Экспериментальная ядерная физика - Мухин К.Н.
ISBN 5-283-04076-3
Скачать (прямая ссылка):
* Brandelik R. е.а. // Z. Phys. Ser. С. 1979. Bd 1. S. 233. **ChenA., Goldberg M., Norwitz N. e.a.//Phys. Rev. Lett. 1983. Vol. 51. P. 634—637.
342
Глава XXII. Кварки и глюоны. Квантовая хромодинамжа
кваркового состава (с$ и cs), но с массами на 50 МэВ меньше. Эти частицы позднее были названы Ds+- и D~-мезонами. Современное значение их масс
mD< =(1969,3±1,1) МэВ.
Соответственно вместо /'•-мезонов были обнаружены возбужденные состояния /)*-мезонов с массами
mD+, = mD.t = (2112,7 + 2,3) МэВ.
Тем самым завершилось заполнение табл. 48 очарованными мезонами.
Кроме того, в настоящее время известно два очарованных бариона*:
A?=udc с массой тА+ =(2284,9± 1,5) МэВ и Z? = usc с массой та+=(2460±19) МэВ.
Времена жизни очарованных частиц находятся в пределах 10 —Ю-12 с, что соответствует теоретическим предсказаниям. Таким образом, четырехкварковая модель получила блестящее экспериментальное подтверждение, четвертый кварк—полное право на существование, а теория слабых взаимодействий обрела симметрию относительно числа лептонов и кварков, которая очень важна в свете создания в будущем единой теории слабых, сильных и электромагнитных взаимодействий**.
Систематика элементарных частиц, базирующаяся на четырех кварках и четырех лептонах, выглядит очень убедительной и имеет почти законченный вид. Так же как в свое время трехкварковая модель, она обладает свойством полноты. За пределами этой систематики практически находится только один серьезный экспериментальный факт — нарушение СР-чет-ности в /^-распаде, которое нельзя объяснить в рамках четырехкварковой модели. Тем не менее новая систематика просуществовала всего лишь неполных три года.
§ 126. Ипсилон-мезон и пятый кварк. Проблема существования шестого кварка
Летом 1977 г. на Международной конференции по физике частиц в Будапеште было сделано сенсационное сообщение об
* CaHcchio М., Erriquez О., Fogli-Muciaccia М. Т. с.а.//Phys. Lett. 1980. Vol. 93В. P. 521—524.
** В наиболее совершенном варианте единой теории слабых и электромагнитных взаимодействий, развитом в 1967 г. С. Вайибсргом и А. Саламом, равенство числа кварков и лептонов является необходимым условием перенормируемости теории (подробнее см. ui. ХХШ).
§ 126. Ипсилон-мезон и пятый кварк. Проблема существования шестого кварка343
Рис. 476
открытии сверхтяжелого ипсилон(Т)-мезона с массой тхк\0тр, свойства которого абсолютно не укладываются в четырехквар-ковую модель из-за малой ширины Г (см. ниже). Эксперимент был выполнен группой профессора Ледермана в лаборатории им. Э. Ферми (Батавия, США) на пучке протонов с энергией 400 ГэВ*. Изучалась реакция
р+{См, Рх)-*ц+ + ц-+*, (126.1)
где А'—любые другие частицы.
Регистрация и анализ (ц + ц"-пар производились при помощи двухплечевого магнитного спектрометра с массовым разрешением Аж/т = 0,02 (рис. 476). Каждое плечо спектрометра содержит 11 пропорциональных проволочных камер, 7 сцинтилляционных счетчиков, черенковский пороговый газовый счетчик и дрейфовую камеру. Для определения импульса мюонов их траектории отклонялись (в вертикальной плоскости) двумя магнитами с токами до 1500 А. Спектрометр обладает симметрией относительно верха и низа, т. е. каждое плечо может регистрировать как положительные, так и отрицательные мюоны.
Защита от огромного количества фоновых частиц обеспечивалась системой фильтров и коллиматоров, изготовленных из вольфрама, стали, бериллия и полиэтилена. Для калибровки установки в ней было зарегистрировано (при уменьшенном до 1250 А токе в магнитах) 15 000 У/\|/-частиц и 1000 \)/'-частиц.
В рабочих условиях установка обеспечивала скорость счета 20ц + ц"/ч при интенсивности протонов (1,5 —3)-1011 за импульс. Всего было зарегистрировано 9000 |j.+|j.~-nap с эффективной массой /имм>5 ГэВ (при общем количестве протонов 1,6 1016). Результаты измерений показаны на рис.477. Из
* Ледерман Л.//Успехи физ. наук. 1979. Т. 128. Вып. 4. С. 693—710.
344
Глава XXII. Кварки и глюоны. Квантовая хромодинамика
dmdY y=o
Рис. 477
dz6
10-зв
Ч_I_L_l_L_l_
* 6 8 10 12 Пт.
, см2- ГэВ -нуклон
8
ГэВ
А
/я.
70
ГэВ
рисунка видно, что при жмм%9,5 ГэВ наблюдается значительный выброс. Если исключить район выброса 8,8— 10,6 ГэВ, то для оставшейся области изменения масс можно построить плавную функцию ехр( — Ьт), хорошо аппроксимирующую экспериментальные точки. Оценки показывают, что в исключенной области плавная кривая должна содержать 350 событий. На самом деле в результате эк-
сперимента здесь обнаружено 770 событий. Таким образом, 420 событий составляют чистый эффект.
Форма выделенного максимума хорошо описывается двумя гауссовыми кривыми с параметрами
гщ = (9,44 ± 0,03) ГэВ, т2 = (10,17 ± 0,05) ГэВ
и аппаратурной шириной Г = (0,5±0,1) ГэВ (Т- и Т'-мезоНы).
Полученные результаты были проверены серией контрольных опытов и расчетов. Делались измерения при разных токах и полярностях магнитов. Возможности аппаратуры были проверены расчетом по методу Монте-Карло. Специально измерялся спектр мюонных пар с одинаковыми зарядами (ц + ц + и ц~ц-), которые, очевидно, должны давать верхний предел числа случайных совпадений. Все контрольные измерения и расчеты подтвердили надежность полученных результатов.
