можно измерить импульсы всех образуюшихся частиц за исключением нейтрино. Дополнительным критерием правильности отбора событий может быть равенство эффективной массы двух адронных струй массе И'-бозона (сч. правую лиаграмму рис. 3.10), Экспериченты по поиску 1-кларков Г были поставлены на Теватроне (Фермилаб, СШЛ).
Ь-кварк был открыт в !995 г. в столкновении пучков протонов н анти- ! протонов. На рис. 3.1! показана на кварковом Ряс.3.!!. Олнаиздиаграммоб- уровне олна из возможных диаграмм об- разования !1-пары в етолкиоверазования !1-пары на встречных протон- нии протона и антипротона антипротонных пучках. Один из кварков, входящих а состав протона, в результате сильного взаимодействия с олним из антикварков антипротона образует глюон К (квант сильного поля), который затем порождает пару !!. Вероятность рождения пары Ы-кварков в столкновении протона и антипротона с энергиями ! ТэВ всего 1О '-!О 'а. Поэтому потребовалось несколько месянев изчерений, чтобы убедиться в наблюленин топ-кварка и определить его характеристики. Масса топ-кварка ! 18 Глава 3.
Фундаментальные частицы Стандартной модели в соответствии с последними данными гпесз.= 174,2 ~ 3,3 ГэВ, его заряд +-е. Он наделен «индиви- 2 дуальным» квантовым числом гор 2 = +!. Как и у лругих кварков его спин,У = 1/2, барионное число В = +1/3, четность Р = +1. Изоспин топ-кварка нулевой, как и другие ароматы кроме 1.
Кварк 1 имеет время жизни т 10 '-' с, поэтому он не успевает создать семейства адронов, содержащих этот кварк. Столь малое время жизни 1-кварка обусловлено большим энерговыделением () при превращении 1-кварка в Ь-кварк: гли с 90 ГзВ. р еееюе~~ И~+ ~-~йв — яя~~ Рис. 3.12. Олна нз схем распада кварк-антикварковой пары 2 з (д = па~с — глес— Среднее время жизни частицы, распадающейся в результате слабого взаимодействия, обратно пропорционально энергии распада Ц в пятой степени: т () (3.52) струя 2Гй) я 3(д) «и 4(Ь) и Рис. ЗЛЗ.
Один из случаев образования адронных струй при распале пары М что и приводит к очень малому времени жизни 1-кварка. Рис. 3.!3 показывает один из наблюдавшихся случаев образования адронных струй !)ега) при распаде пары 11-кларков. Этот случай отвечает следующей последовательности процессов: р+р — 1+$, Х-я Ь+И'~, И'е — с~+и„1- Ь+И', И' — й+д. 119 в 3.
Калибровочные ботова $ 3. Калибровочные бозоны Следующий класс фунламентальных частиц Стандартной модели образуют кванты колибровочных полей. Так называют поля, реализующие принцип лотгилыгой лтилбречочной инвараанянослти, заклады вас мы й в основу Стандартной модели. Кванты калибровочных полей — калибровочные бозоны — имеют целочисленный спин и являются носителями взаимодействия между фундачентальными фермионами.
В табл. 3.8 приведены их характеристики, Наиболее известным кщчибровочным бозоном является фотон — квант электромагнитного полн. Квантами сильного поля являются восемь глюонов. Слабое взаимодействие переносится тремя массивными квантами Иг+, Иг, Я, Калибровочные бозоны сильного, электромагнитного и слабого полей открыты экспериментально. Все они имеют спин з = 1, т.
е, являются квантачи векторных полей. Гравитон пока не наблюдался. Он должен иметь спин з = 2, так как гравитационное поле тензорное. Таблива 3.8 Фундаментальные взаимодействия и их калибровочные бозоиы Источниками калибровочных бозонов являются заряды соответствующих фунламентальных взаимодействий. Так, глюоны могут быть испугцены (поглощены) любой частицей, наделенной сильным (цветовым) зарядом. Фотон может быть испущен (поглощен) только электрически заряженной частицей.
Бозоны И'+, нг, я испускаются (поглощаются) частицами, наделенными слабылз зарядом. Гравитон может быть испушен (поглощен) любой частицей, поскольку любая частица имеет соответствующий гравитационный заряд (для массивной частицы он равен чапе, где С вЂ” гравитационная постоянная Ньютона, а гп — масса частицы). 120 озава 3. Фундалгентпльные настоим Стпндортной модели З.з. Глюоны Глюоны — безмассовые электрически нейтральные'частицы со спином Г = 1 и чегностью Р = — 1 — переносят сильное, т, е, цветное взаимодействие межлу кварками.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
