Экспериментальная ядерная физика - Мухин К.Н.
ISBN 5-283-04076-3
Скачать (прямая ссылка):
В результате анализа множества F-вилок было доказано существование двух типов нейтральных нестабильных частиц: V° и V%, распад которых на две заряженные частицы сопровождается выделением энергии ?)i~37 и 02 = 220 МэВ соответственно. Относительно частицы V\ мы будем говорить подробно в § 115, что же касается частицы V°, названной 9°-мезоном, то оказалось, что она распадается на два л-мезона:
9° ->л+ -л", 0*220 МэВ. (П4.2)
В соответствии с этой схемой распада 9°-частицу назвали ЛГя2-мезоном. Значение массы 9°-мезона определяется как тво = 2аия 4- Q » 965we.
Время жизни 9°-частицы определялось по времени пролета медленной 9°-частицы от места ее предполагаемого рождения (звезда, лежащая в плоскости вилки на некотором расстоянии от ее вершины) до места распада. Оно оказалось равным
Тво«10-,ос.
Здесь приведены лишь самые предварительные сведения о нейтральных Х-мезонах. В § 116 и 118 мы остановимся на этом вопросе подробнее.
х-Мезон и другие А-частицы. В 1951 г. при исследовании мюонов, образующихся при (л — ц)-распаде, были обнаружены два случая, напоминающие (л — ц)-распад, в которых, однако, следы мюонов были значительно длиннее 600 мкм и различны по длине. Измерение массы первичной частицы, названной и-мезоном, дало значение /Мх~1000/ме, а различная длина пробега была объяснена трехчастичной схемой распада:
х ц + 2 н. ч., где н. ч. нейтральная частица.
Впоследствии в результате изучения достаточно большого числа случаев (х — и)-распада было установлено, что этот распад происходит по схеме
х + ->ц+-г-л° + у, Q»250 МэВ (А"+3-мезон),
§ 114. К-мезоны
267
так что масса х+-мезона равна (966+1)/ие.
В ходе дальнейших исследований космических лучей и пучков, выведенных из ускорителей, были обнаружены частицы со сходными схемами распада (одинаковые Q), но различными знаками заряда:
Массы всех этих частиц оказались равными (965—970) т е, времена жизни для ЛГ±-мезонов—порядка 10~8 с, а для Я°-мезонов — примерно 10 "10 с.
3. (9—т)-ПРОБЛЕМА
Из предыдущего видно, что имеется много случаев распада настабильных частиц с близкими массами и временами жизни.
Естественно было предположить, что они являются различными схемами распада одной и той же частицы. Однако такому заключению противоречит существенное различие в свойствах 0- и т-частиц, которые имеют противоположную четность. В самом деле, в соответствии со схемой распада 9+-частицы на два л-мезона и в предположении, что в процессе распада выполняется закон сохранения четности, получим для четности 9 т -частицы
Отсюда следует, что 9+-мезон может иметь следующую серию значений спина и четности: 0+, 1~, 2+, ... из которых наиболее вероятным является 0+.
Аналогично можно получить допустимые значения спина и четности т-мезона, если для удобства рассуждений разбить систему трех тс-мезонов на я "-мезон и двухпионную систему (тс++тс+), состоящую из двух тождественных тс+-мезонов (рис. 440):
1) т°->тс++тГ+л°, б = 75МэВ (К°3);
2) е±-*п±+п°, 0 = 220 МэВ (К&); 3) х°-ц± + тс+ + у; е = 250 МэВ (К%).
(114.4) (114.5) (114.6)
(П4.7)
(114.8)
т+->п +(п++тс+).
Тогда спин т+-мезона
sT =s„ +I+1 = I + 1 = L+1,
(114.9)
268
Глава XX. Странные частицы
>яг+ где s„ —спин тс "-мезона; I = s^- + s,. + L —
полный момент (тс+ +тс+)-системы; s„*— спин п+-мезона; L — орбитальный момент 0 л+-мезонов в их с. ц.и. (напомним, что I я- s„ = 0); 1 — орбитальный момент л "-мезона относительно я+тс+-системы. , + Соответственно четность т + -мезона
Рис.440 /\ = Р(л++Л + )Ря (-1)'" =
Pl>{-\)LP* (-l)'- = ^(-l)i + ' = (-l)t + , + 1 (П4.10)
(так как РЖ+=РЖ = — 1).
Из характера углового и энергетического распределений я-мезонов от т+-распада следует, что наиболее вероятным значением спина т -мезона является st =0. Но согласно (114.9) st.=L+l, поэтому из st.=0 следует L = l, т. е. число L + l=2L должно быть четным и
Рт.=(-1)21+1 = -1. (114.11)
Итак, т + -мезон имеет спин и четность 0", а 9+-мезон — спин и четность 0 + , хотя обе эти частицы имеют равные массы и времена жизни (различие в массе т + - и 8+-мезонов составляло 0,1%).
Возникшую трудность, которую назвали (9—т)-проблемой, пытались разрешить разными способами. Однако к успеху привел только наиболее радикальный из них — предположение о нарушении закона сохранения четности в АГ-распаде, высказанное в 1956 г. Ли и Янгом.
4. НЕСОХРАНЕНИЕ /^-ЧЕТНОСТИ В /С-РАСПАДЕ
Закон сохранения пространственной четности претерпел весьма любопытную эволюцию. Открытый еще на заре становления квантовой механики для зеркально-симметричных процессов, он стал успешно применяться при классификации уровней атомов и ядер, для получения правил отбора в электромагнитных процессах и ядерных реакциях (см. § 6) и даже (ошибочно, как потом выяснилось) при построении первой теории Р-распада, т. е. для интерпретации процесса слабого взаимодействия. И вот от этого, казалось бы, универсального закона сохранения надо было отказаться для решения (9 — т)-проблемы.
