Физика нейтрино (стр. 7 из 13)

Обратимся для примера к рис.3, где приведена микрофотография рас- пада

^{+ +} e⁺, зарегистрированного в специальной эмульсии.

В точке 1,

⁺-мезон останавливается и распадается. Отрезок между точками 1 и 2 - это след родившегося мюона. Длина его следа на фотографиях всегда одинакова, из чего можно сделать вывод, что энергия мюонов, образующихся при распадах - мезонов, постоянна. Закон сохранения импульса требует, чтобы в сторону, противоположную движению, вылетало "что-то", что компенсирует его импульс а постоянство энергии мюонов и отсутствие следов в эмульсии говорят, что это всего одна нейтральная частица.

Поскольку спин

⁺- мезона равен нулю, мюона - /2, то согласно закону сохранения момента импульса спин вылетающей частицы должен быть полуцелым. Дальнейшие исследования показали, что распад ⁺ - мезонов выглядит так:

+ ( ).

- 28 -

Теперь обратимся к точке 2. Здесь мюон останавливается и распадается. При этом вылетает позитрон, который может иметь разную энергию - от фотографии к фотографии длина его следа меняется. Из этого следует вывод о присутствии в распаде нескольких нейтральных частиц. Окончательно-

е + + .

Можно привести примеры и других распадов, идущих с участием нейт- рино: К

+ ( ), K^{0 -} + е⁺ + и т. п.

Вместе с тем было обращено внимание на то, что часть процессов, ко- торые, казалось бы, не нарушали никаких законов сохранения, не наблю- дались. Так, для

- мезона энергетически возможно несколько схем распада:

⁺ е⁺ + + , (7)

⁺ е⁺ + , (8)

⁺ е⁺ + е⁺ + е^- (9)

Осуществлялась же только одна - первая. Теория не находила удав- летворительного объяснения этому факту. Ведь процесс (8) можно предс- тавить себе как некое продолжение процесса (7). При этом

и исчезают - аннигилирую в момент своего рождения, как частица и античастица, а вылетающий позитрон излучает - квант. Расчетная вероятность W-распада ⁺ е⁺ + по отношению к распаду ⁺ е⁺ + + составляет 10^-3 - 10^-4, но запретов на его существование нет.

Тем не менее, поиски процесса (8) не привели к положительным ре- зультатам. Со временем ограничение на вероятность все уменьшались: меньше 10^-4, меньше 10^-5, 10^-7, 10^-10 (1979 г.). Природа препятствовала мюонну распадаться на электрон и

- квант, запрещала аннигилировать и . Попытки объяснить запрет реакций (8) и (9) привели к идее о существовании двух типов нейтрино. Одно сопутствует электрону - электронное нейтрино _е, другое - мюону, мюонное нейтрино . В распаде нейтрона и -мезона возникают разные нейтрино

n

p + e^- + _е ,

- 29 -

^{- -} + ,

а реакцию распада

-мезона следует писать в виде:

⁺ е⁺ + + _е .

Гипотеза должна была быть проверена экспериментом.

Опыт по изучению различия (или единства)

и _е был первым нейтринным экспериментом поставленным на ускорителях высоких энергий. Осуществить его предлагали несколько ученых - Б.М. Понтекорво, М.А. Марков, М. Шварц. Выполнен этот эксперимент был впервые на Брукхей- венском ускорителе (США) и через год в ЦЕРНе (Европейский центр ядерных исследований).

Идея опыта заключалась в следующем. Пучок протонов, разогнанных в ускорителе, в определенный момент отклонялся мощным импульсом магнит- ного поля. Он выходил из камеры ускорителя и попадал на мишень, в ко- торой при взаимодействии протонов с веществом рождались быстрые

- и К - мезоны. Вылетев из мишени и распадаясь на лету в специальном про- летном туннеле, мезоны излучали нейтрино и мюоны высоких энергий. Дальше пучок попадал в слой стали общей толщиной около 13 м, где практически поглощались все сильно взаимодействующие частицы ( -, К-, -мезоны и т.п.).