mukhin-fizika-elementarnykh-chastits (810757), страница 18
Текст из файла (страница 18)
(1з'-К)-езаимадеаетеие или Ть!оз Мзв 89 Рис. 350 Рис. 351 Одной из основных характеристик установок со встречными пучками является светимость Ь, которая связывает между собой сечение изучаемого процесса и и число событий М: М=ьо. При нулевом угле встречи пучков ь = Я(Ф, Мз/о) ез/(2я), где Я вЂ” коэффициент непользования установки, равный отношению длины участков встречи пучков к периметру орбиты; Ю, и Фз — полные числа частиц в каждом пучке, заполняющем накопительные кольца; о — площадь поперечного сечения, общего для обоих пучков; в — круговая частота обращения частиц по замкнутой орбите.
Обычный порядок значений светимости на действующих установках ь=(10'~ —:1Оз') см '.с '. Вновь строящиеся установки спроектированы на значение светимости ( 1033 — з,с — 1 Встречные протонные пучки были впервые получены в ЦЕРНе (Швейцария). На рис. 350 изображена схема ускорительного комплекса ЦЕРНа, построенного в 1971 г. и последовательно реконструированного в 197б и 1981 гг. До первой реконструкции 90 Гаева ХК Нуклон-нукяонные вэаимодейсэнвия ари высоких энергиях он состоял из бустера В, протонного синхротрона РБ диаметром 200 м иа энергию 26 ГэВ (построенного в 1959 г.) и двух накопительных колец 1Ж диаметром по 300 м, в которых протоны дополнительно ускорялись до энергии 31,4 ГэВ и двигались навстречу друг другу.
Заполнение колец протонами производилось «впрыскиванием» в них из синхротрона РБ нескольких сотен сгустков по 10'э протонов в каждом. Вакуумная и магнитная системы колец обеспечивали большее время жизни протонов (более 50 ч), благодаря чему их можно было накапливать в большом количестве. Накопительные кольца 1Ж пересекались в восьми точках под углом 15'. Ширина области пересечения 4 — 7 см, высота 2 — 3 мм (рис. 351).
Детектирование частиц, рассеянных при их столкновении, производилось системой сцинтилляционных годоскопов, включенных в схему совпадений. На встречных протонных пучках первого церновского комплекса было изучено рр-рассеяние при Т' до 31 ГэВ, что соответствует эквивалентной энергии в л. с. к. Тс2100 ГэВ. Измерения удалось довести до углов 0,06'(область интерференции с кулоновским рассеянием). На первом этапе реконструкции (1976 г.) ускорительный комплекс ЦЕРН был дополнен кольцом ЯРБ (диаметром 2200 м), позволяющим ускорять протоны до энергии 450 ГэВ. Второй этап реконструкции, завершенный в 1981 г., был посвящен созданию встречных протон-антипротонных ( рр) пучков. С этой целью ускорительный комплекс был дополнен накопителем антипротонов А и мишенью М для их образования (см.
рис. 350). На кольцах 1Ж были организованы встречные рй-пучки на энергию 2 х 31,4 ГэВ, а на базе большого кольца ЗРЯ вЂ” новый Ярро-коллайдер на энергию 2х270 ГэВ, доведенную позднее до 2х 310 ГзВ. На рр=кольцах 1БК были сделаны измерения полного сечения и других параметров рр=взаимодействия, а также проводились работы по спектроскопии чармония (см. з 125). В настоящее время кольца 18 В и соответствующие коммуникациин (показанные на рис. 350 штриховыми линиями) демонтированы. На Ярри-коллайдере было продолжено исследование параметров рф-взаимодействия при рекордных на то время энергиях (при Т'=450 ГэВ Т„„=433,5 ТэВ).
В 1982 — !983 гг. на этой установке было сделано важнейшее открытие И'а- и У'- бозонов — квантов слабого взаимодействия. Об этом открытии, а также о проектах других суперускорнтелей см. в $ 130, п. 4. Э" В7. ( Ф-Ф)еэаимодейетеие сваэ Т) Юэ 'аээВ 3. ПРЕДВАРИТЕЛЬНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЯ (И-ти)-РАССЕЯНИЯ ПРИ СВЕРХВЫСОКИХ ЭНЕРГИЯХ Изучение (Ж-Ж)-рассеяния при сверхвысоких энергиях позволило получить четыре важные характеристики: а, а„„, а„,„, и радиус взаимодействия Я. 11олное сечение ст„„„определялось, как обычно, из ослабления пучка.
