Очарование физики - Глэшоу Ш.Л.
ISBN 5-93972-151-6
Скачать (прямая ссылка):
тельно не отличается от частицы, наблюдавшейся в DORIS, затем сразу распадается на адроны. 182
Кварки с цветом и ароматом
Соответствие теории и эксперимента, выявленное открытием р-вол-новых переходов, внушает нам стойкую уверенность в правильности объяснения J-частицы через чармоний. Существует, по крайней мере, еще одно предсказанное состояние, называемое парачармонием, которое должно быть обнаружено, если такому объяснению данной частицы суждено подтвердиться. Оно отличается от наблюдаемых состояний ориентацией спинов кварка: у J, ф' и ф" (которые вместе называются орто-чармонием) спины параллельны; у парачармония они антипараллельны. Пока парачармоний обнаружен не был, но если данное теоретическое описание имеет смысл, то парачармоний должен существовать.
Помимо различных состояний (неочарованного) чармония, также должны существовать и все предсказанные очарованные частицы. Если J действительно является состоянием чармония, то из ее массы мы можем вывести массы всех адронов, содержащих очарованные кварки.
Очень важное изначальное ограничение на диапазон возможных масс наложила интерпретация подавления нейтральных токов, изменяющих странность. Если механизм подавления работает, то очарованный кварк не может быть намного тяжелее, чем его родственники. С другой стороны, он не может быть и очень легким, так как в этом случае мы уже имели бы возможность наблюдать очарованные адроны. Таким образом, опираясь на эти условия, массы очарованных частиц оценили как равные примерно 2 или 3 ГэВ.
После открытия J-частицы я со своими гарвардскими коллегами, Алваро де-Рухулой и Говардом Джорджи, провел более формальный анализ. То же самое сделали и другие. Сделанные нами оценки указывают на то, что очарованные состояния с минимальной массой — это мезоны, образованные с-кварком и й- или J-антикварком; их масса должна находиться между 1,8 и 2,0 ГэВ. Величина, находящаяся в пределах этого диапазона, могла бы согласоваться с предположением, что ф' лежит ниже порога создания пары очарованных мезонов, а ф" — выше.
Очарованный барион с минимальной массой имеет кварковый состав udc\ мы предсказываем, что его масса около 2,2 ГэВ. Как и следовало ожидать, поскольку с-кварк — самый тяжелый из всех четырех кварков, наиболее тяжелым из предсказанных очарованных барионов является барион с кварковым составом ссс. Мы считаем, что его масса составляет около 5 ГэВ.
Важный принцип, которым мы руководствуемся при выборе направления экспериментальных исследований, заключается в необходимости того, чтобы при большинстве взаимодействий очарованные частицы создавались только парами. Может быть создано два адрона: один, содержащий очарованный кварк, а другой — очарованный антикварк; оче- 183 Кварки с цветом и ароматом
видным следствием этого принципа является удвоение энергии, необходимой для создания очарованной частицы. Важное исключение из этого правила составляет взаимодействие нейтрино с другими видами частиц, например, с протонами. Нейтринные события весьма редки, так как нейтрино проявляют только слабые взаимодействия, а в слабых процессах может измениться аромат кварка. В поисках очарования были перепробованы многие экспериментальные методики, но ни одной очарованной частицы однозначно обнаружено не было. Тем не менее, существуют два обнадеживающих эксперимента, связанные с нейтринными взаимодействиями. В обоих экспериментах в конечном итоге может появиться очарование, но даже если это тщетная иллюзия, эксперименты все равно предлагают многообещающие направления исследования.
Один из этих экспериментов проводился в Национальной лаборатории им. Ферми по ускорению частиц в Батавии (Иллинойс) группой физиков, возглавляемых Дэвидом Б. Клайном из Висконсинского университета, Альфредом К. Манном из Пенсильванского университета и Карло Руббиа из Гарварда. При исследовании взаимодействий нейтрино, обладающих высокой энергией, они обнаружили, что в нескольких процентах событий среди продуктов этих взаимодействий обнаруживались два противоположно заряженных мюона. Один из этих мюонов может создаваться непосредственно из падающего нейтрино, но второй достаточно сложно объяснить, используя лишь ансамбль известных неочарованных частиц. Скорее всего, мюон испускается в результате распада тяжелой частицы, созданной в процессе реакции. Этот распад вызван слабым взаимодействием. Наша частица должна иметь массу от 2 до 4 ГэВ, и если она является адроном, то должно существовать какое-то объяснение ее распада, вызванного слабым взаимодействием. Механизм распада большинства частиц с такой большой массой — сильное взаимодействие. Необходимым объяснением могло бы стать присутствие в частице очарованного кварка.
Второй эксперимент был проведен в Брукхейвене группой исследователей под руководством Николаса П. Самиоса. Они сфотографировали треки, получающиеся в результате взаимодействия нейтрино с протонами в пузырьковой камере. В выборке, составленной несколькими сотнями наблюдаемых столкновений, одна фотография, казалось, не имела традиционного объяснения (см. рисунок 3).
