Всередині атомних ядер мезони легшають • Ігор Іванов • Новини науки на "Елементи" • Фізика

Всередині атомних ядер мезони легшають

Результати експерименту E325 на японському прискорювачі KEK доводять, що маса мезонів усередині ядер зменшується (зображення з сайту scphys.kyoto-u.ac.jp)

Експерименти, проведені на японському прискорювачі KEK, підтвердили теоретично передбачений ефект: мезони усередині ядер стають легше.

Рух мікроскопічних часток крізь речовину – дуже цікава фізична задача. Коли частка (фотон, електрон і т.д.) летить крізь середу, вона вносить в неї локальні спотворення, які поширюються вперед разом із самою часткою. Все це разом можна описати як квазічастинку: Об'єкт, почасти нагадує вихідну частку, але зі зміненими властивостями.

Зміни, які зазнають частинки в середовищі, можуть бути самими різними. Наприклад, промінь світла (тобто, потік фотонів), що поширюється крізь прозору середу з показником заломлення n, Сповільнюється в n раз у порівнянні з променем світла у вакуумі. Інший приклад: електрони в напівпровідниках при русі «тягнуть за собою» локальні спотворення кристала, і через це їх удавана маса, як правило, багаторазово перевищує масу електрона в вакуумі. У зовсім вже екзотичних випадках може трапитися так, що дві характеристики однієї і тієї ж частинки як би розділяються в просторі і існують самі по собі (див.замітку «Вперше спостерігалося" роздвоєння особистості "у квазічастинки»).

Фізики-теоретики давно передбачали, що такі ж цікаві ефекти мають місце не тільки для фотонів і електронів, а й у світі атомних ядер і короткоживучих елементарних частинок. Зокрема, було передбачено, що деякі мезони, «продираючись» крізь ядерна речовина, помітно «втрачають у вазі».

Варто підкреслити, що в теорії цей ефект неминучий. Він пов'язаний з тим, що сама маса адронів виникає динамічно: Основну «тяжкість» їм надається не маси кварків, з яких вони безпосередньо сконструйовані, а маса тих сильних полів, якими кварки пов'язані. Всередині ядра ці поля змінюються, через що змінюється і маса адронів.

Довгий час експериментально перевірити всі ці передбачення не вдавалося. Така перевірка – непросте завдання: адже для цього потрібно не тільки породити короткоживучі елементарну частинку в ядрі, а й простежити за її рухом. В принципі, за останній десяток років результати декількох експериментів дозволяли припустити, що якісь зміни з мезонами в ядрі дійсно відбуваються (див.наприклад статтю nucl-ex / 0504010), але однозначно трактувати ці результати було важко.

І ось, недавня стаття M. Naruki et al., Physical Review Letters, 96, 092301 (10 March 2006), доступна також як nucl-ex / 0504016, а також ще більш свіжий препринт nucl-ex / 0511019, розставили всі крапки над «I». В експерименті E325, проведеному в японському ускорительном комплексі KEK, були зафіксовані незаперечні сліди того, що ро-, омега та фі-мезони усередині атомних ядер стають легше.

Взагалі, масу короткоживучих елементарних частинок можна визначити по сумарній енергії всіх тих частинок, на які вона розпадається, за умови, звичайно, всі вони потрапили в детектор і акуратно виміряна їх енергія. У всіх попередніх спробах визначити масу мезона усередині ядра використовувалися розпади мезона на інші адрони. Але адрони сильно взаємодіють з протонами і нейтронами, а значить, можуть самі «заплутатися» всередині ядра, втративши при вильоті з ядра частина енергії. Такі «перешкоди», очевидно, ускладнюють аналіз даних.

Японці ж застосували дуже «чистий» метод визначення маси мезона: через розпад на електрон-позитронну пару. Для електронів і позитронів ядерна речовина майже прозоро, тому навіть якщо мезон розпадеться всередині ядра, електрон-позитронна пара зможе без перешкод вилетіти назовні і долетіти до детектора.За сумарною енергії електрона і позитрона можна з високою точністю визначити масу розпалася частки.

Результати експерименту показали, що мезони (тобто бути точним, то «квазімезони») всередині ядра втрачають майже 10% своєї маси, що з хорошою точністю збігається з результатами теоретичних розрахунків. Це збіг дозволяє сподіватися, що сучасна теорія динамічного походження маси адронів в цілому добре відображає реальність. Крім цього, такі експериментальні підтвердження дозволяють фізикам більш сміливо застосовувати свої теорії і до таких екстремальних станами речовини, які мають місце, наприклад, всередині нейтронних зірок.

Ігор Іванов


Like this post? Please share to your friends:
Залишити відповідь

;-) :| :x :twisted: :smile: :shock: :sad: :roll: :razz: :oops: :o :mrgreen: :lol: :idea: :grin: :evil: :cry: :cool: :arrow: :???: :?: :!: