Материал: Добрецов Сборник лабораторных работ по ядерной физике Ч.3 2013

обязательно сопровождается образованием еще одного нуклона. Это объясняется законом сохранения барионного заряда В, который выполняется при любых взаимодействиях. Барионный заряд В = +1 для нуклонов и гиперонов, В = –1 для антинуклонов и антигиперонов, В = 0 для остальных частиц. Как ассоциативное рождение, так и большое время жизни гиперонов и К-мезонов оказалось возможным объяснить, введя квантовое число S («странность»). Значение странности S можно определить из соотношения ГеллМанна – Нишиджимы:

Q = TZ + (B + S)/2,

где Q – электрический заряд частицы в единицах заряда электрона, TZ – проекция изотопического спина.

Адроны группируются по изотопическим мультиплетам. Частицы, входящие в мультиплет, имеют близкие массы. Каждый мультиплет характеризуется изотопическим спином Т и содержит 2Т + 1 частиц, различающихся значением проекции изотопического спина TZ. Частицы, принадлежащие одному мультиплету, одинаково ведут себя в ядерных взаимодействиях, при этом выполняется закон сохранения изотопического спина.

Частицы каждого изотопического мультиплета имеют одинаковую странность (табл. 15.1), частицы и античастицы обладают противоположной по знаку странностью.

Квантовое число S является скалярной аддитивной величиной. В процессах, обусловленных сильными взаимодействиями, странность изолированной системы сохраняется, т.е. S = 0. Из этого следует:

25

странная частица не может быстро распадаться на обычные частицы (нуклоны и π-мезоны);

при взаимодействии обычных частиц не может происходить быстрое образование одной странной частицы.

Распады странных частиц происходят с нарушением закона сохранения странности и относятся к слабым взаимодействиям (за исключением электромагнитного распада Σ0 → Λγ). При этом сте-

пень нарушения закона сохранения странности ограничена: странность не может измениться больше чем на единицу. По-

этому не происходит, например, распад Ξ– → n + π–. К-мезоны со странностью +1 и –1 неодинаково ведут себя при взаимодействии с веществом: при низких энергиях K+- и K0-мезоны могут только

рассеиваться и перезаряжаться, К-- и K~ 0 -мезоны образуют гипероны в реакциях типа K– + p → Λ + π0.

В свойствах нейтральных К-мезонов наблюдается своеобразная двойственность. В процессах рождения и взаимодействия они ве-

В данной работе изучаются распады по следующим каналам:

1)K+ → π+ + π+ + π– (τ+-распад);

2)K S0 → π+ + π– (Θ0-распад);

26

3) Λ → p + π–.

Распад медленного К+-мезона на три заряженных пиона по схеме 1 можно наблюдать в пузырьковой камере, поскольку энерговыделение в этом распаде невелико (75 МэВ) и пробеги пионов могут укладываться в пределах камеры. Распады частиц по схемам 2 и 3

также легко наблюдаемы, так как время жизни KS0 -мезонов и Λ-

гиперонов порядка 10–10 с и длина пролета от места рождения до места распада нейтральной частицы составляет несколько сантиметров для энергий порядка 1 ГэВ.

В табл. 15.2 даны основные характеристики всех частиц, участвующих в этих распадах [8].

Таблица 15.2

В настоящей работе предлагается определить массы К+-, К0- и Λ-частиц по продуктам их распада и оценить время жизни

KS0 -мезонов и Λ-гиперонов.

Определение масс странных частиц по продуктам их распада

Процесс идентификации распадов странных частиц заключается в проверке соотношений, вытекающих из законов сохранения. Суммарный электрический заряд продуктов распада должен рав-

27

няться заряду распадающейся частицы. Для трековых приборов, работающих в магнитном поле, знаки зарядов частиц легко установить по кривизне следов. Если магнитное поле отсутствует, то знак заряда π-мезона, например, можно установить в случае его остановки в объеме камеры по следующим признакам: положительный пион распадается по схеме π+ → μ+ → e+, а отрицательный – захватывается ядром рабочего вещества.

Следствием закона сохранения импульса является условие компланарности следов частиц. В случае распада медленного (остановившегося) К+-мезона на три заряженных пиона начальные участки следов трех вторичных пионов должны лежать в одной плоскости. Пример τ+-распада в пузырьковой камере дан на рис. 15.1.

Рис. 15.1

На рис. 15.2 схематически показаны образование и распад нейтральной частицы на две заряженные.

Рис. 15.2

28

Пунктиром обозначено направление полета нейтральной частицы, сплошными линиями – следы заряженных частиц. Условие компланарности в этом случае заключается в том, чтобы точка образования нейтральной частицы (точка А) лежала в плоскости, образованной направлениями полета продуктов распада (линии 1 и 2). Очевидно, линия полета нейтральной частицы должна проходить между следами вторичных частиц. Проверка условия компланарности позволяет отбросить случаи, не относящиеся к распадам 2 и 3 (например, двухлучевые звезды, вызванные нейтронами; случайные V-образные рассеяния частиц). Для того чтобы отнести событие к распаду 2 или распаду 3, необходимо определить природу вторичных частиц, т.е. установить, является ли положительно заряженная частица протоном или π+-мезоном (следы ультрарелятивистских электронов и позитронов идентифицируются по элек- тронно-фотонным ливням).

Случаи, относящиеся к двухчастичному распаду, должны удовлетворять уравнениям

где М и Р – масса и импульс распадающейся частицы; m1 и m2, P1 и P2 – массы и импульсы вторичных частиц. Для вторичных частиц, пробег которых укладывается в камере, импульсы P1 и P2 определяются с большой точностью. Решение уравнений (15.1)–(15.3) позволяет определить массу и импульс распадающейся частицы.

При распаде на n частиц масса распадающейся частицы определяется выражением

При распаде остановившейся частицы суммарный импульс продуктов распада равен нулю и масса находится из соотношения

i=1

29