Д.В. Сивухин - Общий курс физики. Том 5. Атомная и ядерная физика (1121281), страница 192
Текст из файла (страница 192)
Отсюда находим Р = й,„+ 2тр)Г' „„. Исключение Р из этого и предыдущего уравнений дает Дг~ = 2тр()Г „„+ 2тр)ггт~. (107.11) Подставляя сюда гир — — 0,938 ГэВ, т = 0,140 ГэВ, г',„= 1,61 ГэВ, получаем Х 18. Это дает верхний предел для Дг. На самом деле при рассматриваемых энергиях он никогда не достигается. В таких случаях среднее Х 5 — 6. Выли изучены фотоснимки с зарегистрированными на них звездами, образованными заряженными х-мезонами. Исследователи прежде всего отобрали 2500 ечетырехлучевых звезд», т. е. таких, из которых исходили четыре трека. Исследуя треки каждой звезды, можно было вычислить полную инвариантную массу системы всех четырех гг-мезонов. Если бы только они образовывались из исходной системы рр, то инвариантная масса каждой звезды была бы равна исходной массе 2гп р.
На самом деле это случалось редко. Та же картина получалась бы, если бы звезда образовывалась от распада на четыре хмезона одной нейтральной частицы, образующейся при столкновении антипротона с про гоном. Это тоже встречалось редко. Поэтому было высказано предположение, что в каждой звезде, помимо четырех заряженных п-мезонов, должны присутствовать какието нейтральные частицы. Можно предположить, ч го знезды содержали только одну нейтральную гипотетическую частицу.
Эту гипотетическую частицу мы обозначим через иго. Полные энергия 1Г' и импульс Р системы при столкновении не меняются. Эти величины известны, поскольку антипротоны получаются от ускорителя с заранее известной энергией. 11оэтому энергию и импульс частицы ага можно вычислить по формулам гц» = б — йг — йз — 1Гз — 54, Р„» = Р— Р, — Рз — Ре — Ра, а ее инвариантную массу по формуле т „= 8» — Ры,. Здесь 2 ' з 2 цифрами обозначены энергии и импульсы отдельных заряженных .гмезонов. Оказалось, что т„а — 0,135 Гэ — величина, характерная для па-мезонов.
Из всех 2500 четырехлучевых звезд было отобрано 800 звезд, в каждой из которых содержался один х~-мезон. По трекам можно было определить энергию и импульс каждого заряженного я-мезона. Эти же величины для нейтрального яе-мезона можно было вычислигь по формулам, приведенным выше. При исследовании четверок и троек заряженных и-мезонов получались различные соответствующие им инвариантные массы.
Если по оси абсцисс откладывать инвариантные массы троек заряженных ямезонов, а по оси ординат число случаев, в которых они появляются на различных небольших интервалах энергии определенной величины, 1 108) Законы сохранения зарядов 749 р+рэк" +к" +ао ( "+ -+ (107.12) Вершине соответствующей кривой соответствует определенное значение массы, которая и принимается за массу частицы ые. Становится понятным, почему частица ы~ названа резонансной частицей, или резонансом. Сам резонанс характеризуется определенной шириной (полушириной) Г. По этой ширине и определяется время жизни частицы т — й/Г.
Для ыв-резонанса т о = (782,6 х 0,3) ГэВ, Г = 10,1 МэВ (т = 6,52 10 за с). 9. Теперь скажем несколько слов о законе сохранения момента импульса. Момент импульса определяется одинаково в нерелятивистской и релятивистской классической механике, т.е. формулой М = (гР). Той же формулой, но в операторной форме орбитальный момент М определяется в квантовой механике. Собственный (или спиновый) момент частицы определяется иначе.
Об этом вскользь было сказано в 9 36 (и. 5). Подробное рассмотрение этого вопроса выходит за рамки общего курса физики. В квантовой механике момент импульса квантуется и, кроме того, частица может обладать внутренним моментом -- свином. Сохраняется полный момент: орбитальный плюс спиновый.
Например, в системе центра масс в распаде р -э к" +к спиновый момент равен 1, а пионы возникают в р-состоянии; в распаде Ло — > р+к спин равен 1/2, а р и я ' могут быть в в- и р-состояниях. 8 108. Законы сохранения электрического, лептонных и барионного зарядов 1. Названные законы выполняются для всех взаимодействий (сильного, электромагнитного, слабого; для гравитационного взаимодействия элементарных частиц они, разумеется, не проверены). Их происхождение неясно, в частности нс выяснено, с какой симметрией они связаны. Существуют веские основания считать, ч го закон сохранения электрического заряда — точный (масса фотона нулевая, на опыте то получится плавная кривая без сколько-нибудь заметных максимумов и минимумов.
