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

Для определения массы распадающейся частицы в двухчастичном распаде достаточно знать углы вылета частиц и импульсы только одной вторичной частицы. Импульс второй частицы находится из уравнения (15.2).

В том случае, когда данных для определения массы распадающейся частицы недостаточно (пробег ни одной из вторичных частиц не укладывается в камере), идентификация производится проверкой

того, какой из двух вариантов (M = MK или М = МΛ) удовлетворяет уравнениям (15.1) – (15.3). По двум измеренным углам вылета продуктов распада можно определить импульс К-мезона или Λ-гиперона [4]. Подставив эти значения импульсов в уравнения (15.1), (15.2), можно вычислить импульсы Р1 и Р2 вторичных частиц для каждого из двух вариантов распада. Сравнивая полученные значения Р1 и Р2 с нижними границами импульсов, определенными по видимой части пробега частиц, можно выбрать один из вариантов.

Определение времени жизни K S0 -мезонов и Λ-гиперонов

Определение времени жизни частиц с помощью трековых приборов основано на измерении длины пролета, т.е. расстояния, пройденного частицей от момента ее образования до распада.

Именно таким способом в ядерной эмульсии впервые определили время жизни π0-мезона 10–16 c.

Зная импульс распадающейся частицы Р и длину ее пролета L, можно вычислить время жизни каждой отдельной нейтральной частицы в системе, где она покоится:

Среднее время жизни данного сорта частиц можно определить, если вычислить среднее значение t:

Среднее значение τ, определенное в эксперименте, может отличаться от истинного из-за того, что регистрируемая длина пролета

30

ограничивается размерами камеры и ее пространственной разрешающей способностью. В данной работе поправки, связанные с этим обстоятельством, не учитываются.

ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ УСТАНОВКА

Материалом для работы служат стереоснимки, полученные на 200-литровой пузырьковой камере МИФИ, облученной в пучке π–-мезонов с импульсом 4 ГэВ/с протонного синхротрона ИТЭФ. Камера наполнена смесью фреона-12 (CF2Cl2), фреона-13 (CF3Cl) и установлена в электромагните типа МС-12, магнитная индукция 1,6 Тл. Образование странных частиц происходит при столкновении π–-мезона с ядром рабочего вещества камеры (C, F, Cl). Большие размеры рабочего объёма (105×50×40 cм3) позволяют регист-

рировать распады KS0 → π+ + π– и Λ → p + π– с эффективностью,

близкой к 100 %. Рабочий объем фотографируется двумя фотокамерами «Гидроруссар-4», оси объективов параллельны, расстояние между осями (база фотографирования) 416 мм.

Пространственная картина событий восстанавливается с помощью стереопроектора. Изображения с двух стереоснимков проецируются одновременно на экран с помощью той же оптической системы, которая использовалась при фотографировании. Для того чтобы определить положение какой-либо точки (например, звезды) в пространстве, необходимо перемещать экран до тех пор, пока два изображения этой точки не совместятся. Чтобы измерить длину отрезка в пространстве, необходимо совместить его изображения с двух кадров перемещением экрана, тогда длина этого отрезка на экране будет равна действительной. Очевидно, все точки, изображения которых совмещены при данном положении экрана, лежат в одной плоскости и расстояния между ними равны действительным.

Для правильной настройки стереопроектора измеряют реперные метки, нанесенные на стекла камеры. При помощи стереопроектора удобно проверять свойство компланарности и выполнять измерения, не требующие высокой точности. Обычно все измерения производят непосредственно на экране стереопроектора. Для лабораторной работы предлагаются фотографии, полученные следующим образом. С помощью стереопроектора определяется плоскость рас-

31

пада странной частицы (событие выстраивается), затем на экран накладывается фотобумага и производится экспозиция (через один объектив или через два одновременно).

При измерениях следует учесть, что проектор восстанавливает пространство камеры в масштабе 1:2. Магнитное поле направлено от читателя, но не перпендикулярно к плоскости фотографии, так как плоскость распада может быть произвольно расположена.

ПОРЯДОК ВЫПОЛНЕНИЯ РАБОТЫ

1. На фотографиях, предложенных для обработки, отыскать распады K+ → π+ + π+ + π– (τ+-распад) и зарисовать их. Измерить углы вылета π-мезонов и их пробеги; данные занести в табл. 15.3.

2.Отыскать на фотографиях двухчастичные распады нейтральных частиц (V0-события). Определить знаки зарядов вторичных частиц и их природу в тех случаях, когда это возможно.

3.Наложив на фотографию события лист кальки, отметить точку рождения нейтральной частицы, точку распада, несколько точек на следах вторичных частиц и окончания этих следов. Провести линию полета странной частицы и направления вылета вторичных

частиц. Измерить и занести в табл. 15.4 длину пролета RV, длины следов продуктов распада Li, углы ϕi их вылета относительно направления странной частицы.

ОБРАБОТКА РЕЗУЛЬТАТОВ ИЗМЕРЕНИЙ

1. По кривым пробег-энергия (рис. 15.3) определить энергии пионов в τ+-распаде, по энергиям определить импульсы.

R, см

а

R, см

б

,

Рис. 15.3

33

Вычислить суммарный импульс трех пионов, убедиться в его малости. Определить массу К+-мезона, найти среднее значение его массы и оценить её среднеквадратичную погрешность.

2.Для двухчастичных распадов определить энергии вторичных частиц или их нижние границы, если след выходит за пределы камеры. По энергиям определить импульсы или нижние границы импульсов.

3.Вычислить импульс и массу распадающейся частицы, пользуясь уравнениями (15.1) - (15.3) для случаев, в которых пробег хотя бы одной из вторичных частиц укладывается в камере. Определить

средние значения масс К0-мезонов и Λ-гиперонов, оценить среднеквадратичные погрешности этих значений.

4. Вычислить время жизни каждой нейтральной частицы в ее системе покоя (см. уравнение (15.5)). Определить среднее время

жизни для KS0 -мезонов и Λ-гиперонов, сравнить их с табличными значениями.

5. Определить значение пороговой энергии π-мезона для реак-

ции

π– + p → Λ + K.

Контрольные вопросы

1.По каким характеристикам странные частицы объединены в отдельное семейство?

2.Каким образом определяются массы странных частиц по продуктам их распада?

3.Какие экспериментальные данные необходимы для определе-

ния времени жизни Λ-гиперонов и Ks0 -мезонов?

34