Экспериментальная ядерная физика - Мухин К.Н.
ISBN 5-283-04076-3
Скачать (прямая ссылка):
,^ = (206,767 + 0,003)™,.
Итак, оказалось, что мюон совпадает с электроном по всем параметрам, включая весьма тонкие эффекты типа
180
Глава XVIII. Пептоны
радиационных поправок к магнитному моменту. И только масса мюона в 207 раз больше массы электрона.
Естественно было считать, что различие в массах мюона и электрона каким-то образом связано с различием мюонных и электронных нейтрино (см. § 105). Однако эту связь понять было трудно, так как различие в свойствах нейтрино относится к особенностям слабого взаимодействия, которое, казалось бы, не может заметным образом влиять на значение массы частиц. Положение еще больше осложнилось в 1975 г., когда был открыт тяжелый т-лептон (см. § 107) с массой 1,78 ГэВ (тяжелее протона). Возможно, что решение вопроса о массе заряженных лептонов будет получено в развивающейся в настоящее время единой теории слабых и электромагнитных взаимодействий, в которой постулируется существование «мас-сообразующих» бозонов Хиггса (см. § 130).
§ 105. Мюонные нейтрино и антинейтрино
1. ГИПОТЕЗА О СУЩЕСТВОВАНИИ ДВУХ ТИПОВ НЕЙТРИНО: ve И
Когда была получена схема (ц — eV-распада в виде \i±-*e± +v+v, то вначале считалось само собой разумеющимся, что входящие в нее v и v являются теми самыми нейтрино и антинейтрино, которые участвуют в 6-распаде. Однако в 1957 г. была высказана гипотеза о существовании двух видов нейтрино и антинейтрино: электронных (ve и ve) и мюонных (уц и vj, которые отличаются друг от друга характером взаимодействия с нуклонами. В соответствии с этой гипотезой процессы Р-распада должны сопровождаться испусканием электронных нейтрино и антинейтрино:
а упомянутые в § 81 л*-мезоны должны распадаться по схемам
с образованием мюонных нейтрино и антинейтрино. Таким образом, электронные нейтрино и антинейтрино всегда участвуют в процессах взаимодействия совместно с электронами и позитронами, а мюонные—совместно с мюонами. Поэтому
п^>р + е~ +ve; р-+п + е + +ve; е~ +p^ve + n,
(105.1) (105.2) (105.3)
n + ->\i + +vM;
(105.4) (105.5)
§ 105. Мюонные нейтрино и антинейтрино
181
Рис. 398
в перечисленных выше процессах заменять ve на и ve на vM нельзя.
Другими словами, если ve^vM (ve^vM), то процесс Р-распада не может идти с испусканием мюонных нейтрино и антинейтрино:
п++р + е~ +vM; р++п + е + + чц. (105.6)
Соответственно невозможны и обратные процессы
n + v^p + e'; р+\?ц++п + е + , (105.7)
которые могут протекать только с образованием мюонов:
" + Уц->/> + Ц~; (105.8)
p + v^n + [i + . (105.9)
Если же ve = v„(ve = vA то возможны как процессы (105.8) и (105.9), так и (105.7).
2. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ ДОКАЗАТЕЛЬСТВО РАЗЛИЧИЯ ve И vM
В 1962 г. было опубликовано предварительное сообщение о результатах опыта, в котором изучалось взаимодействие мюонных нейтрино и антинейтрино с нуклонами. Из этого опыта следует, что ve^vM (ve^vM)*.
Опыт был проведен Ледерманом, Шварцем и др. на 30-миллиардном брукхейвенском ускорителе (США), на берил-лиевой мишени (Be) которого рождались тс*-мезоны с энергией 15 ГэВ (рис. 398).
В процессе (тс — ц)-распада возникали мюонные нейтрино vM и антинейтрино vM, которые регистрировались при помощи большой искровой камеры ИК, находящейся на расстоянии около 34 м от мишени.
Идея опыта была предложена Б. М. Понтекорво.
182
Глава XVIII. Лептоны
СС АС
Рис. 400
АХ
Для устранения фона от ядерно-активной компоненты пучка и быстрых ц*-мюонов камера была окружена надежной защитой (до 13,5 м стали, бетон, парафин, свинец) и системой сцинтилляционных счетчиков, включенных в схему антисовпадений. Стальная защита такой толщины должна ослаблять интенсивность тс-мезонов в 1024 раз и полностью затормаживать -мюоны с энергией до 17 ГэВ (которых не может быть в пучке с первоначальной энергией 15 ГэВ).
Искровая камера (рис. 399) представляет собой большой бак, внутри которого находится 10 одинаковых секций, отделенных друг от друга плоскими сцинтилляционными счетчиками СС, включенными в схему совпадений с черенковским счетчиком ЧС (указанным на рис. 398). Для защиты от космических частиц и случайных мюонов передняя, верхняя и часть задней стенки камеры были закрыты плоскими сцинтилляционными счетчиками АС, включенными в схему антисовпадений. Чтобы эти счетчики не срабатывали от заряженных частиц регистрируемого эффекта, они были изнутри защищены слоем железа.
На рис. 400 отдельно показано устройство одной секции. Она состоит из девяти алюминиевых пластин площадью 110x110см и толщиной 2,5 см, разделенных промежутками в 1 см (общая масса пластин одной секции — около 103 кг).
Принцип работы искровой камеры заключается в следующем: при пролете заряженной частицы через пластины, на которые подано высокое напряжение (примерно 5 кВ), в промежутке между пластинами (в месте, где его пересекла частица) проскакивает искра. Для энергичной частицы, проходящей
§ 105. Мюонные нейтрино и антинейтрино
183
через несколько соседних пластин и промежутков, возникает цепочка из искр вдоль пути частицы, которая может быть сфотографирована и проанализирована.
