Экспериментальная ядерная физика - Мухин К.Н.
ISBN 5-283-04076-3
Скачать (прямая ссылка):
3. ВРЕМЯ ЖИЗНИ тс°-МЕЗОНА
Очень грубо время жизни тс°-мезона можно предварительно оценить из рассмотрения диаграммы его распада (см. рис. 420). На этой диаграмме имеются одна сильная и две электромагнитные вершины.
Первая из них характеризуется константой взаимодействия
gCH~l, а остальные—константой g3M — ч/а = ч/1/137. Так как вероятность процесса пропорциональна а2«5 • 10-5, то время жизни' тс°-мезона должно быть
Казалось бы, изучать свойства частицы, не имеющей заряда, да к тому же еще распадающейся на два у-кванта, фотоэмульсионным методом совершенно невозможно. Однако точное значение времени жизни тс°-мезона было определено именно фотометодом. Больше того, ввиду чрезвычайно малого времени жизни тс°-мезона (т„0~ Ю"16 с) оно может быть измерено только фотометодом, который позволяет определять очень малые пробеги.
Изучение энергетического спектра фотонной компоненты космического излучения привело к обнаружению характерного максимума при Еу^10 МэВ и тем самым показало, что в составе космических лучей имеются тс°-мезоны. Поэтому в пластинках, облученных космическими лучами, обязательно
тс +р^>п + п°-*п + 2у,
1<Г19 с.
228
Глава XIX. п-Мезоны
Рис. 424
Рис. 425
должны наблюдаться случаи распада 7с°-мезонов с последующим образованием электрон-позитронных пар:
Однако анализ таких случаев сильно осложняется из-за того, что неизвестна точка распада тс°-мезона, в связи с чем невозможно определить его пробег. Поэтому с помощью данного метода была получена лишь верхняя граница времени жизни 7с°-мезона тп0< 5 • 10~14 с.
Более прямой метод определения т„0 возможен в тех редких случаях, когда наблюдается распад тс°-мезона на у_квант и (е + — е~)-пару (так называемая пара Далитца):
В этом случае диаграмма Фейнмана имеет три электромагнитные вершины (рис. 424), вследствие чего вероятность такого процесса должна быть в 1/а= 137 раз меньше, чем распада на два у-кванта-
Схема события изображена на рис. 425. Из рисунка видно, что на этот раз пробег тс°-мезона может быь измерен как расстояние / между двумя видимыми точками — звездой О и местом А, где образуется пара. Поэтому время жизни тс°-мезона можно определить непосредственно по пройденному им пути.
Правда, измеряемое расстояние составляет всего доли микрона, в связи с чем определить его очень трудно. На практике определялось распределение расстояний от центра
тс
(111.11)
п°->у+е + +е .
(111.12)
§ 111. Свойства нейтрального к-мезона
229
звезды до первого зерна следа (е+ — е ~ )-пары, которое сравнивалось с аналогичным распределением для следов заряженных частиц (с такой же ионизирующей способностью), выходящих из звезды. Оба распределения оказались несколько различными, откуда можно было оценить средний путь, проходимый тс°-мезоном до распада. Описанный анализ дал для времени жизни тс°-мезона значение тк0«5 • Ю-15 с.
Наконец, наиболее точно время жизни я°-мезона было определено в результате изучения распада более тяжелой частицы К+ -мезона (см. § 114) — на тс + - и я°-мезоны
К + ^к + +п° (111.13)
с последующим распадом тс°-мезона по схеме
п°-*у + е + +е~.
В этом случае расстояние между концом следа К+ -мезона и началом следов (е + — е~)-пары дает возможность определить время жизни тс°-мезона при известной [из схемы распада (11 Г. 13)] энергии и, следовательно, вычислить время жизни мезона в состоянии покоя. Современное значение времени жизни тс°-мезона
тко = (0,84±0,06)10-16 с. 4. С-ЧЕТНОСТЬ я°-МЕ30НА
Как уже было сказано в § 93, я°-мезон и у-квант являются истинно нейтральными частицами, так как все их заряды (электрический, барионный, лентонный и др.) равны нулю, т. е. их античастицы тождественно совпадают с самими частицами. Это означает, что оператор зарядового сопряжения переводит истинно нейтральную частицу саму в себя:
Стс° = тс°, Су = у, (111.14)
а волновые функции этих частиц имеют определенную (положительную или отрицательную) С-четность.
Легко видеть, что у-квант имеет отрицательную С-четность
C\|/Y=-x|,Y, Ст=-1, (111.15)
так как электромагнитное поле генерируется электрическим зарядом, знак которого изменяется при операции С. тс°-Мезон имеет положительную С-четность
С>„о=+Ф„о, С„= + 1, (111.16)
так как он распадается на два у-кванта (С-четность мультипликативна).
230
Глава XIX. п-Мезоны
Закон сохранения С-четности накладывает определенные ограничения на процессы с участием истинно нейтральных частиц. Например, распад л ->3у запрещен по С-четности [(л°^Зу/я°^2у)<4'1(Г7].
Частицы, у которых хотя бы один из зарядов отличен от нуля, например л+ -мезон (Z^O) или нейтрон (ВФО), не имеют определенной С-четности, так как для них
Сл + =л", Сп = п.
Однако если составить комбинацию из частицы и соответствующей ей античастицы, например (л + л~), то она будет иметь определенную С-четность:
C\|W=(-1)4„.«-, Ск>я-=(-\у (111.17)
(потому что С-операция для пары л±-мезонов эквивалентна обмену их местами, т. е. Р-операции).
С-четность сохраняется в сильных и электромагнитных взаимодействиях.