Лептоны и кварки - Окунь Л.Б.
ISBN 5-02-014027-9
Скачать (прямая ссылка):
установках UA1 и UA2 было зарегистрировано около 700 событий: примерно
50060 30H7TV, 70Zee, 20Zllll (здесь индексы
указывают каналы, по которым наблюдались распады бозонов).
Что касается Батавии, то здесь события развивались медленнее, и на
Тэватроне (встречных пучках протонов и антипротонов с энергией 1 ТэВ
каждый) к середине 1988 г. было зарегистрировано менее 30 бозонов.
В конце 1980-х годов должны начать производство Z-бозонов два электрон-
позитронных коллайдера с энергиями порядка 50 ГэВ в каждом пучке. Один из
этих коллайдеров, ЛЭП, сооружен в ЦЕРНе; он расположен в специальном
кольцевом тоннеле длиной 27 км. Другой коллайдер, СЛК,- в Стенфордском
линейно-ускорительном центре. Его основой является линейный ускоритель, в
котором в одном направлении ускоряются и электроны, и позитроны. Пройдя
линейную часть ускорителя, они разводятся по двум дугам и встречаются в
верхней точке "ракетки". Проектная "производительность" ЛЭП свыше тысячи
Z-бозонов в час*). В дальнейшем предполагается довести энергию каждого из
пучков ЛЭП до 100 ГэВ, с тем чтобы рождать пары W+W--бозонов.
Среди проектов 90-х годов упомянем УН К (ускорительнонакопительный
комплекс в Протвино с энергиями протонных пучков 3 ТэВ), большой адронный
коллайдер ЛАК с энергиями протонов 8 ТэВ (в тоннеле ЛЭП) и проект
американского сверхпроводящего суперколлайдера ССК с энергиями протонов
20 ТэВ. Отметим также вступающий в строй в 1990 г. электрон-протонный
коллайдер ГЕРА вблизи Гамбурга (е, 30 ГэВ + р, 820 ГэВ). Этот последний
коллайдер не предназначен для рождения W- и Z-бо-зонов, его область-
глубоко неупругое рассеяние.
Очень интересны проекты встречных линейных электрон-позитронных пучков с
энергиями порядка 1 ТэВ, разрабатываемые в Новосибирске, Стенфорде и
ЦЕРНе.
TV-бозоны и проект ДЮМАНД
Было бы интересно зарегистрировать рождение Н7-бозона в чис. то лептонном
столкновении. Чтобы родить Н7-бозон в столкновении ve~ ->- W~, необходимы
нейтрино с энергией ?о"5-1015 эВ.
*) Летом 1989 г. коллайдеры СЛК и ЛЭП начали работу. К октябрю 1989 г. на
СЛК зарегистрировано порядка 500 Z-бозонов, на ЛЭП - порядка 10 000.
230 2 3. СВОЙСТВА ПРОМЕЖУТОЧНЫХ БОЗОНОВ
Такие нейтрино могут быть лишь в космических лучах. Здесь этот процесс
позволяет получить уникальные Сведения о величине потока космических
нейтрино.
Измерение этой реакции было бы в принципе возможно, если бы был
осуществлен проект ДЮМАНД (Deep Underwater Muon and Neutrino Detector).
Этот проект предусматривает создание в глубине океана гигантского куба с
ребром порядка километра, заполненного объемной решеткой детекторов. Шаг
решетки-порядка десятка метров, если детекторы оптические, и порядка
сотни метров, если они акустические. Проект позволил бы работать с водной
мишенью, масса которой превышает 1018 г, и регистрировать нейтринные
реакции при очень высоких энергиях.
Пусть дифференциальный поток нейтрино с энергией Е равен /(Е)
нейтрино/см2-с-стерад. Определим п-число событий в одну секунду реакции v
+ e~ -> W~, если мишень содержит Ne электронов:
Nei (Е) -Ш- dE'o (Е').
'dE'
Здесь Е-лабораторная энергия нейтрино, а Е'-полная энергия в системе
центра инерции электрона и нейтрино:
Е'2 = 2тЕ, (tm)- = -- =
е ' dE me me
Множитель 2я связан с тем, что из-за большого сечения резонансной реакции
ve~ -<- W~ нейтрино с резонансной энергией из нижней полусферы не
попадают в детектор, поглощаясь в толще земного шара. Такая угловая
асимметрия является признаком рождения W-бозона.
Учтем теперь, что
/па 4 я (2 J -f- 1) Г/Г 12я2 -р, / ту/ \ о / т/i \
* * 2^ {E'-mwy+TW ^ev)6(? - mw).
Тогда
.n = i^2n3j(E0)E0GNt.
Таким образом, ожидаемое число событий определяется лишь одной
неизвестной величиной, а именно, / (Е0)-потоком нейтрино при энергии Е0,
отвечающей массе W7-бозона: E0 = m^/2me.
(Обычно говорят об интегральном потоке Ф (Е):
00
Ф(?)= \j{E)dE = AE~'t. в
Последнее равенство предполагает степенной спектр. Очевидно, что в этом
случае E0j (Е0) = уФ(Е0).)
О МАССЕ Я-БОЗОНОВ
231
24. СВОЙСТВА ХИГГСОВЫХ БОЗОНОВ
В этой главе мы более подробно обсудим вопрос о роли, которую хигтсовы
бозоны (Я-бозоны) играют в слабом взаимодействии при высоких энергиях.
Рассмотрим также возможные механизмы рождения и распада этих частиц.
Обсуждая возникновение массы электрона в стандартной модели
электрослабого взаимодействия, мы установили, что константа
взаимодействия электрона со скалярным хиггсовым бозоном Я, описываемым
действительным полем %, определяется величиной массы электрона:
(Напомним, что т] = (j/^G)~1/г = 246 ГэВ.) Аналогично взаимодействуют Я-
бозоны с другими фермионами: чем тяжелее фермион, тем сильнее
взаимодействие. С легкими лептонами и легкими кварками Я-бозоны связаны
слабо. Это заключение справедливо в том случае, если в теории имеется
лишь один изодублет скалярных мезонов, как в стандартной электрослабой
модели. Как мы увидим в конце этой главы, при наличии нескольких дублетов
некоторые из Я-бозонов могут аномально сильно взаимодействовать с легкими
