Экспериментальная ядерная физика - Мухин К.Н.
ISBN 5-283-04076-3
Скачать (прямая ссылка):
На рис. 481 изображена в трех проекциях схема одного такого события, зарегистрированного группой PLUTO на установке PETRA в 1979 г. Здесь заряженные и нейтральные частицы изображены сплошными и штриховыми линиями соответственно. Жирные линии на осях указывают направления суммарных струй. Из рисунка очевидны как плоскостность, так и трехструйность события.
Обнаружение трехструйных событий подтверждает вывод квантовой хромодинамики о существовании глюонов. Для
350 Глава XXII. Кварки и глюоны. Квантовая хромодинамики
квантовых чисел глюона квантовая хромодинамика предсказывает значения /рс=1~~ и т = 0. Таким образом, \)/- и Т-мезоны и гипотетическая ?Г-частица, имеющие квантовые числа 1 ~ ~, должны распадаться на три, а /-частицы с квантовыми числами 2 + + и 0 + + —на два глюона (рис. 482). Наблюдение в будущем таких процессов, а также высокостатистичные результаты по трехструнным событиям позволят проанализировать в деталях свойства глюонных струй и, следова-
Рнс. 482
телыю, окончательно подтвердить справедливость заключения об открытии глюона.
В гл. XXII описана кварковая модель адронов и дано элементарное представление о квантовой хромодинамике. Со1ласно современной кварковой модели в природе существует шесть сортов (ароматов) кварков, т. е. субэлементарных частиц и, d, ,v, с, bat, комбинируя которые в разных сочетаниях, можно построить любой адрон. Вес кварки имеют спин s= 1/2, дробный барионный заряд 5=1/3 и дробные электрические заряды, кратные е/Ъ. Кроме того, х-, с-, h- и /-кварки имеют еще по одному дополнительному заряду, которые называются соответственно странность, очарование, прелесть или красота и правдивость*, а и- и ^/-кварки имеют отличный от нуля изоспин Т= 1/2 (7"*"= + 1/2, Т^= — 1/2). Квантовые числа кварков приведены в табл. 49. Они связаны между собой соотношением
где Y+B+S+r+h+t гиперзаряд.
В настоящее время экспериментально подтверждено существование первых пяти кварков. Свойства шестого /-кварка предсказаны теоретически. Первые указания на его существование были получены в экспериментах по исследованию свойств недавно открытых векторных промежуточных бозонов (см. § 130, п. 4). Представление о значении массы /-кварка можно составить из энергетического хода кривой для отношения сечений рождения адронов и мюонных пар в процессе е~ ?+-аннигиляции (см. рис.478).
§ 128. Краткое заключение к гл. XXI!
:=Т,+
B+S+c+h+t 2
* Два последних кварка (Л и /) называют также bottom (нижний) и top (верхний).
§ 128. Краткое заключение к гл. XXII
351
Таблица 49
Название и
Масса,
В
обозначение
ГэВ
z
s
T
Tr
с
b
t
кварка
Чр, и, up q„, d, down
0,004
1/3
+ 2/3
1/2
1/2
+ 1/2
0
0
0
0
0,007
1/3 1/3
-1/3
1/2
1/2
-Г/2
0
0
0
0
<7Л, s, strange
0,15
-1/3
1/2
0
0
-1
0
0
0
qc, c, charm
1,3
1/3
+ 2/3
1/2
0
0
0
+ 1
0
0
qb, b. beauty
4,75
1/3
-1/3
Г/2
0
0
0
0
-1
0
(bottom)
q„ t, truth
?
1/3
+ 2/3
1/2
0
0
0
0
0
+ 1
(top)
Каждый сорт кварка имеет три разновидности, отличающиеся «цветом» — «красный», «синий», «желтый» (названия условные). Согласно модели кварков барион есть комбинация из трех кварков любого (в том числе одного и того же) сорта (аромата), но обязательно разных «цветов» (для соблюдения принципа Паули). Поскольку это «основные цвета», любой барион оказывается «белым», «бесцветным». Мезон строится из любых кварка и антикварка, но обязательно имеющих «дополнительные цвета» («красный», «антикрасный» и т. п.), т. е. тоже оказывается «белым».
Перечислим основные экспериментальные факты, подтверждающие правильность кварковой модели.
1. В опытах по исследованию глубокого неупругого рассеяния обнаружено рассеяние на большие углы, свидетельствующие о партон-кварковом строении нуклона.
2. Модель позволяет построить все известные унитарные мультиплеты.
3. Модель объясняет экспериментальное значение отношения сечений Qnn + ^nn _^
<т„|у
4. Модель позволяет получить отношение магнитных моментов нуклонов.
5. Модель объясняет спектроскопию чармония и свойства очарованных частиц.
6. Модель объясняет существование и свойства Т-мезонов.
7. Модель объясняет некоторые особенности слабого взаимодействия.
Можно также привести несколько экспериментов, подтверждающих правильность конкретных квантовых чисел кварков. Так, дробный электрический заряд подтверждается сравнением экспериментального отношения сечений
о(й + ядро)
рассеяния —--- с расчетным значением, которое получается правильным
о (у + ядро)
в предположении, что zu=+2/3, a zd= —1/3, наличие трех цветов подтвержден -»адроны)
дается сравнением с расчетом экспериментального отношения R = —--:-
а(е+е -»мюоны)
спин—угловым распределением адронных струй, возникающих при (е*е~)-аннигиляции.
