Экспериментальная ядерная физика - Мухин К.Н.
ISBN 5-283-04076-3
Скачать (прямая ссылка):
тя± = 2,603-10-8 с; v = 2,197-10-6 с-
Как и следовало ожидать, времена жизни у частицы и соответствующей античастицы оказались одинаковыми.
Оба найденных времени жизни (т^, и т„) — типично слабые. Электромагнитные распады и+-»е + +у и л -»ц++у запрещены законами сохранения лептонных зарядов.
5. СПИН И ЧЕТНОСТЬ тс-МЕЗОНОВ
Детальное изучение процессов рождения я-мезонов привело к открытию новой реакции, в которой мезон образуется вместе с дейтроном:
p+p^n++\H. (110.18)
В отличие от (110.12) и (110.13) в этой реакции возникают не три, а две частицы, поэтому ее можно направить в обратную сторойу:
к+ + 1Н^>р+р. (110.19)
Сравнение вероятностей осуществления этих двух процессов дает возможность определить спин к+-мезона. Действительно, в соответствии с принципом детального равновесия (см. § 42) сечения прямой и обратной реакций связаны между собой следующим соотношением:
Й,+.!Г,;^9-Р/1Н + 1)(Ц+1)Л'^И. (НО-20)
где рр—импульс протона в прямой реакции (в с.ц.и.); рп—импульс я+-мезона в обратной реакции; sp, sn, LH-—спины протона, я+-мезона и дейтрона соответственно. Отсюда
* Приведены современные значения масс.
§ 110. Свойства заряженных п-мезонов
219
da
(110.21)
/
Аналогичное выражение получается для интегральных сечений (после интегрирования по всем углам).
Из реакций (110.12), (110.18) и др.. следует, что спин л + -мезона может быть только целым (0, 1, 2...), а из формулы (110.20) —что она очень чувствительна к значению s„ (замена .v = 0 на v = l приводит к трехкратному изменению экспериментального результата). Поэтому для определения sn не требуется точных измерений.
Сечения реакции (110.18) и (110.19) были измерены при энергиях Тр = 340 МэВ и Т— 25 МэВ (которые соответствуют друг другу для прямого и обратного процессов) и дали v=0 (рис.413). Ниже мы увидим, что и sn- — 0.
Для определения четности л-мезона была использована реакция
тс +2Н-нг+п,
(110.22)
идущая под действием медленных тс -мезонов (/„ = 0). Момент количества движения взаимодействующих частиц равен
I(Tr + 2H) = s„ +1(2Н) + 1я = 0+1+0 = 1. (110.23)
Такой же момент должна иметь пара образующихся нейтронов
I„„ = s„ + s„ + l„=l. (110.24)
Очевидно, что равенство (110.24) выполняется только при /„=1. Четность взаимодействующих частиц равна
Р(к- + Щ = Рп Р]н{-\)1" =Рп (+1)(-1)° = Л . (110.25)
Она должна быть равна четности образующихся нейтронов
Pin = Pl{-\f=-\.
(110.26)
Таким образом, внутренняя четность тс "-мезона отрицательна:
Рп =-1. (110.27)
Частица и античастица из класса бозонов имеют равные спины и внутренние четности (у фермионов четности противоположны). Поэтому
/>„.=/>„ =-l;.s„ =V=0. (П0.28)
. cCSZ м5 ср
1,0
0,5 О
Рис. 413
N
\
ч 5
^ ±-
30
60 в,град
220
Глава XIX. п-Мезоны
(В частности, рентгеновский спектр я "-мезонов не имеет тонкой структуры.) В дальнейшем мы увидим, что кроме я*-мезонов существует нейтральный п-мезон (я0), который тоже имеет нулевой спин и отрицательную внутреннюю четность. Такие частицы называются псевдоскалярами (подробнее см. §111, п. 5).
6. ЯДЕРНАЯ АКТИВНОСТЬ я-МЕЗОНОВ
Особенно важным результатом изучения свойств я-мезонов является экспериментальное доказательство очень большой интенсивности их взаимодействия с веществом. Первоначально этот результат вытекал уже из первых опытов Пауэлла, в которых были обнаружены я~-мезонные звезды. Последующие опыты подтвердили это заключение.
Во-первых, эффективное ядерное взаимодействие я-мезонов следует из самого факта интенсивного образования я-мезонов в (N—Л^-соударениях, во-вторых,— из отсутствия случаев (я — ц)-распада при исследовании нескольких десятков тысяч событий, образовавшихся в результате облучения фотоэмульсии чистым пучком я "-мезонов (без примеси я+-мезонов) *. Наконец, в-третьих, это взаимодействие следует из малого среднего свободного пробега я-мезонов в фотоэмульсии Х = 25 см, который соответствует максимально возможному сечению взаимодействия а к пД \.
Столь интенсивное взаимодействие л-мезонов с веществом означает, что оно происходит за минимально возможное (ядерное) время, характерное для сильного ядерного взаимодействия тя«10"23с. Кроме того, масса я-мезона находится в хорошем соответствии с радиусом действия ядерных сил. Действительно, согласно Юкаве At = hjAE, где АЕ=тпс2 и, следовательно,
a = cAt = h/(mnc)= 1,4 ¦ 10~13 см. (110.29)
Все перечисленное говорит о том, что тс-мезоны обладают всем необходимым набором параметров (ядерная активность, ядерное время взаимодействия, ядерный радиус взаимодейст-
* Отсутствие распадов я"-мезонов в конденсированной среде означает сильное превышение вероятности ядерного захвата яГ-мезона над вероятностью (я~ — ц~)-распада, т.е. очень малое время жизни я~-мезона в ядерной среде по сравнению с вакуумом или, что то же самое, очень сильное взаимодействие it "-мезонов с ядрами. Последнее заключение, конечно, справедливо и по отношению к л+-мезонам. Однако медленные я+-мезоны не могут попасть в область ядерного притяжения из-за кулоновского отталкивания. Поэтому после остановки они распадаются.
