Экспериментальная ядерная физика - Мухин К.Н.
ISBN 5-283-04076-3
Скачать (прямая ссылка):
Быстрое убывание кривой F(q) с ростом q свидетельствует о «размазанности» заряда и магнитного момента по объему нуклона (для точечного нуклона должно быть F(q)*=\ при всех q). Чем круче идет кривая F(q), тем шире распределение заряда и магнитного момента.
Разложив F(q) в ряд по малым q, получим
F(q)=-]p(r)sm(qr)rdr^]p(r) \qr-+ ..Xrdr =
= ] p{r)4nr2dr--q2] r2p(r)4nr2dr + ... = F{0) --q2'?, (91.5)
0 " 0 6
где F(0)—полный заряд (или аномальный магнитный момент). При выбранной выше нормировке
F<* (0)=F[p) (0) = F(2n) (0) = 1; F\"> (0) = 0.
Из рис. 356 и формулы (91.5) были получены следующие значения среднеквадратичного радиуса распределения заряда и аномального магнитного момента в протоне (рис. 356, а) и нейтроне (рис. 356, б):
аР = ар=ап =0,8- 10"13 см, а" = 0.
э м м ' ' э
2. МОДЕЛЬ ВЕКТОРНОЙ ДОМИНАНТНОСТИ
В 1963 г. были получены результаты для q2 до 125 фм"2 из которых следовало, что формфакторы при больших q продолжают плавно стремиться к нулю по закону ~l/q2. Это означает, что плотности заряда и тока (магнитного момента) в нуклоне также изменяются плавно. Распределение плотности заряда и магнитного момента в протоне и маг-
104
Глава XVI. Структура нуклонов и ядра
е
е
Рис. 357
нитноГо момента в нейтроне носит экспоненциальный характер со среднеквадратичным радиусом 0,8 фм. Результаты, относящиеся к распределению заряда в нейтроне, менее однозначны. Полученные результаты были интерпретированы в модели векторной доминантности.
Взаимодействие быстрых электронов с пространственно протяженным нуклоном можно описать на языке фейнмановс-ких диаграмм при помощи рис. 357. Левая часть этого рисунка изображает суммарный эффект взаимодействия, который состоит из ряда «слагаемых», изображенных справа (после знака равенства). Первое «слагаемое» описывает взаимодействие электрона (в однофотонном приближении) с точечным нуклоном, второе учитывает взаимодействие виртуального фотона с двумя виртуальными я-мезонами из мезонного облака нуклона, третье—с тремя я-мезонами и т. п.
Теоретический расчет (названный моделью векторной дог минантности) показал, что при помощи этой схемы можно получить примерное согласие с экспериментальными результатами по формфакторам, если предположить, что между виртуальными я-мезонами существует сильное резонансное взаимодействие, позволяющее рассматривать пары и тройки я-мезонов как некие новые частицы — векторные мезоны (штриховка на рис. 357).
Векторные мезоны имеют такие же спин и четность (1~), как и фотон (благодаря чему он и может «превращаться» в один из них), но отличную от нуля массу.
Из характера убывания (закон 1 jq ) формфакторов с ростом q было предсказано, что масса векторных мезонов должна быть порядка 5т„, т. е. больше суммы масс л-мезонов, образующих это резонансное состояние. Таким образом, в модели векторной доминантности были предсказаны нестабильные частицы — резонансы с определенными свойствами. Позднее такие частицы (со спином и четностью 1" и массами m = 5,5-4-7,5m4) были действительно обнаружены (см. § 112, п. 6).
Это был очень большой успех модели векторной доминантности, однако, забегая вперед, необходимо заметить, что количественная сторона модели оказалась под сомнением,
§ 91. Формфакторы нуклонов
105
после того как появились более поздние данные о формфак-торах нуклонов при еще более высоких значениях q . Рассмотрим эти новые данные.
3. УПРУГОЕ (е-Л/)-РАССЕЯНИЕ ПРИ ?2>175 cpwT2. МАСШТАБНЫЙ ЗАКОН
Наибольшие достижения в исследовании (е — Л^-рассеяния были получены на Станфордском двухмильном линейном ускорителе электронов (SLAC) с максимальной энергией ?,"акс = 21 ГэВ. Ускоритель представляет собой вакуумную трубу длиной в две мили (отсюда название ускорителя) с 245 клистронами и многочисленными фокусирующими магнитными линзами (через каждые 100 м)*. На выходе имеется система из фокусирующих и отклоняющих магнитов и коллиматоров. Мишени—жидководородная и жидкодейтериевая.
Спектрометры состоят из магнитов, отклоняющих электроны в горизонтальном и вертикальном направлениях, счетчиков, состоящих из нескольких сотен полосок полупрозрачного пластика, и электронной вычислительной машины, подключенной on line (т. е. непосредственно к выходу спектрометра). Мерой импульса является вертикальное отклонение пучка, мерой угла—горизонтальное. Было достигнуто разрешение
Д?=^==0Л4= де
Е ?ГКС 21
которое позволяет заметить рождение одного я-мезона в процессе неупругого рассеяния электрона.
На этой установке начиная с 1966 г. изучалось как упругое, так и неупругое рассеяние электронов на нуклонах при q2 до нескольких сотен фм~2.
Современные результаты по упругому рассеянию электронов на нуклонах интерпретируются при помощи более удобных формфакторов GE и GM, которые следующим образом выражаются через введенные выше Fx и F2:
G? = F,+TuaHF2; GM = Fl+VLmF2, (91.6)
где
т=/^; u«"=l,79; ц<">--1,91.
Ami ан ан
* О других работающих и строящихся электронных ускорителях см. кн. 1, с. 22—23 и кн. 2, с. 369 — 370.
