Стартовая Предметный указатель Новости науки и техники
Новости науки и техники
История одного открытия
Как опыты по физиологии привели к изобретению источника тока.
Днём рождения самых первых источников тока принято считать конец семнадцатого столетия, когда итальянский ученый Луиджи Гальвани совершенно случайно обнаружил электрические явления при проведении опытов по физиологии. Далее...

Электрический ток

очарованные частицы

ОЧАРОВАННЫЕ ЧАСТИЦЫ - семейство адронов, обладающих квантовым числом очарование .О. ч. имеют в своём составе относительно тяжёлые с-кварки с электрпч. зарядом +2/3. Масса составляющего (конституентного) с-кварка примерно 1,5 ГэВ, так что характерная масса О. ч. ~ 2 ГэВ. Как и обычные частицы, О. ч. обладают определёнными значениями странности и изотопического спина, зависящими от их кваркового состава. К кон. 80-х гг. лучше были изучены свойства очарованных мезонов, чем барионов. Самые лёгкие очарованные мезоны распадаются только в результате слабого взаимодействия и живут относительно долго, порядка 10-13 с. Кварковая структура известных очарованных мезонов следующая:15032-69.jpg15032-70.jpg15032-71.jpg15032-72.jpg15032-73.jpg где и, d, s15032-74.jpg- соответственно нуклонные и странный кварки (антикварки). Символы D, Ds относятся к псевдоскалярным частицам. Для векторных мезонов приняты символы D*,15032-75.jpg. Значения масс известных очарованных мезонов таковы:

m(D0) = (1864,615032-76.jpg 0,6) МэВ, m(D+) = (1869,315032-77.jpg 0,6) МэВ, m(D*0) = (2007,215032-78.jpg2,1) МэВ, m(D*+) = (2010,115032-79.jpg0,7) МэВ,

m(Ds+) = (1970,515032-80.jpg2,5) МэВ.

Для очарованных барионов установлено существование только15032-81.jpg = (udc15032-82.jpg = (usc),15032-83.jpg= (2281,2 + 3,0) МэВ,15032-84.jpg =(246015032-85.jpg4) МэВ.
В результате слабого распада с-кварка образуются преим. s-кварки. Вероятность образования нуклонных кварков подавлена как15032-86.jpg где15032-87.jpg - Кабиббо угол. Т. о., в распадах D-мезонов и15032-88.jpg-бариоиов образуются, как правило, странные частицы ,а в распадах DS.-мезонов - частицы, в волновой ф-ции к-рых велика примесь состояния15032-89.jpg (прежде всего15032-90.jpg и15032-91.jpg-мезоны). Векторные D*-мезоны распадаются на D- и15032-92.jpg -мезоны за счёт сильного взаимодействия.
Наиб. интересный факт, касающийся слабых распадов О. ч., - существ. различие полных времён жизни D0- и D+-мезонов:

15032-93.jpg15032-94.jpg

Это эксперим. наблюдение означает, что неверна т. н. спектаторная модель, согласно к-рой вероятности распадов О. ч. определяются исключительно амплитудами распада с-кварка, а присутствие нуклонного кварка в мезоне несущественно - последний играет роль
"наблюдателя", "спектратора". До появления эксперим. данных практически не было сомнения в справедливости спектаторной модели.
Времена жизни Ds-мезона и15032-95.jpg15032-96.jpg -барионов известны с худшей точностью:

15032-97.jpg15032-98.jpg

15032-99.jpg

Наиб. полная информация о массах и парциальных ширинах распадов очарованных мезонов была получена в экспериментах по аннигиляции пары е+е- в адроны, проведённых на встречных электронно-позитронных пучках. В этих экспериментах был. в частности, открыт мезон15032-100.jpg(3770) (см. Кварконий ),к-рый распадается практически всегда на пару15032-101.jpg. Поскольку сечение рождения15032-102.jpg (3770) при резонансной энергии велико, то встречные е+е--пучки являются как бы фабрикой D-мезопов.
Однако первое, правда косвенное, указание на существование О. ч. было получено при изучении взаимодействий мюонных нейтрино с нуклонами; в 1974 на ускорителе в Батейвии (США) были зарегистрированы т. н. димюонные события:

15032-103.jpg

когда в конечном состоянии наблюдаются два мюона, а остальные частицы (X) не идентифицируются. Димюонные события естественно было интерпретировать как рождение О. ч., напр.

