mukhin-fizika-elementarnykh-chastits (810757), страница 67
Текст из файла (страница 67)
Регистрация частиц, рожденных в (е'е )-аннигиляции, и определение их параметров производились при помощи- магнитного детектора «Марк-!», устройство которого схематически показано на рис. 471. Здесь ВК вЂ”.вакуумная камера„КС компенсирующий соленоид; ТК вЂ” торцевая крышка; ТС вЂ” трубчатый счетчик; ИК— цилиндрические проволочные искровые камеры; СС вЂ” сцинтилляционные счетчики, работающие одновременно в режиме времени пролета и как триггеры; 0 — обмотка, создающая магнитное поле, равное 0,4 Тл в объеме 20 мз; ЛС вЂ” ливневые счетчики полного погло1цения для идентификации электронов; МЗ вЂ” магнитный экран из железных плит толщиной 20 см; ПИК вЂ” плоские искровые камеры, отделяющие адроны от мюонов.
Детектор позволял идентифицировать частицы, движущиеся в радиальном направлении по отношению к взаимодействующим пучкам, и определять их импульсы. В результате эксперимента был обнаружен гигантский максимум в сечении рождения адронов при энергии (е" е )-пары 3,1 Гэй, кдторый авторы назвали ф-частицей (рис. 472). В связи с тем что обе работы были выполнены практически одновременно (и даже опубликованы в одном и том же номере журнала), в настоящее время принято называть частицу с массой 3,1 ГэВ У/ф-частицей. В работе Б, Рихтера было изучено несколько каналов распада /1ф-частицы, для каждого из которых измерена ширина: адроны, Г=70 кэВ, У(ф -+ !4 !! „Г=5 кэВ, (125.4) (-+ е+е, Г=5 кэВ.
' Ааааа!1а Л. Е., Вауасакц А. М., Все!4еаьасЬ М е.а.ВРЬуа. асс. Есп. 1974. Чо!. 33, !Ч 23. Р. !406 - !408. 336 Глиии ХХП. Книрки и глгинны, Киинтниил кргкиийингниики (Экспериментальные ширины на рис, 472 значительно больше истинных, так как они определяются разбросом энергий электронов и позитронов в пучках.) Если малые ширины электромагнитных каналов распада,У/ф-частипы являются вполне естественными, то ширина ее распада на адроны представляется чрезвычайно малой. Она примерно в 1Оэ раз меньше средней ширины других нестабильных частиц. Это означает, что У/Чг-частица имеет аномально большое время жизни около 10 эо с.
Вместе с тем в отдельных экспериментах было показано, что //Ф- Ф,яв грэ яээ 'Уй' гй э) частица является адроном фото рождение //чг-частицы имеет много общего с фоторождением р-мезона. Кроме того, в распаде э/Ф-частицы сохраняется 0-четность (см. ниже). Из этих двух обстоятельств можно было сделать вывод о том, что //Чг-частица не может состоять из обычных кварков (и, г/, э), а является композицией из новых очарованных кварка и антикварка 2/чг = сс (125.5) и имеет квантовые числа фотона (! ). В этом предположении большое время жизни У/чг-частиц можно объяснить тем, йто их распад на обычные адроны должен сопровождаться преобразованием с и с в обычные кварки и антикварки*.
2/ф-частица имеет отрицательную 6-четность и нулевой изоспин. Первое следует из того, что среди каналов распада на пионы преобладают распады на нечетное число п-мезонов, второе †равного соотношения нейтральных и заряженных каналов распада //Чг- рл, которые соответствуют столбцу Т=О, Те — — О третьей таблицы коэффициентов Клебша — Гордана в приложении 111 (а также, формально, из композиции //ф=се), Таким образом, полный набор квантовых чисел У/Чг-частицы таков: Рис. 473 Хи/ =О 1 (125.6) * Считается, что вероятность анни~илянии с- и г-кварков в глюонм мала.
У 725. Чегиыреккеаркаеая ыадеяь 337 Точное значение ее массы гнгяе — — (3096,9+0,1) МэВ, полная ши- 6 Б рина Г„„=(63+9) кэВ. у/Ф-частица оказалась не еди- 7рг нственной частицей нового типа. Уже в первых экспериментах Б. Рихтера наряду с //317-частицей была обнаружена еше одна частица, названная ф'-частицей, с аналогич- Б ными квантовыми числами и не- сколько большими массой и ши- риной: 2 лг4 — — 3,685 Г В, Г„=215 кэВ (рис. 473), Позднее были открыты и другие частицы, которые также интерпре- 2д тируются как частицы со скрытым очарованием (д,д,). Некоторые из 5КЛ7 а) 2,авд 2,ЕУО ее,ч „,гав них рождаются непосредственно в е е+-аннигиляции подобно .7/ф рва "73 и ф'-частицам, другие были получены как продукты распада этих частиц (рис.
