Всего лишь кинематика - Копылов Г.И.
Скачать (прямая ссылка):
этого одна нейтральная частица. Это не так уж мало, и, как только
точность измерения недостающей массы стала достаточно высокой, в физике
элементарных частиц наметилась новая полоса открытий. Были обнаружены
совершенно неслыханные виды частиц, которые, с одной стороны, и за
частицы нельзя было признать, но которые тем не менее обладали многими
признаками частиц. Список
72
элементарных частиц стал расти с угрожающей быстротой. Теоретическая
физика вначале было растерялась перед этим потоком новых частиц, но потом
противопоставила потоку открываемых частиц еще более мощный поток
предсказываемых. Сейчас этот процесс в самом разгаре. Многие верят, что
эти две встречные волны подымут физику на новый уровень.
Глава 8
КАК ОТКРЫВАЮТ РЕЗОНАНСЫ
В 1961 г. четверо физиков (трое американцев и серб) проводили в Беркли
(городок невдалеке от Сан-Франциско) опыты по аннигиляции антипротонов.
Аннигиляция, или уничтожение, "превращение в ничто",- как раз то явление,
о котором мы говорили в конце предыдущей главы. Когда две тяжелые
частицы, столкнувшись, пропадают, а вместо них появляются несколько
легоньких частичек, это и называется аннигиляцией: взамен солидных
нуклонов, признанных кирпичей материи, возникают неустойчивые частицы,
непригодные для создания ядер.
На пути пучка антипротонов, мчавшихся из ускорителя, поставили большую
водородную пузырьковую камеру; наладили автоматику и фотоаппараты, и она
принялась щелкать фотокарточки превращений. Шли реакции типа (4) - (10)
(см. гл. 7), антипротоны пучка вместе с протонами водорода превращались в
группы л-мезонов. Импульс антипротонов был 1,61 ГэВ, масса /п0 системы
протон - антипротон 2,29 ГэВ (проверьте по формуле (14) из гл. 5), так
что могло появляться до пятнадцати я-мезонов. Исследователи решили
отобрать лишь те фотоснимки, на которых видно только четыре луча. Из этих
2500 "четырехлучевых звезд" (рис, 17) дальше отобрали 800 таких, о
которых с уверенностью можно сказать, что, кроме четырех видимых частиц,
на них спряталась одна невидимая - л°-мезон. Для этого подсчитывали по
формуле (3) из гл. 7 недостающую массу и получали 0,135 ГэВ - число,
характерное для л°-мезона. Исследовали, таким образом, процесс
р^р_+я++л"+л°-{-л~+л + . (I)
73
Почему их заинтересовала именно такая реакция? Дело в том, что еще за
несколько лет до этого, изучая внутреннюю структуру протона и нейтрона,
многие
Рис- 17- Аннигиляция.
физики-теоретики поняли, что должна существовать до сих пор неизвестная
тяжелая незаряженная частица, способная распадаться на три я-мезона.
Лучшим спосо-
74
бом получить сразу много п-мезонов была аннигиляция, вот почему
обратились к поискам этой частицы в реакции (1).
Ожидалось, что масса частицы будет около 0,67 ГэВ, а просуществует она
около 10_м с. За это время она бы сдвинулась с места своего рождения не
больше чем на 10-** см, и не было никакой надежды отличить точку рождения
(аннигиляции) и точку распада. Практически все четыре луча на снимках
выходили из одной точки.
Поиски жемчужного зерна
Какие же были надежды заметить эту частвцу? Допустим, что иногда она
действительно рождалась и тут же распадалась на я+-, я--, я°-мезоны, т.
е. аннигиляция шла так:
р + р->(!)* + Я++Л"
!-*л+ + я- + я°. (2)
Если бы знать, какие из я+- и я--мезонов получились от распада искомой
частицы (ее условно обозначили ю° - омега-нуль), то задачу решить было бы
легко с помощью кинематики. Надо сложить энергии я+- и п~-мезонов,
добавить к ним вычисленную энергию невидимки я°-мезона и узнать энергию
(о°-частицы. Поступив точно так же и с импульсами, можно подсчитать и
импульс to0. Потом надо вычислить инвариант - массу показавшейся и тут же
исчезнувшей частицы:
- V <?f + ?, + ?,)•- (Р, + Р, + Р3)* (3)
Чему же равна эта масса? 0,67 ГэВ? Но число это выдвигалось сугубо
ориентировочно. По-видимому, следовало поступить так, как поступили,
открывая Л°- и /С*-частвцы. Надо было не задаваться заранее массой й0-
частицы, а посмотреть, какое значение тш получится во всех без исключения
аннигиляционных чегырехлу-чевых звездах...
- Стоп, дальше все ясно! - можете воскликнуть вы.- Масса, которая
получилась повсюду: на первом снимке, на втором, на третьем.,, на
восьмисотом, она и будет массой (о°-частицы, Все прекрасно сошлось, да
здравствует кинематика!..
75
Но я вынужден напомнить о том "бы", которое мы поставили в начале наших
рассуждений... Если бы знать, какие из л+- и л~-мезонов получились от
распада си "-мезона. Но это-то и неизвестно!... Допустим, что иногда ""-
мезоны действительно рождались... А если нет? Что тогда будет с
комбинацией (3)? Она не будет равна массе ""-мезона, это ясно; но чему
она будет равна? На последний вопрос ответить легко; даже если бы ""-
частица не рождалась, все равно реакцию р+р-+ -"-я++л~+л0+я-+л+ можно
было записать в виде
р -fp -'> X -f л- +я +
I-".я+ + Я" + Я*.
Но только X уже не была бы фиксированной, реальной частицей (ю"), а
