mukhin-fizika-elementarnykh-chastits (810757), страница 24
Текст из файла (страница 24)
В соответствии с уравнением (84.26) д 96, бэоииодештвие оитиогкэопов е вещество.и 121 И, оеои. ед. 19' гг гб в б г Уе гб га б Гав гдд гад к,Мва Рис. 365 и О,г ио б,б а,б 1,9 тгг,Гоя Рис. 366 г= Тг+ В~2 (в котором для антинуклонов В= — 1) проекции вектора изотопического спина для антинуклонов имеют следующие значения: (Т,)„= — 1~2; (Т,)в=+ 112, (95.2) Легко видеть, что здесь, как и во всех ранее рассмотренных случаях, знак заряженного члена дублета совпадает со знаком соответствующей ему проекции вектора Т (это правило облегчает запоминание Т1 для частиц).
Напомним еще раз остальные свойства антинуклонов: В= — 1; лэо=лэ„; в=1/2; хя= -э„; рс= -ри; Р= — 1, (95.3) Схема распада антинейтрона должна быть зарядово-сопряженной схеме распада нейтрона й-ер+ее+т„ (95.4) причем период полураспада антинейтрона должен быть такой же, как у нейтрона; Тпэ (й) = Тэ ээ (и). (95.5) Антипротон, так же как и протон, стабилен. ф 96. Взаимодействие антинуклонов с веществом Открытие антинуклонов положило начало новой, широкой программе исследований в области физики элементарных частиц — изучению процессов взаимодействия антинуклонов с веществом.
Сюда относятся процессы рождения антинуклонов !22 Глава Хвд. Антинунланы и антиндра на нуклонах и ядрах при бомбардировке их разными частицами (нуклонами и я-мезонами), процессы рассеяния и перезарядки, процессы образования антигиперонов и других странных частиц, процессы аннигиляции и другие очень интересные явления.
Характер книги не позволяет подробно останавливаться на этих явлениях, Поэтому мы ограничимся лишь беглыми замечаниями относительно некоторых из них. 1. РОЖДЕНИЕ АНТИНУКЛОНОВ Антинуклон рождается в паре с нуклоном. Кроме отмеченного выше процесса (93.1) образования антинуклона при соударении двух нукдонов 1У+ М-+ ЗА+ Я, идущего при пороговой энергии нуклонов 5,6 ГэВ, существует другая удобная реакция к+ 1в'-в2)н'+ )н' (96.1) с более низким порогом 3,6 ГэВ. Если образование антинуклонов происходит не на нуклоне, а в ядре, то учет энергии движения нуклонов ядра (так называемая фермневская энергия, равная примерно 25 МэВ) приводит к снижению порога (в тех случаях, когда бомбардирующий нуклон и нуклон ядра двигаются навстречу друг другу).
Порог реакции (93.1) снижается с 5,6 до 4,3 ГэВ, а порог реакции (96.1) — с 3,6 до 2,85 ГэВ. Следует заметить, что пороги образования антинуклонов в нуклон-нуклонных и нуклон-ядерных соударениях значительно снижаются, если процесс идет через посредство предварительно возникающих я-мезонов. В этом случае порог реакции на нуклоне снижается до 4,05 ГэВ, а на ядре — до 3,1 ГэВ. Таким образом, порог рождения витину клонов на ядре значительно ниже, чем на нуклоне.
Однако опыт показал, что количество антипротонов, возникающих в обоих случаях, практически совпадает. По-видимому, это объясняется большим поглощением антинуклонов в том самом ядре, где они образуются. 2, АННИГИЛЯЦИЯ АНТИНУКЛОНОВ ПРИ НИЗКИХ ЭНЕРГИЯХ Различие барионных зарядов нуклона и антинуклона приводит к тому, что они при встрече аннигилируют с освобождением энергии 2гпнс*. При этом в отличие от аннигиляции В 9о. Вюнмодействне антннукеонов с венеество.н 123 позитрона, когда энергию уносят Т-кванты, аннигиляция антинуклонов сопровождается возникновением х-мезонов (95оуо) и К- мезонов (5в/о).
Наблюдение аннигиляционных звезд в фото- эмульсии показывает, что в среднем на одну звезду испускаются около трех заряженных л-мезонов, каждый из которых уносит энергию примерно 200 —,250 МэВ. Если учесть, что кроме заряженных возникают . нейтральные к-мезоны и что часть я-мезонов поглощается ядром, то среднее число я-мезонов, возникающих прн аннигиляции, будет около пяти.
Малая доля поглощенных л-мезонов указывает на то, что аннигиляция происходит в тонком поверхностном слое ядра (при взаимодействии антинуклона с поверхностными нуклонами ядра). 3. ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ АНТИПРОТОНОВ С НУКЛОНАМИ ПРИ ВЫСОКИХ ЭНЕРГИЯХ Создание антипротонных пучков на крупнейших ускорителях в Брукхейвене, Серпухове, Батавии и Женеве, включая ррколлайдеры (см. ниже), позволило получить зависимость полных сечений для рр- и рл-взаимодействий в широком интервале энергий антипротонов (в диапазоне 0,3<р.'..<2 10' ГэВ/с для рр-взаимодействия и несколько меньшем для рл). Полученные результаты схематически показаны на рис. 444.
Из рисунка видно, что етое,„круто падает от 65 мб при р"„в=5 ГэВ/с до 42 мб при рв вж2 10~ ГэВ/с, а затем снова растет, сближается с ст„".„„прн ртвж2.!О' ГэВ/с и поднимается примерно до 60 мб при )ое„оъ2 10' ГэВ/с. Аналогичным образом ведет себя (в измеренном диапазоне р"„,в) и полное сечение рл-взаимодействия. Сближение полных сечений «т,'~н„„и станк„с ростом энергии подтверждает теорему Померанчнука о предельном равенстве сечений взаимодействия частицы и античастицы с одной и той же мишенью при ультрарелятивистских энергиях.
