Всего лишь кинематика - Копылов Г.И.
Скачать (прямая ссылка):
и его энергия была равна его массе) и совпадает ли векторная сумма
импульсов /С+ -мезона и ?3_-гиперона с импульсом К~-мезона (протон
покоился, и его импульс был равен нулю). Оказалось, что никакого
совпадения нет. Значит, резонно решили 33 физика: там были, кроме /С+-
мезона и ?2--гнперона, еще какие-то невидимые частицы; они и унесли с
собой "разбаланс" (такой жаргонный термин бытует среди физиков).
Нетрудно было определить унесенные этими невидимками энергию и импульс.
Но нетрудно было сделать и дальнейший шаг: посмотреть, чему равна
разность квадратов унесенных энергии и импульса. Эта разность
инвариантна: она дает квадрат массы покоя той частицы, которая унесла
энергию и импульс с собой (а если таких частиц было бы несколько, то
получилась бы масса той фиктивной частицы, которая распадается на эти
невидимки).
Недостающая масса
Расчет дал для массы покоя невидимой частицы величину 0,5 ГэВ. Это мог
быть только /С°-мезон, чья масса 0,498 ГэВ. Если бы энергию и импульс
унесли две частицы, скажем KQ и л°, то масса фиктивной частицы была бы не
меньше суммы масс Кн л мезонов, т. е. не меньше 0,63 ГэВ, но расчет дал
только 0,5 ГэВ, Поэтому можно записать:
K~+p-^Q' + K++K\
тем более, что Гелл-Манн заранее объявил, что ?2"-гипе-рон вообще не
может рождаться иначе, как вместе с двумя /С-мезонами.
Масса частицы (фиктивной или настоящей), унесшей с собой энергию и
импульс, называется недостающей массой. Если всю начальную энергию
обозначить Е (в нашем случае это была сумма энергий /б--мезона и
протона), а начальный импульс Р (у нас это был импульс /б--мезона) и если
энергии и импульсы вяди-
70
м ы х в конце частиц обозначить Еи Р,, Et, Р*, то недостающую массу Мх
можно вычислить по формуле
Мх -У (Е-Ё,-Ё3~.. . .)it (3)
Вычесть из вектора Р векторы Pi, Ps и т. д.- это все равно, что прибавить
к вектору Р векторы Р*. Pit в которых острие и оперенье поменялись
местами.
Когда недостающая масса равна массе какой-нибудь частицы, это значит, что
энергию и импульс унесла эта частица; когда нет частицы с такой массой,
значит, похищение энергии и импульса совершено несколькими частицами,-
таковы принципы работы Шерлоков Холмсов от физики.
Таким способом и удается почти во всех случаях узнавать о рождении
(одиночных!) нейтронов или л "-мезонов. Надо только поточнее измерять
импульсы всех видимых частиц.
Выделение реакций
В последнее время стали сооружать такие большие камеры, что импульсы
определяются с хорошей точностью. Эго сразу позволяло узнавгть, какая
реакция замечена на том или ином снимке. Дело в том, что принцип "все,
что не запрещено,- разрешено" усиленно работает при высоких энергиях.
Если сталкивается протон с антипротоном, то разрешено рождение довольно
большого числа л-мезонов, лишь бы их суммарный заряд был равен нулю
(заряд протона +, антипротона -). И природа этим пользуется. Число
рожденных л-мезонов сильно меняется от столкновения к столкновению.
Вперемешку идут самые различные реакции,
например:
(4)
р+р -я++л~+л"; (5)
р + р -* я+ + я- + л° -f- я*; (6)
Р + Р я0 + я° + + я°; (7)
Р + Р ->л+4-п++я_ +я-; (8)
р + р -> л+ +я+ +я~+ я- 4-я0; (9)
р+р -> я+ 4- л+ 4-я+ 4-я- -f л- 4-я-, (10)
71
Внешне реакции (4), (5) и (6) друг от друга не отличаются, во всех трех
удается увидеть только пару Я+Я-. Точно так же не отличаются по виду
реакции (8) и (9) и т. д, И вот тут-то очень кстати приходится понятие
недостающей массы. Измерения следов заряженных частиц дают импульсы и
энергии я+- и я--мезонов. Импульс антипротона известен заранее (все
рожденные на ускорителе антипротоны, прежде чем попасть в камеру,
проходят через особый канал, отбирающий только частицы с определенным
импульсом). Все эти данные передаются на счетную машину, и она вычисляет
по формуле (3) недостающую массу. Получаются либо числа, близкие к нулю,
либо числа, близкие к 0,135, либо числа, большие 0,27.
Когда недостающая масса равна нулю, точнее, когда равны нулю и
недостающая энергия и недостающий импульс, значит, никаких частиц, кроме
видимых, здесь не было; стало быть, наблюдались реакции: (4) - если
следов два, (8) - если следов четыре, (10) - если следов шесть. Если
недостающая масса равна нулю, а недостающая энергия и импульс отличны от
нуля, значит, родился фотон.
Когда недостающая масса равна 0,135 ГэВ, значит, родился в дополнение к
видимым один я°-мезон (реакции (5), (9) и т. д.). Недостающий импульс Р -
Р! - Ра - ... - его импульс. Недостающая энергия Е - Ei - Ei j-. . . -
его энергия. Значит, невидимый я°-мезон мы видим с помощью кинематики
ничуть не хуже, чем я+- и я--мезоны.
Когда недостающая масса больше 0,27 ГэВ, то родились или два я^-мезона,
или более тяжелые нейтральные частицы. Здесь уже кинематика, как правило,
отказывает, возможностей дальнейшего прямого анализа уже нет.
Во всяком случае, законы сохранения позволяют отделять случаи, когда
рождаются только заряженные частицы, от случаев, когда рождается сверх
