Всего лишь кинематика - Копылов Г.И.
Скачать (прямая ссылка):
... Есть в Дубне в здании, где расположен синхрофазотрон, огромный зал.
Когда туда входишь, глаза разбегаются: камеры, электромагниты, провода,
трубки, бетонные блоки, защитные сетки, светофоры, рельсы, краны... Это
измерительный павильон. Именно здесь ставятся опыты для изучения свойств
элементарных частиц. В этом зале иногда по году, по два собирают новую
установку, надеясь в итоге вдвое повысить точность измерения массы или
вероятности распада какой-либо частицы. Такова экспериментальная физика
высоких энергий - основа нынешних знаний о кирпичиках мироздания.
*) Попробуйте сами решить такую задачу: три образующих конуса наклонены к
некоторой прямой под углами fh, Рг. Рз- Плоскости, проведенные через эту
прямую и образующие, составляют друг с другом углы ад,аа, а3. Найти угол
раствора конуса.
149
Расскажем об одной из таких установок, На ней в 1967 году наблюдали
распады мезонов и резонансов на фотоны (у-кванты). Эти распады были
изучены тогда недостаточно. Распады на заряженные мезоны были известны не
в пример лучше. Заряженные мезоны оставляют после себя след, н это сильно
облегчает их изучение. Иное дело фотон. Для того чтобы он оставил след,
нужны особые условия: среда, через которую он проходит, должна быть
заполнена тяжелым веществом (имеется в виду вещество, ядра атомов
которого достаточно тяжелы). Чем тяжелее ядро, тем чаще, проходя мимо
них, образует фотон пары электрон + позитрон, а следы этих пар уже можно
увидеть (см. рис. 50).
Но здесь, как мы уже знаем, встает другая трудность: хотя фотоны и
становятся видны (по парам е+е~), но энергию их с хорошей точностью
измерять не удается. Все это сильно мешает изучать фотонные распады
резонансов.
В гл. 14 мы рассказали об одном из приемов, с помощью которых обходят эту
трудность. А вот другой прием.
На пути пучка л--мезонов поставили мишень - сосуд с жидким водородом, л--
мезоны, сталкиваясь с ядрами водорода, рождают новые частицы. Чаще всего,
конечно, я~-мевон просто отскакивает в сторону:
я-+р-*- п-+р,
но иногда происходит так называемая перезарядка:
я~+р -> я(r)4-л.
Все эти процессы нешюхо изучены, а интересно было бы посмотреть, как
часто идет, например, процесс
я~+р туч* и.
Здесь т]°-мезон (его масса, как вы помните, около 0,55 ГэВ) моментально
распадается - либо на тройку я+*, я--, я(r)-мезонов, либо на пару фотонов;
первый тип распада был уже хорошо известен, а вот насколько часто
случается второй - это и хотелось узнать. Неплохо было также выяснить,
нет ли н других частиц, распадающихся на пару фотонов. Фотоны эти вылетят
почти из того места, где возникла их родительница, и, выскочив из мишени,
понесутся по воздуху. Как их заметить? Для этого (рис, 54) почти в двух
метрах сгг мишени
150
поставлены (симметрично, по обе стороны от пучка д--мезонов) две искровые
камеры Иу и Их. Эго такие устройства, в которых каждый фотон рождает
снопик
искр, позволяющий довольно точно определить, где именно этот фотон
пронесся. Поставить камеры нужно было там, где предполагалось больше
всего фотонов. Из других опытов было известно, что в сходных превращениях
(например, в реакции я~+р -*¦ п+со°, описанной в предыдущей главе) мезоны
чаще всего вылетают почти прямо вперед. Зная это, можно рассчитать, какой
энергией чаще всего будут обладать т^-мезоны в этом опыте (такие задачи
мы решали в гл. 11). А тогда уже можно нарисовать распадный ежик
импульсов для процесса ц0-*-у+у (рис. 56) и поставить камеры, скажем, в
направлениях О'С' и 0'С\ в этих направлениях полетят те фотоны, у которых
энергия одинакова (0'С' = =*=С'0'), Камеры довольно широки, в них,
конечно, попадут и пары фотонов разных энергий (например, с энергиями O'Q
и QO"), но можно доказать, что больше всего при таком расположении будет
фотонов с одинаковыми энергиями.
Итак, искровые камеры позволят регистрировать фотоны и замечать их
направление. Но этого, конечно, недостаточно: надо знать и энергию
фотонов, иначе как
доказать, что они родились от распада мезона, а не от яс-мезона или
мезона? Для этого за каждой камерой поместили толстые стеклянные бруски
Ci и С* - че-ренковские счетчики. Стекло в них особое: оно начинает
Рис. 55, Эллипс импульсов фотонов от распада-г^-^у-ЬУ' Распад происходит
а точке 0'; показаны две пары фотонов с одинаковыми ш неодн н аковъшн
энер га я ы н,
светиться, когда через него проносятся порожденные фотоном электронные
пары. Чем больше энергия фотона, тем свечение ярче; меряя силу свечения,
можно узнать энергию фотона.
Опыт в том и состоит, что каждый раз, когда оба сцинтиллятора засветятся,
включаются искровые камеры и определяется направление фотона, вызвавшего
свечение. Измеряются энергии и направления двух фотонов; остается только
выяснить их происхождение. Вы знаете, как это делается. Сложив энергии Ег
и Et двух фотонов, получают энергию Е той частицы, которая их породила:
Е^Ех+Е,.
Сложив их импульсы Pi и Ра (величина импульса у фотона равна энергии, а
