Б.С. Ишханов, И.М. Капитонов, Н.П. Юдин - Частицы и атомные ядра (1120562), страница 47
Текст из файла (страница 47)
В то же время у некоторых мезонных резонансов при больших значениях масс (начиная с масс -3 ГэВ/с') ширины распада неожиданно оказываются аномально малыми. В качестве иллюстрации на рис. 5.27 приведена зависимость сечения реакции е" + е — аароны (5.33) от полной энергии столкновения электрона и позитрона. Так как эксперимент выполнен на коллайдере, т.е. отвечает системе центра инерции, то эта энергия равна инвариантной массе системы электрон — позитрон и, соответственно, — иивариантной массе резонанса. В реакции (5.33) резонансы должны характеризоваться энергией н шириной, независимо от способа возбуждения этого резонанса. Как можно видеть из рисунка, ы-мезон проявляется как резонанс с шириной, характерной для сильных адронных распадов. Однако за ним следуют резонансы с аномально малыми ширинами.
Эти резонансы отвечают образованию тяжелых кваркониев — чармония (сс) и боттомония (ЬЬ). Рассмотрим процесс образования и распала векторных мезонов с кварковой структурой д;а, в реакции ет + е — адроны. С резонансами на рис. 5.27 связана группа явлений, получивших собирательное название векторной домннантностн. Зти явления можно пояснить так. Каждый резонанс свидетельствует о возможности преврашения виртуального фотона в соотяетствуюшую этому резонансу частицу.
На диаграммном языке это соответствует наличию своеобразных узлов тица фотон — р-мезон, фотон — ы-мезон, фотон — 55-мазан (рис. 5.28). Наличие таких узлов означает, что фотон часть яремени проводит в состоянии р-мезона или других векторных меэонов. Зта часть времени 245 б 5. Узкие мезонные резонансы 10 1О тв гр тр Е, Гэй а(е+ е адроны) Л= а(еч е — я+и ) е++е — 1з++и, те особенно велика для такого фотона, который виртуален и имеет массу, близкую к массе р-мезона.
Непосредственным экспериментальным до- казательством превращения р-мезона в 7-квант является существование канала распада р- е++е . (5.34) Гипотеза о векторной доминантности состоит в том, что взаимодействие реальных и виртуальных фотонов с ааронами при энергиях в несколько сот МэВ и выше в основном происходит посредством узлов типа рис. 5.28. Интуитивно эта гипотеза базируется на том, что р-мезон подвержен сильным взаимодействиям и поэтому, появившись взамен фотона на короткое время, успевает провзаимодействовать с большей вероятностью, чем фотон за более длительный промежуток. В качестве примера укажем, что экспериментально измеренное полное сечение поглощения фотонов высокой энергии атомными ядрами пропорционально Азгз, а не А.
Это означает, что поглощение фотонов происходит на поверхности ялра, Рис.5.23. Диаграммный узел, описывающий превращение фотона в нейтральный векторный мезон Рис. 5.27. Зависимость сечения реакции е+ + е — н адроны от суммарной энергии электрона и позитрона. выраженной н ГэВ.
Вверху указаны наименования резонансов. Сечение реакции е+ -~- е -и адроны нормировано на сечение реакции 24б Глава 5. Распады адронов е Рис. 5.29. Образование и распад р-мезона в е" е -столкновении. Масса р-мезона 776 МзВ, ширина распада Г = 149 МэВ. Представленный канал распада р-метана является ломинируюшнм (кт !00%) Рис. 5.30. Образование и распад ы-мезона в е+е -столкновении.
Масса и-мезона 783 МэВ, ширина распада Г = 8,5 МэВ. Представленный канал распада ы-мезона является доминирующим (89%) Рис, 5.31. Образование и распад ф-метена в е+е -столкновении. Масса ф-мезона 1 019 МэВ, ширина распада Г = 4,3 МэВ. Представленный канал распада ф-мезона является основным (49%) а не во всем объеме (площадь поверхности ядра пропорциональна Аз!1, а его объем — А).
Примеры диаграмм образования векторных мезонов в е+е -столкновении и их последующего распада приведены на рис. 5.29-5.31. Пример. Показать, исходя из лиаграмм рис. 5.29-5.31, что резонансы р, ы и ф имеют отрицательную зарядовую четность. Решение. Эти резонансы образуются в е+е -столкновении <срез промежуточную стадию виртуального фотона, т. е. в результате электромагнитного взаимодействия, сохраняющего заряловую четность.