Напомним, что до энергии 300 МэВ а„.,„=а„,. При Т,) 300 МэВ (порог рождения я-мезонов) появляется неупругая составляющая сечения, которая быстро растет в случае (р — р)-рассеяния (сг„, =а„,„„=24 мб прн Трж! ГэВ)а. Согласно я Зб, п. 2 неупругое рассеяние должно сопровождаться упругим дифракционным рассеянием, направленным под малым углом 8 вперед. Для определения а„в упругие события выделяются по кинематике. На рис. 352 изображена типичная картина угловой зависимости о; ~„. Естественно, что кинематический способ отбора упругйх событий дает только относительный ход сечения. Для его нормировки используется известная из теории рассеяния оптическая теорема 1пт ~'(О') = — а„„„, которая связывает между собой мнимую часть амплитуды рассеяния вперед и полное сечение а, Связь между 1пт~(0') и сечением рассеяния на 8=0 дается выражением — „(О')=$.Г(0 )$'=$КеГ"(О')+$1пт Г"(О')$'= =$Вег'(О')$~+$1птг(0')$а=(1+сх)э$1пс1'(О )$э, где и= Ве 1'(О')/1щД(0').
Таким образом, — (О')>$1пт 1'(О')$э. Значение з,„,„определяется из рассмотрения интерференции с кулоновским рассеянием, за которую отвечает действительная часть амплитуды. При сверхвысоких энергиях а=О. сга Зная отнормированное на оптическую точку — (8)эа и проинтегрировав его по углу, можно найти а„,, а следовательно, и а„,„=ст „— ага . * Напомним, что 1 ма= щ "см'=Ю "м'. 92 Глава Хе'. Нрклон-нуклонные взаимодействия яри высокая знергияя Рис.
352 И 9 Рис. 354 75 7й гйО 1«КИ Лбе Тле, Гва ВФз 7 10 Рис. 353 дг Вг т,ц,„гвв 2г Ширина дифракционного конуса 6 (см. рис. 352) дает представление о размерах Я области взаимодействия. На рис, 353 приведены результаты измерения о„„„, о„,, коэффициента «непрозрачности» нуклона «=оз /0,5сз„„и радиуса взаимодействия лк. Прокомментируем их. При Гр=! ГэВ и =о„, =24 мб, о „=о +о„р — — 48 мб.
Этот результат естественно сопоставить с результатамй опытов по рассеянию нейтронов с энергией 10 МэВ на ядрах (см. В 44). В этом случае также гз„~=ггяз„"'р, причем каждое из них Равно "лЯ з, так что о „, ет,„ +сз, е = 2ллкз, где Я— радиус ядра (нейтрон считается точечным, а ядро †черн). В случае (р — р)-рассеяния в качестве Я естественно считать удвоенный радиус протона г (рис, 354): пиля,=2лЯ г =8лг,'.
з 87. (зз' — зз')взаимодействие при Т>!Оз Мзл 93 Отсюда, положив о „,=48 мб, имеем Я=0,9 1О 'з см, з;=0,45 10 "см. Коэфе(зицнент непрозрачности нуклона при этой энергии г,=1 («черный», непрозрачный протон). При Т > 1 ГэВ сечение упругого рассеяния ст„уменьшается быстрее, чем сз „, что означает уменьшенйе непрозрачности нуклона (протон светлеет). Одновременно было замечено, что с ростом энергии 6 уменьшается быстрее Цсухсение дифракционного конуса).
Поскольку 0 = Х/ Я, это означает рост Я («разбухание» протона при сверхвысоких энергиях). При 25 с Т, < 70 ГэВ продолжается уменьшение (слабое) о.„, сзз„а и Ц и слабый рост Я. При Т, > 70 ГэВ уменьшение ст, „и о„., сменяется их небольшим ростом, Я продолжает медленно расти, ~ остается постоянным (~=0,35). При еще более высоких энергиях, достигнугых на Ярри, наблюдается заметный рост ст"~ (от 43 до 60 мб, см.
