mukhin-fizika-elementarnykh-chastits (810757), страница 70
Текст из файла (страница 70)
На долю валентных кварков (т. е. трех основных кварков, составляющих нуклон) и кваркового «моря» нз ф-пар удается отнести только половину импульса нуклона (в соотношении 4: 1). Относительно же второй половины было естественно предположить, что ее уносят глюоны (вспомните историю предсказания нейтрино). У 1лк Экспериментальное подтвермсаенне сунеествовинип г.аоонов 349 Рь Г48/с 4,0 1,0 -40 0,0 1,0 0 -1,0 00 Е, ГЗВ -4,0 0 0,0 р,рэВ!с Рис. 480 Рис, 48! Более прямые экспериментальные указания на существование глюонов были получены в результате изучения свойств адронных струй.
Вначале были обнаружены двухструйные события (см. рис. 467), для которых удается выделить направление струй и измерить р и ри На рис. 480 показан энергетический ход рз и ри. Из рисунка видное.что рп линейно растет с энергией, а рь практически остается неизменным. Таким образом, средний угол раствора струи уменьшается с ростом энергии.
При больших энергиях (Е=й.х!б ГЭВ) наблюдались события, которые можно интерпретировать как рождение глюона в процессе е+ е — 9ф. Для этих событий характерна разнотолщинность струй. Среднее значение рв у толстой струи больше, чем у тонкой, причем (рс)„„„ линейно растет с энергией, тогда как 1рс)„„„остается постоянным.
Таким образом, толстая струя все больше разбухает с энергией. Одновременно события становятся все более плоскими. Плоскость выделяется направлением вылета глюона. В отдельных 1редких) случаях наблюдаются явно выраженные трехструйные события. На рис. 481 изображена в трех проекциях схема одного такого события, зарегистрированного группой РШТО на установке РЕТКА в 1979 г.
Здесь заряженные и нейтральные частицы изображены сплошными и штриховыми линиями соответственно. Жирные линии на осях указывают направления суммарных струй. Из рисунка очевидны как плоскостность, так и трехструйность события. Обнаружение трехструйных событий подтверждает вывод квантовой хромодинамики о существовании глюонов. Для 350 )лава ХХКс Коарки и оаюоиы. Кяаотооа.ч хромолака.ника квантовых чисел глюона квантовая хромодинамика предсказывае г значения )ос=! и гп=О.
Таким образом, ф- и Т-мезоны и гипотетическая (г-частица, имеющие квантовые числа (, должны распадаться на три, а у-частицы с квантовыми числами 2' и О++ — на два глюона (рис. 482). Наблюдение в будущем таких процессов, а также высокостатистичные результаты по трехструйным событиям позволят проанализировать в деталях свойства глюонных струй и, следовательно, окончательно подтвердить справедливость заключения об откры гии глюона. $ 128.
Краткое эаключеиие к гл. ХХП В гл, ХХ11 описана кварковвя модель алронов и дано злементарное прелставление о кванювой хромолинамике. Согласно современной кварковой модели в природе существует шесть сортов (ароматов) кварков, т. е. субзлементарпых часгин и. г), з, г, И и г, комбинируя которые в разных сочетаниях, можно построить .чюбой адрон. Все кварки имеют спин в=!~2, дробный бврионный зарял В=1~3 и дробные злектрические шрялы. кратные е/3.
Кроме того, во г, Ь- и г-кварки имеют сшс по олному лонолнигельному заряду. которые называются соответственно странность, очарование, прелесть или красота и правдивость ь, а и. и аскварки имеют отличный от нуля нзоспин Т= 1!2 (Ть'=+1/2, Т,'~'= — 1(2), Квантовыс числа кварков приведены в табл. 49. Они связаны межлу собой соотношением В -В+ +Бог с=гх —, ' ' =тг+ —,.
2 гле уЧ- В+ В+ г т о 1 г гиперзаряд. В настоящес время зкспсримснтально подтвсржлсно существование первых пяти кварков. Свойства шестого г-кварка предсказаны зеоретнчсски. Первые указания на его существование были получены в зкспсриментах по исследованию свойств недавно открытых векторных проме куточных базанов (см. 5 130. и. 4).
Прсдстаяление о значении массы г-кварка можно сосгавить из энергетического хода кривой лля отношения сечений рождения адронов и мюонных пар в пропсссс с г'-аннигиляпии (см. рис. 478). ч два послелних кварка ((> и г) назывхпот также Ьоцош (нижний) и (ор (верхний).
з" !28. Кроткое зок.«ючение к -л. ХХП 35! Таблица 49 Каждый сорт кварка имеет три разновидности. отличающиеся «цветом»вЂ” «красныйэ, «синий», «желтый» (названия условные). Согласно модели кварков барион есть комбинация из трех кварков любо~о (в том числе олного и того яге) сорта (аромата), но обязательно разных «цветовэ (для соблюдения принципа Паули). Поскольку это «основные цвета», любой барион оказывается «белым», «бесцветным». Мезон строится из любых кварка и антикварка, но обязательно имеющих <щополни гольные цвета» («красный», «анз икрасный» и т. п.), т. е.
тоже оказывается «белым». Перечислим основные экспериментальные факты, подтверждающие правильность кварковой модели. 1. В опытах по исследованию глубокого неупругого рассеяния обнаружено рассеяние на болыпие углы, свидетельствующие о партон-кварковом строении нуклона. 2. Модель позволяет построить все известные унитарные мультиплеты. 3. Модель объясняет экспериментальное значение отношения сечений оккЧ-пкк — — =3. сг„к 4. Модель позволяет получить отношение магнитных моментов нуклонов. 5. Модель объясняет спектроскопию чармония и свойства очарованных частиц.