Общий вид кривой энергетической зависимости сечения упругого рассеяния антипротонов на протонах сходен с кривой энергетической зависимости для полного сечения: сзеуерж!6 мб прн рйтв= 5 Гэв/с, падает до 7 мб при рв,в=2 10~ ГэВ/с и растет до !3 мб при ре„в=2 10в ГэВ/с. Другая компонента полного сечения — сечение аннигиляции ство„при низких энергиях — составляет значительную часть полного сечения и существенно превышает севе (при Ту— - 50 МэВ овне„„= 225 мб, а'„'е = 150 мб, айен = 75 мб).
С ростом энергии ст',в„быстро падает, а множественность рожденных в процессе аннигиляции частиц (главным образом, х-мезонов) растет (до 30 при энергии 5рро-коллайдера 2х 270 ГэВ). Глава КОК Аняннгунлоны н анннгядра 124 4. 8рр8-КОЛЛАЙДЕР Очень крупный шаг в физике антипротонов был сделан в 1978 г., когда в ЦЕРНе удалось осуществить эксперимент по длительному (85 ч) удержанию антипротонов в магнитном кольце. Это достижение позволило в дальнейшем построить два ускорителя со встречными рр-пучками на энергию 2 х 31,4 ГэВ и 2х 270 ГэВ. В 1981 г. эти ускорители (их назвали соответственно рр- и орро-коллайдером *) были запущены.
В программу работ рр=коллайдеров входят изучение процессов рассеяния и аннигиляции, множественного рождения частиц, поиски )к'*- и У о-бозонов, тяжелых кварков, монополя и других тяжелых частиц, исследование кварковой структуры адронов и др. (подробнее см. 9 87, п. 2 и й 130, и. 4). б. АНТИЛ РОТО Н Н Ы Й КО Ы ПЛ ЕКС ЬЕАЙ В 1983 г. в ЦЕРНе вступил в строй антипротонный комплекс ЬЕАВ (Ьоьч Епегйу Апйрго1оп Жпй), который с самого начала давал чистый (без примеси других частиц) высокоинтенсивный моноэнергетичный антипротонный пучок, параметры которого были дополнительно улучшены в результате реконструкции 1988 г. и в настоящее время характеризуются следующими цифрами: интенсивность 3 10 а„р/с, импульс 0,0б — 2 ГэВ/с, разброс в импульсе Ьр/р = 10 .
Интересно отметить, что в отличие от других накопительных колец антипротоны в ЬЕАВ не ускоряются, а замедляются. Автипротонные пучки относительно невысоких энергий (но не с такими хорошими параметрами) были также получены в эти годы в Брукхейвенской национальной лаборатории (ВХЬ, США) и Национальной лаборатории физики высоких энергий (КЕК, Япония). В этих научных центрах были изучены особенности структуры амплитуды 1т)т'-взаимодействия при низких энергиях, эксклюзивные каналы аннигиляции (со спектроскопией мезонов), взаимодействие антипротонов с ядрами, проводятся работы по проверке СР-, Т- и СРТ-симметрии. $97.
Антиядра В 1965 г. в Брукхейвене (США) при помощи масс-спектрометра, примыкающего к бериллиевой мишени 30-миллиардного ускорителя, было зарегистрировано несколько случаев образования антиядер дейтерия — антидейтронов. Антидейтрон ь От английского слова со1!Ыс — сталкиваться. 125 з1Й состоит из одного антипротона и одного антинейтрона„ т. е. является простейшим составным антиядром а. Электрический заряд антидейтрона равен У= — 1, барионный В= — 2, масса совпадает с массой дейтрона.
Этим открытием впервые было экспериментально показано, что симметрия в свойствах нуклонов и антинуклонов распространяется и на составные системы из этих частиц— атомные ядра и антиядра **. Очень интересно проследить экспериментально, как выражается и сколь далеко простирается эта симметрия при сравнении различных свойств ядер и антиядер в области всех видов взаимодействия (сильных, электромагнитных, слабых). Каковы, например, магнитный и квадрупольный электрический моменты антидейтрона, стабилен ли он относительно 1з-распада, чему равны его энергия связи, длина рассеяния и эффективный радиус взаимодействия? Важность получения ответов на эти вопросы очевидна хотя бы из того, что возможность существования других антиядер определяется параметрами ()т' — Л1)-взаимодействия.
Однако пока ни на один из перечисленных вопросов экспериментального ответа нет. В сущности об антидейтроне мы знаем только то, что у него У= — 1, В= — 2 и Мй — — М„ и что он стабилен относительно быстрых процессов (сильного и электромагнитного). Но, например, стабильность антидейтрона относительно слабого процесса экспериментально не доказана, так как из эксперимента следует только то, что время жизни антидейтрона больше его времени пролета через детектор, которое очень мало. Таким образом, строго говоря, из одного только факта обнаружения антидейтрона нельзя еще делать заключение о том, что симметрия законов природы относительно частиц и античастиц будет в полной мере выполняться для всех атомных ядер, т. е. будут существовать антиядра для всех известных ядер с идентичными свойствами.
Тем большее значение имеет работа, выполненная в 1970 г. на Серпуховском ускорителе группой Ю. Д. Прокошкина. В этой работе было впервые доказано существование ядра з зйе (антигелия-З), состоящего из трех анти нуклонов — двух антипротонов и одного антинейтрона**а. * Строго говоря, антипротон тоже является антиядром (аитнатома водорода,й), но зто не составное, а простое антиялро. чч Следует заметить, что теоретически многие свойства антиядер можно счиз.ать очевидными. *"" Антипов Ю.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
