Образование адронов

e+ +e− → p + p

π − + p → Λ + K 0

K − + p → Ω− + K 0 + K 0

γ + p → + → p +π0

ν + p → n +e+

Luis Walter Alvarez

(1911-1988)

Нобелевская премия по физике 1968 г. – Л. Альварес

За убедительный вклад в физику элементарных частиц, в частности, за открытие большого количества резонансных состояний, ставшие возможными в связи с его разработками методик использования пузырьковой камеры и анализа данных.

e+ + e- → адроны

Зависимость сечения реакции e- + e+ → адроны от суммарной энергии электрона и позитрона, выраженной в ГэВ.

Вверху указаны наименования резонансов.

Сечение реакции e- + e+ → адроны нормировано на сечение реакции e+ +e- →μ+ +μ− .

R =σ(e+ +e- →адроны) /σ(e+ +e- →μ+ +μ− ) .

Пример

Реакция e+ +e− → D+ + D−

τ(D+ ) =τ(D−) =1 10−12 c

τ(D0 ) =τ(D0 ) = 4,1 10−12 c

Распадыадронов

Распадыадронов

Медленнее всего происходят распады под действием слабых сил. Слабые распады происходят в тех случаях, когда запрещены сильные и электромагнитные распады. Обычно время слабых распадов > 10−13 с.

n → p +e− +νe

u u

νе

Помимо типа фундаментального взаимодействия на вероятность распада влияют и другие факторы. Так, с ростом энергии, освобождающейся при распаде, его вероятность растёт.

Сильные распады адронов

Резонансы

πp - взаимодействие

π+ p

полное сечение

упругое сечение

π− p

полное сечение

упругое сечение

Резонансы

− → n +π−

Если у адрона имеются каналы распада, в которых сохраняются все квантовые числа, то распад может происходить в результате сильного взаимодействия. Вероятность распада λ в этом случае максимальна, а время жизни частицы τ ≈ 10−23 с. Частицы, живущие столь короткое время,

называются резонансами. Примером распада

резонанса является распад − -резонанса:

− → n + π −

Наблюдение резонансов

Один из основных методов наблюдения резонансов

– это наблюдение резонансов как максимумов в зависимости сечений реакций от энергии сталкивающихся частиц. Идентификация резонансов основывается на том, что резонансы в сечениях обусловлены двухступенчатым характером протекания реакции:

ψi →ψ рез →ψ f ,

индексами i, f отмечены начальное и конечное состояния системы «рез» − промежуточное состояние, соответствующее

возбуждению резонанса.

Форма резонансов в адронных сечениях и их ширины описываются формулой Брейта – Вигнера

σ0 − сечение в максимуме резонанса,

Γ − ширина резонанса на половине высоты (ширина

резонанса).

Наблюдениерезонансов

Другойспособнаблюдениярезонансов—методинвариантныхмасс.

R

Двевозможностипротеканияреакции a +b →1+ 2 +3 без образованияпромежуточногорезонансаR (слева) ис образованиемпромежуточногорезонанса R (справа).

Инвариантная масса системы частиц 2 и 3 выраженная через их полные энергии Е2 и Е3 :

W232 c4 = (Е2 + Е3 )2 −с2 (р2 + р3 )2 .

Наблюдая отдельные события в трековом детекторе, можно для каждого события получить величинуинвариантной массы системы частиц 2 и 3 и затем построить распределение этих масс N(W23c2 ). 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 гладкое распределение без особенностей, заключенное в допустимыхкинематическихграницах.

Если реакция идёт с образованием промежуточного резонанса R, тогда из законовсохраненияэнергиииимпульсаследует

инвариантной массойсистемычастиц2, 3:

WR = W23 .

Вэтомслучаедляинвариантноймассыпарычастиц2 и3 должнополучиться одноединственноезначение, равноемассерезонанса, ивраспределении N(W23c2 ) долженнаблюдаться пик приэтомзначениимассы.