Экспериментальная ядерная физика - Мухин К.Н.
ISBN 5-283-04076-3
Скачать (прямая ссылка):
Энергия (тс — ц)-распада равна
(т„ — тц)с2 = 33 МэВ
(использованы современные значения масс). Анализ многих событий (я — ц)-распада показал следующее:
110. Свойства заряженных к-мезонов
213
//v
V
Рис. 410
V
Рис. 411
0
I
1. Длина пробега мюона всегда одинакова и примерно равна /?„«600 мкм, что соответствует кинетической энергии Гц = 4 МэВ.
2. Из одинаковости Гц следует двухчастичный характер (л — ц)-распада.
3. След второй частицы не виден в фотоэмульсии, следовательно, она не имеет электрического заряда (штриховая линия на рисунке).
4. Поскольку эта частица уносит большую часть (29 МэВ) энергии (л — ц)-распада, ее масса должна быть много меньше массы мюона.
5. Этой частицей не может быть у-квант, который оставил бы в окрестности (л — ц)-распада следы конверсионной (е + — е~)-пары.
Таким образом, (л —ц)-распад должен происходить по схеме
Из предыдущих опытов с мюонами было хорошо известно, что это частицы нестабильные, распадающиеся через время т«2 10~6с с образованием электрона. Электроны распада мюона хорошо заметны в чувствительных фотопластинках, где они видны в виде следа однозарядной частицы с минимальной плотностью зерен gMKH и средним углом многократного рассеяния а, соответствующим быстрому электрону (след е + на рис. 410). Энергия электрона оказалась различной для разных случаев распада и удовлетворяющей условию Ге^50 МэВ. Поэтому распад мюона наряду с испусканием электрона должен сопровождаться вылетом еще по крайней мере двух нейтральных частиц. Анализ энергетического спектра
л-^ц + v.
(110.6)
214
Глава XIX. п-Мезоны
электронов (ц — е)-распада вблизи от его правой границы показывает, что этих частиц две и что они не могут быть тождественными. Было предположено, что одна из них — нейтрино, другая—антинейтрино:
(знаки зарядов будут уточнены позже).
Следы второго типа, зарегистрированные Пауэллом, изображены на рис.411. Первая частица я", как показывает направление сгущения зерен, двигалась в направлении-, указанном стрелкой, и остановилась в точке О. Масса этой частицы оказалась равной около 300те (современное значение ПЪте), заряд z=\. Из места остановки первичной частицы вылетают несколько заряженных частиц, которые оставляют в эмульсии следы, образующие так называемую «звезду», состоящую из нескольких «лучей». Этот случай может быть интерпретирован как захват тс-мезона ядром, приводящий к ядерному расщеплению, которое обнаруживается в эмульсии в виде звезды. Полный энергетический баланс таких случаев, учитывающий кинетическую энергию и энергию связи освобождающихся частиц (включая нейтроны), дает величину около 150 МэВ, т. е. совпадает с энергией покоя я-мезона.
Таким образом, в обоих явлениях были обнаружены в качестве первичных частиц новые, более тяжелые, чем мюоны, частицы, которые были названы л-мезонами (или пионами). При этом вполне естественно было предположить, что я-мезоны, вызывающие ядерное расщепление, имеют отрицательный заряд, благодаря которому они могут близко подойти к ядру и поглотиться им. Наоборот, медленные положительные я+-мезоны не могут близко подойти к ядру из-за кулоновского отталкивания и распадаются на нейтрино и ц + -мюон, который в свою очередь распадается на положительный электрон (позитрон) е + , нейтрино v и антинейтрино v:
Как мы уже говорили, в 1962 г., когда были открыты два типа нейтрино и антинейтрино, эти схемы были уточнены:
u-»e-|-v-fv
(110.7)
я + ->ц + +у; \х + -+е + + v + v.
(110.8) (110.9)
я + ^->ц + +уц; u + -»e + +ve+vM
(110.10)
(подробнее см. § 105).
§ ПО. Свойства заряженных я-мезонов
215
Из схемы распада л+-мезона следует, что его лептонный заряд равен нулю:
Схемы распадов отрицательных пионов и мюонов приведены в п. .3.
3. ВРЕМЯ ЖИЗНИ И СХЕМЫ РАСПАДА я±-МЕЗОНОВ
Наблюдение многочисленных случаев распада тс+-мезонов в фотоэмульсии показывает, что (тс + —ц+)-распад всегда происходит после остановки я+-мезона. Время ионизационного торможения тс-мезона в эмульсии, как показывает подсчет, равно Ю-11 —12_ 12 с. Отсюда следует, что время жизни тс+-мезона значительно больше Ю-11 —10 ~12 с. Вместе с тем оно должно быть заметно меньше времени жизни мюона (примерно 10 ~6 с), так как изучение космических лучей показывает, что у поверхности Земли имеется много мюонов и относительно мало я-мезонов.
Грубо время жизни я-мезонов было определено по убыванию количества я-мезонов в составе космических лучей при удалении от поверхности Земли, которую можно считать мишенью, где под действием быстрых космических лучей рождаются тс-мезоны. Эта оценка дала для времени жизни тс-мезона т«10~8с.
Более точное значение времени жизни тс-мезона было получено позднее в опытах с искусственными тс-мезонами (см. п. 4).
Распад тс "-мезонов можно наблюдать при движении их в газообразной среде (например, в воздухе), где ионизационные потери малы. В процессе распада я "-мезона образуются отрицательные мюоны и мюонные антинейтрино. Отрицательные мюоны распадаются затем на электроны, мюонные нейтрино и электронные антинейтрино:
