Экспериментальная ядерная физика - Мухин К.Н.
ISBN 5-283-04076-3
Скачать (прямая ссылка):
106
Глава XVI. Структура нуклонов и ядра
Формфактор GE характеризует распределение электрического заряда, формфактор GM—распределение магнитного момента. Эти формфакторы нормируются следующим образом:
Су>(0)=1; GJE">(0) = 0; G^>(0) = 2,79; G?>(0)= -1,91.
Удобство новых формфакторов в том, что формула Розен-блюта выражается через них в особенно простом виде:
При q =const эта формула принимает вид
где а и b—константы. Таким образом, при q = const отношение
\~^\ является линейной функцией tg2\-. Параметры Ч«"/9жсп/ \а"/мотт 2
этой прямой позволяют найти GE и Gu.
Основные результаты, полученные для упругого рассеяния, были сформулированы в виде следующего соотношения для формфакторов (так называемый масштабный закон):
Из этого соотношения следует, что:
1) протон и нейтрон имеют сходную структуру;
2) имеется связь между распределением заряда и магнитного момента;
3)G(q2)~llq\
Новые результаты и на этот раз не затронули значений среднеквадратичных радиусов нуклонов. Формфактору
^{Ч2)~ */0 7l) соответствует экспоненциальное распределение заряда и магнитного момента вида
/(r) = 3,06e-4-25f, (91.10)
для которого получается а = ч/г2 = 0,815 фм. Однако закон G(q2)~ 1 /<?4 противоречит модели векторной доминантности, которая требует закона \jq2. Объяснение закона l/q* является одной из трудных задач современной физики элементарных частиц (см. п. 4).
§ 91. Формфакторы нуклонов
107
4. НЕУПРУГОЕ (е-Л/)-РАССЕЯНИЕ. ПАРТОННАЯ МОДЕЛЬ
Очень интересные результаты были получены при исследовании неупругого рассеяния электронов на протонах. На рис. 358 изображен энергетический спектр рассеянных элект-
Рис. 358
ронов с первоначальной энергией 10 ГэВ. Штриховая линия относится к упругому рассеянию *, сплошная—к неупругому. На правой части неупругого спектра видны максимумы, соответствующие «возбуждению» нуклона, т. е. образованию пион-нуклонных резонансов (подробнее о них см. § 112, п. 5), левая же его часть, соответствующая глубокому неупругому рассеянию, имеет непрерывный характер.
Сравнительное изучение обоих спектров показало, что с ростом q одновременно уменьшается высота упругого и неупругих максимумов. Отсюда можно сделать заключение о том, что размеры нуклона в основном и возбужденном состояниях сравнимы между собой. Совершенно иначе ведет себя непрерывная часть неупругого спектра. Измерения показали,, что с ростом q2 от 0 до 175 фм-2, когда сечение упругого рассеяния уменьшается в 104 раз, сечение неупругого рассеяния уменьшается только в 20 раз.
* Высота упругого максимума уменьшена в 5 раз. «Хвост» слева от упругого максимума объясняется испусканием мягких фотонов электронами.
108
Глава XVI. Структура нуклонов и ядра
Замедленный спад стиеупр при (е—#)-рассеянии наводит на мысль о точечном рассеивателе, например, в виде так называемого керна, т. е. положительно заряженного ядра очень малых размеров (около 0,2 фм) в центре нуклона. Однако в этом случае столь же медленно должно спадать и ступр, чего не наблюдается.
Следовательно, можно предполагать существование в нуклоне какой-то необычной точечной структуры, проявляющейся только в неупругих процессах.
Объяснение медленного спада анеуПр в (е — #)-рассея-нии было дано Фейнманом, предложившим партонную модель нуклона (от слова part — часть). Согласно Фейн-ману нуклон в своей системе покоя является сложной частицей, состоящей из виртуальных точечных частей — партонов. Парто-
нами могли бы быть, например, широко известные гипотетические частицы — кварки (см. гл. XXII). Энергия связи нуклона сравнима с массой партонов. Этой связью определяется их импульс в нуклоне кыакс.
Если рассматривать взаимодействие в системе координат, где импульс нуклона pN-KX>, то поперечный импульс р±, обусловленный кмаке, окажется много меньше продольного. Другими словами, можно считать, что в этой системе координат нуклон в какой-то степени похож на облако свободно движущихся со скоростью vxc партонов (рис. 359). Из-за релятивистского замедления времени существование виртуальных партонов как свободных объектов оказывается достаточно длительным по сравнению с временем неупругого взаимодействия At *. Поэтому неупругое взаимодействие происходит как бы с отдельным партоном (а не со всем нуклоном в целом). Это и создает эффект рассеяния на точечном объекте.
Партонная модель качественно подтверждается сходством в поведении сечения неупругого рассеяния электронов на протонах и нейтронах, а также аномально большим сечением (е + — е ~ )-аннигиляции при высоких энергиях (встречные пучки). Этот процесс является как бы обратным глубоко неупругому рассеянию**.
* Неупругое взаимодействие характеризуется большой передачей энергии А.Е, т. е. малой длительностью Д/5кА/Д?.
** Более подробно с материалом гл. XVI можно познакомиться в следу-
§ 92. Краткое заключение к гл. XVI
109
Закон G(q2)~l/q* также может быть истолкован в пользу партон-кварковой модели, согласно которой при больших q должно быть G(<72)~<7_2<"-1\ где п—минимальное число кварков, составляющих адрон. Так как согласно кварковой модели для нуклона я = 3, то G(q2)~l/q4.