РАСПАДЫ ЧАСТИЦТИЦ
Фундаментальные частицыицы Стандартной Модели
e
e u
d
8g,
H
c
s
, W , W ,
бозон Хиггса
t b
Z
Лептоны и кварки связаны в обычной материи. Атом
Сечения реакций
p, p
p
p
Наблюдение резонансовв
Cпособнаблюдениярезонансов—методинвариантныхмасс.
|
2 |
|
2 |
3 |
|
|
|
|
|||
|
3 |
|
|||
1 |
1 |
||||
|
|||||
|
|
R
а |
|
b |
|
а |
|
b |
|
|
|
|
|
|
|
Двевозможностипротеканияреакции a b 1 2 3 безобразованияпромежуточного резонансаR (слева) исобразованиемпромежуточногорезонансаR (справа).
m232 c4 Е2 Е3 2 с2 р2 р3 2 .
Наблюдая отдельные события в трековом детекторе, можно для каждого события получить величину инвариантной массы системы частиц 2 и 3 и затем построить распределение этих масс N(m23c2 ). Если
реакция идет без образования резонанса (левая часть), то корреляции между парой частиц 2, 3 и частицей 1 нет. Энергия и импульс распределяются между ними случайным образом и получится гладкоераспределениебезособенностей, заключенноевдопустимыхкинематическихграницах.
ЕслиреакцияидётсобразованиемпромежуточногорезонансаR, тогдаиззаконовсохраненияэнергиии импульсаследует
E |
R |
E E , |
p |
p |
p |
|
2 3 |
R |
2 |
3 |
∆ резонанс
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
∆-резонансы наблюдаются в сечениях |
реакций |
|||||
|
|
|
|
|
|
0 |
|
|
|
|
|
||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
p и p . |
Самый низкий |
по энергии |
это |
|||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
резонанс ∆(1232), имеющий спин-чётность |
J P = |
||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||
|
|
|
|
0 |
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
0 |
|
|
|
3/2+ и изоспин I = 3/2. и 0 рассматривают как |
|||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
возбужденные |
состояния |
нуклона. |
По |
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
сравнению с |
нуклонами, у которых |
J 1/ 2 и |
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
I 1/ 2 , эти резонансы имеют J 3/2, I=3/2. |
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Низкорасположенные нуклонные резонансы в |
||||
|
|
|
|
|
|
|
р |
|
|
|
|
|
|
n |
|
|
|
|
|
основном распадаются по каналу (n или p) . |
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Каналы распада -резонанса показаны на рис. |
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
Основные каналы распада -резонансов |
Эти каналы составляют 99% всех возможных |
||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
распадов. |
|
|
|
|
Поскольку резонансы распадаются за счёт сильного взаимодействия, сохраняющего изоспин и его проекцию, то, пользуясь изоспиновой инвариантностью, можно установить изоспин этих резонансов. Изоспины нуклона и пиона равны соответственно 1/2 и1. Отсюда следует, что
изоспин системы пион-нуклон может равняться либо 1/2, либо 3/2. Система p имеет проекцию
изоспина I3=1/2. Такую проекцию может иметь как изоспин I=3/2, так и I=1/2. Поэтому при взаимодействии p наблюдаются как состояние I=3/2, так и состояние I 1/2. Система p имеет изоспиновую проекцию I3=3/2. Поэтому в реакции p наблюдается только состояние с I=3/2. Следовательно, все резонансы, которые наблюдаются в сечении p , имеют изоспин I=3/2,
а те резонансы, которые наблюдаются в сечении p, но в сечении p отсутствуют, имеют
изоспин I=1/2.
Сильные распады адроновов
Все адроны за исключением протона являются нестабильными частицами и характеризуются способом распада и средним временем жизни . Определяющим для скорости распада является фундаментальное взаимодействие, ответственное за распад адрона. Быстрее всех за характерное время 10 23 с происходят распады за счёт сильного взаимодействия.
|
|
n |
|
|
0 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
d d
|
d |
d |
n |
|
|
|
|
M ( ) 1232 МэВ
|
|
|
|
|
|
g |
u |
|
|
|
|
|
|
|
0 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
d |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
000000 |
|
|
|
|
|
|
|
0 |
|
0 |
|
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
u |
|
|
|
|||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
J |
p |
3 / 2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
p |
|
n |
|
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||
|
|
|
|
|
d |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
Электромагнитные и слабые распадыды адроновадронов
Следующими по скорости являются распады за счёт электромагнитного взаимодействия. Обычно это время
больше 10 19 с.
0
электромагнитный распад
|
|
|
7, 4 10 20 c |
|
|
|||
|
u |
|
u |
|||||
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
0 |
d |
|
|
|
|
d |
|
|
|
|
|
|
|||||
s 
s
M ( 0 ) 1193 МэВ
M ( ) 1116 МэВ
p 0
слабый распад
0,8 10 10 c
u
u
s
W
M ( ) 1189 МэВ M ( p) 938,3 МэВ
u u
u u d
M ( 0 ) 135 МэВ
Слабые распады адроновов
180 ГэВ t
u c t +2/3 d s b -1/3
5 ГэВ b Прелестные частицы
1.8 ГэВ с Очарованные частицы
0.5 ГэВ s Cтранные частицы
0.33 ГэВ u d |
Протон. Нейтрон |
Пример
Возможен ли распад 0 e e для нейтрино с нулевой массой?
Нейтрино всегда имеет отрицательную спиральность, а антинейтрино всегда имеет положительную спиральность.
Спин нейтрино s равен 1/2, и направление его вектора противоположно направлению движения частицы. Спин антинейтрино s также равен 1/2, но
направление его вектора совпадает с направлением движения частицы.
При распаде, исходя из закона сохранения импульса, нейтрино должны разлетаться строго в противоположные стороны. Момент количества движения
e и e J s s 1. Однако, спин 0 -мезона равен 0, то есть данный распад
невозможен из-за нарушения закона сохранения момента количества движения |
||||||||||
J |
i |
J |
|
0, |
J |
f |
s s |
|
1 |
|
|
||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
||||
p |
|
|
0 |
|
|
|
|
p |
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
s |
|
|
|
|
|
|
|
|
s |
|
(1,5-4 МэВ) |
(1,8 ГэВ) |
(175 ГэВ) |
(4-8 МэВ) |
(80-130 МэВ) (4,1-4,9 ГэВ) |
Распад s-кварка
K (us ) 0 (uu ) e e
K |
u |
|
u |
|
0 |
|||
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
u |
|
|
||||
s |
|
|
|
|
||||
|
|
W |
e |
|
|
|
||
u с t d s b
e
(K ) 1.2 10 8 с.
K |
u |
W |
|
|
|
|
|
|
|
s |
|
K |
u |
W |
|
|
|
|
|
|
|
s |
|
|
e |
|
e |
|
Распад c-кварка
|
M (D0 ) 1864.5МэВ |
(D0 ) 4,1 10 13 сек |
u |
с |
t |
||||||||
|
D0 (cu ) |
|
|
|
|
|
|
d |
s |
b |
|||
0 |
|
u |
|
|
|
u |
|
K |
|
||||
D |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
c |
|
s |
|
|
D0 K e e |
|
||||||
|
|
|
|
W |
|
|
e |
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
e |
|
|
(3.63 0.18)% |
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
D0 |
u |
|
|
|
u |
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
D0 e e |
|
|||||
|
c |
|
d |
|
|
|
|||||||
|
|
|
|
W |
|
e |
|
|
(3.7 0.6) 10 3 |
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
e
Распады c→s происходят гораздо чаще чем распады c→d