рис. 444) и ~ (от 0,35 до 0,43), а также дальнейшее сужение днфракционного конуса. Таким образом, общее заключение, которое можно сделать из рассмотрения (зз' — зз')-рассеяния прн сверхвысоких энергиях, сводится к следующему. Первоначально (прн Трж1 ГэВ) непрозрачный н небольшой протон с ростом энергии светлеет и растет, прн дальнейшем росте энергии только растет, а затем растет и чернеег.
Теоретическая интерпретация такого поведения нуклона при сверхвысоких энергиях требует привлечения в качестве обменных частиц вместо я-мезона так называемых траекторий Редже, в процессе обмена которыми изменяются спин и масса (а значит, и радиус взаимодействия). Небольшой, но явно выраженный рост ст„„„и Я с ростом энергии вызывает беспокойство теоретйков. Что будет дальше? В настоящее время по этому поводу можно только сказать, что существует так называемый предел Фуассара, вытекающий из принципа причинности, согласно которому скорость роста Я ограничена законом Я 1пЕа,.
Соответственно ограничена и скорость роста сечейня Я г (1пЯ )г 4. ЗАКЛЮЧИТЕЛЬНЫЕ ЗАМЕЧАНИЯ О СВОЙСТВАХ ЯДЕРНЫХ СИЛ В заключение этой главы резюмируем сведения, известные в настоящее время о сильном ядерном взаимодействии: 94 Глава ХК Нуклон-нуклонные взаимодействия нри высоких знергиях 1) малый радиус действия аов2 1О "см и характер притяжения [из анализа (л — р)- н (р — р)-рассеяния при малых энергиях и свойств дейтрона]; 2) большая величина ядерных сил [из большого значения средней энергии связи и большого сечения (зр — -р)- и (п— р)-взаимодействия ]; 3) зависимость их от спина [из существования связанного и виртуального состояний в (л — р)-взаимодействии и результатов опытов с пара- и ортоводородом]; 4) нецентральный (тензорный) характер ядерных сил (из неравенства нулю квадрупольного момента дейтрона); 5) насыщение (из постоянства энергии связи на нуклон), б) зарядовая симметрия [(л — л)=(р — р)] ядерных сил [из сопоставления энергии связи зеркальных ядер, из сравнения результатов опытов по (р — р)- и (л — л)-рассеяниям]; 7) зарядовая независимость (изотопическая инвариант- ность) ядерных сил: (л — л)=(р — р)=(л — р)т, [из тождественности (и — р)т гз (и — л)- и (р — р)-взаимодействий в а-состоянии, из фазового анализа (Ф вЂ” М)-рассеяния при высоких энергиях, из закономерностей ( р — р)- и (л — р)- рассеяния]; 8) обменный характер сильного ядерного взаимодействия [из особенностей углового распределения (л — р)-рассеяния при высоких энергиях нейтронов]; 9) большая интенсивность и отгалкивательный характер взаимодействия на очень малых (около 0,5 10 "см) расстояниях [из особенностей (Ф вЂ” У)-взаимодействия при высоких энергиях, из большого расстояния между нуклонами в ядре по сравненню с размерами нуклонов, из фазового анализа (Ф вЂ” Ж)-рассеяиия]; 1О) спин-орбитальная зависимость ядерных сил [из экспериментального подтверждения справедливое~и модели ядерных оболочек, различия 6(~ро)-, б('р,)- и Ь('рз)-фаз для (р — р)-рассеяння и появления поляризации при рассеянии нуклонов]; 11) существенная зависимость сильного ядерного взаимодействия от величины изотопического спина (1 или О) при Тн < 1 ГэВ и практическая независимость от него при Т„ > 10 ГэВ (из сравнения ав и а„в); 12) преобладающая роль я-мезона в качестве кванта сильного ядерного взаимодействия при низких энергиях (нз мезонной теории и величины радиуса ядерных сил); 13) повышение роли других (кроме к-мезона) обменных частиц в передаче сильного ядерного взаимодействия при очень высоких энергиях (из роста сз,„и з1).
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