6. Молель объясняет существование и свойства Т-мезонов. У. Модель объясняет некоторые особенности слабого взаимодействия. Можно также привести несколько экспериментов, подтверждающих правильность конкретных квантовых чисел кварков. Так, дробный электрический зарлд подтверзкдается сравнением экспериментального огношеииа сечений о(е~; ядро) рассеяния †-- — с расчетным значением, которое получается правильным о(утялро) в предположении, что ям=+2!3, а ге= — 1!3, наличие трех цветов подгверж- а(е е адроны) дается сравнением с расчетом экспериментального отношения Я= а(е'е мюоны) спин -угловым распределением адронных струй, возникающих при (е'е )- аннигиляции.
352 Глаеа ХХ!П. Дополнительные вопросы физики слабых езанмодебегпеий Все перечисленные факты согласуются с расчетом по кварковой модели в предполозкении слабой связи кварков на малых рзсстояниях, которая определяется константой я,мО,!6. Вместе с тем многочисленные опьпы по поискам кварков в природе и попытки их искусственного образования на ускорителях с самыми высокимн энергиями частиц не увенчались успехом. Получить кварки в свободном виде (выбив их ю адронной мишени) не удается. Таким образом, статус кварковой модели можно охарактеризовать следующим образом.
адроны состоят из кварков, которые в них слабо связаны, ио извлечь их оттуда не удается. Эта странная особенность в свойствах кларков объясняется в квантовой хромодинамике, Согласно квантовой хромодннамике введенный выше «цветь выполняет двойную функцию. Во-первых, он различает трн разновидности кварков с данным ароматом, а во-вторых, играет роль заряда, аналогичного электрическому заряду в квантовой электродинамике.
Подобно тому как заряженная частила испускает кванты электромагнитного взанмодействия — фотоны, заряженный «цветом» кварк испускает кванты истинно сильного взаимодействия — глюоны. Глюоны имеют такие же, ках фотон, квантовые числа: я=О, г=О, ты=!, но в отличие от него они заряжены, т. е. обладают «цветомь. Всего должно существовать восемь «цветных» глюонов, которые обеспечявают передачу взаимодействия мехслу всеми кварками и антнкваркамн, Наличие у глюона цветового заряда позволяет ему в свою очередь испускать новые глюоны, вследствие чего эффективный заряд кварка растет с ростом расстояния г от него (антизкранировка). Вместе с зарядом растет и интенсивность взаимодействия кварка с другими кварками, вследствие чего кварк не может вылететь нз адрона.
Поэтому в природе наблюдаются только «белые» бесцветные образования ю кварков — адроны. Рост цветового зар1ша с расстоянием, т. е. уменьшение его нри г-«О, объясняет многочисленные доспккення модели, полученные в предположении слабой связи между кваркамк в адронах. Существование глюонов подтверждено экспериментально наблюдением трехструйных событий в (е'е )-соударениях прн Е,+, — >30 ГзВ. Глава ХХ1П ДОПОЛНИТЕЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ ФИЗИКИ . СЛАБЫХ ВЗАИМОДЕЙСТВИЙ Элементарное понятие о теории слабых взаимодействий применительно к описанию (1-распада ядер было дано в О 18, где было показано, что ))-распад атомных ядер достаточно 'хорошо описывается ()л-А)-вариантом теории.
В $ 103 — 107, !1О, 114 — 116, 118, 125 были рассмотрены другие процессы в' ПВ. Универсальная теория слабых взаимодействий 353 слабого взаимодействия — распады лептонов, пионов, странных и очарованных частиц. Оказалось, что несмотря на большое разнообразие этих процессов все они могут быть описаны в рамках (К вЂ” А)-схемы универсального слабого взаимодействия.
В й 129 настоящей главы рассказано об этой теории, ее трудностях и способе их преодоления, а также об открытии слабых нейтральных токов в. В й 130 дано элементарное представление о современной единой теории электрослабых взаимодействий. З 129. Универсальная теория слабых взаимодействий 1.
ГИПОТЕЗА ОБ УНИВЕРСАЛЬНОМ СЛАБОМ ВЗАИМОДЕЙСТВИИ. И'-БОЗОН Уже довольно давно установили, что имеется существенное сходство между тремя разными процессами слабого взаимодействия: л-ьр+е +ч;, р +р- и+ни; )ь"- е++т,+йи, (129.1) в одном из которых участвует только электронное нейтрино, в другом — только мюонное, а в третьем — то и другое. В каждом из этих процессов взаимодействуют по четыре фермиона, два из которых заряжены, а два нейтральны. Константы всех процессов практически одинаковы: 8В 8и 8и-' (129.2) Это сходство побудило нескольких физиков (Ферми, Ли, Пуппи и др.) практически одновременно (1948 — 1949 гг.) высказать гипотезу о существовании универсального слабого взаимодействия.
Схематически эту гипотезу можно изобразить в виде треугольника Пуппи (рнс. 483), в одной из вершин которого размещены нуклоны и антинуклоны, в другой †электро и электронные нейтрино, а в третьей — мюоны и мюонные нейтрино. Легко видеть, что любой процесс из числа перечисленных в (129.1), а также многие другие можно записать на одной из сторон треугольника, если использовать по две частицы из каждой вершины, прилежащей к этой стороне.
1я-Мезоны формируются из нуклона и антинуклона по схеме (112.30).1 ' О некоторых тонких современных вопросах (Н вЂ” А)-зверин, связанных с проблемой супзествования у нейтрино массы, отличной от нуля, рассказано в 1 10Х. 354 Глава ХОП. Дополсттелысые вопросы физиви слаоыл взиииодействиа Рис. 484 Рис. 483 зднее, когда были открыты странные частицы, выяснил что их распады, идущие с изменением странности на +1, писываются слабым взаимодействием примерно с той же нтой яз в.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
