Квантовая физика. Водный курс - Гольдин Л.Л.
Скачать (прямая ссылка):
Мс2 = \/2Eimc2.
Энергия соударения Е2 в этом случае равна следовательно:
Е2 = Мс2 = \/2Eimc2.
Сравним энергии, выделяющиеся в первом и во втором случае:
Ег/Е2 = 2El/yj2Eimc2 = 2 • 102 • 103/(2 • 102 • 103 • 0,51)1/2 " 600.
Так что искомое отношение равно не 4, а 600! Очевидно, что переход к
методу встречных пучков оказывается не просто полезным, а совершенно
необходимым.
§ 83. Старшие поколения фундаментальных частиц
Перейдем ко второму поколению фундаментальных частиц. К нему, как и к
первому поколению, относятся четыре частицы: два кварка и два лептона.
Верхний из кварков носит название "очарованного", а нижний - "странного".
Так же, как у кварков первого поколения, электрический заряд верхнего
кварка равен +2/3, а нижнего кварка -1/3. Очарованный кварк называют с-
кварком (от англ. charm - очарование), а странный - 5-кварком (от англ.
strange - странный). К числу лептонов второго поколения относятся также
два лептона - мюон ji и мюонное нейтрино Vp. Как и у фундаментальных
частиц первого поколения, у всех частиц второго поколения есть
античастицы.
Из частиц второго поколения мы пока встречались только с мюоном. Что
касается нейтрино второго поколения, то до последнего времени (1962 г.)
только теоретические соображения заставляли думать, что мюонные нейтрино
отличаются от электронных. Сейчас экспериментально подтверждено, что это
действительно так. Как и во всех опытах с нейтрино, их инертность
затрудняет эксперименты.
Из адронов, содержащих кварки второго поколения, первыми были открыты if-
мезоны. Как и все мезоны, они содержат один кварк и один антикварк. При
этом один из кварков является странным, а второй -
§83. Старшие поколения фундаментальных частиц
437
кварком первого поколения. Как нетрудно понять, таких мезонов четыре:
К+ = (us),
К0 = (ds),
~ (16.19)
К0 = (ds),
К~ = (us).
Масса if-мезонов составляет около 500 МэВ. При распаде if-мезонов
входящие в их состав 5 (или ?)-кварки превращаются в и- или d-кварки
(или, соответственно, в антикварки). Такие распады могут происходить с
генерацией или без генерации лептонов. Приведем в качестве примера
безлептонный распад if+-Me30Ha:
if'+ -> 7Г+ + 7Г° (16.20)
(us) -> (du) + (ии)
При распаде if+-Me30Ha 5-кварк переходит в d-кварк и рождается пара ии-
кварков. Этот распад происходит сравнительно медленно: он требует целых
10-8 с. Дело в том, что всякое изменение аромата кварков т. е. всякое
превращение одного кварка в другой происходит только под действием сил
слабого взаимодействия, а значит происходит медленно (распад нейтрального
if°-Me30Ha происходит за Ю-10 с). Легче других происходит переход между
кварками одного поколения.
Полный набор реакций, приводящих к распаду if+-Me30Ha, очень велик.
Основной способ его распада - это распад на мюон и мюонное нейтрино:
К+ -> /1+ + IV (16.21)
Кроме того, он может распадаться на 37г-мезона, на 7г°-мезон, мюон и
нейтрино и т.д. Перечислять все способы его распада мы не будем.
В отличие от 7г°-мезона if°-Me30H не является истинно нейтральной
частицей, т.к. if+-мезон имеет другой состав, чем if°-Me30H.
На опыте наблюдаются, однако, не эти частицы, а их линейные комбинации
Кд- И if^-МеЗОНЫ. Один ИЗ НИХ, if°, т. е. if°-"KOpOTKHft" (от англ. short
- короткий) распадается намного быстрее, чем другой, if°, т. е. if0 -
"длинный" ( от англ. long - длинный). Время жизни ifg-мезона составляет
0,9 • 10-1Ос, а время жизни if?-Me30Ha равно 5,2 • 10-8с.
438
Глава 16
Существуют и странные барионы. Они могут содержать один, два или три
странных кварка. Укажем, например, на А°-частицу, содержащую и, d, и 5-
кварки. Ее масса равна 1116 МеВ, а время жизни 2,6-10_1° с. Основных мод
распада у А°-частицы две: на р и 7г--мезон и на п и 7г°-мезон. Существуют
и многие другие способы распада.
К легким странным барионам относятся и три Е-бариона: Е+ (гшз), Yi°(uds)
и Y*~(dds) с массой около 1190 МэВ. Как следует из сказанного, Л°- и Е° -
частицы имеют одинаковый кварковый состав. Тем не менее это разные
частицы.
Вернемся к вопросу о массах кварков. Как уже упоминалось выше, этот
вопрос не имеет простого ответа, поскольку кварки нельзя получить в
свободном виде и "взвесить" в тех или иных экспериментах. В адронах
кварки окружены силовыми полями, масса которых составляет основную массу
адронов. Приведем общепринятые значения масс кварков второго поколения.
m(s) " 150 МэВ, т(с) " 1400 МэВ.
Резкое возрастание массы при переходе к кваркам второго поколения делает
понятным, почему в состав нуклонов входят только и-и d-кварки, а адроны,
содержащие 5-кварк ("странные барионы") и тем более с-кварк, оказываются
очень тяжелыми и поэтому неустойчивыми.
Мы не будем далее обсуждать странные барионы, число которых довольно
велико. Укажем только, что среди прочих существует ^"-барион, состоящий
из трех 5-кварков.
Рассмотрим таблицу мезонов, состоящих из одного с и одного с-кварка (рис.
173). Все эти мезоны носят общее название: "чармо-ний". Рисунок содержит
