Экспериментальная ядерная физика - Мухин К.Н.
ISBN 5-283-04076-3
Скачать (прямая ссылка):
Щ = сд (125.5)
и имеет квантовые числа фотона (l ~ ~). В этом предположении большое время жизни //ф-частиц можно объяснить тем, что их распад на обычные адроны должен сопровождаться преобразованием с и с в обычные кварки и антикварки*.
У/ф-частица имеет отрицательную G-четность и нулевой изоспин* Первое.следует из того, что среди каналов распада на пионы преобладают распады на нечетное число тс-мезонов, второе—из равного соотношения нейтральных и заряженных каналов распада //\|/->ртс, которые соответствуют столбцу Т = 0, 7^ = 0 третьей таблицы коэффициентов Клебша — Гордана в приложении III (а также, формально, из композиции J/ty = cc), Таким образом, полный набор квантовых чисел //^-частицы таков:
Рис. 472
Т°1ес = 0\
(125.6)
* Считается, что вероятность аннигиляции с- и с-кварков в глюоны мала.
§ 125. Четырехкварковая модель
337
сТ,н5
102
10"
е+е~-*адроны
а)
5)
10 -20-
\cose\S0,6 _1_i_
Точное значение ее массы "Ч//+ = (3096,9 ±0,1) МэВ, полная ширина Г^ = (63 ± 9) кэВ.
7/\|/-частица оказалась не единственной частицей нового типа. Уже в первых экспериментах Б. Рихтера наряду с 7/\|/-частицей была обнаружена еще одна частица, названная \|/'-частицей, с аналогичными квантовыми числами и несколько большими массой и шириной:
»V = 3,685 ГэВ, Гф' = 215 кэВ (рис. 473).
Позднее были открыты и другие частицы, которые также интерпретируются как частицы со скрытым очарованием (qcqc)- Некоторые из них рождаются непосредственно в е~ е + -аннигиляции подобно Jf\\i и \|/-частицам, другие были получены как продукты распада этих частиц (рис. 474). Вновь открытые частицы имеют разные ширины (небольшие для частиц с массой т<3,7 ГэВ и порядка 25—80 МэВ для более тяжелых).
Спектроскопия \|/- и х_частиЦ очень похожа на схему уровней позитрония, т. е. связанного состояния электрона и позитрона (см. § 102). Это дает основание считать, что вновь открьиые частицы можно интерпретировать как связанные состояния очарованных кварка qc и антикварка qc. Система
- f (W15),
_56 (?160), 2*2!
-:- f(t030), 33Si
_ $(3770), 13П,
f'(3685),23S1
3,B70 Рис. 473
3JB8B 3,B90
.и,ГэВ
7]с(3800),2_%
ljc(2980),11S0
Рис. 474
Хг (3550), 13Рг X, (3510), 13>,
J/f(3097),13S1
338 Глава XXII. Кварки и глюоны. Квантовая хромодинамика
qcqc по аналогии с позитронием получила название чармо-ний. При этом, так же как и в случае позитрония, рассматриваются орто- и парачармоний, имеющие спин 1 и 0 соответственно.
Некоторые ф-частицы были идентифицированы как 5- и D-состояния, а Х"частиЧЫ— как Р-состояния орточармония (см. рис. 474). Представителем парачармония, по-видимому, является открытая в 1980 г. в Станфорде т|с-частица с массой (2980 ±2) МэВ и возможно ц'с (ЗбОО)-частица, открытая в 1981 г.
' По аналогии с позитронием уровни чармония имеют Р-и С-четности, равные соответственно Р=( — 1)L+I и С=(—1)L+S. Легко убедиться в том, что уровни, расположенные в соседних столбцах рис. 474, имеют противоположные значения С-четности, в связи с чем между ними должны быть (и они действительно обнаружены) интенсивные радиационные переходы. Они характеризуются шириной Г«20 кэВ. \|г"-Частица, масса которой превосходит порог образования пары легчайших мезонов с явным очарованием (см. п. 3), распадается на эти мезоны по схеме ty"-*D + D. Еще более тяжелые \|,-частицы распадаются на DD*-, D*D*- и Ь*/Кпары. Все эти распады характеризуются большой шириной Г =к 25 ч- 80 МэВ.
Сходство между позитрониевой и чармониевой спектроскопией позволяет предположить, что потенциал* взаимодействия qc и qc при малых расстояниях г между ними аналогичен кулоновскому, т.е. передается законом Уг(г)=— gsjr, где gs—безразмерная константа типа a = e2/hc. Это—упомянутая выше область центральной свободы, в которой нелинейность взаимодействия практически не сказывается.
На больших расстояниях потенциал должен обеспечивать невылетание кварков из адронов, т. е. быстро расти с г, например по линейному закону V2(r)=fr. Это — область периферического пленения.
Суммарный потенциал
V(r)=Vl(r)+V2(r)=-gs/r+fr, (125.7)
как видно из рис. 475, напоминает воронку, в связи с чем его так и называют: потенциал типа воронки.**
На малых .расстояниях, где К(г)*К!(г), в связи с относительной малостью «кулоновской» константы (gsx0,2) с помощью потенциала типа воронки удается получить количест-
* Возможность введения потенциала (нерелятивистского описания взаимодействия между (-кварками) связана с большой массой с-кварка, т. е. с малой кинетической энергией его в //\[»-частице.
** Предполагается, что аналогичная картина пленения имеет место и для трех кварков бариона, например для нуклона.
§ 125. Четырехкварковая модель
339
венные характеристики уровней чармония, которые удовлетворительно согласуются с параметрами ф- и х-частиц. Любопытно отметить, что некоторые новые частицы были предсказаны в результате этих расчетов.
Таким образом, можно считать, что спектроскопия чармония является убедительным аргументом в пользу существования четвертого кварка. За открытие новых тяжелых частиц и исследование их свойств С. Тингу и Б. Рихтеру в 1976 г. была присуждена Нобелевская премия по физике.