Так как заряловая четность фотона отрица-. тельна, то такой же дол:кна быть н зарядовая четносгь кюкдого из резонансов р, ы и ф. б 5. Узкие мазанные резонансы 247 Тэблвиа 5.5 Характеристики некоторых кввркониев Взаимодействие Кварковый состав ,, Квврконий тес зг+~6 В з нзс', Мэ ответственное за распад 0 + Яо 2980 25,5 МэВ 9,(1Я) се Сильное Сильное и электромагнитное ~Я~ 3097 93,4 кэВ 2739(15) Сильное и электромагнитное ф(25) 3 686 337 кэВ сс з5 36(3770) сс 3 770 23,0 МэВ Сильное Сильное и электромагнитное ЬЬ зВ Т(18) 54,0 кэВ Сильное и электромагнитн ое ЬЬ Т(25) 10023 32,0 кэВ Сильное и электромагнитное Т(35) 10 355 20,3 кэВ ЬЬ Т(45) 20,5 МэВ 10 580 Сильное Особый интерес представляют узкие, не типичные для адронов такой массы, ширины некоторых кваркониев.
Примером является сс-резонанс ,7/ф в сечении реакции е+е — адроны, показанный на рис. 5.27 и 5.2!. Масштаб рис. 5.27 не позволяет наблюдать форму г/(Ь-резонанса и ряда других резонансов соответственно. Истинная ширина г/ф-резонанса всего 93 кэВ, что отвечает его времени жизни т !О зв с, характерному лля быстрых электромагнитных распадов. Подобная ситуация имеет место и для ЬЬ-резонанса Т(1о), представленного в табл. 5.5. Вместе с тем лругие кварконии, например Т(4о), имеют ширины ш 20 МэВ, т. е. их время жизни ш !О т' с, что отвечает распаду по сильному взаимодействию. В табл. 5.5 приведены характеристики некоторых резонансных состояний систем сс и ЬЬ, необходимые для дальнейшего обсуждения. Возникает естественный вопрос, что затрудняет распад кваркониев .г/(Ь и Т(!Ь) в алроны в результате сильного взаимодействия? Сильное взаимодействие непосредственно не меняет аромат кварка, поэтому результатом распада кваркония (системы 919;) по сильному взаимодействию будет либо появление 91 и 91 порознь в составе конечных адронов, либо их аннигиляция в глюоны.
для чармония (сот) самым предпочтительным распадом первого типа является распад на два самых легких мезона, содержаших соответственно с-кварк и его антикварк, т.е. на пару заряженных Глава 5. Распады адронов с чармоний с Рис.5.32. Каарковая диаграмма распааа чарчоиия (сс) в пару 73+В или нейтральных мезонов 7723. Для боттомония (6Ь) аналогичным распадом является распад на пару мезонов ВВ. 7(иаграчча соответствующего распада лля чармония приведена на рис.
5.32. Олнако 7/гв распасться полобным образом не может, так как его масса (3097 МэВ) меньше суммы масс 23+ и 23 (3 739 МэВ). Самое нижнее состояние чармония (сс), которое превышает энергетический порог распада в пару ьз+ 77, является 15(3770). Это состояние, как вилно нз табл.5.5, имеет ширину сильного распала (23 МэВ). Что касается 7/зв, то для него остается единственная возможность распада — через анннгиляцию кварков с и с.
Покажем, что это может быть либо аннигиляция в три глюона, либо в один виртуальный фотон. В первом случае, естественно, взаимодействие сильное, во втором — электромагнитное. Неизбежность в «сильной аннигиляции» .7/«д рождения именно трех глюонов следует из того, что глюоны, как и фотоны, характеризуются отрицательной заряловой четностью, а система кварк — антикварк (как и позитроний) должна обладать зарядовой четностью ( — 1)с+в (см.
(4.33)). Аннигиляция в один глюон невозможна вследствие того, что исходный кварконий является бесцветным, а глкюн — цветной (из трех глюонов можно создать бесцветную комбинацию). Таким образом, кварконий распадается по сильному взаимодействию через трехглюонную аннигиляцию кварка и антикварка. В этом отношении 7/гд является кварковым аналогом ортопозитрония.
Обе системы имеют квантовую конфигурацию зЯ, (7 = О, Я = 1), а значит, и отрицательную зарядовую четность. Поэтому, так же как ортопозитроний распадается в три фотона, 7/1д распадается в три глнюна; (е"е )„,„- 37,,7/13(сс) — Зд, (5.35) Эти три глкюна далее превращаются в бесцветные алроны — конечные продукты распада,7/1Д. Такой распад .7/15 показан на рис.
5,33, н этот тип распада является основным для этой частицы, На его долю приходится около 74% всех распадов 7/г/». Трехглкюнная аннигиляция должна происхолить на относительно малых расстояниях, поскольку виртуальный кварк, выполняющий роль посредника в такой аннигиляции, может, из-за своей большой виртуальности, существовать только короткий промежуток времени. Характерные э" 5. Узкие мезоннае реюнанем Рис. 5.33. Кварковая диаграмма распел .Г/Р в аароны в результате сильного взаимодействия расстояния, на которых происхолит аннигиляция частиц, примерно равны радиусу сил, обеспечивающих эту анннгиляцию, т.е.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
