Физика 20 века: ключевые эксперименты - Тригг Дж.
Скачать (прямая ссылка):
того, если, как предполагалось выше, некоторые мюоны образуют мюоний и
если при этом даже не возникает никаких других эффектов, то это
обстоятельство создает уже особую проблему. Последующие эксперименты в
Чикагском университете, о которых сообщалось в примечании, данном
Фридменом и Телегди уже на стадии корректуры их подробной статьи,
действительно показали, что мюоний образуется.
"Мюоний будет иметь основное 'So- и первое возбужденное ^-состояния,
разделенные друг от друга сверхтонким расщеплением [на й-3-1010 с-1].
Если ц+-мезон первоначально находится в полностью поляризованном
1 Вейнрих в своей диссертации сравнивал результаты эксперимента на
циклотроне Колумбийского университета с различными теоретическими
гипотезами.
215
состоянии, скажем а(р), в то время как электроны среды, разумеется, не
поляризованы [т. е. имеют поляризации а(е) и |3(е)], то может
образоваться два состояния мюония, а(р)а(е) и а(р)|3(е). Первое из них
представляет собой точное собственное состояние мюония (3Si, т= 1), тогда
как второе не является таковым - оно соответствует когерентной
суперпозиции состояний 'So и 3Sj с т = 0. В соответствии с природой
процесса захвата атомы а(р)а(е) и а(р)Р(е) будут образовываться в равных
количествах, что приводит к зависящему от времени суммарному значению 2-
компоненты спина мюона после захвата, равному <Sz(t))== = ('А) (1 + cos
со/), где w 3-Ю10 с-1. Таким образом, 50% мюонов, захваченных в мюоний,
будут эффективно деполяризованы за время, малое по сравнению со средней
продолжительностью их жизни до распада (2- 10_6с). Следовательно, если х
- доля мюонов, образующих мюоний, то теоретические значения коэффициента
асимметрии а уменьшается до величины а(1-х/2), при условии что в игру не
вступят какие-либо другие деполяризующие механизмы.
В данном внешнем магнитном поле мюоний, находящийся в состоянии 3Si,
будет прецессировать с угловой скоростью около 1,4 • 106 с-1/Гс, что
примерно в 100 раз превосходит скорость прецессии свободного мюона. Это и
потребовало от нас больших предосторожностей по экранированию магнитного
поля.
С другой стороны, некоторые механизмы деполяризации, слишком медленно
действующие, чтобы заметно воздействовать на спин свободного
положительного мюона за время его жизни, могли бы весьма эффективно
привести к .релаксации полного спина мюония в ^-состоянии. Если бы такие
механизмы действовали, коэффициент асимметрии а(1-х) наблюдался бы даже в
идеально экранированной эмульсии... Несколько последовательных процессов,
в которых происходит "обмен заряда", также могли бы привести примерно к
такому же уменьшению асимметрии.
Высказанные замечания следует иметь в виду при сравнении наших
результатов с полученными ранее в экспериментах, при которых прецессия
спина мюона вызывалась приложением внешнею поля". Тем не менее, поскольку
даже при возможном наличии подобных про-
216
цессов деполяризации наблюдаемое значение асимметрии было отлично от
нуля, "можно заключить, что оба взаимодействия, ответственные за переходы
в схеме распада л+->• р,+->• е+, не являются инвариантными относительно
инверсии пространства".
Эти новые данные привлекли к себе значительное внимание, причем не только
физиков, но и неспециалистов; так, журнал "Тайм" сообщил об этих
исследованиях в пространной статье. Была еще одна группа ученых,
заставившая говорить о себе, - это группа, работавшая в Брукхейвенской
национальной лаборатории под руководством Р Рональда Рау, которая
поставила себе задачу изучить угловое распределение частиц в реакции
распада я+-э-р+-э-е+, проинтегрированное по всему спектру импульсов р+-
мезонов, остановленных в жидком водороде. К моменту публикации своих
результатов эти исследователи уже были знакомы с еще не опубликованными
результатами двух других групп, занимавшихся изучением этой реакции. Они
писала: "Весьма вероятно, что наиболее эффективный механизм деполяризации
при остановке р+-мезонов связан с захватом и потерей электронов на
конечном участке их пути Ч Тогда вполне веооятно, что деполяризация
замедляющихся р+-мезонов будет меньшей в веществах, обладающих высокими
ионизационными потенциалами, поэтому в водороде она может быть меньше,
чем в углероде". Эти результаты также были опубликованы в виде письма в
The Physical Review, но позже, чем все остальные.
Эксперимент, осуществленный в Брукхейвенской лаборатории, был значительно
проще описанных ранее. "я+-Мезоны с энергией 100 МэВ, созданные при
бомбардировке медной мишени протонами с энергией 1 БэВ на космотроне2,
подвергались магнитной селекции и на-лравлялись в пузырьковую камеру
(длина - 6 дюймов, глубина - 2 дюйма и высота 3 дюйма) с жидким
водородом. В пучок вводились подходящие поглотители, благодаря чему л+-
мезоны полностью останавливались в камере. Согласно Ли и Янгу, р+-мезоны
поляризуются ?ак, что их спины ориентированы в направлении их
1 Сравните с предположениями Фридмена и Телегди
2 Космотрон - название протонного синхротрона в Брукхейвене.
