Physel.ru

Физика, механика и т.п.

  • Full Screen
  • Wide Screen
  • Narrow Screen
  • Increase font size
  • Default font size
  • Decrease font size

§ 241. Кварковая модель и процессы образования и распада адронов.

E-mail Печать PDF
Пользуясь правилами кварковой модели (§ 239) и данными табл. 13, 14 (§§ 239, 240), скажем теперь несколько слов о том, как в теории кварков описываются различные адронные реакции. Вспомним, например, образование p-мезонов в нуклон-нуклонных взаимодействиях n+р®n+n+p+ (§ 232). В кварковой модели эту реакцию следует записать следующим образом:
(241.1)
Мы видим, что реакция образования p-мезона свелась к образованию кварк-антикварковой пары dd~ и к перегруппировке кварков между собой. Такая реакция удовлетворяет правилам кварковой модели (§ 239, пункт 4) и может идти. Другой пример — это процесс образования барионов и антибарионов p-+р®p-+р+р+р (такое взаимодействие зарегистрировано на фотографии в пузырьковой камере — рис. 416). В модели кварков имеет место процесс
(241.2)
т. е. образование двух uu~-пар и одной dd~-пары, которые затем сгруппировались в протон и антипротон.

Рассмотрим теперь реакции образования странных частиц. Здесь также разрешены только такие процессы, которые сводятся к образованию (аннигиляции) кварк-антикварковых пар с определенным ароматом и к перегруппировке кварков. Например, реакция
(241.3)
сводится к аннигиляции dd~-пары и к рождению ss~-пары и поэтому является разрешенной. Она наблюдалась на снимках в жидководородной пузырьковой камере. Вместе с тем, для того чтобы шла реакция
(241.4)
кварки должны изменяться: два s-кварка должны перейти в два u-кварка. Согласно основным положениям кварковой модели такие процессы не могут происходить — во всяком случае в сильных и электромагнитных взаимодействиях, в которых ароматы сохраняются. И действительно, реакция (241.4) никогда не наблюдалась ни в одном эксперименте.

Можно рассмотреть и ряд других реакций — например тех, в которых происходит совместное рождение целых групп странных частиц. Такой анализ носит очень простой характер. Как видно из рассмотренных выше примеров, он, по сути, сводится к некоторой «игре в кубики», где под кубиками подразумеваются кварки с определенными ароматами. «Правила игры» здесь сформулированы в постулатах кварковой модели (см. § 239).

В последние годы во многих сильных и электромагнитных процессах при высоких энергиях наблюдались события

Рис. 424. Образование и распад очарованных D° и D~°-мезонов. На рисунке показаны две фотографии событий парного образования очарованных частиц в реакции p-+р®D°+D~°+ (другие частицы) в пузырьковых камерах с высоким пространственным разрешением. D°-мезоны имеют время жизни ~10-12 с и пролетают расстояния в несколько мм. Зарегистрированы их распады D°®K-+p++p++p- и D~°®K++p-. Вверху справа и внизу приведены схемы соответствующих событий.
совместного образования очарованных и прелестных адронов. Распады таких частиц обусловлены слабыми взаимодействиями и характеризуются временами жизни 10-12—10-13 с. При этом частицы успевают пролететь очень малые расстояния, которые даже при релятивистском возрастании их времени жизни (см. § 236) оказываются порядка нескольких миллиметров. Для регистрации таких частиц нужны детекторы, которые позволят надежно измерять столь малые расстояния. На рис. 424 представлены снимки событий p-р-взаимодействий, полученные в специальных небольших пузырьковых камерах, в которых удалось получить очень точные фотографии с хорошим пространственным разрешением. На этих снимках наблюдается парное образование очарованных частиц — D°-мезона и D~°-мезона — в сопровождении других адронов (в основном p-мезонов):
p-+р®D°+D~°+ (другие частицы). (241.5)
С точки зрения кварковой модели реакция сводится к образованию некоторого количества кварк-антикварковых пар (в том числе и пары сс~-кварков), которые затем группируются в D°- и D~°-мезоны и в дополнительные адроны. Вообще надо отметить, что при высоких энергиях в процессах соударений может наблюдаться образование очень большого числа кварк-антикварковых пар, которые проявляются затем во множественном образовании адронов. Одно из таких событий, полученное на встречных пучках протонов и антипротонов при огромной доступной энергии 540 ГэВ, уже приводилось на рис. 423.

Кварковые ароматы не являются строго сохраняющимися квантовыми числами, и они могут меняться в слабых взаимодействиях. Слабые распады адронов поэтому обусловлены переходами кварков с одними ароматами в кварки с другими ароматами (см. § 239, пункт 5). Например, наблюдается распад странных L-гиперонов по каналу L®+р+p- (см. фотографию на рис. 419). Этот процесс на языке кварковой модели может быть описан в два этапа. Слабые взаимодействия приводят к переходу s®u, в котором s-кварк превращается в u-кварк с другим ароматом. Происходит также «слабое» образование кварк-антикварковой пары du~ с разными ароматами кварков. Таким образом, первый этап гиперонного распада сводится к «слабому» переходу s®u+d+u~. Затем, на втором этапе, благодаря уже сильным взаимодействиям, происходит перегруппировка кварков с образованием двух адронов — протона и p--мезона:
(241.6)
Этот пример показывает, что сильные взаимодействия также играют определенную роль в слабых распадах адронов, осуществляя образование сильновзаимодействующих частиц в конечном состоянии. Однако в основе таких слабых распадов лежит слабый процесс, вызывающий превращения начальных кварков.

В заключение рассмотрим еще b-распад нейтронов n®p+e-+n~e, о котором уже не раз. говорилось (см. §§ 230, 233). Слабые взаимодействия вызывают здесь переход d-кварка в u-кварк с образованием лептонов е- и n~е:
(241.7)
Слабые силы, как видно из этого примера, изменяют индивидуальность не только кварков, но и лептонов, образуя пару лептонов разных типов (о лептонах подробнее будет сказано в следующем параграфе).

Комментарии  

 
0 #1 21.12.2010 14:11
Как мне все это нравится
Цитировать
 

Добавить комментарий

Защитный код
Обновить

You are here: