Колебания и волны. Оптика. Атомная и ядерная физика
жүктеу/скачать 6,71 Mb. Pdf көрінісі
|
| Гл. XXVI. Новые достижения в физике элементарных частиц
состоянии. Теория позволила предсказать существование трех таких промежуточных бозонов: W ± - и Z 0 -частиц. И вот, нако- нец, в 1982–1983 гг. промежуточные бозоны были обнаружены, и это открытие явилось настоящей сенсацией. Рис. 425. Образование и распад промежуточных бозонов. Пока- зан снимок с дисплея ЭВМ, на которой обрабатывались события, зарегистрированные на установке UA-1 (рис. 422). Пучки прото- нов и антипротонов направлены по оси цилиндрической газораз- рядной камеры установки, схематически изображенной на дисплее. Показано событие pp -взаимодействия, в котором образуется тяже- лый промежуточный бозон W . На снимке зарегистрировано событие p+ p → W + ( другие частицы ) . Наблюдается распад W → μ + ν
μ : мю-
он — это почти поперечный трек с большим импульсом. Нейтрино вылетает в противоположном направлении. Оно не может наблюдаться непосредственно, но идентифицируется по кинематике события, так как
ν μ уносит большой импульс Промежуточные бозоны были зарегистрированы в слож- нейших опытах на ускорителе-накопителе со встречными про- тон-антипротонными пучками, при энергии каждого из стал- кивающихся пучков 270 ГэВ (сейчас эта энергия увеличена уже до 450 ГэВ). Это самая высокая энергия, полученная искус- ственным путем. Общий вид одной из двух огромных установок, на которых было сделано это замечательное открытие, показан на рис. 422, а на рис. 425 приведен снимок с дисплея ЭВМ, на ко- тором зарегистрировано событие образования и распада промежу- точного W -бозона. Гл. XXVI. Новые достижения в физике элементарных частиц 637
Массы промежуточных бозонов оказались очень большими — они почти в 100 раз превышают массы нуклонов (см. табл. 14). Это — самые тяжелые частицы, созданные в лаборатории. Открытие промежуточных бозонов завершило очень важный цикл исследований, который показал, что слабые и электро- магнитные силы, несмотря на свое кажущееся различие, тесно связаны между собой и по существу оказываются проявлениями одного и того же взаимодействия, получившего название элек- трослабого. В настоящее время предпринимаются усиленные по- пытки установить связи между электрослабым взаимодействием и сильным, а в дальнейшем даже попытаться понять единую при- роду всех четырех типов сил, которые существуют в природе — сильных, электромагнитных, слабых и гравитационных. Представление о единстве сильных, электромагнитных и сла- бых взаимодействий вступает в противоречие с разделением фун- даментальных частиц на кварки, обладающие сильными взаи- модействиями, и лептоны, которые такими взаимодействиями не обладают. Онекоторой общности кварков и лептонов, возможно, говорит их разбиение на группы, имеющие сходную структуру. Как видно из табл. 14, можно говорить о трех таких группах, или, как их называют, поколениях, фундаментальных частиц: легкие u-, d-кварки и легкие лептоны e, ν e образуют первое такое поколение; более тяжелые c- и s-кварки вместе с мюонами и мюонными нейтрино составляют второе поколение; и, наконец, самые тяжелые кварки (t и b) и лептоны (τ , ν τ ) входят в со- став третьего поколения. По-видимому, должны существовать какие-то процессы, в которых кварки переходят в лептоны, а раз- личные типы лептонов (e, μ, τ ) также испытывают взаимные превращения. Поиски таких явлений, в которых, хотя и с очень малой вероятностью, но все же имеет место несохранение ба- рионного и лептонных зарядов, представляют огромный интерес для современной науки. Например, сейчас во многих лабора- ториях мира интенсивно ведутся поиски распадов протонов на более легкие частицы (p → e
+ + γ; p → e + + π
0 ; p
→ μ + + π 0 и т. д.). Из-за большой массы протона в таких распадах должна выделяться значительная энергия. Поиски распада протонов проводятся на сложных установ- ках с большими «чувствительными объемами» вещества. Термин «чувствительный объем» означает, что если какой-нибудь нуклон в этом объеме распадается на легкие частицы, то такой распад будет зарегистрирован. Чувствительные объемы существующих и строящихся сейчас установок содержат в себе 10 31 –10 33 нукло-
нов, а экспозиции на этих установках длятся годами. Для защиты 638 Гл. XXVI. Новые достижения в физике элементарных частиц от космического излучения установки располагаются в подземных лабораториях на большой глубине. Пока не удалось надежно за- регистрировать распад протона. Несколько найденных событий — «кандидатов в протонные распады» — могут быть объяснены фо- новыми процессами. В этих опытах установлено, что протон, ес- ли даже он и не является абсолютно стабильным, имеет огромное время жизни τ p > 10
31 –10
32 лет. Это означает, например, что в че- ловеке за всю его жизнь с большой вероятностью не распадается ни один протон. Масштаб жизни протона оказывается огромным даже по сравнению с временем жизни Вселенной ( ∼ 10
10 лет).
|