mukhin-fizika-elementarnykh-chastits (810757), страница 17
Текст из файла (страница 17)
авв(Т) И ан„(Т). ИЗОТОПИЧЕСКАЯ ИНВАРИАНТНОСТЬ ЯДЕРНОГО ВЗАИМОДЕЙСТВИЯ ПРИ ВЫСОКИХ ЭНЕРГИЯХ ОСОБЕНЙОСТИ (анн)т И (а„„),=, Результат, полученный в п. 7, знаменателен тем, что обе нуклонные пары (р-р) и (и — п) имеют один и тот же изоспин Т=1, хотя и различаются значением его проекций (+1 и — 1 соответственно). Поэтому равенство арр — — а„„можно считать одним из подтверждений принципа изотопической инвариантности ядерных сил при высоких энергиях. Можно привести еще несколько экспериментальных подтверждений справедливости этого принципа. 84 Глина ХЦ Нрклоновклонные вэан.чодейппеоя прн еыеокик энергияк о„(90")=-о„(90')т, +-се„р(90 )т=о 1, 3 «Р = 4 «Р (86.22) или, полагая о„„(90")т,=о„(90'), получаем о.„,(90")=-о„(90 )+-о„р(90')т=о (86.23) в, На рис.
345 приведена зависи- 70 мость полных сечений для (Р— Р)- йо и (л — Р)-рассеяния в широком интервале энергий — от 0,01 до 20 ГэВ. Из рисунка видно, что кривые сильно различаются вплоть до энергий Тм дй 1 ГэВ, сходны в интервале энергий гй 1<Т<6 ГэВ и практически слива- Юэ йт ' 7д~гэв ются при Т~б Гэй. Резкое различие Рио. 345 акр(Т) и а„р(Т) не должно вызывать удивления, поскольку (и-Р)-рассеяние может происходить как с Т=1, так и с Т=О, и сравнивать орр(Т) непосредственно с а„р(Т) нельзя. Поэтому вопрос об изотойической инвариантности (р — р)- и (л — р)-рассеяний можно ставить только после разделения о„р(Т) на изотопически чистые составляющие. В з 86, п.
6 было показано, как зто можно сделать при помощи формулы (86.21). Напомним, что при получении этой формулы принцип изотопической инвариантности был использован в качестве гипотезы [о.„,(О)„=,=о„(О)). И поскольку для ет„р(О)т=а получился естественный результат (о„(О)т о>0], его можно считать подтверждением (правда, косвейным) справедливости этой гипотезы.
К аналогичному заключению приводят результаты фазового анализа (н — р)-рассеяния, которые также были получены в предположении, что (о„,)„=, =о„. Мы видели, что фазовый анализ (и — Р)т а-состоЯниЯ пРиводйт к РазУмным значениЯм ~аз и в частности обеспечивает непрерывный переход фазы'Ь( э,) к 180' при Т-оО. Еще одно соображение в пользу изотопической инвариантности (лт' — М)-взаимодействия при высоких энергиях можно получить, рассмотрев рассеяние на 90'. В этом случае все полиномы Лежандра Р,(соя О) для нечетных ! равны нулю, т. е. пространственная часть волновой функции, описывающей рассеяние, должна быть симметрична, Тогда в соответствии с обобщенным принципом Паули (Р-р)-рассеяние должно происходить только с в=О (так как Т=1), а (и — р)-рассеяние— как с в=О (при Т=1), так и с я=1 (при Т=О).
Учитывая статистические веса состояний с разными спинами, имеем й" 86. Нуклои-оуклоиоме ввоимооейеелвил кри Тв> !00 Мвв 85 Положив «г„в(90')т о>0, имеем 4о„„(90") > о (90'). (8б.24) Полученное неравенство выполняется при всех энергиях и это— нетривиальный результат, так как етрр(90')=сопйг, а ет„в(90в) уменьшается с ростом энергии. Таким образом, все экспериментальные факты, описанные в пп. 5 — 8, подтверждают справедливость гипотезы об нзотопической инвариантности (Ф вЂ” Ф)-взаимодействия не только при низких, но и при высоких энергиях. Так же как и при низких энергиях, характер взаимодействия между нуклонами при высоких энергиях определяется значением нх суммарного вектора изотопического спина Т.
