mukhin-fizika-elementarnykh-chastits (810757), страница 21
Текст из файла (страница 21)
Объяснение закона 1/94 является одной из трудных задач современной физики элементарных частиц (см, и. 4). у 91. Формауакторы нуклонол нп 4. НЕУПРУГОЕ (е — И)-РАССЕЯНИЕ. ПАРТОННАЯ МОДЕЛЬ Очень интересные результаты были получены при исследовании неупругого рассеяния электронов на протонах. На рис. 358 изображен энергетический спектр рассеянных злект- 6, ОГНН т,к г,е Ф ю в е а 7 а е ее1Гаа Рис.
388 ранов с первоначальной энергией 1О ГэВ. Штриховая линия относится к упругому рассеянию е, сплошная — к неупругому. На правой части неупругого спектра видны максимумы, соответствующие «возбуждению» нуклона, т. е. образованию пион-нуклонных резонансов (подробнее о них см. $ 112, п. 5), левая же его часть, соответствующая глубокому неупругому рассеянию, имеет непрерывный характер. Сравнительное изучение обоих спектров показало, что с ростом д одновременно уменьшается высота упругого и неупругих максимумов. Отсюда можно сделать заключение о том, что размеры нукл она в основном и возбужденном состояниях сравнимы между собой. Совершенно иначе ведет себя непрерывная часть неупругого спектра.
Измерения показали, что с ростом дт от 0 до !75 фм т, когда сечение упругого рассеяния уменьшается в ! Ол раз, сечение неупругого рассеяния уменьшается только в 20 раз. ' Высота упругого максимум» уменмпсна в 5 раз. «Хвост» слева от упругого максимума объясняется испусканием мягких фотонов электроламп. Гаави Хгй Стр>кт>ра нуклонов и ндр» !08 Замедленный спад о„,„„р при (е — гт")-рассеянии наводит на мысль о точечном рассеивателе, например, в виде так называемого керна, т. е. положительно заряженного ядра очень малых размеров (около 0,2 фм) в центре нуклона. Однако в этом случае столь же медленно должно спадать и суг„о, чего не наблюдается. Следовательно, можно предполагать существование в нуклоне какой-то необычной точечной структуры, проявляющейся только в неупругих процессах. Объяснение медленного спада гу„,„„„ в (е †)т')-рассеянии было дано Фейнманом, предложившим партонную модель нуклона (от слова разт — часть).
Согласно Фейн- ману нуклон в своей системе покоя является сложной частицей, состоятцей из виртуальных точечных частей — партонов. Партонами могли бы быть, например, широко известные гипотетические частицы— кварки (см. гл. ХХП). Энергия связи нуклона сравнима с массой партонов. Этой связью определяется их импульс в нуклоне /с„„с. Если рассматривать взаимодействие е в системе координат, где импульс нуклона р»- ж, то поперечный импульс р„обусловленный /с„.„„окажется много Ф меньше продольного.
Другими словами, можно считать, что в этой системе координат нуклон в какой-то степени похож на облако свободно движущихся со скоростью п=с партонов (рис. 359). Из-за релятивистского замедления времени существование виртуальных партонов как свободных объектов оказывается достаточно длительным по сравнению с временем неупругого взаимодействия Ы '. Поэтому неупругое взаимодействие происходит как бы с отдельным партоном (а не со всем нуклбном в целом). Это и создает эффект рассеяния на точечном объекте. Партонная модель качественно подтверждается сходством в поведении сечения неупругого рассеяния электронов на протонах и нейтронах, а также аномально большим сечением (е+ — е )-аннигиляции при высоких энергиях (встречные пучки).
Этот процесс является как бы обратным глубоко неупругому рассеянию *'. ь Неупругос азаимодейстаис характеризуется большой передачей знергии Ьс т. е. малой длительностью Ьгтй/ЬЕ. Я* Более подробно с материалом гл. ХЧ! можно познакомиться и следу- 109 у 92. Краткое заключение к гл. ХУ/ Закон 6(фз) 1/д4 также может быть истолкован в пользу партон-кварковой модели, согласно которой при больших г/ должно быть 6(0') ф з'" ", где л — минимальное число кварков, составляющих адрон.
Так как согласно кварковой модели для нуклона л=З, то б(аз)-1/г/4. $ 92. Краткое заключение к гл. ХЧ! В гл. ХЧ1 рассмотрен вопрос о структуре нуклонов и пара. Первоначальное представление о структуре (негочсчности) протона и нептропа возникло в связи с обнаружением у них аномальных значений магнитных моментов: р =2,79р (вместо (ра) и р„= — 1,91ра (вместо нуля). Простейшее обьяснение этой аномалии, предложенное Ферми, заключается во введении представления о нуклоне как о сложной системе, состоящей из идеализированного еголого» нуклона с нормальным значением магнитного момента н х-мезонного облака, вносящего аномальную часть магнитного момента. В этой схеме протон и нсйтрон должны иметь распределенные электрический заряд и магнитный момент, которые можно обяаружить экспериментально, если исследовать рассеяние достаточно быстрых электронов (ь= Ь/р<Ян) на нуклоне.
Аналогично, изучив рассеяние электронов иа ядре, можно получить распределение электрического заряда по его объему. Идея извлечения информации о распределенных зарядах и магнитных г(сг йо моментах заключается в сравнении — (0)„,„с — (0),, вычисленных по формуле Мотта (для адра) пли Розенблюта (для нуклона) в предположении отсутствия структуры.