15032-104.jpg

с последующим слабым лептонным распадом D-мезона. Прямое свидетельство в пользу существования О. ч. было получено в 1976 - 77 в опытах но аннигиляции е+е-.
Особые трудности представляет измерение времени жизни О. ч. Для решения этой задачи была развита спец. методика. Время жизни определялось по длине пробега в фотоэмульсии. Однако для выделения редких событий рождения О. ч. поиск таких реакций проводился только в том случае, когда регистрировались продукты распада О. ч. (напр., с помощью внеш. мюонного идентификатора).
Открытие О. ч. явилось триумфом теории, в особенности кварковой модели адронов, к-рая предсказала существование новых частиц задолго до их эксперим. обнаружения. Несколько условно развитие теоретич. представлений об О. ч. можно разбить на три этапа. В 60-х гг. существование О. ч. обсуждалось как возможное, но не обязательное расширение семейства известных тогда кварков: и, d, s, с (?). В 1970 в работе Ш. Глэшоу (Sh. Glashow). Дж. Илиопулоса (J. Iliopulos), Л. Майани (L. Maiani) было показано, что должны существовать относительно лёгкие - не тяжелее неск. ГэВ - О. ч. Существование нового кварка было необходимым условием самосогласованности теории слабого взаимодействия. Поэтому предсказывались и амплитуды слабого взаимодействия с-кварка, в частности преимуществ. связь с-кварков с s-кварками.
Нет никаких сомнении в том, что исходные теоретич. представления, приведшие к предсказанию О. ч., верны. После открытия О. ч. возникла задача более детального динамич. описания свойств с-кварков и адронов, состоящих из этих кварков. Оказалось, что относительно большая величина массы очарованного кварка, как правило, позволяет значительно упростить теоретич. описание и тем самым выявить его осн. закономерности. В частности, мезоны, составленные из пары кварков15032-105.jpg наиб. просто описываются в рамках
совр. теории сильного взаимодействия - квантовой хромодинамики. Энергия связи этих мезонов оказывается чувствительной к величине т. к. вакуумного глюонного конденсата. В рамках потенциальных моделей изучение мезонов, состоящих из очарованных кварков, позволило установить вид потенциала взаимодействия между кварками (сумма членов пропорциональных r и r-1, где r - расстояние между кварками).
В то же время сравнение теоретич. предсказаний с опытом выявило несостоятельность нек-рых динамич. представлений. Выше отмечалось, что для описания слабых распадов О. ч. оказалась непригодной спектаторная модель. Поскольку эта модель заведомо должна быть верна для достаточно тяжелых кварков, то ясно, что масса кварка, равная 1,5 ГэВ, ещё недостаточно велика, чтобы пользоваться асимптотическими по массе кварка ф-лами. Сечение рождения О. ч. в столкновениях нуклонов оказалось значительно больше, чем предсказывалось теоретически. Для объяснения этих данных возникли модели, согласно к-рым волновые ф-ции обычных нуклонов содержат значит, примесь состояний с очарованными кварками (сс). Подобные модели означают модификацию обычных представлений о нуклонах. Альтернативным объяснением является неприменимость теории возмущений к процессам рождения О. ч.
В целом после открытия О. ч. практически не осталось сомнения в реальности существования кварков.

Лит.: Вайсенберг Л. О., Определение времени жизни очаропанных частиц, "Природа", 1981, № 4, с. 74; Окунь, Л. Б., Лептоны и кварки, 2 изд., М., 1990, гл. 14.

В. И. Захаров.

  Предметный указатель