Экспериментальная ядерная физика - Мухин К.Н.
ISBN 5-283-04076-3
Скачать (прямая ссылка):
Можно также предполагать существование дважды очарованных и трижды очарованных барионов, содержащих соответственно по два или по три окварка. В семействе мезонов новыми частицами могут быть: очарованный нейтральный мезон си (5=0, с=1, z = 0, 5 = 0), очарованный заряженный мезон сЗ (5 = 0, с=1, z= + l, 5=0), очарованный заряженный странный мезон с? (5=0, с=\, z= + \, 5=-1) и нейтральный мезон со скрытым очарованием сс (5 = 0, с=0, z = 0, 5=0). У каждой из новых частиц (кроме сс) должна быть античастица с противоположными квантовыми числами. Античастица мезона со скрытым очарованием тождественна самой частице.
2. ОТКРЫТИЕ с-КВАРКА. ф-ЧАСТИЦЫ. ЧАРМОНИЙ
Идея существования четвертого кварка получила мощное экспериментальное подкрепление в самом конце 1974 г., когда одновременно в двух лабораториях была открыта новая тяжелая частица, которую . в конце концов удалось идентифицировать как мезон со скрытым очарованием (qeqc или сс).
В Брукхейвене новая частица была открыта С. Тингом с сотрудниками в реакции
p + Be-*e+ + e~ + X, (125.3)
где X—все остальные частицы*.
Выведенный пучок протонов с энергией 28 ГэВ, интенсивностью 2 1012 протон/цикл и сечением 3x6мм падал на бериллиевую мишень М, состоящую из девяти тонких (около
* Aubert J. J., Becker U., Biggs P. J. e.a.//Phys. Rev. Lett. 1974. Vol 33, N 23, P. 1404—1406.
Процессы, в которых идентифицируются 1— 2 частицы, а остальными частицами не интересуются (они могут быть какие угодно и их может быть сколько угодно), называются инклюзивными. Процессы, в которых идентифицируются все образующиеся частицы, называются эксклюзивными.
334
Глава XXII. Кварки и глюоны. Квантовая хромодинамика
Вид сверху
М
р
Вид сбоку
М М1
К ^*
Рис. 469
1,8 мм) пластинок, разделенных промежутками в 7,5 см (вдоль пучка протонов). Детектором электронных пар служил двух-плечевой спектрометр, каждое плечо которого состояло из трех магнитов Мг — А/3, четырех проволочных пропорциональных камер Ki—Kt., двух годоскопов Ги Г2 8x8, трех рядов ливневых и стеклянных счетчиков Л и трех газовых черенковских счетчиков 4i~43 (рис.469).
Для улучшения разрешения по "массе угол вылета измерялся в горизонтальной плоско<?ш, а магнитное отклонение— в вертикальной. Установка" позволяла перекрывать диапазон инвариантных масс шириной 2 ГэВ при разрешающей способности ±5 МэВ. Результаты измерений приведены на рис.
"470. Из рисунка видно, что при те+е-=3,1 ГэВ наблюдается убедительный максимум, в 8 раз превышающий фон. В отдельных измерениях было показано, что ширина максимума меньше 5 МэВ. Авторы работы назвали новую частицу /-частицей.
Почти одновременно новая частица была обнаружена Б. Рихтером с сотрудниками в Станку ГэВ форде в эксперименте, выполненном на встречных электрон-
80
во
ч-о
го
Рис. 470
3,0
Hit
^ 125. Четырехкваркови.ч модель
335
Рис. 471
позитронных пучках (СПИР)*. Энергию в системе центра масс е + е~-системы можно было изменять от 2,6 до 8 ГэВ очень малыми порциями (около 1 МэВ). Регистрация частиц, 'рожденных в (е+ е ~ )-аннигиляции, и определение их параметров производились при помощи- магнитного детектора «Марк-1», устройство которого схематически показано на рис. 471.
Здесь ДА"—вакуумная камера; КС —1 компенсирующий соленоид; ТК—торцевая крышка; ТС—трубчатый счетчик; ИК— цилиндрические проволочные искровые камеры; СС—сцинтил-ляционные счетчики, работающие одновременно в режиме времени пролета и как триггеры; О — обмотка, создающая магнитное поле, равное 0,4 Тл в объеме 20 м3; ЛС—ливневые счетчики полного поглощения для идентификации электронов; МЭ — магнитный экран из железных плит толщиной 20 см; ПИК—плоские искровые камеры, отделяющие адроны от мюонов. Детектор позволял идентифицировать частицы, движущиеся в радиальном направлении по отношению к взаимодействующим пучкам, и определять их импульсы.
~ В резулвтате эксперимента был обнаружен гигантский максимум влечении рождения адронов при энергии (е+е~)-пары 3,1 ГэВ, крторый авторы назвали ф-частицей (рис. 472).
В связи с тем что обе работы были выполнены практически одновременно (и даже опубликованы в одном и том же номере журнала), в настоящее время принято называть частицу с массой 3,1 ГэВ .//^-частицей.
В работе Б. Рихтера было изучено несколько каналов распада У/\|/-частицы, для каждого из которых измерена ширина:
|—» адроны, Г = 70кэВ, J/\\i - u+lT, Г = 5кэВ, (125.4)
Ц е+е~, Г = 5 кэВ.
* Augustin J. Е., Boyarski А. М., Breidenbach 1VL e.a.//Phys. Rev. Lett. 1974. Vol. 33, N 23. P. 1406 - 1408.
336 Глава XXII. Кварки и глюоны. Квантовая хромодинамики
е,н5
е+е~-*-аЗроны
10 3
10г
W1
101
10°
5)
10г
20
\cos8\ $0,6 ''''_i_
3,090 3,110
-С.ц.и
3,130 ,ГэВ
(Экспериментальные ширины на рис. 472 значительно больше истинных, так как они определяются разбросом энергий электронов и позитронов в пучках.)
Если малые ширины электрома-гнитных каналов распада //^-частицы являются вполне естественными, то ширина ее распада на адроны представляется чрезвычайно малой. Она примерно в Ю3 раз меньше средней ширины других нестабильных частиц. Это означает, что У/\|/-частица имеет аномально большое время жизни — около 10" 20 с. Вместе с тем в отдельных экспериментах было показано, что У/ф-в) частица является адроном — фоторождение У/\|/-частицы имеет много общего с фоторождением р-мезона. Кроме того, в распаде //^-частицы сохраняется G-четность (см. ниже). Из этих двух обстоятельств можно было сделать вывод о том, что У/\|/-частица не может состоять из обычных кварков (и, d, s), а является композицией из новых очарованных кварка и антикварка
