Ознакомительная версия. Доступно 15 страниц из 71
первые годы после пуска синхроциклотрона ЛЯП на его пучках практически не было крупных экспериментальных установок. Скорее всего зал ускорителя напоминал нагромождение бетонных защитных блоков, в которых на пучках частиц прятались маленькие ионизационные камеры, небольшие установки с пропорциональными и сцинтилляционными счетчиками».
Именно так выглядела установка, которую Бруно и его коллеги собрали для регистрации рождения π0-мезонов. Однако и на этих маленьких установках можно было делать хорошую физику. С интересом сейчас читаешь про пучок нейтронов с энергией 400 МэВ, который бил в латунный контейнер диаметром 8 см и высотой 8 см. Один контейнер наполнялся водой, другой – тяжелой водой D2O, а третий – использовался для измерения фона. Как и сейчас во всех экспериментах на адронном коллайдере, π0-мезоны регистрировались по распаду на два γ-кванта. Перед детекторами стояли свинцовые пластины, в которых гамма-кванты конвертировались в пару электрон-позитрон. Для их регистрации Бруно предложил использовать черенковский счетчик, его сделал В. А. Жуков, и это был первый черенковский счетчик в Дубне. В своих воспоминаниях Жуков пишет, что Бруно говорил ему, что и в Харуэлле его студент Джелли сделал первый в лаборатории черенковский счетчик. Так что сбылись апокалиптические предсказания американских конгрессменов о том, что «каждый кусочек информации, известный д-ру Понтекорво, станет известным для Советов». Да, методику черенковских счетчиков привнес в Дубну именно Бруно Понтекорво.
Со временем экспериментальный зал синхроциклотрона был отделен от ускорителя железной стеной толщиной 3 метра, и фоновые условия для экспериментов существенно улучшились. Бруно продолжил изучение сечений взаимодействия π-мезонов со своими новыми сотрудниками – А. Е. Игнатенко, А. И. Мухиным, Е. Б. Озеровым. Они измерили полные сечения взаимодействия π--мезонов с протонами [93]. Как и Ферми, нашли пик в сечении при энергии 180 МэВ, но Ферми измерял сечение в системе π+ p – там этот пик выражен намного сильнее.
Материалы всех отчетов Бруно до 1955 г. впоследствии были опубликованы в научных журналах ЖЭТФ и ДАН. За работы на синхроциклотроне в 1954 г. Бруно получил Сталинскую премию – 6 тыс. рублей, и немедленно купил себе машину – автомобиль «Победа».
Процессы образования тяжелых мезонов и V-частиц
Если бы Фрэнк Клоуз пролистал первую секретную тетрадь Бруно чуть дальше, то на восьмой странице он обнаружил бы запись, показывающую, какое настоящее открытие передал Советам Бруно в ноябре 1950 г. Эта запись содержит объяснение загадки V-частиц (https://t.me/bruno_pontecorvo_photo/18).
В конце 40-х годов физики на своих фотопластинках и в камерах Вильсона увидели странные треки, которые образовывали V-образные фигуры. Суммарный импульс частиц в каждой «вилке» был направлен в первичную вершину. На Рис. 28-2 показано, как это выглядело при взаимодействии π--мезона с протоном в пузырьковой камере. Трек π--мезона виден в правом нижнем углу снимка. Все говорило о том, что в первичной вершине рождались нейтральные частицы, пролетали несколько сантиметров и распадались на две заряженных. Что же было в этом удивительного?
Парадокс состоял в том, что событий с образованием V-частиц было достаточно много, то есть сечение их рождения было большим, как у реакций сильного взаимодействия. Но частицы, рождающиеся по сильному взаимодействию, имеют исключительно малое время жизни, порядка 10-23 сек., и должны распадаться практически в самой первичной вершине. Чтобы пролететь несколько сантиметров, частица должна жить долго, порядка 10-8 сек.
Рис. 28-2. Взаимодействие π—p с образованием двух V-частиц. π—-мезон влетает в камеру в нижнем правом углу снимка.
Объяснение этому парадоксу было дано Бруно в нескольких предложениях, подчеркнутых в середине восьмой страницы секретного логбука за 1950 г. (https://t.me/bruno_pontecorvo_photo/19):
«So there is a contradiction between the existence of a strong interacting particle and his long lifetime. This contradiction, of course, is resolved if the strongly interacting particle is produced in pair[29]».
Бруно в ноябре 1950 г. первым понял, что V-частицы не могут рождаться поодиночке. Всегда должна образовываться пара V-частиц. Сейчас мы знаем, почему так происходит. Дело в том, что состав V-частиц отличается от состава обычных протонов и нейтронов. В состав V-частиц входят странный кварк со странностью S = +1 или странный антикварк со странностью S = –1. Поскольку странность S в сильном взаимодействии сохраняется, то рождение странного кварка обязательно должно сопровождаться образованием странного антикварка. Это явление называется ассоциативным рождением странных частиц, они всегда возникают парами.
А почему же странные частицы так долго живут и успевают пролететь несколько сантиметров от первичной вершины? Дело в том, что они рождаются по сильному взаимодействию, но распадаются – по слабому взаимодействию, в котором странность не сохраняется. Процесс, который показан на Рис. 28-2 на самом деле выглядит так (см. Рис. 28-3): сначала по сильному взаимодействию рождается Λ-гиперон со странностью S = –1 и К0-мезон со странностью S = +1. Затем обе частицы распадаются по слабому взаимодействию
Λ → π— + p, K0 → π+ + π—
в котором странность не сохраняется, и в конечном состоянии мы получаем обычные нестранные частицы.
В учебниках физики считается, что понятие ассоциативного рождения странных частиц было впервые предложено А. Пайсом в 1952 г. Как мы видим, Бруно пришел к этому заключению еще в ноябре 1950-го. Догадка Бруно о парном рождении V-частиц вызывает просто восхищение. Это еще один пример его фантастической интуиции, умения предлагать нетривиальные решения задолго до того, как они станут общепризнанными.
Рис. 28-3. Расшифровка снимка пузырьковой камеры события реакции π– + p → Λ + K0. π-мезон влетает в камеру в нижнем правом углу снимка.
Для проверки своей гипотезы об ассоциативном рождении странных частиц Бруно предложил поискать процесс, в котором образуется только один Λ-гиперон. Если его заключения верны, то такой реакции быть не должно. Что такое странность – он тогда не знал, но идея о том, что гиперон обязательно должен рождаться с К-мезоном, ему была совершенно ясна. Опыт был выполнен в очень красивой экспериментальной постановке [94].
На синхроциклотроне ЛЯП протоны ускорялись до энергии 670 МэВ. Этого не хватало для того, чтобы родить пару частиц с разной странностью, например Λ и К0. Но можно было образовать одиночный Λ-гиперон в реакции
N + N → N + Λ (11)
Образование Λ решили искать по цепочке распадов
Λ → n + π0 , π0 → 2 γ (12)
Но каким образом? Ключевой идеей стало использование свойств Λ-гиперона пролетать несколько сантиметров от вершины, в которой он родился. Для этого детектор γ-квантов, который представлял собой набор различных счетчиков, был с помощью коллиматоров нацелен на определенную зону рядом с внутренней мишенью ускорителя, которая последовательно вдвигалась в зону видимости счетчиков. В мишень бил протонный пучок, рождались обычные π0-мезоны, там же распадались на два гамма-кванта, и когда мишень находилась в зоне видимости счетчиков, эти процессы давали много отсчетов. Когда же
Ознакомительная версия. Доступно 15 страниц из 71