В случае атомного ядра сравнение приводит к выражению ио г/о — (в),„,„= рз — (в)„„, г/П '"'" НП где безразмерная величина Р=) р(г)еч'ат называется электромагнитным форм- фактором ядра (г — расстояние от центра ядра, 9 — 4-импульс, передаваемый прн рассеянии). Обращением выражения для Р(9) по Фурье было получено распределение заряда р(г) в атомном ядре: р(г) = 1+с("-ло)1З ющих статьях и книгах: Дрелл С. Партоны л глубоко неупругие процессы прн высоких энергиях//Успехи физ. наук. 1972.
Т. 106. Вып. 2. С. 331 — 336; Жакоб М., Лаидшофф П. Внутренняя структура нротона//Уснехи физ. наук. 1981, Т. 133. Вып. 3. С. 505 — 524; Кандан Г., Пановский В. Структура протона и нсйтронаДУспехи физ. наук, 1972. Т. 106. Вып. 2. С. 315 — 331; Электромагватные взавмопействия и структура элементарных частиц: Пер. с англ./Под ред. А. М.
Балдина, Мл Мнр, 1969. Главе ХУП. ллмянуклоиы и алтилдра 11О где Ле=!08л из,!0- э ем; 8=0,55.10-за ем. йо 4о В случае нуклона связь между — (О) „и — (О), „дается более слоиным йй ей выраиением, в состав которого входят (в виде квадратичной формы) два формфактора 6 н 6 . Один из них описывает распределенне заряда, другой — магнитного момента.
Анализ новедеиня формфакторов в зависимости от Ч' показал, что протон и нейтрои имеют сходную структуру н одинаковые среднеквадратичные радиусы — около 0,8.!О "см. Распределение электрического заряда и магнитного момента в нуклоне носит экспоиенпиальный характер. Изучение неупругого рассеяния электронов на протонах привело к нартоиной модели иуклоиов. Глава ХЧ11 АНТИНУКЛОНЫ И АНТИЯДРА 9 93. Зарядовое сопряжение.
Частицы и античастицы. С-четность. Истинно нейтральные частицы Как известно, анализ релятивистского квантовомеханического уравнения для электронов привел Дирака к предсказанию существования в природе зарядово-сопряженной частицы — позитрона (см. й 100). Когда в 1932 г. позитрон был обнаружен в составе «осмических лучей, его назвали античастицей электрона. На примере электрона и позитрона было впервые экспериментально показано, что природа симметрична относительно существования частиц и античастиц.' Основной результат теории Дирака — получение решения для зарядово-сопряженных частиц — сохраняется и в теориях, построенных для описания других элементарных частиц.
Поэтому представление о симметрии природы относительно существования частиц и античастиц было распространено на все частицы как с полуцелым (фермионы), так и с целым (бозоны) спином. Из фермионов вскоре после позитрона (1938 г.) были открыты положительные и отрицательные мюоны (1з+ и !з ), являюпгиеся частицей и античастицей по отношению друг к другу (см. 8 104), а из бозонов в 1947 г.
н+- н я -мезоны (см. 8 ! 10). В настоящее время античастицы обнаружены для всех долгоживущих частиц, а также для многих нестабильных частиц — резонансов. Э 9З. Зарядовое сояряяееиие. Чаетииы и аптичдстыеы 111 Симметрия природы относительно существования частиц и античастиц была названа принципом зарядового сопряжения.
В первоначальной редакции принципа зарядового сопряжения предполагалось, что природа симметрична не только относительно существования, но и относительно любых (сильных, электромагнитных, слабых) взаимодействий частиц и античастиц. Из этой глобальной симметрии, в частности, следовало, что частица и античастица должны иметь тождественные массу, спин и время жизни и противоположные заряды (электрический, барионный, лептонный и др.). В 1956 г. было показано, что в слабых взаимодействиях зарядовая симметрия нарушается, что проявляется, нап1э имер, в различии знака продольной поляризации у е и е , а также у и и й (левые е' и 9 и правые е' и й). Однако упомянутые выше заключения о свойствах частиц и античастиц (т, в, т, заряды) сохраняются.
Теперь только они являются следствием не С-инвариантности, а СРТ-инвариантности уравнений квантовой теории поля (см. также 8 18, и. 8 и 9 103, п. 3). Операция зарядового сопряжения применима не только к заряженным, но и к нейтральным частицам, у которых также могут быть античастицы, отличающиеся от частиц. Так, у нейтрино, электрический заряд которого равен нулю, есть отличающаяся от него античастица — антинейтрино*. Эти две частицы различаются знаком лептонного заряда и соответственно характером взаимодействия (см. 918, 103 и 105).
Вместе с тем существует класс так называемых истинно нейтральных частиц, у которых все заряды равны нулю, вследствие чето их античастицы тождественно совпадают с самими частицами. Примерами истинно нейтральных частиц являются у-квант, яо-, т1-, т1'-, ро-, го-, яр-, У/ф- и Т-мезоны. Истинно нейтральные частицы имеют определенную зарядовую четность С (положительную или отрицательную). Зарядовая четность яп-, 11- и 11'-мезонов положительна, так как их волновые функции при операции зарядового сопряжения переходят сами в себя: Ь~„.=ф„., сф„=ф„, сф„,=ф„,. Зарядовая четносгь остальных частиц отрицательна, так как сФ„=-Ф„сФ = — ф, сф =-Ф и т.
п. (подробнее см. разделы, в которых описаны свойства перечисленных частиц). Упомянем еще о некоторых свойствах частиц и античастиц. Их магнитные моменты равны по абсолютному значению, ' О теории, в которой предполагается, что рте, см. 1 108, и. 2. но различаются знаком. Внутренняя четность античастицы— фермиона противоположна, а античастицы — бозона совпадает с внутренней четностью частицы. Наиболее характерными процессами для частиц и античастиц — фермионов являются их совместное рождение и взаимная аннигиляция при встрече, В процессе аннигиляции обычно вся или часть энергии покоя обеих частиц преобразуется в другие формы энергии.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