Нто указывает на статистический, некоррелированный характер появления соответствующих масс в каждой четверке или тройке заряженных к-мезонов. Если же брать тройки к-мсзонов, в каждой из которых содержится один нейтральный к-мезон, то картина резко меняется. На определенном месте на кривой появляется высокий узкий максимум, свидетельствующий о том, что частицы каждой тройки рассматриваемого вида не независимы, а коррелируют между собой. Это связано с тем, что все мезоны таких гроек получаются в результа"ге распада одной и той лсе нейтральной частицы, возникшей при столкновении антипротона с протоном.
Такую частицу мы обозначили через ы~. Изученная реакция идет через появление промежуточной нейтральной частицы ы~: [Гл. ХЪЧ Элелеентарные частицы 750 установлено,что тф < 10 т„). Законы сохранения лептонных и ба-гз рионного зарядов чисто эмпирические, и не исключено, что они могут нарушаться (см. пп.
3, 4). Электрический заряд 1~ частицы играет двоякую роль. Во-первых, он является источником силового полл. Во-вторых, это есть квантовое 'число, характеризующее частицу. Лептонныс и барионные заряды, насколько известно в настоящее время, не являются источниками каких бы то ни было двльнодействующих силовых полей. Это просто квантовые числа, характеризующие внутренние свойства элементарных частиц. 2. Различают трн вида лептонных зарядов; электронный 1, (для е и ре), леюонный Ьр, (для д и и„), таонный Л (для т и ьт). Барионный заряд один и обозначается через В.
С помощью лептонных зарядов простейшим образом интерпретируется установленный на опыте закон, согласно которому в замкнутой системе при любых процессах остается постоянной разность между числом лептояов и антилептонов каждого вида. То же относится и к барионам. Условились считать, что лептонный заряд!, ранен +1 (для е н ве), Ьр = +1 (для д и ри), 1,. = +1 (для тт и Р,.) и — 1 для всех антилептонов (е ", Гя„дз', Рр, тз, Р ). Для всех остальных элементарных частиц лсптонные заряды принимаются равными нулю.
Барионный заряд принимается равным +1 для всех барионов и барионных резонансов и — 1 для их античастиц. Все заряды аддитивны. Это значит, что для сложной системы заряд каждого вида равен сумме зарядов того же вида всех входящих в нее элементарных частиц. Например, барионный заряд атомного ядра равен сумме всех барионных зарядов нуклонов, из которых построено ядро.
Иными словами, барионный заряд ядра равен массовому числу А. 3. Ни одного случая нарушения закона сохранения лептонного заряда не обнаружено. Однако точность, с которой проверен этот закон, невелика. Не исключено, что закон сохранения лептонного заряда приближенный и в определенных условиях может нарушаться. Если бы это было та, то в вакууме могли бы осуществляться превращения нейтрино в антинейтрино и наоборот, а также превращения одного типа нейтрино в другие. Поиски этих явлений представляют большой интерес. Закон сохранения лептонного заряда требует, например, чтобы при электронном )3-распаде (и -э р+ е + ре) вместе с электроном обязательно рождалось электронное антинейтрино, так как суммарный лептонный заряд этих двух частиц равен нулю. При позитронном 13-распаде (р з и + ет + ре), наоборот, вместе с позитроном должно появляться электронное нейтрино.
Законом сохранения лептонного заряда объясняется отсутствие таких процессов, как р +р-.эе" +и, рл+р ~д~+и, (108.1) й 108) Законы сохранения зарядов 751 хотя другими законами сохранения они разрешены. Напротив, процессы не + р — «е+ + и, пи + р э д~ + п, (108. 2) удовлетворяющие закону сохранения лептонного заряда, наблюдаются экспериментально. Первый процесс наблюдается в ядерных реакторах при взаимодействии электронных антинейтрино с протонами вещества. Второй процесс наблюдался на ускорителях высоких энергий, где получались мюонные нейтрино в реакциях распада к - и К -мезонов; к — > д +он и К вЂ” г д +р .
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
