Экспериментальная ядерная физика - Мухин К.Н.
ISBN 5-283-04076-3
Скачать (прямая ссылка):
3. ОЧАРОВАННЫЕ МЕЗОНЫ И БАРИОНЫ
Если четвертый кварк действительно существует, то в соответствии с п. 1 кроме частиц со скрытым очарованием в природе должны существовать частицы с явным очарованием, т. е. мезоны типа ей, сЗ и cs и барионы типа cud, cus и т. п.
Построим табл. 48 предсказываемых очарованных мезонов, взяв за основу табл. 46 трехкварковой модели.
Из расположения новых мезонов по клеткам таблицы очевидно, что /)°-мезон имеет z = 0, с= + 1, 5=0, т. е. является очарованным нейтральным мезоном; D + -мезон—его положительно заряженный аналог (возможно, партнер по изотопическому дублету); Z>s+-мезон—странный очарованный заряженный мезон (z=+1, с=\, 5= + 1). Те же буквы со звездочками обозначают возбужденные состояния соответствующих мезонов, а с тильдами или со знаком минус — их античастицы. Угловую клетку таблицы занимает семейство \|/-частиц.
Таблица -48
Кварк
Чр- "
4..d
<7л, s
<//>.й
qpqp, ий
п', р"
D°, D'°
4v 3
q„q„, d3
к°, к-0
D+, D' +
к', к"
к0, Г°
4\<j\, as
~V, d; +
</о. ('
ds, d:
J/\\i, "¦' и др.
340
Глава XXII. Кварки и глюоны. Квантовая хромодинамики
Опираясь на гипотезу о существовании четвертого кварка, можно было предсказать некоторые свойства очарованных мезонов. Так, например, масса Z> -мезона должна быть
mB°>»V/2=l,84 ГэВ,
так как \\f' не может распадаться на D°D° из-за малой ширины. Вместе с тем тво<1,9ГэВ, так как при энергии (е + е~)-пар 3,8 ГэВ начинается новый подъем сечения аннигиляции е+ е ~ в адроны. Если 2)+-мезон—изотопический партнер ?>°-мезона, то их массы должны быть близки. Масса 2) 7 -мезона должна быть больше массы 2)-мезона, так как ms>md. Массы возбужденных состояний скорее всего будут лишь немного больше масс основных состояний соответствующих мезонов (например, на одну пионную массу щ, = 0,14 ГэВ).
Дополнительно к этому можно еще заметить следующее. .О0-Мезон должен распадаться по каналам, содержащим К~-мезон, например по схеме D°-*K~ +п+. Это следует из соотношения (129.9), согласно которому слабые распады с участием с-кварка изображаются током c(jcos0c — ufsin8c), где 8С=14°—угол Кабиббо (см. гл. XXIII). Так как cos8c»sin0c, то преобладающим током является cs, т. е. с-кварк преобразуется преимущественно в лчкварк, имеющий 5= — 1. Те же соображения относятся и _к распаду D+ -мезона. Наоборот, среди продуктов распада D0- и D "-мезонов следует ожидать не К~, а К+-мезоны. Поскольку распад D°-*K~ +п+ слабый, в нем можно ожидать нарушения закона сохранения четности.
Обилие предсказанных свойств позволило обнаружить D-мезоны уже в 1976 г.*. При энергии е~е+ в с. ц. и. 4.03 ГэВ в распаде \|f(4030) были найдены нейтральные и заряженные частицы, распадающиеся по схемам
D + ->K-+n + +n+, D~^K++it-+it- j v ¦ J
за время т«10"13с с нарушением очарования и странности. Оценка масс этих частиц дала
mDo = (l865±15) МэВ, тв, =(1876+ 15) МэВ.
В 1977 г. свойства /)-мезонов были уточнены **. Это удалось сделать в связи с обнаружением новой \|/-частицы *** с массой
* Goldhaber С, Pierre F. М., Abrams G. S. e.a.//Phys Rev. Lett. 1976. Vol. 37, N 5. P. 255—259; Penwzi I., Piccolo M., Feldman G. J. e.a.//lbid. N 10. P. 569— 571.
** PeruzziL, Piccolo M., Feldman G. J. e.a.//Phys. Rev. Lett. 1977. Vol.39, N 21. P. 1301—1304.
*** RapidiusP., Gobbi В., Luke D. e.a.//Ibid. N 9. P. 526—529.
§ 125. Четырехкварковая модель
341
т = 3772 МэВ, Г = 30 МэВ и квантовыми числами IF = 1 ~, которая также распадается по схеме v|/(3772)->Z) + /j». Из-за малости разности масс Am = m^, — 2mD кинематика этого распада оказалась гораздо точнее, что позволило получить для масс D-мезонов следующие значения: wD» = (1863,6+ 2) МэВ, mD+ = (l868,7±2) МэВ, которые очень близки к современным [mDo = (1864,5±0,6) МэВ; mD* = (1869,3±0,6) МэВ].
Сравнение каналов распада D°-+K~+n +
и D ->К~ + тс + + тс+ с точки зрения возможных спина и четности у D°- и D + -мезонов [сравните с рассмотрением (0 — т)-проблемы ] показывает нарушение чётности в 7)-распаде (предполагается, что D0- и 7)+-мезоны образуют изодублет).
Кроме Z>°- и D + -мезонов были также обнаружены возбужденные состояния 7)-мезона. 7)*-Мезон образуется в распаде х|/ (4030)-частицы по схемам
rD°*B°;
\J/(4030)-> D°D0*; (125.9)
Lo*D*
и распадается по схемам с сохранением очарования г7>° + тс°, г7>° + тс + ;
Do* D + *-+D + +n°; (125.10)
1-7)°+ у, l-?>++Y,
т.е. быстро (т»10_22с). Массы 7)*-мезонов равны
(2010,1 ±0,7) МэВ (D + *) и (2007,0±2,1) МэВ (D0*).
Спин 7)*-мезонов равен единице (в отличие от 7)-мезонов, у которых он равен нулю). Это согласуется как со схемой рожденщ (125.9), так и со схемой распада (125.10) 7)*-мезона.
С обнаружением Z)s+- и ")5~-мезонов дело обстояло сложнее. Их предполагаемые свойства были предсказаны одновременно со свойствами D+- и 7)0-мезонов, и уже в 1979 г. появилось первое сообщение* об открытии частиц типа cs и cs с Массами 2,02 ГэВ, которые были названы соответственно F+- и F~-мезонами, а также их возбужденных состояний F+* и F~* с массами mf,*2,14 ГэВ. Однако в последующих работах существование ^-мезонов с указанными выше массами не подтвердилось, а в 1983 г. была опубликована статья**, в которой сообщалось об открытии частиц аналогичного