474). Вновь открытые частицы имеют разные ширины (небольшие для частиц с массой т<3,7 ГэВ и порядка 25 — 80 МэВ для более тяжелых). Спектроскопия г17- и 7(-частиц очень похожа на схему уровней позитрония, т, е. связанного состояния электрона и позитрона (см. Ч ! 02). Это дает основание считать, что вновь открытые частицы можно интерпретировать как связан- ные состояния очарованных кварка 9с и антикварка 9с. Система Бг (4475),4гаг е (47кп), 2'д, — Ее 1 'ы ф(ггта), ггл, )4'15ааа) 2га 77'(ееа Х, (3530), геРг Х, (355О), 7'Р, Ха(К47К)г г~ра В (2аяр Риа.
474 338 Глава ХХ11. Кварки и ьооолы. Квантовая хроыодинамвла дсдс по аналогии с позитронием получила название чармоний. При этом, так же как и в случае позитрония, рассматриваются орто- и парачармоний, имеющие спин ! и 0 соответственно. Некоторые ф-частицы были идентифицированы как о- и 23- состояния, а у-частицы †к Р-состояния орточармония (см. рис. 474). Представителем парачармония, по-видимому, является открытая в 1980 г.
в Станфорде т)с-частица с массой (2980+ 2) МэВ и возможно т),' (3600)-частица, открытая в 1981 г. ' По аналогии с позитронием уровни чармония имеют Р- и С-четности, равные соответственно Р=( — 1)"+ ' и С=( — 1)~+к. Легко убедиться в том, что уровни, расположенные в соседних столбцах рис. 474, имеют противоположные значения С- четности, в связи с чем между ними должны быть (и они действительно обнаружены) интенсивные радиационные переходы.
Они характеризуются шириной Гел20 кэВ. Чг«Частица, масса которой превосходит порог образования пары легчайших мезонов с явным очарованием (см. и. 3), распадается на эти мезоны по схеме ф"- П+Й. Еще более тяжелые ф-частицы распадаются на ХЮ"-, Р*.б'- и Х>*Ю'-пары. Все эти распады характеризуются большой шириной Г 25 —:80 МэВ, Сходство между позитрониевой и чармониевой спектроскопией позволяет предположить, что потенциал~ взаимодействия д, и д, при малых расстояниях г между ними аналогичен кулоновскому, т.
е. передается законом 1', (г) = — я,/г, где 8,— безразмерная константа типа а=ез~йс. Это — упомянутая выше область центральной свободы, в которой нелинейность взаимодействия практически не сказывается. На больших расстояниях потенциал должен обеспечивать невылетание кварков из адронов, т. е. быстро расти с т, например по линейному закону УзЯ=7г. Это †облас периферического пленения.
Суммарный потенциал р'(т) = й', (г)+ й'з (т) = — Кк/г+7г, (125,7) как видно из рис. 475, напоминает воронку, в связи с чем его так и называют: потенциал типа воронки.ев На малых расстояниях, где )'(г) ав 1', (т), в связи с относительной малостью «кулоновской» константы (8,ъ0,2) с помощью потенциала типа воронки удается получить количест- е Возможность введения потенциала (нерелятнвистского описания взаимодействия между с-кваркамн) связана с большой массой с-кварка, т.
е. с малой кинетической энергией его в У!Ф-частице. ев Предполагается, что аналогичная картина пленения имеет место н для трех кварков бариона, например для нуклоиа. 339 !25 Четиуекккиркокил модель венные характеристики уровней чармония, которые удовлетворительно согласуются с параметрами ф- и у,-частиц. Любопытно отметить, что некоторые новые частицы были предсказаны в результате этих расчетов. Таким образом, можно считать, что спектроскопия чармония является убедительным аргументом в пользу существования четвертого кварка. За открытие новых тяжелых частиц и исследование их свойств С.
Тииту и Б. Рихтеру в 1976 г. Рас 47 была присуждена Нобелевская премия по физике. 3. ОЧАРОВАННЫЕ МЕЗОНЫ И БАРИОНЫ Если четвертый кварк действительно существует, то в соответствии с п. 1 кроме частиц со скрытым очарованием в природе должны существовать частицы с явным очарованием, т. е. мезоны типа сй, сеТ и сХ и барионы типа сие1, сил и т. п, Построим табл. 48 предсказываемых очарованных мезонов, взяв за основу табл, 46 трехкварковой модели. Из расположения новых мезонов по клеткам таблицы очевидно, что Ю-мезон имеет с=0, с=+1, о=0, т. е.
является очарованным нейтральным мезоном; Х>'-мезон — его положительно заряженный аналог (возможно, партнер по изотопическому дублету); В;-мезон — странный очарованный заряженный мезон 1г = +1, с = 1, 5= + 1). Те же буквы со звездочками обозначают возбужденные состояния соответствующих мезонов, а с тильдами или со знаком минус — их античастицы. Угловую клетку таблицы занимает семейство ф-частиц.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