В 8 84 было показано, сколь различны (Ф вЂ” Ф)-взаимодействия с разными значениями Т при низких энергиях и какую важную роль играет в этом различии спин. Посмотрим теперь, как они различаются при высоких энергиях, и попытаемся понять физическую причину этого различия. На рис. 346 и 347 приведены сечения (Ф-)т)-рассеяния при Т=1 и Т=О в функции от энергии н угла (для Т„=400 МэВ). Из рисунков видно, что ход сечений «тки(0)т=о и око(Т)т=о примерно соответствует предсказаниям теории возмущений, во всяком случае в области энергий Т<1 ГэВ. Следовательно, состояние с Т=О характеризуется относительно более слабым взаимодействием на очень малых расстояниях, чем состояние с Т=1. Из характера изменения ети„(0)т и (подъем сечения при 0>90') следует большая роль перезарядки.
В отличие от пик(Т)т=о, которое монотонно падает вплоть до Тж1 ГэВ, сечение о„и(Г)т=, резко возрастает при Тж Ф, ВВ 20 20 07 0~5 7 К гйтГВВ 0 20 20 00 720 Вейрав Рис. 346 Рис. 347 86 Глава ХК Ну»»он-»уклонные взанлзпдейсзнвн» нри выгонах знергнлх ъ0,3 ГэВ. С точки зрения изотопической инвариантности это различие естественно связать с рождением к-мезонов в (Аг-Аг)- соударениях, которое становится энергетически возможным как раз при Тн-0,3 ГэВ (см. 5 1 Ю). Поскольку я-мезоны имеют изотопи ческий спин Т„= 1, их рождение в (Аг- Аг)- соударениях более вероятно в том случае, когда изотопический спин взаимодействующих нуклонов в начальном состоянии равен единице (больше каналов реакции), Естественно, что с ростом энергии, когда становится возможным рождение нескольких к-мезоно в с различным суммарным из оспином, а также открываются другие каналы реакции, различие в (онн)т=з и (онн)т=е должно сгладиться, что и наблюдается на опыте.
То же самое можно сказать и о различии он„(0)т-о и о„н(Е)т=з, поскольку с ростом энергии относительная роль перезарядки также должна снижаться. Таким образом, энергетическая и угловая зависимости сечения (Ф-)у')-рассеяния естественным образом объясняются в рамках гипотезы об изотопической инвариантности, что также можно рассматривать в качестве ее экспериментального подтверждения. $87. (У)г' — В)-взаимоДействие г1зои сверхвысоких энергиях (Т>10 МэВ) 1. ПЛЕНОЧНАЯ И СТРУЙНАЯ МИШЕНИ С ростом энергии растут трудности регистрации частиц. Это связано с необходимостью регистрировать рассеяние на очень малые углы, где сильны кулоновские эффекты, а также с повышением роли неупругих процессов.
Для преодоления этих трудностей необходима новая методика. В !9б4 г. в Дубне В. А. Свиридовым и Н. А. Никитиным был предложен метод исследования упругого рассеяния на малые углы по частицам отдачи*, возникающим от рассеяния внутреннего пучка на тонкой пленке (около 1 мкм) и сверхзвуковой газовой струе. Схема пленочной мишени показана на рис. 348, где П вЂ” пучок, ПМ вЂ” пленочная мишень, М— монитор, Д вЂ” детектор. В качестве детектора использовались фотоэмульсия илн пропорциональные счетчики. Новый метод имеет ряд преимуществ: отсу~стане ограничений по энергии, слабое искажение импульса протона отдачи, возможность многократного пропускания пучка через мишень. в Идею измерения малого угла рассеяния но знергии отдачи незааиснмо аысказал и !954 г.
