Физика 20 века: ключевые эксперименты - Тригг Дж.
Скачать (прямая ссылка):
резонансов при мезонно-барионном рассеянии. Группа из четырех таких
частиц была известна еще с начала 50-х годов. Она представляла собой
квартет с различными изотопическими спинами, с массой 1238 МэВ/с2, спином
3/2 и странностью 0 и обозначалась как N* (1238). Со временем при
проведении экспериментов при высоких энергиях были открыты и другие
группы. Следовато выяснить, соответствует ли и им разработанная система
симметрии.
С математической точки зрения проблема не представляла трудности. Каждый
мезон и каждый барион принадлежат к некоторому октету, и система
симметрии задает определенные правила, по которым можно определить, какие
супермультиплеты могут быть получены из комбинации двух октетов: это
могут быть синглет, два новых октета, два декуплета и одна группа из
333
27 состояний. Система также определяет, какие комбинации изотопического
спина и гиперзаряда могут иметь место в каждой группе. Однако система не
в состоянии предсказать, который из этих мультиплетов может в
действительности существовать в природе. Соотношения между массами здесь
не помогут, так как в теории они определяют связь внутри
супермультиплета, но не связь, между супермультиплетами, поскольку они
зависят от динамических характеристик сильных взаимодействий. Частица N*
(1238) не могла дать ключ к решению вопроса, ибо она подходила по своим
свойствам как в один из двух декуплетов, так и в группу из 27 состояний.
На Международной конференции по физике высоких энергий, состоявшейся в
июле 1962 г. в ЦЕРНе - Европейском центре ядерных исследований в Женеве,
было сообщено о трех фактах, которые проложили путь к решению проблемы.
Первое - было установлено существование предсказанного Гелл-Манном мезона
со спином 1, гиперзарядом 0, изотопическим спином 0 и массой 1020 МэВ/с2.
Это решило вопрос соответствия теории мезонам со спином 1 и укрепило
уверенность в правильности данной схемы. Второй факт заключался в
существовании нового барионно-мезонного резонанса-дуплета по
изотопическому спину, названного 2*, с массой 1535 МэВ/с2. И наконец,
третий факт состоял в отсутствии какой-либо резонансной структуры при
рассеянии К+ на рс энергиями в интервале 140-800 МэВ. При обсуждении
этого последнего сообщения Гелл-Манн отметил, что если, с одной стороны,
N* (1238) принадлежит к 27-мультиплету, то такая структура должна
существовать, поскольку 27-мультиплет включает в себя состояния с
изотопическим спином 1 и гиперзарядом 2, имеющие странность 1 и заряд до
-}-2, которые и соответствуют набору значений для К+ - p-системы. С
другой стороны, декуплет содержит триплет по изотопическому спину со
странностью -1, дуплет по изотопическому спину со странностью -2 и
синглет со странностью -3, причем массы в мультиплетах различаются на
равные величины. Кандидатом на триплетное состояние была уже известная
частица Y i с массой 1385 МэВ/с2 и спином, по всей вероятности, равным
3/2. Новая частица Н* могла бы представлять собой дуплет,
334
так как имела массу подходящей величины. Эти рассуждения приводили к
существованию новой частицы, которую Гелл-Манн назвал ?2~-гипероном, с
массой порядка 1685 МэВ/с2. Эта масса достаточно мала, чтобы распад,
вызванный сильным взаимодействием, при котором должна сохраняться
странность, был энергетически невозможен и поэтому частица должна быть
метаста-бильной. Гелл-Манн предположил, что она может рождаться при
реакции
К~ + р-*К++ K° + Q~,
если К~ имеет импульс не менее 3,5 ГэВ/с.
Среди слушавших выступление Гелл-Манна находился Николас Самиос из
Брукхейвенской национальной лаборатории; именно он ранее сообщил об
обнаружении девятого мезона со спином 1 и частицы S* (1535). Самиос
увидел, что в Брукхейвенской лаборатории есть все необходимое
оборудование для поиска новой предсказанной частицы. Построенная к тому
времени огромная пузырьковая камера длиной около 2 м могла бы служить
прекрасным детектором. Система формирования пучка частиц, который мог бы
содержать /(--мезоны с нужным импульсом, была уже сконструирована и
предназначена для работы с пузырьковой камерой. Поэтому Самиос,
вернувшись в Брукхейвен, собрал исследовательскую группу (опубликованное
позднее сообщение было подписано 33 авторами) для выполнения этого
эксперимента.
В пузырьковой камере жидкость, находящаяся при температуре, близкой к
точке кипения, приводится в перегретое состояние путем расширения, в
результате чего понижается давление, а соответственно и точка кипения.
При этом вдоль следа ионизации, который оставляет в жидкости быстро
пролетающая заряженная частица, начинается испарение и возникает линия из
пузырьков пара, которую можно сфотографировать. Для этрго обычно
используются два фотоаппарата (в большой камере - три), расположенные под
различными углами, что позволяет восстановить трехмерную картину треков.
Часто пузырьковую камеру помещают в магнитное поле, искривляющее
траектории движения частиц (поле, использованное в данном эксперименте,
