Экспериментальная ядерная физика - Мухин К.Н.
ISBN 5-283-04076-3
Скачать (прямая ссылка):
Окончательное подтверждение гипотеза -образования нейтральной частицы получила в опытах Пановского с двумя сцинтилляционными телескопами, в которых были зарегистрированы оба у-кванта от распада частицы и измерена их энергия. Из анализа опыта Пановского следовало, что распадающаяся частица действительно имеет массу, близкую к массе л*-мезонов, и время жизни т<10~10с.
Новую частицу назвали л "-мезоном. Схема ее рождения и распада
N+N^N+N+n0, л°^2у. (111.4)
2. ТОЧНОЕ ЗНАЧЕНИЕ МАССЫ л°-МЕЗОНА
Для определения точного значения массы л°-мезона был проанализирован с помощью законов сохранения энергии и импульса опыт по изучению взаимодействия л "-мезонов с водородом (ср. со способом определения массы нейтрона, описанным в § 2, п.З).
Идея опыта заключается в следующем. При взаимодействии медленных л "-мезонов с протонами возможна реакция перезарядки л "-мезона в л°-мезон
л~+/>-я° + и; л°-2у (111.5)
с последующим его распадом на лету на два у-кванта. Так как массы протона, нейтрона и л -мезона известны, то энергетический спектр образующихся у-квантов зависит только от массы л°-мезона, которая, таким образом, может быть определена по виду спектра у-квантов.
Рис. 420
§ 111. Свойства нейтрального к-мезона
225
Схема опыта изображена на рис. 421. При бомбардировке мишени М протонами р с энергией 330 МэВ рождаются л*-мезоны. На пути пучка медленных тс "-мезонов был поставлен сосуд со сжатым до 200 атм водородом. Образующиеся при взаимодействии по схеме (111.5) у-кванты проходили через систему коллиматоров К, защиту 3 и анализировались с помощью гамма-спектрометра, аналогичного изображенному на рис. 418.
В результате опытов была получена кривая энергетического спектра у-квантов, имеющая два максимума: один—острый при ?^=131 МэВ, другой — более широкий, напоминающий по форме прямоугольник, при Еута70 МэВ (рис. 422). Выше уже говорилось о том, что происхождение максимума при Еук70 МэВ связано с реакцией (111.5), в результате которой энергия покоя образующегося тс°-мезона распределяется после его распада между двумя у-квантами. Второй максимум при ?^=131 МэВ соответствует у-квантам, испускающим в другой возможной реакции:
тс~+р-си + у, (111.6)
продукты которой, как и во всяком двухчастичном распаде, должны иметь строго определенные энергии. Так как точные значения масс протона и нейтрона известны, то, применяя законы сохранения энергии и импульса к реакции (111.6) в предположении, что л "-мезон захватывается протоном после остановки, можно по известному значению массы л "-мезона определить энергию у-кванта и, наоборот, по найденному
226
Глава XIX. п- Мезоны
в опыте значению энергии квантов подсчитать массу л "-мезона. В описываемой работе была проведена именно эта обратная операция, которая дала для массы тс "-мезона
тл =(275±2,5)we,
т. е. значение, хорошо согласующееся с ее значениями, определенными другими методами. Тем самым была показана надежность используемого метода. Масса тс°-мезона была получена подробным анализом другого максимума.
Сущность анализа может быть легко понята из следующего рассуждения. Предположим, что тс°-мезон распадается на два у-кванта в состоянии покоя. Тогда энергии образующихся у-квантов будут строго одинаковы и в сумме дадут энергию покоя л "-мезона:
?г,=^2 = ^у-; Бъ + ЕУ2 = тп0с2. (111.8)
На самом деле распад л°-мезона происходит на лету, в результате чего энергия у-кванта, вылетающего в направлении л -мезона, будет больше тп0с2/2, а энергия у-кванта, вылетающего в противоположном направлении, меньше тп0с2/2. Подробный расчет с учетом всех возможных направлений вылета у-квантов приводит к-следующему результату: во всех случаях распада л°-мезона, имеющего определенную скорость i\ энергия образующихся при его распаде у-квантов с равной вероятностью распределяется в интервале от (Еу)ыт до (Еу)мякс:
{Еу)мии^Еу^(Еу)махс, (111.9)
где
(?YU4(i-P); (^)м«с=|(1 + Р); е=^=' И'
На графике такое распределение должно быть изображено в виде прямоугольника (рис. 423). Легко видеть, что границы прямоугольника, дающие значения (Еу)мт и (Еу)ыакс, позволяют определить массу л°-мезона. Действительно,
М I——I (?'у)мин(^)макс = ^-(1-р2) = —^~
и, следовательно, Рис.423 тп.,с2^2уДЕу)мии(Еу)и.^. (111.10)
§ П1. Свойства нейтрального к-мезона
111
Приведенное рассуждение полностью применимо к реакции
в которой все образующиеся тс°-мезоны имеют одинаковую скорость. Поэтому, измеряя границы широкого максимума при Еу х 70 МэВ (см. рис.422), можно по формуле (111.10) получить значение массы тс°-мезона. Измерения дали для разности масс тс~- и тс°-мезонов тж —тл« = (\0,6±2)те, откуда для массы тс°-мезона получили /?v = (265±3)me. Масса тс~-мезона, как указывалось выше, была измерена в этом же эксперименте, поэтому исключались возможные ошибки, связанные с используемой методикой определения энергии у-квантов.
Измерения, сделанные позже (1954 г.) другим методом, дали (т„- — тло) = (8,8 + 0,6)те, что с учетом наиболее точного для того времени значения массы тс "-мезона дает m-o = (264+1) те. В настоящее время считают, что масса тГ-мезона равна (264,1358±0,0005)те.