mukhin-fizika-elementarnykh-chastits (810757), страница 73
Текст из файла (страница 73)
При этом теория остается перенормирсуемой. В теоппии возникают три калибровочных бозона И', И' и И', из которых два (Иг+ и Ис ) описывают слабые заряженные токи. Третий бозон (И") самостоятельной роли не играет. Его рассматривают совместно с четвертым калибровочным бозоном Во, который появляется после наложения на теорию требования локальной фазовой инвариантности (характерной для электромагнитной теории). Из двух нейтральных калибровочных бозонов И'о и Во можно составить две комбинации, одна из которых представляет собой фотон Т = В' со80„+ И' в(п 0„,, (130.1) а вторая — нейтральный бозон, ответственный за слабые нейтральные токи, ~о = И о сов Взг-Во х(п бж.
(130.2) Здесь Взе — угол Вайнберга, который определяется из сопоставления теории с экспериментом. Таким образом, Вайнбергу и Сала му удалось создать единую перенормируемую теорию слабых и электромагнитных взаимодействий с .четырьмя бозонами у, Уо, И" и И', ответственными соответственно за электромагнитное взаимодействие, слабые нейтральные токи и слабые заряженные токи*. Теория Вайнберга — Салама предсказала существование четвертого с-кварка и нейтральных токов и предсказывает массы И'*- и со-бозонов: (130.3) е За создание единой теории слабых и электромагнитных взаимодействий С.
Вайнберг, Ш. Глэшоу и А. Салам были улостоены в 1979 г. Нобелевской премии по физике. О содержании теории смс Вайнберг С.//Успехи физ. наук. 1980. Т. 132. Вып. 2. С. 201 — 217. Джорджи ХнВ Успехи физ. наук. 1982. Т. 136, Вып. 2. С. 287 — 316, з" 130. Понятие сединой теории слабых и электромагнитных взаимодействий 365 тя тг" = соа Вя (130.4) 4. ОТКРЫТИЕ Иг*- И до-БОЗОНОВ В 1981 г. в ЦЕРНе под руководством Ван дер Меера был запущен первый ускоритель следующего поколения на энергию 2 х 270 ГэВ, названный Ярри-коллайдеромв. Этот ускоритель работает по принципу встречных протон-антипротонных пучков, когда вся энергия может быть использована для образования новых частиц.
Поэтому, казалось бы, на нем можно было рождать пары частица — античастица с массами по 270 ГэВ каждая. Однако учет особенностей кварк-глюонных взаимодействий резко снижает это значение (см. ниже), но тем не менее позволяет рассчитывать на оптимальные сечения рождения Иге- и Уо-бозонов. Для обнаружения И'з- и Уо-бозонов были построены два специальных детектора 13А-! и 1)А-2 (от слов (Зп()егйгоппг) Агеа — подземная зона), на которых в 1982 — 1983 гг. были ' арра-коллайдер был переоборудован из запущенного в 1976 г. ЯРВ (внРеснигогоп з)псьгосгоп) — ускорителя протонов на энергию 400 ГэВ.
В настоицее время энергия арра-коллайдера увеличена до 2н 310 ГзВ, а энергия проз. онов в ЯРЗ-. до 450 ГэВ (лодробнее см. 1 87, и. 2). где гкенез/(Вс); 6=10 з/трз. В 70-е годы был открыт с-кварк (см. 8 125) и было обнаружено много различных эффектов, обусловленных нейтральными слабыми токами: и р-, чве- и уве-рассеяние, несохранение четности в атомных переходах, ер-рассеянии и др. (см. 8 129). Анализ этих экспериментов приводит к близким значениям угла Вайнберга яп' 0~ = 0,23+ 0,02, (130.5) откуда для масс бозонов получаются значения тгг =(78+3) ГэВ, тг.=(89+3) ГэВ.
(130.б) Частицы со столь большими массами не могли быть открыты ни на одном ускорителе из числа действующих в 70-е годы. Вместе с тем физики были настолько твердо уверены в существовании этих частиц, что в конце 70-х годов было принято решение о строительстве новых ускорителей, в программе ббудущей работы которых первым пунктом стоял поиск И'*- и У -бозонов. В связи с этим их обнаружение с 1982 — 1983 гг. часто называют запланированным открытием. 366 Глана ХХ111.
Дополпителнпые попроси фиоипи слибыл нооитодейстний р+р-.ю'*+Х и р+р-.2'+Х (130.7) (где Х вЂ” что угодно) с последующими распадами образовав- шихся промежуточных бозонов по схемам В1е-не++ (й ) Уог е'+е, "-' й +р (130.8) В кварковой модели образование И'*- н Уо-бозонов происходит в результате соударения соответствующих кварков и антикварков, входящих в состав протонов (р=иий1) и антипротонов (р сн ййи): и+с)- И' ', и+ й- Х и, й+ 1- й'-, 7+ 7-.~'.
(130.9) Рис. 492 открыты эти частицы. Об устройстве одного из детекторов мы расскажем подробнее. Основными частями детектора ~ЗА-1 являются магнит с объемом поля 86 м' и напряженностью 0,7 Тл, дрейфовая камера размерами 5,8х 2,3 мз, окруженная электромагнитным калориметром толщиной в 27 радиационных длин (сцинтилляторы, прослоенные свинцом) и адронным калозпиметром (железо). Общие размеры детектора — 1О х 5 х 1О м, общая масса — 2000 т, стоимость — 65 млц.
