Экспериментальная ядерная физика - Мухин К.Н.
ISBN 5-283-04076-3
Скачать (прямая ссылка):
В соответствии с этим образованием антинуклонов в нуклон-нуклонных соударениях возможно по схеме
N+N^N+N+N+N. (93.1)
Из этого уравнения следует, что образование антинуклона может происходить только вместе с нуклоном, подобно тому как при рождении (е + — е ~ )-пары позитрон образуется только вместе с электроном. При этом по отношению к процессам рождения и аннигиляции оба типа нуклонов (р и и) и антинуклонов (р и п) выступают симметричным образом. Это означает, что процесс аннигиляции наблюдается при столкновении любого нуклона (р или п) с любым антинуклоном (р и и). То же относится и к процессу их совместного образования. (Разумеется, при составлении соответствующих уравнений надо учитывать закон сохранения электрического заряда.)
В связи с парным рождением нуклона и антинуклона энергетический порог образования антинуклона Гмии оказывается значительно выше его энергии покоя. Он может быть вычислен по формуле*
(м2с2у-(м1С2)2
2Мс2 ' 1 '
* Формулу (93.2) легко получить, приравняв между собой два выражения для инварианта Е2 — Р2с2 (Е—полная энергия, Р—полный импульс взаимодействующих частиц): в л. с. к.—до взаимодействия и в с. ц. и.—после него.
114
Глава XVII. Антинуклоны и антиядра
где М2 — масса образующихся частиц; Мх—масса сталкивающихся частиц; М—масса частицы-мишени. Для процесса (93.1) и (93.2) получаем
2трс
или 5,6 ГэВ.
Существуют причины, из-за которых порог образования антинуклонов может снизиться,— это внутреннее движение нуклонов ядра мишени и образование антинуклонов через посредство предварительно возникающих л-мезонов. Однако порог и в этих случаях получается приблизительно равным 4 ГэВ*. Поэтому не удивительно, что антинуклоны долго не удавалось обнаружить **.
§ 94. Антипротон
Антипротон был обнаружен в 1955 г. американскими физиками Сегре, Чемберленом, Вигандом и Эпсилантисом. Схема опыта изображена на рис. 360. В камере бэватрона*** бомбардировалась медная мишень М протонами с энергией 4,3—6,2 ГэВ. На пути предполагаемого полета антипротонов построили коллиматор, по обе стороны которого были расположены магнитные фокусирующие линзы Л1 и Л2 и отклоняющие магниты Ml и М2, рассчитанные так, чтобы при заданной величине магнитного поля через них могли проходить частицы, имеющие единичный отрицательный заряд и вполне определенный импульс />= 1,19 ГэВ/с. Кроме антипротонов •этим условиям удовлетворяют отрицательные п-мезоны, в огромном количестве рождающиеся при бомбардировке мишени пучком протонов с Тр=6,2 ГэВ (60 000 п-мезонов на 1 антипротон).
Для выделения из мощного потока п-мезонов ничтожно малого количества антипротонов использовались быстродействующие сцинтилляционные счетчики С1 и С2, которые позволяли измерять время пролета частицей расстояния между счетчиками (около 12 м). Так как пролетное время t антипротона и п"-мезона с данным импульсом из-за большого
* Учет обоих факторов снижает порог примерно до 3 ГэВ.
** Несколько случаев, напоминающих образование антипротонов, было зарегистрировано с помощью камеры Вильсона и фотоэмульсий, облученных космическими лучами до открытия антипротона на ускорителе. Однако интерпретация этих случаев была неоднозначна.
*** Название ускорителя протонов в Беркли (США) на энергию 6,3 ГэВ.
§ 94. Антипротон
115
, Защита
20
10 -
О 20
т—I—i—i—i—i—i—i—i—г 3i~-мезоны
(1
J_I_i_I_I_L
Антипротоны Г
Рис. 360
10~9 и 40-10"
различия в массе значительно различается (51 с соответственно), то отбор по времени пролета в принципе позволяет надежно отсортировать я-мезонные импульсы от импульсов, обусловленных прохождением антипротонов. Однако я "-мезонов очень много, поэтому велика вероятность того, что при последовательном прохождении через систему двух я-мезонов в счетчиках С1 и С2 возникнут импульсы со сдвигом, соответствующим времени пролета антипротона. Для того чтобы можно было исключить такие ложные импульсы, в систему был включен черенковский счетчик 42, который регистрировал частицы, имеющие скорость, соответствующую скорости антипротона с заданным импульсом (0,75 < р < 0,78), и, следовательно, не срабатывал при прохождении через него я-мезонов с данным импульсом (Р = 0,99).
Счетчики С/, С2, 42 были включены в схему совпадений вместе со сцинтилляционным счетчиком СЗ, импульс в котором указывал на то, что частица не испытывала рассеяния в счетчике 42 и, следовательно, не отклонялась от заданной траектории при выходе из установки. Таким образом, описанная установка позволяла производить двойной отбор антипротонов от я "-мезонов: по времени пролета при помощи счетчиков С1 и С2 и по скорости при- помощи счетчика 42. Однако небольшой процент я "-мезонов, испытавших рассеяние в счетчике 42, все же может быть им зарегистрирован, так
116
Глава XVII. Антинуклоны и антиядра
как в процессе рассеяния изменяется направление движения п~-мезона, т. е. условия работы черенковского счетчика (см. § 27). Для устранения этих ложных импульсов служил счетчик 41, отбиравший частицы с Р>0,79, т. е. срабатывавший при прохождении через него п-мезона (Р = 0,99). Таким образом, все случаи прохождения через систему ложных «антипротонов» могли быть легко отброшены, так как они сопровождались импульсом в счетчике 41.