Экспериментальная физика частиц ФИАН / lecture-1-beta-decay
.pdfВозможные типы взаимодействия в релятивиском случае
5 Лоренц-инвариантных взаимодействий:
S (скаляр)
V (вектор)
P (псевдо-скаляр) 5
A (псевдо-вектор) 5
T (тензор)
L=gS SS + gV VV + gP PP + gA AA + gT TT
Ядра в любом случае нерелятивистские: пренебрегаем членами ~ скорости ядер
SS и VV соответсвуют правилу отбора Ферми
AA и TT -- правилу отбора Гамова-Теллера
PP исчезает
Фирцевские члены: одновременный вклад SS и VV (или AA и TT) приводит к изменению -спектра
Угловые корреляции
угловые корреляции могут позволить судить о типе взаимодействия! W( ) ~ 1 + a cos
S (скаляр) a=-1
V (вектор) a=+1
T (тензор) a=+1/3
A (псевдо-вектор) a=-1/3
Экспериментально измерено (по ядрам отдачи в инертных газах):
6He (ГТ)
19Ne (ГТ+Ф) 
35Ar (Ф)
a -1/3 (-0.334 0.003) a 0
a +1 (+0.97 0.14)
угловыекорреляции (каскадные распады: P1 P2* P2 )
Пространственная Четность
Пусть, P– оператор, переводящий (x,y,z) (-x,-y,-z), а (x) - волновая функция свободной частицы:
если (x) = A cos(kx), P = + ; - собственное состояние оператора
P (P=+1)
если (x) = B sin(kx), P = - ; - собственное состояние оператора
P (P=-1)
Четность и угловой момент: |
( , ) ( - , + ) |
Y |
||
m ( , ) ~ sin |m| |
P m (cos ) e im |
Y m |
( , ) (-1)l Y m |
( , ) |
l |
l |
l |
l |
|
Четность системы: если = 1 2 |
и P 1=e1 1; P 2=e2 2 , то |
|||
P =e1e2(-1)l |
|
|
|
|
Пока теория нерелятивистская (и классическая) четность сохраняется автоматически. А что будет, если мы будем рождать новые частицы?
а+b a+b+c и мы верим в сохранение четности, тогда
eaeb(-1)l = eaebеc(-1)L и eс= (-1)L +l и можно определить внутреннюю четность частицы с
А будет ли эта четность такой же в другой реакции?
Пространственная четность
Однако, не все частицы можно рождать по отдельности (мешают другие законы сохранения) например, фермионы или заряженные частицы рождаются парами и четность каждой из таких частиц по отдельности определить не получится
О чем-то приходится договариваться!
Относительная четность: а + c+ a + d+ |
e |
/e |
d |
= (-1)l1+l2 |
|
c |
|
|
Можно единожды договориться о четности одной из пары, а все остальные из данного класса измерить
Четность фермиона положительна
Четность бариона положительна
Четность странной частицы положительна
Правило: четность частицы =
+ четность античастицы (бозон)
- четность античастицы (фермион)
Проверка сохранения Четности
Для некоторого минимального набора частиц внутреннюю четность ввели руками, для остальных посчитали (к примеру ядра)
Какая четность у фотона?
или измерили
Как измерить четность 0 ? +?
Теперь проверим не пришли ли мы к противоречию!
Таннер: p + 19F 16O +
Подберем энергию протона, чтобы родить возбужденный 20Ne*: p + 19F 20Ne* 16O +
JP(20Ne*)=1+ ; JP(16O)=0+ ; JP( )=0+ , тогда JP(16O )=0+, 1-, 2+
Если четность нарушается то мы увидим этот процесс и будет виден резонансный пик сечения на массе 20Ne*
(AC/AV)2 < 4 *10-8 - в сильных и электромагнитных взаимодействиях четность сохраняется!
Сохранение четности в слабых взаимодействиях?
- парадокс: в 1956 год открыты две частицы + + 0 и + + + -
Массы совпадают с точностью до 0.3% Времена жизни совпадают с точностью до 5%
Далиц показал, что они имеют разные четности:
+ + 0 |
JP= 0+, 1-, 2+ ... и т.д. (для этого не надо быть Далитцем) |
|||||
+ + + - |
все гораздо сложнее... l+ - угловой момент + + ; l- ( + +) - , |
|||||
тогда четность системы + + - |
P=(-1) l+ (-1) (-1) l- = |
(-1) (l+ + l- + 1) |
||||
|l+ - l-| J l+ + l- |
l- |
|
l+ |
|
JP |
|
0 |
|
0 |
|
0- |
||
Если l+ 1, то + + не |
|
|
||||
|
|
|
|
|
||
1 |
|
0 |
|
1+ |
||
могут находиться в покое |
|
|
||||
|
|
|
|
|
||
2 |
|
0 |
|
2- |
||
относительно друг друга, |
|
|
||||
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
значит масса системы |
0 |
|
2 |
|
2- |
|
+ + > суммы масс двух |
1 |
|
2 |
|
1+, 2+, 3+ |
|
пионов |
|
2 |
|
2 |
|
0-, 1-, 2-, 3-, 4- |
|
|
|
|
|
|
|
Диаграмма Далица
Далиц предложил удобный способ измерять l+ l- , построив (экспериментальное)
распределение плотности по энергииот асимметрии энергий + +
Экспериментально видим РАВНОМЕРНОЕ распределение точек следовательно l+ =0, l-=0 и + + + ‒ имеет квантовые числа JP= 0 ‒.
Тогда, получается, что + + 0 , является другой частицей.
Гипотеза несохранения четности
1956: Lee and Yang, рассуждая о загадке - , осознали, что сохранение четности в слабых распадах никто до этого не проверял (вернее, им это подсказал Фейнман). А если четность нарушается то проблемыне существует! Зато существует другая проблема.
Предложили как модернизировать Лагранжиан
L= S+P
Предложили эксперимент для проверки своей гипотезы
Как экспериментально увидеть?
Спин ядра – псевдовектор – не меняет направления при пространственной инверсии (векторное произведение двух истинных векторов)
Импульс частицы – вектор – инвертируется вместе с пространственными координатами
Если четность сохраняется Лагранжиан не может содержать члены зависящие от P x J
Ищем корреляцию между направлениями P и J
C.S. Wu: в beta распадах Co-60 
L. Lederman: в распадах -
Эксперимент Ву
Поиск зависимости направления вылета электрона от направления спина ядра в распадах Co60
Главная проблема: даже в сильном магнитном поле спины ядер не выстроены
Сравнить энергию магнитного поля с тепловой энергией
Необходимо сильное магнитное поле + сверхнизкая температура
T=0.01K