долларов, Детекз ор обслуживался 24 ЭВМ. В работе с детектором участвовало 135 физиков из 11 институтов Австрии, Англии, Италии, США, Финляндии, ФРГ и Франции во главе с итальянским физиком К. Руббиа. Рождение Вс -'- и Уо-бозонов искали в инклюзивных процессах 3! 30. Понлтие о единой теории слабых и электромагнитных еэаимодействий 367 В качестве примера на рис. 492 изображены две возможные схемы образования и распада И"- и Уо-бозонов: р+р- И'ь+я'+2я +яо, Ие'-+е++ч„ (130.10) р.1-р +~о 1 я++к-+21го Яо~е++е— Несмотря на то что детектор БА-1 был специально построен для обнаружения промежуточных бозонов, опыт оказался чрезвычайно сложным. Достаточно сказать, что сечение процесса р+р- Иее+Х, И'е-+е" +чЯ (130.11) равно 0,5.10 "см', что примерно в 10в меньше полного сечения взаимодействия протонов с антипротонами, Таким образом, в опь|те можно было бы рассчитывать на получение одного И'-бозона на 10в соударений, Действительно, в первом сеансе облучения, выполненном в ноябре — декабре 1982 г., было извлечено шесть событий типа И' еч, из 10о зарегистрированных рр=соударенийе.
Основная идея выделения И'-бозонов из огромного множества других событий заключалась в отборе электронов от распада И'-бозона, летящих перпендикулярно первичным пучкам с энергией Т,хгли~2. В этом направлении фон должен быть относительно мал, так как легкие адроны, возникающие из пролетающих кварков, входящих в состав протонов и антипротонов, образуют струи, которые летят в направлении первичных пучков.
Иначе обстоит дело с кварком и антикварком, при соударении которых возникает И'-бозон. Значительная часть энергии этих кварков преобразуется в массу покоя И'-бозона, вследствие чего он не должен иметь большой энергии и продольного импульса. При этом максимум сечения образования И'-бозона в процессе и+й- И" должен соответствовать условию Т + Тд~гпге (130.12) (брейт-вигнеровский резонанс), при выполнении которого Ие+- бозон образуется с малым продольным импульсом (а в особо благоприятных случаях — в состоянии покоя), а электрон распада имеет энергию Т, гэги/2 и может лететь перпендикулярно первичным пучкам. Легко видеть, что энергия протонов и антипротонов, равная 2х 270 ГэВ, оптимальна для образования И'*- и Уо-бозонов в процессах ' Апйвои С.„Аввьигу А., АиЬегг В.
е.и.ПРЬув. гегг. Зег. В. 1983. Чо!. 122. Х 1. Р. 103--116 368Глава ХХ111. Донолншгылвныс вопросы физики слайых вэаииодвйсныий Ч+Ч- И/в и Ч+Ч уе Действительно, из квантовой хромодинамики известно, что половина энергии протона (антипротона) сосредоточена в глюонах, так что на долю трех кварков (антикварков), из которых состоит протон (антипротон), приходится 135 ГэВ, т. е. по 45 ГэВ на каждый кварк (антикварк), что и соответствует условию (130.12). В первом эксперименте было записано около 1Ов событий, из которых 1,4 1О' содержали электрон.
Электрон идентифицировался по характерному профилю электромагнитного ливня. Дальнезппая обработка включала отбор событий с большой поперечной энергией Е, ~ 15 ГэВ (28 000), с хорошим одиночным треком заряженной частицы и поперечным импульсом рл > 7 ГэВ/с (2125), отбор по критерию для электрона (39), наконец, индивидуальное рассмотрение (6). Замечательно, что к этим же событиям привел и другой метод отбора (из числа 2125 кандидатов) — по недостающей энергии, уносимой нерегистрируемыми частицами в перпендикулярном направлении. Этими частицами могут быть только нейтрино, так как все остальные нейтральные частицы детектором регистрируются. Это заключение подтверждается приблизительным совпадением импульсов электрона и нейтрино для соответствующих случаев: р,ж — р„.
Таким образом, все отобранные события можно отнести к распаду Ю' а+9,. Из их анализа следует, что гзггк=(81~5) ГэВ. В группе физиков, работавших с детектором ()А-2, было найдено еще четыре аналогичных события*, т. е. всего в первом сеансе облучения — десять событий типа В' а+9,. Второе облучение было проведено в апреле — июне 1983 г. Оно дало еще несколько десятков рождений и распадов В'*-бозонов, по которым было уточнено значение их массы: тй ° =(81~2) ГзВ. (130,13) Кроме того, во втором сеансе группе (1А-1 удалось обнаружить пять Хо-бозонов, сечение рождения которых в 10 раз меньше, чем 16'*-бозонов ее. Уо-бозоны идентифицировались по схемам распада „+а++а (! 30.14) (гН +Н 4 Веиггег М., ВеЫвьги Ва В!осЬ РЬ.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
