| 8406202 9216 1210 912 1о 10 Гэв; 6-при энергиях выше 6 Гэв (разные значки - измерения на различных ускорителях).
Рис. 2. Схематическое изображение столкновения частиц в системе их центра инерции, а - упругое столкновение; б -неупругий процесс: / - центральная область вылета вторичных частиц, 2,3 -фрагментации частиц а и b.
Изучение множеств. процессов при высокой энергии даёт ключ для понимания динамики С. в. В этом смысле большое значение имеет изучение особого класса процессов - инклюзивных (когда из совокупности множеств. событий выделяются процессы с рождением к.-л. определ. вторичных частиц и измеряются угловые и энергетич. распределения для этих частиц). Впервые эти процессы теоретически рассмотрены и предложены для изучения сов. физиками. Для инклюзивных процессов открыт своеобразный закон подобия - масштабная инвариантность, согласно к-рой распределение вторичных частиц по импульсам (если измерять импульс в долях максимально возможного импульса при данной энергии столкновения) оказывается одинаковым при разных энергиях столкновения. Масштабная инвариантность в адронных столкновениях (так же как в глубоко неупругих столкновениях лептонов с адронами) может дать сведения о характере особенностей взаимодействия на т. н. световом конусе (т. е. когда взаимодействие распространяется с предельно возможной скоростью - скоростью света). Знание этих особенностей может быть решающим звеном для построения теории С. в.
Упругое рассеяние адронов при высокой энергии. Упругими наз. процессы, при к-рых сталкивающиеся частицы в результате взаимодействия меняют лишь направление своего движения (т. е. не меняется сорт частиц и не происходит дополнит. рождения вторичных частиц). При столкновении адронов высокой энергии, когда они сближаются на расстояние, меньшее радиуса С. в., доминирует рождение вторичных частиц. Тем не менее упругое рассеяние в случае столкновений адронов должно неизбежно возникать из-за волновых свойств частиц. Пояснить это можно на примере волнового процесса -дифракции света. Если параллельный пучок света падает на абсолютно поглощающий ("чёрный") шарик радиуса К„, то непосредственно за шариком образуется область тени, отвечающая полному поглощению света шариком. Однако на далёких расстояниях благодаря волновой природе света будет происходить дифракция - распространение световых колебаний в область геометрич. тени. По порядку величины угол, на к-рый происходит дифракция, равен отношению длины волны света л(лямбда) к радиусу шарика R0 (т. е. л(лямбда)/R0). Из-за интерференции волн дифракц. картина представляет собой совокупность убывающих с ростом углов максимумов и минимумов интенсивности. Для "чёрного" шарика с "резкими" краями интенсивность в минимумах падает до нуля, а для шарика с "размытыми" краями (т. е. с уменьшающейся к краям поглощающей способностью) различие между максимумами и минимумами интенсивности сглаживается. При уменьшении длины волны л(лямбда) углы, на к-рые происходит дифракция, уменьшаются, однако общий поток дифрагирующего света остаётся постоянным, т. к. амплитуда дифракции под очень малыми углами обратно пропорциональна длине волны, т. е. растёт с уменьшением л(лямбда). Эффективное сечение дифракции для "чёрного" шарика с резкими краями оказывается равным эффективному сечению поглощения пR02.
Упругое рассеяние при столкновении адронов высокой энергии должно качественно напоминать явление дифракции. Действительно, если сближение адронов на расстояние, меньшее радиуса действия С. в., приводит к множеств. рождению частиц (т. е. выводит частицы из упругого канала реакции, что соответствует как бы поглощению), то упругое рассеяние должно возникать в основном за счёт волновых свойств частиц аналогично дифракции на "чёрном" шарике с радиусом, равным радиусу С. в.
Поскольку длина волны де Бройля для частиц с импульсом р равна л(лямбда) = h/|р|, то упругое рассеяние адронов при высоких энергиях должно происходить в основном на малые углы - в конусе с угловым раствором v~л(лямбда)/R0 = h/|р1R0. При этом амплитуда упругого рассеяния для очень малых (в пределе - нулевых) углов рассеяния должна расти пропорционально импульсу частиц. Этот вывод следует из оптической теоремы, если считать, что полное эффективное сечение рассеяния при высоких энергиях остаётся постоянным.
Эксперимент. изучение процессов упругого рассеяния адронов в общих чертах подтверждает дифракц. характер рассеяния. В нек-рых случаях удаётся даже наблюдать появление вторичных дифракц. максимумов (рис. 3).
Рис. 3. Дифференциальные сечения рассеяния при различных энергиях Е протонов (р) и антипротонов (р~) на протонах как функция квадрата переданного импульса: - t = 2р2 (1 - cosv), где р -импульс, а v - угол рассеяния в системе центра инерции частиц. Угловая зависимость сечения такая же, как при дифракции на "чёрном" шарике с плавно уменьшающейся к краям поглощательной способностью (на шарике с "размытым" краем).
Однако с ростом энергии обнаруживаются более сложные закономерности, указывающие на существование механизмов взаимодействия с различными радиусами, зависящими от энергии взаимодействия.
Специфические внутренние симметрии сильных взаимодействий
Изотопическая инвариантность. Первой обнаруженной на опыте внутр. симметрией С. в. явилась зарядовая независимость ядерных сил, заключающаяся в том, что ядерное взаимодействие протонов с протонами, нейтронов с нейтронами и нейтронов с протонами в одинаковых состояниях одинаково, т. е. не зависит от электрич. заряда нуклонов. Зарядовая независимость ядерных сил является одним из проявлений более общей симметрии С. в.-изотопической инвариантности. Согласно изотопич. инвариантности, С. в. между нуклонами не меняется, если вместо волновых функций протона (р) и нейтрона (п) взять суперпозицию их состояний (р ') и (n'):
[2325-6.jpg]
- нек-рые комплексные числа (здесь волновые функции частиц обозначены символами соответствующих частиц). Такое преобразование носит, очевидно, более общий характер, чем простая замена протонов на нейтроны (или наоборот). Т. к. полная вероятность для нуклона находиться в состоянии протона или нейтрона при этом преобразовании не должна меняться, т. е. |р'|2 + |n'|2 = |р|2 + |п|2, матрица преобразования
[2325-7.jpg]
должна быть унитарной. Далее, поскольку закон сохранения барионного заряда связан с инвариантностью взаимодействия относительно умножения волновых функций нейтрона и протона на одинаковый фазовый множитель еix, где х -произвольное число (см. Симметрия в физике), можно исключить этот множитель из преобразования (1) и положить детерминант матрицы
[2325-8.jpg]
равным 1.
Можно показать, что группа преобразований, осуществляемых с помощью унитарных матриц второго порядка с детерминантом 1, - т. н. группа SU (2) -математически эквивалентна группе вращений в абстрактном трёхмерном пространстве, к-рое называют "изотопическим пространством" [символ U(2) отражает унитарность матриц 2-го порядка, а символ S означает специальный случай преобразования, когда детерминант матриц равен 1]. Группа SU(2) характеризуется тремя независимыми параметрами, напр. углами поворота относительно трёх осей изотопич. пространства. Для того, чтобы силы взаимодействия между нуклонами не менялись при преобразовании (1), необходимо, чтобы в переносе ядерных сил наряду с заряж. пионами (п±) участвовали также нейтральные пионы (п°) с той же массой, а взаимодействия нуклонов с пионами были бы инвариантными относительно вращения в изотопич. пространстве. На основе этого заключения было теоретически предсказано существование п° -мезона (к-рый был открыт после заряженных), а также указано соотношение между вероятностями различных процессов с участием пионов и нуклонов. Эксперимент. изучение таких процессов с большой точностью подтвердило инвариантность С. в. для пионов и нуклонов.
После открытия странных частиц (К-мезонов и гиперонов) и установления специфического для адронов квантового числа странности было экспериментально доказано, что изотопич. инвариантность С. в. имеет место и для этих частиц. Подобно пионам и нуклонам, странные частицы, а также открытые позднее резонансы объединяются в группы частиц с одинаковыми квантовыми числами и приблизительно равными массами - изотопич. мультиплеты (небольшое различие масс частиц, входящих в один изотопич. мультиплет, можно отнести за счёт электромагнитного взаимодействия). Электрнч. заряды Q частиц, входящих в один изотопич. мультиплет, определяются формулой, установленной М. Гелл-Маном и К. Нишиджимой: Q = 1/2 (В + S) + Iз, где В - барионный заряд, S - странность (одинаковые для всех частиц в мультиплете), а Iз может принимать с интервалом в 1 все значения от некоторого макс. значения I (целого или полуцелого) до минимального - I, т. е. I3 = I, I - 1,.., -I, всего 2I + 1 значений. Величина I, наз. изотопич. спином, является важной характеристикой адронов. Она определяет число частиц в изотопич. мультиплете, или число зарядовых состояний частицы, если рассматривать частицы, входящие в один изотопич. мультиплет, как разные зарядовые состояния одной и той же частицы. Величина В + S = Y наз. гипе |