В. В. Уз»перс. В В1. (М вЂ” М)азаимодейетвие нри Т>!Оз Мзл 87 ! -1 1 3 4 Рнс. 348 Рис. 349 Схема струйной мишени показана на рис. 349. Здесь П— сечение пучка, Нз — газовая водородная (или дейтериевая) струя;в Не — жидкий гелий, ЛН вЂ” ловушка гелиевого конденсационного насоса, Д вЂ” детектор. Как следует из названия метода, мишенью является газовая струя, движущаяся со сверхзвуковой скоростью поперек пучка ускорителя. Диаметр струи 40 мм, плотность газа 10 т г/смз, давление 10 атм.
Устройство работает в импульсном режиме. За цикл ускорения (2,5 с) струя может пересекать пучок до трех раз, что дает возможность одновременно изучать рассеяние при трех различных энергиях. За время одного импульса пучок проходит через струю 4 104 раз практически без изменения своей энергии. Струйная методика свободна от недостатков пленочной (фон от ядер углерода) и имеет гораздо лучшее отношение эффект/фон (более 20).
Эта методика впервые была использована на Серпуховском ускорителе, а затем на ускорителе в Батавии (США). Она позволяет проводить измерения при передаваемом 4-импульсе ~ г ~ - 0,001 (ГэВ/с) ', который прн Т=76 ГэВ соответствует рассеянию на угол Ож20' (область интерференции с кулоновскнм рассеянием при этой энергии).
2. ВСТРЕЧНЫЕ ПУЧ КИ Как известно, в настоящее время энергия, до которой могут быть ускорены протоны на обычных ускорителях (с неподвижной мишенью), достигла сотен гигаэлектрон-вольт. С 1967 г. в СССР (г. Серпухов) работает ускоритель протонов на энергию 76 ГэВ. В !972 г. в США (Батавия) получен пучок протонов с энергией 400 ГэВ.
Позднее энергия этого ускорителя в В настоящее время используются н другие вещества. ах Глава ХР. Оуклвн-нуклвнныв вэаиыодейеныи» нри высоких энергиях была повышена до 500 ГэВ, а после его реконструкции (добавлено сверхпроводящее кольцо) он позволил получать протоны с энергией до 1000 ГэВ. Еще один ускоритель на энергию 400 ГэВ построен в 1976 г.
в Швейцарии (Женева, ЦЕРН). Ускорители с неподвижной мишенью отличаются очень большими размерами. Диаметр ускорителя в Серпухове 500 м, а в Батавии — 2 км. Кроме ускорителей с неподвижной мишенью для исследования (гт' — Аг)-рассеяния при сверхвысоких энергиях может быть применен (и уже применяется) метод встречных пучков. Идея метода встречных пучков заключается в использовании вместо неподвижной мишени» пучка частиц, движущихся навстречу бомбарднрующнм частицам.
Очевидно, что в этом случае относительная доля кинетической энергии, идущей на взаимодействие, повышается (по сравнению с долей кинетической энергии, идущей на выполнение закона сохранения импульса). Если обе сталкивающиеся частицы имеют равные массы и скорости, то их суммарный импульс равен нулю и вся кинетическая энергия частиц идет на взаимодействие. Записав для этого случая известный инвариант Ез рз 2 (87.1) (Š— полная энергия, Р— полный импульс взаимодействующих частиц) в с. ц.
и. обеих частиц, а затем в системе координат, связанной с одной из частиц (мишенью), и приравняв нх между собой, получим Т=2гпсз[(1+ Т'~тсз)з — 1~. (87.2) Здесь Т' — кинетическая энергия во встречных пучках; Т— эквивалентная (по вызываемому эффекту) кинетическая энергия бомбардирующей частицы прн обычном способе ее взаимодействия с неподвижной частицей — мишенью; лз — масса частицы. Из полученного соотношения видно, что эквивалентная энергия двух сталкивающихся электронов, каждый из которых имеет кинетическую энергию 1 ГэВ, равна около 4000 ГэВ, а эквивалентная энергия двух протонов с энергией 30 ГэВ— около 2000 ГзВ.
В настоящее время в нескольких странах (РФ, США, ФРГ, Италия) уже работают ускорители со встречными электронными и электрон-позитронными пучками, на которых выполнено много важных н интересных исследований (см., например, з 126). » Разумеется, газоаая струя — зто тоже пеподаяжиая миэпепь. з" 87.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
