Возникновение новых частиц. Аннигиляция. Другие пары частиц и античастиц, страница 9

На рис. 33 представлены экспериментальные кривые зависимости эффективного сечения рассеянияотрицательно и положительно заряженных пионов от их энергии. Для отрицательно заряженных пионов оно медленно, хотя и с колебаниями, возрастает. Для положительно заряженного пиона кривая эффективного сечения имеет острый максимум при энергии 200 МэВ. По своему характеру эта кривая напоминает резонансные кривые, известные из механики или электротехники, где амплитуда вынужденных колебаний камертона или колебательного контура зависит от частоты возбуждающей силы и достигает максимума, когда частота внешнего воздействия совпадает с собственной част.отой колебательной системы (осциллятора). Поэтому эффект, наблюдаемый на графике зависимости эффективного сечения рассеяния положительно заряженного пиона на протонах (а позднее и многих других взаимодействий), был назван резонансом.

Быстрый рост сечения рассеяния при энергии пионов около 200 МэВ объясняется тем, что пион с такой энергией образует вместе с протоном единую частицу, которая некоторое время движется, а потом распадается — в данном случае снова на пион и протон. Время, в течение которого она существует, тем короче, чем шире резонансный максимум. Как правило, это время чрезвычайно мало; для описанного случая оно составляет около 10~23 с. Так, измеряя рассеяние одних частиц на других, удается косвенным образом доказать существование частиц с чрезвычайно коротким временем жизни — даже свет за это время проходит расстояние всего лишь 3×10^-15 м, т. е. того же порядка, как диаметр атомного ядра.

Явление резонанса при столкновении двух частиц и его связь с возникновением единой (составной), очень короткоживущей частицы можно приближенно проиллюстрировать с помощью аналогии, взятой из макромира: вспомним столкновение двух вагонеток, движущихся навстречу друг другу, и условия, при которых они после столкновения могут остаться вместе. Столкновение в таком случае должно быть неупругим — часть кинетической энергии (или же вся кинeтичecкaя энергия, если обе вагонетки после столкновения остановились) расходуется на деформацию пластилина, помещенного на месте буфера, и вагонетки после столкновения не отделяются друг от друга.

При столкновении пиона с протоном их кинетическая энергия не расходуется необратимо. Однако определенная часть этой энергии может (на короткое время) обратиться в потенциальную, т. е. оказаться вложенной в возникшую составную частицу. Для описания такой ситуации также можно предложить макроскопическую модель: одна из сталкивающихся вагонеток имеет пружину с механизмом фиксации в виде защелки. Этот механизм срабатывает в том случае, если пружина, сжимаясь при столкновении, укорачивается до места расположения защелки или дальше. Тогда столкновение вагонеток будет упругим, если их энергии недостаточно для сжатия пружины до защелки, и неупругим — при большей энергии. Но вагонетки останутся после столкновения вместе только в том случае, если энергии столкновения достаточно для сжатия пружины как раз до защелки (но не дальше). Если же энергия столкновения больше, то пружина вернется назад (в положение до защелки) и оттолкнет вагонетку — как и при меньшей энергии, когда она не достигает защелки.