Определение масс странных частиц по продуктам их распада

Процесс идентификации распадов странных частиц заключается в проверке соотношений, вытекающих из законов сохранения. Суммарный электрический заряд продуктов распада должен равняться заряду распадающейся частицы. Для трековых приборов, работающих в магнитном поле, знаки зарядов частиц легко установить по кривизне следов. Если магнитное поле отсутствует, то знак заряда -мезона, например, можно установить в случае его остановки в объеме камеры по следующим признакам: положительный пион распадается по схеме ⁺  ⁺  e⁺, а отрицательный захватывается ядром рабочего вещества.

Следствием закона сохранения импульса является условие компланарности следов частиц. В случае распада медленного (остановившегося) К⁺-мезона на три заряженных пиона начальные участки следов трех вторичных пионов должны лежать в одной плоскости (в дальнейшем вторичные частицы могут выйти из этой плоскости вследствие рассеяния и действия магнитного поля). Пример ⁺-распада в пузырьковой камере дан на рис. 15.1.

Рис. 15.1

На рис. 15.2 схематически показаны образование и распад нейтральной частицы на две заряженные.

Рис. 15.2

Пунктиром обозначено направление полета нейтральной частицы, сплошными линиями – следы заряженных частиц. Условие компланарности в этом случае заключается в том, чтобы точка образования нейтральной частицы (точка А) лежала в плоскости, образованной направлениями полета продуктов распада (линии 1 и 2). Очевидно, линия полета нейтральной частицы должна проходить между следами вторичных частиц. Проверка условия компланарности позволяет отбросить случаи, не относящиеся к распадам 2) и 3) (например, двухлучевые звезды, вызванные нейтронами; случайные V-образные рассеяния частиц). Для того чтобы отнести событие к распаду 2) или к распаду 3), необходимо определить природу вторичных частиц, т.е. установить, является ли положительно заряженная частица протоном или ⁺-мезоном (следы ультрарелятивистских электронов и позитронов идентифицируются по электронно-фотонным ливням).

Случаи, относящиеся к двухчастичному распаду, должны удовлетворять уравнениям:

; (15.1)

; (15.2)

, (15.3)

где М и Р – масса и импульс распадающейся частицы; m₁ и m₂, P₁ и P₂ – массы и импульсы вторичных частиц. Для вторичных частиц, пробег которых укладывается в камере, импульсы P₁ и P₂ определяются с большой точностью. Решение уравнений (15.1)(15.3) позволяет определить массу и импульс распадающейся частицы.

При распаде на n частиц масса распадающейся частицы определяется выражением

. (15.4)

При распаде остановившейся частицы суммарный импульс продуктов распада равен нулю, и масса находится из соотношения

. (15.5)

Для определения массы распадающейся частицы в двухчастичном распаде достаточно знать углы вылета частиц и импульсы только одной вторичной частицы. Импульс второй частицы находится из уравнения (15.2).

В том случае, когда данных для определения массы распадающейся частицы недостаточно (пробег ни одной из вторичных частиц не укладывается в камере), идентификация производится проверкой того, какой из двух вариантов (M = M_K или М = М_) удовлетворяет уравнениям (15.1)(15.3). По двум измеренным углам вылета продуктов распада можно определить импульс К-мезона или -гиперона [4]. Подставив эти значения импульсов в уравнения (15.1), (15.2), можно вычислить импульсы Р₁ и Р₂ вторичных частиц для каждого из двух вариантов распада. Сравнивая полученные значения Р₁ и Р₂ с нижними границами импульсов, определенными по видимой части пробега частиц, можно выбрать один из двух вариантов.