Экспериментальная ядерная физика - Мухин К.Н.
ISBN 5-283-04076-3
Скачать (прямая ссылка):
§ 92. Краткое заключение к гл. XVI
В гл. XVL рассмотрен вопрос о структуре нуклонов и ядра. Первоначальное представление о структуре (неточечности) протона и нейтрона возникло в связи с обнаружением у них аномальных значений магнитных моментов: цр=2,79цв (вместо 1цв) и и„= —1,91 цв (вместо нуля). Простейшее объяснение этой аномалии, предложенное Ферми, заключается во введении представления о нуклоне как о сложной системе, состоящей из идеализированного «голого» нуклона с нормальным значением магнитного момента и я-мезонного облака, вносящего аномальную часть магнитного момента. В этой схеме протон и нейтрон должны иметь распределенные электрический заряд и магнитный момент, которые можно обнаружить экспериментально, если исследовать рассеяние достаточно быстрых электронов (X=1ilp<RN) на нуклоне. Аналогично, изучив рассеяние электронов иа ядре, можно получить распределение электрического заряда по его объему.
Идея извлечения информации о распределенных зарядах и магнитных
da da
моментах заключается в сравнении —(в), с —(0) ., вычисленных
v day Uc" day 'T"'p
по формуле Мотта (для ядра) или Розенблюта (для нуклона) в предположении отсутствия структуры. В случае атомного ядра сравнение приводит к выражению
da %da
d~ci^™a=F rfn^M°"'
где безразмерная величина F=$p{r)ewd-c называется электромагнитным форм-фактором ядра (г—расстояние от центра ядра, q—4-импульс, передаваемый при рассеянии). Обращением выражения для F{q) по Фурье было получено распределение заряда р(г) в атомном ядре:
ющих статьях и книгах: Дрелл С. Партоны и глубоко неупругие процессы при высоких энергиях//Успехи физ. наук. 1972. Т. 106. Вып. 2. С. 331—336; Жакоб М., Ландшофф П. Внутренняя структура протона//Успехи физ. наук. 1981. Т. 133. Вып. 3. С. 505—524; Кендал Г., Пановский В. Структура протона и нейтрона//Успехи физ. наук. 1972. Т. 106. Вып. 2. С. 315—331; Электромагнитные взаимодействия и структура элементарных частиц: Пер. с англ. / Под ред. А. М. Балдина. М.: Мир, 1969.
по
Глава XVII. Антинуклоны и антиядра
где До = 1,08Л1/3-10-13см; 6 = 0,55 • Ю-13 см.
do do
В случае нуклона связь между —Щж„ и ~—(6)тео_ дается более сложным
dil dil
выражением, в состав которого входят (в виде квадратичной формы) два формфактора GE и GM. Один из них описывает распределение заряда, другой— магнитного момента. Анализ поведения формфакторов в зависимости от а2 показал, что протон и нейтрон имеют сходную структуру и одинаковые среднеквадратичные радиусы — около 0,8 10~13см. Распределение электрического заряда и магнитного момента в нуклоне носит экспоненциальный характер.
Изучение неупругого рассеяния электронов на протонах привело к партон-ной модели нуклонов.
Глава XVII
АНТИНУКЛОНЫ И АНТИЯДРА
§ 93. Зарядовое сопряжение. Частицы и античастицы. С-четность. Истинно нейтральные частицы
Как известно, анализ релятивистского квантовомеханичес-кого уравнения для электронов привел Дирака к предсказанию существования в природе зарядово-сопряженной частицы — позитрона (см. § 100). Когда в 1932 г. позитрон был обнаружен в составе космических лучей, его назвали античастицей электрона. На примере электрона и позитрона было впервые экспериментально показано, что природа симметрична относительно существования частиц и античастиц.
Основной результат теории Дирака — получение решения для зарядово-сопряженных частиц—сохраняется и в теориях, построенных для описания других элементарных частиц. Поэтому представление о симметрии природы относительно существования частиц и античастиц было распространено на все частицы как с полуцелым (фермионы), так и с целым (бозоны) спином. Из фермионов вскоре после позитрона (1938 г.) были открыты положительные и отрицательные мюоны (ц+ иц"), являющиеся частицей и античастицей по отношению друг к другу (см. § 104), а из бозонов в 1947 г. п+- и я "-мезоны (см. § ПО). В настоящее время античастицы обнаружены для всех долгоживущих частиц, а также для многих нестабильных частиц—резонансов.
§ 93. Зарядовое сопряжение. Частицы и античастицы 111
Симметрия природы относительно существования частиц и античастиц была названа принципом зарядового сопряжения. В первоначальной редакции принципа зарядового сопряжения предполагалось, что природа симметрична не только относительно существования, но и относительно любых (сильных, электромагнитных, слабых) взаимодействий частиц и античастиц. Из этой глобальной симметрии, в частности, следовало, что частица и античастица должны иметь тождественные массу, спин и время жизни и противоположные заряды (электрический, барионный, лептонный и др.). В 1956 г. было показано, что в слабых взаимодействиях зарядовая симметрия нарушается, что проявляется, например, в различии знака продольной поляризации у е~ и е , а также у v и v (левые е~ и v и правые е+ и v). Однако упомянутые выше заключения о свойствах частиц и античастиц (т, s, т, заряды) сохраняются. Теперь только они являются следствием не С-инвариантности, а СРГ-инвариантности уравнений квантовой теории поля (см. также § 18, п. 8 и § 103, п. 3).
